朱世發(fā)，徐黎明，朱筱敏，梁曉偉，李盼盼，牛小兵

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安710021）

鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長4+5致密砂巖儲層成巖作用特征

朱世發(fā)1，2，徐黎明3，朱筱敏1，2，梁曉偉3，李盼盼1，2，牛小兵3

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安710021）

基于巖石薄片、鑄體薄片以及掃描電鏡等資料，對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長4+5致密砂巖儲層的成巖作用特征進行了研究，并明確了鎮(zhèn)原、環(huán)縣、華池和白豹等地區(qū)儲層致密化的成因機制。結(jié)果表明：鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長4+5儲層的巖石類型主要為極細—細粒巖屑質(zhì)長石砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖以及兩者之間的過渡類型，巖屑類型包括塑性易變形巖屑和剛性易溶巖屑，并且塑性易變形的云母碎屑含量高，導(dǎo)致儲層抗壓實能力差；在華池—白豹地區(qū)，顆粒表面綠泥石包膜對石英和長石的次生加大均起到有效抑制作用，含鐵碳酸鹽膠結(jié)強烈，并且長石溶蝕相對較弱；不同地區(qū)的成巖作用特征明顯不同；儲層的致密化受巖石成因類型、沉積物粒度、巖石組分及后期成巖改造等因素綜合影響；在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，延長組長4+5相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于石英加大不強烈的水下分支河道主砂體中，而在華池—白豹地區(qū)，延長組長4+5相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于適量綠泥石包膜發(fā)育的水下分支河道主砂體中。

成巖作用；致密儲層；延長組；隴東地區(qū)；鄂爾多斯盆地

0 引言

在近幾年的油氣勘探中，非常規(guī)致密砂巖儲層日益受到關(guān)注［1-2］，其致密成因主要包括沉積控制和成巖控制2種機制。在鄂爾多斯盆地，三疊系延長組長4+5儲層是傳統(tǒng)的烴源巖層，而且沉積物粒度細，但目前已在陜北坪橋和姬塬鐵邊城等地區(qū)的致密砂巖中取得較好的勘探成果，累計提交油氣探明儲量數(shù)億噸。隨著勘探的不斷深入，隴東地區(qū)延長組長4+5儲層已有多口井獲得工業(yè)油流，顯示出良好的勘探潛力。然而，分別由不同物源體系控制的華池—慶陽和鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)長4+5致密砂巖儲層特征及其致密砂巖的成因機制均影響著油氣富集和勘探開發(fā)進程。因此，研究致密砂巖儲層的成因及預(yù)測“甜點”分布，對油氣的精細勘探具有重要意義。

筆者根據(jù)68口井的巖石薄片、鑄體薄片和掃描電鏡分析，系統(tǒng)研究鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長4+5致密砂巖儲層的巖石類型和礦物組成，明確儲層成巖作用特征，探討致密砂巖儲層的成因機制，并分別對比不同地區(qū)和層位之間的儲層成巖差異，以期為隴東地區(qū)乃至整個鄂爾多斯盆地延長組長4+5致密砂巖儲層的勘探與評價提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣（圖1），包括盆地一級構(gòu)造帶天環(huán)坳陷的南部和伊陜斜坡的西南部，面積約為5×104km2，占盆地總面積的25%，是目前勘探與開發(fā)的重點區(qū)域［3-4］。近年來，在隴東地區(qū)發(fā)現(xiàn)了2個億噸級整裝油田——西峰油田和環(huán)縣油田，進一步推動了鄂爾多斯盆地延長組的精細勘探與評價。研究區(qū)位于隴東地區(qū)，包括鎮(zhèn)原—環(huán)縣和華池—白豹地區(qū)，勘探面積約為2×104km2，是隴東地區(qū)增儲上產(chǎn)的主力區(qū)塊［5-6］。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造帶劃分及隴東地區(qū)位置Fig.1Structural zone of Ordos Basin and location of Longdong area

延長組沉積時期，隴東地區(qū)古地貌特征表現(xiàn)為西高東低，沉積物成因和性質(zhì)均隨著構(gòu)造沉降及湖平面的變化而改變，形成了一套水體較淺的河湖三角洲沉積［7］。延長組自下而上劃分為長10～長1共10個油層組，主要巖性為厚層、塊狀細—粗粒長石砂巖，其中長10～長7沉積期是湖盆的形成時期，長7構(gòu)成盆地主力烴源巖；長6～長3沉積期是以三角洲建設(shè)為主的發(fā)展時期；長2沉積期湖盆逐漸萎縮，至長1沉積期湖盆衰亡［8-9］。

