喬 博,李婧娟,許克偉,劉海鋒,夏 勇,蘇中堂

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院,西安 710018；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

鄂爾多斯盆地是一個大型含油氣疊合盆地，三疊系延長組是其重要的含油層位，發(fā)現(xiàn)于1909年，20世紀(jì)80年代進入重要勘探時期[1-3]。湖相重力流形成的巨厚砂體是近十來年鄂爾多斯盆地延長組致密油勘探重點關(guān)注對象，取得了一系列認(rèn)識[4-10]，使得延長組致密油勘探領(lǐng)域不斷向隴東拓展，正寧地區(qū)成為其重要勘探區(qū)域之一[11-12]。正寧地區(qū)延長組在儲層、沉積相、烴源巖和裂縫方面取得一些認(rèn)識[11,13-14]，但主力產(chǎn)層延長組第2段(簡稱“長2段”)、第6段(簡稱“長6段”)、第8段(簡稱“長8段”)等產(chǎn)量高低不均，控儲關(guān)鍵因素不明，致使該區(qū)深入油氣勘探與評價受限。本文擬研究該地區(qū)長6段儲層成巖相，定量計算儲層孔隙演化過程，為深入認(rèn)識該套儲層提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

印支構(gòu)造運動期，鄂爾多斯盆地開始進入“南北成帶、東西分塊”新構(gòu)造格局背景大型陸內(nèi)沉積盆地演化階段[15]。南側(cè)秦嶺造山、北部興蒙造山與西側(cè)阿拉善地塊推擠作用共同造就了晚三疊世盆地的古構(gòu)造面貌。受印支期波動式活動影響，長6期盆地基底由下沉逐漸轉(zhuǎn)為抬升，湖盆收縮，物源供給充足，形成一系列高建設(shè)性的河流-湖泊三角洲沉積體系，局域發(fā)生火山事件、地震事件、濁流事件沉積以及地區(qū)性缺氧事件等[16]。

因盆地基底不均衡升降，盆地南部長期持續(xù)拗陷，晚三疊世為一大型平緩內(nèi)陸湖盆。延長組發(fā)育一套湖進-湖退完整沉積序列，盆地南部為河-湖三角洲沉積，巖石粒度細(xì)、厚度大(1～1.4 km)。依據(jù)沉積旋回、巖石組合特征，自上而下劃分10段，長6段發(fā)育一套綠灰、灰綠色粉-細(xì)砂巖夾暗色泥巖、油頁巖及薄層凝灰?guī)r組成的巖石組合(圖1)。

長6期開始收縮，水體加深，沉積作用增強，正寧地區(qū)呈現(xiàn)半深湖-深湖三角洲前緣沉積物失穩(wěn)形成的重力流沉積，包括砂質(zhì)碎屑流沉積、滑塌沉積和濁流沉積(圖1)。三角洲前緣砂體厚度及坡度超過穩(wěn)定休止角極限時，沉積物內(nèi)部將形成超壓，造成沉積物自重大于其下泥巖的承受力，此時，沉積界面超出穩(wěn)定休止角，沉積物強烈液化，沿坡折帶泥質(zhì)沉積物表面順斜坡向下發(fā)生重力滑塌與流動[9,16]。

2 儲層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

正寧地區(qū)長6段儲層以長石巖屑砂巖及巖屑長石砂巖為主，449個樣品統(tǒng)計顯示，砂巖主要成分的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為：石英10%～78%，平均為41.9%；長石0%～60%，平均為23.5%；巖屑0%～80%，平均為19.96%：長石、巖屑含量高，成分成熟度較低。巖石以微-細(xì)粒砂巖為主，含少量中-細(xì)粒砂巖，分選性為中等-差，次棱角狀居多，其次為次棱角-次圓狀，磨圓度中等，結(jié)構(gòu)成熟度偏低(圖2-A)。砂巖顆粒間為點-線接觸或線接觸，孔隙式膠結(jié)為主。綜上所述，正寧地區(qū)長6段細(xì)砂巖中長石、巖屑含量高，分選性和磨圓度中等，成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度偏低，表明巖石經(jīng)歷的搬運距離較短，沉積介質(zhì)改造較弱。

