鄂尔多斯盆地白豹地区长6砂岩成岩作用及其对储层物性的影响

郭 伟，史丹妮，何顺利

(1.中国石油大学 石油天然气工程学院，北京 100249；2.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院，北京 100083)

对鄂尔多斯盆地30多年的石油勘探[1-2]，已经确立了上三叠统延长组第6油层组(以下简称长6)是鄂尔多斯盆地中生界重要的含油层位之一，探明的原油储量和产量均占该盆地70%以上[3]。白豹地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中西部(图1)， 该地区自20世纪末于长6钻获工业油流以来，随着油田勘探开发速度的加快，已成为鄂尔多斯盆地增产的重要地区之一。前人研究表明[4-5]，白豹地区上三叠统长6油层组三角洲前缘湖底滑塌浊积扇发育。因此，对该地区长6砂岩储层的成岩作用及其与储层发育的关系进行系统研究，已成为深入认识长6岩性油藏的成藏特征和进行合理开发的核心地质问题之一[6]。

1 长6储层岩石学特征

储层岩石类型主要为灰色和灰褐色的粉细粒长石质岩屑砂岩和岩屑质长石砂岩。长6段砂岩中的石英含量约为19%～25%；长石碎屑含量约29%～38%；岩屑含量约为22%～30%，主要为云母碎片，其次为变质岩岩屑、沉积岩岩屑和绿泥石，以少量的火山岩岩屑。砂岩粒度以极细—细粒及粉—细粒结构为主，极少见中—粗砂岩。碎屑颗粒以棱角—次棱角状为主，分选中等到较差，以线性接触为主，部分可见点接触及凹凸接触，颗粒支撑，以孔隙式和孔隙—薄膜式胶结为主，成分成熟度较低，结构成熟度中等。

图1 鄂尔多斯盆地白豹地区构造位置

经岩石学分析，白豹地区长6段砂岩的填隙物含量一般为7%～20%。扫描电镜和X-射线衍射分析结果揭示填隙物中自生矿物以绿泥石、水云母、铁方解石和伊利石等为主；此外还含少量的硅质胶结物。

2 长6储层成岩作用类型及特征

砂岩储层成岩作用复杂[6-9]。成岩作用类型主要包括;压实作用、胶结作用、破裂作用和溶蚀作用。这些成岩作用,对储层物性发育具有显著影响。

2.1 压实作用

由于压实作用，随埋深增加，碎屑颗粒接触关系渐趋紧密(图版1)，由点线接触到线接触再到凹凸接触(图版2)。区内储层砂岩机械压实作用和压溶作用发育。机械压实作用使储层中的原生孔隙大量减少，岩石体积缩小，不利于孔隙的保存。

微细叶状或纤维状绿泥石常发育成孔隙内衬，部分绿泥石薄膜包围整个碎屑颗粒，说明绿泥石薄膜形成于压实作用的同时或稍后，是成岩作用早期阶段的产物。但早期的绿泥石或孔隙衬边的发育，可以在某种程度上抑制机械压实作用，有利于砂岩残余粒间孔的保存(图版3)， 并为后期次生孔隙的形成提供空间。

2.2 胶结作用类型及特征

研究区的胶结作用较为复杂，可以分为早、晚两期。早期体现为石英的次生加大和粘土膜的形成等；晚期胶结作用则体现为碳酸盐胶结和硅质胶结等。

2.2.1 硅质胶结作用

硅质胶结物在研究区分布频率较高(75%)，但含量较少(小于2%)。主要胶结类型有次生加大胶结(图版4)；孔隙充填式胶结(图版5)。石英加大胶结和孔隙式充填胶结，改变了储层的孔隙结构，使得很多颗粒间成嵌合接触，将原来具连通性、分选良好的孔喉网络切割成一系列大小不等的孔喉系统，使得吼道变成片状、弯片状或者收缩状，使得储层物性变差。同时，也改变了流体在孔道中的渗流方式，流体往往沿少数大孔道渗流。

虽然硅质胶结物含量不高，但由于分布频率高，硅质的胶结作用对产生次生孔隙不利，它既充填孔隙，也不为以后的溶蚀提供易溶物质，这也是造成本区砂岩物性较差的一个重要原因。