研究區(qū)目的層段為延長組長4+5儲層，是鄂爾多斯盆地的主要烴源巖之一，其沉積物粒度偏細［7，10］，其中鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)主要發(fā)育來自西部物源體系的辮狀河三角洲前緣沉積，華池—白豹—慶陽地區(qū)主要發(fā)育來自東北部物源體系的曲流河三角洲前緣沉積［7］。整體上，長4+5儲層沉積厚度約為100 m，自上而下可劃分為長4+51和長4+52共2個小層；儲層平均埋深約為1 950 m，平均孔隙度為12.3%，平均滲透率為1.2 mD。由于物源和沉積體系的差異，鎮(zhèn)原—環(huán)縣和華池—白豹地區(qū)在巖石類型、巖礦組成、成巖作用特征及儲層質(zhì)量等方面均存在明顯差異。

2 巖石學(xué)特征

通過對68口井190張鑄體薄片的觀察分析可知，隴東地區(qū)延長組長4+5儲層的砂巖巖石類型主要為極細—細粒巖屑質(zhì)長石砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖以及兩者之間的過渡類型［11］（圖2）。不同地區(qū)和層位的巖石類型均存在明顯差異（表1）。整體上，在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，巖石成分中的巖屑含量普遍高于長石，巖石類型以長石質(zhì)巖屑砂巖和長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主；在華池—白豹地區(qū)，巖石成分中的長石含量明顯高于巖屑，巖石類型以巖屑質(zhì)長石砂巖和巖屑長石砂巖為主。

在不同地區(qū)和層位的砂巖巖石成分中，巖屑類型主要為千枚巖、板巖等塑性易變形巖屑和白云巖等剛性易溶巖屑，兩者體積分數(shù)平均為10%［圖3（a）］；塑性易變形的云母碎屑平均體積分數(shù)為10.4%。整體上，鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)的白云巖巖屑含量較高，華池—白豹地區(qū)的云母碎屑含量較高。不同的巖石類型和原始巖礦組成在很大程度上均影響砂巖儲層的成巖作用及演化，并且控制成巖演化過程中不同成巖礦物（膠結(jié)物）的形成［12-13］。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，填隙物中水云母（伊利石）、硅質(zhì)加大邊和鐵白云石的含量均較高，三者體積分數(shù)之和超過9%；在華池—白豹地區(qū)，膠結(jié)物以綠泥石包膜和鐵方解石為主，兩者體積分數(shù)之和超過8%［圖3（b）、圖3（c）］。通過巖性與物性關(guān)系分析可知，華池—白豹地區(qū)長石砂巖類儲層的孔隙度和滲透率均相對較好，這與其埋深也有很大關(guān)系。

圖2 隴東地區(qū)砂巖成分三角圖（據(jù)文獻［11］修改）Ⅰ.長石砂巖；Ⅱ.巖屑質(zhì)長石砂巖；Ⅲ.巖屑長石砂巖；Ⅳ.長石巖屑砂巖；Ⅴ.長石質(zhì)巖屑砂巖；Ⅵ.巖屑砂巖；Ⅶ.長石巖屑質(zhì)石英砂巖Fig.2Triangular diagram showing sandstone composition in Longdong area

表1 隴東地區(qū)儲層砂巖中不同顆粒的相對體積分數(shù)統(tǒng)計Table 1The relative content of framework grain in the reservoir sandstone in Longdong area

圖3 隴東地區(qū)砂巖巖礦組成特征Ⅰ.鎮(zhèn)原—環(huán)縣，長4+51小層；Ⅱ.鎮(zhèn)原—環(huán)縣，長4+52小層；Ⅲ.華池—白豹，長4+51小層；Ⅳ.華池—白豹，長4+52小層Fig.3Constituents of sandstones in Londong area

