鄂尔多斯盆地镇北地区长81成岩作用特征研究

2014-03-11秦卫军宋立军李书恒张庆洲杨军侠

天然气勘探与开发 2014年1期

关键词：绿泥石长石成岩

秦卫军宋立军李书恒张庆洲杨军侠

（1.西安石油大学地球科学与工程学院 2.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心）

鄂尔多斯盆地镇北地区长81成岩作用特征研究

秦卫军1宋立军1李书恒2张庆洲2杨军侠2

（1.西安石油大学地球科学与工程学院 2.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心）

运用常规偏光显微镜、电镜扫描、阴极发光、常规物性、粒度分析、压汞分析等方法对鄂尔多斯镇北地区长81储层的成岩作用和成岩序列的研究结果表明，储集岩主要以中—细粒岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩；储集空间主要以粒间孔、长石溶孔、岩屑溶蚀孔、胶结物溶蚀孔、微孔隙为主，具有低孔低渗的储集特征；压实作用和胶结作用对砂岩储层具有一定的破坏性，溶蚀作用和裂缝则有效的改善了储层的孔隙结构；长81储层砂岩处于晚成岩阶段A期，部分以进入晚成岩B期。图6表3参13

成岩作用储层特征镇北地区

0 引言

镇北地区（图1）位于鄂尔多斯盆地西南部，范围西起殷家城，东至桐川，西至殷家城，南起太平，北至曲子，构造位置横跨横跨天环凹陷和伊陕斜坡2个次级构造单元，区内断层不发育，仅在局部发育一些小型鼻状构造［1］。研究区发育多套含油层系，自下而上为长10—长1等油层组，其中长81为其主力含油层系。由于早期的勘探程度较低，研究区储层的成岩作用没有进行过细致的研究。鉴于此，笔者通过大量的镜下照片和分析化验数据综合研究与评价，研究区发育压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用和破裂作用的4种成岩作用。

1 储集砂岩的岩石学特征

镇北地区长81储层砂岩为一套扇三角前缘亚相［2－3］，统计了280多组的岩石薄片数据（表1）和粒度分析数据，以及folk［6］（图2）砂岩分类。结果表明：研究区储集岩主要以中—细粒岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩。石英主要为花岗岩母岩来源，少量为变质岩来源；长石主要为斜长石，还见少量的微斜长石；火山岩岩屑为喷出岩；变质岩岩屑为石英岩、片岩、千枚岩、板岩；沉积岩岩屑为粉砂岩、泥岩、灰岩、白云岩。胶结物主要是有黏土矿物胶结、硅质胶结和碳酸胶结物为主（表1）。

图1 研究区地理位置图

2 储集砂岩的物性特征

通过研究区长81油层组150块物性分析化验资料，得出研究区孔隙度4.4%～17.9%，平均值10.25%，中值11.15%；渗透率0.02～5.8 mD，平均值0.54 mD，中值0.45 mD；所以镇北地区属于典型的低孔低渗储层（图3）。

图2 镇北地区长8砂岩分类三角图

3 成岩作用类型及特征对储层的影响

根据大量的铸体薄片和电镜扫描照片分析认为鄂尔多斯盆地镇北地区长81砂岩主要发育了压实作用、胶结作用、破裂作用和溶蚀作用等一系列成岩作用类型，其中压实作用和胶结作用对砂岩储层具有一定的破坏性，溶蚀作用和微裂缝则有效的改善了储层的孔隙结构具有一定的建设性。

表1 镇北地区岩石碎屑及其填隙物组分含量统计表

3.1 压实作用

机械压实和压溶作用主要发生在早成岩阶段，沉积物在上覆重力和静水压力作用下，使原来存在粒间的孔隙水排出，碎屑颗粒重新排列，沉积物密度变大，同时将云母及其他软组分挤入孔隙，是导致研究区延长组储层原生孔隙度和渗透率降低的主要成岩作用。镇北地区高的岩屑含量（23.22%）和云母（4.45%）（表1）等柔性组分，这些柔性组分在经受强烈的挤压作用下，发生弯曲变形（图4a）。抗压实较强石英含量较低，在压实作用下易发生破裂变形，产生微裂缝。

3.2 胶结作用

镇北地区长81储层主要发育硅质胶结、黏土矿物胶结、碳酸盐胶结。

图3 镇北地区储声能孔隙度和渗透率分布

（1）硅质胶结

研究区普遍发育硅质胶结（表1），含量为0～7%，平均含量1.66%。通过电镜扫描观察主要表现在①石英以次生加大边的形式出现（图4b），其主要形成与早成岩阶段，是压溶作用的产物。②自形石英呈六方锥形，生长与空隙中（图4c）或者长石颗粒的溶蚀空隙当中，从产出状态来看，充填于颗粒间的自生石英形成时期晚于石英加大边。

