苏里格气田南部盒8段储层成岩作用及孔隙演化

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地苏里格气田是我国近期发现的储量规模最大的气田［1］，目前探明和基本探明天然气储量累计达到2．85×1012m3，天然气年产量达到106×108m3。苏里格气田南部地区是苏里格气田向南的延伸，地质构造隶属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部中段，西起姬塬，东到靖边，北至定边，南达吴起，勘探面积约10000km2（图1），发育上古生界碎屑岩系中的大型砂岩岩性圈闭气藏。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段至8盒段共8个含气层段。其中下石盒子组盒8段是鄂尔多斯盆地上古生界天然气主要产层之一，分为盒8上、盒8下两个亚段，也是苏里格气田南部地区勘探开发的主要目的层系。盒8段沉积时期发育大型河流－三角洲沉积，与苏里格气田本部具有相同的沉积体系和沉积背景，储层物性参数与气田本部基本一致，平均孔隙度4．0%～9．0%，渗透率0．10～0．70mD，属于典型的低孔、低渗储层。

图1 研究区构造位置图

目前苏里格气田南部勘探程度相对较低，砂体的展布以及储层物性控制着气藏的分布［2］，分析该区储层的成岩作用及其对储层的影响，寻找高渗储层是苏里格气田南部地区岩性气藏勘探的关键。

2 岩石学特征

盒8段储层主要为石英砂岩，其次为岩屑质石英砂岩，偶见少量长石颗粒 （图2）。根据276块铸体薄片资料统计，盒8段石英体积分数最高，盒8上亚段、盒8下亚段平均石英体积分数φ（Q）分别为77．7%、78．6%，岩屑体积分数φ（R）分别为9．9%、10．1%，主要为变质岩岩屑和少量火成岩岩屑，长石体积分数φ（F）极低，分别为0．01%和0．02%，除在个别薄片中见到未完全发生次生溶解的长石外，多数已完全次生溶解。砂岩多以中粗粒、粗粒结构为主，平均粒径0．75mm，分选较好。

2．1 碎屑组分特征

图2 盒8段砂岩类型三角图

2．2 填隙物特征

盒8段储层填隙物体积分数9．1%～15．4%，平均11．9%，由黏土矿物、硅质和碳酸盐胶结物等组成。填隙物中硅质体积分数最高，平均体积分数达3．8%，占填隙物总量的32%；其次为黏土矿物，高岭石和伊利石平均体积分数分别为2．92%和2．85% （表1）。填隙物体积分数较高也是形成该区低孔、低渗储层的原因之一。

表1 苏南地区盒8段填隙物体积分数统计表

3 主要成岩作用类型

3．1 压实作用

苏里格气田南部盒8段埋深3500～4200m，已达到深埋藏阶段，压实作用强烈。压实作用是该区储层原生孔隙降低的最重要的因素，对储集性能起着主要的破坏作用。压实作用使得碎屑颗粒紧密接触，由点接触到线接触，直至凹凸接触 （图3（a））；刚性颗粒发生破裂，产生微裂缝；塑性颗粒发生变形，颗粒之间的软组分 （如云母、泥质等）以假杂基的形式赋存 （图3（b））。

3．2 胶结作用

3．2．1 硅质胶结

盒8段储层硅质胶结作用非常普遍，填隙物中硅质体积分数最高，占总填隙物的32%，是造成储层孔隙下降的主要因素之一。扫描电镜下，硅质最主要表现形式是以石英自生加大边的形式产出于碎屑石英颗粒表面、粒间孔壁和粒内溶孔中。石英次生加大现象明显的颗粒呈缝合线形式接触，孔隙空间几乎被占据，仅发育少量粒内溶孔，储层质量较差 （图4（a））。研究区的硅质来源比较丰富，上覆、下伏泥岩成岩热演化过程中释放的大量硅质；喷发岩屑、凝灰质、长石、角闪石等铝硅酸盐溶解、高岭石化过程中提供的硅质［3］；碎屑石英颗粒的压溶作用产生的硅质等。

图3 盒8段储层压实作用镜下特征

图4 盒8段储层胶结作用的镜下特征

3．2．2 黏土胶结

通过砂岩薄片鉴定、扫描电镜分析表明，该区自生黏土胶结物主要有高岭石和伊利石 （表1），分别占填隙物总量的24．6%和24．0%。岩石薄片中高岭石多呈蠕虫状，扫描电镜下观察呈蠕虫状或书页状集合体 （图4（b））。砂岩碎屑颗粒间的溶蚀孔内常见到自生高岭石充填，高岭石书页状晶形保留了良好的晶间孔，对提高孔隙度有一定程度的贡献。

自生伊利石以片状为主 （图4（c）），来源主要有两方面：一方面通过蒙皂石蚀变而成；另一方面随埋深、温度、压力增大，高岭石可以向伊利石转化，充填粒间孔及粒间溶。

3．2．3 碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物主要有铁方解石和铁白云石，含少量方解石和菱铁矿。碳酸盐胶结物主要以充填粒间孔隙、交代矿物、衬边状以及连晶形式出现 （图4（d））。研究区碳酸盐胶结物体积分数占总填隙物的12%，盒8上亚段体积分数高于盒8下亚段，碳酸盐胶结是导致盒8段致密的一个重要原因。

