碱性环境成岩作用及对储集层孔隙的影响——以鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩为例

祝海华，钟大康，姚泾利，孙海涛，牛小兵，梁晓伟，尤源，李鑫

（1.西南石油大学地球科学与技术学院；2.中国石油大学（北京）地球科学学院；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院；4.振华石油成都北方石油勘探开发技术有限公司）

碱性环境成岩作用及对储集层孔隙的影响
——以鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩为例

祝海华1,2，钟大康2，姚泾利3，孙海涛2，牛小兵3，梁晓伟3，尤源3，李鑫4

（1.西南石油大学地球科学与技术学院；2.中国石油大学（北京）地球科学学院；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院；4.振华石油成都北方石油勘探开发技术有限公司）

根据大量岩石薄片观察、扫描电镜和X衍射分析，详细研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密砂岩的岩石学特征、成岩作用及孔隙成因等，探讨长7致密砂岩碱性环境成岩作用及发育的各种伴生孔隙，并分析孔隙的演化过程及与其油气成藏的关系。长7段致密砂岩广泛发育碱性环境成岩作用，包括硅质的溶解及被交代、碳酸盐矿物胶结交代、钠长石化作用及大量伊利石、绿泥石沉淀。碱性环境下发育了多种伴生孔隙，如石英溶孔、黏土矿物晶间微孔、云母层间孔和钠长石化伴生孔隙。埋藏过程中，碱性环境成岩作用出现于早成岩B阶段和中成岩A2阶段，其中早成岩B期是主要碱性环境伴生孔隙发育阶段，大量黏土晶间微孔的出现严重损害了储集层的渗透能力，同时也导致后期酸性溶蚀强度降低，因此推测在大量烃类充注之前，长7段砂岩已经严重致密化，为典型的先致密后成藏。图7表2参34

鄂尔多斯盆地；致密油储集层；碱性环境；成岩作用；孔隙类型

0 引言

孔隙是油气赋存的主要场所和运移的重要通道，因此其形成及分布是储集层研究的核心之一。自20世纪80年代Surdam、Stoessell等学者建立长石等铝硅酸盐和碳酸盐矿物的有机酸溶蚀机理以来[1-4]，中国学者研究砂岩成岩作用时基本沿用此模式，侧重于对酸性水溶蚀孔隙形成与分布的研究[5]，重要原因便是中国陆相碎屑岩储集层多以长石砂岩、岩屑砂岩为主，长石、岩屑及碳酸盐胶结物溶蚀孔隙组成了主要次生孔隙类型[6-10]。而对碱性环境下砂岩成岩作用及其对储集层孔隙的影响研究较少，20世纪90年代末才有少数学者开始讨论碱性环境下硅质、火山物质的溶蚀作用[5,11-15]，邱隆伟等[12]通过对泌阳凹陷的研究认为，受碱湖沉积环境影响，核桃园组在埋藏过程中硅质普遍发生溶蚀，形成了大量的硅质溶蚀孔隙；钟大康等[5]认为塔里木盆地在碱性环境中石英普遍发生了溶蚀作用；田建锋等[15]认为鄂尔多斯盆地延长组早期火山物质的碱性溶蚀是孔隙发育的主要原因。本文通过大量岩石薄片、扫描电镜观察和X衍射分析等对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密砂岩的岩石学特征、成岩作用及孔隙成因等进行详细研究，探讨长7致密砂岩碱性环境成岩作用及发育的各种伴生孔隙，并分析孔隙的演化过程及与油气成藏的关系。

1 研究区位置及地质背景

鄂尔多斯盆地位于中国东部构造单元与西部构造单元结合部位，面积约25×104km2。研究区位于鄂尔多斯盆地中部（见图1），西起环县、东至太白，南至正宁，北至定边，该区也是盆地致密油勘探的核心区。三叠系延长组自上而下可划分为10个油层组（长1—长10），其沉积特征反映了湖盆形成、发展和消亡的演化全过程。长7段沉积期为盆地最大湖侵期，深湖相大面积分布，沉积了一套暗色泥岩和油页岩，是盆地主要的生油岩[16-17]，该期砂体多为三角洲前缘及半深湖—深湖重力流沉积，纵向上与湖相泥岩互层共生[18-20]，为致密油的形成提供了有利条件。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区位置图

2 岩石学特征

2.1 结构特征

长7段致密砂岩结构特征整体表现为粒度细、分选较好、磨圆差。砂岩粒径主要为0.04～0.30 mm，平均为0.16 mm，主要为细砂岩（59.1%），其次为粉细砂岩（22.7%）、细中砂岩（12.0%）和少量不等粒砂岩（4.6%）。砂岩分选整体较好，以中等分选为主。绝大部分碎屑磨圆差，以次棱角状为主。

