鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5致密砂岩储层成岩作用特征

朱世发，徐黎明，朱筱敏，梁晓伟，李盼盼，牛小兵

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710021）

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5致密砂岩储层成岩作用特征

朱世发1，2，徐黎明3，朱筱敏1，2，梁晓伟3，李盼盼1，2，牛小兵3

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710021）

基于岩石薄片、铸体薄片以及扫描电镜等资料，对鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5致密砂岩储层的成岩作用特征进行了研究，并明确了镇原、环县、华池和白豹等地区储层致密化的成因机制。结果表明：鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5储层的岩石类型主要为极细—细粒岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩以及两者之间的过渡类型，岩屑类型包括塑性易变形岩屑和刚性易溶岩屑，并且塑性易变形的云母碎屑含量高，导致储层抗压实能力差；在华池—白豹地区，颗粒表面绿泥石包膜对石英和长石的次生加大均起到有效抑制作用，含铁碳酸盐胶结强烈，并且长石溶蚀相对较弱；不同地区的成岩作用特征明显不同；储层的致密化受岩石成因类型、沉积物粒度、岩石组分及后期成岩改造等因素综合影响；在镇原—环县地区，延长组长4+5相对优质储层分布于石英加大不强烈的水下分支河道主砂体中，而在华池—白豹地区，延长组长4+5相对优质储层分布于适量绿泥石包膜发育的水下分支河道主砂体中。

成岩作用；致密储层；延长组；陇东地区；鄂尔多斯盆地

0 引言

在近几年的油气勘探中，非常规致密砂岩储层日益受到关注［1-2］，其致密成因主要包括沉积控制和成岩控制2种机制。在鄂尔多斯盆地，三叠系延长组长4+5储层是传统的烃源岩层，而且沉积物粒度细，但目前已在陕北坪桥和姬塬铁边城等地区的致密砂岩中取得较好的勘探成果，累计提交油气探明储量数亿吨。随着勘探的不断深入，陇东地区延长组长4+5储层已有多口井获得工业油流，显示出良好的勘探潜力。然而，分别由不同物源体系控制的华池—庆阳和镇原—环县地区长4+5致密砂岩储层特征及其致密砂岩的成因机制均影响着油气富集和勘探开发进程。因此，研究致密砂岩储层的成因及预测“甜点”分布，对油气的精细勘探具有重要意义。

笔者根据68口井的岩石薄片、铸体薄片和扫描电镜分析，系统研究鄂尔多斯盆地陇东地区长4+5致密砂岩储层的岩石类型和矿物组成，明确储层成岩作用特征，探讨致密砂岩储层的成因机制，并分别对比不同地区和层位之间的储层成岩差异，以期为陇东地区乃至整个鄂尔多斯盆地延长组长4+5致密砂岩储层的勘探与评价提供科学的地质依据。

1 地质背景

陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南缘（图1），包括盆地一级构造带天环坳陷的南部和伊陕斜坡的西南部，面积约为5×104km2，占盆地总面积的25%，是目前勘探与开发的重点区域［3-4］。近年来，在陇东地区发现了2个亿吨级整装油田——西峰油田和环县油田，进一步推动了鄂尔多斯盆地延长组的精细勘探与评价。研究区位于陇东地区，包括镇原—环县和华池—白豹地区，勘探面积约为2×104km2，是陇东地区增储上产的主力区块［5-6］。

图1 鄂尔多斯盆地构造带划分及陇东地区位置Fig.1Structural zone of Ordos Basin and location of Longdong area

延长组沉积时期，陇东地区古地貌特征表现为西高东低，沉积物成因和性质均随着构造沉降及湖平面的变化而改变，形成了一套水体较浅的河湖三角洲沉积［7］。延长组自下而上划分为长10～长1共10个油层组，主要岩性为厚层、块状细—粗粒长石砂岩，其中长10～长7沉积期是湖盆的形成时期，长7构成盆地主力烃源岩；长6～长3沉积期是以三角洲建设为主的发展时期；长2沉积期湖盆逐渐萎缩，至长1沉积期湖盆衰亡［8-9］。

研究区目的层段为延长组长4+5储层，是鄂尔多斯盆地的主要烃源岩之一，其沉积物粒度偏细［7，10］，其中镇原—环县地区主要发育来自西部物源体系的辫状河三角洲前缘沉积，华池—白豹—庆阳地区主要发育来自东北部物源体系的曲流河三角洲前缘沉积［7］。整体上，长4+5储层沉积厚度约为100 m，自上而下可划分为长4+51和长4+52共2个小层；储层平均埋深约为1 950 m，平均孔隙度为12.3%，平均渗透率为1.2 mD。由于物源和沉积体系的差异，镇原—环县和华池—白豹地区在岩石类型、岩矿组成、成岩作用特征及储层质量等方面均存在明显差异。

