杭锦旗地区独贵圈闭下石盒子组盒1段测井成岩相研究

史 政，赵永强，张永东

（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126）

成岩相是控制储层性能和油气富集的重要因素之一，其判别方法通常包括岩心观察、岩石薄片、铸体薄片、阴极发光和扫描电镜等手段。但由于钻井取心较高的成本和取心井段的局限性，除取心段成岩相分析外，测井相和地震相已成为研究成岩相的辅助手段。与地震资料相比，测井资料具有高纵向分辨率、强连续性、获取简便和成本低廉等特点。利用测井资料开展点—线—面上成岩相测井判别成为研究成岩相的一种经济有效的手段。一些学者在该领域已经取得了一定研究成果［1-3］，但通过测井来判别成岩相仍处于初步探索阶段，测井资料中所蕴含的有关成岩相信息仍有待深入发掘。

鄂尔多斯盆地是近年我国天然气储量增长最快的盆地。随着杭锦旗地区上古生界河流三角洲储集砂体的深入勘探，有利砂体的发现和预测成为勘探研究的主要任务［4-5］。对杭锦旗地区独贵圈闭下石盒子组盒1段储层的成岩作用类型、成岩相及部分常规测井曲线的特征进行分析，初步建立了独贵圈闭测井成岩相的判别标准，为研究区低孔、低渗储层成岩相及其致密化的研究提供了依据。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通盆地西部，现今构造呈东缓西陡的不对称向斜，内部可划分为渭北隆起、伊盟隆起、晋西扰褶带、西缘冲断带、伊陕斜坡和天环向斜坳陷等六个一级构造单元［6］。杭锦旗地区地跨伊盟隆起和伊陕斜坡两个构造单元，独贵圈闭位于十里加汗区带西部。该区早二叠世中晚期下石盒子组为一套以粗碎屑沉积为主的冲击平原河流沉积体系，按照沉积旋回自下往上分为盒1、盒2、盒3段，其中盒1段为灰白色厚层粗粒岩屑砂岩夹深灰色泥岩，是该地区辫状河鼎盛发育时期的沉积产物。受单一水系及北部物源控制，盒1段砂砾岩、含砾粗砂岩地层厚度大，且分布广，为盒1段成为良好储集体奠定了物质条件。研究表明，盒1段砂体在纵向上叠加连片，在平面上分布稳定，储集层具有低孔、特低渗的特征。

图1 研究区地理位置及盒1段沉积相特征

2 储层基本特征

通过对独贵圈闭7口钻井岩心薄片鉴定的统计，盒1段储层岩性主要为岩屑砂岩，次为长石质岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩，成分成熟度较低。颗粒分选中等—好，磨圆以棱角状—次圆状为主，颗粒间主要为颗粒支撑，点-线接触，填隙物主要为黏土矿物（高岭石、绿泥石）、钙质及硅质胶结物，胶结类型主要为孔隙式胶结，孔隙类型主要为粒间溶孔、粒内溶孔、溶蚀扩大缝、粒缘缝以及少量原生孔［7］。

储层的物性特征是决定储集性能好坏的关键因素，表现为孔隙度和渗透率的大小。对独贵圈闭中盒1段630个岩心样品数据分析，盒1段砂岩孔隙分布的优势区间位于4%～16%，渗透率则主要分布于（0.15～1.2）×10-3µm2之间，孔隙度和渗透率的关系特征如图2，呈现良好的相关性。总体上，盒1段砂岩为低孔隙度、特低渗透率储集岩［8］。

图2 独贵圈闭盒1段孔隙度-渗透率关系

3 典型成岩作用类型

成岩作用是指沉积物在沉积后与地层流体及沉积物之间的物理、化学、生物作用［9］。独贵圈闭内盒1段储层共识别出压实作用、溶蚀作用、胶结作用和交代作用，这些成岩作用可能直接导致储层发生改变。

3.1 压实作用

压实作用分为物理压实和化学压实。独贵圈闭盒1段的储层压实作用主要为物理压实，并未见到明显的缝合及压溶现象，且塑性颗粒变形明显。研究区物理压实作用整体不强烈，个别部位较为强烈。

从薄片上看（图3），颗粒之间的接触以点-线接触为主，达到80%左右，少量为线-线接触。

图3 独贵圈闭盒1段压实作用（点接触、线接触）

3.2 胶结作用

胶结作用在盒1段砂岩中普遍发育。研究区盒1段储层胶结物主要有方解石（图4a、4b），其次为石英次生加大（图4c）、黏土矿物（图4d）、白云石等；主要胶结类型为孔隙式胶结，其次为薄膜-孔隙式胶结、孔隙-加大型胶结以及孔隙-连晶型胶结（图3）。胶结作用所形成的各种矿物充填于孔隙或附着于颗粒表面，能分割或者堵塞孔隙，降低孔隙的连通性，是一种破坏性的成岩作用。

