柳 娜，南珺祥，劉 偉，魏曉龍

(1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 陜西 710018；2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 陜西 710018；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，西安 陜西 710018；4.中國石油川慶鉆探工程有限公司井下技術(shù)作業(yè)公司，西安 陜西 710018)

鄂爾多斯盆地西部長(zhǎng)8儲(chǔ)層膠結(jié)物特征

柳 娜1，2，南珺祥1，2，劉 偉1，3，魏曉龍4

(1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 陜西 710018；2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 陜西 710018；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，西安 陜西 710018；4.中國石油川慶鉆探工程有限公司井下技術(shù)作業(yè)公司，西安 陜西 710018)

運(yùn)用偏光顯微鏡、X衍射、掃描電鏡等分析測(cè)試技術(shù)，對(duì)鄂爾多斯盆地西部長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖膠結(jié)物類型及特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明：研究區(qū)粘土膠結(jié)物以伊利石、高嶺石、綠泥石和伊蒙間層礦物為主，其相對(duì)含量分別為20.11%～42.19%、18.13%～32.51%、23.84%～62.72%、1.86%～25.10%。由于巖石中含有較多的富鐵凝灰質(zhì)，大部分在沉積成巖環(huán)境中綠泥石化，這類物質(zhì)在進(jìn)入沉積水域之后發(fā)生了強(qiáng)烈的水化作用并析出大量的鐵氧化物，從而形成了對(duì)粘土礦物的侵染，說明沉積環(huán)境Eh值比較高，沉積—早成巖早期環(huán)境相對(duì)比較開放，大量三八面體綠泥石的出現(xiàn)反映了早成巖中晚期強(qiáng)烈的還原環(huán)境。碳酸鹽類膠結(jié)物以方解石為主，其次為鐵白云石和菱鐵礦。C/O同位素分析表明，碳酸鹽膠結(jié)在本區(qū)貫穿于整個(gè)成巖期。普通方解石一般形成于成巖早期，鐵方解石和鐵白云石形成于成巖中、晚期。

伊利石 綠泥石 高嶺石 伊/蒙間層 碳酸鹽膠結(jié)物 硫酸鹽膠結(jié)物

膠結(jié)作用是指成巖過程中，孔隙水在沉積物原始孔隙中發(fā)生生物化學(xué)和物理化學(xué)作用形成的礦物將沉積物粘結(jié)并固結(jié)成巖,因而稱之為膠結(jié)物[1]。膠結(jié)物是成巖作用的根本,它們來源于孔隙水、大氣水或水巖反應(yīng)[2]。了解和研究砂巖膠結(jié)物和充填物是砂巖儲(chǔ)層研究極為重要的內(nèi)容，通過孔隙充填物和膠結(jié)物類型、含量、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等產(chǎn)狀的分析可以對(duì)砂巖沉積成巖環(huán)境、成巖流體變化規(guī)律、自生礦物形成條件及其相互關(guān)系、析出先后次序、砂巖原生孔隙減少以至于消失，次生孔隙的形成和保存，成巖序列的建立、孔隙分布規(guī)律的研究等具有重要意義。

長(zhǎng)8油層組是鄂爾多斯盆地由擴(kuò)張向鼎盛發(fā)展時(shí)期沉積的河流—湖泊沉積體系，其上覆地層為延長(zhǎng)組最大湖泛期的長(zhǎng)7油層組[3]。研究區(qū)位于盆地西部，即鎮(zhèn)北、演武、環(huán)北和西峰油田的西部等地。砂巖巖類以巖屑長(zhǎng)石砂巖(68.0%)為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖(19.2%)，粒度以中—細(xì)粒為主?？紫额愋鸵粤ｉg孔為主，其次為長(zhǎng)石溶孔。為了更好地從微觀角度對(duì)鄂爾多斯盆地西部長(zhǎng)8儲(chǔ)層進(jìn)行分析，以99口井677塊巖礦資料為基礎(chǔ)，對(duì)長(zhǎng)8儲(chǔ)層中膠結(jié)物特征進(jìn)行了詳細(xì)研究。