2 岩石学特征

通过对68口井190张铸体薄片的观察分析可知，陇东地区延长组长4+5储层的砂岩岩石类型主要为极细—细粒岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩以及两者之间的过渡类型［11］（图2）。不同地区和层位的岩石类型均存在明显差异（表1）。整体上，在镇原—环县地区，岩石成分中的岩屑含量普遍高于长石，岩石类型以长石质岩屑砂岩和长石岩屑质石英砂岩为主；在华池—白豹地区，岩石成分中的长石含量明显高于岩屑，岩石类型以岩屑质长石砂岩和岩屑长石砂岩为主。

在不同地区和层位的砂岩岩石成分中，岩屑类型主要为千枚岩、板岩等塑性易变形岩屑和白云岩等刚性易溶岩屑，两者体积分数平均为10%［图3（a）］；塑性易变形的云母碎屑平均体积分数为10.4%。整体上，镇原—环县地区的白云岩岩屑含量较高，华池—白豹地区的云母碎屑含量较高。不同的岩石类型和原始岩矿组成在很大程度上均影响砂岩储层的成岩作用及演化，并且控制成岩演化过程中不同成岩矿物（胶结物）的形成［12-13］。在镇原—环县地区，填隙物中水云母（伊利石）、硅质加大边和铁白云石的含量均较高，三者体积分数之和超过9%；在华池—白豹地区，胶结物以绿泥石包膜和铁方解石为主，两者体积分数之和超过8%［图3（b）、图3（c）］。通过岩性与物性关系分析可知，华池—白豹地区长石砂岩类储层的孔隙度和渗透率均相对较好，这与其埋深也有很大关系。

图2 陇东地区砂岩成分三角图（据文献［11］修改）Ⅰ.长石砂岩；Ⅱ.岩屑质长石砂岩；Ⅲ.岩屑长石砂岩；Ⅳ.长石岩屑砂岩；Ⅴ.长石质岩屑砂岩；Ⅵ.岩屑砂岩；Ⅶ.长石岩屑质石英砂岩Fig.2Triangular diagram showing sandstone composition in Longdong area

表1 陇东地区储层砂岩中不同颗粒的相对体积分数统计Table 1The relative content of framework grain in the reservoir sandstone in Longdong area

图3 陇东地区砂岩岩矿组成特征Ⅰ.镇原—环县，长4+51小层；Ⅱ.镇原—环县，长4+52小层；Ⅲ.华池—白豹，长4+51小层；Ⅳ.华池—白豹，长4+52小层Fig.3Constituents of sandstones in Londong area

3 成岩作用特征

通过岩石薄片、铸体薄片及扫描电镜观察发现，研究区砂岩储层的成岩作用丰富，而且在不同地区和层位均存在明显差异（图版Ⅰ）。在镇原—环县地区，千枚岩和云母等塑性颗粒含量较高，抗压实能力差，绿泥石包膜不发育且常见石英次生加大，铁白云石和伊利石胶结强烈，长石溶蚀相对较弱。在华池—白豹地区，千枚岩和云母等塑性颗粒含量均高，导致储层抗压实能力更差；绿泥石包膜发育使石英和长石的次生加大都明显被抑制，铁方解石胶结强烈，长石溶蚀相对较强。

3.1 云母等塑性颗粒的压实变形

研究区延长组长4+5储层岩石粒度较细，多为细—粉砂岩（图版Ⅰ-1），而且岩石成分中云母和千枚岩岩屑等塑性易变形颗粒含量均较高，使储层抗压实能力差。该储层埋深＜1 900 m时，颗粒以点—线接触为主（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-6）；随着埋深的增加，颗粒以线接触为主（图版Ⅰ-7）。在压实过程中，塑性颗粒常发生变形（图版Ⅰ-2），甚至形成假杂基（图版Ⅰ-7），很大程度上降低了原生孔隙空间。

3.2 石英及少量长石次生加大胶结

在镇原—环县地区，石英和长石次生加大胶结现象都很普遍，尤其是石英次生加大（图版Ⅰ-3、图版Ⅰ-4），加大边体积分数超过3%，主要分布于长4+51小层，而且加大边宽度为5～50 μm。硅质加大的过程是陆源石英碎屑颗粒恢复自形的过程，加大边晶面平整，主体生长方向与石英颗粒的晶体主光轴方向（C轴）一致。普遍发育的硅质加大胶结物占据了原生孔隙空间，使砂岩储层的孔隙性明显变差。在研究区，偶见长石加大，平均体积分数≤0.5%，对储层孔渗性的影响非常小，加大边成分多为钠长石。在华池—白豹地区，硅质加大作用受绿泥石包膜等因素影响而不发育。

