王琪，馬東旭，余芳，吉鴻杰，蘇旭亮，李小燕，郝樂偉，魏中衡

1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018 2.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室，蘭州 730000 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 4.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018 5.青島地質(zhì)工程勘察院，山東青島 266071 6.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心，蘭州 730000 7.正元地理信息有限責(zé)任公司山東分公司，濟南 250101

鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)下石盒子組不同粒級砂巖成巖演化及孔隙定量研究

王琪1,2，馬東旭2,3，余芳4，吉鴻杰2,3，蘇旭亮5，李小燕6，郝樂偉2，魏中衡7

1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018 2.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室，蘭州 730000 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 4.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018 5.青島地質(zhì)工程勘察院，山東青島 266071 6.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心，蘭州 730000 7.正元地理信息有限責(zé)任公司山東分公司，濟南 250101

利用鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)下石盒子組鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、包裹體分析，地球化學(xué)等資料，通過統(tǒng)計與計算等方法，對研究區(qū)下石盒子組不同粒級砂巖的巖石學(xué)特征，成巖演化序列以及埋藏過程中孔隙的定量演化進(jìn)行研究。結(jié)果表明：①巖石學(xué)組成中，粗砂巖剛性顆粒含量高，塑性顆粒則多集中在細(xì)砂巖中；粗砂巖中硅質(zhì)膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)含量較高，中、細(xì)砂巖以高嶺石膠結(jié)為主。②成巖演化階段中，粗砂巖經(jīng)歷的成巖作用較為完全，而細(xì)砂巖在早成巖B期就已經(jīng)基本致密化，中砂巖則為二者的過渡型。③二疊世—中晚三疊世為準(zhǔn)同生—早成巖B階段，成巖作用以壓實為主，其對細(xì)砂巖孔隙度影響最大；晚三疊世—中侏羅世為中成巖A階段，成巖作用以溶蝕和膠結(jié)為主，粗砂巖溶蝕作用較強，孔隙度較高，細(xì)砂巖基本不發(fā)育溶蝕和膠結(jié)作用；中侏羅世之后，成巖階段達(dá)到了中成巖B，以亞鐵碳酸鹽膠結(jié)為主，粗砂巖受到膠結(jié)作用較強，降低了一定孔隙度，但物性依然較好，粗、中、細(xì)砂巖最終孔隙度分別為11.07%、6.08%及2.60%。綜上所述，粗砂巖由于壓實作用較弱，溶蝕作用較強，可以形成良好的儲集空間，中砂巖主要受控于壓實和膠結(jié)作用的雙重影響，形成次一級的儲集空間，而細(xì)砂巖以壓實破壞為主，物性相對最差。

鄂爾多斯；下石盒子組；不同粒級砂巖；成巖演化；孔隙定量

0 引言

鄂爾多斯盆地上古生界天然氣藏作為非常規(guī)氣藏，且經(jīng)前人大量研究認(rèn)為是典型的巖性氣藏[1-3]，因此對于該氣藏儲層的研究和認(rèn)識尤為關(guān)鍵。成巖作用是控制儲層的主要因素之一[4-6]，其通過水—巖反應(yīng)改造儲層。目前多數(shù)學(xué)者對成巖作用的研究是把儲層砂巖作為一個整體，并在此基礎(chǔ)上研究儲層孔隙定量演化[7-10]。然而筆者認(rèn)為砂體的粗細(xì)程度、物質(zhì)組成等是制約儲層成巖作用的重要影響因素，不同巖性以及不同粒級砂巖經(jīng)歷的成巖作用程度以及孔隙演化是不同的。近年來，有學(xué)者從不同巖性出發(fā)研究其成巖作用和孔隙演化的不同，并取得了一定的認(rèn)識。羅靜蘭等[11]及李杪等[12]認(rèn)為，鄂爾多斯盆地不同源區(qū)控制下形成的石英砂巖與巖屑石英砂巖經(jīng)歷了復(fù)雜的多期成巖作用過程，石英砂巖由于初始物質(zhì)以及孔隙組成不同于巖屑砂巖，因而具有較好的物性，而高塑性巖屑砂巖則在早成巖階段已經(jīng)致密化；劉占良等[13]則從蘇里格氣田東二區(qū)物源交匯處形成的長石石英砂巖和巖屑砂巖出發(fā)，認(rèn)為巖性及原始物質(zhì)組分的差異導(dǎo)致了成巖反應(yīng)、成巖序列和成巖產(chǎn)物的差異。然而前人針對的研究范圍較大，巖性較為復(fù)雜，在基于物源較為單一控制下的小范圍地區(qū)，巖性基本一致，成巖作用的不同則主要體現(xiàn)在不同粒級砂巖中，因此在此種情況下將不同粒級砂巖分開來研究是更為精細(xì)和合理的。