2.2 组分特征

长7段致密砂岩以岩屑质长石砂岩（44.3%）和长石质岩屑砂岩（41.9%）为主，其次为长石砂岩（8.2%）和岩屑砂岩（5.6%）（见图2）。

图2 长7段致密砂岩岩石类型三角图

长7段致密砂岩中石英含量为11.0%～70.0%，平均35.9%；长石含量7.0%～60.0%，平均24.8%；岩屑含量7%～44%，平均16.8%，岩屑类型以石英岩、白云岩、千枚岩、喷发岩为主，次为板岩、隐晶岩、变质岩、片岩、灰岩及少量泥岩、粉砂岩岩屑。云母含量较高，最多可达30%，平均6.6%。填隙物包括杂基和胶结物，其中杂基平均含量9.96%，以水云母为主，其次为凝灰质和网状黏土。在延长组各个层段中，长7段砂岩现今残余的凝灰质含量最高（见图3）。胶结物总含量5.53%，包括碳酸盐胶结物、硅质、伊利石、绿泥石等自生矿物。总体上长7段砂岩组分表现为岩屑含量相对低，石英、长石、云母、杂基含量高。

受周围物源区母岩性质影响，长7段致密砂岩碎屑成分在平面上具有较强的分区性，表现为研究区东北定边—靖边—吴起地区黑云母、长石碎屑含量高，岩石类型以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主，而西南地区的环县—庆阳—正宁地区白云岩岩屑、石英含量高，以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主（见图2）。

图3 延长组各层段现今凝灰质残余含量分布

图4 研究区长7段致密砂岩碱性环境成岩作用类型及特征

3 碱性环境成岩作用类型及特征

3.1 石英的溶蚀及交代

一般情况下，石英比较稳定，溶解度非常低，pH值小于9环境下基本不发生溶蚀[21]，随着pH值和温度的升高，石英的溶解度随之增加，当pH值大于9.8、温度大于25 ℃时将出现石英的溶解和方解石沉淀。因此在碱性环境中硅质变得不稳定，会发生溶蚀或被交代。通过对研究区44口井150个铸体薄片观察发现，长7段硅质普遍存在溶蚀或被交代现象：①石英颗粒部分或整体被方解石、铁方解石交代（见图4a），硅质溶蚀的同时发生碳酸盐沉淀，此时未能形成溶蚀孔隙；②云母矿物对石英的溶蚀及交代，云母矿物水化蚀变过程中，对石英颗粒边缘进行交代，石英与云母交生[22]，云母属于含钾的铝硅酸盐类矿物，在孔隙水作用下，云母水化析出钾离子进入孔隙溶液中，在云母与石英颗粒接触处形成局部偏碱性环境，导致石英不稳定而发生溶解（见图4b），同时还伴生绿泥石、钛铁矿、褐铁矿等含铁矿物的沉淀（主要来自于黑云母蚀变释放的铁离子）[22]。长7段大量云母矿物的水解是造成硅质碱性溶蚀的重要原因。③黏土矿物对石英的交代，在高倍显微镜下，常发现粒间黏土矿物如伊利石、绿泥石对石英碎屑的交代，颗粒边缘不规则，凹凸不平（见图4c）。一般认为伊利石在富二氧化碳水的环境中，可以游离出碳酸钾（强碱），能溶解与黏土直接接触的石英和长石颗粒。

3.2 黏土矿物转化和沉淀

一般在酸性条件下，高岭石相对稳定，即使温度、压力增加也不会向伊利石转化，但随着pH值增大，若存在钾离子，高岭石会变成伊利石，若存在铁镁离子，则会转化成绿泥石（见图4d、4e）。同样蒙脱石的伊利石化和绿泥石化也需要碱性介质环境，如果孔隙水为酸性，则将向高岭石转化。此外伊利石和绿泥石也会在酸性条件下转化成高岭石，即发生退变作用。

岩石薄片、扫描电镜和X衍射分析显示研究区长7段黏土胶结发育，薄片统计长71—长733个小层黏土矿物含量分别为10.0%，9.4%和12.5%[23]。X衍射数据显示黏土类型以伊利石最为发育，其次为绿泥石（见图4d、4e），而高岭石及混层黏土矿物含量少（见表1）。富伊利石、绿泥石而贫高岭石、蒙脱石的黏土矿物组成说明埋藏期孔隙环境偏碱性。

表1 长7段黏土矿物相对含量

3.3 碳酸盐矿物的沉淀及交代

碳酸盐矿物随温度、压力及pH值增高溶解度降低，是碱性环境成岩作用的重要产物。长7段碳酸盐矿物以胶结物和白云岩岩屑两种形式出现。在碱性环境中，白云岩岩屑发生重结晶作用，晶体增大，岩屑边缘白云石趋于自形。碳酸盐胶结在长7段也普遍发育，含量变化大，为0～40%，平均4.1%，胶结物类型以铁方解石、铁白云石为主，平均含量分别为1.9%和1.8%，次为方解石，平均含量0.2%，少量白云石、菱铁矿胶结。碳酸盐胶结可发生多期，早期方解石常以交代颗粒或基底式胶结形式出现，含量可达40%；而铁方解石常附着方解石生长或直接交代颗粒充填粒间孔隙（见图4a），铁白云石则常沿着白云岩岩屑或白云石晶体边缘生长（见图4f），也可呈自形晶充填于粒间孔和颗粒溶孔中（见图4g、4h），说明铁方解石、铁白云石沉淀的同时存在对早期方解石、白云石的交代，出现时间较晚，甚至晚于颗粒溶蚀。由于碳酸盐胶结不仅充填粒间孔和溶蚀孔，且出现时间较晚，沉淀之后难以再次被溶蚀形成次生孔隙，导致孔隙度和渗透率降低[24]。

