鄂爾多斯盆地高橋——杏河地區盒8段儲層特征

吳昌榮 李朝曾 張劍峰 嵇業成 王安發 李西軍 黃航娟

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059；2.長慶油田分公司 長南氣田開發項目部，西安710018）

高橋－杏河地區位于陜西省安塞縣、志丹縣，北起鐮刀灣，西到薛岔 旦八鎮，東界和南界為礦權線。油氣勘探面積近6000km2。近幾年來上古生界二疊系石盒子組致密砂巖層的天然氣勘探獲得突破，通過持續的勘探工作，研究區已形成重要的儲量接替區。據統計，目前致密砂巖氣已占中國天然氣總探明地質儲量的40%，約占全國天然氣可采儲量的1／3，總年產量的1／5左右，并將繼續成為儲量和產量增長的亮點［1－3］。盒8段的致密砂巖氣藏是研究區最具現實勘探開發意義的非常規天然氣領域。目前研究區尚處于開發早期階段，其主力產層盒8段的儲層特征亟待得到系統認識。本文基于區域地質背景，主要根據鉆井資料，分析常規巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、孔滲分析、壓汞實驗結果，對高橋－杏河地區盒8段開展儲層地質特征研究，為研究區確定勘探策略及編制開發方案提供科學依據，對其他類似地區的儲層特征研究也具有一定借鑒意義［4－6］。

1 地質背景

鄂爾多斯盆地是中國大陸第二大盆地，它是在前寒武紀結晶基底基礎上發育起來的沉積盆地，屬于穩定的克拉通內盆地，其中的沉積巖層厚度、范圍大，且分布穩定。該盆地也是一個“聚寶盆”，集油氣、煤和鈾等多種能源礦產于一盆，其中蘊藏著豐富的油氣資源，古生界中主要富集天然氣，中生界中主要分布石油［7］。

鄂爾多斯盆地沉積蓋層的發育大體可分為淺海臺地（早古生代）、濱海平原（晚古生代）、內陸拗陷（中生代）、周邊斷陷（新生代）4個階段。在各個沉積階段形成了不同的沉積特征、沉積環境和沉積體系。在晚古生代中二疊世石盒子期，興蒙海槽西段褶皺關閉，受其擠壓應力的影響，北部的阿拉善、陰山古隆起進一步抬升，盆地內地形隨之變陡，來自北部剝蝕區的大量粗碎屑物質由河流向南搬運，造成沖積平原相區迅速向南擴大，迫使湖水不斷向南退去；同時，三角洲體系快速向湖推進，致使三角洲平原相帶向南遷移，平原相區縮小，前緣相區增大。區域沉積總體繼承性較強［7－9］。

高橋－杏河地區構造位置為鄂爾多斯盆地伊陜斜坡靖邊古潛臺南部。在盆地內7個一級構造單元中，該區東部屬于陜北古拗陷，西部屬于中央古隆起，中部的陜北古拗陷和中央古隆起也被稱為伊陜斜坡或陜北斜坡（圖1）。研究區內不發育斷層，地勢比較平坦，是平均坡度＜1°的西傾大單斜［8］。

圖1 鄂爾多斯盆地構造分區及研究區位置Fig.1 The tectonic division of Ordos Basin and the position of the study area

研究區鉆井鉆遇的地層自上而下依次為：第四系；侏羅系安定組、直羅組、延安組；三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組；二疊系石千峰組、石盒子組、山西組、太原組；石炭系本溪組；奧陶系馬家溝組。其中上古生界簡況見表1。古生界奧陶系馬家溝組、石炭系太原組、二疊系山西組和石盒子組為該區重要的含氣層，其中下石盒子組的第8段是主力產層之一。

研究區內石盒子組屬于河流－三角洲相沉積，儲層物性較好，砂巖儲層主要沿古河道走向分布。其中盒8段發育辮狀河三角洲平原－辮狀河三角洲前緣亞相沉積［10，11］。

2 儲層巖石學特征

通過巖心觀察及取樣磨制巖石薄片鑒定，盒8段的儲層主要為砂巖。在成分上，盒8段碎屑成分均以石英占明顯優勢，其次為巖屑，以變質巖碎屑為主，次為噴出巖碎屑，沉積巖碎屑較少見，稀見長石；膠結物以硅質為主，多以石英次生加大形式出現，次為碳酸鹽，多為方解石，呈斑點斑塊狀分布；填隙物除黏土雜基外，也較常見自生黏土礦物高嶺石和伊利水云母，偶見個別雜基含量較高（表2）。盒8段儲層的巖石類型主要為石英砂巖、純石英砂巖（石英的質量分數＞95%的砂巖）、巖屑石英砂巖，其次為巖屑砂巖（表3，圖2）［12］。巖石結構上，盒8段以中、粗粒結構為主，樣品中的中砂巖占到近半數，粗砂巖次之，細砂巖最少。盒8段分選中等，部分分選中偏差，局部含礫及泥礫；磨圓度以次棱角狀－次圓狀為主，少部分為圓狀，少許為棱角狀。