不同粒級砂巖的物質(zhì)組成以及成巖演化將最終決定儲層儲集性能的不同，儲集性能的不同又會影響勘探開發(fā)的效果，鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)下石盒子組砂巖作為該區(qū)勘探開發(fā)的主力產(chǎn)氣層，區(qū)塊面積較小，物源指向及巖性相對單一，對于正確認(rèn)識不同粒級砂巖的成巖過程研究有助于進(jìn)一步對儲層的了解。因此本文將結(jié)合各類分析測試手段，運用統(tǒng)計、計算等方法分析該區(qū)下石盒子組不同粒級砂巖的巖石學(xué)特征、成巖作用及成巖演化，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合埋藏史探討不同時期各粒級砂巖孔隙演化特征。該研究對于深入了解研究區(qū)下石盒子組砂巖儲層成巖過程以及尋找有利儲集帶具有重要意義，并為下一步勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北緣(圖1)，其晚古生代地層自下而上發(fā)育有本溪組、太原組、山西組、石盒子組以及石千峰組，其中太原組及山西組為主要的煤系地層，在烴源巖演化過程中釋放大量有機酸以及煤成氣，經(jīng)過短暫運移至下石盒子組，使其形成相對優(yōu)質(zhì)的天然氣藏。結(jié)合野外露頭、巖芯、分析測試數(shù)據(jù)以及結(jié)合前人研究成果認(rèn)為，研究區(qū)下石盒子組主要發(fā)育曲流河沉積，河道及邊灘砂體發(fā)育粒級較粗的砂體，形成良好的儲集空間，而河漫等沉積體則往往由于水動力相對較弱形成粒級較細(xì)的砂體。

2 儲層巖石學(xué)特征

研究區(qū)下石盒子組砂巖類型以巖屑砂巖為主，含量為81.95%，巖屑質(zhì)石英砂巖和長石巖屑砂巖次之，分別占到6.38%和11.67%。骨架顆粒中石英平均含量為45.62%，巖屑為25.7%，長石為4.61%，分別占到碎屑總量的60.04%、33.88%和6.08%。該區(qū)下石盒子組以巖屑含量較高為特點，巖屑組分中以變質(zhì)巖巖屑為主，平均含量為15.43%，其中包括石英巖巖屑，千枚巖及泥板巖巖屑，變質(zhì)沉積巖巖屑等，平均含量分別為9.02%、4.91%和1.50%；火成巖巖屑次之，以火山碎屑巖為主，平均含量為5.56%；沉積巖巖屑以粉砂巖、泥巖為主，平均含量為1.06%；另含少量的燧石以及云母等，平均含量分別為2.52%和1.26%。粗、中、細(xì)砂巖在碎屑組分中最大的不同表現(xiàn)在塑性巖屑的含量，在水流分異的作用下，粗砂巖往往富集了較多的剛性顆粒，如石英、石英巖以及長石等，而千枚巖、泥板巖、云母等則由于較易搬運，往往集中在細(xì)砂巖中(圖2)。根據(jù)鏡下觀察統(tǒng)計，粗砂巖塑性巖屑含量為2.26%，中砂巖為9.47%，細(xì)砂巖為15.57%。

