吴堡地区长7致密砂岩成岩作用及成岩相划分

王力娜，朱玉双，党洲涛，杨 志，王汝阳

(1.西北大学国家大陆动力学重点实验室，陕西 西安 710069，2.长庆油田分公司第一采油厂，陕西 延安 716000；3.长庆油田分公司第六采气厂，陕西 西安 710069)



吴堡地区长7致密砂岩成岩作用及成岩相划分

王力娜1，2，朱玉双1，党洲涛2，杨 志2，王汝阳3

(1.西北大学国家大陆动力学重点实验室，陕西 西安 710069，2.长庆油田分公司第一采油厂，陕西 延安 716000；3.长庆油田分公司第六采气厂，陕西 西安 710069)

通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射等分析测试，对鄂尔多斯盆地吴堡地区长7储层的成岩作用研究。结果表明，研究区砂岩经过了机械压实作用、胶结作用和溶蚀作用等多种成岩作用。储层孔隙演化与成岩作用关系密切：机械压实作用、胶结作用是储层物性降低的主要因素，孔隙损失分别达到19.69%和15.30%，研究区长7烃源岩发育，相比于研究区其他相邻层位，溶蚀作用强烈，是形成此生孔隙的主要因素，提高了储层的储集性能，孔隙增生量为1.19%。结合成岩作用与孔隙结构的关系，对研究区长7致密油储层成岩相进行定量划分，研究区成岩相可以划分粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相、剩余粒间孔相、碳酸盐胶结相和伊利石胶结相。有利成岩相粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相发育在分流河道/水下分流河道中央，这些成岩相控制的储层是油气聚集有利场所；不利成岩相碳酸盐胶结相和伊利石胶结相分布在分流间湾 沉积相带上，不利于油气聚集。

鄂尔多斯盆地；致密砂岩；成岩作用；孔隙演化；成岩相

鄂尔多斯盆地使我国第二大沉积盆地[1]，对我国油气的产出有着重要的贡献，中生界上三叠统延长组是其主要的石油开发层段。吴堡地区位于鄂尔多斯盆地西北部，横跨天环凹陷带与陕北斜坡，构造东高西低，整体平缓。长7时期是鄂尔多斯盆地延长组湖盆发育的鼎盛时期，湖盆面积最大，发育一套优质的烃源岩。随着石油勘探开发的进行，在长7发现了多个石油富集区，长7逐渐成为下一步石油勘探开发的重点层位。

研究区长7段烃源岩发育，储层孔喉狭小，储层致密，属于致密砂岩油。大规模发育的优质烃源岩与储层紧密接触，伴随着烃源岩排烃作用，储层溶蚀作用强烈，溶蚀作用对增强储层物性及成岩相划分有十分重要的作用。在结合前人研究的基础上[2-9]，笔者重点研究了长7段成岩作用及对储层的影响作用，考虑到储层孔隙结构和溶蚀作用的重要性，定性提出了长7致密油储层成岩相划分方案，并划分研究区成岩相，研究了成岩相对油气的影响。为进一步储层评价及有利区优选提供依据。

1 储层及岩石学特征

研究区长7段岩石主要为灰色、灰褐色极细-细粒岩屑质长石砂岩，石英含量为28.15%，长石含量为35.71%，岩屑含量为19.32%。粒度分选中等，碎屑颗粒为次棱角状，胶结类型以加大-孔隙型为主。填隙物以伊利石、绿泥石和铁方解石为主。储层孔隙度孔隙度平均值为8.48%，渗透率平均值为0.23×10-3μm2，属于致密砂岩储层。

2 成岩作用及孔隙类型

2.1 成岩作用

经过铸体薄片、扫描电镜，X衍射等分析，研究区长7储层主要成岩作用有机械压实作用、压溶作用、溶蚀作用和胶结作用。

图1 研究区长7储层微观结构

研究区长7砂岩长石含量较高，在埋藏过程中，因压实作用，颗粒多呈点-线接触，甚至为镶嵌状排列(图1a)；塑性岩屑或矿物如泥岩岩屑、云母等的弯曲变形，甚至被挤入粒间孔形成假杂基，从而造成岩石大量原生孔隙损失、渗透率变差；石英、长石等刚性颗粒发生破裂等。

压溶作用在本区地层中均有不同程度的出现，主要表现为石英、长石的次生加大。使得颗粒间的接触关系由最初的点接触演化到以点+线或线接触为主，少量凹凸接触甚至缝合线接触，这一过程使得孔隙空间进一步压缩，喉道变窄，配位数减少，孔隙的连通性变差。压溶作用主要出现于早成岩A-B期。

