子長北部地區盒8段儲層成巖作用研究

張文選,苗建宇,李輝,胡永勝

(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質學系,陜西西安710069; 2.延長油田股份有限公司,陜西延安716000)

研究區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中東部地區,中二疊世早期,隨著興蒙海槽的逐漸關閉,引起強烈的南北差異升降,加劇了早二疊世中晚期北隆、中洼、南隆的構造格局。由于海水繼續南撤,遠離本區,古氣候向干旱-半干旱轉變,已經沒有持久穩定的泥炭沼澤發育,晚古生代成煤史已經終結,盆地內形成了一套巨厚的以粗粒為主的碎屑巖建造,尤以盒8段砂層最為發育[1-3]。文章主要研究了子長北部地區盒8段儲集巖巖性、沉積特征、孔隙類型,以及成巖作用及其對儲層的影響。

1 巖石學特征

儲集巖巖性：研究區盒8段地層以巖屑石英砂巖為主,幾乎不含長石。30個分析樣品中石英含量為72%～91%,平均為81.3%,幾乎不含長石,偶見僅為1%。巖屑含量為12%～50%,平均為32%,主要為巖漿巖、噴發巖、變質巖、千枚巖、硅質巖、石英巖和泥巖,少量灰巖、板巖和片巖。

膠結物組分及其特征：膠結物含量為3%～10%,主要組分有硅質、碳酸鹽,以及少量水云母、泥鐵質和綠泥石。其中硅質含量占5%～35%,平均為16.09%。碳酸鹽含量占4%～35%,平均為12.10%。水云母含量占10%～70%,綠泥石薄膜的含量占5%,泥鐵質的含量占38.41%。

結構特征：石盒子組的膠結類型以孔隙式為主,偶見基底膠結。上部為含礫巖屑石英粗砂巖,下部以中、細粒的巖屑石英砂巖為主,分選好～中等,磨圓以次棱角狀為主,少量次圓和次棱～次圓狀。

辮狀河三角洲沉積體系：研究區石盒子組下部主要發育辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲兩個亞相,可進一步細分為水下分流河道和分流間灣兩個微相(如圖1),兩者交互出現組成了辮狀河三角洲前緣亞相[4]。前辮狀河三角洲亞相的沉積物粒度較細,多為深灰色泥巖、粉砂質泥巖及少量粉砂巖薄層,沉積構造主要發育水平層理、塊狀層理及少量沙紋交錯層理。位于三角洲前緣與淺湖過渡的寬廣平緩地帶,和淺湖泥呈過渡關系,二者一般很難區分,從沉積物組成來看主要為粉砂質泥巖、泥巖,有時含炭屑,水平層理、紋層發育,在測井曲線上表現為泥巖基線,多平直或呈弱齒狀。

2 儲層的孔隙類型

原生孔隙：殘余原生粒間孔(粒間孔)表現為是石英加大邊或自形石英晶邊所限的角狀孔,具幾何形狀、三角形、多邊形,孔壁平直(如圖2a、b)。

次生孔隙：本區盒8段儲層埋藏較深,壓實作用及后期成巖作用強烈,原生孔隙基本消失,只有極少數粒間孔,使原生孔隙具有平均面孔率低的特點。因而,次生孔隙是本區砂巖主要的孔隙類型。

粒間溶蝕孔隙：部分砂巖中的粒間孔隙在成巖過程中因部分碎屑和填隙物發生溶解而被改造擴大形成次生孔隙。

顆粒內溶孔：在石盒子組盒8段基本未見到長石。所以粒內溶孔主要見于巖屑中(如圖2c)。

晶間孔：常規鏡下能觀察到的主要是高嶺石晶間孔,它也是天然氣主要儲集空間之一。

裂縫：本區在鏡下薄片觀察中極少發現裂縫,但在巖心中可以經常到裂縫的發育(如圖2d),這些裂縫雖然不能有效地提高孔隙度,在一定的情況下,可以提高儲層的滲透率。

3 主要成巖作用類型及影響

儲集層成巖作用類型非常復雜,在埋藏成巖過程中各種成巖作用對砂巖的原生孔隙或保存或破壞以及次生孔隙的發育都產生一定的影響。壓實作用、粘土礦物、碳酸鹽、硅質膠結等膠結作用破壞了儲集層的物性。而溶蝕作用的發育則保存了原生粒間孔隙并且產生次生溶蝕孔隙,改善了儲集層的物性[5-6]。

3.1 壓實作用

本區的壓實作用主要表現為：(1)剛性碎屑之間的位移和重新排列(圖3a);(2)塑性顆粒(泥質巖屑、黑云母)的塑性變形、扭曲及其假雜基化(圖3b);(3)壓實定向組構,黑云母等沿長軸方向定向排列(圖3c);(4)碎屑顆粒間的緊密接觸,使得砂巖中碎屑間形成線接觸,導致空隙的減少或消失(圖3d)。

