鄂尔多斯盆地甘谷驿油田顾屯区长6储层成岩作用对物性的影响因素研究

朱荣彬，蔡 玥，辛 江，胡国朝，高云峰，许贤丰

(1. 长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054； 2. 长安大学 数字油田研究所，陕西 西安 7100054； 3. 西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054; 4. 中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院，陕西 西安 710003)

0 前 言

碎屑岩储层成岩作用研究一直都是国内外专家学者关注的热点[1-3]，而成岩作用对储层物性的影响又是研究的重中之重[4-9]。成岩作用与储层物性关系密切,不同地区、不同时代地层经历的成岩作用类型及强度各有差异,进而直接影响了储层物性的发育程度及油气的储存能力[10]。针对此现状，笔者在前人研究的基础上利用常规物性分析、铸体薄片、扫描电镜、X-射线衍射等多项分析测试方法，详细研究了甘谷驿油田顾屯井区长6油层成岩作用类型、成岩阶段等，探讨各成岩作用对储层性质的影响，以期为研究区油田生产开发提供一定借鉴意义。

1 区域地质概况

甘谷驿油田顾屯井区地理上位于陕西省延安市宝塔区境内，构造上位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡的东部。总体上表现为平缓西倾的单斜，地层相对平缓，其沉积体系为水下三角洲前缘沉积，是鄂尔多斯盆地东南缘延安—延长大型湖泊三角州沉积体系的一部分。长6油层组是区内主力产油层之一，可被划分为长61、长62、长63、长644个小层，总厚度平均值为125.74 m。

2 储层特征

2.1 岩石学特征

研究区长6储层岩性以细粒长石砂岩为主，长石平均含量达51.4%；石英含量次之，平均为为23.2%；岩屑最少，平均含量只有5.2%；其中，岩屑以变质岩岩屑为主，含少量的沉积岩岩屑及岩浆岩岩屑。碎屑颗粒多呈次棱角状，分选性较好，杂基含量中等，反映为中等强度水动力条件和中等搬运距离的沉积[11]。

2.2 储层孔隙特征

铸体薄片、图像分析、扫描电镜等观察与鉴定表明：长6储层的储集空间主要为残余粒间孔，次之为溶孔、微孔、部分样品具有填隙孔。残余粒间孔平均占总孔隙的65%，溶孔约占总孔隙的26%～33%，当残余粒间孔及溶孔发育时，面孔率较高可达7%～8%。溶孔的溶解组分主要为长石、浊沸石及云母等。

2.3 储层物性特征

经过对1 746块样品物性测试资料统计，本区长6储层孔隙度最大值为14.13%，最小值为1%，平均值为8.21%，其中有91.20%的样品孔隙度分布在6%～12%之间，孔隙度分布峰值为8%～10%(见图1～2)；长6储层渗透率最大值为5.54×10-3μm2，最小值0.02×10-3μm2，平均值为0.52×10-3μm2。渗透率的主要分布范围在0.1×10-3～5×10-3μm2之间，占样品数的95.4%，分布峰值为0.1×10-3～0.5×10-3μm2。总体表现为低孔低渗储层。

图1 研究区长6储层砂岩孔隙度分布

图2 研究区长6储层砂岩渗透率分布

3 储层成岩作用

3.1 储层成岩作用类型

甘谷驿油田顾屯区长6储层经历了地质历史上多期的构造运动和复杂的成岩演化阶段，形成了当前典型的低孔低渗且孔隙结构复杂的储层特征。本次研究发现：压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和破裂作用共同构成了顾屯区长6储层经历的主要成岩作用类型[12]。