表1 鄂爾多斯盆地高橋 杏河地區上古生界地層表Table 1 The stratigraphic chart of Upper Paleozoic in the Gaoqiao－Xinghe area of Ordos Basin

3 儲層孔隙類型

研究區盒8段儲層為碎屑巖儲層，根據常規薄片、鑄體薄片鑒定，并結合掃描電鏡分析，認為盒8段現存的孔隙類型包括剩余原生粒間孔、粒緣溶孔、粒內溶孔、填隙物晶間孔及晶間溶孔等。

表2 高橋 杏河地區二疊系盒8段儲層薄片鑒定巖石成分（面積分數／%）Table 2 Rock composition by thin section determination of Member 8of the Permian Shihezi Formation reservoir in the Gaoqiao－Xinghe area

表3 高橋 杏河地區二疊系盒8段儲層薄片鑒定巖石類型Table 3 Rock types by thin section determination of Member 8of Permian Shihezi Formation reservoir in the Gaoqiao－Xinghe area

3.1 剩余原生粒間孔

經壓實壓溶和膠結作用等成巖作用改造后，典型的剩余粒間孔一般呈棱角狀，可為不規則的三角形、四角形等（圖2－A，B）。

3.2 粒緣溶孔及粒間溶孔

粒緣溶孔主要表現為圍限剩余原生粒間孔的顆粒邊緣，呈港灣狀、凹凸狀或鋸齒狀，由顆粒邊緣發生溶蝕所致（圖2－C）。

3.3 粒內溶孔及鑄模孔

粒內溶孔總體欠發育，主要見于部分巖屑內（圖2－D）。石英組分的粒內溶孔一般連通性差（圖2－E，F），貢獻甚微；長石顆粒的粒內溶孔較為發育（圖2－G），但研究區盒8段儲層中少見長石，載體稀缺。鑄模孔在研究區盒8段儲層中也極少出現。

3.4 填隙自生礦物晶間孔及晶間溶孔

研究區盒8段儲層孔隙內的填隙自生礦物，除膠結物外，主要為高嶺石和伊利水云母。在其充填而未填塞死的原孔隙（主要為剩余粒間孔和粒緣溶孔）內，現今表現為自生礦物晶間孔（圖2－H）；局部有少許自生礦物溶解就表現為晶間溶孔（圖2－I，J）。

3.5 構造裂縫

在研究區盒8段儲層中，無論是巖心觀察還是巖石薄片鏡下觀察，所見的裂縫都較少（圖2－K，L），但構造裂縫這種孔隙類型無疑是存在的。雖然微裂縫在儲層孔隙中總量極少，但是未充填或半充填的微裂縫在儲層中可起到連通孔隙的重要作用。

在上述孔隙類型中，最重要也是最主要的是剩余原生粒間孔，其次是粒緣溶孔和粒內溶孔，再次是自生礦物晶間孔；其他類型孔隙因數量很少而對儲層的貢獻很有限。

4 儲層物性特征

4.1 盒8段儲層常規物性

圖2 高橋 杏河地區二疊系盒8段的儲層孔隙類型Fig.2 Reservoir pore types of Member 8of Permian Shihezi Formation in Gaoqiao－Xinghe area

所謂儲層常規物性主要指孔隙度和滲透率。將研究區盒8段13口井的566個孔隙度、559個滲透率分析資料進行統計，其孔、滲分布如圖3、圖4所示。總體上盒8段孔隙度值域為0.64%～15.90%，相差2個數量級，平均值僅為6%左右；滲透率值域為0.0018×10－3～32.9165×10－3μm2，相差4個數量級，平均值不到0.3×10－3μm2，即大多數樣品的滲透率低于鄂爾多斯盆地上古生界天然氣藏“相對高滲儲層”滲透率下限值0.5×10－3μm2，這預示研究區的天然氣富集與高產受到很大制約［13］。

