鄂尔多斯盆地西部长8储层胶结物特征

柳 娜，南珺祥，刘 伟，魏晓龙

(1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 陕西 710018；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安 陕西 710018；3.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安 陕西 710018；4.中国石油川庆钻探工程有限公司井下技术作业公司，西安 陕西 710018)

鄂尔多斯盆地西部长8储层胶结物特征

柳 娜1，2，南珺祥1，2，刘 伟1，3，魏晓龙4

(1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 陕西 710018；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安 陕西 710018；3.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安 陕西 710018；4.中国石油川庆钻探工程有限公司井下技术作业公司，西安 陕西 710018)

运用偏光显微镜、X衍射、扫描电镜等分析测试技术，对鄂尔多斯盆地西部长8储层砂岩胶结物类型及特征进行研究，结果表明：研究区粘土胶结物以伊利石、高岭石、绿泥石和伊蒙间层矿物为主，其相对含量分别为20.11%～42.19%、18.13%～32.51%、23.84%～62.72%、1.86%～25.10%。由于岩石中含有较多的富铁凝灰质，大部分在沉积成岩环境中绿泥石化，这类物质在进入沉积水域之后发生了强烈的水化作用并析出大量的铁氧化物，从而形成了对粘土矿物的侵染，说明沉积环境Eh值比较高，沉积—早成岩早期环境相对比较开放，大量三八面体绿泥石的出现反映了早成岩中晚期强烈的还原环境。碳酸盐类胶结物以方解石为主，其次为铁白云石和菱铁矿。C/O同位素分析表明，碳酸盐胶结在本区贯穿于整个成岩期。普通方解石一般形成于成岩早期，铁方解石和铁白云石形成于成岩中、晚期。

伊利石 绿泥石 高岭石 伊/蒙间层 碳酸盐胶结物 硫酸盐胶结物

胶结作用是指成岩过程中，孔隙水在沉积物原始孔隙中发生生物化学和物理化学作用形成的矿物将沉积物粘结并固结成岩,因而称之为胶结物[1]。胶结物是成岩作用的根本,它们来源于孔隙水、大气水或水岩反应[2]。了解和研究砂岩胶结物和充填物是砂岩储层研究极为重要的内容，通过孔隙充填物和胶结物类型、含量、形态、结构等产状的分析可以对砂岩沉积成岩环境、成岩流体变化规律、自生矿物形成条件及其相互关系、析出先后次序、砂岩原生孔隙减少以至于消失，次生孔隙的形成和保存，成岩序列的建立、孔隙分布规律的研究等具有重要意义。

长8油层组是鄂尔多斯盆地由扩张向鼎盛发展时期沉积的河流—湖泊沉积体系，其上覆地层为延长组最大湖泛期的长7油层组[3]。研究区位于盆地西部，即镇北、演武、环北和西峰油田的西部等地。砂岩岩类以岩屑长石砂岩(68.0%)为主，其次为长石岩屑砂岩(19.2%)，粒度以中—细粒为主。孔隙类型以粒间孔为主，其次为长石溶孔。为了更好地从微观角度对鄂尔多斯盆地西部长8储层进行分析，以99口井677块岩矿资料为基础，对长8储层中胶结物特征进行了详细研究。

1 粘土类胶结物

粘土类胶结物以绿泥石、伊利石为主，局部可见高岭石。砂岩沉积物含有较多的富铁凝灰质(安山质火山灰和火山碎屑)，大部分在沉积成岩环境中绿泥石化，部分至今仍保留着凝灰质残余结构，沉积之后发生了强烈的水化作用，从而形成了对粘土矿物的侵染。镜下鉴定发现无论是哪种粘土，都存在侵染现象，反映了沉积环境Eh值比较高，说明了沉积水体中氧逸度比较高，沉积—成岩环境相对比较开放。

1.1伊利石

伊利石含量介于1%～3%之间，平均不足2%，伊利石相对含量较高，含量变化较大。X衍射(表1)和扫描电镜分析表明，其相对含量介于20.11%～42.19%之间，平均为36.6%，高于延长组上覆地层，一般呈鳞片状，来自陆源区，代表真正的粘土，反映了搬运介质的淘洗作用弱于上覆地层。

