鄂托克旗地區(qū)上古生界優(yōu)質儲層控制因素分析

張新新

（中國石油長城鉆探工程公司錄井公司，遼寧盤錦124010）

鄂爾多斯盆地鄂托克旗地區(qū)位于內蒙古自治區(qū)的西南部，總勘探面積約為3.4×104km2，地質構造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部，向西側依次過渡為天環(huán)坳陷、西緣逆沖帶（見圖1）。總體上，其上古生界氣藏屬砂巖巖性圈閉氣藏，主力產層為二疊系石盒子組盒8段和山西組山1段儲層[1-2]，氣藏分布主要受儲集性砂體的控制[3-5]。此前，已有學者對上古生界儲層的巖石組成、物性特征、孔隙結構及滲流特征進行了研究[2，6-15]，明確了沉積條件、儲層發(fā)育特征、成藏機理，其研究內容重點集中在致密砂巖儲層的孔隙結構、滲流特征及差異化致密機理研究；研究區(qū)域主要集中在蘇里格地區(qū)及東部、南部地區(qū)。綜合來看，對盆地西部鄂托克旗地區(qū)優(yōu)質儲層的控制因素缺乏系統(tǒng)性研究和認識，制約了本地區(qū)的油氣開發(fā)。

圖1 鄂托克旗地區(qū)研究區(qū)位置Fig.1 Locaton of Etuokeqi area

因此，在相對低孔、低滲的儲層背景下，研究形成優(yōu)質天然氣儲層的控制因素成為本地區(qū)地質研究的核心內容。本文通過巖石成分分析、薄片鑒定，結合測井、錄井資料，從物源、沉積、成巖作用、烴類流體充注等方面，深入分析了鄂托克旗地區(qū)優(yōu)質儲層發(fā)育的控制因素，總結了優(yōu)質儲層形成的地質規(guī)律，研究成果為該地區(qū)致密砂巖氣儲層的勘探開發(fā)提供了科學依據(jù)。

1 物源條件分析

母巖是儲集砂體的物質基礎，砂巖的發(fā)育規(guī)模、儲集性能與母巖性質關系密切，而物源區(qū)母巖巖石類型分布的不同必然造成儲層巖性的差異。鄂托克旗地區(qū)處于以變質巖(石英巖)和中基性火山巖為主的近源母巖供給環(huán)境[16-17]，物源充足，含較多化學穩(wěn)定性差的火山碎屑組分，其平均含量達到2.62%，在成巖作用中易于溶蝕而形成次生溶蝕孔隙[5，7，18]。巖石成分分析的數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)砂巖碎屑組分中盒8段相對于山1段有較高的石英含量（見表1），且以巖屑石英為主，平均石英含量75.91%，增強了儲層抗壓實作用的能力，使更多的原生孔隙得以保存。相對而言，山1段儲層距離物源較遠，石英含量較低，巖屑含量高，巖屑類總成分達到了15.14%。近物源的另一個優(yōu)勢是儲層砂體廣泛發(fā)育，在研究區(qū)形成了大面積砂體復合連片的沉積特征[18]，平均砂厚約30 m，為優(yōu)質儲層的形成提供了物質基礎。

表1 儲層砂巖碎屑組分統(tǒng)計Table 1 Statistics of sandstone reservoir components %

2 沉積環(huán)境分析

水動力沉積環(huán)境決定了沉積相帶的發(fā)育和展布，在儲層砂體的巖相組成、厚度、碎屑成分組成、泥質含量、巖石粒度、分選等各方面都會表現(xiàn)出差異，并最終反映到砂體的儲集性能上。

2.1 沉積相帶控制儲層砂體的宏觀分布

對研究區(qū)大量測錄井資料進行分析，根據(jù)目的層段的主要巖石類型、粒度、分選與磨圓、砂地比、層理類型等參數(shù)特征，建立了盒8、山1段地層沉積相劃分標準（見表2），識別出河道、河間洼地、分流河道、洪泛平原、水下分流河道、分流間灣共六種沉積微相。