3．3 溶蚀作用

溶蚀作用是研究区砂岩中最重要的建设性成岩作用，主要是岩屑溶蚀 （图5（a））和长石溶蚀 （图5（b））。石盒子组下伏地层广泛发育的沼泽相煤系烃源岩［4～6］，生烃过程中，有机质成熟产生的有机酸进入地层，为不稳定矿物的溶解提供了充足的酸性介质来源。岩屑是盒8段最主要的溶解矿物，可形成数量可观的溶蚀孔隙，主要是富凝灰质的火山岩岩屑，盒8上亚段、盒8下亚段岩屑溶孔分别占总面孔率的61%和63% （图6）。长石常沿其解理缝或边缘溶蚀，形成粒内溶孔、铸模孔，但由于研究区长石体积分数很低，且大多数已高岭石化，长石溶孔占总面孔率较低。

图5 盒8段储层溶蚀作用的镜下特征

图6 盒8段储层孔隙组成图

4 孔隙演化

碎屑岩进入埋藏成岩阶段后经历了压实、胶结、溶解等成岩作用，储集空间的再分配受上述成岩作用的控制。定量研究储集砂岩孔隙度降低和增加的成岩过程，可恢复砂岩孔隙演化史。

4．1 砂岩原始孔隙度

盒8段储集砂岩原始孔隙度的恢复是根据比尔德和韦尔［7］提出的原始孔隙度（1）计算公式：

式中：S0为特拉斯克分选系数，S0＝ （Q1／Q3）1／2；Q1为第1四分位数，即相当于25% 处的粒径大小；Q3为第3四分位数，即相当于75%处的粒径大小。

通过计算，研究区盒8段平均原始孔隙度为38．7%。

4．2 压实后砂岩孔隙度

恢复压实后砂岩剩余粒间孔隙度（2）主要用于评价压实作用对原生粒间孔的破坏程度。

压实损失孔隙度＝1－2

4．3 胶结、交代后砂岩孔隙度

经压实、胶结及交代作用后的剩余粒间孔隙度（3）的计算方法为：

胶结交代后损失孔隙度＝2－3

4．4 溶蚀后砂岩孔隙度

溶蚀作用产生的孔隙度4指总储集空间中溶蚀孔所占据的那部分储集空间。

4．5 孔隙度演化分析

研究区盒8段储层初始孔隙度为38．7%，经压实作用改造损失孔隙度18．4%，胶结作用损失孔隙度16．1%，经溶蚀作用改造增加孔隙度4．5%，计算现今孔隙度为8．7%，与现今盒8段平均孔隙度8．5%相近，符合程度较高。

强烈的压实作用是苏南地区盒8储层储层致密低渗的最主要原因，其次为胶结作用，是导致粒间孔隙度降低的主要原因之一，其对储层质量的影响仅次于压实作用。溶蚀作用最有效地改善储层的储集性能，使原始孔隙度增加了4．5%。

5 结 论

1）苏里格气田南部地区盒8段储层属于低孔、低渗致密砂岩储层，岩石类型主要为石英砂岩、岩屑质石英砂岩，以中－粗粒砂岩为主，分选较好。

2）砂岩储集空间以次生溶孔为主，其次为原生孔隙和晶间孔隙。

3）开展定量成岩作用研究，进行了各成因阶段储层孔隙演化影响因素，定量计算了储层的孔隙演化史，指出压实作用改造是储层物性变差的最主要原因，长石等矿物的溶蚀能有效地改善储层物性。

［1］杨华，付金华，刘新社，等 ．苏里格大型致密砂岩气藏形成条件及勘探技术 ［J］．石油学报，2012，8（33）：27～36．

［2］卢蜀秀，阎荣辉，袁晓明，等 ．苏里格气田南部地区盒8段气藏储层特征及主控因素研究 ［J］．天然气勘探与开发，2012，3（35）：1～5．

［3］王素荣，李国华，南珺祥 ．苏里格南部地区上古生界储层特征及影响因素分析 ［J］．石油化工应用，2011，4（30）：54～58．

［4］杨华，傅锁堂，马振芳，等 ．快速高效发现苏里格大气田的成功经验 ［J］．中国石油勘探，2001，6（4）：89～94．

［5］何自新，付金华，席胜利，等 ．苏里格大气田成藏地质特征 ［J］．石油学报，2003，24（2）：6～12．

［6］冉新权，何光怀 ．关键技术突破，集成技术创新，实现苏里格气田规模有效开发 ［J］．天然气工业，2007，27（12）：1～5．

［7］Beard D C，Weyl P K．Inf luence of exture on porosity and permeability of unconsolidated sand ［J］．AAPG Bullet in，1973，57：349～369．