3 成巖作用特征

通過巖石薄片、鑄體薄片及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)砂巖儲層的成巖作用豐富，而且在不同地區(qū)和層位均存在明顯差異（圖版Ⅰ）。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，千枚巖和云母等塑性顆粒含量較高，抗壓實能力差，綠泥石包膜不發(fā)育且常見石英次生加大，鐵白云石和伊利石膠結(jié)強烈，長石溶蝕相對較弱。在華池—白豹地區(qū)，千枚巖和云母等塑性顆粒含量均高，導(dǎo)致儲層抗壓實能力更差；綠泥石包膜發(fā)育使石英和長石的次生加大都明顯被抑制，鐵方解石膠結(jié)強烈，長石溶蝕相對較強。

3.1 云母等塑性顆粒的壓實變形

研究區(qū)延長組長4+5儲層巖石粒度較細，多為細—粉砂巖（圖版Ⅰ-1），而且?guī)r石成分中云母和千枚巖巖屑等塑性易變形顆粒含量均較高，使儲層抗壓實能力差。該儲層埋深＜1 900 m時，顆粒以點—線接觸為主（圖版Ⅰ-1、圖版Ⅰ-6）；隨著埋深的增加，顆粒以線接觸為主（圖版Ⅰ-7）。在壓實過程中，塑性顆粒常發(fā)生變形（圖版Ⅰ-2），甚至形成假雜基（圖版Ⅰ-7），很大程度上降低了原生孔隙空間。

3.2 石英及少量長石次生加大膠結(jié)

在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，石英和長石次生加大膠結(jié)現(xiàn)象都很普遍，尤其是石英次生加大（圖版Ⅰ-3、圖版Ⅰ-4），加大邊體積分數(shù)超過3%，主要分布于長4+51小層，而且加大邊寬度為5～50 μm。硅質(zhì)加大的過程是陸源石英碎屑顆?；謴?fù)自形的過程，加大邊晶面平整，主體生長方向與石英顆粒的晶體主光軸方向（C軸）一致。普遍發(fā)育的硅質(zhì)加大膠結(jié)物占據(jù)了原生孔隙空間，使砂巖儲層的孔隙性明顯變差。在研究區(qū)，偶見長石加大，平均體積分數(shù)≤0.5%，對儲層孔滲性的影響非常小，加大邊成分多為鈉長石。在華池—白豹地區(qū)，硅質(zhì)加大作用受綠泥石包膜等因素影響而不發(fā)育。

3.3 綠泥石包膜和孔隙襯邊

研究區(qū)延長組長4+5儲層綠泥石膠結(jié)物主要以3種形式出現(xiàn)：①顆粒表面早期出現(xiàn)的綠泥石包膜（圖版Ⅰ-5）；②顆粒壓實后產(chǎn)生的孔隙襯邊（圖版Ⅰ-6）；③孔隙內(nèi)充填的自生綠泥石。在華池—白豹地區(qū)，綠泥石以前2種形成出現(xiàn)，平均體積分數(shù)約4.4%，單晶綠泥石垂直顆粒表面并呈葉片狀生長；在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，綠泥石主要充填于顆粒之間，而且體積分數(shù)較低，＜1%。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，綠泥石包膜主要包裹石英和長石顆粒；云母碎屑和千枚巖等巖屑因壓實均易變形，而且白云巖巖屑因壓實易溶解，所以它們外部都很少見有綠泥石包膜。適量的綠泥石包膜和孔隙襯邊均能有效抑制石英的次生加大，在一定程度上保護原生孔隙，但當(dāng)綠泥石強烈膠結(jié)時，儲層的孔隙空間被破壞，孔滲性變差。

3.4 鐵方解石和鐵白云石膠結(jié)

延長組長4+5儲層碳酸鹽膠結(jié)物在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)以鐵白云石為主，在華池—白豹地區(qū)以鐵方解石為主（參見圖3），平均體積分數(shù)約5%。鐵方解石和鐵白云石晶體均呈菱面體形態(tài)連片生長，并充填于孔隙中。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，鐵白云石晶體通常出現(xiàn)在白云巖巖屑的周圍，這主要是由于白云巖巖屑在壓溶作用下溶解及鐵白云石重結(jié)晶所致（圖版Ⅰ-7）。鐵白云石含量與綠泥石包膜含量呈消長關(guān)系（參見圖3），這可能與鎂離子供給不足有關(guān)。鐵方解石含量與長石含量呈正相關(guān)關(guān)系，反映了鐵方解石的形成可能與富鈣斜長石的水解和蝕變有關(guān)。