結合地震屬性特征，分析了沉積相帶的平面展布。圖2為盒8、山1段沉積相平面分布。從圖2（a）可以看出，盒8段砂體主要為辮狀河三角洲平原沉積，具有平均砂層厚度大，橫向大范圍的疊置連片特點。從圖2（b）可以看出，山1段砂體主要為曲流河三角洲平原沉積，砂體規(guī)模相對較小，平均砂體厚度薄，橫向連片性較差，砂體間多被沿河道走向發(fā)育的洪泛平原所分隔。沉積條件在有效儲層構成上，高能的水動力區(qū)易與粗粒、巖性穩(wěn)定的砂體沉積，而下游低能的水動力區(qū)只有細粒、巖性不穩(wěn)定的砂體沉積，強水動力區(qū)向弱水動力區(qū)過渡的過程中，必然導致砂體儲集性能的變差?？傮w上，盒8段相對高孔滲儲層沿主河道方向呈南北向展布，分布范圍廣；山1段高孔滲儲層也沿主河道方向展布，分布范圍相對有限，是近年來勘探成果主要集中在辮狀河、曲流河三角洲平原地帶，而在下游的三角洲前緣地帶少有突破的原因。

表2 盒8、山1段沉積相劃分標準Table 2 Dividing criterion of sedimentary phase in He 8 and Shan 1 formation

2.2 沉積微相控制了優(yōu)質儲層物性的發(fā)育

實際鉆探資料表明，鄂托克旗地區(qū)盒8、山1段優(yōu)質儲層集中分布于三角洲平原分流河道微相及三角洲前緣水下分流河道微相，儲層物性隨砂體向河道邊部過渡而逐漸變差。由于砂體具有垂向疊置、側向擺動的沉積特點，多期砂體沉積下的分流河道的中心部位往往具有很大的累計砂層厚度，巖性也以石英砂巖為主，同時具有較好的物性。而沉積在弱水動力條件下的決口扇、廢棄河道的累計砂層厚度小，泥質含量高，儲層物性相對較差，所以不同的沉積微相形成了不同的沉積砂體特征，進而決定了儲層物性的差異[11-12]。進一步的研究表明，工業(yè)氣流井主要分布于分流河道、水下分流河道的心灘和邊灘砂體中，而決口扇、廢棄河道砂體、天然堤砂體中泥質含量高，巖性致密，少有天然氣產出。

圖3為儲層沉積微相分析。由圖3可知，分流河道、水下分流河道的心灘微相物性最好，邊灘微相次之，而天然堤微相的物性相對最差。具體為，盒8段辮狀河心灘砂體發(fā)育，沉積厚度大，粒度粗，石英含量高，平均孔隙度為11.2%，平均滲透率為1.15×10-3μm2，儲集物性好；山 1段以曲流河邊灘砂體發(fā)育為主，巖石粒度以中粗粒為主，石英含量較高，平均孔隙度為9.4%，平均滲透率為0.91×10-3μm2，儲集物性較好。盒8、山1段發(fā)育的天然堤砂體總體上巖石粒度細，巖性相對致密，物性較差，平均孔隙度為6.58%，平均滲透率僅為0.36×10-3μm2。由此可見，沉積微相對儲層物性的發(fā)育具有較明顯的控制作用。

3 成巖作用分析

巖心觀察與薄片鑒定的研究結果表明，鄂托克旗地區(qū)上古生界氣藏主要成巖作用有壓實作用、膠結作用、溶解作用，其對儲層孔隙的發(fā)育均有不同程度的影響，總體上表現(xiàn)為壓實、膠結作用對儲層原生、次生孔隙的破壞，以及溶蝕作用對儲層孔隙增孔、擴容的建設性改造。