該區(qū)下石盒子組以高含量填隙物為主要特征，平均含量為24.03%。其中，膠結(jié)物以高嶺石為主，平均含量為5.65%；含鐵及鐵方解石次之，平均含量為4.16%；硅質(zhì)膠結(jié)物平均含量為2.32%；綠泥石膜相對較為發(fā)育，平均含量為0.97%；另含1.21%的鐵質(zhì)膠結(jié)物以及少量的自生伊利石和自生綠泥石。雜基由凝灰質(zhì)及其蝕變產(chǎn)物(蝕變綠泥石、蝕變膠狀水云母)和水云母雜基組成，其中后者發(fā)生大量的絹云母化，凝灰質(zhì)平均含量為2.18%，蝕變綠泥石和蝕變膠狀水云母為1.90%和0.39%，水云母雜基含量相對較高，為4.19%。三種粒級的砂巖在填隙物中的不同主要體現(xiàn)在膠結(jié)物上，硅質(zhì)膠結(jié)在粗砂巖中最為發(fā)育，平均含量為2.58%，中砂巖為2.02%，細(xì)砂巖為1.17%，高嶺石多集中發(fā)育在中砂巖中，平均含量為6.86%，粗砂巖為4.71%，細(xì)砂巖為5.67%，晚期含鐵及鐵方解石也多存在于粗砂巖中，平均含量為4.51%，中砂巖為3.50%，細(xì)砂巖為1.00%。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造及地理位置圖Fig.1 Map showing the tectonic and geographic location of the study area

圖2 研究區(qū)下石盒子組砂巖中塑性巖屑含量與砂巖粒徑關(guān)系圖Fig.2 The relationship between content of plastic rock debris and grain size of sandstone of the Lower Shihezi Formation in the study area

3 成巖作用及單因素孔隙定量表征

成巖作用作為后期改造砂體的主要方式影響著砂體的儲集性能，通過對研究區(qū)下石盒子組砂巖的薄片觀察，認(rèn)為主要的破壞性成巖作用有壓實作用、膠結(jié)作用，建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕作用，在此基礎(chǔ)上結(jié)合前人對于孔隙度定量計算公式[14-16]對不同粒級砂巖成巖作用進(jìn)行定量計算，以期更直觀的體現(xiàn)成巖作用對不同粒級砂巖儲集性能的影響。

3.1 壓實作用

壓實作用作為主要的破壞性成巖作用受到眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[17-19]。郭本廣等[20]對研究區(qū)埋藏史的研究,認(rèn)為臨興地區(qū)在中侏羅紀(jì)達(dá)到最大埋深，深度可達(dá)4 000 m左右，可見在埋藏過程中地層經(jīng)歷的壓實作用較強(圖3a)。從物質(zhì)組成來看，由于三種不同粒級砂巖初始組分的不同，壓實作用對其的影響也不相同，根據(jù)計算，壓實作用對粗砂巖孔隙度影響相對最低，減孔量為15.14%，中砂巖為17.99%，細(xì)砂巖相對最高，為19.42%。而造成這種相對高塑性巖屑的根本原因是受到了物源的控制作用，研究區(qū)處于盆地東北緣，區(qū)塊范圍較小，根據(jù)重礦物、微量元素、陰極發(fā)光等資料，并結(jié)合前人對鄂爾多斯盆地北部物源的分析[21-24]認(rèn)為，該區(qū)下石盒子組物源指向單一，巖屑組分含量相對較高，塑性巖屑如千枚巖，泥板巖，云母以及火山物質(zhì)等常在強烈壓實作用下發(fā)生變形充填孔隙(圖3b)；另外，海西期構(gòu)造活動頻繁，鄂爾多斯盆地周緣火山活動頻發(fā)[25-28]，大量火山物質(zhì)以碎屑顆粒和填隙物形式存在于儲層中，使得儲層壓實作用更加明顯。

