鄂爾多斯盆地馮地坑—洪德地區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖作用研究

羅軍梅，羅順社，陳小軍，朱俊強(qiáng)

（1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.中國(guó)石化勝利油田分公司海洋采油廠；3.中國(guó)石化中原油田分公司第四采油廠）

0 引言

馮地坑—洪德地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中西部，在區(qū)域構(gòu)造上西接天環(huán)坳陷，東鄰伊陜斜坡。研究區(qū)范圍北起定邊縣馮地坑鄉(xiāng)北部的池401井，南至環(huán)縣洪德鄉(xiāng)，東至定邊縣王盤山鄉(xiāng)，西達(dá)鹽池縣麻黃山鄉(xiāng)，總面積約5 500 km2（圖1）。筆者根據(jù)巖性、電性和古生物特征，將鄂爾多斯盆地中生界上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組共劃分為5段10個(gè)油層組，自下而上分別為長(zhǎng)10—長(zhǎng)1油層組。在長(zhǎng)6油層組沉積期，曲流河三角洲廣泛發(fā)育并持續(xù)向湖盆中心推進(jìn)，自下而上發(fā)育了長(zhǎng)63、長(zhǎng)62、長(zhǎng)61共3個(gè)小層。其中以長(zhǎng)61小層三角洲前緣厚層砂體最為發(fā)育。

研究區(qū)長(zhǎng)6油層組孔隙度平均值為9.97%，低于盆地其他部位的孔隙度平均值（如陜北地區(qū)和吳旗地區(qū)長(zhǎng)6油層組的孔隙度平均值分別為15.57%和11.1%）；滲透率平均值為0.88 mD，遠(yuǎn)低于陜北地區(qū)長(zhǎng)6油層組的滲透率平均值18.24 mD，而接近于吳旗地區(qū)長(zhǎng)6油層組的滲透率平均值0.94 mD。長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)層主要為低孔、低滲儲(chǔ)層，表明其砂巖孔隙結(jié)構(gòu)較差，這與孔隙成因中次生孔隙的含量較高有關(guān)，所以，研究對(duì)該油層組儲(chǔ)層物性有重要影響的成巖作用具有極其重要的意義。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)長(zhǎng)6油層組主要為三角洲平原和三角洲前緣亞相沉積，儲(chǔ)層主要發(fā)育在水下分支河道砂體中。該油層組砂巖分選性較差，磨圓度均為次棱角狀，成分和結(jié)構(gòu)成熟度較低，膠結(jié)物以鐵方解石、高嶺石和綠泥石為主。筆者對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖組分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，長(zhǎng)石、石英和巖屑的平均含量分別為46.79%，35.71%和17.50%。由圖2可看出，研究區(qū)主要發(fā)育長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖分類圖Fig.2 The sandstone classification of Chang 6 oil reservoir set in the study area

2 成巖作用類型及特征

通過巖石薄片觀察、陰極發(fā)光和掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)長(zhǎng)6油層組主要成巖作用有壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用。其中，前4種作用為破壞性成巖作用，其顯著特征是使原生孔隙度普遍降低；溶解作用為建設(shè)性成巖作用，可改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用主要發(fā)生在成巖作用早期，是引起砂巖孔隙度降低的主要原因之一。壓實(shí)強(qiáng)度與顆粒成分、埋深、填隙物類型和含量以及欠壓實(shí)有關(guān)［1］，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：①剛性顆粒發(fā)生破裂，主要是長(zhǎng)石和石英。②塑性顆粒發(fā)生變形、調(diào)整，常見于雜基支撐的巖屑長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖和粉砂巖中。③由于埋深加大，地層壓力增加，一方面使云母、泥巖等塑性巖屑顆粒受壓彎曲而發(fā)生變形、塑變、伸長(zhǎng)或被硬碎屑機(jī)械嵌入（圖版Ⅰ－1）；另一方面使碎屑顆粒長(zhǎng)軸近于水平方向緊密排列、位移和再分配，從而使碎屑顆粒接觸更加緊密，由點(diǎn)接觸→點(diǎn)—線接觸→線接觸，且局部出現(xiàn)凹凸接觸（圖版Ⅰ－2）。由于壓實(shí)作用使得顆粒重新充填，減小了粒間孔隙體積，從而降低了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。