3.1 壓實作用形成致密化儲層

在重力或構造應力作用下，巖石會發(fā)生體積縮小，孔隙度降低，巖石結構發(fā)生改變[19]，從而使巖石向致密化方向發(fā)展。研究區(qū)盒8、山1段儲層埋深在2 689.0～3 924.0 m，總體上處于中成巖B期演化階段，普遍表現(xiàn)為中等至強壓實特征，碎屑多呈點線接觸[9，20]。薄片鑒定的結果表明，隨壓實作用的增強，砂巖原生粒間孔含量減少，孔隙變小，以細小粒間孔為主，同時以黑云母、泥巖巖屑為代表的巖石組分發(fā)生塑性變形，并以假雜基化充填于粒間，部分顆粒之間凹凸接觸和縫合接觸（見圖4（a）—（c）），總體上降低了砂巖的粒間孔隙。實鉆的巖心也反映出，本地區(qū)目的層砂體內常出現(xiàn)因受強烈壓實作用而形成的低孔致密層段，處于心灘、邊灘微相帶上的厚層砂體內，由于石英顆粒的骨架支撐作用，使大量的原生孔隙得以保留下來，進而形成相對弱壓實區(qū)。

圖4 儲層壓實與膠結作用特征Fig.4 Characteristics of reservoir compaction and cementation

3.2 膠結作用破壞儲層的孔隙結構

表3為儲層砂巖填隙物組分統(tǒng)計。由表3可知，伊利石含量平均值為4.83%，其次為硅質含量，平均值為4.05%，表明泥質膠結和硅質膠結是本地區(qū)儲層的主要膠結類型，儲層內較高的膠結物含量，不利于成巖中后期儲層巖石孔隙的保存。鑒于薄片鑒定的分析，隨著上述膠結物含量的增加，巖石面孔率不同程度降低，而隨著成巖作用的增強，膠結作用形成的自生礦物大量堵塞孔隙喉道，降低了巖石滲流能力（見圖4（d）—（f））。同時，研究區(qū)大量的鉆探取心資料也表明，泥質膠結物相對集中于石英巖屑砂巖、巖屑砂巖內，填充孔隙、堵塞吼道嚴重降低了儲層砂體的滲流能力；硅質膠結物相對集中于石英砂巖中，主要是強膠結下，石英的多期次生加大對巖石孔隙空間的減小，因此在平面上弱膠結相帶是優(yōu)質儲層發(fā)育的主要成巖相帶，而其又與研究區(qū)心灘、邊灘微相發(fā)育帶相吻合，反映出沉積優(yōu)勢相與成巖作用共同對儲層孔滲發(fā)育的控制。

表3 儲層砂巖填隙物組分統(tǒng)計Table 3 Statistics of sandstone interstitial materials %

3.3 溶蝕作用有效改善了儲層的物性

溶蝕作用是促使儲層產生次生溶蝕孔縫，從而改善儲層孔隙結構的一種重要成巖作用[11]。觀察研究區(qū)內大量鑄體薄片發(fā)現(xiàn)，溶蝕作用在盒8、山1段儲層內普遍發(fā)育，通常形成次生粒間孔、粒內溶孔、破裂縫等孔隙類型，其中以次生粒間孔最為常見（見圖5（a）—（c）），平均面孔率為8.45%。研究區(qū)溶蝕作用廣泛發(fā)育，使儲層巖石形成大量的次生孔隙，彌補了壓實、膠結作用對原生孔隙的損失，增加了儲層儲集空間，提高了孔縫間的連通性，改善了儲層的孔隙結構，提高了儲層孔滲條件，尤其是成巖晚期形成的次生孔隙，由于與天然氣主要充注期相匹配，是構成致密砂巖儲層中“甜點”的重要條件。