長6段巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達19%～22%，主要為沉積巖和變質(zhì)巖碎屑。沉積巖碎屑成分中常見泥巖、灰?guī)r與白云巖(圖2-B)，變質(zhì)巖碎屑成分中常見千枚巖(圖2-C)、板巖、石英巖與變質(zhì)砂巖，偶見中基性、酸性噴出巖碎屑。填隙物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.53%，具有高雜基、低膠結(jié)物的特征。

圖1 鄂爾多斯盆地正寧地區(qū)長6期沉積格局及地層綜合柱狀圖Fig.1 The sedimentary framework and comprehensive stratigraphic column of Chang-6 reservoir in the Zhengning area,Ordos Basin

圖2 正寧地區(qū)長6段儲層巖石及孔隙類型Fig.2 Photographs showing the reservoir rocks and pore types of Chang-6 reservoir in Zhengning area(A)長63中-細(xì)粒巖屑砂巖,寧37井,深度1 381.76 m,(+); (B)長62白云巖碎屑,寧178井,深度1 519.15 m,(+); (C) 長62千枚巖碎屑,正19井,深度1 347.29 m,(+); (D)粒間孔,長63,正86井,深度970.7 m,(-);(E)粒間(溶)孔,長63 ,正86井,深度985.56 m,(-); (F)長石粒內(nèi)溶孔,長63,正7井,深度1 630.72 m,(-)

2.2 儲集空間類型

正寧地區(qū)長6段孔隙類型以粒間溶孔、長石溶孔、巖屑溶孔等次生孔隙占優(yōu)勢，原生粒間孔較差。

a.粒間孔：長6段中常見，孔隙呈長條狀、三角狀等(圖2-D)，面孔率為0.93%～3.3%，平均為1.15%，孔壁常見綠泥石或伊利石襯里，利于孔隙保存。

b.粒間溶孔：粒間孔周緣顆?；螂s基、膠結(jié)物被溶蝕而形成粒間溶孔(圖2-G)，最常見長石顆粒溶蝕形成粒間溶孔現(xiàn)象，偶見巖屑溶蝕。粒間溶孔的面孔率為0.3%～2.4%，平均為1.14%。

c.長石溶孔：是正寧地區(qū)常見的孔隙類型，存在2種形式：①長石顆粒部分被溶蝕形成溶孔(圖2-F)，自生石英、有機質(zhì)或白云石充填其內(nèi)；②長石全部被溶蝕形成鑄模孔，自生石英或白云石偶有充填。長石溶孔的面孔率為0.64%～1.24%，平均為1.04%。

d.巖屑溶孔：多數(shù)為噴發(fā)巖碎屑被溶蝕，偶見碳酸鹽巖、千枚巖碎屑被溶蝕，形成港灣狀溶孔或渣狀孔隙，長6段平均面孔率為0.41%。

2.3 儲層物性特征

孔隙度：正寧地區(qū)長6段孔隙度為0.16%～19.91%，平均為7.73%，表現(xiàn)為低孔儲層特征。各層段孔隙度分布略有不同，長63油層中(9 282個數(shù)據(jù))孔隙度為5%～8%者可達50.23%，8%～10%者達27.62%，而10%～15%的僅占11.79%；長62油層中(3 279個數(shù)據(jù))孔隙度為5%～8%的占41.78%，8%～10%的占33.03%，10%～15%的占15.19%；長61油層中(688個數(shù)據(jù))孔隙度為5%～8%者可達38.81%， 8%～10%的占35.90%，10%～15%的占16.42%。