3.2 膠結(jié)作用

3.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)下石盒子組砂巖中硅質(zhì)膠結(jié)物的存在形式有石英加大邊(圖3c)、孔隙式充填以及石英微晶和隱晶質(zhì)充填等，孔隙式充填分為兩種存在形式，一種為單晶充填，另一種為多晶(嵌晶式)充填(圖3d)，后者常存在于凝灰質(zhì)較多的砂巖中，這種嵌晶式充填類似于燧石的生長方式，在凝灰質(zhì)溶洞的中心部位晶形較大，而沿邊部較為細(xì)小，為競爭生長關(guān)系(圖3e)，這可能是由于硅質(zhì)的多期充填造成，而微晶及隱晶質(zhì)石英(圖3f)則由成巖早期凝灰質(zhì)蝕變而來[18,29]。硅質(zhì)膠結(jié)物盡管在一定程度上增加了儲層的抗壓實能力，但主要還是以膠結(jié)并占據(jù)孔隙為主要特征。由于細(xì)砂巖儲集性能已遭到早期壓實作用的強烈破壞，因此流體在其內(nèi)部運移較難，導(dǎo)致硅質(zhì)膠結(jié)物在細(xì)砂巖中含量較低，而粗砂巖則由于流體運移較為通暢，經(jīng)過沉淀形成較多的硅質(zhì)膠結(jié)物。通過計算，硅質(zhì)膠結(jié)物在粗、中、細(xì)砂巖中平均減孔量分別為3.05%、2.30%和1.50%。

3.2.2 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽巖膠結(jié)物存在形式有菱鐵礦、方解石、含鐵方解石及鐵方解石，從形成時期上可分為早期、中期和晚期三類膠結(jié)物。早期碳酸鹽主要為菱鐵礦，多呈暗色泥晶、粉晶集合體充填在粒間孔中，通常不交代骨架顆粒，為同生沉積時期由還原性水介質(zhì)中沉淀產(chǎn)物，隨著成巖環(huán)境的溫壓增高，菱鐵礦可部分發(fā)生重結(jié)晶作用，并輕微交代石英等顆粒；其成巖效應(yīng)表現(xiàn)在成巖早期可增強砂巖的抗壓實能力，但含量較低，中期的碳酸鹽巖為泥晶和微晶碳酸鹽將向粉晶和細(xì)晶碳酸鹽轉(zhuǎn)化而成，含量也相對較少，晚期碳酸鹽巖最為常見，以含鐵及鐵方解石為主(圖3g，h)，其多呈連晶狀充填在各類殘留粒間孔、次生溶孔中，在膠結(jié)物內(nèi)部常見交代石英及長石的殘骸，在陰極發(fā)光下由于方解石中鐵/錳比相對較高，通常只發(fā)暗紅色光(圖3i)，這類膠結(jié)物晚于早期各類成巖作用，是堿性環(huán)境的特征自生成因標(biāo)志礦物，屬于破壞性成巖作用。與硅質(zhì)膠結(jié)物相類似，由于流體在不同粒級砂巖中運移的差異性，導(dǎo)致碳酸鹽膠結(jié)物多發(fā)育在粗砂巖中，細(xì)砂巖含量相對最低。通過計算可得，碳酸鹽膠結(jié)物使得粗砂巖孔隙度降低5.28%，中砂巖為2.65%，細(xì)砂巖為1.80%。

圖3 研究區(qū)下石盒子組儲層特征照片a.粗砂巖顆粒線—凹凸?fàn)罱佑|，LX-8井，1 786.70 m，×50(+)；b.細(xì)砂巖中大量塑性巖屑被壓實呈定向性，LX-10井，1 483.06 m，×25(-)；c.石英顆粒多級次生加大邊，LX-16井，1 839.04 m，×100(-)；d.粒間嵌晶狀他型硅質(zhì)充填，LX-8井，1 714.30 m，×100(+)；e.凝灰質(zhì)溶孔充填微晶石英，LX-28井，1 764.11 m，×100(-)；f.凝灰質(zhì)原地蝕變形成的微晶石英，LX-8井，1 639.40 m， ×100(+)；g.含鐵方解石膠結(jié)孔隙，LX-8井，1 819.00 m，×25(-)；h.鐵方解石膠結(jié)孔隙并交代長石顆粒，LX-10井，1 477.80 m，×25(-)；i.鐵方解石在陰極發(fā)光下為暗紅色，LX-6井，1 647.01 m，陰極發(fā)光；j.長石溶蝕后原地生成的高嶺石，LX-26井，1 730.5 m，×100(-)；k.凝灰質(zhì)溶蝕后形成的高嶺石，LX-28井，1 764.11 m，×25(-)；l.鱗片狀高嶺石充填粒間孔隙，LX-21井，1 756.47 m，×1 500，SEM，m.圍繞顆粒表面的綠泥石膜，LX-8井，1 681.70 m，×25(-)；n.絲絮狀伊利石充填粒間孔隙，LX-7井，1 688.7 m，×700，SEM，o.水云母及凝灰質(zhì)蝕變殘余呈漸變關(guān)系，LX-10井，1 714.50 m，×200(+)；p.長石溶蝕后被硅質(zhì)及方解石等膠結(jié)，LX-26井，1 758.61 m，×50(-)；q.巖屑溶孔及溶蝕殘余，LX-26井，1 783.24 m，×50(-)；r.凝灰質(zhì)溶孔及溶蝕殘余，LX-8井，1 684.7 m，×100(-)。Fig.3 The characteristics of photographs of the Lower Shihezi Formation in the study area