研究区胶结物种类多样，主要为伊利石、绿泥石和铁方解石，含量分别为3.83%，1.89%、3.66%。伊利石多是由蒙脱石转化而来，在成岩早期阶段储层中有大量的蒙脱石，主要由火山灰等物质转化而来，伊利石在显微镜下呈细而薄的鳞片状以孔隙衬边形式产出，扫描电镜下呈纤维状、针状和毛发状。

研究区砂岩中绿泥石赋存状态主要分为两种[10]：一种为绿泥石环边(图1b)，绿泥石环边胶结物薄不仅增强了砂岩抗压实-压溶能力,而且由于绿泥石沉淀后会继续生长到自生石英的沉淀，该机理不断增强岩石的抗压实-压溶能力，并平衡逐渐加大的上覆载荷，从而使砂岩的原生孔隙、次生孔隙和喉道得以保存而有利于储层发育[11-14]。另一种形式为叶片状，充填孔隙空间，从而降低了储层的物性。

表1 吴堡地区长7储层填隙物成分统计表

铁方解石在成岩晚期出现，呈连晶状或星散状填充粒间孔和溶蚀孔隙中(图1d)，晚期胶结的铁方解石很少遭到溶蚀，极大降低了储层的物性。

溶蚀作用是本区砂岩中非常普遍的一种成岩作用，也是砂岩次生孔隙形成的主要作用[15]。研究区烃源岩发育，在生烃排烃的过程中，产生的CO2和有机酸使得地下流体呈酸性，从而溶蚀了岩石颗粒(图1e)。酸性流体沿着双晶面或解理面进入长石，开始溶蚀，随着溶蚀继续进行，最终整体颗粒被溶蚀掉，只剩矿物形态，形成铸模孔(图1f)。

2.2 成岩阶段

通过铸体薄片、扫描电镜等可以观察到，研究区长7储集层碎屑颗粒之间主要以点-线接触为主，碳酸盐发育，以铁方解石、铁白云石为主，且多数为单晶，部分可见微晶。粘土矿物中，伊利石含量高，并可见绿泥石和少量伊蒙混层。长石、岩屑等碎屑颗粒常被溶解，孔隙类型以次生孔隙为主。砂岩中可见晚期含铁碳酸盐类胶结物，特别是铁方解石，填充孔隙，R0在0.75～1.05之间[2]。根据国家石油部标准(SYT7477-2003)，研究区长7储层属于中成岩阶段A期，此外少部分处于中成岩阶段B期。

2.3 孔隙类型

研究区长7储层孔隙类型由剩余粒间孔、长石溶孔，岩屑溶孔和微裂缝组成。其中剩余粒间孔含量为0.83%，长石溶孔含量为1.01%，岩屑溶孔含量为0.08%。相比于研究区的其他层位，如长4+5或长6，其剩余粒间孔含量低，而长石溶孔含量高，表明储层受压实作用和溶蚀作用影响强烈，剩余粒间孔含量低而溶蚀孔含量高。

表2 吴堡地区长7砂岩孔隙类型统计表

3 成岩作用对孔隙的影响

压实、溶蚀和胶结是影响研究区长7储层最重要的3个因素；孔隙演化与成岩作用密切相关。长7储层经过一系列成岩阶段，受各种成岩作用的影响，填隙物不断改变，孔隙也随之演化。

3.1 原始孔隙度

恢复砂岩初始孔隙度是定量评价不同成岩作用类型对原生孔隙丧失和次生孔隙产生影响的基本前提。砂质沉积物的原始孔隙度与颗粒粒径和分选程度密切相关，Scherer[16-17]根据Beard和Weyl提供的孔隙度与分选系数资料，建立了原始孔隙度与分选系数之间的函数关系式

原始孔隙度=20.91+(22.9/Trask分选系数)

通过对普通薄片和铸体薄片的详细观察和统计，划分出3种较容易直观分辨的分选特征，即分选好、中和差。对应的分选系数分别为：(1)S<2.5,分选好；(2)S=2.5～4，分选中等；(3)S>4,分选差。