2.2 壓溶作用

壓溶作用在孔隙異常壓力或較強(qiáng)的構(gòu)造應(yīng)力作用下，可導(dǎo)致顆粒在接觸點(diǎn)上的晶格變形和局部溶解［2］，常發(fā)生于較堅(jiān)硬的顆粒之間。如石英壓溶可導(dǎo)致顆粒之間相互穿插，從而呈現(xiàn)出線接觸、凹凸接觸以及縫合接觸（圖版Ⅰ－3），進(jìn)而使孔隙度降低。由于壓溶作用可使Si4+濃度有所增加，所以該作用容易出現(xiàn)石英次生加大的現(xiàn)象。當(dāng)孔隙介質(zhì)中碳酸鹽呈過飽和狀態(tài)時(shí)不利于壓溶，而酸性水、較高的溫度以及Mg2+和Mg2+/Ca2+的降低都有利于碳酸鹽巖壓溶作用的發(fā)生，所以，壓溶作用是破壞粒間孔隙的最主要因素之一［3］。由于長(zhǎng)6油層組砂巖成分成熟度較低，缺乏形成壓溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以，在薄片觀察中未見到十分明顯的壓溶現(xiàn)象，僅在個(gè)別石英顆粒集中部位有所發(fā)現(xiàn)。

2.3 膠結(jié)作用

隨著地層埋深的增加，溫度和壓力有所上升且孔隙水的化學(xué)性質(zhì)有所變化，從而使各種成巖自生礦物依次析出，進(jìn)而產(chǎn)生了膠結(jié)作用。該作用是僅次于壓實(shí)作用的破壞性成巖作用，由于膠結(jié)礦物占據(jù)了部分或全部壓實(shí)剩余的原生或次生孔隙，所以對(duì)儲(chǔ)層造成了很大影響，但不同的膠結(jié)礦物對(duì)儲(chǔ)層的影響有所差異［4］。研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖中的膠結(jié)作用有碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)和長(zhǎng)石膠結(jié)4種。其中，硅質(zhì)膠結(jié)和黏土礦物膠結(jié)較發(fā)育。

2.3.1 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)是對(duì)儲(chǔ)層破壞性最大的膠結(jié)作用，主要包括鐵方解石膠結(jié)物和鐵白云石膠結(jié)物，前者最為常見（圖版Ⅰ－4）。研究區(qū)方解石膠結(jié)物可分為早、晚2期，早期方解石膠結(jié)物不如晚期方解石膠結(jié)物常見。在研究區(qū)，鐵方解石交代長(zhǎng)石和巖屑的現(xiàn)象非常普遍（圖版Ⅰ－5），晚期方解石往往交代碎屑顆粒。碎屑顆粒的孤島狀分布是方解石交代碎屑顆粒的結(jié)果，交代強(qiáng)烈時(shí)可形成交代假象。

2.3.2 硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)對(duì)原生或次生孔隙均具有強(qiáng)烈的破壞作用，是成巖早—中期砂巖儲(chǔ)集性變差的主要因素之一，但其膠結(jié)物數(shù)量要遠(yuǎn)少于碳酸鹽膠結(jié)物。薄片資料統(tǒng)計(jì)表明，硅質(zhì)膠結(jié)可導(dǎo)致砂巖孔隙度降低1%～3%，尤其對(duì)于泥質(zhì)含量較少的細(xì)—中粒砂巖，其破壞作用更為顯著。由于研究區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖中的自生石英含量相對(duì)有限，所以硅質(zhì)膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)集空間的破壞性較小。

2.3.3 黏土礦物膠結(jié)

