秦衛(wèi)軍 宋立軍 李書(shū)恒 張慶洲 楊軍俠

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司超低滲透油藏研究中心）

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81成巖作用特征研究

秦衛(wèi)軍1宋立軍1李書(shū)恒2張慶洲2楊軍俠2

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司超低滲透油藏研究中心）

運(yùn)用常規(guī)偏光顯微鏡、電鏡掃描、陰極發(fā)光、常規(guī)物性、粒度分析、壓汞分析等方法對(duì)鄂爾多斯鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層的成巖作用和成巖序列的研究結(jié)果表明，儲(chǔ)集巖主要以中—細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖；儲(chǔ)集空間主要以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶蝕孔、膠結(jié)物溶蝕孔、微孔隙為主，具有低孔低滲的儲(chǔ)集特征；壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層具有一定的破壞性，溶蝕作用和裂縫則有效的改善了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)81儲(chǔ)層砂巖處于晚成巖階段A期，部分以進(jìn)入晚成巖B期。圖6表3參13

成巖作用 儲(chǔ)層特征 鎮(zhèn)北地區(qū)

0 引言

鎮(zhèn)北地區(qū)（圖1）位于鄂爾多斯盆地西南部，范圍西起殷家城，東至桐川，西至殷家城，南起太平，北至曲子，構(gòu)造位置橫跨橫跨天環(huán)凹陷和伊陜斜坡2個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，僅在局部發(fā)育一些小型鼻狀構(gòu)造［1］。研究區(qū)發(fā)育多套含油層系，自下而上為長(zhǎng)10—長(zhǎng)1等油層組，其中長(zhǎng)81為其主力含油層系。由于早期的勘探程度較低，研究區(qū)儲(chǔ)層的成巖作用沒(méi)有進(jìn)行過(guò)細(xì)致的研究。鑒于此，筆者通過(guò)大量的鏡下照片和分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合研究與評(píng)價(jià)，研究區(qū)發(fā)育壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用和破裂作用的4種成巖作用。

1 儲(chǔ)集砂巖的巖石學(xué)特征

鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層砂巖為一套扇三角前緣亞相［2－3］，統(tǒng)計(jì)了280多組的巖石薄片數(shù)據(jù)（表1）和粒度分析數(shù)據(jù)，以及folk［6］（圖2）砂巖分類。結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)集巖主要以中—細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖。石英主要為花崗巖母巖來(lái)源，少量為變質(zhì)巖來(lái)源；長(zhǎng)石主要為斜長(zhǎng)石，還見(jiàn)少量的微斜長(zhǎng)石；火山巖巖屑為噴出巖；變質(zhì)巖巖屑為石英巖、片巖、千枚巖、板巖；沉積巖巖屑為粉砂巖、泥巖、灰?guī)r、白云巖。膠結(jié)物主要是有黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和碳酸膠結(jié)物為主（表1）。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

2 儲(chǔ)集砂巖的物性特征

通過(guò)研究區(qū)長(zhǎng)81油層組150塊物性分析化驗(yàn)資料，得出研究區(qū)孔隙度4.4%～17.9%，平均值10.25%，中值11.15%；滲透率0.02～5.8 mD，平均值0.54 mD，中值0.45 mD；所以鎮(zhèn)北地區(qū)屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層（圖3）。

圖2 鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)8砂巖分類三角圖

3 成巖作用類型及特征對(duì)儲(chǔ)層的影響

根據(jù)大量的鑄體薄片和電鏡掃描照片分析認(rèn)為鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81砂巖主要發(fā)育了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、破裂作用和溶蝕作用等一系列成巖作用類型，其中壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層具有一定的破壞性，溶蝕作用和微裂縫則有效的改善了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)具有一定的建設(shè)性。

表1 鎮(zhèn)北地區(qū)巖石碎屑及其填隙物組分含量統(tǒng)計(jì)表

3.1 壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)和壓溶作用主要發(fā)生在早成巖階段，沉積物在上覆重力和靜水壓力作用下，使原來(lái)存在粒間的孔隙水排出，碎屑顆粒重新排列，沉積物密度變大，同時(shí)將云母及其他軟組分?jǐn)D入孔隙，是導(dǎo)致研究區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層原生孔隙度和滲透率降低的主要成巖作用。鎮(zhèn)北地區(qū)高的巖屑含量（23.22%）和云母（4.45%）（表1）等柔性組分，這些柔性組分在經(jīng)受強(qiáng)烈的擠壓作用下，發(fā)生彎曲變形（圖4a）。抗壓實(shí)較強(qiáng)石英含量較低，在壓實(shí)作用下易發(fā)生破裂變形，產(chǎn)生微裂縫。

3.2 膠結(jié)作用

鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層主要發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)。