圖3 盒8段儲層孔隙度分布頻率直方圖Fig.3 Frequency histogram of porosity distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖4 盒8段儲層滲透率分布頻率直方圖Fig.4 Frequency histogram of permeability distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

在上述統計數據中，盒8上、下亞段的各自物性如表4所示，總體上盒8段儲集物性上亞段略優于下亞段。兩個亞段的孔、滲分布如圖5、圖6所示。

圖5 盒8上、下亞段儲層孔隙度分布頻率直方圖Fig.5 Frequency histogram of porosity distribution of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖6 盒8上、下亞段儲層滲透率分布頻率直方圖Fig.6 Frequency histogram of permeability distribution of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

用盒8段物性分析中孔滲配套的533個樣品的孔、滲數據制作散點圖（圖7）。結果顯示，盒8段儲層孔、滲有一定相關性，是較為復雜的乘冪關系，其關系式為 K＝0.0038φ1.8043，相關系數0.7977。這很可能與成巖作用有關。

盒8段儲層孔隙度φ＜5%的“差”儲層占45.40%，在5%～10%的“較差”儲層占43.29%，在10%～15%的“中等”儲層占10.95%，＞15%的“較好”儲層，僅占0.35%。滲透率評價更差，K＜1×10－3μm2的“不滲透”層或致密儲層占比高達95.88%，在1×10－3～10×10－3μm2的“差”儲層或低滲透儲層占3.94%，屬于滲透性“較差”的常規儲層僅占0.18%，可以忽略不計［14］。因此，高橋－杏河地區盒8段儲層總體上屬于低孔低滲甚至超低孔超低滲儲層［15］。在低孔低滲－超低孔超低滲的大背景下，研究區仍有物性（因滲透率受裂縫影響較大，著重考慮孔隙度參數）相對較好的井區及層段（圖5、圖6）。

圖7 盒8段儲層孔、滲分布散點圖Fig.7 Scatter plot of the porosity and permeability distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表4 盒8段上、下亞段儲層物性統計Table 4 Physical properties of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

4.2 盒8段儲層孔隙結構

4.2.1 壓汞實驗反映的儲層孔隙結構

研究區盒8段7口井7個代表性樣品的壓汞實驗結果反映了儲層孔隙結構（表5）。表中對孔隙結構好、中、差的評價，只是一個相對優劣的概念。按照毛管壓力參數的分類評價［16］，主要考慮排驅壓力和中值壓力，表5中“較好”的樣品有1個，“中等”的樣品有1個，“中－差”的樣品有4個，“差”的樣品有1個。其代表性毛管壓力曲線及孔喉分布如圖8、圖9所示。儲層孔隙結構相對較好，孔喉組合為中孔中喉，粗歪度，孔喉半徑較大，孔喉分選較好，孔喉大小分布相對集中和均勻，孔喉連通比例高，則儲層孔隙度較大，滲透率明顯更大。

4.2.2 鑄體薄片顯示的儲層孔隙結構

來自研究區4口井10個盒8段鑄體薄片的圖像分析資料（大多是下亞段）從喉道數、面孔率、平均孔隙直徑、喉道直徑、平均配位數等方面顯示了儲層孔隙結構（表6）。代表性的孔隙大小及二維切面的喉道分布如圖10、圖11、圖12所示。

表5 盒8段儲層孔隙結構參數Table 5 Parameters of pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖8 S298井盒8段孔隙結構較好的毛管壓力曲線及孔喉分布Fig.8 Capillary pressure curve and the distribution of pores and throats with better pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖9 S293井盒8段孔隙結構較差的毛管壓力曲線及孔喉分布Fig.9 Capillary pressure curve and the distribution of pores and throats with poor pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表6 盒8段儲層鑄體薄片圖像分析孔隙結構參數匯總表Table 6 Parameters of pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖10 盒8段鑄體薄片圖像分析孔隙結構Fig.10 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表6中10個鑄體薄片中有6個未見喉道，實際巖石樣品中不可能沒有喉道。這一方面反映切面二維空間的局限性，另一方面說明儲層以＜1 μm喉道占絕對優勢，稍寬的喉道太少，隨機的一個切面切到的幾率太小。相對而言，圖11所代表的儲層明顯優于圖12所代表的儲層，甚至優于圖10所代表的儲層。