研究區(qū)黏土礦物膠結(jié)類型多樣，含量較高，主要有綠泥石、高嶺石、水云母和伊/蒙混層等。綠泥石膠結(jié)物因占據(jù)一定量的孔隙而減小了原生孔隙度，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有一定的破壞性。但是，當(dāng)綠泥石膠結(jié)物形成一定厚度時(shí)，反而會(huì)顯著提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，從而使砂巖部分原生孔隙得以保存（圖版Ⅰ－6）。 Ehrenberg［5］也認(rèn)為，正是由于包殼綠泥石薄膜膠結(jié)物的存在，挪威深埋藏條件下陸棚砂巖才得以保留異常高的孔隙度。高嶺石是砂巖中常見的自生黏土礦物，電鏡下觀察呈蠕蟲狀或書頁狀集合體（圖版Ⅰ－7），砂巖碎屑顆粒間的溶蝕孔內(nèi)常見到自生高嶺石充填，高嶺石書頁狀晶形保留了良好的晶間孔，是重要的儲(chǔ)集空間組成部分。水云母含量較高，在各個(gè)小層都比較發(fā)育，是一種重要的黏土礦物膠結(jié)。伊/蒙混層黏土礦物在研究區(qū)分布較為局限，多呈蜂窩狀集合體生長(zhǎng)于孔隙壁上（圖版Ⅰ－8）。

2.3.4 長(zhǎng)石膠結(jié)

研究區(qū)長(zhǎng)石膠結(jié)物大多數(shù)是早成巖階段晚期和中成巖階段的熱液沉淀物，多以長(zhǎng)石碎屑次生加大邊的形式出現(xiàn)，部分以充填孔隙的次生鈉長(zhǎng)石的形式出現(xiàn)，但由于膠結(jié)物含量低，所以對(duì)儲(chǔ)層破壞性很小。

2.4 交代作用

交代作用是一種礦物被另一種成分不同的礦物所替代的作用，實(shí)質(zhì)上是溶解和沉淀同時(shí)進(jìn)行的作用，交代前后原巖的體積不變。交代作用往往從被替代礦物的邊部開始，使長(zhǎng)石在鏡下呈港灣狀，也有石英被碳酸鹽礦物交代的現(xiàn)象［6］。研究區(qū)交代作用主要表現(xiàn)在碳酸鹽礦物對(duì)碎屑顆粒長(zhǎng)石、石英和膠結(jié)物的交代，以及黏土礦物對(duì)碎屑顆粒長(zhǎng)石、石英等的交代（圖版Ⅰ－9）。

2.5 溶解作用

砂巖儲(chǔ)集層因常經(jīng)受不同程度的溶蝕作用改造而形成多種類型次生孔隙并存的狀態(tài)，對(duì)改善砂巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能起到了積極作用［7］。溶解作用可表現(xiàn)為對(duì)碎屑顆粒的溶解以及對(duì)雜基和膠結(jié)物的溶解等，對(duì)儲(chǔ)層的形成十分有利，所以又稱為建設(shè)性成巖作用。雖然該作用能改善儲(chǔ)層砂巖的儲(chǔ)滲性，但不能從根本上改變儲(chǔ)層低孔、低滲的面貌［8］。研究區(qū)長(zhǎng)6油層組溶解物組分包括鋁硅酸鹽和硅質(zhì)，鏡下可觀察到長(zhǎng)石和巖屑的不同溶解程度（圖版Ⅰ－10）：溶解較輕微時(shí)多沿解理縫或微裂縫進(jìn)行，逐步擴(kuò)展，形成溶蝕港灣；溶解強(qiáng)烈時(shí)僅余殘骸或完全溶解。硅質(zhì)溶解一般沿顆粒邊緣發(fā)生，向顆粒或自生石英內(nèi)部發(fā)展，形成蠶食港灣狀，或被碳酸鹽等較晚期膠結(jié)組分所交代（圖版Ⅰ－11）。