圖3 鎮(zhèn)北地區(qū)儲(chǔ)聲能孔隙度和滲透率分布

（1）硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)普遍發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)（表1），含量為0～7%，平均含量1.66%。通過(guò)電鏡掃描觀察主要表現(xiàn)在①石英以次生加大邊的形式出現(xiàn)（圖4b），其主要形成與早成巖階段，是壓溶作用的產(chǎn)物。②自形石英呈六方錐形，生長(zhǎng)與空隙中（圖4c）或者長(zhǎng)石顆粒的溶蝕空隙當(dāng)中，從產(chǎn)出狀態(tài)來(lái)看，充填于顆粒間的自生石英形成時(shí)期晚于石英加大邊。

（2）黏土礦物的膠結(jié)作用

通過(guò)研究區(qū)30口井60多塊X－衍射黏土礦物的分析，研究區(qū)主要發(fā)育膠結(jié)物主要以綠泥石為主，其次伊利石、是高嶺石、伊蒙混層（表2）。

圖4 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)8鑄體薄片和電鏡掃描照片

綠泥石（C）是研究區(qū)含量最高的黏土礦物膠結(jié)物（表2），含量48.46%～82.8%，平均含量62.73%，綠泥石是研究區(qū)含量最高的黏土礦物膠結(jié)物之一，在成巖早期孔隙水流通比較通暢，在堿性環(huán)境下，形成的綠泥石多以黏土包膜的形式產(chǎn)出，薄膜一般為單層結(jié)構(gòu)，厚度5～10μm。晚期形成的綠泥石多以孔隙充填綠泥石為主，電鏡下呈針葉狀和玫瑰花狀兩種產(chǎn)出形式（圖4c、圖4d）。一方面，晚期形成的綠泥石充填粒間空隙當(dāng)中，占據(jù)了喉道的位置，從而降低了儲(chǔ)層的滲透率。另一方面，在成巖過(guò)程中孔隙襯墊綠泥石提高了巖石之間的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓試的能力，而且抑制了石英的自生加大，從而使砂巖中的空隙得以保存。

伊利石（I）在研究區(qū)的含量較高僅次于綠泥石（表2），為15.1%～32%，平均含量23.95%，以片狀或絲狀披蓋在顆粒表面或充填孔隙中，有的搭橋生長(zhǎng)充填于孔喉當(dāng)中（圖4e）。伊利石常堵塞砂巖孔隙喉道，加劇儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性，降低儲(chǔ)集層滲透率，伊利石通常形成于晚成巖階段。伊蒙混層（I／S）分布比較穩(wěn)定1.26%～7.18%，平均4.47%，伊蒙混層比（I（I／S））一般情況＜10%。電鏡下以多為蜂窩狀或卷片狀充填在顆粒之間。在堿性水的條件下，隨著成巖強(qiáng)度的加大，伊／蒙混層逐漸向伊利石轉(zhuǎn)化。

表2 鎮(zhèn)北地區(qū)部分井長(zhǎng)81黏土礦物X—衍射分析數(shù)據(jù)

高嶺石（K）也是主要的黏土礦物膠結(jié)物之一，含量為0～23.7%，平均含量8.82%。。研究區(qū)高含量長(zhǎng)石12%～42%平均約為29.7%，云母平均含量4.45%，為高嶺石形成提供了物質(zhì)條件。單晶片呈六方板狀，集合體以書(shū)狀或蠕蟲(chóng)狀充填與空隙當(dāng)中（圖4f，圖4h）。

（3）碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物在研究區(qū)普遍發(fā)育，含量為0.2%～36%，平均含量4.68%。通過(guò)電鏡、鑄體薄片觀察研究分析碳酸鹽膠結(jié)物的成分主要是含鐵鐵方解石（圖4g），不含鐵的方解石少見(jiàn)。方解石以充填孔隙狀為主，分布于與泥巖相鄰的砂巖中形成致密高鈣砂巖，也是造成研究區(qū)儲(chǔ)層致密的另一個(gè)原因。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)對(duì)儲(chǔ)層非常重要的建設(shè)性成巖作用，主要是長(zhǎng)石和巖屑的溶蝕（圖4i），膠結(jié)物的溶蝕并不發(fā)育。主要發(fā)生在晚成巖作用A期。研究區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)集層中的油氣主要來(lái)自與其相鄰的長(zhǎng)7和少量來(lái)自于下部長(zhǎng)9油層組。地層中的有機(jī)質(zhì)在高溫高壓下分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和CO2在排烴過(guò)程中進(jìn)入儲(chǔ)集層當(dāng)中，儲(chǔ)層孔隙的流體由堿性變?yōu)樗嵝?，長(zhǎng)石和巖屑的碎屑顆粒在酸性化環(huán)境下容易發(fā)生溶蝕。

