压实法石英砂岩成岩相识别及其应用

王欣，薛林福，遇运良，白烨，石玉江，张海涛

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130062；2.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，陕西西安710018）

压实法石英砂岩成岩相识别及其应用

王欣1，薛林福1，遇运良1，白烨1，石玉江2，张海涛2

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130062；2.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院，陕西西安710018）

提出利用测井资料进行石英砂岩成岩相有效划分的压实法。在地层埋藏史恢复的基础上，通过回归分析方法确定仅有机械压实作用情况下的理论孔隙度－深度曲线与实测孔隙度－深度曲线进行对比，配合显微镜下铸体薄片观察及扫描电镜观察，X－衍射和阴极发光分析，确定石英砂岩成岩相划分标准。根据成岩相划分标准，利用测井资料进行实际孔隙度计算，并进行流体校正，对未取心井段石英砂岩成岩作用类型进行识别。该方法用于苏里格地区石英砂岩成岩相划分，把苏里格地区石英砂岩划分为强、中、弱溶蚀相和强、中、弱胶结相等6类成岩相类型。研究结果表明，该方法提高了石英砂岩测井成岩相识别能力和定量评价精度，具有较好的应用前景。

测井解释；石英砂岩；压实法；成岩相；成岩作用

0 引 言

随着勘探开发程度的提高，成岩作用研究在储层描述、油藏分析和后期的勘探开发等方面的重要性日益突出［1］。成岩相是在成岩与构造等作用下沉积物经历一定成岩作用和演化阶段的产物［2］。国内外关于碳酸盐成岩相的研究相对较多，对石英砂岩成岩相的研究相对较少，而石英砂岩作为主要的砂岩储层，它的成岩相越来越受到研究者的关注。常规的分析方法如铸体薄片、扫描电镜、X－射线衍射、流体包裹体等成本高，只能进行定性判别，不能满足储层评价的需要。作为对地层特征响应的测井资料包含了丰富地质信息，具有全井段采集的优点。有效挖掘测井信息，探讨测井资料用于进行石英砂岩成岩相类型的定量判别具有可行性与重要性。研究作为对分析及化验资料的扩充和补充，可以满足勘探开发的要求。

1 压实法成岩相判别

石英砂岩的成岩作用主要为机械压实作用、溶蚀作用、胶结作用。机械压实构成了孔隙度－深度关系基准，溶蚀和胶结作用造成了岩石在孔隙度－深度基准线左右的变化。要确定石英砂岩发生了溶蚀作用还是胶结作用，需要建立一个只考虑机械压实作用的孔隙度－深度关系的理论曲线作为基准，与实际测井获得的孔隙度－深度曲线对比，配合岩心薄片对比观察，确定石英砂岩成岩相划分标准，在此基础上进行成岩相定量的类型划分。压实法是通过恢复仅有压实作用情况下的理论压实曲线与现今孔隙度进行比较来确定成岩作用的一种方法。如果石英砂岩在埋藏压实作用基础上经历了胶结，则岩石的现今孔隙度小于理论孔隙度，如果现今岩石孔隙度大于理论孔隙度，则岩石可能经历了溶蚀过程。

建立孔隙度－深度关系理论方程

式中，φ0为初始孔隙度；c为压实系数，反映孔隙度随不同深度的变化规律；z为砂岩埋藏深度；φ（z）为沉积物在深度z处的孔隙度。

压实法成岩相判别步骤见图1。

图1 压实法成岩相判别流程图

2 压实法在苏里格地区的应用

2.1 苏里格地区地质概况

苏里格地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部，勘探范围西起内蒙古自治区鄂托克前旗，东到陕西省靖边县，北起内蒙古自治区鄂托克后旗的敖包加汗，南至陕西省吴旗县，勘探范围［3］约4×104m2（见图2），是发育于上古生界碎屑岩系中的大型砂岩岩性圈闭气藏［4］。上古生界自下而上可划分为石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，其中，上、下石盒子组自上而下可划分为盒1至盒8等8个含气层段［5］；山西组划分为山1、山2段。本文研究的主要为二叠系下石盒子组盒8段和山西组山1段的石英砂岩。