研究区分选系数多为中，其次为好，在实际应用中取其平均值，经过计算得知其原始孔隙度平均值为35.9%。

3.2 压实作用对孔隙的影响

压实作用对研究区其主要的破坏作用。是降低储层物性最主要的因素，研究区岩石石英含量低，云母，沉积岩屑等塑性颗粒含量高，岩石的抗压性差，在上覆压力的作用下，原生粒间孔隙遭破坏严重[18-19]。因此，恢复剩余粒间孔隙也是定量评价后期化学胶结作用、交代作用对孔隙破坏以及次生孔隙增长对整体孔隙度增加程度的前提。

V1=V2+V3

(1)

φ1=φ2-φ3

(2)

其中：V1为压实后粒间剩余孔隙体积；V2为粒间孔隙体积；V3为胶结物体积；φ1为压实作用损失的孔隙度；φ2为原始孔隙度；φ3为压实后粒间剩余孔隙度。

根据以上公式，研究区长7储层压实后粒间剩余孔隙为16.21%，由压实作用损失的孔隙度平均为19.69%，平均视压实率为54.84%，属于强压实。

3.3 胶结作用对孔隙的影响

胶结物主要为伊利石，绿泥石和高岭石和铁方解石。伊利石是研究区长7段含量最高的粘土矿物，呈毛发状，填充孔隙，降低储层物性。

绿泥石在研究区有两种形式，绿泥石环边有利于储层的发育，而填充孔隙的叶片状绿泥石则降低了储层的物性，通过铸体薄片和扫描电镜观察，研究区绿泥石主要以环边形式出现，绿泥石对储层物性整体起建设性作用。

高岭石在研究区长7储层中有两种产出形式，一种为长石溶蚀形成，另一种为孔隙水中沉淀形成，长石在高岭石化过程会产生次生孔隙,改善储层那个物性。另一方面自生高岭石从孔隙水中沉淀时会缩小砂岩孔隙空间,这两方面的效应会相互抵消,所以高岭石的存在对储层物性影响较微弱。

铁方解石在成岩后期形成，在研究区含量较高，是在溶蚀作用发生后形成的，填充了一部分溶蚀形成的孔隙，形成之后并未遭受进一步溶蚀，因而极大降低了储层的物性。

胶结作用损失的孔隙度指在各个成岩期内胶结作用消除的原始孔隙，可以通过岩石薄片中胶结物的含量来估计由胶结作用损失的孔隙度。研究区的储层胶结物平均含量为15.30%，胶结程度强。通过薄片鉴定与统计发现：由胶结作用损失的孔隙度为15.30%。

3.4 溶蚀作用对孔隙的影响

研究区长7发育烃源岩，研究区烃源岩厚度大，烃源岩生烃排烃过程中形成的酸性流体，使得研究区溶蚀作用发育。

砂岩经受不同程度的溶解作用改造形成多种类型的次生孔隙，导致孔隙度增加，主要包括生成的粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔及因溶蚀作用而使原有孔隙加大所形成的孔隙。孔隙增生量可以认为是铸体薄片中次生孔隙和裂缝的面孔率(即铸体薄片中次生孔隙和裂隙的面积与总孔隙面积之比)(见图2)。

图2 吴堡地区长7溶蚀孔与面孔率关系图

镜下观察得知，溶蚀孔含量平均值为1.12%，占面孔率52%，而研究区长6油层组溶蚀孔平均值为1.05%，占面孔率的32%，通过对比可以看出，研究区长7油层组溶蚀作用强烈，是改善储层的主要成岩作用。

经统计，本研究区孔隙增生量平均为1.19%。其中长石、岩屑颗粒内部的溶解作用对孔隙增量的贡献最大，达1.06%。

在成岩作用研究的基础上，对成岩作用产物和成岩期次进行了分析，总结了研究区长7砂岩成岩作用类型、期次及成岩环境和孔隙演化对应的关系。

4 致密油成岩相

目前对鄂尔多斯盆地成岩相划分方案很多，但对于致密油储层，其孔喉致密，储层下限低，以往的成岩相划分方案都不适用。本次研究通过对研究区储层200多块铸体薄片进行统计，并结合扫描电镜、X衍射等测试，对研究区的成岩相进行研究。

4.1 致密油成岩相划分方案

研究区长7压实作用强烈，是导致其储物性差的主要因素。通过对不同样品铸体薄片与试油结果对比，面孔率>1%的样品代表的储层其产油能力较好，面孔率≤1%的样品代表的储层其产油能力较差。因此把面孔率1%定于有利储层与较差储层的分界线。面孔率≤1%为压实作用为主的成岩相，面孔率>1%是溶蚀作用为主的成岩相。