3.4 破裂作用

通過(guò)巖心觀察，電鏡和鑄體薄片下觀察，區(qū)內(nèi)發(fā)育溶蝕縫（圖4k）、微裂縫（圖4l），對(duì)儲(chǔ)層之間的連通具有一定建設(shè)性，為石油的二次運(yùn)移提供良好的通道。

4 成巖階段及成巖序列

參考前人對(duì)于成巖作用的研究成果及劃分標(biāo)準(zhǔn)［6－9］，結(jié)合根據(jù)中國(guó)石油天然氣行業(yè)最新的碎屑巖成巖作用的劃分標(biāo)準(zhǔn)（SY／T5477－2003）［7］對(duì)鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81成巖階段進(jìn)行了劃分。

在對(duì)成巖作用及其自生礦物成因分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡等鏡下觀察，以及研究區(qū)33塊包裹體樣品測(cè)定其結(jié)果表明，均一溫度為95℃～130℃之間，主體溫度為110℃～120℃之間（與盆地模擬單井低溫梯度相吻合），表明有機(jī)質(zhì)熱演化已經(jīng)進(jìn)入成熟期。鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81油層組早期主要以機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用為主，在三疊系末期大約（225～208 Ma）發(fā)生的第一次構(gòu)造抬升造升，研究區(qū)未出露地表，仍在埋藏成巖過(guò)程當(dāng)中，所以研究區(qū)未經(jīng)受表生成巖作用?？紫读ｉg孔較發(fā)育為主，長(zhǎng)石溶蝕孔隙相對(duì)較發(fā)育，顆粒間多以點(diǎn)線接觸和凹凸接觸為主，在成巖早期綠泥石多以包膜的形式包裹在顆粒表面。石英加大發(fā)育，大多數(shù)主要是II級(jí)加大，碳酸膠結(jié)物多以后期生成的含鐵方解石為主，不含鐵的方解石少見(jiàn)，砂巖自生黏土礦物常見(jiàn)發(fā)絲狀伊利石以及成巖晚期生成的葉片狀和絨球狀的綠泥石，此外伊蒙混層，層間比大部分小于10（表2），從而劃分出成巖序列（圖4）綜上分析認(rèn)為鎮(zhèn)北地區(qū)儲(chǔ)集層砂巖處于晚成巖A期，部分以進(jìn)入晚成巖B期。

5 儲(chǔ)層孔隙微觀結(jié)構(gòu)

5.1 孔隙的類型

儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)主要包括孔隙和喉道的大小、形狀、連通情況、配置關(guān)系及其演化過(guò)程，其中孔隙大小主要影響儲(chǔ)層的孔隙度，喉道大小與連通狀況影響儲(chǔ)層的有效性和滲透性［10］。通過(guò)對(duì)研究區(qū)壓汞分析資料統(tǒng)計(jì)，結(jié)合323塊巖石薄片分析資料表明鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81主要發(fā)育原生孔隙（粒間孔）和次生孔隙（長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔和微孔隙）。

（1）原生孔隙

研究區(qū)原生孔隙主要是粒間孔隙，即砂質(zhì)沉積物在埋藏成巖過(guò)程中經(jīng)早期的過(guò)機(jī)械壓實(shí)，早期的綠泥石膠結(jié)以及硅質(zhì)膠結(jié)，后期的鐵方解石膠結(jié)和交代作用，以及晚期的伊利石和高嶺石膠結(jié)之后剩余的孔隙（圖4 j）。粒間孔隙是研究區(qū)最主要的孔隙類型，約占總孔隙的41.5%，是油氣主要的儲(chǔ)集空間。

圖5 長(zhǎng)81砂巖儲(chǔ)集層的成巖階段及成巖共生序列

（2）次生孔隙

研究區(qū)主要的次生孔隙為長(zhǎng)石溶蝕孔隙（圖4i），其次為巖屑溶孔（圖4j）和微孔隙（圖4g）。次生孔隙的發(fā)育在一定程度上改善了鎮(zhèn)北地區(qū)低孔低滲儲(chǔ)層的特征，為石油的注采起到了一定的建設(shè)性作用。

5.2 孔隙的微觀結(jié)構(gòu)

毛管壓力曲線能夠比較直觀地反映儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，不同的毛管壓力曲線代表不同的孔隙結(jié)構(gòu)類型。在前人對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組孔隙結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上［12－13］，排驅(qū)壓力（pcd）、最大進(jìn)汞飽和度、以及中值半徑等參數(shù)對(duì)鎮(zhèn)北地區(qū)的壓汞曲線進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，（表3）為幾類曲線的代表井。

