蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分

許 磊于興河楊 勇李順利田倩倩周 越

1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2.中國石油長慶油田公司

蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分

許 磊1于興河1楊 勇2李順利1田倩倩1周 越1

1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2.中國石油長慶油田公司

許磊等.蘇里格南部地區(qū)盒8段致密砂巖儲層成巖作用及成巖相劃分.天然氣工業(yè)，2012，32（7）：15-20.

蘇里格南部地區(qū)是蘇里格氣田新的資源接替區(qū)，目的層段為下二疊統(tǒng)石盒子組盒8段致密砂巖低滲透儲層。為預(yù)測該區(qū)有利孔滲性成巖相，利用鑄體薄片、掃描電鏡等資料對盒8段儲層的成巖作用及其演化規(guī)律進(jìn)行了綜合研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：盒8段經(jīng)過強(qiáng)烈的壓實作用，原生孔隙基本消失殆盡，硅質(zhì)膠結(jié)、黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象在儲層中都有發(fā)育，壓實作用和膠結(jié)作用是造成儲層致密和低孔低滲的主要因素，但是溶蝕作用又使得儲層發(fā)育次生孔隙，從而為氣藏形成提供了基礎(chǔ)。通過判別自生礦物類型、鏡下顆粒接觸形態(tài)、孔隙類型、膠結(jié)物類型，以及對泥巖鏡質(zhì)體反射率的測定，認(rèn)為該區(qū)盒8段已處于中成巖的B期和晚成巖期的過渡階段。結(jié)合勘探現(xiàn)狀及沉積相展布特征的研究成果，將該區(qū)儲集層劃分為4種成巖相，其中相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相為最有利的儲集相帶；低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相次之；低孔滲中—細(xì)粒膠結(jié)相、特低孔滲細(xì)粒—泥質(zhì)致密壓實相為非有利儲集相帶，儲集條件較差。

蘇里格南部地區(qū) 早二疊世 致密砂巖 儲集層 成巖作用 成巖相

成巖相是構(gòu)造、流體、溫壓等條件對沉積物綜合作用的結(jié)果，預(yù)測有利孔滲性成巖相是儲集層研究和油氣勘探的重點(diǎn)［7－9］。為此，筆者對蘇南沉積相進(jìn)行研究，優(yōu)選影響致密砂巖儲層的物性參數(shù)，劃分并定義了不同成巖相，以為下一步的勘探部署提供一定參考。

1 主要成巖作用類型與成巖階段

1.1 機(jī)械壓實作用

蘇里格南部地區(qū)下二疊統(tǒng)石盒子組盒8段埋深介于3 400～4 400 m，已達(dá)到深埋藏階段，壓實作用強(qiáng)烈。碎屑顆粒之間以凹凸接觸、縫合線接觸為主（圖1-a），在某些區(qū)域剛性顆粒出現(xiàn)了微裂隙（圖1-b）。壓實作用使得原生孔隙幾乎消失殆盡，顆粒之間的塑性礦物（如云母，泥質(zhì)等）以假雜基的形式賦存。機(jī)械壓實作用是造成盒8段儲層致密及滲透率低下的主要原因，而且在較細(xì)顆粒中的壓實作用更強(qiáng)，滲透率更低。

1.2 膠結(jié)作用

1.2.1 自生黏土礦物膠結(jié)作用

通過鏡下觀察和薄片鑒定報告，發(fā)現(xiàn)自生黏土膠結(jié)物主要有伊利石和高嶺石（表1）。高嶺石多數(shù)是長石蝕變生成的，保持了原顆粒的形態(tài)；而伊利石則賦存在顆粒周圍（圖2-b、c），占據(jù)了大量的孔隙空間；由于成巖階段已進(jìn)入中成巖B期，蒙脫石含量相對較低，同時伊利石大量生成。經(jīng)統(tǒng)計，蘇南盒8段儲層中自生黏土膠結(jié)為主要的膠結(jié)類型，是造成儲層質(zhì)量下降的主要因素之一。

