鄂尔多斯盆地麻黄山西区块延8段成岩相特征及油气地质意义

吕孝威，王少飞，万友利，朱志良，韩 翀，朱 莎

（1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059； 2.成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059； 3.中国石化华北油田分公司 勘探开发研究院，河南 郑州 450006； 4.中国石油川庆钻探工程有限公司 地质勘探开发研究院，四川 成都 610051； 5.大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511）

0 引言

在我国非常规油气勘探领域，低渗透致密砂岩油气藏受到越来越多的重视，很多学者把它作为常规油气资源接替的第一梯队[1－4].低渗透致密砂岩油气藏勘探突破的关键是在致密化储层中预测具有较高孔渗的甜点发育带[2－3].由于母岩物质的不确定性、沉积环境的多样性、成岩作用过程的多变性及构造运动的多期次性，造成致密性砂岩储层物性在平面上和纵向上的非均质性较强[4－5].沉积和成岩是控制致密砂岩储层物性特征的主要因素，沉积作用奠定储层的物质基础，成岩作用对沉积物沉积后内部孔隙演化起到重要控制作用[6－7].沉积作用控制沉积物的成分、粒度、分选及空间分布，而沉积物进入埋藏环境后经历的成岩作用对沉积物的物质及孔隙分布进行改造，从而形成现今所表现的物质特征——成岩相.成岩相为一定沉积和成岩环境下经历一定成岩演化阶段的产物，包括岩石颗粒、胶结物、组构和孔洞缝特征及其演化的综合面貌和孔隙演化信息[8－11].成岩相在预测有利成岩作用发育区域方面更具有直接性和综合性的优点，特别是在致密储层中预测甜点发育带具有重要作用，正确认识成岩相和掌握有利成岩相分布规律对于低渗透致密砂岩油气藏的勘探具有指导意义[9－10].

鄂尔多斯盆地是我国最大含油气盆地之一，中生界延安组是重要的含油层系，为典型的低渗透储层，同时也是中生界找油战略的重点层系之一[11].前人对麻黄山西区块延安组的研究多集中在单一的储层特征[12]、沉积特征[13]、成岩体系[14]和成藏机理方面[15]，但缺乏从沉积环境、成岩作用等方面分析延8段甜点储层成因的研究，目前研究的热点集中在致密储层中寻找优质储层发育带[16]，正确认识致密砂岩储层中优质储层形成的主控因素及分布规律，是实现研究区勘探突破的关键.笔者分析麻黄山西区块延8段成岩相特征，认为成岩相的油气地质意义主要在于寻找对储层发育具有建设性意义的成岩相，并研究成岩相的主控因素和分布规律，为研究区在油气勘探中寻找优质储层提供参考.

1 岩石学特征

通过岩心观察、薄片鉴定研究表明，研究区延8段储层砂体主要发育在三角洲平原亚相的分支河道中.粒度以细粒结构为主，中粒结构次之，成分成熟度较低，结构成熟度中等.延8段储层砂体的岩石学特征具有区域性，在研究区南部ND8、ND10井区石英体积分数占碎屑体积总量的74%～82%，平均为76%，由单晶石英和来自变质岩、石英岩的多晶石英组成；长石体积分数占碎屑体积总量的2%～16%，平均为9%，主要为斜长石，偶见钾长石；岩屑体积分数占碎屑体积总量的5%～11%，平均为8%，以变石英岩、千枚岩、泥板岩和云母碎屑为主，偶见流纹岩岩屑；杂基主要为水云母泥基，部分泥基高岭石化；胶结物主要有微晶方解石、铁白云石、淀高岭石和菱铁矿.在研究区东北部ND2、ND3井区石英体积分数占碎屑体积总量的55%～62%，平均为59%，含少量多晶石英；长石体积分数占碎屑体积总量的11%～18%，平均为12%，以斜长石为主，长石表面风化严重；岩屑体积分数占碎屑体积总量的7%～26%，平均为18%，有变石英岩、千枚岩，含大量的泥板岩和云母碎屑，在强烈压实作用下形成假杂基；杂基主要有水云母泥基，少量高岭石化；胶结物有菱铁矿、微晶方解石和粉晶铁白云石.

2 储层特征

2.1 储集空间类型

通过薄片观察和扫描电镜分析，研究区延8段储层储集空间类型主要有粒间孔、粒内溶孔及微孔隙.