（2）黏土矿物的胶结作用

通过研究区30口井60多块X－衍射黏土矿物的分析，研究区主要发育胶结物主要以绿泥石为主，其次伊利石、是高岭石、伊蒙混层（表2）。

图4 鄂尔多斯盆地镇北地区长8铸体薄片和电镜扫描照片

绿泥石（C）是研究区含量最高的黏土矿物胶结物（表2），含量48.46%～82.8%，平均含量62.73%，绿泥石是研究区含量最高的黏土矿物胶结物之一，在成岩早期孔隙水流通比较通畅，在碱性环境下，形成的绿泥石多以黏土包膜的形式产出，薄膜一般为单层结构，厚度5～10μm。晚期形成的绿泥石多以孔隙充填绿泥石为主，电镜下呈针叶状和玫瑰花状两种产出形式（图4c、图4d）。一方面，晚期形成的绿泥石充填粒间空隙当中，占据了喉道的位置，从而降低了储层的渗透率。另一方面，在成岩过程中孔隙衬垫绿泥石提高了岩石之间的机械强度和抗压试的能力，而且抑制了石英的自生加大，从而使砂岩中的空隙得以保存。

伊利石（I）在研究区的含量较高仅次于绿泥石（表2），为15.1%～32%，平均含量23.95%，以片状或丝状披盖在颗粒表面或充填孔隙中，有的搭桥生长充填于孔喉当中（图4e）。伊利石常堵塞砂岩孔隙喉道，加剧储集层的非均质性，降低储集层渗透率，伊利石通常形成于晚成岩阶段。伊蒙混层（I／S）分布比较稳定1.26%～7.18%，平均4.47%，伊蒙混层比（I（I／S））一般情况＜10%。电镜下以多为蜂窝状或卷片状充填在颗粒之间。在碱性水的条件下，随着成岩强度的加大，伊／蒙混层逐渐向伊利石转化。

表2 镇北地区部分井长81黏土矿物X—衍射分析数据

高岭石（K）也是主要的黏土矿物胶结物之一，含量为0～23.7%，平均含量8.82%。。研究区高含量长石12%～42%平均约为29.7%，云母平均含量4.45%，为高岭石形成提供了物质条件。单晶片呈六方板状，集合体以书状或蠕虫状充填与空隙当中（图4f，图4h）。

（3）碳酸盐胶结

碳酸盐胶结物在研究区普遍发育，含量为0.2%～36%，平均含量4.68%。通过电镜、铸体薄片观察研究分析碳酸盐胶结物的成分主要是含铁铁方解石（图4g），不含铁的方解石少见。方解石以充填孔隙状为主，分布于与泥岩相邻的砂岩中形成致密高钙砂岩，也是造成研究区储层致密的另一个原因。

3.3 溶蚀作用

溶蚀作用是研究区对储层非常重要的建设性成岩作用，主要是长石和岩屑的溶蚀（图4i），胶结物的溶蚀并不发育。主要发生在晚成岩作用A期。研究区长81储集层中的油气主要来自与其相邻的长7和少量来自于下部长9油层组。地层中的有机质在高温高压下分解产生的有机酸和CO2在排烃过程中进入储集层当中，储层孔隙的流体由碱性变为酸性，长石和岩屑的碎屑颗粒在酸性化环境下容易发生溶蚀。

3.4 破裂作用

通过岩心观察，电镜和铸体薄片下观察，区内发育溶蚀缝（图4k）、微裂缝（图4l），对储层之间的连通具有一定建设性，为石油的二次运移提供良好的通道。

4 成岩阶段及成岩序列

参考前人对于成岩作用的研究成果及划分标准［6－9］，结合根据中国石油天然气行业最新的碎屑岩成岩作用的划分标准（SY／T5477－2003）［7］对镇北地区长81成岩阶段进行了划分。