4 烴類流體充注對儲層發(fā)育的影響

研究區(qū)烴類流體的充注始于晚三疊世，終止于早白堊世末期[1，21]，而不同期次、不同性質流體的充注，一方面促進了儲層中溶蝕作用的進行，另一方面，高飽和度烴類流體的充注，可明顯抑制或中止成巖作用的進行[22-23]。具體來說，成藏早期，偏酸性流體的充注對長石、巖屑的溶蝕作用明顯，從而促進了次生孔隙的發(fā)育；成藏中晚期，烴源巖有機質大量生排烴[21，24]，在相對封閉的環(huán)境下，儲層內高飽和度天然氣的充注，阻礙了晚期石英次生加大、鐵方解石膠結等作用的進行，進而保存了大量原生、次生孔隙，擴展了儲層儲滲油氣的能力。研究區(qū)盒8、山1段儲層在中南部、中東部地區(qū)，現(xiàn)今平均含氣飽和度達到60%以上，同時該區(qū)域也是弱膠結、強溶蝕相帶的發(fā)育區(qū)。可見烴類流體充注對優(yōu)質儲層的發(fā)育有較明顯的影響。

圖5 儲層溶蝕作用與微裂縫特征Fig.5 Characteristics of reservoir dissolution and microfractures

5 構造運動對儲層發(fā)育的影響

鄂爾多斯盆地在燕山運動中，晚期受到周邊構造單元強烈擠壓，在盆地北部形成了多條北東向為主，兼有北西向的斷裂系統(tǒng)[25]。這些斷裂系統(tǒng)溝通了下部的烴源巖與上部的儲集層，構成了成藏時期重要的輸導體系。與此同時，在儲層內形成沿斷裂帶、古隆起帶廣泛發(fā)育的微裂縫體系。這些微裂縫在成藏早期運移煤系烴源巖產生的偏酸性烴類流體至砂巖儲集層中[1，24]，是儲層增孔擴容的重要媒介；在成藏期溝通鄰層砂體，作為天然氣高效運移的通道[26]；在成藏后期與溶蝕性孔隙相結合[27]，成為相對高孔滲儲層發(fā)育、氣層高產的重要因素之一。地震資料的分析表明，研究區(qū)中部的盒8、山1段儲層沿古隆起帶發(fā)育多條隱伏性斷層，并在這種張性應力的環(huán)境下，在儲層內形成廣泛發(fā)育的構造縫與成巖縫（見圖 5（d）—（f）、圖 6），縫寬 1～3 μm，延伸0.1～2.0 mm，在這些裂縫的分布區(qū)也是盒8、山1段儲層天然氣的富集區(qū)與高產區(qū)[28]。

6 結 論

（1）鄂托克旗地區(qū)處于以變質巖(石英巖)和中基性火山巖為主的近源母巖供給環(huán)境中，物源充足，石英含量高，易溶蝕碎屑組分多，為優(yōu)質儲層的發(fā)育提供了物質基礎；盒8、山1段的優(yōu)質儲層砂體主要沿三角洲平原的主河道方向展布，辮狀河的心灘，曲流河的邊灘是有利的沉積微相，對應的砂體石英含量高，大面積連通，儲層物性好。

（2）研究區(qū)優(yōu)質儲層內壓實作用、膠結作用明顯，以發(fā)育次生粒間孔為主的溶蝕作用有效地改善了儲層的滲流條件；成藏早期烴類流體的充注促進了儲層溶蝕作用的發(fā)生，晚期高飽和度烴類的充注有效抑制了膠結作用；形成于燕山運動中、晚期的微裂縫，在優(yōu)質儲層的增孔擴容、油氣的高效運聚等方面發(fā)揮了重要作用。

（3）研究區(qū)優(yōu)質儲層發(fā)育的控制因素可以歸納為：較好的近源條件為優(yōu)質儲層的發(fā)育提供了物質基礎；有利的沉積相帶決定了儲層分布的總體格局；建設性的成巖作用控制了儲層微觀上的孔隙結構特征；有效的烴類流體充注改善了儲層的滲流條件；區(qū)域上微裂縫構成了優(yōu)質儲層的疏導體系。物源供給條件和沉積相帶分布是優(yōu)質儲層發(fā)育的主控因素，而其他因素在成巖后期的儲層孔隙保存、滲流性能改善等方面發(fā)揮了重要作用。

圖6 斷層斷裂體系與天然氣產出關系Fig.6 Relationship of reservoir fracture system and nature gas producing