粒间孔包括剩余原生粒间孔和溶蚀孔隙，在研究区南西部ND5、ND10井区石英、长石等刚性颗粒含量较高的地区，剩余原生粒间孔较为发育（见图1（a）），而在东北部云母、岩屑等塑性物质含量高的井段，原生粒间孔在强压实作用过程中被破坏殆尽.溶蚀孔主要有粒间溶孔（见图1（b））、粒内溶孔（见图1（c））及溶蚀微孔隙（见图1（d）），长石、岩屑经受强烈溶蚀甚至可发育成溶蚀缝（见图1（e））.长石及岩屑的蚀变使得微孔隙较为发育，岩屑及基质内的溶蚀可发育成微孔隙，特别是长石蚀变为高岭石时，若高岭石不能被及时带出，往往以书页状分布在孔隙空间内，形成微孔隙（见图1（f））.扫描电镜显示，长石的伊利石化过程发育纤维状、丝发状伊利石能够切割孔隙结构，也能形成微孔隙.

图1 延8段储层孔隙类型Fig.1 Types of sandstone reservior pores of the 8th member of the Yanan formation

2.2 物性特征

薄片鉴定表明，在研究区南西部ND5、ND10井区刚性颗粒含量高的层段，孔隙以剩余原生粒间孔为主，溶蚀孔隙较刚性颗粒含量低的井段更为发育；在北东部ND2、ND3井区以溶蚀孔隙为主，特别是微孔隙含量较南西部高的多（见表1）.物性资料统计表明，南西部延8段储层砂体孔隙度最大为19.6%，有65%的分析样品孔隙度分布为12%～20%，属于中低孔储层，在研究区南西部局部地区发育中等孔隙储层，渗透率主要分布在（0.01～1.00）×10－3μm2和大于10.00×10－3μm2范围内（见图2）.北东部储层砂体有62%的分析样品孔隙度为6%～12%，渗透率主要为（0.01～1.00）×10－3μm2（见图2）.

图2 延8段南西部地区和北东部地区实测孔隙度及渗透率分布Fig.2 Distribution map of porosity and permeability of the 8th member of the Yanan formation

表1 麻黄山西区块延8段砂岩储层镜下观察各次生孔隙统计Table 1 The pore statistics by microscope of reservoir sandstone chip of the 8th member of the Yanan formation in the west of Mahuangshan %

3 成岩作用

通过薄片鉴定、扫描电镜观察、电子探针分析表明，延8段储层成岩演化阶段已达到中成岩（B）期至晚成岩早期.结合成岩作用对储层物性的影响，延8段储层砂体经历的破坏性成岩作用包括压实作用、胶结作用，其中压实作用在塑性颗粒含量高的地区及层段表现强烈，北东部ND2、ND3井区岩屑体积分数高达26%，平均为18%，云母碎屑等塑性物质在上覆地层压力下被压弯变形，填充粒间孔隙，使孔隙度大幅度降低（见图3（a））.胶结作用主要有碳酸盐胶结（见图3（b））、硅质胶结（见图3（c））及黏土胶结（见图3（d）），早期发育的黏土环边虽然占据一定的孔隙空间，但在后期硅质胶结过程中能够阻止石英的次生加大.碳酸盐胶结有2期，早期的碳酸盐胶结物主要为方解石，晚期的碳酸盐胶结物为铁方解石和铁白云石，硅质胶结发育在第二世代胶结时期.建设性成岩作用主要包括埋藏期溶蚀和表生期溶蚀，埋藏期溶蚀发育在早期方解石胶结后，沉积物进入埋藏状态后，随着有机质的热演化释放出有机酸，对长石岩屑等铝硅酸盐进行选择性溶蚀（见图3（e）、（f）），但盆地地温梯度较低，有机质生烃演化时间较晚，从而造成溶蚀程度较低；并且由于压实作用较强，先存的原生孔隙保留程度较低，在刚性颗粒含量高的层段才能保存更高的连通孔隙，方便酸性水的溶蚀.同时，埋藏条件下的溶蚀作用发生在封闭的成岩系统中，有溶蚀就会有沉淀，从而造成储层砂体更强的非均质性.延8段部分样品的褐铁矿化现象表明储层经历表生作用.受燕山运动影响，延安组地层被抬升出露，遭受剥蚀，接受大气淡水淋滤改造，同时受到西缘逆冲推覆的作用，发育斜交裂缝和网状缝，为大气淡水淋滤提供通道，使延8段局部接受大气淡水溶蚀，从而造成局部溶蚀孔隙度更高.