在对成岩作用及其自生矿物成因分析的基础上，结合铸体薄片、扫描电镜等镜下观察，以及研究区33块包裹体样品测定其结果表明，均一温度为95℃～130℃之间，主体温度为110℃～120℃之间（与盆地模拟单井低温梯度相吻合），表明有机质热演化已经进入成熟期。镇北地区长81油层组早期主要以机械压实作用和压溶作用为主，在三叠系末期大约（225～208 Ma）发生的第一次构造抬升造升，研究区未出露地表，仍在埋藏成岩过程当中，所以研究区未经受表生成岩作用。孔隙粒间孔较发育为主，长石溶蚀孔隙相对较发育，颗粒间多以点线接触和凹凸接触为主，在成岩早期绿泥石多以包膜的形式包裹在颗粒表面。石英加大发育，大多数主要是II级加大，碳酸胶结物多以后期生成的含铁方解石为主，不含铁的方解石少见，砂岩自生黏土矿物常见发丝状伊利石以及成岩晚期生成的叶片状和绒球状的绿泥石，此外伊蒙混层，层间比大部分小于10（表2），从而划分出成岩序列（图4）综上分析认为镇北地区储集层砂岩处于晚成岩A期，部分以进入晚成岩B期。

5 储层孔隙微观结构

5.1 孔隙的类型

储层微观结构主要包括孔隙和喉道的大小、形状、连通情况、配置关系及其演化过程，其中孔隙大小主要影响储层的孔隙度，喉道大小与连通状况影响储层的有效性和渗透性［10］。通过对研究区压汞分析资料统计，结合323块岩石薄片分析资料表明镇北地区长81主要发育原生孔隙（粒间孔）和次生孔隙（长石溶孔、岩屑溶孔和微孔隙）。

（1）原生孔隙

研究区原生孔隙主要是粒间孔隙，即砂质沉积物在埋藏成岩过程中经早期的过机械压实，早期的绿泥石胶结以及硅质胶结，后期的铁方解石胶结和交代作用，以及晚期的伊利石和高岭石胶结之后剩余的孔隙（图4 j）。粒间孔隙是研究区最主要的孔隙类型，约占总孔隙的41.5%，是油气主要的储集空间。

图5 长81砂岩储集层的成岩阶段及成岩共生序列

（2）次生孔隙

研究区主要的次生孔隙为长石溶蚀孔隙（图4i），其次为岩屑溶孔（图4j）和微孔隙（图4g）。次生孔隙的发育在一定程度上改善了镇北地区低孔低渗储层的特征，为石油的注采起到了一定的建设性作用。

5.2 孔隙的微观结构

毛管压力曲线能够比较直观地反映储层的孔隙结构，不同的毛管压力曲线代表不同的孔隙结构类型。在前人对鄂尔多斯盆地延长组孔隙结构分类标准研究的基础上［12－13］，排驱压力（pcd）、最大进汞饱和度、以及中值半径等参数对镇北地区的压汞曲线进行分类评价，（表3）为几类曲线的代表井。

图6为镇北地区3条典型的压汞曲线，ZH277井为代表I类拥有相对较低的中值压力和排驱压力，高的进汞饱和度，代表着一类孔渗性相对较好的储层。ZH256为代表的II类拥有中等的中值压力和排驱压力，中等的进汞饱和度，代表着孔渗性中等的一类储层。ZH101井为代表的III类拥有较高的中值压力和排驱压力，低的最大进汞饱和度，代表着孔渗性较差的一类储层。

表3 镇北地区长81各类储层微观结构特征表

图6 镇北地区长81典型压汞曲线

6 结论

（1）区内长81储层砂岩主要以中一细粒岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩，砂岩具有成分成熟度较低，分选中等、磨圆以棱—次棱为主，孔隙类型主要有残余粒间孔、长石溶孔和岩屑溶孔，次为微孔隙及裂缝孔隙。

（2）镇北地区长81经历了复杂的成岩作用，研究区云母等塑形颗粒含量较高所以压实作用强烈，压实作用使储集岩丧失孔一部分孔隙度，压实作用是研究区孔隙度降低的主要原因之一，铸体薄片观察研究普遍发育含铁碳酸盐胶结，碳酸盐胶结也是储集岩孔隙度降低的主要原因，丧失了一部分孔隙约，晚期成岩阶段地层中的有机质在高温高压下分解产生的有机酸和CO2在排烃过程中进入储集层当中，研究区溶蚀作用强烈，由于溶蚀作用产生大量的次生孔隙，次生孔隙的出现在一定程度上对研究区低孔低渗储层物性有所改善。

（3）目前研究区长81储层砂岩处于晚成岩阶段A期，部分以进入晚成岩B期。成岩演化序列为：机械压实—石英的自生加大—早期的绿泥石膜—早期方解石沉淀—长石颗粒溶蚀—伊蒙混层—伊利石、空隙孔充填式绿泥石—铁方解石。

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