滲透率：正寧地區(qū)長6段滲透率為(0.001～70.37)×10-3μm2，平均為0.22×10-3μm2，屬超低滲儲層。各段滲透率分布特征如下：長63油層(9 135個數(shù)據(jù))滲透率主要集中在0.01～0.03×10-3μm2和0.05～1×10-3μm2，它們分別占樣品總數(shù)的34.89%和35.18%；滲透率為(0.03～0.05)×10-3μm2的樣品占21.97% ，其余7.59%的樣品滲透率<0.01×10-3μm2。長62油層滲透率(3 231個數(shù)據(jù))分布在0.01～0.03×10-3μm2與0.05～1×10-3μm2區(qū)間的比率分別為32.62%和39.15%，20.21%的樣品分布在0.03～0.05×10-3μm2，其余7.64%的樣品滲透率<0.01×10-3μm2。長61油層組(672個數(shù)據(jù))滲透率主要集中在(0.05～1)×10-3μm2，占53.87%；(0.03～0.05)×10-3μm2與(0.01～0.03)×10-3μm2分別占12.65%和25.00%；<0.01×10-3μm2占7.89%。

3 儲層成巖序列與成巖相

3.1 成巖作用類型及特征

3.1.1 壓實作用

正寧地區(qū)長6段埋深0.8～2.1 km，成巖演化階段，壓實作用導(dǎo)致巖石致密，體現(xiàn)在：①云母彎曲變形且具有定向性，顯微鏡下見薄片中大量云母呈扭曲狀，或受擠壓環(huán)顆粒邊緣分布，在低倍鏡下可見云母具有定向排列特征；②顆粒塑性變形，巖石中常見泥巖、千枚巖、板巖碎屑甚至噴發(fā)巖碎屑發(fā)生形變呈橢圓形顆粒；③顆粒間呈點-線、線接觸(圖3-A)，長6段砂巖顆粒多呈點-線接觸、線接觸，極少數(shù)為點接觸。

3.1.2 膠結(jié)作用

正寧地區(qū)長6段巖石膠結(jié)強烈，呈多類型、多期次膠結(jié)特征，膠結(jié)物成分有硅質(zhì)、高嶺石、伊利石、綠泥石、方解石、鐵方解石、白云石和鐵白云石。

①硅質(zhì)膠結(jié)：449張薄片統(tǒng)計，硅質(zhì)膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.93%～6.7%，硅質(zhì)來源少使硅質(zhì)膠結(jié)不太發(fā)育，膠結(jié)物偶以次生加大邊呈現(xiàn)(圖3-B)或充填于孔隙間。②高嶺石膠結(jié)為六方片狀、粒狀充填于顆粒之間世代生長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.53%～10%。③伊利石膠結(jié)在薄片中不易辨別，掃描電鏡下呈絲狀或片狀，2類主要產(chǎn)狀：泥巖碎屑或長石顆粒發(fā)生伊利石化向孔隙生長形成膠結(jié)物或呈搭橋狀充填孔隙(圖3-C)；高嶺石膠結(jié)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾⑾蚩紫秲?nèi)繼續(xù)生長。薄片資料統(tǒng)計，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達30%，平均為4.24%。④綠泥石膠結(jié)：主要以薄膜襯里樣式包殼顆粒，礦物緊貼顆粒表面生長，掃描電鏡下見綠泥石呈片狀依附顆粒表面并向孔隙內(nèi)生長，偶見包殼生長后孔隙被高嶺石后續(xù)充填。薄片統(tǒng)計，綠泥石最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19%，平均為0.89%。⑤方解石膠結(jié)呈2種方式：片狀充填孤立孔隙，解理發(fā)育，茜素紅-鐵氰化鉀混合液染成紅色(圖3-D)；連生膠結(jié)連通孔隙，高級白干涉色，混合液染成紅色。方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為29%，平均為0.62%。⑥鐵方解石膠結(jié)：混合染色呈紫紅色，粒狀，充填孔隙并交代長石顆粒，邊緣偶被鐵白云石交代；交代方解石，見殘余紅色方解石礦物。鐵方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達45%，平均為3.42%。⑦白云石膠結(jié)：產(chǎn)狀有3類，分別是呈顆粒狀或片狀充填于孔隙內(nèi)、菱形白云石漂浮狀交代方解石膠結(jié)物、半自形白云石向孔隙生長膠結(jié)。白云石膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為25%，平均為0.55%。⑧鐵白云石膠結(jié)有2種產(chǎn)狀：青色鐵白云石呈粒狀膠結(jié)顆粒，表面有解理(圖3-E)；交代早期白云石膠結(jié)物，后者呈菱形，鐵白云石為半自形粒狀。鐵白云石膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為26%，平均為1.05%。