1.2.2 硅質(zhì)膠結(jié)作用

首先，教學(xué)情境形式化的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，由于現(xiàn)階段許多教師雖然希望通過情境教學(xué)的方式提高教學(xué)效果，但是在使用的過程中更像是披著情境教學(xué)的外衣，并沒有做到情境教學(xué)的實質(zhì)。比如說有些教師為了采用情境教學(xué)的方法提高課堂氣氛，就在引入數(shù)學(xué)問題時濫用一些可以吸引小學(xué)生興趣的卡通動漫情境，雖然確實將課堂氣氛搞的熱鬧，但是這種教學(xué)方法只是吸引到了小學(xué)生，并沒有起到教學(xué)的效果，對于數(shù)學(xué)問題的教學(xué)沒有起到真正的意義，教學(xué)內(nèi)容也就不夠豐富[1]。

圖1 機(jī)械壓實作用的鏡下特征圖

表1 膠結(jié)物百分含量表

盒8段儲集層硅質(zhì)膠結(jié)作用的主要形式表現(xiàn)為石英的次生加大現(xiàn)象，硅質(zhì)膠結(jié)物含量介于0～15%。加大邊寬度在0.15 mm左右，可見到石英加大Ⅲ—Ⅴ級現(xiàn)象（圖2-a）。石英次生加大現(xiàn)象明顯的顆粒成縫合線形式接觸，孔隙空間幾乎被占據(jù)，僅發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔，儲層質(zhì)量較差。

自生綠泥石的膠結(jié)作用在盒8段也較為常見（圖2-d），而與其他黏土礦物不同的是，綠泥石在中成巖階段轉(zhuǎn)化為了綠泥石環(huán)帶（膜），附著在剛性顆粒的周圍，從而有效地減少了壓實作用對孔隙的破壞作用，對儲層質(zhì)量起到了一定的保持作用［10－12］。

1.2.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物主要有方解石和鐵方解石，少量白云石和鐵白云石以及菱鐵礦。碳酸鹽膠結(jié)物主要以充填粒間空隙、交代礦物、襯邊狀以及連晶形式出現(xiàn)（圖2-e、f）。長石的溶蝕提供了大量的 Ca2＋，Ca2＋結(jié)合了孔隙流體中的CO32－，形成了方解石沉淀，同時隨著成巖階段的不斷深入，方解石會結(jié)合黏土礦物轉(zhuǎn)化中釋放出的Fe2＋，生成鐵方解石［13］。隨著地層p H值的升高，碳酸鹽礦物缺乏有效的溶解，致使其成為導(dǎo)致盒8段致密的一個重要因素。但從另一個角度來說，早期形成的碳酸鹽膠結(jié)可能會被后期酸性水溶蝕，為形成次生溶蝕孔隙提供物質(zhì)基礎(chǔ)［14－16］。

1.3 溶蝕作用

由于埋深的不斷加深和地溫的上升，組分中較不穩(wěn)定的組分發(fā)生了溶蝕作用。其中主要是長石的溶蝕（圖3-a）和巖屑的溶蝕（圖3-b）。有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸是長石等硅鋁酸鹽礦物和其他易溶組分溶解的重要成巖流體。石盒子組下伏地層為海陸過渡相的煤系地層，有機(jī)質(zhì)成熟度高，以腐殖型為主，部分為混合型［17－20］，具備產(chǎn)生大量有機(jī)酸的條件，為不穩(wěn)定礦物的溶解提供了充足的酸性介質(zhì)來源［21］。長石常沿其解理縫或邊緣溶蝕，形成的孔隙類型主要為粒內(nèi)溶孔、鑄模孔，此外長石在大量有機(jī)酸的作用下，變得很不穩(wěn)定，有利于長石的高嶺土化。使得高嶺石的晶間孔成為另一個重要的孔隙來源。巖屑溶蝕常見斑點(diǎn)狀或蜂窩狀，主要是富凝灰質(zhì)的火山巖巖屑的溶蝕作用普遍，其對提高儲層質(zhì)量起到了積極作用。