1 粘土類膠結(jié)物

粘土類膠結(jié)物以綠泥石、伊利石為主，局部可見高嶺石。砂巖沉積物含有較多的富鐵凝灰質(zhì)(安山質(zhì)火山灰和火山碎屑)，大部分在沉積成巖環(huán)境中綠泥石化，部分至今仍保留著凝灰質(zhì)殘余結(jié)構(gòu)，沉積之后發(fā)生了強(qiáng)烈的水化作用，從而形成了對(duì)粘土礦物的侵染。鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)無論是哪種粘土，都存在侵染現(xiàn)象，反映了沉積環(huán)境Eh值比較高，說明了沉積水體中氧逸度比較高，沉積—成巖環(huán)境相對(duì)比較開放。

1.1伊利石

伊利石含量介于1%～3%之間，平均不足2%，伊利石相對(duì)含量較高，含量變化較大。X衍射(表1)和掃描電鏡分析表明，其相對(duì)含量介于20.11%～42.19%之間，平均為36.6%，高于延長(zhǎng)組上覆地層，一般呈鱗片狀，來自陸源區(qū)，代表真正的粘土，反映了搬運(yùn)介質(zhì)的淘洗作用弱于上覆地層。

1.2綠泥石

綠泥石含量介于1%～5%之間，長(zhǎng)81和長(zhǎng)82平均含量分別為2%和3%。有兩種產(chǎn)狀：大部分為薄膜狀即沿顆粒壁垂直生長(zhǎng)，在砂粒接觸部位缺失，形成砂巖的第一代膠結(jié)物，具有明顯的自生礦物特征；少部分為孔隙充填型，多呈微粒集合體狀、不規(guī)則絨球狀，與薄膜狀綠泥石沒有繼承性生長(zhǎng)關(guān)系。綠泥石是一種特殊的2∶1型含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，其一般結(jié)構(gòu)式為：(Mg·Fe·Al)6[(Si·Al)4O6](OH)8。綠泥石極易在酸作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，粘土礦物的酸敏問題主要是綠泥石引起的。能譜分析表明，研究區(qū)綠泥石以三八面體結(jié)構(gòu)為主。它的形成與淺埋藏期、強(qiáng)還原環(huán)境下火山灰、黑云母等大量不穩(wěn)定富鐵礦物蝕變提供大量的Fe2+有關(guān)。這種薄膜狀自生綠泥石阻止長(zhǎng)石和石英再生長(zhǎng)，對(duì)研究區(qū)原始粒間孔的保存意義重大[4]。X衍射分析表明，除了個(gè)別巖屑砂巖中綠泥石相對(duì)含量在20%～30%外，大部分樣品中綠泥石相對(duì)含量介于40%～62%之間(表1)。

表1 研究區(qū)長(zhǎng)8砂巖中粘土礦物含量

1.3高嶺石

高嶺石含量約為1%～2%，局部含量在5%左右(M13井，2 598.24～2 605.8 m)，具顆粒蝕變型和孔隙析出型兩種產(chǎn)狀。顆粒蝕變型是鉀長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽顆粒在酸性介質(zhì)條件下高嶺石化(公式1)，這種高嶺石往往保存著碎屑顆粒的形態(tài)和輪廓，呈致密塊狀，很少產(chǎn)生晶間孔(圖1a)。在蝕變型中，還有一種高嶺石屬于雜基綠泥石(火山灰蝕變的再蝕變產(chǎn)物)。這種蝕變型高嶺石，往往呈褐帶綠色，至今其晶形仍然保持綠泥石針葉狀形態(tài)，其成分已高嶺石化，晶間常見綠泥石的殘余?？紫段龀鲂蜑榭紫端恋矶?，高嶺石雖然占據(jù)了粒間孔，但是又產(chǎn)生了少量的晶間孔(圖1b)。結(jié)晶普遍較小，一般僅有5 μm左右。