圖6為鎮(zhèn)北地區(qū)3條典型的壓汞曲線，ZH277井為代表I類擁有相對(duì)較低的中值壓力和排驅(qū)壓力，高的進(jìn)汞飽和度，代表著一類孔滲性相對(duì)較好的儲(chǔ)層。ZH256為代表的II類擁有中等的中值壓力和排驅(qū)壓力，中等的進(jìn)汞飽和度，代表著孔滲性中等的一類儲(chǔ)層。ZH101井為代表的III類擁有較高的中值壓力和排驅(qū)壓力，低的最大進(jìn)汞飽和度，代表著孔滲性較差的一類儲(chǔ)層。

表3 鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81各類儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)特征表

圖6 鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81典型壓汞曲線

6 結(jié)論

（1）區(qū)內(nèi)長(zhǎng)81儲(chǔ)層砂巖主要以中一細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖，砂巖具有成分成熟度較低，分選中等、磨圓以棱—次棱為主，孔隙類型主要有殘余粒間孔、長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔，次為微孔隙及裂縫孔隙。

（2）鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)81經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用，研究區(qū)云母等塑形顆粒含量較高所以壓實(shí)作用強(qiáng)烈，壓實(shí)作用使儲(chǔ)集巖喪失孔一部分孔隙度，壓實(shí)作用是研究區(qū)孔隙度降低的主要原因之一，鑄體薄片觀察研究普遍發(fā)育含鐵碳酸鹽膠結(jié)，碳酸鹽膠結(jié)也是儲(chǔ)集巖孔隙度降低的主要原因，喪失了一部分孔隙約，晚期成巖階段地層中的有機(jī)質(zhì)在高溫高壓下分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和CO2在排烴過(guò)程中進(jìn)入儲(chǔ)集層當(dāng)中，研究區(qū)溶蝕作用強(qiáng)烈，由于溶蝕作用產(chǎn)生大量的次生孔隙，次生孔隙的出現(xiàn)在一定程度上對(duì)研究區(qū)低孔低滲儲(chǔ)層物性有所改善。

（3）目前研究區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層砂巖處于晚成巖階段A期，部分以進(jìn)入晚成巖B期。成巖演化序列為：機(jī)械壓實(shí)—石英的自生加大—早期的綠泥石膜—早期方解石沉淀—長(zhǎng)石顆粒溶蝕—伊蒙混層—伊利石、空隙孔充填式綠泥石—鐵方解石。

1 楊俊杰.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律［M］.北京：石油工業(yè)出版，2002，104－108.

2 付金華，郭正權(quán)，鄧秀芹.鄂爾多斯盆地西南地區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組沉積相及石油地質(zhì)意義［J］.古地理學(xué)報(bào)，2005，7（1）：34－44.

3 王成玉，韓永林，王海紅，等.西峰、鎮(zhèn)北地區(qū)長(zhǎng)8沉積相再認(rèn)識(shí)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)（江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2006，28（5）：28－31.

4 Folk R L.Petrology of sedimentary rocks［M］.Aus－tin：Hemphill，1968，107.

5 鄭榮才，耿威，周剛，等.鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長(zhǎng)6砂巖成巖作用與成巖相研究［J］.巖性油氣藏，2007，19（2）：1－8.

6 于波，崔智林，劉學(xué)剛，等.西峰油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖成巖作用及對(duì)孔隙影響［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2008， 38（3）：405－409.

7 應(yīng)鳳祥，何東博，龍玉梅.中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—SY／T 5477－2003碎屑巖成巖階段劃分［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

8 尚凱.鄂爾多斯盆地坪莊一上里源地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層成巖作用研究［D］.西安石油大學(xué)2010，1－73.

9 程新虎，柳益群，陳魏巍，等.鄂爾多斯盆地張家山區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)集層成巖作用及有利相帶［J］.新疆石油地質(zhì)2012，33（3）：316.

10 周靜萍，湯軍，周曉陽(yáng).鄂爾多斯盆地下寺灣地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段高分辨率層序地層分析［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：88－93.

11 孔祥超，趙俊興，申趙軍.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)81成巖作用特征研究［J］.天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2013，36（1）：12－19.

12 趙靖舟，吳少波，武富禮.論低滲透儲(chǔ)層的分類與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)—以鄂爾多斯盆地為例［J］.巖性油氣藏，2007，19（3）：28－31.

13 謝慶邦.陜北三疊系延長(zhǎng)組低滲儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)特征及其評(píng)價(jià)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1988，15（2）：48－55.

（修改回稿日期 2013－10－14 編輯 王曉清）

秦衛(wèi)軍，男，1985年出生，碩士在讀；研究方向：沉積和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。地址：（710065）陜西省西安市雁塔區(qū)電子二路十八號(hào)西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院。電話：18629453626。E－mail：317713746＠qq.com