3.2 压实压溶作用

研究区长6储层既发育压实作用又发育有压溶作用。压实作用贯穿研究区储层演化的整个过程，是造成储层物性变差的主要原因之一，压实作用造成的孔隙损失率达到18.32%。根据镜下观察，绿泥石、长石等很多矿物呈定向排列(图3a)，柔性的碎屑颗粒(如云母、泥岩岩屑等)由于压实作用产生弯曲变形或波状消光，甚至被挤入碎屑颗粒孔隙内形成假杂基(图3b)，石英及长石等硬性颗粒易受到应力作用而发生脆性破裂[13]。压溶作用主要表现为石英颗粒间的相互穿插和缝合线接触等现象(图3c)，发生压溶现象的石英颗粒周围一般发育粘土膜，促进了孔隙中SiO2过饱和溶液的扩散和渗滤，保证压溶过程的持续进行。观察统计显示，由压溶作用而形成的石英次生加大可达Ⅱ级。

3.3 胶结作用

3.3.1 碳酸盐胶结作用

碳酸盐胶结物是影响研究区长6储层砂岩物性的主要胶结物类型之一，其矿物类型主要为方解石和铁白云石，总含量为1.9%。碳酸盐胶结物主要可划分为早晚两期：早期为形成于较低能沉积环境中的微晶方解石，多见于碎屑颗粒分选磨圆差且粒度细的粉—细砂岩中，表现为石英、长石和云母等颗粒“漂浮”在大量方解石晶体形成的胶结物中，使砂岩具有了基底式胶结结构(图3d)。晚期的碳酸盐胶结通常呈他形粒状对碎屑颗粒间孔和粒内溶孔进行充填，在部分井段还出现了呈连晶状的方解石对石英和长石的交代作用，使得粒间孔和粒内溶孔完全被充填改造，使储层的储集性和渗透性遭到严重的破坏(图3e)。

3.3.2 硅质胶结

硅质胶结物在本区长6储层砂岩中的平均含量为1.1%，分布也较为广泛。研究区储层砂岩中主要发育石英微晶充填孔隙胶结，其次为石英自生加大边胶结(图3f)。镜下观察发现，石英自生加大边常包裹着原石英颗粒边缘的绿泥石薄膜，形成了一个比较明显的分界线，同时表明其生成时间晚于绿泥石薄膜胶结。扫描电镜观察结果显示：形成时间晚于自生加大边的石英微晶颗粒对残余粒间孔和溶蚀孔的充填作用更为强烈，能够使孔隙空间缩小到晶间微孔级别(图3g)。

3.3.3 自生粘土胶结作用

研究区长6储层砂岩中最常见的粘土矿物胶结作用为绿泥石胶结，其次为伊利石、伊蒙混层及少量高岭石胶结(图3h)，镜下观察发现，鳞叶片状或纤维状绿泥石集合体垂直碎屑颗粒表面生长，局部发育程度较高的绿泥石薄膜则包围整个碎屑颗粒，表明其形成时间与压实作用同步或稍后，属于成岩作用早期阶段的产物。除以孔隙衬里和颗粒包膜状的形式产出外，可见部分绿泥石呈孔隙充填状产出，其中充填溶蚀孔隙的绿泥石形成于溶蚀作用之后(图3i)。

3.3.4 浊沸石胶结作用

浊沸石是延长组长6储层最具特点的胶结物，一般含量在1%～8%之间，分布范围广。在研究区具有较粗粒度、较好分选和较低杂基含量的砂岩中常见浊沸石胶结，以充填孔隙或以交代石英、长石和岩屑的形式产出，平均含量为0.4%。根据镜下鉴定结果，研究区储层砂岩中的浊沸石常以补丁状或斑块状充填与粒间孔中，形成时间晚于呈孔隙衬里状的自生绿泥石胶结，局部偶见浊沸石交代长石的现象(图3j)。