圖3 正寧地區(qū)長6段儲層典型成巖作用Fig.3 The microphotographs showing typical diagenesis of Chang-6 reservoir in Zhengning area(A)顆粒間點-線接觸、線接觸,長62,莊246井,深度1 722.5 m,(-); (B)石英次生加大,長63,寧37井,深度1 381.76 m,(-); (C)伊利石搭橋,長62,正72井,深度1 360.19 m,SEM; (D)方解石膠結(jié),長62,正19井,深度1 546.2 m,(-); (E)鐵白云石、白云石膠結(jié),長62,寧71井,深度1 324 m,(-); (F)巖屑溶孔,長62 ,正19井,深度1 547.2 m,(-); (G)長石綠泥石化,長62,正156井,深度1 155.1 m,(-); (H)鐵白云石交代方解石,長61,正93井,深度1 259.2 m,(-); (I)鐵白云石交代白云石,長62,莊246井,深度1 715.5 m,(+)

3.1.3 溶蝕作用

常見長石或巖屑被溶蝕。長石沿解理產(chǎn)生線狀微縫，而后擴溶，最終形成鑄?？?。噴出巖碎屑及少量碳酸鹽巖碎屑易被溶蝕形成港灣狀或不規(guī)則溶孔(圖3-F)。

3.1.4 交代作用

據(jù)交代礦物特征分為3類：①高嶺石、綠泥石和絹云母交代長石，亦稱長石蝕變，常見高嶺石交代長石，呈顆粒狀、蠕蟲狀，掃描電鏡下觀察可見高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?；綠泥石(圖3-G)或絹云母部分交代斜長石。②碳酸鹽交代長石、巖屑，前者常見后者偶見，見方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石交代長石和巖屑。碳酸鹽沿長石顆粒邊緣向內(nèi)交代，或者沿解理向兩側(cè)交代，呈現(xiàn)長石、碳酸鹽礦物共存現(xiàn)象。③鐵碳酸鹽交代碳酸鹽，常見鐵方解石交代方解石和鐵白云石交代方解石、白云石現(xiàn)象。鐵方解石交代方解石從孔隙中心向邊緣交代，邊緣殘留方解石；鐵白云石交代方解石，表現(xiàn)為方解石膠結(jié)物內(nèi)析出自形鐵白云石(圖3-H)；鐵白云石交代白云石從邊緣向中心交代(圖3-J)，表現(xiàn)為鐵白云石包裹白云石。

3.2 成巖階段與成巖序列

a.成巖階段。正寧地區(qū)長6段巖石內(nèi)伊利石(I)/蒙脫石(S)中wS<15%，Ro值為0.5%～1.3%，顆粒間為點-線接觸，次生孔優(yōu)于原生孔，見書頁狀高嶺石、絲發(fā)狀伊利石自生礦物，方解石、鐵白云石膠結(jié)物多見，長石和巖屑易被溶蝕，偶見碳酸鹽礦物被溶蝕，綜合上述特征，根據(jù)SY/T 5477-2003[17]，正寧地區(qū)長6段處于中成巖A-B段，以A段為主。