3 成巖階段及成巖序列

根據(jù)巖石學(xué)、古地溫和有機(jī)質(zhì)成熟度等特征，將碎屑巖成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段和晚成巖階段。其中，早成巖階段劃分為早成巖A期和B期，晚成巖階段劃分為晚成巖A期、B期和C期。筆者通過單偏光顯微鏡、掃描電鏡、陰極發(fā)光、X-射線衍射及流體包裹體均一溫度測(cè)試等資料對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6油層組進(jìn)行研究，認(rèn)為該油層組砂巖成巖階段主要處于中成巖A期。結(jié)合流體包裹體測(cè)溫、鏡質(zhì)體反射率、成巖裂縫等測(cè)試結(jié)果，總結(jié)出了長(zhǎng)6油層組砂巖成巖演化序列的綜合模式（圖3）。

圖3 研究區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖成巖演化序列綜合模式圖Fig.3 The diagenetic evolution series of sandstone of Chang 6 oil reservoir set in the study area

筆者根據(jù)薄片觀察和掃描電鏡分析，按自生礦物或成巖事件首次出現(xiàn)的相對(duì)順序，總結(jié)出研究區(qū)砂巖主要成巖序列：早期黏土膜→壓實(shí)作用→長(zhǎng)石、巖屑溶解→次生孔隙形成→自生高嶺石→石英、長(zhǎng)石次生加大→晚期鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)作用。

4 成巖相類型及特征

關(guān)于成巖相的概念，不同研究者理解不同。鄭榮才等［9］將在特定沉積和成巖物理化學(xué)環(huán)境中物質(zhì)表現(xiàn)和成巖作用組合與演化的總體特征定義為“碎屑巖儲(chǔ)層成巖相”。該成巖相包括碎屑物沉積時(shí)物理化學(xué)環(huán)境、碎屑沉積物固結(jié)成巖方式和成巖過程孔隙水演化歷史3方面內(nèi)容，可反映儲(chǔ)層形成過程中各成巖階段孔隙水的性質(zhì)與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系。成巖相是構(gòu)造、流體、溫壓等條件對(duì)沉積物綜合作用的結(jié)果，其核心內(nèi)容為現(xiàn)今的礦物成分和組構(gòu)面貌是表征儲(chǔ)集體性質(zhì)、類型和優(yōu)劣的成因性標(biāo)志。借助成巖相可以研究?jī)?chǔ)集體的形成機(jī)理、空間分布與定量評(píng)價(jià)［10］。

4.1 成巖相類型

成巖相反映成巖環(huán)境的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和巖石物理特征的總和，其命名采用巖性加主要作用（或作用環(huán)境）聯(lián)合命名的原則［11］。筆者根據(jù)研究區(qū)成巖作用的分析，結(jié)合沉積相的研究，在鑄體薄片、掃描電鏡和X-射線衍射分析的基礎(chǔ)上，把研究區(qū)儲(chǔ)層劃分為5個(gè)主要的成巖相：高嶺石膠結(jié)相（圖版Ⅰ－12）、綠泥石膠結(jié)相（圖版Ⅰ－13）、鐵方解石膠結(jié)相（圖版Ⅰ－14）、綠泥石薄膜+長(zhǎng)石溶蝕相（圖版Ⅰ－15）以及長(zhǎng)石溶蝕相（圖版Ⅰ－16）（表1）。

表1 研究區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖相類型Table 1 The diagenetic facies categories of Chang 6 oil reservoir set in the study area

4.2 成巖相帶平面展布特征

不同成巖相類型控制不同的儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征和儲(chǔ)集物性，所以成巖相的展布有助于儲(chǔ)層的區(qū)域評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)［12］。在實(shí)際工作中，筆者將沉積微相圖、孔隙度和滲透率分布圖以及成巖相圖進(jìn)行疊合處理，以取心井成巖相為主，對(duì)非取心井及井間區(qū)域利用物性分布圖進(jìn)行合理推測(cè)，并對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖相帶的平面展布進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