通过铸体薄片定量统计分析，研究区长6储层视胶结率为0.51，属于中等程度胶结强度，胶结作用使储层的原生孔隙损失3%～12%，平均减少的孔隙度大约为9.75%。

3.4 交代作用

研究区长6储层砂岩中常见以下几种交代现象：①碳酸盐胶结物对石英、长石、岩屑和云母等碎屑颗粒的交代，碳酸盐矿物之间的相互交代现象；②粘土矿物对碎屑颗粒的交代，主要表现为黑云母矿物碎屑的水化、绿泥石化和伊利石化，斜长石的绢云母化；③浊沸石胶结物对石英和长石碎屑颗粒的交代现象。经过交代作用改造后的被交代矿物大都保留了明显的标志,比如由黑云母碎屑蚀变形成的绿泥石能够较好地保留原矿物的板状晶形和极完全解理，成为一种矿物假象，以及方解石在强烈交代石英和长石颗粒时形成的交叉切割现象。这些标志既能够帮助判别交代作用的强弱，也能够辅助判断矿物的生成顺序。

3.5 溶解溶蚀作用

研究区长6储层砂岩中常见长石、浊沸石、黑云母、碳酸盐和粘土矿物胶结物的溶蚀现象。长石中稳定性差的斜长石较易发生溶蚀，表现为酸性流体从颗粒内部沿解理缝或微裂隙进行溶解，形成细小的不连续的粒内溶蚀孔，当长石溶蚀强烈时，发生粒内溶蚀孔与粒间孔相连通的现象(图3k)。浊沸石胶结物在酸性流体的作用下沿解理缝发生溶蚀，在颗粒内部形成不规则的溶蚀孔，而溶蚀强烈的部位往往只剩下部分残晶。黑云母颗粒常沿解理缝发生溶蚀而留下残晶，粘土矿物的溶蚀现象在研究区并不多见。

3.6 破裂作用

砂岩成岩过程中的破裂作用是除溶解作用外同样能够扩大和形成孔隙空间，改善储层储渗性能的一类成岩作用。在本区岩心观察和薄片鉴定时，可以发现有能够切穿石英和长石等碎屑颗粒且延伸距离较长的微裂缝，裂缝的发育有效地连通了不同部位的粒间孔和粒内溶孔，同时为地层流体的渗流提供了通道，促进了溶解作用的进行，最终使得本区长6砂岩储层的物性得到显著的改善(图3l)。

4 成岩阶段划分

根据鄂尔多斯盆地三叠系延长组，镜质体反射率(Ro)测试资料，长7油层组以上地层的Ro值在0.65%～1.0%之间，对应的最大古地温在80～120°C左右[13]，与盆地热演化史研究所反映的古地温基本一致。研究区长6储层砂岩碎屑颗粒间呈点—线和线状接触，局部为凹凸接触，砂岩中孔隙类型主要为残余粒间孔、溶蚀粒间孔和溶蚀粒内孔。胶结物主要类型为自生粘土矿物、碳酸盐和浊沸石。粘土矿物包括绿泥石、伊利石、绿/蒙混层和伊/蒙混层，其中绿泥石相对含量可达粘土矿物总量的52%，伊/蒙混层中蒙皂石含量为20%，表明粘土矿物演化已进入有序混层带。这些特征共同表明：研究区延长组岩石成岩演化经历了早期成岩作用、晚期成岩作用和表生成岩作用这3个成岩阶段，现今处于中成岩A期[14]，如图4所示。

(a)碎屑岩颗粒成定向排列；(b)长石等矿物挤压变形，波状消光；(c)石英颗粒间呈缝合线接触；(d)早期方解石呈基底式胶结；(e)碳酸盐胶结；(f)硅质胶结，石英自生加大；(g)次生石英晶体充填粒间孔隙；(h)绿泥石胶结；(i)鳞片状绿泥石集合体充填粒间孔隙；(j)浊沸石胶结物；(k)长石被溶蚀；(l)破裂作用导致的微裂隙

图3 研究区长6砂岩成岩作用显微镜下特征

图4 研究区长6储层砂岩成岩阶段划分

5 成岩作用对储层性质的影响

根据成岩作用对储层物性的改善和破坏结果,可划分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用。

5.1 建设性成岩作用

1)溶蚀作用

溶蚀作用是研究区最主要的建设性成岩作用，主要表现为石英、长石、岩屑等碎屑颗粒和早—中成岩期形成的碳酸盐、浊沸石、自生石英、自生长石等胶结物在地层水和有机酸的作用下发生溶解,形成数量众多的粒内溶蚀孔和粒间溶蚀孔，同时了提高储层物性。