含铁碳酸盐胶结丰富的成因与铁镁离子来源丰富有关，主要包括两个来源：云母类铁镁矿物蚀变；凝灰质蒙脱石化蚀变。长7段云母和凝灰质含量在延长组各层中最为发育[25]，可以提供大量的钾、钠、铁、镁离子，改变孔隙流体环境，使之偏碱性，并抑制石英次生加大，促进含铁碳酸盐的沉淀，这也是长7段致密油砂岩在粒度偏细、胶结物总量明显偏低的情况下，其含铁碳酸盐胶结物含量仍与延长组其他层位相当甚至更高的原因之一[23]。

3.4 长石加大及钠长石晶体沉淀

碎屑岩中，与石英相比，长石属于相对不稳定组分，在酸性条件中易溶蚀，而长石族中斜长石比钾长石稳定性差。但在碱性条件下，长石则比较稳定，甚至条件合适时可发生沉淀[12]。研究区长7段普遍见细小的自生钠长石晶体，正交光下呈较为干净的一级灰白色干涉色，电镜下呈板状自形晶，主要以细小晶体充填颗粒溶蚀孔隙。与碎屑长石相比，自生钠长石没有溶蚀痕迹，也没有被高岭石等黏土交代或被绿泥石膜包裹（见图4f），说明钠长石沉淀于碎屑溶蚀之后或伴随着溶蚀形成，出现时间较晚。

关于钠长石的来源，朱国华认为延长组钠长石是长石蚀变成浊沸石的伴生矿物[26]，李荣西等通过镜下观察认为由于延长组存在钠长石、浊沸石和高岭石的共生组合，因此也存在斜长石转化成钠长石和高岭石的反应[27]。薄片及X衍射资料显示长7段浊沸石不发育，高岭石含量少，同时很少观察到高岭石与自生钠长石共生，更常见的是钠长石与铁白云石（见图4g、4h）、钠长石和伊利石的矿物组合（见图4i），一般认为这两种组合是斜长石和钾长石蚀变之后的产物。以最典型的斜长石——钙长石为例，其钠长石化之后可形成钠长石和铁白云石[28-29]，反应过程为：CaAl2Si2O8（钙长石）+2Na++4SiO2（石英）=2NaAlSi3O8（钠长石）+Ca2+，其中Ca2+进一步与Fe2+和CO32－结合形成铁白云石；而钾长石钠长石化之后则以钠长石和伊利石矿物组合为特征，其反应为：2KAlSi3O8（钾长石）+ 2.5Al4Si4O10(OH)8（高岭石）+2Na++4SiO2（石英）= 2NaAlSi3O8（钠长石）+2KAl5Si7O20(OH)4（伊利石）+ 5H2O+2H+。上述两个反应都需要消耗硅质，因此碱性环境是反应进行的基础，当流体为酸性时，长石则溶蚀形成高岭石矿物并沉淀石英。

4 碱性环境成岩作用对储集层孔隙影响

4.1 与碱性环境成岩作用有关的孔隙

一般认为有机酸对碎屑的溶蚀是储集层次生孔隙形成的主要机理，从而忽略了碱性条件下孔隙的形成，主要原因为：碱性环境成岩作用中碳酸盐胶结对孔隙保存不利；碱性环境形成的孔隙规模偏小，孔隙半径小，易被忽略。但随着致密油等非常规油气越来越受到重视，研究这些微纳米级的小孔隙类型及成因显得至关重要。

研究区长7段可识别出至少4种与碱性环境伴生的孔隙（见图5）：石英溶蚀孔隙、黏土矿物晶间孔隙、云母层间孔隙以及钠长石化孔。

图5 碱性成岩环境伴生孔隙类型

①石英溶蚀孔，其是碱性成岩环境的重要产物，包括两类：石英颗粒边缘溶蚀孔隙，与粒间孔隙连通形成溶蚀扩大孔，或被绿泥石环边隔挡，形成单独的粒缘溶孔（见图5b），其形成时间较早，后期可被烃类充填（见图5a、5b）；石英被黏土矿物交代之后形成石英边缘的黏土晶间微孔，形成时间也早于烃类充注（见图5c）。

②黏土矿物晶间孔隙，主要为杂基重结晶或自生沉淀的绿泥石、伊利石晶间孔隙（见图5c—5g），多为微纳米级（见图5e）。由于偏光显微镜主要观察较大的粒间孔和溶孔，对微孔面孔率的估计困难，因此，本文利用如下公式来估算这些微孔的面孔率：