2.2.2 粘土矿物胶结作用

绿泥石多呈微细叶状或纤维状晶体垂直碎屑颗粒表面或孔喉壁生长，常发育成孔隙内衬(图版6)，在碎屑颗粒接触处缺失，部分绿泥石薄膜包围整个碎屑颗粒(图版3)，说明绿泥石薄膜形成于压实作用的同时或稍后，是成岩作用早期阶段的产物。除此之外，绿泥石还呈叶片状充填于粒间孔中，多数充填残余粒间孔，部分充填溶蚀孔隙，表明这部分绿泥石形成时间较晚；绿泥石薄膜一方面充填原生孔隙，使孔隙度降低，另一方面绿泥石薄膜(5～10 μm)的形成阻碍了孔隙水与颗粒的进一步反应，并限制了石英次生加大的发育，从这一方面来说，又有利于原生孔隙的保存。

伊利石和伊蒙混层多存在于孔隙壁和吼道壁，呈孔隙衬垫或孔隙充填式产出。扫描电镜下，伊/蒙混层呈蜂窝状(图版7)，伊利石呈片状或丝缕状(图版8)。这种伊利石在吼道桥接处堵塞吼道，对孔隙性和渗透性的降低影响极大，是储层低渗的一个重要原因。

2.2.3 碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物在研究区长6碎屑岩中分布频率占81%。碳酸盐胶结物主要有方解石(0.04%)、铁方解石(2.95%)和铁白云石(1.33%)。镜下薄片观察，铁方解石、铁白云石呈孔隙式充填(图版9)，有些地方呈连晶式胶结(图版10)。碳酸盐胶结物在晶体大小和成分上有较大差异，在不同成岩阶段均有产出。

方解石沉淀堵塞了大部分原生孔隙，降低了岩石的孔隙度和渗透率。方解石的胶结虽然起着破坏孔隙的作用，但是它起着抵制压实、压溶的作用，并为以后的溶解作用提供物质基础。

2.3 溶蚀作用

本区砂岩的溶蚀作用比较发育，次生溶孔占27%。本区长6砂岩中易溶组分主要为长石碎屑、泥质杂基及绿泥石环边；弱溶组分是云母和石英；产生的次生孔隙以粒间溶孔为主，其次为粒内溶孔。

溶蚀作用对改善本区储层物性起着非常重要的作用，区内溶蚀作用可表现为对碎屑颗粒的溶蚀(图版11)以及对胶结物(图版12)、杂基(图版13)、的溶蚀作用等，对形成储层十分有利，所以又称为建设性成岩作用。

从其形成机制看, 随着埋藏深度的增加，地温梯度升高，有机质成熟度增加，烃源岩中有机质生成的油气及烃类有机酸向储层充注。油气充注使地层水从孔隙中被驱出，胶结作用受到抑制；一定程度上，使孔隙得以保存。同时，有机酸对储层具有溶蚀作用，有利于次生孔隙发育。

砂岩储层经过不同程度的溶蚀改造形成多种类型的次生孔隙，对改善砂岩储层的储积性能起到了积极作用。目前多数学者[10-11]认为，溶蚀型次生孔隙是由有机酸、碳酸、大气淡水淋滤等引起矿物溶解所形成的。

虽然溶蚀作用能改善储层砂岩的储渗性，使强烈压实和胶结作用的致密储层形成较好次生孔隙，但不能根本改变储层低孔特低渗的面貌。由于岩性致密，流体流动困难，长石、碳酸盐等溶蚀产生的金属离子在邻近地带以粘土矿物、方解石的形式重新沉淀，形成致密胶结层，导致储层物性的强烈非均质性。

2.4 破裂作用

岩心观察和薄片鉴定时，可以见到各种裂缝，有肉眼可见的构造裂缝，也有只有显微镜下才能看到的微裂缝(图版14)。裂缝的发育对改善储层砂岩物性起重要作用，也是造成本区长6储层砂岩非均质性强的重要原因。