3.2.3 黏土礦物膠結(jié)

黏土礦物在本區(qū)下石盒子組也較發(fā)育，其中包括高嶺石、綠泥石、伊利石以及伊蒙混層等。高嶺石含量相對最高，主要由火山物質(zhì)及長石的蝕變及溶蝕后異地沉淀形成，反映酸性成巖階段以及相對較為封閉的環(huán)境，單晶為假六方板狀，集合體呈書頁狀、蠕蟲狀、手風(fēng)琴狀以及扇狀等(圖3j，k，l)。作為膠結(jié)物形式存在的綠泥石和伊利石發(fā)育較少，其以黏土包膜以及自生充填方式為主(圖3m，n)，凝灰質(zhì)蝕變形成的綠泥石和膠狀水云母占到了一定比重，而水云母含量也相對較高，其具有可溶、成巖收縮縫、石英晶屑以及與凝灰質(zhì)漸變的特點(圖3o)，因此認(rèn)為其也是由凝灰質(zhì)蝕變形成。由于同沉積凝灰質(zhì)及其蝕變產(chǎn)物在各類粒級砂巖中普遍存在，加之自生綠泥石、伊利石含量較低，黏土礦物中高嶺石含量的差異性在不同粒級砂巖中表現(xiàn)最為明顯，由于其沉淀環(huán)境的相對封閉性，多集中于中砂巖中，細(xì)砂巖由于流體運移較為困難，水—巖反應(yīng)程度較低，其含量相對次之，且由于細(xì)砂巖經(jīng)歷了強烈的壓實作用，早期酸性環(huán)境中形成的高嶺石晶間孔被壓實破壞，使得儲層基本不發(fā)育晶間孔，粗砂巖中高嶺石含量則相對最低。高嶺石膠結(jié)使得粗砂巖降低5.78%的孔隙，而中砂巖為8.06%，細(xì)砂巖為6.60%，粗砂巖中高嶺石晶間孔提供0.46%孔隙度，中砂巖則為1.21%。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用形成的次生孔隙是研究區(qū)下石盒子組主要的儲集空間，根據(jù)pH值可以分為酸性溶蝕和堿性溶蝕，以酸性溶蝕為主，其主要發(fā)生在早成巖B期—中成巖A期，溶蝕物質(zhì)總體為長石(圖3p)以及火山物質(zhì)(圖3q，r)。研究區(qū)下石盒子組長石含量較低，其主要受控于母巖性質(zhì)[30]，前人研究認(rèn)為，長石主要來自巖漿巖、火山碎屑巖[31-32]，這與母巖區(qū)相對較少的侵入巖和火山碎屑巖不無關(guān)系。因此，火山物質(zhì)的溶蝕也為次生孔隙的形成起到了至關(guān)重要的作用，其以火山碎屑顆粒及凝灰質(zhì)兩種形式存在，在酸性流體的作用下發(fā)生溶蝕以及蝕變等成巖作用。從大量鏡下觀察也可看出，粒內(nèi)溶蝕孔隙主要由巖屑以及長石提供，而顆粒之間由于充填凝灰質(zhì)，在酸性溶蝕后往往形成雜基溶蝕孔。另外，由于酸性流體在不同粒級砂巖中運移的難易程度不同，往往會形成溶蝕的差異性，剛性顆粒含量較高的粗砂巖中溶蝕較為充分，而細(xì)砂巖由于大量塑性物質(zhì)的存在，基本不產(chǎn)生溶蝕，根據(jù)計算，粗砂巖中溶蝕作用提供孔隙度可達(dá)8.21%，中砂巖為5.91%，細(xì)砂巖僅為2.34%。