式中 p——绿泥石/伊利石晶间面孔率，%；C——黏土矿物绝对含量，%；R——绿泥石/伊利石相对含量，%；φ——绿泥石/伊利石晶间孔隙度，%。

Hurst和Nadeau利用背散射电子显微镜观测到绿泥石、伊利石矿物中存在大量晶间孔隙，平均孔隙度分别为51%和63%[30]，据此求出长71段不同地区绿泥石和伊利石晶间孔面孔率为3.02%～6.84%（见表2），高于粒间孔和溶孔的面孔率，这反映出对于致密油储集层而言，黏土晶间孔是非常重要的孔隙类型。

表2 不同地区长71致密砂岩岩石组分及面孔率统计

③云母层间孔隙，云母为典型的层状结构硅酸盐矿物，在埋藏水化过程中，层间K+被半径较大的水合阳离子如H3O+及Mg2+、Ca2+替换，导致云母发生膨胀变形，解理缝开裂，形成扁平状、片状层间孔（见图5h），当云母完全蚀变成黏土矿物时则会形成黏土晶间微孔。

④钠长石化伴生孔隙，钠长石化过程中，斜长石、钾长石、硅质及高岭石被消耗，同时伴随伊利石或晚期碳酸盐矿物的沉淀。这个过程中，由于斜长石、钾长石的溶蚀速率快于钠长石的沉淀速率，因此常常形成钠长石、晚期碳酸盐及伊利石胶结残余孔隙（见图4d、4e及5i）。

4.2 储集层孔隙演化过程

4.2.1 经典酸性成岩理论及碱湖环境孔隙演化过程

储集层次生孔隙形成经典理论强调碳酸、有机酸及酚类对长石、碳酸盐矿物的溶蚀作用[11]。Surdam等[1]认为，油田水中有机酸和酚类化合物是在干酪根生油高峰之前大量生成的，羧酸大量形成主要发生于Ro≈0.5%阶段，次生孔隙的大量出现也主要发生在这个阶段。因此孔隙演化的基本过程为：早期埋藏压实孔隙快速损失；至中成岩A1期，烃源岩开始大量排酸，储集层中出现有机酸溶蚀孔隙，孔隙度在该阶段有所升高；后期随着酸性水的消耗、晚期胶结及埋藏压实作用的进行，孔隙度会继续减少。总体孔隙度变化为先快速减少，然后溶蚀增孔，后期继续减孔的过程。

而基于碱湖沉积环境的碱性成岩理论则强调孔隙水呈碱性（与原始沉积环境有关），成岩过程中存在两个孔隙演化阶段：早成岩B期，碱性水溶蚀石英等碱不稳定矿物，形成石英溶蚀孔；中成岩A1期，有机酸溶解碳酸盐、长石矿物，形成粒间溶孔和长石溶孔[12]。

4.2.2 长7段孔隙演化过程

长7段紧邻优质烃源岩且富含云母、火山物质等组分，其形成环境特殊，岩石组分独特，因此其成岩演化具有一定特殊性。

首先与经典次生孔隙形成理论相比，长7段紧邻优质烃源岩，不仅发育有机酸溶蚀孔隙（主要为长石溶孔），同时碱性环境成岩作用及其伴生孔隙也常见。

另一方面，长7段沉积时，湖盆并非盐湖环境，其碱性环境的形成与沉积时的水介质无关，是由本身富含的云母、火山物质蚀变所致，因此除了形成石英溶蚀孔外，还发育大量的黏土晶间孔、云母层间孔等伴生的微纳米级孔隙。

根据长7段镜质体反射率、伊蒙混层矿物转化率及古地温等多项指标，可确定目前研究区长7段经历了早成岩期和中成岩期，目前处于中成岩A2期，总体的成岩序列及孔隙演化过程见图6。

图6 长7段致密砂岩孔隙演化过程

早成岩A期，随着地层快速埋藏，成岩作用主要以机械压实为主，由于长7段粒度细，杂基含量较高，因此在强烈压实作用下，孔隙快速减少。同时云母、凝灰质也开始发生蚀变，主要为水合阳离子H3O+与碱金属离子交换，释放出Na+、K+等碱金属阳离子，导致孔隙流体pH值逐渐升高，酸性减弱。在此过程中，云母解理缝膨胀，形成层间孔隙，凝灰质蚀变形成蒙脱石黏土矿物，形成晶间孔。

到早成岩B期，由于碱金属离子的持续释放，孔隙流体已经呈碱性，除了云母、火山物质的蚀变，还出现了多种碱性环境的成岩作用：①早期方解石、铁方解石胶结交代；②硅质溶蚀或被云母、黏土矿物及碳酸盐矿物交代；③伊利石、绿泥石等自生黏土矿物沉淀或转化。该阶段形成的孔隙包括：石英溶蚀孔、黏土矿物晶间孔和云母层间孔。因此在该阶段砂岩储集层孔隙度基本保持不变甚至略微增加，而渗透率则因为大量原生粒间孔隙转化为微孔隙而快速下降。