b.成巖序次。根據(jù)前文成巖作用類型及特征、礦物交代序列及其相互關(guān)系、成巖階段劃分，確定成巖序次如下：準(zhǔn)同生期綠泥石包殼；早成巖期發(fā)育石英次生加大，高嶺石、方解石及較晚的伊利石膠結(jié)；中成巖期以碳酸鹽膠結(jié)為特征，呈現(xiàn)方解石、鐵方解石交代長石顆粒，鐵方解石和白云石交代方解石，鐵白云石交代方解石、白云石和長石顆粒的現(xiàn)象，故次生礦物序次為：方解石—鐵方解石—白云石—鐵白云石；碳酸鹽膠結(jié)前、后均發(fā)生有機酸溶蝕，構(gòu)造裂縫切割整個巖石，形成的時間最晚。

3.3 成巖相

3.3.1 成巖相確定方法

成巖相是沉積物在成巖環(huán)境內(nèi)的產(chǎn)物，通常是巖石、膠結(jié)物、組構(gòu)和孔洞特征及其演化的綜合面貌[18-19]，直接反映現(xiàn)今的儲層特征，可表征儲層成因并直接確定優(yōu)質(zhì)儲層的分布，因此可更有效地指導(dǎo)油氣勘探。本文嘗試采用定量手段確定成巖相：①分析成巖作用類型及特征，建立成巖序次；②根據(jù)自生礦物及其交代關(guān)系確定成巖環(huán)境；③根據(jù)Ro值、I/S值、顆粒接觸關(guān)系等指標(biāo)確定成巖階段；④定量計算關(guān)鍵的成巖作用強度(壓實、膠結(jié)和溶蝕作用)，定量化儲層的成巖影響；⑤在具有代表性的儲層段挑選樣品磨制薄片，定量計算各類孔隙度，儲集空間孔隙度=(單面孔率/總面孔率)×測試孔隙度；⑥選取優(yōu)勢成巖作用和孔隙類型共同命名成巖相，當(dāng)有2個或2個以上同等貢獻的成巖作用、孔隙類型時，則采用聯(lián)合方式命名成巖相。我們試圖采用這種方式反映儲層經(jīng)歷的成巖變化，為儲層預(yù)測提供更加精細(xì)的判斷依據(jù)。

3.3.2 成巖相特征

據(jù)上述成巖相確定方法在正寧地區(qū)長6段各亞段劃分出5種不同巖相，分別為綠泥石膠結(jié)粒間孔成巖相、長石溶孔成巖相、泥巖壓實成巖相、碳酸鹽膠結(jié)成巖相和黏土膠結(jié)成巖相(圖4)。綠泥石膠結(jié)粒間孔成巖相由于綠泥石薄膜的存在減輕了壓實作用對砂巖的影響，使得一些原生孔隙被保存下來。長石溶蝕孔為研究區(qū)主要次生孔隙類型，一定程度上改善了儲層物性。長石溶解常形成粒內(nèi)溶孔、粒緣溶孔，使長石呈網(wǎng)狀、島弧狀，乃至形成鑄?？?。泥巖壓實成巖相是以強壓實作用為主，物性較差。碳酸鹽膠結(jié)相中碳酸鹽膠結(jié)物使孔隙發(fā)育的碎屑巖變差成為非滲透層，甚至成為致密層。黏土礦物膠結(jié)同樣使砂巖層孔隙度變差，不利于儲層發(fā)育。

圖4 正寧地區(qū)長6段成巖相圖Fig.4 The maps showing diagenetic facies of Chang-6 reservoir in the Zhengning area(A)長63亞段; (B)長62亞段; (C)長61亞段

4 孔隙演化定量計算

為了定量表征正寧地區(qū)長6段孔隙演化過程，本文引入壓實率、溶蝕率及膠結(jié)率計算公式，先確定原始孔隙度，而后定量計算各成巖作用的影響程度，進而計算該成巖事件后孔隙變化情況，最終計算出長6段儲層孔隙度。