1.4 成巖序列與成巖階段

盒8段經(jīng)強(qiáng)烈的壓實作用，顆粒基本以凹凸接觸為主，僅少部分顆粒以點(diǎn)—線接觸，在壓實作用較強(qiáng)的區(qū)域，出現(xiàn)縫合線接觸以及微裂縫；石英次生現(xiàn)象加大嚴(yán)重，長石溶蝕強(qiáng)烈，自生伊利石含量較高，同時蒙脫石含量很低，此外孔隙中出現(xiàn)了鐵白云石膠結(jié)物，泥質(zhì)巖中的干酪根鏡質(zhì)體反射率介于1.5%～2.1%。

對照成巖階段劃分規(guī)范表，認(rèn)為盒8段目前處于成巖演化階段的中成巖B期與晚成巖階段的過渡時期（圖4）。圖4中反映了孔隙度隨埋深增加的變化特征，研究層段深度范圍內(nèi)存在3個孔隙較為發(fā)育的層帶，分別是3 700～3 800 m、3 950～4 030 m和4 280～4 330 m，通過統(tǒng)計對比這3個層帶內(nèi)次生孔隙發(fā)育區(qū)和正常壓實區(qū)的某些特征礦物含量及孔隙度變化規(guī)律（表2），認(rèn)為造成前2個層段孔隙增大的原因主要是次生溶蝕孔隙的形成，而第三個層段孔隙增大則主要是由于剛性礦物的支撐作用，最大限度保持了孔隙空間。

圖2 膠結(jié)作用的鏡下特征圖

2 成巖相類型及其特征

筆者的成巖相劃分方案（表3），是從現(xiàn)今成巖現(xiàn)象和成巖機(jī)制的角度出發(fā)，優(yōu)選多個儲層物性參數(shù)（如孔隙度、滲透率等）量化不同成巖相的優(yōu)劣級別。

2.1 成巖相劃分方案

2.1.1 相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相

多為粗粒、含礫巖屑石英砂巖及石英砂巖，石英含量介于32%～88%，泥質(zhì)含量平均值為0.78%。由于砂巖顆粒較粗，分選較好，儲層抗壓實能力較強(qiáng)，且在成巖作用早期，大氣降水在儲層中流動較好，使得儲層的連通性更好［22］。儲層溶蝕作用較強(qiáng)烈，孔隙度介于3%～18%，平均值為7%，滲透率介于0.01～39 m D，平均值為1.7 mD。此成巖相主要發(fā)育于辮狀河三角洲平原的河道和心灘微相中。

2.1.2 低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相

圖3 溶蝕作用的鏡下特征圖

圖4 蘇里格南部地區(qū)盒8段成巖序列圖

表2 孔隙發(fā)育帶礦物及孔隙度對比表

多為中—粗粒巖屑石英砂巖及石英砂巖，石英含量介于48%～85%，泥質(zhì)含量平均值為0.62%。此成巖相主要發(fā)育在水下分流河道和河口壩中，相比于第一種成巖相，碳酸鹽膠結(jié)物及黏土膠結(jié)物（主要是伊利石膠結(jié)）含量較多，且埋深較第一種成巖相深，所以孔隙度和滲透率都有所下降。但綠泥石膜含量增加，在一定程度上保持了孔隙。孔隙度介于1.2%～11.4%，平均值為5.0%，滲透率介于0.04～10 mD，平均值為1.00 mD。此成巖相也是蘇南盒8段相對較好的儲集相。