早成岩B末期至中成岩A1期，此时长7暗色泥岩及油页岩中有机质进入成熟阶段（Ro=0.5%，晚侏罗世末期[31]），伴随有机质演化而产生的有机酸开始进入相邻砂岩，砂岩环境由碱性变成酸性，早期碳酸盐胶结物及长石发生溶解，孔隙度增加。但由于在早成岩B期砂岩的渗透能力严重下降，因此溶解物质交换缓慢，导致该阶段砂岩虽发生了普遍溶蚀，但溶蚀强度整体较弱，多为碎屑的部分溶蚀，同时自生石英也主要出现于该阶段。

至中成岩A2期，随着长7烃源岩进入大量生烃阶段，产生的有机酸减少，加之长石、火山岩屑溶蚀释放钾、钠、镁等离子的缓冲，孔隙水酸性减弱，pH值升高，出现斜长石和钾长石的钠长石化，形成少量孔隙。该阶段的孔隙形成较晚，常未被烃类充注（见图4g）。而大量晚期铁方解石和铁白云石胶结的出现使得孔隙度整体下降。

4.2.3 碱性环境对有机酸溶蚀的影响

由上述可知，长7段成岩环境的变化主要受控于自身岩石组分的蚀变以及紧邻的烃源岩演化，即云母、火山物质蚀变并释放的碱金属离子是导致早成岩B期和中成岩A2期孔隙环境偏碱性的主要原因，而中成岩A1期由于紧邻的烃源岩释放大量酸性水，使得孔隙水偏酸性，因此长7致密砂岩的岩石组分特别是云母、凝灰质等火山物质的含量及分布会影响储集层有机酸溶蚀的强度。以长71为例（见表2），研究区东北部定边—志丹、中部华池—吴起地区的长石含量高于南部正宁、西南庆城—庆阳地区以及西部环县—演武地区，且更靠近烃源岩[32]，但由于东北和中部地区云母含量高，凝灰岩发育，受其影响这两个地区的有机酸溶蚀强度并不高，溶孔率均低于研究区西部、西南和南部地区（见表2）。

4.3 碱性环境成岩作用的意义

孔隙演化显示：在埋藏过程中，长7段经历了两次孔隙度增加阶段，即早成岩B期和中成岩A1期。早成岩B期以碱性环境下形成石英溶孔和大量黏土微孔为特征。事实上，该阶段砂岩物性的变化比较复杂：一方面由于石英溶蚀作用，加之绿泥石环边的存在使得压实作用及粒间碳酸盐胶结受到一定程度的抑制，有利于孔隙的保存。但另一方面，大量云母层间片状孔隙及黏土晶间微孔是在云母水化膨胀或自生黏土矿物占据粒间原生孔隙的基础上形成的。根据黏土矿物的晶间孔隙度可以认为，该阶段超过2/3的原生粒间孔隙被水化云母或自生黏土矿物占据，被占据的粒间孔至少一半转化成这些矿物内部的晶间微孔或层间孔。这对致密砂岩物性的意义在于：一方面占据了碳酸盐、硅质胶结的空间，一定程度减缓了压实和胶结减孔的速率，但另一方面大量微孔的出现却严重牺牲了砂岩的渗透能力。

图7 长7溶孔面孔率与渗透率散点图

第2个增孔阶段为中成岩A1期，主要为有机酸溶蚀孔隙。虽然该阶段的溶蚀作用可以提高孔隙度，但其对渗透率的影响却很小（见图7），原因包括两个方面：①溶蚀孔隙形状一般不规则，连通性差[33]，加之长7段并未发生强烈溶蚀，因此溶孔对渗透率贡献有限；②溶蚀物质易再沉淀，由于早成岩B期受压实及碱性环境成岩作用的影响，砂岩渗透率下降严重，因此溶蚀析出的离子难以快速带出，容易再沉淀。含铁碳酸盐胶结物流体包裹体均一温度一般都超过100 ℃[34]，而长7段主要的油气充注时间为中成岩A1—A2期（见图6），对应的古地温为105～120 ℃[31]，说明晚期碳酸盐胶结物开始沉淀时间略早于油气的大量充注或与之同时。

据此可以推测，长7段致密砂岩经历早成岩A期的快速压实，早成岩B期的云母蚀变、黏土沉淀以及早期碳酸盐沉淀之后很可能就已经致密化，中成岩A1期早期的有机酸溶蚀只提高了孔隙度，对渗透率影响小。因此研究区长7段致密油藏可以排除先成藏后致密的模式，很可能为先致密后成藏。

5 结论

鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩储集层经历了普遍的碱性环境成岩作用，包括硅质的溶解及被交代、碳酸盐矿物胶结交代、钠长石化作用及大量伊利石、绿泥石沉淀，碱性成岩环境的形成与之富含云母、火山物质有关；碱性环境可以形成多种孔隙，包括石英溶蚀孔、黏土矿物晶间孔隙、云母层间孔隙及钠长石化伴生孔隙等，孔隙演化过程中主要存在两个孔隙度增加阶段：早成岩B期的碱性环境孔隙形成阶段和中成岩A1期的有机酸溶蚀孔隙形成阶段；早成岩B阶段大量微孔隙的形成严重损害了储集层的渗透能力，导致中成岩A1期有机酸流体对碎屑的溶蚀强度较低，也导致中成岩A1—A2期烃类大量充注时，长7段砂岩已经致密化。

[1] Surdam R C,Boese S W,Crossey L J.The chemistry of secondary porosity[M]//AAPG Memoir 37: Clastic diagenesis.Tulsa: AAPG,1984: 127-150.