3.3 绿泥石包膜和孔隙衬边

研究区延长组长4+5储层绿泥石胶结物主要以3种形式出现：①颗粒表面早期出现的绿泥石包膜（图版Ⅰ-5）；②颗粒压实后产生的孔隙衬边（图版Ⅰ-6）；③孔隙内充填的自生绿泥石。在华池—白豹地区，绿泥石以前2种形成出现，平均体积分数约4.4%，单晶绿泥石垂直颗粒表面并呈叶片状生长；在镇原—环县地区，绿泥石主要充填于颗粒之间，而且体积分数较低，＜1%。镜下观察发现，绿泥石包膜主要包裹石英和长石颗粒；云母碎屑和千枚岩等岩屑因压实均易变形，而且白云岩岩屑因压实易溶解，所以它们外部都很少见有绿泥石包膜。适量的绿泥石包膜和孔隙衬边均能有效抑制石英的次生加大，在一定程度上保护原生孔隙，但当绿泥石强烈胶结时，储层的孔隙空间被破坏，孔渗性变差。

3.4 铁方解石和铁白云石胶结

延长组长4+5储层碳酸盐胶结物在镇原—环县地区以铁白云石为主，在华池—白豹地区以铁方解石为主（参见图3），平均体积分数约5%。铁方解石和铁白云石晶体均呈菱面体形态连片生长，并充填于孔隙中。在镇原—环县地区，铁白云石晶体通常出现在白云岩岩屑的周围，这主要是由于白云岩岩屑在压溶作用下溶解及铁白云石重结晶所致（图版Ⅰ-7）。铁白云石含量与绿泥石包膜含量呈消长关系（参见图3），这可能与镁离子供给不足有关。铁方解石含量与长石含量呈正相关关系，反映了铁方解石的形成可能与富钙斜长石的水解和蚀变有关。

3.5 长石溶蚀

整体上，研究区延长组长4+5储层中长石的溶蚀程度较弱。在镇原—环县地区，长石含量较低（参见表1），其溶蚀孔的面孔率平均约为1.4%，高于华池和白豹地区的1%。长石溶蚀通常沿其解理进行，形成长石粒内溶蚀孔，其副产物有多种类型，包括高岭石、自生石英和钠长石等。在华池—白豹地区，长石颗粒外部常发育绿泥石包膜（图版Ⅰ-8、图版Ⅰ-9），有效地抑制了长石的次生加大，同时也延缓了长石的溶蚀作用。

4 储层致密化与沉积和成岩的关系

（1）岩石粒度细，塑性颗粒含量高

研究区延长组长4+5储层为三角洲和辫状河三角洲前缘末端沉积，岩石粒度细，多为细—粉砂岩，而且岩石成分中的塑性颗粒含量高，岩石的抗压实能力整体较弱。粒度细且塑性颗粒含量高是研究区储层致密化的最根本原因。镇原—环县地区的储层埋深大于华池—白豹地区（表2），而且前者的储层物性较后者略差。

（2）后期胶结强烈，加剧储层致密化

延长组长4+5砂岩储层在成岩演化过程中沉淀并析出了多种自生矿物，很大程度上破坏了储层的储集空间，如石英和少量的长石自生加大边、绿泥石包膜胶结物、伊利石充填胶结物、铁白云石及铁方解石胶结物等。各种胶结物使经压实作用后剩余的原生孔和少量次生孔进一步被占据和破坏［14-15］。

表2 不同地区储层物性及成岩作用特征对比Table 2The reservoir properties and diagenetic characteristics in Longdong area

（3）溶蚀程度弱，增孔作用不明显

延长组长4+5砂岩储层受后期的溶蚀改造作用不强，这与岩石粒度细、泥质含量高以及酸性地层水供给受阻均有关［16-18］。储层中仅见少量的长石弱溶蚀，未见较明显的胶结物溶蚀。

综上所述，延长组长4+5砂岩储层的致密化受岩石成因类型、沉积物粒度、岩石组分及后期成岩改造等因素的综合影响，而且在不同地区差异明显（参见表2）。在镇原—环县地区，相对优质储层分布于石英加大不强烈的三角洲水下分支河道主砂体中。当主砂体沉积时，沉积水动力强，蒙脱石等杂基不易沉积，较少的黏土杂基在埋藏成岩过程中仅释放出少量的SiO2，硅质胶结较弱。在华池—白豹地区，相对优质储层分布于适量绿泥石包膜发育的三角洲水下分支河道主砂体中。过量的黏土胶结同样破坏储层孔隙。在三角洲水下分支河道主砂体中，云母等片状矿物的碎屑因强水动力作用难以沉降，沉积物埋藏后的抗压实能力较强，而且绿泥石包壳难以过量生长。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5储层的岩石类型主要为极细—细粒岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩以及两者之间的过渡类型，而且不同地区和不同层位的岩性均存在明显差异；岩屑类型包括千枚岩等塑性易变形岩屑和白云岩等刚性易溶岩屑，云母碎屑含量高。