2.1.3 低孔滲中—細(xì)粒膠結(jié)相

為中—細(xì)粒巖屑石英砂巖，石英含量介于44%～82%，泥質(zhì)含量平均值為0.99%。砂巖粒度較細(xì)，壓實程度較高，且泥質(zhì)含量較高，使得孔隙度、滲透率較低。孔隙度介于2.0%～7.9%，平均孔隙度為4.8%，滲透率介于0.01～0.7 mD，平均值為0.1 mD。此成巖相主要發(fā)育與辮狀河三角洲平原的河漫砂和前緣的水下漫溢砂微相中。

表3 蘇里格南部地區(qū)盒8段成巖相劃分表

2.1.4 特低孔滲細(xì)粒—泥質(zhì)致密壓實相

巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，發(fā)育于辮狀河三角洲平原的泛濫泥及前緣的水下分流間灣微相。石英含量較低，孔隙度及滲透率幾乎為零，此成巖相不是有利的成巖相帶。

2.2 成巖相展布特征

經(jīng)研究認(rèn)為，蘇南盒8段并不發(fā)育改造儲層的大型構(gòu)造，區(qū)內(nèi)為寬緩的斜坡，所以沉積微相和巖石學(xué)特征控制后續(xù)成巖作用的類型和強(qiáng)度［7］，也就是說沉積環(huán)境為控制成巖相展布的主要因素［23－24］，如相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相主要形成于辮狀河三角洲平原的水道及心灘，砂巖顆粒分選、磨圓較好，且泥質(zhì)含量較低；低孔滲中—粗粒膠結(jié)相則發(fā)育于辮狀河三角洲前緣水下分流河道及河口壩，泥質(zhì)含量相對較高，可以見到綠泥石環(huán)帶；此外對于河漫砂、水下漫溢砂等偏中—細(xì)砂巖及以泥質(zhì)為主的分流間灣，其抗壓實能力較差，這些微相的孔隙度及滲透率隨著地層深度的增加而迅速減小，并且次生孔隙極不發(fā)育。在此認(rèn)識基礎(chǔ)上編制了盒8上、盒8下亞段成巖相平面展布圖（圖5）。

圖5 盒8段成巖相平面展布圖

從展布圖可以看出，盒8上亞段北部相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相較盒8下亞段發(fā)育，而盒8下亞段則以低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相發(fā)育范圍較大，從平面展布圖上也可看出盒8上亞段的有利儲集相帶較為發(fā)育。

3 結(jié)論

1）蘇里格南部地區(qū)盒8段經(jīng)過強(qiáng)烈的壓實作用，原生孔隙基本消失殆盡，硅質(zhì)膠結(jié)、黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象在儲層中都有發(fā)育，壓實作用和膠結(jié)作用是造成儲層致密和低孔低滲的主要因素，但溶蝕作用又使得儲層發(fā)育次生孔隙，從而為氣藏發(fā)育提供了基礎(chǔ)。

2）通過判別自生礦物類型，鏡下顆粒接觸形態(tài)，孔隙類型，膠結(jié)物類型以及泥巖鏡質(zhì)體反射率的測定，認(rèn)為盒8段已處于中成巖B期與晚成巖期的過渡階段。

3）研究認(rèn)為蘇南盒8段成巖相主要受沉積環(huán)境影響，結(jié)合孔、滲范圍將儲集層劃分為4種成巖相，其中相對高滲粗粒弱壓實—溶蝕相為最有利的儲集相帶，低孔滲中—粗粒溶蝕—膠結(jié)相次之；低孔滲中—細(xì)粒膠結(jié)相、特低孔滲細(xì)粒—泥質(zhì)致密壓實相為非有利儲集相帶，氣體儲集效果較差。

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（修改回稿日期 2012-05-21 編輯 羅冬梅）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.004

國家自然科學(xué)基金面上項目（編號：41072084）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金（編號：2011PY0213）。

許磊，1986年生，碩士研究生；主要從事儲層預(yù)測、評價和開發(fā)地質(zhì)方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號。E-mail：xulei198673＠gmail.com