图4 独贵圈闭盒1段胶结作用发育情况

3.3 溶蚀作用

溶蚀作用在独贵圈闭盒1段非常发育，是改善储层的最主要成岩作用。盒1段被溶蚀的物质主要有长石颗粒、岩屑颗粒（图4a、4b）、黏土矿物胶结物以及方解石胶结物等。溶蚀产物包括粒间、粒内溶孔（图4d）。粒内溶蚀以泥质岩和泥质砂岩类岩屑为主，且仅溶蚀了其中的伊利石类黏土矿物，石英粉砂等成分得以保留，因此推测主要为酸性流体溶蚀。在部分溶蚀孔隙内，可见到后期的方解石沉淀结晶。

3.4 其他成岩作用

研究区内见到少量交代作用，主要呈现为白云石交代方解石，以及方解石交代碎屑颗粒。白云石呈浑圆状，多围绕方解石颗粒边缘进行交代。局部可见白云石的生长处，骨架颗粒的绿泥石包膜有消失现象，推测白云石的生成或许与黏土矿物的溶解有关。方解石交代石英颗粒，使得石英颗粒边缘形成锯齿状的边缘。

图5 独贵圈闭盒1段溶蚀作用发育情况

4 成岩相及测井响应特征

目前关于成岩相的划分尚无统一标准，一般根据研究区的地质特点划分。成岩作用的类型和强度以及矿物含量的差异通常在测井曲线上具有不同的响应特征，可以通过岩心资料刻度测井，定性地确定储层成岩作用的类型和强度［1］。选取对成岩特征响应相对敏感的测井曲线，包括孔隙度、自然伽马、以及电阻率曲线为目的曲线，对照取心段的成岩鉴定结果，在目的层位共识别出5种成岩相：压实相、溶蚀相、钙质胶结相、黏土胶结相和硅质胶结相，这5种成岩相均能在测井曲线上呈现明显的响应特征。

4.1 压实相

压实作用的强弱直观体现在颗粒之间的接触关系，强烈的压实作用呈现颗粒间的点-线接触和线-线接触，塑性颗粒变形及脆性颗粒破裂，造成岩石在有限的空间内体积减小、孔隙度减小、密度增大。压溶作用最典型的鉴别特征是颗粒间的缝合接触。在测井响应方面，压实作用较强的层段主要呈现补偿密度DEN测井值偏高、声波时差AC值偏小的特点（图6a）。如研究区J103井，在3 081.06 m薄片中显示发育颗粒间的点接触和线接触。该部位层段上测井曲线能够识别出明显的自然伽马GR和中子CNL值偏高、密度增大、声波时差值偏小的特征，自然伽马最高达140 API，密度达到2.644 5 g/cm3，声波229µs/m。随着压实作用的变强，从实测孔隙度渗透率数据来看，压实作用强烈的部位物性条件变得较差，孔隙度最小达到6.9%，渗透率0.404×10-3µm2。

图6 成岩作用测井曲线交会图

4.2 溶蚀相

溶蚀作用的结果主要表现为溶蚀孔隙，包括粒间溶孔、粒内溶孔、粒缘溶孔及铸模孔等。酸性流体环境下，溶蚀组分主要为长石、岩屑及碳酸盐胶结物等；而碱性流体环境中，石英也可能发生溶蚀。在测井曲线上溶蚀作用发育的层位常表现为中等自然伽马、低密度、中等中子孔隙度以及低声波时差［1］。一般情况下，中子和密度测井反应的是储层的总孔隙度，而声波时差则反应基质孔隙度，不反映次生孔隙度。因此在溶蚀作用发育的层位，其中子-密度孔隙往往比声波孔隙高，且深浅侧向测井的正幅度差较大。此种成岩相在J100井能够较好地识别出来，在2 931 m部位，密度呈现较小值2.363 g/cm3，声波时差也较低，值为255µs/m，补偿中子和自然伽马（76 API）均呈现较低的值。从对应的孔隙度和渗透率数据，可以看出的是在溶蚀相发育的部位，物性条件变得更佳，孔隙度可达12%，渗透率也可达到1×10-3µm2（图6b、6c）。

