鄂爾多斯盆地東部地區山西組山1段儲層地質特征

楊 超 任來義，賀永紅，劉二虎，金 芳，史 鵬

（1.陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.陜西延長石油集團天然氣勘探部）

近年來，隨著鄂爾多斯盆地天然氣勘探重點從下古生界轉向上古生界，上古生界天然氣勘探和開發取得了重大進展［1－13］。鄂爾多斯盆地上古生界砂巖屬于低孔、低滲儲層［14－15］。類型較好的儲集巖一般為礫級、粗粒、中粒石英砂巖以及粗粒巖屑石英砂巖［16－17］，其中鄂爾多斯盆地上古生界的山西組與石盒子組砂體是盆地內較好的儲集層。上古生代盆地構造活動較弱，整體表現地層產狀較為平緩，東高西低；山西組沉積環境主體表現為三角洲相沉積。

雖然目前有較多的文獻針對鄂爾多斯盆地儲層地質特征進行研究，但是針對東部地區的研究還是相對較少。盆地東部地區主力氣層為盒8、山1、山23、本溪組地層，這些氣層段都屬于低孔低滲的層段。本次研究充分利用鉆井巖心、測井及分析化驗等資料，對山1段儲層的沉積因素、巖石學特征等方面的特點進行分析。

1 巖石學特征

山西組地層在盆地的東部地區全區可見，巖性主要為灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖夾煤層，山西組與上覆石盒子組地層的分界線為駱駝脖子砂巖，與底界太原組以北岔溝砂巖為分界線。在小層劃分上山西組地層可劃分為兩個小層，兩個小層之間的分界線為船窩砂巖。

山1段巖性主要以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，巖屑砂巖次之（圖1），在礦物格架組分含量中石英平均含量為66%，長石為1%，巖屑為13%，填隙物為17%。

山1段中膠結物平均含量為9%，雜基為8%，其中含量最高的為硅質膠結物，平均含量為3%，菱鐵礦平均含量為1%，綠泥石平均含量為0.5%，伊利石平均含量為1%，方解石膠結物平均含量為0.8%（圖2）。

圖1 山1段巖性分布特征

圖2 山1段膠結物含量分布

研究區目的層段的碎屑顆粒粒徑多集中分布在0.1～2.0mm，粒徑統計表明：山1層段的砂巖以中細粒、粗粒結構為主，局部達到細礫級，碎屑分選中等－好。

從統計結果看，山1段碎屑顆粒磨圓度以次棱為主；顆粒以點接觸為主，點－線接觸次之，線接觸少；顆粒支撐方式以顆粒支撐為主；膠結類型以孔隙式為主。

2 成巖作用特征

通過對砂巖薄片、鑄體薄片及掃描電鏡數據的綜合分析，鄂爾多斯盆地東部地區山西組砂巖儲集層的成巖作用主要有壓實作用、膠結作用，這些成巖作用對儲集層孔隙發育具有顯著的影響。

2.1 壓實、壓溶作用

壓實作用一般情況下有機械壓實作用和化學壓實作用，盆地東部地區兩種形式的壓實作用都存在。早期的壓實作用主要表現為機械壓實作用，化學壓實和壓溶作用則為后期的壓實類型。研究表明，早期的機械壓實作用使砂巖顆粒之間排列更為緊密，這是由于在壓實作中顆粒中塑性巖屑發生膨脹和塑性變形，而導致早期形成的粒間空隙大量減少。后期的壓溶作用使碎屑顆粒常見線性接觸，局部砂巖中可見壓溶作用形成的縫合線構造，在薄片中表現為石英邊緣呈現港灣狀溶蝕邊，使大量的空隙喪失及其孔隙度的降低。

2.2 膠結作用

膠結作用是鄂爾多斯盆地東部山西組山1段砂巖中最主要的成巖作用之一，儲層內膠結物含量多少，是影響巖石孔隙度大小的主要因素之一。

通過對礦物薄片的鏡下觀測，自生石英膠結作用多表現為石英的次生加大，可見馬牙狀鑲嵌構造，這種加大邊和碎屑顆粒往往以粘土膜分開。由于石英加大邊的形成充填了部分空隙和喉道，大大降低了儲集層的孔隙度和滲透率。

盆地砂巖中自生黏土礦物膠結物有高嶺石、綠泥石、伊利石。自生黏土礦物的黏土膜一方面可以保護殘余粒間孔而起到建設性的作用，另一方面孔隙式充填的自生黏土礦物由于擠占有效孔隙空間，使儲集層的物性降低而起到破壞性的作用。自生高嶺石呈典型的書頁狀充填孔隙中，并且堆積松散，保留了良好的晶間隙，是儲層重要的儲集空間類型之一。而大量的長石蝕變而成的高嶺石，重結晶后堆積緊密，晶間隙極小，對儲集空間影響相對較大。綠泥石最主要的賦存狀態是作為孔隙襯邊方式產出的黏土膜，黏土膜一般沿著孔隙邊發育，在一定程度上保存了殘余粒間空，但是一般情況下綠泥石晶間微孔較發育，導致形成的喉道變小或者堵塞喉道，降低了儲集層的滲透率。