图3 延8段储层成岩特征Fig.3 Diagenetic characteristic of the 8th member of the Yanan formation

4 成岩相的类型和特征

目前，对于成岩相类型的划分尚无统一标准[8－14]，结合研究区成岩作用对储层物性的影响，把延8段储层划分为4类成岩相：强烈压实致密相、胶结致密相、弱压实弱胶结相和强烈溶蚀相.

4.1 强烈压实致密相

强烈压实致密相主要发育在天然堤和分流间湾沉积微相中，砂岩中岩屑等塑性颗粒和杂基含量较高，石英、长石等刚性颗粒含量低，受上覆地层压力作用，极易被压实.此外，西缘逆冲断裂带的发育使研究区延安组地层裂缝较为发育，裂缝对地层超压起到消散效应[17]，延8段在埋藏过程中没有出现超压环境，也是造成强烈压实的一个因素.研究区北东部ND2、ND3井区塑性颗粒含量较高，压实作用表现较为强烈.南西部ND5、ND10井区长石、石英等刚性颗粒含量较高，压实作用没有北东部井区表现强烈.强烈压实致密相使储层储集空间大幅度减小，对储层物性具有较大破坏作用.

4.2 胶结致密相

胶结致密相主要发育在决口扇和天然堤等沉积微相中，胶结物主要有方解石、铁白云石和铁方解石，胶结物体积分数为13%～25%，胶结方式多为孔隙式胶结.胶结物具有多期性，早期胶结物多为方解石，地层埋藏较深时，随着温度升高和压力增大，形成的胶结物一般为铁方解石和铁白云石.胶结致密相造成储层致密化，是破坏性成岩相.如果胶结物后期遭受外来酸性水的溶蚀，则可形成较多次生溶蚀孔隙，部分层位可发育较好的储层.

4.3 弱压实弱胶结相

弱压实弱胶结相是延8段有利成岩相，对于原生孔隙的保存具有重要意义.通过铸体薄片观察和扫描电镜分析，部分样品中石英和长石颗粒表面存在有黏土环边，同时石英次生加大现象发育较弱，碳酸盐胶结物较少，剩余原生粒间孔较为发育，对于储层物性具有建设性作用，并为溶蚀作用中所需的酸性水提供良好的运移通道.此类成岩相的成因多与黏土矿物环边有关，绿泥石环边一方面具有抗压实作用，另一方面可以包裹在石英颗粒的表面阻止石英次生加大，从而有利于原生粒间孔隙的保存[18].

4.4 强烈溶蚀相

强烈溶蚀相主要发育在分支河道沉积微相中，主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩，碎屑颗粒和胶结物遭受不同程度的溶蚀.溶蚀作用一方面可以扩大储集空间，另一方面可以增大孔喉半径，对储层物性有较大改善作用，形成深部砂岩储层异常高孔隙发育带.延8段储层强烈溶蚀相的因素有2个：一是与地层中酸性水有关，当储层处于开放环境时，若有酸性水进入，酸性水和碎屑颗粒发生溶蚀后产物被及时带出而形成溶蚀孔隙，溶蚀作用的程度与酸性水的性质和碎屑颗粒的成分有关[19]；二是在ND3井、ND5井和ND4井样品中存在黄铁矿、菱铁矿、铁白云石和含铁方解石的褐铁矿化现象，说明延8段储层经历表生成岩作用.储层在表生作用时受到富含CO2大气淡水的淋滤作用和潜流带淡水的溶蚀，可以产生较多的次生溶孔[20].

5 油气地质意义

5.1 弱压实弱胶结相

弱压实作用对砂岩储层的原生孔隙具有较好的保护作用，残留原生孔隙是油气的主要储集空间和运移通道，对油气聚集成藏起到重要促进作用.早期残留原生孔隙对地层中酸性水的运移起到较好的通道作用，可以促进后期溶蚀作用[21].砂岩储层中石英、长石等刚性颗粒含量较高时可以有效增强岩石的抗压实能力，从而保护较多原生粒间孔隙.沈扬等在研究库车拗陷时发现，在5 200m深度的地层，由于刚性颗粒含量较高，孔隙度接近20%[21].黎华继等在研究川西拗陷须二段储层物性时发现，物性与石英长石含量呈正相关关系，与塑性岩屑含量呈明显负相关关系[22].另外，当地层压力超过刚性颗粒的抗压强度时，刚性颗粒沿解理面和双晶面发生破裂产生微裂缝，微裂缝对低渗储层储集性能的改造具有重要意义[23].早期胶结物在占据部分孔隙的同时，如果形成在颗粒相对位置完全固定之前的早期成岩阶段，则具有较好的支撑作用，从而起到抗压实效果，使砂岩中原生孔隙得到较多保留，是深部砂岩储层原生孔隙发育的重要原因[24－25].研究区南西部区域的分流河道微相中石英、长石等刚性颗粒含量较高，是弱压实作用发育的有利区.