4 不同粒級砂巖的成巖演化過程

研究區(qū)下石盒子組有機質(zhì)的鏡質(zhì)體反射率(Ro)測定值為0.90%～1.83%，平均值為1.28%，屬于成熟—高成熟階段，且包裹體均一溫度集中在71.5℃～144.7℃，個別樣品達(dá)到了172.7℃，說明成巖作用已經(jīng)達(dá)到了中成巖階段；根據(jù)黏土礦物X衍射分析得出，I(伊利石)/S(蒙皂石)混層礦物處在有序混層帶，S層在I/S混層中比例常在0～38%之間，平均值為12.12%，為中成巖B期；另外，從大量鏡下觀察可以看出，大部分石英顆粒具有Ⅱ～Ⅲ級的次生加大邊，碳酸鹽膠結(jié)物以含鐵方解石及鐵方解石為主，部分凝灰質(zhì)也在中成巖B期堿性環(huán)境中蝕變形成(膠狀)綠泥石及膠狀水云母等。綜上所述，研究區(qū)下石盒子組地層整體為中成巖階段，大部分已經(jīng)達(dá)到了中成巖B期。

粗砂巖及含礫粗砂巖由于剛性顆粒含量較高，起到了很好的支撐作用，在成巖過程中流體運移較為通暢，經(jīng)歷的成巖作用比較完全，其成巖反應(yīng)序列為：早成巖A階段，黏土膜形成→Ⅰ期機械壓實→無鐵泥晶方解石、菱鐵礦沉淀→Ⅰ期自生石英(微晶或隱晶質(zhì))；早成巖B階段，Ⅱ期機械壓實→Ⅰ期有機酸流體進(jìn)入→Ⅰ期溶蝕→Ⅰ期自生高嶺石+Ⅱ期自生石英(加大邊或孔隙充填型)；中成巖A階段，Ⅱ期有機酸流體進(jìn)入→Ⅱ期溶蝕→Ⅱ期自生高嶺石+Ⅲ期自生石英(加大邊或孔隙充填型)→絹云母化→Ⅰ期伊利石+綠泥石膠結(jié)交代→無鐵亮晶方解石膠結(jié)；中成巖B階段，Ⅳ期自生石英(加大邊或孔隙充填型)→Ⅱ期伊利石+綠泥石膠結(jié)交代→晚期亞鐵方解石膠結(jié)交代。

細(xì)砂巖以含量高塑性巖屑為主要特征，在同沉積凝灰質(zhì)的充填下更加劇了儲層致密化，因此成巖流體運移較為困難，經(jīng)歷的成巖作用以壓實作用為主，膠結(jié)和溶蝕作用較弱。成巖過程中，酸性流體的溶蝕主要發(fā)生在早成巖B及中成巖A期，而砂體在中成巖A早期砂巖就已經(jīng)固結(jié)成巖，也就是說，高塑性成分含量的細(xì)砂巖在中成巖早期就已經(jīng)基本致密化，酸性流體已經(jīng)很難進(jìn)入，而在早成巖B期酸性流體進(jìn)入后形成的溶孔及高嶺石晶間孔也會隨著壓實作用而減小甚至消失，使得面孔率基本為0，直到中成巖A晚期及中成巖B期弱堿及堿性環(huán)境中發(fā)生少量綠泥石化和伊利石化以及含鐵或鐵方解石的交代作用。綜上所述，其成巖反應(yīng)序列為：早成巖A階段，黏土膜形成→Ⅰ期機械壓實→無鐵泥晶方解石、菱鐵礦沉淀→Ⅰ期自生石英(微晶或隱晶質(zhì))；早成巖B階段，Ⅱ期機械壓實→Ⅰ期有機酸流體進(jìn)入→Ⅰ期溶蝕→Ⅰ期自生高嶺石+Ⅱ期自生石英(加大邊或孔隙充填型)；中成巖A階段，絹云母化→Ⅰ期伊利石+綠泥石交代；中成巖B階段，Ⅱ期伊利石+綠泥石交代→亞鐵碳酸鹽交代。