1.2绿泥石

绿泥石含量介于1%～5%之间，长81和长82平均含量分别为2%和3%。有两种产状：大部分为薄膜状即沿颗粒壁垂直生长，在砂粒接触部位缺失，形成砂岩的第一代胶结物，具有明显的自生矿物特征；少部分为孔隙充填型，多呈微粒集合体状、不规则绒球状，与薄膜状绿泥石没有继承性生长关系。绿泥石是一种特殊的2∶1型含水的层状铝硅酸盐矿物，其一般结构式为：(Mg·Fe·Al)6[(Si·Al)4O6](OH)8。绿泥石极易在酸作用下发生化学反应，粘土矿物的酸敏问题主要是绿泥石引起的。能谱分析表明，研究区绿泥石以三八面体结构为主。它的形成与浅埋藏期、强还原环境下火山灰、黑云母等大量不稳定富铁矿物蚀变提供大量的Fe2+有关。这种薄膜状自生绿泥石阻止长石和石英再生长，对研究区原始粒间孔的保存意义重大[4]。X衍射分析表明，除了个别岩屑砂岩中绿泥石相对含量在20%～30%外，大部分样品中绿泥石相对含量介于40%～62%之间(表1)。

表1 研究区长8砂岩中粘土矿物含量

1.3高岭石

高岭石含量约为1%～2%，局部含量在5%左右(M13井，2 598.24～2 605.8 m)，具颗粒蚀变型和孔隙析出型两种产状。颗粒蚀变型是钾长石等铝硅酸盐颗粒在酸性介质条件下高岭石化(公式1)，这种高岭石往往保存着碎屑颗粒的形态和轮廓，呈致密块状，很少产生晶间孔(图1a)。在蚀变型中，还有一种高岭石属于杂基绿泥石(火山灰蚀变的再蚀变产物)。这种蚀变型高岭石，往往呈褐带绿色，至今其晶形仍然保持绿泥石针叶状形态，其成分已高岭石化，晶间常见绿泥石的残余。孔隙析出型为孔隙水沉淀而成，高岭石虽然占据了粒间孔，但是又产生了少量的晶间孔(图1b)。结晶普遍较小，一般仅有5 μm左右。

4KAlSi3O8(钾长石)+2CO2+4H2O=

Al4(Si4O10)(OH)8(高岭石)+8SiO2+2K2CO3

(1)

a.M13井，2 605.80 m，颗粒蚀变型高岭石b.M13井，2 605.80 m，孔隙析出型高岭石及其晶间孔

图1 研究区高岭石产状

1.4伊/蒙间层矿物

X衍射表明，伊/蒙间层矿物相对含量一般不超过25%，间层比较小，一般在15%以下，膨胀性比较小，反应了较高的热演化。但也存在少量的间层比为1∶1伊蒙有序混层矿物，即钠板石(图2)，呈网状或搭桥状分布于砂岩粒间孔中。其遇水具有强烈的膨胀性，严重影响储层的物理性质和孔隙结构，因而在长82油藏注水开发时，必须考虑储层的水敏问题。

a.H4井 ,长82，2 461.12 m b.L59井,长82，2 328.68 m

图2 研究区钠板石产状

2 碳酸盐胶结物

储层砂岩中碳酸盐胶结物形成于沉积物沉积后埋藏成岩的各个阶段，它们的主要类型有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石和菱铁矿等。自生碳酸盐矿物在胶结物中的矿物类型、赋存状态与相对含量等均影响碎屑岩演化过程的岩石特性；碳酸盐胶结物的后期的成岩演化、分布模式与沉淀期次对于储集层品质亦影响较大[5-7]。