（2）在镇原—环县地区延长组长4+5储层中，千枚岩和云母等塑性颗粒含量均较高，导致储层抗压实能力较差；绿泥石包膜不发育且常见石英次生加大，铁白云石和伊利石胶结均强烈，长石溶蚀相对较弱；储层平均孔隙度为11.5%，平均渗透率为0.9mD。

（3）在华池—白豹地区延长组长4+5储层中，千枚岩和云母等塑性颗粒含量均高，导致储层抗压实能力更差；绿泥石包膜发育使石英和长石的次生加大都明显被抑制，铁方解石胶结强烈，长石溶蚀相对较强；储层平均孔隙度为12.5%，平均渗透率为1.1 mD。

（4）延长组长4+5砂岩储层的致密化受岩石成因类型、沉积物粒度、岩石组分及后期成岩改造等因素的综合影响。在镇原—环县地区，延长组长4+5相对优质储层分布于石英加大不强烈的水下分支河道主砂体中；在华池—白豹地区，延长组长4+5相对优质储层分布于适量绿泥石包膜发育的水下分支河道主砂体中。

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图版Ⅰ说明：1.云母碎屑（bi）在压实作用下的变形，见少量绿泥石包膜（Ch），午217井，1 715.00 m，岩屑质长石砂岩，单偏光，红色铸体；2.云母塑性变形，白410井，1 975.30 m，扫描电镜；3.石英次生加大胶结（Qo），镇320井，2 043.26 m，扫描电镜；4.石英和长石加大（Fo），演39井，1 880.34 m，扫描电镜；5.颗粒表面发育绿泥石包膜，白115井，2 016.6 m，扫描电镜；6.绿泥石衬边与粒间孔，白195井，1 856.55 m，岩屑长石砂岩，单偏光，红色铸体；7.白云岩岩屑（Do）与铁白云石胶结物（FeDo），木25井，2 332.12 m，岩屑砂岩，单偏光，红色铸体，染色片；8.长石（F）溶蚀与绿泥石包膜，白402井，1 802.32 m，扫描电镜；9.长石溶蚀与绿泥石包膜，白413井，2 006.60 m，扫描电镜

（本文编辑：涂晓燕）

Diagenetic characteristics of tight sandstone of Chang 4+5 reservoir in Longdong area,Ordos Basin

ZHU Shifa1，2，XU Liming3，ZHU Xiaomin1，2，LIANG Xiaowei3，LI Panpan1，2，NIU Xiaobing3
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710021，China）

Based on the observations of rock thin sections,casting thin sections and scanning electron microscope,this paper summarized the diagenesis characteristics of the tight sandstone reservoir of Chang 4+5 reservoir in Longdong area,and studied the origin of the tight reservoirs in Zhenyuan-Huanxian Region and Huachi-Baibao area.The result show that the rock types of Chang 4+5 reservoir mainly are very fine grained-fine grained lithic arkose,feldspathic lithic sandstone and the transition between the two types.The rock debris is mainly plastic and soluble.And the content of flexible mica fragments is high.The compressive strength of the reservoir rocks is very weak.The chloritecoating can effectively inhibit quartz and feldspar overgrowth in Huachi-Baibao area.The cementation of iron carbonate is intensive,and the feldspar dissolution is relatively weak.In different areas,the characteristics of diagenesis are obvious different.The tight sandstones of Chang 4+5 reservoir are contributed by genetic types of rock,sediment size,rock composition,late diagenetic reconstruction and so on.The high quality reservoir rocks are those massive sandstones of the underwater distributary channels,with slight quartz overgrowth in Zhenyuan-Huanxian area and proper chlorite coating in Huachi-Baibao area.

diagenesis；tight reservoir；YanchangFormation；Longdongarea；Ordos Basin

TE121.3

A

1673-8926（2014）03-0022-06

2014-02-25；

2014-03-31

国家自然科学基金青年科学基金项目“火山物质蚀变的成岩演化过程、产物及对油气储层的影响”（编号：41202107）、教育部高等学校博士学科点专项科研基金（新教师类）项目“火山物质蚀变成岩序列、产物及对油气储层的影响”（编号：20120007120004）以及中国石油大学（北京）科研基金项目“火山物质蚀变成岩序列、产物及对油气储层的影响”（编号：KYJJ2012-01-20）联合资助

朱世发（1982-），男，博士，讲师，硕士生导师，主要从事储层地质学与沉积学方面的教学和研究工作。地址：（102249）北京市昌平区府学路18号中国石油大学地球科学学院。E-mail：zhushifa_zsf@163.com。