中砂巖粒徑介于粗砂巖及細(xì)砂巖之間，由于在成分上兼有二者的特點，因此成巖作用為二者的過渡型，此處不再詳盡描述(圖4)。

5 埋藏過程中的孔隙演化過程

由于沉積分異作用，各粒級砂巖的初始孔隙度就有所不同，細(xì)砂巖由于顆粒分選差，初始孔隙度較低，平均值為29.58%，中砂巖為30.47%，粗砂巖相對最高，為31.65%。結(jié)合研究區(qū)埋藏史圖可以認(rèn)為，二疊世—中晚三疊世為準(zhǔn)同生—早成巖B階段，成巖作用以壓實為主，由于壓實作用的差異性，使得粗砂巖孔隙度降低至16.51%，中砂巖為12.48%，細(xì)砂巖為10.16%；晚三疊世—中侏羅世為中成巖A階段，成巖作用以溶蝕和膠結(jié)為主，粗砂巖溶蝕作用最強，其孔隙度升至24.72%，中砂巖為18.39%，細(xì)砂巖僅為12.50%，膠結(jié)物以硅質(zhì)和高嶺石為主，在后期使得粗砂巖孔隙度降低至15.89%，中砂巖為8.03%，細(xì)砂巖為4.40%，但由于高嶺石提供少量的晶間孔，使得粗砂巖孔隙度提高至16.35%，中砂巖為9.24%；中侏羅世之后，成巖階段達(dá)到了中成巖B，以堿性環(huán)境為主，大量含鐵以及鐵方解石得以沉淀，盡管對于粗砂巖影響相對最大，但是粗砂巖物性依然較高。粗砂巖孔隙度最終為11.07%，中砂巖為6.08%，細(xì)砂巖為2.60%(圖5)。綜上所述，粗砂巖由于壓實作用相對較弱，溶蝕作用相對最強，可以形成良好的儲集空間，中砂巖則主要受控于由于壓實和(高嶺石)膠結(jié)作用的雙重影響，形成次一級的儲集空間，而細(xì)砂巖則以壓實破壞為主，物性相對最差。

圖4 研究區(qū)下石盒子組成巖序列Fig.4 The diagenetic sequence of the Lower Shihezi Formation in the study area

圖5 研究區(qū)下石盒子組不同粒級砂巖地質(zhì)歷史時期儲層孔隙度演化(埋藏史圖引自郭本廣等[20]，略有修改)Fig.5 Reservoir porosity evolution history of different grain size sandstone of the Lower Shihezi Formation in the study area(burial history modified after Guo et al.[20])

6 結(jié)論

(1) 水流的分異作用導(dǎo)致研究區(qū)下石盒子組砂巖碎屑成分在各粒級砂巖中呈現(xiàn)出明顯的不同，剛性顆粒多集中于粗砂巖中，而細(xì)砂巖中塑性顆粒含量相對最高。酸性流體運移的差異性則導(dǎo)致不同粒級砂巖填隙物也不盡相同，粗砂巖以相對高硅質(zhì)膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)為主要特征，中砂巖以相對高含量高嶺石為特征，細(xì)砂巖膠結(jié)物含量較少，也以高嶺石為主。

(2) 研究區(qū)下石盒子組砂巖整體處于中成巖B期，粗砂巖經(jīng)歷的成巖作用較為完全，細(xì)砂巖在中成巖A期的溶蝕作用基本不發(fā)育，在中成巖A晚期及中成巖B期只發(fā)生少量蝕變和交代作用，中砂巖則為上述二者的過渡型。