4KAlSi3O8(鉀長(zhǎng)石)+2CO2+4H2O=

Al4(Si4O10)(OH)8(高嶺石)+8SiO2+2K2CO3

(1)

a.M13井，2 605.80 m，顆粒蝕變型高嶺石b.M13井，2 605.80 m，孔隙析出型高嶺石及其晶間孔

圖1 研究區(qū)高嶺石產(chǎn)狀

1.4伊/蒙間層礦物

X衍射表明，伊/蒙間層礦物相對(duì)含量一般不超過25%，間層比較小，一般在15%以下，膨脹性比較小，反應(yīng)了較高的熱演化。但也存在少量的間層比為1∶1伊蒙有序混層礦物，即鈉板石(圖2)，呈網(wǎng)狀或搭橋狀分布于砂巖粒間孔中。其遇水具有強(qiáng)烈的膨脹性，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層的物理性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)，因而在長(zhǎng)82油藏注水開發(fā)時(shí)，必須考慮儲(chǔ)層的水敏問題。

a.H4井 ,長(zhǎng)82，2 461.12 m b.L59井,長(zhǎng)82，2 328.68 m

圖2 研究區(qū)鈉板石產(chǎn)狀

2 碳酸鹽膠結(jié)物

儲(chǔ)層砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物形成于沉積物沉積后埋藏成巖的各個(gè)階段，它們的主要類型有方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等。自生碳酸鹽礦物在膠結(jié)物中的礦物類型、賦存狀態(tài)與相對(duì)含量等均影響碎屑巖演化過程的巖石特性；碳酸鹽膠結(jié)物的后期的成巖演化、分布模式與沉淀期次對(duì)于儲(chǔ)集層品質(zhì)亦影響較大[5-7]。

長(zhǎng)8砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物以方解石最為常見，其次為鐵白云石和菱鐵礦。方解石在長(zhǎng)82平均含量為6%左右，部分層段方解石含量高達(dá)25%，成為鈣質(zhì)致密層。許多學(xué)者在做C/O同位素和包體測(cè)溫時(shí)，采用均一混樣的方式進(jìn)行提取，所獲得的各種參數(shù)應(yīng)該是早、中、晚期的混合數(shù)據(jù)，因而將方解石的形成放在了成巖中晚期，掩蓋了湖相三角洲成巖早期方解石膠結(jié)物的形成。成巖早期形成的方解石一般呈泥微晶，有時(shí)為泥微晶團(tuán)塊，沿砂巖顆粒呈微粒櫛殼狀膠結(jié)。在成巖期經(jīng)過重結(jié)晶作用的改造，消失了其本來的形貌特征。規(guī)模性的方解石膠結(jié)不是一次性完成的，而是一個(gè)連續(xù)的過程。鏡下?？梢钥吹骄Я罘浇馐倪B續(xù)析出，直到孔隙被完全充填為止(圖3)，這種方解石一般形成于成巖晚期階段，方解石在成巖晚期的膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化的重要因素之一[8]。鐵白云石在長(zhǎng)8砂巖中含量較低，僅出現(xiàn)在少量砂巖中。常以自形、半自形粉晶、細(xì)晶粒狀出現(xiàn)在孔隙中。C/O同位素分析表明(圖4)，碳酸鹽膠結(jié)物的C/O同位素具有連續(xù)性，說明其形成貫穿于整個(gè)成巖期。普通方解石一般形成于成巖早期，鐵方解石和鐵白云石形成于成巖中、晚期。尤其是鐵白云石形成最晚。在鏡下，常見鐵白云石在長(zhǎng)石溶孔中析出，表明其形成于長(zhǎng)石溶解之后。由于其平均含量較低，所以對(duì)孔隙的危害微乎其微，但是對(duì)于研究成巖期某一階段的水介質(zhì)的變化有一定意義。另外，鐵白云石的出現(xiàn)可以指示烴類在儲(chǔ)層中已發(fā)生過大規(guī)模運(yùn)移和充注作用[9]。

圖3 Z72井，2 212.75 m，方解石充填孔隙交代碎屑

圖4 研究區(qū)碳酸鹽碳、氧同位素組成

菱鐵礦在長(zhǎng)8砂巖中含量也不高，一般以泥微晶團(tuán)塊的方式出現(xiàn)，鏡下常見的是菱鐵礦對(duì)黑云母碎屑的交代。黑云母屬于暗色鐵鎂礦物，本身含鐵較高，在成巖介質(zhì)中與碳酸根相結(jié)合很容易使其菱鐵礦化。這種交代作用對(duì)孔隙的影響也不是很大。