弱胶结作用使得砂岩储层中胶结物含量较少，储层的渗透率未受到胶结物造成的破坏性影响.丁晓琪等研究表明，绿泥石包膜阻止含有SiO2的孔隙水在石英颗粒表面成核，从而抑制石英次生加大，使较多原生孔隙得以保存[26]；Billault V、伏美燕等研究表明，绿泥石包膜使碳酸盐岩胶结物生成的空间缩小，从而抑制碳酸盐岩胶结物发育，同时绿泥石包膜的晶间孔为酸性水的流动提供通道，为后期溶蚀作用提供良好条件.此外，烃类流体占据孔隙，使孔隙水排出，可以阻止胶结物生成，形成弱胶结现象[27－28].

5.2 强烈溶蚀相

溶蚀作用在研究区延8段部分层位较为发育，是砂岩储层中次生孔隙的主要成因，对储层物性具有较强的改造能力，是研究区甜点储层发育的重要控制因素.Surdam R C、周广胜等研究发现，深部溶蚀作用与颗粒间的碳酸盐岩胶结物溶蚀关系密切，孔隙度与碳酸盐岩胶结物之间呈负相关关系[19，25].钟大康等认为深部地层优质碎屑岩储层的形成与溶蚀作用有关，溶蚀作用是深部异常孔隙发育带存在的普遍机理[29].溶蚀的主要原因是有机质热演化生成的有机酸和CO2形成酸性水介质对长石和岩屑及胶结物的溶蚀.顾家裕等在研究塔里木盆地东河砂岩时发现，东河2井侏罗系与石炭系之间不整合面处有机酸浓度较高，为873μg／g[30]；兰朝利等在研究苏里格气田时得出裂缝带附近溶蚀作用较强，说明通道对酸性流体运移的重要性[31].研究区延安组部分层位发育富含有机质的黑色泥岩，并且煤系地层分布广泛，在成岩演化过程中产生大量有机酸和CO2，研究区处于鄂尔多斯盆地西缘冲断带上[18]，裂缝的发育给酸性水溶液的运移和交换提供良好的通道[32].因此，裂缝发育带附近是溶蚀次生孔隙较有利发育带.

岩层表生作用中大气淡水淋滤也是储层次生溶孔的重要成因[33]；砂岩中不稳定组分，如长石、火山岩岩屑和碳酸盐岩胶结物遭受大气淡水的淋滤发生溶蚀，产生较多次生溶孔，从而对储层产生较有利影响[34]；研究区部分层位发现的褐铁矿化现象说明部分区域经历表生作用，受燕山运动影响，西缘逆冲推覆构造活动强烈，构造高部位是大气淡水淋滤较为发育部位.

南西部弱压实弱胶结相和北部强烈溶蚀相与三角洲平原分流河道沉积微相相关；强压实致密相和强胶结致密相与分流间、天然堤、决口扇等微相相关.沉积微相为后期成岩改造、优质储层发育、勘探中的物性甜点提供天然的物质基础.在优质储层形成过程中，沉积微相是基础，成岩改造是关键.

6 结论

（1）研究区砂岩储层主要发育在三角洲平原分流河道中，为低孔低渗储层.北东部井区岩屑和黑云母等塑性颗粒含量较高，南西部石英和长石等刚性颗粒含量较高，对储层成岩作用具有重要影响.研究区延8段的成岩作用有压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用和表生成岩作用.

（2）结合成岩作用对储层物性的影响，研究区破坏性的成岩相有强烈压实相和胶结致密相，对储层物性具有较强破坏作用；弱压实弱胶结相和强烈溶蚀相为有利成岩相，弱压实弱胶结相保存较多原生孔隙，强烈溶蚀相形成大量次生溶孔，对储层物性的改善起到积极作用.

（3）在致密砂岩储层中，研究区的有利成岩相对预测有利孔隙发育带具有重要地质参考意义.弱压实弱胶结成岩相保存的原生孔隙对储层物性有较大贡献，为油气运移和聚集提供良好的运移通道；强烈溶蚀成岩相生成较多次生溶孔，对致密砂岩储层的物性具有较强改善作用.弱压实弱胶结相中保留的残留原生孔为后期溶蚀作用中所需的酸性水提供重要运移通道，从而促进强烈溶蚀相的发育.

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