破裂作用虽然能使岩石孔隙度有所增加，但更重要的是连通原已存在的孔隙，从而提高岩石的孔隙度和渗透率；破裂作用有效的改变了储层的孔隙结构。

3 成岩作用序列及成岩阶段的确定

根据以上对成岩作用类型及其特征的分析，综合镜下观察的成岩现象，进行了成岩序列分析。具体表现为:1)绿泥石常发育成孔隙内衬，或以绿泥石薄膜形式包围整个碎屑颗粒。在粘土膜包围的石英加大现象比较少，说明粘土膜的形成早于自生石英，是成岩作用早期阶段的产物。2)方解石交代部分石英次生加大边，方解石胶结物充填于长石溶蚀孔隙内，碎屑颗粒呈孤岛式分布。因此方解石的沉淀晚于石英次生加大和长石颗粒的溶蚀作用。3)方解石胶结物呈不规则状分布在以线状和凹凸状接触为主的碎屑颗粒之间，常可见到铁白云石交代方解石，说明铁白云石形成晚于方解石。

根据上述分析，白豹地区长6储层的成岩序列为:机械压实→早期粘土膜形成→石英次生加大→方解石沉淀→长石颗粒、方解石胶结物溶蚀→方解石沉淀→方解石溶蚀→晚期铁白云石充填。

据砂岩铸体薄片和扫描电镜的观察分析，白豹地区长6段砂岩经历了较强的压实作用，砂岩中原生孔隙大量丧失，次生孔隙比较发育；早期方解石胶结物多为连晶式胶结，晚期方解石胶结物以孔隙充填为特征；长石、岩屑粒内溶孔与碎屑颗粒常被溶蚀成港湾状；自生粘土矿物以绿泥石、伊利石等比较常见。根据裘怿楠等[12-13]、Alaa等[14]成岩阶段划分方案及其标志，结合上述成岩特征综合判断，研究区长6段砂岩目前应处于中成岩阶段B期。

4 成岩作用对储层物性的影响

沉积物沉积之后，成岩作用对储层储集性能具有明显的控制作用。根据成岩作用对储层物性的影响，可划分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用。白豹地区长6储层破坏性的成岩作用主要有压实作用、石英次生加大、方解石胶结物的沉淀、硅质胶结、晚期含铁碳酸盐矿物的沉淀和交代等；建设性成岩作用主要是早期粘土膜、早期胶结物的支撑、占位和中成岩阶段的溶蚀作用。

4.1 压实作用对储层物性的影响

白豹地区长6段砂岩的成岩作用导致储层的物性特征发生了很大的变化，复杂的成岩作用对储层物性产生了重要影响[15]。在长6段各小层砂体中，长61的物性最好，长62次之，长63的物性最差(表1)，随埋深的增加，物性变差，表明压实作用是储层物性变差的重要因素。

表1 鄂尔多斯盆地白豹地区长6储层物性统计

另外，沉积物的组成、分选性、粒度、磨圆度等对机械压实作用也有相当程度的影响。长6储层中软颗粒(如云母)含量较高，在较长的埋藏过程中，因强烈的压实作用，造成储层大量原生孔隙丧失，渗透率变差(图2)。

压实作用不仅是物性降低的主要原因，而且更容易使矿物成熟度差的砂岩产生致密化。随埋藏深度的增加，在无烃聚集的情况下，砂岩成岩作用持续进行。

4.2 胶结作用对储层物性的影响

在胶结物中, 碳酸盐胶结物的含量与砂岩的孔渗呈较明显的负相关性(图3)。次生石英加大含量与砂岩的孔隙度和渗透率呈较弱的负相关。

4.3 粘土矿物对储层物性的影响

粘土矿物与孔隙度呈较弱的正相关，而与渗透率呈微弱的负相关(图4)。这是因为粘土矿物中绿泥石衬边及纤维状粒间充填物通过堵塞一部分孔隙喉道，造成粒间微孔隙增加而使砂岩的渗透率稍有降低。

图2 鄂尔多斯盆地白豹地区长6储层云母含量与孔隙度和渗透率关系

图3 鄂尔多斯盆地白豹地区长6储层碳酸盐胶结物含量与孔隙度和渗透率关系

图4 鄂尔多斯盆地白豹地区长6储层粘土含量与物性的关系

大量石英颗粒周围绿泥石衬边的存在，阻止了次生石英加大的形成以及部分粒间碳酸盐胶结物的沉淀，从而使相当一部分原生剩余粒间孔隙得以保存，使得砂岩中粘土含量与其孔隙度呈弱的正相关性(图4)。这是由于绿泥石衬边较薄，使孔喉堵塞造成的孔隙度丧失远远小于由于绿泥石衬边的形成，从而抑制了次生石英加大及部分方解石胶结物的形成而保存的残余粒间孔隙。