图2 苏里格地区构造区划图

2.2 苏里格地区石英砂岩成岩作用类型及对孔隙的影响

通过显微镜下铸体薄片观察及扫描电镜观察，结合X－衍射分析、阴极发光分析，对苏里格地区上古生界盒8段及山1段地层石英砂岩的成岩作用类型及其表现、成岩作用对石英砂岩的影响进行了系统研究。结果表明，研究层段石英砂岩主要发育机械压实、溶蚀和胶结3种成岩作用。

2.2.1 机械压实作用

苏里格地区压实作用主要表现为储层中原生粒间孔隙的缩小与减少［6－7］。随着沉积物埋藏深度增大，压实作用强度逐渐加大，杂基含量逐渐减少，胶结类型呈现出由基底式→孔隙式→接触式→无胶结物式的变化趋势；相应地颗粒接触方式由飘浮状→点接触→线接触→凹凸接触逐渐向缝合线接触演化。

2.2.2 溶蚀作用

石英颗粒不易溶解，根据薄片观察资料，苏里格地区石英砂岩溶解作用主要表现为易溶填充物、凝灰质、岩屑和杂基的溶蚀。在溶蚀作用强烈情况下可发生少数石英岩岩屑和碎屑的溶蚀。溶蚀作用对孔隙度的演化具有建设性的作用［8－10］。

2.2.3 胶结作用

苏里格地区石英砂岩主要的胶结作用类型为硅质胶结、方解石和黏土充填胶结等作用，硅质胶结主要以次生石英和粒间充填自生微晶粒状石英2种方式产出。胶结类型以孔隙式胶结为主，其次为再生－孔隙式胶结。黏土矿物胶结作用主要以高岭石胶结为主［11－12］。

2.3 考虑机械压实作用的孔隙度－深度关系理论曲线的确定

2.3.1 声波时差法剥蚀量恢复

石英砂岩的粒度、分选和磨圆、埋藏历史和后期成岩作用影响着石英砂岩的理论孔隙度－深度曲线，所以要建立理论孔隙度－深度关系曲线，必须进行埋藏史的恢复。剥蚀量影响着理论孔隙度的计算，岩石的理论孔隙度应等于最大埋深时的孔隙度。通过剥蚀量恢复，确定岩石最大埋藏深度，可以计算出岩石的理论孔隙度。

求得的剥蚀厚度若大于上覆沉积厚度，则剥蚀地层及其下伏的各地层最大埋深大于现有的埋深，应将它们分别加上剥蚀厚度，再进行古厚度恢复；若剥蚀厚度小于上覆沉积厚度，则上覆地层将补偿剥蚀影响，在孔隙度－深度关系上是正常压实趋势，此时无需作任何校正。

中生代以来，苏里格地区发生了4期均匀抬升和地层剥蚀事件：三叠系／侏罗系（印支期，200a）、侏罗系延安组／侏罗系直罗组（燕山运动早期，175 a）、侏罗系／白垩系（燕山运动中期，145a）和白垩系／第四系（燕山运动晚期，65a）［13］。经过前人研究，苏里格地区前3期剥蚀量较小，不需要进行剥蚀量恢复，因此，只需对第4期白垩纪／第四系的剥蚀量进行计算。岩石声波时差随深度变化存在指数关系，该关系不受地层遭受剥蚀影响，通过现有声波时差数据拟合可以建立标准指数曲线，曲线上各点所对应的埋藏深度值与现有深度值的差就是所经历的剥蚀量值。本文利用声波时差法进行剥蚀量恢复［14］。

2.3.2 理论曲线的确定

理论上，仅考虑机械压实作用的沉积物孔隙度与深度呈负指数递减关系变化［15－22］。

（1）初始孔隙度φ0确定。其中，track为分选系数，track＝P25／P75，P25和P75由粒度累计曲线上25%和75%所对应的颗粒直径求得。分选系数越低，砂岩的分选性越好，其原始孔隙度越高。对苏里格地区48个砂岩样品的分选系数进行计算（见图3）求得分选系数在1.45～2.86之间，平均分选系数为1.85，带入M.Scherer公式，即