4.3 钙质胶结相

钙质胶结的产物主要包括方解石、白云石等，在成岩早期和晚期均可形成。早期多以粒状、栉壳状或镶嵌状结构出现，晚期则主要表现为自形铁方解石与铁白云石［1］。钙质胶结在测井特征上常呈现“钙尖峰”状，主要表现为高电阻、高体积密度、低自然伽马以及声波时差较小的特点。J98井3 061.11 m处发育明显的方解石胶结（图4a），测井曲线呈现出明显的低伽马、高电阻尖峰、密度于高位振荡、声波时差于低位振荡的特点。但从整个地区统计看来（图6d），钙质胶结并未造成密度测井的整体升高，以及声波时差的整体减小，孔隙度和渗透率的变化也没有明显降低（图2），这可能由于钙质胶结产物在后期发生溶蚀（图6d），使得原始物性得到了一定程度的恢复。

4.4 黏土胶结相

黏土胶结的产物常见有高岭石、绿泥石、伊利石等，这些胶结物均是在成岩过程中沉淀生成或者再生形成。在测井响应中，最典型的特征是自然伽马的相对高值、密度值相对较低、中子孔隙度偏大、声波时差偏大以及电阻率的相对低值。一般来说，胶结作用对储层的发育起破坏性作用，但绿泥石的环边胶结可能会阻止石英的次生加大，对储层起到一定的建设作用。绿泥石环边胶结常表现为中子孔隙偏低，且中子孔隙与密度孔隙差异较小，可依此特征将之与其他胶结作用加以区分。在研究区J110井3 039.7 m处，从扫描电镜可见明显的毛发状伊利石胶结，该处自然伽马曲线呈现明显升高，最高显示为83 API，密度变小，呈2.5 g/cm3左右，声波时差变大的特点，电阻率值偏低，显示为13Ω·m（图6d）。

4.5 硅质胶结相

硅质胶结主要表现为石英的次生加大以及孔隙中充填自生石英、蛋白石、以及玉髓和燧石等。测井曲线上未见明显特征，常表现为中—高密度、中—低声波时差、中—低电阻率以及较低的自然伽马值，深浅侧向表现为正幅度差。从薄片鉴定结果来看，在研究区J101井3 026.51 m处发育明显的石英次生加大，该处的测井响应特征也跟上述特征描述较为吻合。从孔隙度和渗透率数据来看，硅质胶结作用在一定程度上造成物性的变差。

5 测井成岩相的划分及判定

成岩测井相的识别是测井地质学与沉积岩石学的有机渗透与结合，从测井资料中能够挖掘出丰富的成岩信息。本研究通过薄片分析结果标定测井响应特征，选取自然伽马、三孔隙度、电阻率等敏感曲线进行标定，识别出5种成岩相：压实相、溶蚀相、钙质胶结相、黏土胶结相和硅质胶结相，其测井响应特征如表1。在此基础上，可利用测井响应特征反推研究区未取心层位的成岩相特征。

表1 独贵圈闭盒1段成岩相测井特征对比

研究发现，独贵圈闭盒1段主要发育中等压实作用。胶结作用主要发育钙质胶结和黏土胶结。为在测井上易于区分，在薄片鉴定胶结物含量的基础上，以钙质含量—黏土含量＞7%的样品点定位钙质胶结类型，以黏土含量—钙质含量＞7%的样品点定位黏土胶结。由此，在AC-RD交会图（图7）上可以划分出：黏土胶结区间为：声波时差AC≥230µs/m，电阻率RD＜22Ω·m；钙质胶结区间为：声波时差AC＜240µs/m，电阻率RD≥22Ω·m。

图7 独贵地区盒1段测井成岩相划分图版

根据薄片鉴定，对样品划分出强、中、弱溶蚀程度三种类型。溶蚀程度在RD-AC交会图版上显示较好，强、中、弱区间基本能划分。强溶蚀区声波时差AC≥246µs/m，中等溶蚀区228µs/m≤声波时差AC＜246µs/m，弱溶蚀区声波时差AC＜228µs/m。

综合分析以压实程度、溶蚀程度、胶结程度划分为基础，将盒1段划分为5种测井成岩相（表2）。

表2 独贵地区测井成岩相划分方案

6 结论

（1）独贵地区盒1段储层为低孔、特低渗储层。该层位成岩作用主要发育溶蚀作用、压实作用和胶结作用及少量交代作用。

（2）本次研究在独贵圈闭盒1段共识别出5种成岩相，分别是：压实相、溶蚀相、钙质胶结相、黏土胶结相、硅质胶结相。这5种成岩相在测井曲线上都有明显的响应特征。

（3）结合测井响应特征，独贵圈闭盒1段可划分出5种测井成岩相：中等压实强溶蚀相、中等压实中等溶蚀相（黏土胶结）、中等压实中等溶蚀相（钙质胶结）、中等压实弱溶蚀相（黏土胶结）、中等压实弱溶蚀相（钙质胶结）。通过测井交会图版可以识别出声波时差228µs/m、246µs/m，电阻率22Ω·m是本地区测井成岩相划分的关键判别数值。