5 结论

1)长6段储层岩石类型主要为细粒—粉细粒长石质岩屑砂岩和岩屑质长石砂岩；岩石具有成分成熟度较低、结构成熟度中等的特点。

2)长6段储层砂岩经历了较强的压实作用,砂岩中原生孔隙大量丧失；长石碎屑等常发生明显的溶蚀作用,次生孔隙比较发育。此外，砂岩也经历了后期的胶结作用和破裂作用。

3)砂岩储集层的成岩序列为:早期粘土膜形成→机械压实→石英次生加大→方解石沉淀→长石颗粒、方解石胶结物溶蚀→方解石沉淀→方解石溶蚀→晚期铁白云石充填，砂岩储层处于中成岩B期。

4)机械压实作用和碳酸盐胶结作用是储层物性变差的重要原因，溶蚀作用和破裂作用对物性的改善起到建设性作用，而粘土矿物中的胶结作用，由于绿泥石薄膜的发育，使得孔隙度有变好的趋势，但由于粘土矿物堵塞了孔隙吼道，使得渗透率变差。

参考文献:

[1]刘林玉,王震亮,张龙,等.鄂尔多斯盆地镇北地区长3砂岩的成岩作用及其对储层的影响[J].沉积学报,2006,24(5);690-696.

[2]孙肇才.打回老家去——记鄂尔多斯盆地找油(气)的一段历史[J].石油实验地质,2009,31(3):207-215.

[3]郝世彦,李旦.志丹油田义正区三叠系延长组长6石油地质特征[J].西北地质,2005,38(4):94-110.

[4]郑荣才,文华国,韩永林,等.鄂尔多斯盆地白豹地区长6油层组湖底滑塌浊积扇沉积特征及其研究意义[J].成都理工大学学报(自然科学版),2006,33(6):566-575.

[5]郑荣才,王昌勇,李虹,等.鄂尔多斯盆地白豹—华池地区长6油层组物源区分析[J].岩性油气藏,2007,19(1):32-38.

[6]郑荣才,耿威,周刚,等.鄂尔多斯盆地白豹地区长6砂岩成岩作用与成岩相研究[J].岩性油气藏,2007,19(2):1-8.

[7]张路崎,陈恭洋.白豹—坪庄地区延长组长6储层成岩作用研究[J].岩性油气藏,2009,21(1):75-82.

[8]刘伟新,王延斌,张文涛,等.鄂尔多斯大牛地气田上古生界储层成岩作用与产能关系研究[J].石油实验地质,2008,30(6):557-563.

[9]李红,柳益群,刘林玉.鄂尔多斯盆地西峰油田延长组长8-1低渗透储层成岩作用[J] .石油与天然气地质,2006,27(2):209-217.

[10]刘林玉,陈刚,柳益群,等.碎屑岩储集层溶蚀型次生孔隙发育的影响因素分析[J].沉积学报,1998,16(2): 97-101.

[11]黄思静,武文慧,刘洁,等.大气水在碎屑岩次生孔隙形成中的作用;以鄂尔多斯盆地延长组为例[J].地球科学:中国地质大学学报,2003,28(4);419-424.

[12]裘怿楠,薛叔浩.油气储层评价技术[M].北京:石油工业出版社,1994:59-64,290.

[13]裘怿楠,薛叔浩,应凤祥.中国陆相油气储集层[M].北京:石油工业出版社,1997:149-217.

[14]ALAA M, SALEM S, MORAD S, et al.Diagenesisand reservoir-quality evolution of fluvial sandstones during progressiveburial and uplift: evidence from the Upper Jurassic Boipeba Member,Reconcavo Basin, Northeastern Brazil[J].AAPG Bulletin,2000,84(7):1015-1040.

[15]罗静兰,张晓莉,张云翔,等.成岩作用对河流—三角洲相砂岩储层物性演化的影响[J].沉积学报,2001,19(4): 541-547.