從巖性特征上來看，巖石中碳酸鹽膠結物中可見方解石、白云石、鐵方解石等，其中方解石含量可達1%，而白云石、鐵方解石含量可各達0.5%。由于碳酸鹽膠結物存在，填充了部分空隙空間，使儲集層的孔隙度和滲透率大大降低，從而影響了儲集層的儲集性能。

3 孔隙結構特征

通常情況下孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙，原生孔隙指經過成巖作用后保留于巖石碎屑顆粒之間孔隙。這類孔隙被填隙物部分充填后，形成殘余的粒間孔，這類孔隙多具有強烈的非均質性。薄膜式膠結的綠泥石為充填孔隙的主要膠結物，此類孔隙連通性相對較好。

次生孔隙指成巖作用及成巖后作用因溶蝕而產生的孔隙，主要包括溶蝕孔、晶間孔和微裂隙三大類［18］。

其中溶蝕孔又有溶蝕粒間孔隙、溶蝕粒內孔隙、鑄模孔隙等幾種類型。溶蝕粒間孔隙是研究區儲集層的主要孔隙類型，孔隙直徑一般為0.05～1.00 mm。常見溶蝕粒內孔隙與溶蝕粒間孔隙連通但分布很不均勻，部分巖屑內可見溶蝕粒內孔隙，其孔徑一般為0.02～0.10mm。砂巖中的鑄模孔隙在研究區山西組相對少見，可見有長石鑄模孔隙，其孔隙直徑一般為0.02～0.20mm。

晶間孔隙在研究的層位上較為發育，鑄體薄片中不可以度量孔隙的大小，但是在電鏡中可以清晰看到，主要是一些填隙物中的晶片微孔隙。

裂縫孔隙是成巖后期由于受到構造應力的影響而產生的裂縫，這類孔隙在山1段可觀察到，裂縫的孔隙大小為0.02～0.2mm之間，這類孔隙分布具有不均一性。

4 物性特征

砂體物性特征和沉積環境有較為直接的內在聯系，沉積相控制著具有不同物性特征的沉積巖性。盆地東部研究區山西組的主要沉積環境為三角洲相，其中水下分流河道砂體是主要沉積砂體。從圖3可以看出，不同沉積相下形成的砂體其孔隙度和滲透率之間存在明顯的差異，即使是處于同一沉積相帶中的砂體，沉積微相不同決定著砂體的孔隙度和滲透率的不同。

圖3 不同沉積微相下砂體孔隙度和滲透率關系

由于沉積環境的不同，砂體具有不同的孔隙度和滲透率。從圖4中看出，山1段儲層孔隙度最大值13.96%，最小0.48%，平均值5.14%，頻率分布主體集中在2.00%～8.00%；滲透率最大值9.968×10－3μm2，最小值0.003×10－3μm2，平均值0.170×10－3μm2，頻率分布主體集中在0.5×10－3μm2以下，其中小于0.1×10－3μm2的占59%，（0.1～0.5）×10－3μm2的占34%。

圖4 山1段儲層孔隙度（A）和滲透率（B）頻率分布

5 結論

（1）山1段巖石中巖屑、填隙物的含量較高；膠結物中硅質、綠泥石的含量較高，從儲集性能來說這些因素都是阻礙儲集層往優質儲集層發展的主要因素。從碎屑顆粒上來看，山1砂巖的顆粒類型主要以中細粒、粗粒結構為主，分選較好，顆粒支撐以顆粒支撐為主，有利于油氣的儲集和運移。

（2）壓實、壓溶作用是儲層孔隙空間減少的重要作用；自生石英膠結堵塞了部分孔隙喉道；自生黏土礦物的膠結作用大大降低了儲集層的孔隙空間；碳酸鹽膠結物的存在使儲層層內的非均質性增強。

（3）鄂爾多斯盆地東部地區山1段殘余粒間孔雖然連通性較好，但是分布不均一，儲層非均質性強。次生孔隙類型中溶蝕粒間孔隙是本區砂巖儲集層的主要孔隙類型，溶蝕粒內孔隙和鑄模孔在研究區分布相對少見。晶間孔隙在研究區也有發育，在電鏡下可以觀察到填隙物中的晶片微孔隙。裂縫孔隙在山1段可觀察到，但分布也具有很強的不均一性。

（4）鄂爾多斯盆地東部山1段物性總體表現相對較差。沉積相帶的變化是控制砂體物性好壞的主要因素，處于不同沉積相環境下的砂體具有不同的巖石學特征，不同的成巖作用特征表現出不同的孔隙結構特征。

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