3.2 壓溶作用

通過對本區取樣薄片的鏡下觀察發現顆粒間的凹凸接觸以及進一步作用下的縫合線狀接觸,石英的自生加大充填粒間空隙,這些都是導致孔隙度降低的重要因素之一(圖4)。

3.3 膠結作用

石英的次生加大邊現象較常見(圖5a),其次充填于粒間孔的自生石英多呈它形或微-粉晶晶粒狀,并常交代粘土雜基。

薄片發現方解石膠結物少量的分散于骨架顆粒之間,更多的是大量的方解石膠結物呈致密鈣質層,充填粒間孔隙;常見方解石交代巖屑,充填巖屑表面溶蝕孔(圖5b)。

在研究區上古生界的砂巖中以綠泥石,伊利石為主,偶見高嶺石和伊蒙混層。綠泥石粘土膜的形成也大大縮小了砂巖的孔隙喉道(圖6a)。綠泥石除以環邊形式產出外,還呈葉片狀充填于粒間孔中(圖6b)。伊利石在掃描電鏡下呈卷曲片狀、毛發狀或圍繞顆粒呈薄膜狀、橋狀(圖6c)。伊蒙混層主要呈膜狀附著在顆粒表面上。伊利石可由鉀長石蝕變而成,也可由粘土雜基的重結晶或由孔隙水沉淀而成。高嶺石在本區中相對較少,但也是非常重要的膠結粘土礦物(圖6d)。

3.4 溶蝕作用

溶蝕作用是鄂爾多斯盆地重要的成巖作用,形成了大量的次生孔隙,對儲層質量的改善起到了至關重要的作用。被溶蝕的組分包括碎屑長石、巖屑、碳酸鹽及少量雜基,在本區的砂巖中主要是碎屑顆粒的邊緣、巖屑。巖屑顆粒的溶蝕以形成粒內溶孔和粒間溶孔為主,粘土雜基溶蝕形成粒間溶孔(圖7a)。

3.5 破裂作用

在研究區上古生界砂巖的薄片鑒定中發現有不少由于應力作用而使顆粒發生破裂形成的微裂縫,還有一些填隙物內的微裂縫。這些微裂縫的聯通大大改善了儲層的儲滲能力(圖7b)。

4 成巖階段劃分

成巖階段的劃分主要依據自生礦物組合、分布及形成順序、巖石結構、構造特征及孔隙類型、有機質成熟度等指標進行綜合分析。

在這里我們應用石油系統《碎屑巖成巖階段劃分規范》(SY/T5477-2000),對本區碎屑巖的成巖階段作一初步劃分。根據采集的資料和分析化驗數據,主要依據埋深,古地溫,鏡質體反射率(Ro%),I/S中S(%),自生粘土礦物,顆粒解除類型,固結程度以及空隙類型等資料對比(見表1)。

研究區的埋藏深度比較大,在2 290.5m～3 060m間,從表中可以看出屬于晚成巖階段的A期稍進入 B期。古地溫測定的數據為83℃～135℃,測試的深度在2 833.78m～2 844.25m,說明該段進入成巖階段的A期。鏡質組分反射率(RO)測定分析最大3.24,最小值2.29。說明該段成巖作用已普遍進入晚成巖C期階段。

石英的Ⅱ級加大比較普遍,碳酸鹽巖膠結物主要為含鐵的方解石,以及少量泥晶、細晶方解石;粘土礦物綠泥石,高嶺石,伊利石和伊/蒙混層(I/S)中綠泥石的相對含量比較高,其次是伊/蒙混層(I/S),伊利石的含量比較少,最少的是高嶺石,對比標準可以看出綠泥石,伊利石通常都是在晚成巖階段的B、C期才會大量出現。

綜合以上分析研究的結果,可以判斷出研究區上古生界的碎屑巖地層已經進入了晚成巖階段的A-B期。

5 結束語

研究區盒8段地層以巖屑石英砂巖為主,幾乎不含長石,膠結類型以孔隙式為主,偶見基底膠結。上部為含礫巖屑石英粗砂巖,下部以中、細粒的巖屑石英砂巖為主,分選好～中等,磨圓以次棱角狀為主,少量次圓和次棱～次圓,下部主要發育辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲兩個亞相,可進一步細分為水下分流河道和分流間灣兩個微相,兩者交互出現組成了辮狀河三角洲前緣亞相;儲層埋藏較深,壓實作用及后期成巖作用強烈,原生孔隙基本消失,只有極少數粒間孔,具有平均面孔率低的特點,因而,次生孔隙是本區砂巖主要的孔隙類型。儲集層成巖作用類型非常復雜,在埋藏成巖過程中各種成巖作用對砂巖的原生孔隙或保存或破壞以及次生孔隙的發育都產生一定的影響。壓實作用是造成砂巖儲層孔隙喪失的主要原因之一,而膠結作用加劇了原生孔隙的進一步減小,尤其是碳酸鹽膠結,其次是石英加大邊和高嶺石,但綠泥石膜膠結物的存在抑制了壓實作用的進一步進行,有利于粒間孔的保存,而成巖后期的溶蝕作用則保存了原生粒間孔隙并且產生次生溶蝕孔隙,改善了儲集層的物性,上古生界的碎屑巖地層已經進入了晚成巖階段的A-B期。

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