差異性成巖演化過程對儲層致密化時序與孔隙演化的影響

羅靜蘭 羅曉容 白玉彬 羅春燕 白雪見 李向軍 李弛

摘要：通過巖芯觀察、常規薄片與鑄體薄片顯微鏡下鑒定與定量統計，利用電鏡掃描、圖像孔喉分析、熒光分析、孔隙度與滲透率、毛細管壓力測定，以及流體包裹體均一溫度、激光拉曼成分測定，結合前期鄂爾多斯盆地西南緣長8—長6砂巖碎屑鋯石LAICPMS微區UPb定年物源示蹤研究成果，分析了鄂爾多斯盆地西南部上三疊統長7致密濁積砂巖類型及其骨架礦物成分對砂巖成巖作用、成巖產物與成巖演化過程的制約，討論了差異性成巖演化過程對砂巖致密化時序、儲層孔隙演化與儲集質量的影響。結果表明：受源區母巖性質的影響，長7砂巖類型及骨架礦物成分及其含量存在一定差別，并在縱向上呈現出規律變化；砂巖類型及骨架礦物成分在很大程度上影響成巖演化過程，后者致使儲層的致密化過程在時間上有先有后，最終導致長7各砂巖類型的孔隙演化和孔隙結構特征、儲層儲集質量及其在時空分布上的強非均質性。

關鍵詞：巖石學組分；差異化成巖演化；儲層致密化時序；孔隙演化；濁積砂巖；長7；鄂爾多斯盆地

中圖分類號：P618.130.2；TE122文獻標志碼：A

0引言

長期以來，鄂爾多斯盆地中生界三疊系延長組長7段被作為生油層進行相關研究與勘探開發。隨著對低滲透油氣藏研究的深入、認識與思路的轉變以及勘探力度的加大，自2000年開始在盆地湖盆沉積中心及其相鄰地區發現了以內陸坳陷湖盆三角洲前緣、半深湖—深湖相砂質碎屑流與滑塌重力流濁積砂巖為主的大面積連續分布的低滲巖性油藏[14]，特別是盆地西南部與南部長7段湖相烴源巖中發現的產油井均位于濁積砂體中[56]，從而認識到長7段濁積砂體是鄂爾多斯盆地石油儲產量的重要接替層位。前人對長7濁積砂體的研究已經在沉積特征與發育演化模式[710]、成因機制[3，1112]、成藏條件與成藏特征[56，1315]、烴源巖特征[1617]及油藏滲流特征[18]等方面獲得了一批重要成果與認識。但是對于長7段砂巖類型及其骨架礦物成分引起的差異性成巖演化過程與致密化時序及其對儲層質量影響的精細研究依然缺乏。

近年來，砂巖的物質成分及其差異性成巖演化過程造成的儲層物性非均質性已引起國內外學者的廣泛關注[1924]。鄂爾多斯盆地不同地區由于源區母巖性質不同，砂巖的類型與礦物成分存在差別[22，25]。不同砂巖類型的巖石學組分在成巖作用過程中發生的變化、水巖反應產物及其空間分布、成巖演化過程存在較明顯的差異，進而決定了各砂巖的孔隙發育狀況、孔隙結構特征及儲集性能與產能的優劣[2223，26]。本文對鄂爾多斯盆地西南部上三疊統延長組長7濁積砂體的砂巖類型以及與砂巖物質組分相關的成巖作用特征、差異性成巖油氣充注致密化過程及其對孔隙演化和儲層質量的影響進行了較為深入的研究。研究成果對于深入理解中國各大盆地中低孔低滲、致密砂巖儲層的成因和儲層非均質性，預測相對優質儲層的時空分布均具有重要的理論意義與實際意義。

1地質概況

研究區吳堡地區位于鄂爾多斯盆地西南部，地理位置位于陜西省志丹縣吳堡鄉，為上三疊統延長組沉積時期的湖盆中心，面積約135 km2。鉆遇地層自上而下為第四系、白堊系、侏羅系和三疊系。其中，上三疊統延長組是該區也是鄂爾多斯盆地主要的勘探目的層系。延長組一般按沉積旋回自下而上劃分為長10～長1等10個油層組。研究區主要含油層位為延長組長6段，其次為長7、長8段。長7段為半深湖—深湖相泥頁巖沉積，發育濁積砂體（圖1），由下至上可劃分為長73、長72、長71等3個小層。長7濁積砂體緊鄰烴源巖，具有先天捕集油氣的能力（圖1），成為有利的勘探靶區。長7油藏主要分布在長72小層，其油氣富集與成藏主要受長73“張家灘頁巖”烴源巖及長7有效砂體分布范圍的控制[17]。截至2012年底，研究區鉆穿長7地層的探井35口，開發井91口，試油和試采井48口，其中41口井獲得工業油流，最高試油日產油21.68 m3。

1.1長6—長8沉積物源和沉積體系與相序組合

鄂爾多斯盆地西南緣構造演化與LAICPMS砂巖碎屑鋯石微區UPb同位素定年物源示蹤研究結果[27]顯示，晚三疊世延長組長8沉積末期—長7沉積初期是鄂爾多斯盆地西南緣構造格局的重要轉折期。受此構造格局轉變的影響，源區位置及母巖性質及供給量發生了相應變化。盆地西南部長8沉積期（大于225 Ma）物源主要來自西緣阿拉善地塊和西南緣祁連造山帶穩定地塊相對單一的古老結晶巖系及晚古生代巖漿物質；

長7沉積期（220～225 Ma）除來自與長8沉積期相同的西緣與西南緣源區物質外，南部秦嶺造山帶新元古代和少量中生代早期以火成巖為主的物質開始輸入盆地；長6沉積期（小于220 Ma）隨著秦嶺造山帶伸展與隆升剝蝕的加劇，為盆地物質充填提供更多的陸源物質。此外，來自東北部源區的物質經過長途搬運也加入到長6段沉積物中[25，28]。由此構造體制轉變導致的源區位置與母巖性質的變化，致使盆地西南部長8、長7、長6段沉積體系與相序組合、砂體發育規模發生了相應的改變。長8沉積期，盆地西部與西南部地形相對較平坦，以辮狀河三角洲及濱湖—淺湖沉積為主[29]。長7沉積期，隨南部秦嶺造山帶隆升加劇，湖盆沉積演化發生了重大變革，盆地西緣、西南緣地區坳陷幅度急劇增大，近源區形成沖積扇沉積，遠源區則由扇三角洲沉積過渡為半深湖—深湖相與重力流沉積環境。近源區形成由下部（長8）的三角洲平原向上部（長7、長6）的沖積扇，向上粒度變粗且水體變淺的進積沉積相序組合；遠源區則由下部（長8）的三角洲前緣向上部（長7、長6）的深湖相與深湖重力流沉積，向上粒度變粗但水體變深的沉積相序演化，反映出物源供給不斷加強、盆地沉降速率逐漸增大的一個過程[27]。從長72沉積開始，隨著南部秦嶺造山帶物源向盆內輸入量的逐漸增大，研究區由北到南，由長73到長72，再到長71，砂體發育程度、砂體厚度及其連續性逐漸變好（圖2）。這暗示了長73沉積期主要受西部與西南部物源的控制，長73砂體較厚地帶主要分布在西北部；從長72開始，隨著南部秦嶺造山帶物源向盆內輸入量的逐漸增多，砂體較厚地帶的位置逐漸向南移。