[2] Surdam R C,Crossey L J,Hangen E S,et al.Organic-inorganic interaction and sandstone diagenesis[J].AAPG Bulletin,1989,73(1): 1-23.

[3] Surdam R C,Jiao Z S,MacGowan D B.Redox reaction involving hydrocarbons and internal oxidants: A mechanism for significant porosity enhancement in sandstones[J].AAPG Bulletin,1993,77(9): 1509-1518.

[4] Stoessell R K,Pittman E D.Secondary porosity revisited: The chemistry of feldspar dissolution by carboxylic acids and anions[J].AAPG Bulletin,1990,74(12): 1795-1805.

[5] 钟大康,朱筱敏,周新源,等.初论塔里木盆地砂岩储层中SiO2的溶蚀类型及其机理[J].地质科学,2007,42(2): 403-414.Zhong Dakang,Zhu Xiaomin,Zhou Xinyuan,et al.An approach to categories and mechanism of SiO2dissolution in sandstone reservoirs in the Tarim Basin[J].Chinese Journal of Geology,2007,42(2): 403-414.

[6] 朱国华.成岩作用与砂岩(层)孔隙演化[J].石油与天然气地质,1982,3(3): 195-205.Zhu Guohua.Diagenesis in relation to evolution of pore in sandstone[J].Oil &Gas Geology,1982,3(3): 195-205.

[7] 朱国华,裘亦楠.成岩作用对砂岩储集层孔隙结构的影响[J].沉积学报,1984,2(1): 1-17.Zhu Guohua,Qiu Yi’nan.Effects of various kinds of diagenesis on pore texture of reservoir sandstones[J].Acta Sedimentologica Sinica,1984,2(1): 1-17.

[8] 李忠,李惠生.东濮凹陷深部次生孔隙成因与储层演化研究[J].地质科学,1994,29(3): 267-275.Li Zhong,Li Huisheng.An approach to genesis and evolution of secondary porosity in deeply buried sandstone reservoirs,Dongpu Depression[J].Chinese Journal of Geology,1994,29(3): 267-275.

[9] 裘亦楠,薛叔浩,应凤祥.中国陆相油气储集层[M].北京: 石油工业出版社,1997: 149-217.Qiu Yi’nan,Xue Shuhao,Ying Fengxiang.Continental hydrocarbon reservoirs of China[M].Beijing: Petroleum Industry Press,1997: 149-217.

[10] 刘康宁,赵伟,姜在兴,等.东营凹陷古近系沙四上亚段滩坝储层特征及次生孔隙展布模式[J].地学前缘,2012,19(1): 163-172.Liu Kangning,Zhao Wei,Jiang Zaixing,et al.Reservoir characters and secondary pore distribution of beach-bar of the upper part of the fourth member of Shahejie Formation of Paleogene in Dongying Depression[J].Earth Science Frontiers,2012,19(1): 163-172.

[11] 陈忠,罗蛰潭,沈明道,等.由储层矿物在碱性驱替剂中的化学行为到砂岩储层次生孔隙的形成[J].西南石油学院学报,1996,18(2): 15-19.Chen Zhong,Luo Zhetan,Shen Mingdao,et al.Study of secondary pore formation on the basis of chemical behaviour of minerals in alkaline flooding agents[J].Journal of Southwestern Petroleum Institute,1996,18(2): 15-19.

[12] 邱隆伟,姜在兴,操应长,等.泌阳凹陷碱性成岩作用及其对储层的影响[J].中国科学: D辑,2001,31(9): 752-759.Qiu Longwei,Jiang Zaixing,Cao Yingchang,et al.Alkaline diagenesis and its influence on a reservoir in the Biyang Depression[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences,2002,45(7): 643-653.

[13] 邱隆伟,姜在兴,陈文学.一种新的储层孔隙成因类型: 石英溶解型次生孔隙[J].沉积学报,2002,20(4): 621-627.Qiu Longwei,Jiang Zaixing,Chen Wenxue.A new type of secondary porosity-quartz dissolution porosity[J].Acta Sedimentologica Sinica,2002,20(4): 621-627.

[14] 王京,赵彦超,刘琨,等.鄂尔多斯盆地塔巴庙地区上古生界砂岩储层“酸性+碱性”叠加溶蚀作用与储层质量主控因素[J].地球科学,2006,31(2): 221-228.Wang Jing,Zhao Yanchao,Liu Kun,et al.Superimposing controls of acidic and alkaline dissolutions on sandstone reservoir quality of the Paleozoic Xiashihezi and Shanxi Formations in Tabamiao area,Ordos Basin[J].Earth Science: Journal of China University of Geosciences,2006,31(2): 221-228.