镜下观察表明：研究区储层中浊沸石胶结物的溶蚀和长石、岩屑的粒内溶蚀对物性改善的帮助最大，而碳酸盐胶结物、杂基溶孔和晶间溶孔的贡献相对很小，这是由于中成岩阶段的高PCO2环境不能使有机酸对碳酸盐进行有效溶蚀，而杂基溶孔和晶间溶孔则是因为含量太少。

2)烃类等有机质的充注作用

储层被烃类等有机质充注后，岩石中孔隙水被排除出去，孔隙介质的地球化学环境也由此发生了改变，导致矿物的形成、转化和胶结作用等受到阻碍。除此之外, 烃类等有机质中携带有一定数量的有机酸进入储层后，使孔隙水的pH值降低，促进了浊沸石、长石和岩屑的溶解和次生孔隙的形成。因此，烃类的充注使储层原生孔隙并有利于物性条件的改善[15]。

3)破裂作用

在研究中发现破裂作用在研究区较发育，低渗透储层中的裂缝主要起渗流通道的作用。裂缝是油气运移和流体渗流的主要通道，可以提高储层的渗透性。

4)粘土膜形成作用

研究区的粘土膜包括绿泥石膜和一部分伊利石薄膜，粘土膜的形成一方面堵塞孔隙吼道造成储层渗透率降低，但是另一方面，包裹在石英颗粒周围的绿泥石膜有效地阻止了石英的次生加大及一部分粒间碳酸盐胶结物的沉淀，使得很大一部分粒间孔隙保存，因此，总体来说,粘土膜可以保护残余粒间孔。

5)自生浊沸石的胶结作用

研究区延长组长6油层组砂岩中的自生浊沸石主要是由斜长石蚀变而来，在砂岩中呈斑状分布，充填孔隙、交代碎屑。当浊沸石沉淀后，如酸性水的介入造成流体pH值的降低，从而导致浊沸石的溶解，提供一定数量的次生孔隙，对储层物性起到改善的作用。

5.2 破坏性成岩作用

1)压实作用对储集层的影响

压实作用是导致研究区长6油层孔隙丧失的主要原因。结合邻区研究资料[16]，延长组长6油层压实压溶减少的孔隙度为17.55%，因此认为压实作用是造成长6孔隙度减少的重要因素。

2)碳酸盐胶结作用降低储集层物性

顾屯区长6储集层碳酸盐胶结作用十分显著，部分砂层碳酸盐胶结物含量较高，充填部分或大部分孔隙空间，大大降低了原生孔隙度，也导致渗透率大大降低[17]。

3)硅质胶结作用

研究区长6油层组最常见的石英胶结物为石英的自生加大，经观察发现，石英次生加大级别属Ⅱ级，长石加大表现为钾长石加大状充填孔隙和加大状钠长石充填孔喉。石英、长石的自生加大充填孔隙并堵塞喉道，降低了储层的孔渗性能。

6 结 论

1)研究区长6储层岩性以细粒长石砂岩为主，分选性较好，储集层平均孔隙度为8.21%，平均渗透率为0.52 mD，属于典型的低孔低渗储层，孔隙类型主要以残余粒间孔和次生溶蚀孔隙为主。

2)研究区成岩作用类型复杂，主要的成岩作用为压实—压溶作用和胶结作用，溶蚀作用及微破裂作用，交代作用对储集层孔隙度变化的影响较小。甘谷驿油田顾屯区长6储集层现今成岩阶段主要为中成岩阶段A期。

3)研究区成岩作用中，有利于储层物性保留的主要成岩作用有溶蚀作用、粘土膜形成作用、烃类侵位作用、破裂作用和沸石化作用等，不利于储层物性保留的主要成岩作用有压实作用及胶结作用等。