3 硅質(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)物

3.1硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)物是儲(chǔ)集層中常見的礦物之一，也是影響儲(chǔ)集層質(zhì)量的主要因素，石英膠結(jié)作用是導(dǎo)致砂質(zhì)沉積物形成砂巖的重要作用[10]。硅質(zhì)膠結(jié)物在長(zhǎng)8儲(chǔ)層中有三種產(chǎn)狀：石英次生加大、它形充填孔隙及自形粒狀，但多以石英次生加大的方式出現(xiàn)，其含量一般在1%～3%之間，附著在石英顆粒的周圍生長(zhǎng)，使石英質(zhì)碎屑呈鑲嵌狀接觸，同時(shí)，它形充填孔隙(圖5a)及自形粒狀的硅質(zhì)(圖5b)，堵塞喉道，嚴(yán)重影響砂巖的滲透性(圖5a)。硅質(zhì)的不同形態(tài)與其形成的期次密切相關(guān)，不同產(chǎn)狀的硅質(zhì)膠結(jié)物對(duì)砂巖物性影響差別較大。硅質(zhì)發(fā)育導(dǎo)致巖石膠結(jié)作用強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)較致密，是儲(chǔ)層低孔低滲又一重要因素之一[11]。

a.Z8井，2 244.35 m，次生加大，顆粒鑲嵌孔隙孤立狀分布 b.L59井，2 319.39 m,自生鈉長(zhǎng)石

圖5 研究區(qū)石英質(zhì)膠結(jié)物

3.2長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)物含量很低，一般不足0.5%，可以次生加大的方式產(chǎn)出，也可以自形微粒鈉長(zhǎng)石的形態(tài)在粒間孔中形成(圖5b)。雖然對(duì)孔隙的影響不大，但是自生鈉長(zhǎng)石的存在對(duì)于研究成巖介質(zhì)以及長(zhǎng)石溶蝕和鈉長(zhǎng)石化等成巖作用很有意義。

4 硫酸鹽膠結(jié)物

在以往的各類文獻(xiàn)和研究中，少見對(duì)延長(zhǎng)組重晶石、硬石膏等硫酸鹽礦物的描述，但在研究長(zhǎng)8、長(zhǎng)9、長(zhǎng)10等樣品中觀察到硬石膏、重晶石等膠結(jié)物。本次研究中，在Y42井和Y29井中分別見到硬石膏和重晶石膠結(jié)。

4.1硬石膏

膏質(zhì)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)集空間的影響具雙重性。一方面，膏質(zhì)組分的沉淀導(dǎo)致各種原生孔隙的消失；另一方面，充填于孔隙中的早期膏質(zhì)膠結(jié)物，被表生期大氣淡水溶解形成大量的次生孔隙[12]。

研究區(qū)長(zhǎng)8硬石膏一般形成于成巖作用晚期，呈細(xì)—中晶他形塊狀析出，有時(shí)成片狀連晶膠結(jié)，使砂巖粒間孔隙全部消失。大多數(shù)情況下斑狀分布，使儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)(圖6a)。研究硬石膏的存在對(duì)于儲(chǔ)層防垢、油管結(jié)垢的防治很有意義。

4.2重晶石

重晶石膠結(jié)物出現(xiàn)在兩塊樣品中(Z285井2 194.54 m，Y29井2 294.61 m，圖6b)。其含量1%～2%，產(chǎn)狀、形態(tài)、存在方式與硬石膏類似。重晶石往往以交代碎屑顆粒的方式出現(xiàn)，雖然含量不高，但是反映了在成巖中晚期的成巖介質(zhì)曾有過硫酸鹽飽和沉淀的階段。

重晶石形成所需的鋇離子可由鉀長(zhǎng)石高嶺石化和溶蝕過程中提供。值得一提的是，在最近的研究文獻(xiàn)中重晶石的出現(xiàn)往往是白煙囪出現(xiàn)的標(biāo)志性礦物，預(yù)示著地幔物質(zhì)上升和侵位[13-15]。本區(qū)位于西部斷褶帶的東翼，又與西南部龍門構(gòu)造相鄰，龍門構(gòu)造是由火成巖的侵入體形成的正向構(gòu)造，侵入時(shí)間為印支期—燕山期，侵入層位為三疊系劉家溝組—侏羅系的直羅組，其時(shí)間、層位都穿越了延長(zhǎng)組，重晶石在本區(qū)的出現(xiàn)是否與此有關(guān)，還需作深入的研究。

a.Y42井2 543.42 m，硬石膏斑狀膠結(jié) b.Y29井2 294.2 m，重晶石斑狀膠結(jié)