[15] 田建锋,刘池洋,王桂成,等.鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩的碱性溶蚀作用[J].地球科学,2011,36(1): 103-110.Tian Jianfeng,Liu Chiyang,Wang Guicheng,et al.Alkaline dissolution of sandstone in the Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin[J].Earth Science: Journal of China University of Geosciences,2011,36(1): 103-110.

[16] 吉利明,李林涛,吴涛.陇东西峰地区延长组烃源岩热演化程度研究[J].西南石油大学学报,2007,29(3): 28-31.Ji Liming,Li Lintao,Wu Tao.Thermal evolution of source rocks in Yanchang Formation,Xifeng area,East Gansu Province[J].Journal of Southwest Petroleum Institute,2007,29(3): 28-31.

[17] 杨华,张文正,刘显阳,等.优质烃源岩在鄂尔多斯低渗透富油盆地形成中的关键作用[J].地球科学与环境学报,2013,35(4): 1-9.Yang Hua,Zhang Wenzheng,Liu Xianyang,et al.Key role of high-quality source rocks on the formation of low-permeability oil-rich reservoirs in Ordos Basin[J].Journal of Earth Sciences and Environment,2013,35(4): 1-9.

[18] 李相博,刘化清,完颜容,等.鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂质碎屑流储集体的首次发现[J].岩性油气藏,2009,21(4): 19-21.Li Xiangbo,Liu Huaqing,Wangyan Rong,et al.First discovery of the sandy debris flow from the Triassic Yanchang Formation,Ordos Basin[J].Lithologic Reservoirs,2009,21(4): 19-21.

[19] 邹才能,赵政璋,杨华,等.陆相湖盆深水砂质碎屑流成因机制与分布特征: 以鄂尔多斯盆地为例[J].沉积学报,2009,27(6): 1065-1075.Zou Caineng,Zhao Zhengzhang,Yang Hua,et al.Genetic mechanism and distribution of sandy debris flows in terrestrial lacustrine basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2009,27(6): 1065-1075.

[20] 廖纪佳,朱筱敏,邓秀芹,等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组重力流沉积特征及其模式[J].地学前缘,2013,20(2): 29-39.Liao Jijia,Zhu Xiaomin,Deng Xiuqin,et al.Sedimentary characteristics and model of gravity flow in Triassic Yanchang Formation of Longdong Area in Ordos Basin[J].Earth Science Frontiers,2013,20(2): 29-39.

[21] Blatt H,Middleton G V,Murray R C.Origin of sedimentary rocks[M].New Jersey: Prentice Hall,1972: 230-263.

[22] 钟大康,周立建,孙海涛,等.储层岩石学特征对成岩作用及孔隙发育的影响: 以鄂尔多斯盆地陇东地区三叠系延长组为例[J].石油与天然气地质,2012,33(6): 280-289.Zhong Dakang,Zhou Lijian,Sun Haitao,et al.Influences of petrologic features on diagenesis and pore development: An example from the Triassic Yanchang Formation in Longdong Area,Ordos Basin[J].Oil ＆ Gas Geology,2012,33(6): 280-289.

[23] 钟大康,祝海华,孙海涛,等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组砂岩成岩作用及孔隙演化[J].地学前缘,2013,20(2): 61-68.Zhong Dakang,Zhu Haihua,Sun Haitao,et al.Diagenesis and porosity evolution of sandstones in Longdong Area,Ordos Basin[J].Earth Science Frontiers,2013,20(2): 61-68.

[24] 李德勇,张金亮,姜效典,等.高邮凹陷南坡真武-曹庄地区戴南组砂岩成岩作用及其对储层性质的影响[J].地球科学,2013,38(1): 130-142.Li Deyong,Zhang Jinliang,Jiang Xiaodian,et al.Diagenesis and its effect on Dainan sandstone reservoir in Zhenwu-Caozhuang region of southern slope of Gaoyou Depression[J].Earth Science: Journal of China University of Geosciences,2013,38(1): 130-142.

[25] 邱欣卫,刘池洋,李元昊,等.鄂尔多斯盆地延长组凝灰岩夹层展布特征及其地质意义[J].沉积学报,2009,27(6): 1138-1146.Qiu Xinwei,Liu Chiyang,Li Yuanhao,et al.Distribution characteristics and geological significances of tuff interlayers in Yanchang Formation of Ordos Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2009,27(6): 1138-1146.

[26] 朱国华.陕北浊沸石次生孔隙砂体的形成与油气关系[J].石油学报,1985,6(1): 1-8.Zhu Guohua.Formation of lomonitic sand bodies with secondary porosity and their relationship with hydrocarbons[J].Acta Petrolei Sinica,1985,6(1): 1-8.

[27] 李荣西,段立志,陈宝赟,等.鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩钠长石化与热液成岩作用研究[J].岩石矿物学杂志,2012,31(2): 173-180.Li Rongxi,Duan Lizhi,Chen Baoyun,et al.Albitization and hydrothermal diagenesis of Yanchang oil sandstone reservoir,Ordos Basin[J].Acta Petrologica et Mineralogical,2012,31(2): 173-180.