長(zhǎng)61小層可劃分為5種成巖相：鐵方解石膠結(jié)相、綠泥石膠結(jié)相、高嶺石膠結(jié)相、綠泥石薄膜+長(zhǎng)石溶蝕相和長(zhǎng)石溶蝕相（圖4），且以綠泥石薄膜＋長(zhǎng)石溶蝕相和鐵方解石膠結(jié)相為主。鐵方解石膠結(jié)相主要發(fā)育于河道砂體的邊部及砂體厚度較薄的區(qū)域（如研究區(qū)北部砂體的邊部及西部羅73井—黃84井一帶砂巖厚度較薄的地方），這是因?yàn)槟鄮r中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過強(qiáng)烈的脫羧基作用，容易形成二氧化碳水溶液，導(dǎo)致這些地區(qū)的鐵方解石膠結(jié)物含量較高；綠泥石膠結(jié)相是長(zhǎng)61小層的主要成巖相，主要發(fā)育于研究區(qū)的大部分水下分流河道砂體中；高嶺石膠結(jié)相在研究區(qū)較發(fā)育，主要分布在黃139井—耿239井一帶；綠泥石薄膜+長(zhǎng)石溶蝕相在研究區(qū)較發(fā)育，為次生孔隙的形成提供了良好條件，主要分布在研究區(qū)中部的黃41井—耿162井一帶；長(zhǎng)石溶蝕相在研究區(qū)發(fā)育較差，只在耿163井—耿224井一帶和耿69井—耿25井一帶發(fā)育。

圖4 研究區(qū)長(zhǎng)61小層成巖相圖Fig.4 The diagenetic facies of Chang 61sublayer in the study area

長(zhǎng)62小層可劃分為4種成巖相：鐵方解石膠結(jié)相、長(zhǎng)石溶蝕相、綠泥石膠結(jié)相和高嶺石膠結(jié)相（圖5），且以鐵方解石膠結(jié)相和高嶺石膠結(jié)相為主。鐵方解石膠結(jié)相主要分布在研究區(qū)的西部和南部，在河道砂體的邊緣部位和砂體厚度較薄的區(qū)域（如東部的池29井—耿157井一帶）也比較發(fā)育；在研究區(qū)中部耿267井和耿271井一帶以及姬塬地區(qū)附近主要為長(zhǎng)石溶蝕相，分布范圍較小；綠泥石膠結(jié)相在研究區(qū)大范圍分布，是長(zhǎng)62小層的主要成巖相，主要分布在黃84井—黃29井一帶以及東部的王盤山—樊學(xué)大部分區(qū)域；東南部羅10井—耿36井一帶和耿185井—羅206井一帶以及研究區(qū)北部都有高嶺石成巖相發(fā)育。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖作用類型有壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，其中，前4種為破壞性成巖作用，而溶解作用為建設(shè)性成巖作用。該油層組砂巖成巖階段主要處于中成巖A期，主要成巖序列為：早期黏土膜→壓實(shí)作用→長(zhǎng)石、巖屑溶解→次生孔隙形成→自生高嶺石→石英、長(zhǎng)石次生加大→晚期鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)作用。

（2）根據(jù)自生礦物成分、膠結(jié)物及孔隙發(fā)育狀況，研究區(qū)長(zhǎng)6油層組可劃分為高嶺石膠結(jié)相、綠泥石膠結(jié)相、鐵方解石膠結(jié)相、綠泥石薄膜+長(zhǎng)石溶蝕相和長(zhǎng)石溶蝕相5種成巖相，且以高嶺石膠結(jié)相和綠泥石膠結(jié)相為主。長(zhǎng)石溶蝕相和綠泥石薄膜+長(zhǎng)石溶蝕相的孔隙度和滲透率最好，在低滲透砂巖儲(chǔ)層中物性相對(duì)較好。

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