(3) 研究區(qū)下石盒子組砂巖在二疊世—中晚三疊世為準(zhǔn)同生—早成巖B階段，成巖作用以壓實為主，其對細(xì)砂巖物性影響最大；晚三疊世—中侏羅世為中成巖A階段，成巖作用以溶蝕和膠結(jié)為主，粗砂巖溶蝕作用較強，具有較高的孔隙度值；中侏羅世之后，成巖階段達(dá)到了中成巖B，以亞鐵碳酸鹽膠結(jié)為主，其對粗砂巖影響較大，但物性依然較高，粗砂巖最終孔隙度為11.07%，中砂巖為6.08%，細(xì)砂巖為2.60%。粗砂巖由于壓實作用相對較弱，溶蝕作用相對最強，物性相對最好，中砂巖次之，而細(xì)砂巖則以壓實破壞為主，物性相對最差。

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The Diagenetic Evolution and Quantitative Research of Porosity in Different Grain Size Sandstones of the Lower Shihezi Formation in Linxing Area, Ordos Basin

WANG Qi1,2，MA DongXu2,3，YU Fang4，JI HongJie2,3，SU XuLiang5，LI XiaoYan6，HAO LeWei2，WEI ZhongHeng7

1. National Engineering Laboratory of Exploration and Development on Low Permeability Oil & Gas Field, Xi'an 710018, China 2. Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Gansu Province/ Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China 5. Qingdao Geo-engineering Exploration Institute, Qingdao, Shandong 266071, China 6. Lanzhou Library of Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China 7. Shandong branch of Zhengyuan Geographic Information Co., Ltd., Jinan 250101, China

Based on analysis on casting thin sections, SEM, cathodeluminescence, inclusion, and geochemical data, and combining with the method of statistics and calculation, we have discussed the petrologic feature, diagenetic sequence, and quantitative evolution of porosity from the different grain-sized sandstone of the Lower Shihezi Formation in the study area. This research shows that the coarse sandstone has the characteristic with high rigidity particle and the plastic debris is enriched in fine-grained sandstone. silicic cementation and carbonate cementation are enriched in coarse sandstone, medium and fine sandstone has the high content of kaolinite. On the diagenetic evolution process, the experience of diagenesis is more completely in coarse sandstone, but the fine sandstone had already become densification in period B of early diagenetic stage. The medium sandstone is the transition between the two types. The period of Permian to middle Triassic is penecontemporaneous to period B of early diagenetic stage, the dominant diagenesis is compaction, which has the greatest influence on the porosity of fine sandstone. In the late Triassic to Jurassic is the period A of middle diagenetic stage, the dominant diagenesis are corrosion and cementation. The coarse sandstone dissolution is strong, so has a higher porosity. Fine sandstone is not developed in dissolution and cementation by and large. The period B of middle diagenetic stage is developed after middle Jurassic, the dominant diagenesis is ferrous carbonate cementation. Coarse sandstone has strong cementation to reduce the porosity, but the property is still good. The final porosity is 11.07%, 6.08% and 2.60%. In conclusion, coarse sandstone has better properties because lower compaction and higher corrosion, medium sandstone is secondary formation because compaction and cementation, fine sandstone is the worst formation because of higher compaction.

Ordos; Upper Paleozoic; different grain-sized sandstone; diagenetic evolution; quantitative research of porosity

1000-0550(2017)01-0163-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.016

2016-03-18；收修改稿日期： 2016-05-07

低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室開放課題(2016GSKJ05-01)；國家自然科學(xué)基金(41502142)；中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室開放基金(KFJJ2013-02)；中國科學(xué)院西部行動計劃(KZCX2-XB3-12)；甘肅省重點實驗室專項(1309RTSA041)[Foundation: Open Research Project of National Engineering Laboratory, No.2016GSKJ05-01; Chinese National Natural Science Foundation, No. 41502142; Key Laboratory of Petroleum Resource Research Foundation, Chinese Academy of Sciences, No. KFJJ2013-02; Western Action Plan Project of CAS, No. KZCX2-XB3-12; Key Laboratory Project of Gansu Province, No. 1309RTSA041]

王琪，男，1967年出生，博士，研究員，儲層地質(zhì)學(xué)及地球化學(xué)，E-mail: qiwang@lzb.ac.cn

TE122.2

A