4.1 原始孔隙度

通過經(jīng)驗公式計算原始孔隙度：q0=20.91+22.90/S0(S0為Trask分選系數(shù)，S0=d25/d75；d25和d75分別為概率累積曲線上25%和75%處的粒徑大小)[20-21]，正寧地區(qū)長6段初始孔隙度的計算結(jié)果為36.0%～40.4%，平均為38.4%。

4.2 孔隙演化過程定量計算

為了定量計算孔隙演化過程，先引入影響成巖作用的關(guān)鍵指標(biāo)：壓實率、溶蝕率、膠結(jié)率[22]。

其中：V0為原始孔隙體積(根據(jù)粒度和分選情況，應(yīng)用Sneider圖版進行估算[23])；V為壓實后的粒間體積，包括孔隙體積、膠結(jié)物體積和雜基微孔體積，利用薄片估算獲得。

其中：溶蝕孔隙指長石溶蝕形成的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔；總孔隙指溶蝕孔隙和原生孔隙之和，通過顯微鏡下薄片鑒定估算。

以此為基礎(chǔ)，正寧地區(qū)長6段巖石壓實率處于50%～95%(460張薄片)。該區(qū)原始孔隙度(q0)為36.0%～40.4%，平均為38.4%。壓實改造程度不同，壓實率最低31.6%，甚至使原始孔隙消失，平均壓實率可達74%；即原始孔隙經(jīng)壓實改造后消失74%左右，壓實作用造成原始孔隙度由38%急劇減少到11%，表明壓實作用是正寧地區(qū)長6段孔隙急劇減少的原因之一。

正寧地區(qū)長6段常見綠泥石膠結(jié)物，其膠結(jié)率為0.68%～91.89%，平均為36.8%；方解石膠結(jié)率平均為44.77%，鐵方解石膠結(jié)率可達49.92%，白云石膠結(jié)率達44.12%，鐵白云石膠結(jié)率為33.82%，計算總膠結(jié)率平均為33.17%。按成巖序列，儲層先發(fā)生壓實作用，再經(jīng)歷膠結(jié)作用，最后發(fā)生溶蝕作用(圖5)。壓實改造后巖石孔隙度僅為11%；膠結(jié)作用使孔隙度再度減少4.4%，原始孔隙度僅存6.6%左右。這表明膠結(jié)作用使僅有的原生孔隙再次驟減少，成為破壞儲層質(zhì)量的另一個主要因素。

圖5 正寧地區(qū)長6段儲層孔隙演化圖Fig.5 The porosity evolution of Chang-6 reservoir in Zhengning area

正寧地區(qū)長6段巖石溶蝕率為4.27%～100%，平均為52.85%，即溶蝕作用可增加約53%的孔隙，儲層巖石經(jīng)溶蝕改造后孔隙度可增加至9.86%左右(圖5)，這與實測孔隙度(實測平均值7.73%)基本吻合。

5 結(jié) 論

a.正寧地區(qū)長6段儲層巖石以長石巖屑砂巖及巖屑長石砂巖為主，儲集空間以粒間溶孔、長石溶孔、巖屑溶孔等次生孔隙為主，原生粒間孔次之，屬于低孔-超低滲型儲層。

b.長6段巖石以中成巖階段A段為主，成巖作用包括壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用，可劃分出綠泥石薄膜-粒間孔成巖相、長石溶蝕-溶孔成巖相、泥巖壓實成巖相、碳酸鹽膠結(jié)相和黏土礦物膠結(jié)相5類成巖相，前二者為建設(shè)性成巖相。

c.長6段孔隙演化定量計算表明，壓實作用使原始孔隙消失74%，膠結(jié)作用后孔隙度僅剩6.6%，溶蝕作用使孔隙度增加至9.86%左右，與實測孔隙度基本吻合。