3.5 長石溶蝕

整體上，研究區(qū)延長組長4+5儲層中長石的溶蝕程度較弱。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，長石含量較低（參見表1），其溶蝕孔的面孔率平均約為1.4%，高于華池和白豹地區(qū)的1%。長石溶蝕通常沿其解理進行，形成長石粒內(nèi)溶蝕孔，其副產(chǎn)物有多種類型，包括高嶺石、自生石英和鈉長石等。在華池—白豹地區(qū)，長石顆粒外部常發(fā)育綠泥石包膜（圖版Ⅰ-8、圖版Ⅰ-9），有效地抑制了長石的次生加大，同時也延緩了長石的溶蝕作用。

4 儲層致密化與沉積和成巖的關(guān)系

（1）巖石粒度細，塑性顆粒含量高

研究區(qū)延長組長4+5儲層為三角洲和辮狀河三角洲前緣末端沉積，巖石粒度細，多為細—粉砂巖，而且?guī)r石成分中的塑性顆粒含量高，巖石的抗壓實能力整體較弱。粒度細且塑性顆粒含量高是研究區(qū)儲層致密化的最根本原因。鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)的儲層埋深大于華池—白豹地區(qū)（表2），而且前者的儲層物性較后者略差。

（2）后期膠結(jié)強烈，加劇儲層致密化

延長組長4+5砂巖儲層在成巖演化過程中沉淀并析出了多種自生礦物，很大程度上破壞了儲層的儲集空間，如石英和少量的長石自生加大邊、綠泥石包膜膠結(jié)物、伊利石充填膠結(jié)物、鐵白云石及鐵方解石膠結(jié)物等。各種膠結(jié)物使經(jīng)壓實作用后剩余的原生孔和少量次生孔進一步被占據(jù)和破壞［14-15］。

表2 不同地區(qū)儲層物性及成巖作用特征對比Table 2The reservoir properties and diagenetic characteristics in Longdong area

（3）溶蝕程度弱，增孔作用不明顯

延長組長4+5砂巖儲層受后期的溶蝕改造作用不強，這與巖石粒度細、泥質(zhì)含量高以及酸性地層水供給受阻均有關(guān)［16-18］。儲層中僅見少量的長石弱溶蝕，未見較明顯的膠結(jié)物溶蝕。

綜上所述，延長組長4+5砂巖儲層的致密化受巖石成因類型、沉積物粒度、巖石組分及后期成巖改造等因素的綜合影響，而且在不同地區(qū)差異明顯（參見表2）。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于石英加大不強烈的三角洲水下分支河道主砂體中。當(dāng)主砂體沉積時，沉積水動力強，蒙脫石等雜基不易沉積，較少的黏土雜基在埋藏成巖過程中僅釋放出少量的SiO2，硅質(zhì)膠結(jié)較弱。在華池—白豹地區(qū)，相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于適量綠泥石包膜發(fā)育的三角洲水下分支河道主砂體中。過量的黏土膠結(jié)同樣破壞儲層孔隙。在三角洲水下分支河道主砂體中，云母等片狀礦物的碎屑因強水動力作用難以沉降，沉積物埋藏后的抗壓實能力較強，而且綠泥石包殼難以過量生長。

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組長4+5儲層的巖石類型主要為極細—細粒巖屑質(zhì)長石砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖以及兩者之間的過渡類型，而且不同地區(qū)和不同層位的巖性均存在明顯差異；巖屑類型包括千枚巖等塑性易變形巖屑和白云巖等剛性易溶巖屑，云母碎屑含量高。

（2）在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)延長組長4+5儲層中，千枚巖和云母等塑性顆粒含量均較高，導(dǎo)致儲層抗壓實能力較差；綠泥石包膜不發(fā)育且常見石英次生加大，鐵白云石和伊利石膠結(jié)均強烈，長石溶蝕相對較弱；儲層平均孔隙度為11.5%，平均滲透率為0.9mD。