求得初始孔隙度为33.2%。

图3 分选系数频率图

（2）计算压实系数。因条件限制，不能实测到足够多的样品，又考虑到声波时差值反映均匀分布的原始孔隙度，所以使用自行开发的计算孔隙度的Simple软件，利用测井声波时差值对孔隙度进行计算，并进行流体校正，求取不同深度砂岩孔隙度值。

在恢复研究井剥蚀量的基础上，对苏82井、召60井、召61井、召65井、统40井、苏102井、苏54井、苏77井、苏52井等9口井砂岩孔隙度－深度数据进行拟合，求取压实系数的平均值为0.000 4，以该值作为苏里格地区压实系数c值。

2.3.3 理论孔隙度－深度曲线与实测数据对比和成岩相划分标准的确定

把理论曲线和实测孔隙度－深度曲线进行对比。通过岩石薄片描述对比分析，实测数据位于理论曲线的左侧，砂岩薄片显示为胶结作用，实测数据位于理论曲线右侧，砂岩薄片显示为溶蚀作用见图4。

根据偏移程度，建立成岩相划分标准

（1）石英砂岩成岩相划分指标（简称偏离度）：偏离度＝实测孔隙度值－理论孔隙度值

（2）根据偏离度，石英砂岩的成岩相可以划分为6种（见表1）。

图4 苏39井理论曲线和实测孔隙度－深度曲线对比图

表1 成岩相划分标准表

2.3.4 压实法石英砂岩成岩相划分结果

采用压实法对有扫描电镜资料的井段进行了石英砂岩成岩作用分析。通过理论孔隙度与实测孔隙度的比较可以确定成岩相，其结果与根据扫描电镜资料所确定的砂岩的成岩作用类型基本一致（见表2）。

表2 苏里格地区成岩相识别效果对照表

3 结 论

（1）提出了一种石英砂岩成岩相的有效识别方法压实法，利用测井资料，在地层埋藏史恢复的基础上，通过回归分析方法对石英砂岩成岩相进行了定量的判别。

（2）压实法应用于苏里格地区的石英砂岩成岩相的识别，建立了苏里格地区石英砂岩成岩相判别标准。识别出6类成岩相类型为强、中、弱溶蚀相和强、中、弱胶结相。识别结果与根据扫描电镜资料所确定的砂岩成岩相类型进行对比验证，证明了该方法识别结果准确，具有较好的应用前景。

（3）提高了石英砂岩测井成岩相识别能力和定量评价精度，进而为苏里格地区的深入勘探与进一步开发提供了科学依据。

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Recognition of Quartz Sandstone Diagenetic Facies with Compaction Method

WANG Xin1，XUE Linfu1，YU Yunliang1，BAI Ye1，SHI Yujiang2，ZHANG Haitao2
（1.Earth Science College，Jilin University，Changchun，Jilin 130062，China；2.Institute of Exploration and Development，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China）

Proposed is an effective method called compaction method which is used to recognize the diagenetic facies of quartz sandstone with log data.On the basis of denudation quantity recovery，this method creates a porosity－depth relations curve as standard.The curve only reflects mechanical compaction by regression analysis method.Then the values of the theoretical and actual porosity are compared.Combined with core observation，thin section identification and electronic probe spectrum，we set the division standard of the diagenetic facies using the compaction method.According to the division standard，the diagenetic facies of quartz sandstone in no coring wells is identified by calculated porosity after correction of fluid.This method is used in Sulige area.The diagenetic facies of quartz sandstone can be divided into six types：weak／

moderate／strong dissolution，weak／moderate／strong cementation.The above results show that the method improves the identification ability and quantitative evaluation of quartz sandstone diagenetic facies using log data，and so has good prospect.

log interpretation，quartz sandstone，compaction method，diagenetic facies，diagenesis

P539.2

A

2012－05－03 本文编辑 李总南）

1004－1338（2012）04－387－05

国家自然科学基金（41174096）和国家重大专项基金（2011ZX05009、2011ZX05044）联合资助

王欣，女，硕士研究生，从事储层研究。