[28] 叶瑛,沈忠悦,郑丽波,等.塔里木库车坳陷中新生界储层砂岩成岩期钠长石化[J].高校地质学报,1999,5(3): 251-259.Ye Ying,Shen Zhongyue,Zheng Libo,et al.Diagenetic albitization in the Mesozoic and Cenozoic reservoir sandstones from Kuche Depression,North Tarim,Xinjiang,China[J].Geological Journal of China Universities,1999,5(3): 251-259.

[29] Morad S,Bergan M,Knard R,et al.Albitization of detrital plagioclase in Triassic reservoir sandstones from the Snorre Field,Norwegian North Sea[J].Journal of Sedimentary Petrology,1990,60(3): 411-425.

[30] Hurst A,Nadeau H P.Clay microporosity in reservoir sandstones: An application of quantitative electron microscopy in petrophysical evaluation[J].AAPG Bulletin,1995,79(4): 563-573.

[31] 付金华,柳广弟,杨伟伟,等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组低渗透油藏成藏期次研究[J].地学前缘,2013,20(2): 125-131.Fu Jinhua,Liu Guangdi,Yang Weiwei,et al.A study of the accumulation periods of low permeability reservoir of Yanchang Formation in Longdong Area,Ordos Basin[J].Earth Science Frontiers,2013,20(2): 125-131.

[32] 高岗,刘显阳,王银会,等.鄂尔多斯盆地陇东地区长7段页岩油特征与资源潜力[J].地学前缘,2013,20(2): 140-146.Gao Gang,Liu Xianyang,Wang Yinhui,et al.Characteristics and resource potential of the oil shale of Chang 7 Layer in Longdong Area,Ordos Basin[J].Earth Science Frontiers,2013,20(2): 140-146.

[33] Cade C A,Evans I J,Bryant S L.Analysis of permeability controls: A new approach[J].Clay Minerals,1994,29: 491-501.

[34] 祝海华,钟大康,姚泾利,等.鄂尔多斯西南地区长7段致密油储层微观特征及成因机理[J].中国矿业大学学报,2014,43(5): 1-11.Zhu Haihua,Zhong Dakang,Yao Jingli,et al.Microscopic characteristics and formation mechanism of Upper Triassic Chang 7 tight oil reservoir in the southwest Ordos Basin[J].Journal of China University of Mining &Technology,2014,43(5): 1-11.

（编辑 黄昌武 绘图 刘方方）

Alkaline diagenesis and its effects on reservoir porosity: A case study of Upper Triassic Chang 7 tight sandstones in Ordos Basin,NW China

Zhu Haihua1,2,Zhong Dakang2,Yao Jingli3,Sun Haitao2,Niu Xiaobing3,Liang Xiaowei3,You Yuan3,Li Xin4
(1.School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.School of Earth Science,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.Exploration &Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company,Xi’an 710018,China;4.Chengdu North Petroleum Exploration &Development Technology Company Limited,China ZhenHua Oil Co.,Ltd,Chengdu 610500,China)

Petrologic features,diagenetic processes and origins of different pore types of Upper Triassic Chang 7 tight sandstones in Ordos Basin were analyzed based on cast thin sections,scanning electron microscope (SEM),and X-ray diffraction (XRD).The diagenetic processes caused by alkaline pore fluid and associated pores were studied in detail and the relationship between porosity evolution and hydrocarbon accumulation was analyzed.The Chang 7 tight sandstone commonly experienced alkaline environment and associated diagenesis,including quartz dissolution or replaced by mica,clay and carbonate minerals;carbonate cementation;abundant authigenic illite and chlorite with minor kaolinte and smectite;and albitization.Several types of associated pores were created in the alkaline environment,including quartz dissolution pore,intercrystal pore of clay minerals,interlamination pore of hydrated mica and pores associated with albitization.The alkaline diagenesis mainly occurred in two periods during the burial process: B stage of early diagenesis and A2 stage of mesogenetic diagenesis.The abundant intercrystal micropores of clay minerals,which mainly occurred during the B stage of early diagenesis,seriously reduced the permeability of sandstone.As a result,the acid dissolution in the later stage was not intense enough due to the low permeability,so it is inferred that the sandstone had already been compacted very tight before the major hydrocarbon accumulation period.

Ordos Basin;tight oil reservoir;alkaline diagenetic environment;diagenesis;pore type

国家自然科学基金项目(41472094；41072104)；西南石油大学青年教师“过学术关”资助计划（201499010046）

TE122.2

A

1000-0747(2015)01-0051-09

10.11698/PED.2015.01.06

祝海华（1987-），男，浙江江山人，博士，西南石油大学地球科学与技术学院讲师，主要从事沉积储集层研究工作。地址：成都市新都区新都大道8号，西南石油大学地球科学与技术学院，邮政编码：610500。E-mail：retinaabcd@163.com

联系作者：钟大康（1961-），男，四川资中人，博士，中国石油大学（北京）地球科学学院教授，主要从事沉积储集层研究工作。地址：北京市昌平区，中国石油大学地球科学系，邮政编码：102249。E-mail：zhongdakang@263.net

2014-07-06

2014-12-14