綜上所述，盒8段儲層孔隙結構與常規物性反映的地質規律是完全一致的，孔隙結構上也反映了盒8段低孔低滲－超低孔超低滲儲層物性特征。

圖11 盒8段鑄體薄片圖像分析孔隙結構Fig.11 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

圖12 盒8段鑄體薄片圖像分析孔隙結構Fig.12 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

5 主控因素討論

高橋－杏河地區盒8段儲層物性較差，屬于低孔低滲甚至超低孔超低滲砂巖儲層，其形成主要受到沉積作用、成巖作用以及構造作用的控制［17，18］。

5.1 沉積作用對儲層特征的控制

物源、氣候、搬運、沉積、再搬運、再沉積等地質過程對儲層特征起到根本的控制作用。物源區母巖以變質巖和花崗巖為主就可為原始孔隙保持創造條件。搬運過程決定多期河道疊加充填模式，控制沉積物的粒度、分選、磨圓、泥質含量等，影響儲層物性。沉積相對儲層特征影響最直接。一方面，沉積相控制儲層的橫向展布和縱向疊置。盒8段儲層主要為砂巖，其橫向展布主要受到陸相辮狀河三角洲平原和三角洲前緣河道砂體分布的控制，縱向疊置主要受到古河道遷移的控制。另一方面，沉積相既與原生孔隙的發育關系密切，又是次生孔隙發育的先導條件。通常最主要最常見的次生孔隙多為溶蝕孔隙，碎屑巖儲層中次生溶蝕孔隙以粒內溶孔居多，而粒內溶孔更多見于長石顆粒；巖石薄片中偶見個別長石，粒內溶孔發育也明顯優于其他碎屑顆粒。研究區盒8段儲層中次生粒內溶孔欠發育，與沉積產物中缺少長石成分不無關系，即該套儲層中缺乏次生孔隙發育的物質基礎。總之，沉積作用是儲層特征的物質基礎。

5.2 成巖作用對儲層特征的控制

研究區盒8段碎屑巖儲層中，雜基含量不高，有利于原生粒間孔的發育；但原生粒間孔遭受成巖改造強烈，原生粒間孔消減較為明顯。首先是壓實壓溶，導致原生粒間孔逐步縮減；再則其膠結作用發生較晚，為壓實壓溶的強化創造了條件；同時，盒8段的砂巖以硅質膠結為主，而硅質主要來自石英顆粒間的壓溶產物，其孔隙式膠結導致原生粒間孔縮減疊加。由壓實壓溶作用主導的原生粒間孔隙縮減的雙重效應，是造成盒8段碎屑巖儲層低孔低滲的主要原因。值得特別注意的是，不同巖性的致密化機理可能有較大差異，石英砂巖主要是硅質膠結作用使其致密化，而巖屑砂巖主要是壓實作用使其致密化［19，20］。加之建設性的溶蝕改造欠發育，相反在成巖晚期自生礦物高嶺石和水云母對先期孔隙的充填改造，使孔隙進一步消減，以致儲層低孔低滲的性質進一步強化。由此可見，盒8段雖然具備原生粒間孔發育的有利條件，但經過前述建設性不足而破壞性過剩的致密化成巖作用改造，形成現今低孔低滲甚至超低孔超低滲儲層。總之，成巖作用是儲層特征的改造條件。

5.3 構造作用對儲層特征的控制

由于研究區的構造平緩，構造作用對儲層特征的影響不甚明顯。但在巖心觀察和薄片鏡下鑒定中發現的少量（微）裂縫，也顯示了后期構造作用對儲層改造作用的存在。鄂爾多斯盆地中新生代印支期、燕山期、喜馬拉雅期先后發生數次構造活動，并且主應力場方向有所變化，這就可能形成多期構造（微）裂縫［21］。這些半充填或未充填的（微）裂縫本身既可形成一種儲集空間，又極大地改善儲集巖的滲透性；另外，早期形成的（微）裂縫對于成巖作用的發生也有促進作用。所以構造作用對于改善研究區盒8段這種低孔低滲甚至超低孔超低滲儲層的物性以及烴類運移具有重要意義。總之，構造作用是儲層特征的演化動力。