长8砂岩中碳酸盐胶结物以方解石最为常见，其次为铁白云石和菱铁矿。方解石在长82平均含量为6%左右，部分层段方解石含量高达25%，成为钙质致密层。许多学者在做C/O同位素和包体测温时，采用均一混样的方式进行提取，所获得的各种参数应该是早、中、晚期的混合数据，因而将方解石的形成放在了成岩中晚期，掩盖了湖相三角洲成岩早期方解石胶结物的形成。成岩早期形成的方解石一般呈泥微晶，有时为泥微晶团块，沿砂岩颗粒呈微粒栉壳状胶结。在成岩期经过重结晶作用的改造，消失了其本来的形貌特征。规模性的方解石胶结不是一次性完成的，而是一个连续的过程。镜下常可以看到晶粒状方解石的连续析出，直到孔隙被完全充填为止(图3)，这种方解石一般形成于成岩晚期阶段，方解石在成岩晚期的胶结作用是导致储层致密化的重要因素之一[8]。铁白云石在长8砂岩中含量较低，仅出现在少量砂岩中。常以自形、半自形粉晶、细晶粒状出现在孔隙中。C/O同位素分析表明(图4)，碳酸盐胶结物的C/O同位素具有连续性，说明其形成贯穿于整个成岩期。普通方解石一般形成于成岩早期，铁方解石和铁白云石形成于成岩中、晚期。尤其是铁白云石形成最晚。在镜下，常见铁白云石在长石溶孔中析出，表明其形成于长石溶解之后。由于其平均含量较低，所以对孔隙的危害微乎其微，但是对于研究成岩期某一阶段的水介质的变化有一定意义。另外，铁白云石的出现可以指示烃类在储层中已发生过大规模运移和充注作用[9]。

图3 Z72井，2 212.75 m，方解石充填孔隙交代碎屑

图4 研究区碳酸盐碳、氧同位素组成

菱铁矿在长8砂岩中含量也不高，一般以泥微晶团块的方式出现，镜下常见的是菱铁矿对黑云母碎屑的交代。黑云母属于暗色铁镁矿物，本身含铁较高，在成岩介质中与碳酸根相结合很容易使其菱铁矿化。这种交代作用对孔隙的影响也不是很大。

3 硅质、长石质胶结物

3.1硅质胶结

硅质胶结物是储集层中常见的矿物之一，也是影响储集层质量的主要因素，石英胶结作用是导致砂质沉积物形成砂岩的重要作用[10]。硅质胶结物在长8储层中有三种产状：石英次生加大、它形充填孔隙及自形粒状，但多以石英次生加大的方式出现，其含量一般在1%～3%之间，附着在石英颗粒的周围生长，使石英质碎屑呈镶嵌状接触，同时，它形充填孔隙(图5a)及自形粒状的硅质(图5b)，堵塞喉道，严重影响砂岩的渗透性(图5a)。硅质的不同形态与其形成的期次密切相关，不同产状的硅质胶结物对砂岩物性影响差别较大。硅质发育导致岩石胶结作用强烈，结构较致密，是储层低孔低渗又一重要因素之一[11]。

a.Z8井，2 244.35 m，次生加大，颗粒镶嵌孔隙孤立状分布 b.L59井，2 319.39 m,自生钠长石

图5 研究区石英质胶结物

3.2长石质胶结

研究区长石质胶结物含量很低，一般不足0.5%，可以次生加大的方式产出，也可以自形微粒钠长石的形态在粒间孔中形成(图5b)。虽然对孔隙的影响不大，但是自生钠长石的存在对于研究成岩介质以及长石溶蚀和钠长石化等成岩作用很有意义。

4 硫酸盐胶结物

在以往的各类文献和研究中，少见对延长组重晶石、硬石膏等硫酸盐矿物的描述，但在研究长8、长9、长10等样品中观察到硬石膏、重晶石等胶结物。本次研究中，在Y42井和Y29井中分别见到硬石膏和重晶石胶结。

4.1硬石膏

膏质胶结物对储集空间的影响具双重性。一方面，膏质组分的沉淀导致各种原生孔隙的消失；另一方面，充填于孔隙中的早期膏质胶结物，被表生期大气淡水溶解形成大量的次生孔隙[12]。

研究区长8硬石膏一般形成于成岩作用晚期，呈细—中晶他形块状析出，有时成片状连晶胶结，使砂岩粒间孔隙全部消失。大多数情况下斑状分布，使储层非均质性增强(图6a)。研究硬石膏的存在对于储层防垢、油管结垢的防治很有意义。

4.2重晶石

重晶石胶结物出现在两块样品中(Z285井2 194.54 m，Y29井2 294.61 m，图6b)。其含量1%～2%，产状、形态、存在方式与硬石膏类似。重晶石往往以交代碎屑颗粒的方式出现，虽然含量不高，但是反映了在成岩中晚期的成岩介质曾有过硫酸盐饱和沉淀的阶段。