圖6 研究區(qū)硫酸鹽類膠結(jié)物及其形成的致密斑塊

5 結(jié)論

(1)砂巖儲(chǔ)層中不同類型、成因和產(chǎn)狀的粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層的影響不同。準(zhǔn)確鑒別粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層研究有重要的意義。

(2)研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層粘土膠結(jié)物以伊利石、高嶺石和綠泥石為主，含量約為10%～13%，均有過鐵氧化物侵染，說明沉積—早成巖早期環(huán)境相對(duì)比較開放，強(qiáng)氧化環(huán)境；后期形成的大量三八面體綠泥石屬于強(qiáng)還原環(huán)境，說明早成巖中晚期成巖環(huán)境已屬于強(qiáng)還原環(huán)境；局部存在少量的鈉板石，開發(fā)過程中需注意儲(chǔ)層水敏問題。

(3)研究區(qū)儲(chǔ)層碳酸鹽類膠結(jié)物以方解石為主，其次為鐵白云石和菱鐵礦。從C/O同位素?cái)?shù)值的連續(xù)分布來看，碳酸鹽膠結(jié)在本區(qū)貫穿于整個(gè)成巖期。普通方解石一般形成于成巖早期，鐵方解石和鐵白云石形成于成巖中、晚期。

(4)研究區(qū)硅質(zhì)含量不高，介于1%～3%之間，但其附著在石英顆粒的周圍生長(zhǎng)及充填孔隙和喉道，使孔喉縮小、堵塞，對(duì)滲透率降低影響較大。

(5)研究區(qū)存在硬石膏和重晶石等硫酸巖類膠結(jié)物，說明局部地層水中具有豐富的鈣、鍶、鋇等離子， 在油田注水開發(fā)過程中應(yīng)預(yù)防地層及輸油管道結(jié)垢。

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(編輯 曹征遠(yuǎn))

Characteristics of the cements in Chang 8 reservoir in western Ordos Basin

Liu Na1,2，Nan Junxiang1,2，Liu Wei1,3，Wei Xiaolong4

(1.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLowPermeabilityOilandGasFields，Xi’an710018,China;2．ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofChangqingOilfieldCompany，PetroChina，Xi’an710018China；3.ResearchInstituteforDrilling&ProductionTechnologyofChuangqingDrillingEngineeringCo.，Ltd.，CNPC，Xi’an710081，China;4.DownholeTechnologyCompanyofChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimited，PetroChina，Xi’an710018，China)

By using polarizing microscope，scanning electron microscopy and X-ray diffraction，it was carried out the characteristics and type of the cements in Chang8 reservoir in western Ordos Basin.Results showed that clay minerals were mainly composed of illite，kaolinite，chlorite and illite/montmorillonite interstratified minerals with the relative contents of from 20.11% to 42.19%，from 18.13% to 32.51%，from 23.84% to 62.72%，and from 1.86% to 25.10%.Due to the chloritization of some Fe-rich tuffs in the sedimentary and diagenetic environment，after these kind materials entered the sedimentary water，strong hydration occurred and a large number of iron oxides were precipitated.Thus this led to the contamination of clay minerals.This phenomenon showed that Eh value was high and the sedimentic -diagentic environment was open.A large number of trioctahedron chlorite reflected a strong reductive environment at the mid-advanced stage of early diagenesis.The carbonate cement was mainly composed of calcite，second for ankerite and siderite.The isotope analysis of carbon and oxygen showed that carbonate cementation ran through the whole diagenesis.Calcite was formed at the early stage of diagenesis and the ferrocalcite and ankerite were formed at the middle or late stage of diagenesis.

illite;chlorite;kaolinite;illite/montmorillonite interstratified minerals;carbonate cement;sulfate cement

TE122.2

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.01.004

2014-07-14；改回日期2014-08-18。

收稿日期：柳娜(1979—)，女，工程師，碩士，主要從事鄂爾多斯盆地中生界—古生界巖礦及儲(chǔ)層地質(zhì)研究。電話：13630252655，E-mail: liun1_cq@petrochina.com.cn。

中國石油股份公司重大科技專項(xiàng)“長(zhǎng)慶油田油氣當(dāng)量上5 000萬噸關(guān)鍵技術(shù)研究”(2011E-13)。