6 結論

a.高橋－杏河地區盒8段儲層的巖石類型主要為中、粗粒石英砂巖、純石英砂巖、巖屑石英砂巖，其次為巖屑砂巖。巖石的成分成熟度高，結構成熟度中等。

b.高橋－杏河地區盒8段儲層的孔隙類型主要是剩余原生粒間孔，其次是粒緣溶孔和粒內溶孔，再次是自生礦物晶間孔；其他類型孔隙因數量很少對儲層的貢獻有限。

c.高橋－杏河地區盒8段上亞段儲層物性略優于下亞段。盒8段儲層在常規物性及孔隙結構上表現為低孔低滲－超低孔超低滲特征。在此大背景下，存在儲集物性相對較好的井區和儲層段。

d.高橋－杏河地區盒8段儲層特征的主控因素包括沉積作用、成巖作用、構造作用。沉積作用是儲層特征的物質基礎，成巖作用是儲層特征的改造條件，構造作用是儲層特征的演化動力。盒8段儲層的展布主要受到陸相辮狀河三角洲平原和三角洲前緣河道砂體分布和古河道遷移的控制。盒8段儲層經歷了建設性不足而破壞性過剩的致密化成巖作用改造。構造作用形成的少量（微）裂縫對改善盒8段這種低孔低滲甚至超低孔超低滲儲層的物性以及烴類運移具有重要意義。

［1］邱中建，趙文智，鄧松濤.我國致密砂巖氣和頁巖氣的發展前景和戰略意義［J］.中國工程科學，2012，14（6）：4－8.

［2］胡文瑞.低滲透油氣田概論：迅速崛起的鄂爾多斯盆地（上冊）［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［3］康毅力，羅平亞.中國致密砂巖氣藏勘探開發關鍵工程技術現狀與展望［J］.石油勘探與開發，2007，34（2）：239－245.

［4］Ryan Thomas Lemiski，Dr Jussi Hovikoski，Dr S George Pemberton，et al.Sedimentological ichnological and reservoir characteristics of the lowpermeability，gas－charged Alderson Member（Hatton gas field，southwest Saskatchewan）：Implications for resource development［J］.Bulletin of Canadian Petroleum Geology，2011，59（1）：27－53.

［5］Shanley K W，Cluff R M，Robinson J W.Factors controlling prolific gas production from low－permeability sandstone reservoirs：Implications for resource assessment，prospect development，and risk analysis［J］.AAPG Bulletin，2004，88（8）：1083－1121.

［6］Adam Law，Joan Megson，Malcolm Pye.Low permeability reservoirs：introduction［J］.Petroleum Geoscience，2001，7（1）：2.

［7］長慶油田石油地質志編寫組.中國石油地質志（卷十二）：長慶油田［M］.北京：石油工業出版社，1992.

［8］何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣［M］.北京：石油工業出版社，2003.

［9］楊俊杰.鄂爾多斯盆地構造演化與油氣分布規律［M］.北京：石油工業出版社，2002.

［10］張福禮，黃舜興，楊昌貴，等.鄂爾多斯盆地天然氣地質［M］.北京：地質出版社，1994.

［11］萬鈞，王偉鋒，陳剛強.高橋－杏河地區砂體分布規律及沉積相研究［J］.西部探礦工程，2008，20（9）：85－87.

［12］SY／T 5368－2000，巖石薄片鑒定［S］.北京：國家石油和化學工業局，2000.

［13］趙文智，汪澤成，陳孟晉，等.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣優質儲層形成機理探討［J］.地質學報，2005，79（6）：833.

［14］陳榮書.石油及天然氣地質學［M］.武漢：中國地質大學出版社，1994.

［15］趙靖舟，吳少波，武富禮.論低滲透儲層的分類與評價標準——以鄂爾多斯盆地為例［J］.巖性油氣藏，2007，19（3）：28－31，53.

［16］羅蟄潭，王允誠.油氣儲集層的孔隙結構［M］.北京：科學出版社，1986.

［17］于興河.油氣儲層地質學基礎［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［18］楊奕華，包洪平，賈亞妮，等.鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲集層控制因素分析［J］.古地理學報，2008，10（1）：25－32.

［19］南珺祥，解麗琴，劉綏保，等.鄂爾多斯蘇里格氣田二疊系低孔低滲儲層成因［J］.西北大學學報：自然科學版，2005，35（2）：207－211.

［20］徐波，韓宗元.米脂氣田上古生界盒8段儲層特征及成巖作用評價［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（5）：17－22，29.

［21］張義楷，周立發，黨犇，等.鄂爾多斯盆地中新生代構造應力場與油氣聚集［J］.石油實驗地質，2006，28（3）：215－219.