（3）在華池—白豹地區(qū)延長組長4+5儲層中，千枚巖和云母等塑性顆粒含量均高，導(dǎo)致儲層抗壓實能力更差；綠泥石包膜發(fā)育使石英和長石的次生加大都明顯被抑制，鐵方解石膠結(jié)強烈，長石溶蝕相對較強；儲層平均孔隙度為12.5%，平均滲透率為1.1 mD。

（4）延長組長4+5砂巖儲層的致密化受巖石成因類型、沉積物粒度、巖石組分及后期成巖改造等因素的綜合影響。在鎮(zhèn)原—環(huán)縣地區(qū)，延長組長4+5相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于石英加大不強烈的水下分支河道主砂體中；在華池—白豹地區(qū)，延長組長4+5相對優(yōu)質(zhì)儲層分布于適量綠泥石包膜發(fā)育的水下分支河道主砂體中。

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圖版Ⅰ說明：1.云母碎屑（bi）在壓實作用下的變形，見少量綠泥石包膜（Ch），午217井，1 715.00 m，巖屑質(zhì)長石砂巖，單偏光，紅色鑄體；2.云母塑性變形，白410井，1 975.30 m，掃描電鏡；3.石英次生加大膠結(jié)（Qo），鎮(zhèn)320井，2 043.26 m，掃描電鏡；4.石英和長石加大（Fo），演39井，1 880.34 m，掃描電鏡；5.顆粒表面發(fā)育綠泥石包膜，白115井，2 016.6 m，掃描電鏡；6.綠泥石襯邊與粒間孔，白195井，1 856.55 m，巖屑長石砂巖，單偏光，紅色鑄體；7.白云巖巖屑（Do）與鐵白云石膠結(jié)物（FeDo），木25井，2 332.12 m，巖屑砂巖，單偏光，紅色鑄體，染色片；8.長石（F）溶蝕與綠泥石包膜，白402井，1 802.32 m，掃描電鏡；9.長石溶蝕與綠泥石包膜，白413井，2 006.60 m，掃描電鏡

（本文編輯：涂曉燕）

Diagenetic characteristics of tight sandstone of Chang 4+5 reservoir in Longdong area,Ordos Basin

ZHU Shifa1，2，XU Liming3，ZHU Xiaomin1，2，LIANG Xiaowei3，LI Panpan1，2，NIU Xiaobing3
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710021，China）

Based on the observations of rock thin sections,casting thin sections and scanning electron microscope,this paper summarized the diagenesis characteristics of the tight sandstone reservoir of Chang 4+5 reservoir in Longdong area,and studied the origin of the tight reservoirs in Zhenyuan-Huanxian Region and Huachi-Baibao area.The result show that the rock types of Chang 4+5 reservoir mainly are very fine grained-fine grained lithic arkose,feldspathic lithic sandstone and the transition between the two types.The rock debris is mainly plastic and soluble.And the content of flexible mica fragments is high.The compressive strength of the reservoir rocks is very weak.The chloritecoating can effectively inhibit quartz and feldspar overgrowth in Huachi-Baibao area.The cementation of iron carbonate is intensive,and the feldspar dissolution is relatively weak.In different areas,the characteristics of diagenesis are obvious different.The tight sandstones of Chang 4+5 reservoir are contributed by genetic types of rock,sediment size,rock composition,late diagenetic reconstruction and so on.The high quality reservoir rocks are those massive sandstones of the underwater distributary channels,with slight quartz overgrowth in Zhenyuan-Huanxian area and proper chlorite coating in Huachi-Baibao area.

diagenesis；tight reservoir；YanchangFormation；Longdongarea；Ordos Basin

TE121.3

A

1673-8926（2014）03-0022-06

2014-02-25；

2014-03-31

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目“火山物質(zhì)蝕變的成巖演化過程、產(chǎn)物及對油氣儲層的影響”（編號：41202107）、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（新教師類）項目“火山物質(zhì)蝕變成巖序列、產(chǎn)物及對油氣儲層的影響”（編號：20120007120004）以及中國石油大學(xué)（北京）科研基金項目“火山物質(zhì)蝕變成巖序列、產(chǎn)物及對油氣儲層的影響”（編號：KYJJ2012-01-20）聯(lián)合資助

朱世發(fā)（1982-），男，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事儲層地質(zhì)學(xué)與沉積學(xué)方面的教學(xué)和研究工作。地址：（102249）北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。E-mail：zhushifa_zsf@163.com。