重晶石形成所需的钡离子可由钾长石高岭石化和溶蚀过程中提供。值得一提的是，在最近的研究文献中重晶石的出现往往是白烟囱出现的标志性矿物，预示着地幔物质上升和侵位[13-15]。本区位于西部断褶带的东翼，又与西南部龙门构造相邻，龙门构造是由火成岩的侵入体形成的正向构造，侵入时间为印支期—燕山期，侵入层位为三叠系刘家沟组—侏罗系的直罗组，其时间、层位都穿越了延长组，重晶石在本区的出现是否与此有关，还需作深入的研究。

a.Y42井2 543.42 m，硬石膏斑状胶结 b.Y29井2 294.2 m，重晶石斑状胶结

图6 研究区硫酸盐类胶结物及其形成的致密斑块

5 结论

(1)砂岩储层中不同类型、成因和产状的粘土矿物对储层的影响不同。准确鉴别粘土矿物对储层研究有重要的意义。

(2)研究区长8储层粘土胶结物以伊利石、高岭石和绿泥石为主，含量约为10%～13%，均有过铁氧化物侵染，说明沉积—早成岩早期环境相对比较开放，强氧化环境；后期形成的大量三八面体绿泥石属于强还原环境，说明早成岩中晚期成岩环境已属于强还原环境；局部存在少量的钠板石，开发过程中需注意储层水敏问题。

(3)研究区储层碳酸盐类胶结物以方解石为主，其次为铁白云石和菱铁矿。从C/O同位素数值的连续分布来看，碳酸盐胶结在本区贯穿于整个成岩期。普通方解石一般形成于成岩早期，铁方解石和铁白云石形成于成岩中、晚期。

(4)研究区硅质含量不高，介于1%～3%之间，但其附着在石英颗粒的周围生长及充填孔隙和喉道，使孔喉缩小、堵塞，对渗透率降低影响较大。

(5)研究区存在硬石膏和重晶石等硫酸岩类胶结物，说明局部地层水中具有丰富的钙、锶、钡等离子， 在油田注水开发过程中应预防地层及输油管道结垢。

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(编辑 曹征远)

Characteristics of the cements in Chang 8 reservoir in western Ordos Basin

Liu Na1,2，Nan Junxiang1,2，Liu Wei1,3，Wei Xiaolong4

(1.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLowPermeabilityOilandGasFields，Xi’an710018,China;2．ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofChangqingOilfieldCompany，PetroChina，Xi’an710018China；3.ResearchInstituteforDrilling&ProductionTechnologyofChuangqingDrillingEngineeringCo.，Ltd.，CNPC，Xi’an710081，China;4.DownholeTechnologyCompanyofChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimited，PetroChina，Xi’an710018，China)

By using polarizing microscope，scanning electron microscopy and X-ray diffraction，it was carried out the characteristics and type of the cements in Chang8 reservoir in western Ordos Basin.Results showed that clay minerals were mainly composed of illite，kaolinite，chlorite and illite/montmorillonite interstratified minerals with the relative contents of from 20.11% to 42.19%，from 18.13% to 32.51%，from 23.84% to 62.72%，and from 1.86% to 25.10%.Due to the chloritization of some Fe-rich tuffs in the sedimentary and diagenetic environment，after these kind materials entered the sedimentary water，strong hydration occurred and a large number of iron oxides were precipitated.Thus this led to the contamination of clay minerals.This phenomenon showed that Eh value was high and the sedimentic -diagentic environment was open.A large number of trioctahedron chlorite reflected a strong reductive environment at the mid-advanced stage of early diagenesis.The carbonate cement was mainly composed of calcite，second for ankerite and siderite.The isotope analysis of carbon and oxygen showed that carbonate cementation ran through the whole diagenesis.Calcite was formed at the early stage of diagenesis and the ferrocalcite and ankerite were formed at the middle or late stage of diagenesis.

illite;chlorite;kaolinite;illite/montmorillonite interstratified minerals;carbonate cement;sulfate cement

TE122.2

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.01.004

2014-07-14；改回日期2014-08-18。

收稿日期：柳娜(1979—)，女，工程师，硕士，主要从事鄂尔多斯盆地中生界—古生界岩矿及储层地质研究。电话：13630252655，E-mail: liun1_cq@petrochina.com.cn。

中国石油股份公司重大科技专项“长庆油田油气当量上5 000万吨关键技术研究”(2011E-13)。