当样品面孔率≤1%，通过对样品填隙物含量的统计，发现填隙物含量≥20%后，填隙物含量增长变缓，表明填隙物占主要部分。因此把填隙物<20%命名为机械压实相，填隙物≥20%命名为胶结物+压实相(见图3)。

图3 吴堡地区长7储层面孔率≤1%时填隙物含量分布

当面孔率>1%时，溶蚀作用是本区主要有利成岩作用，对储层的形成有重要的作用。长石溶孔是研究区主要孔隙类型，长石溶孔含量为1.4%，粒间孔含量为1.3%。根据粒间孔与长石溶孔的含量，把有利成岩相划分为粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相。

因此制定成岩相划分标准：

1)面孔率≤1% ：

(1)以机械压实为主(填隙物<20%)：机械压实相；

(2)以胶结作用为主(填隙物≥20%)：胶结物+压实相；

2)面孔率>1%：

(1)长石溶孔含量≥.1.4%：长石溶孔为最主要孔隙；

粒间孔含量≥.1.3%，粒间孔也发育：(a)粒间孔-长石溶孔相；

粒间孔含量<1.3%，粒间孔不发育：(b)长石溶孔相；

(2)长石溶孔含量<1.4%；剩余粒间孔相。

4.2 致密油成岩相分布

通过上述的成岩相划分方案下，对样品薄片进行统计，并用阴极发光、X衍射对结果进行对比校正。研究区成岩相主要为粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相、剩余粒间孔相、碳酸盐胶结相和伊利石胶结相。

研究区长7储层中长71与长72砂体较发育，长73砂体很少，因此长71与长72是其主力层位，对长71与长72储层进行划分成岩相，并画出成岩相平面分布图。

粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相主要分布在分流河道/水下分流河道的中央。岩石粒度较粗，机械压实作用较弱，填隙物含量较少，保留较多孔隙。属于有利成岩相带，在研究区分布范围较大。

碳酸盐胶结相和伊利石胶结相主要发育在分流河道/水下分流河道的侧翼或砂体规模较小等水动力较薄弱地带。伊利石等粘土矿物和碳酸盐胶结物含量高，其机械压实作用和胶结作用较强。孔隙较少，孔喉致密。属于较差成岩相带。伊利石胶结相在研究区分布较广泛，碳酸盐胶结相分布较小。

致密油成岩相对油气的分布有着重要的影响，在分流河道/水下分流河道等优势沉积相中，岩石粒度粗，粘土矿物含量少，机械压实作用和胶结作用弱，长石等易溶组分多，溶蚀作用发育，因而储层孔隙结构好，发育粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相，这些成岩相控制下的储层孔隙空间好，是油气的有利储集空间。其中粒间孔-长石溶孔相是油气发育的最有利成岩相。

碳酸盐胶结相和伊利石胶结相等不利成岩相分布在分流间洼地和分流河道，水动力较弱，砂体较薄，砂泥互层频繁，粘土矿物含量高，压实作用和胶结作用强烈，岩石孔隙差，不利于油气富集。

5 结语

(1)研究区长7段长石含量高，石英含量低。填隙物主要为伊利石、绿泥石和铁方解石。主要成岩作用为机械压实作用、胶结作用和溶蚀作用。由于紧邻烃源岩，生烃作用强烈，溶蚀作用对储层影响较大，是增强储层物性最主要的成岩作用。

(2)长7致密油储层成岩相可以划分为粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相、剩余粒间孔相、碳酸盐胶结相和伊利石胶结相。碳酸盐胶结相和伊利石胶结相属于不利成岩相，粒间孔-长石溶孔相、长石溶孔相和剩余粒间孔相属于有利成岩相。其中粒间孔-长石溶孔相是最有利的成岩相。

(3)成岩相与沉积相一起，对油气起着重要的控制作用，在分流河道/水下分流河道优势沉积相带上发育粒间孔-长石溶蚀相、长石溶孔相等有利成岩相，对油气起聚集作用。碳酸盐胶结相和伊利石胶结相主要发育在分流河道侧翼、分流间湾等沉积相带，储层胶结严重，对油气起阻碍作用，不利于油气聚集成藏。

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2016-12-16

王力娜(1990-)，女，河南周口人，在读硕士研究生，主攻方向：石油与天然气工程。

朱玉双(1968-)，女，陕西西安人，教授，研究方向：油气田地质开发。

P618.130.2+1

B

1004-1184(2017)03-0201-04