鄂爾多斯盆地東部山西組山2段儲層孔隙類型及次生孔隙成因

黃培培

（1.重慶地質礦產研究院，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段儲層孔隙類型及次生孔隙成因

黃培培1，2

（1.重慶地質礦產研究院，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶 400042）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖儲集空間以次生孔隙為主，有機質成熟過程中產生的有機酸對砂巖中不穩定組分的溶解作用極大地改善了儲層的儲集性，被溶物質主要是長石。巖性不同，溶解強度也有所差異。石英砂巖抗壓實能力強，有利于原生孔隙的保存和酸性流體的流動，溶蝕作用強；巖屑砂巖中，強烈的壓實使大量孔隙喪失，后期酸性流體難以進入砂巖中，溶蝕作用弱。

孔隙類型；次生孔隙成因；山2段；鄂爾多斯盆地東部

鄂爾多斯盆地東部地區下二疊統山西組山2段是盆地上古生界主要的天然氣產層，氣層受巖性、巖相控制明顯［1］。晚二疊世山西期是重要的成煤期，在此背景下山2段砂巖表現出低孔低滲的儲集特點。儲層的主要儲集空間為次生孔隙，本文在大量鑄體薄片分析基礎上，通過對顯微圖像、掃描電鏡及成巖作用等的分析，對儲層砂巖溶解流體來源、溶蝕物質及次生孔隙成因進行研究。

1 區域地質概況

研究區位于鄂爾多斯盆地東部，北至榆林，南至子洲，西至橫山，東至米脂（見圖1），區域構造上屬伊陜斜坡。

山西組山2段在研究區內分布穩定，地層厚40～80m，主要由深灰、灰綠色含礫巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、石英砂巖夾薄層泥質粉砂巖與黑灰、灰黑色泥巖、炭質泥巖互層組成，并夾有煤層。根據巖性和沉積旋回等特征，可將山西組山2段劃分為3個亞段：從上至下依次是山21、山22、山23，其中以山23亞段砂巖具有最為有利的儲集條件。

研究區山2段沉積時期主要發育榆林和神木兩大河流——三角洲沉積體系，自北而南依次發育沖積平原-三角洲平原-三角洲前緣-濱淺湖沉積體系，研究區北部榆林地區主要發育一系列近南北向的辮狀河三角洲平原分流河道砂體；南部子洲則普遍發育三角洲前緣水下分流河道砂體，三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道均為有利的儲集相帶。

表1 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖巖石學特征

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元劃分與研究區位置圖

2 砂巖巖石學特征

研究區山2段砂巖類型為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，石英含量高，長石含量極低，巖屑以火山巖巖屑、變質巖巖屑為主。砂巖總體上具有較高的成分成熟度；粒度以粗粒、粗-中粒為主，分選好，圓度以次棱-次圓為主；雜基以水云母為主，主要的膠結作用類型為硅質膠結（包括石英次生加大和自生微晶石英）、自生高嶺石和晚期碳酸鹽（主要是含鐵碳酸鹽）（見表1）。顆粒之間以線接觸為主，局部可見凹凸-線接觸。

3 孔隙成因類型

根據研究區1 243個樣品的薄片、掃描電鏡等試驗分析研究，鄂爾多斯盆地東部山西組山2段儲層面孔率平均為2.37%，可分為原生孔隙和次生孔隙兩大類，按照成因可進一步細分為剩余原生粒間孔隙（剩余原生孔）、粒間溶孔、粒內溶孔（包括顆粒全部溶蝕形成的鑄模孔）、晶間孔和微裂隙（見表2）。從表2中可以看出，研究區山2段砂巖以次生孔隙為主，微裂隙不發育；巖屑、雜基含量少的石英砂巖的面孔率最高，剩余原生粒間孔在總面孔率中也占有較高的比例，粒內溶孔的比例相對較低；在雜基、塑性巖屑含量較高的巖屑砂巖中，面孔率值最低，主要的儲集空間是以粒內溶孔為主的次生孔隙，剩余原生粒間孔極不發育。

表2 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段砂巖儲層的孔隙構成

3.1 剩余原生粒間孔

殘余原生粒間孔主要為砂巖經過壓實作用、膠結作用等成巖作用之后殘留下來的粒間孔隙，主要發育在雜基、巖屑含量少、硅質膠結和自生高嶺石發育的石英砂巖中，是儲層中較為有利的一種有效孔隙類型。在鑄體薄片觀察下，剩余原生粒間孔主要表現為原生孔隙經石英次生加大之后保存下來的剩余孔隙，常呈三角形、四邊形等，形態規則，孔中比較干凈，孔的大小和分布較均勻，連通性好。在石英加大邊較發育的部位，剩余原生粒間孔可呈縫狀。

3.2 粒間溶孔

主要是由充填在碎屑顆粒之間的填隙物溶蝕而形成，包括凝灰質等雜基和碳酸鹽等膠結物溶蝕產生的次生孔隙，亦包括充填在孔隙中的粘土礦物在成巖期失去束縛水或結構水由于蝕變作用收縮而成的收縮孔縫。孔隙形狀不規則，顆粒邊緣常呈溶蝕港灣狀，粒間常殘余部分填隙物，常與長石、巖屑等粒內溶孔伴生，孔隙間連通性較好。有時粒間溶孔可溶蝕擴大成超大孔。

3.3 粒內溶孔

主要是碎屑顆粒內部不穩定的化學組分發生溶蝕產生的孔隙，如長石、火山巖巖屑等。主要包括長石溶孔、巖屑溶孔等，也包括早期易溶碎屑被交代之后又發生溶蝕形成的孔隙。主要表現為長石沿解理或構造破裂方向發生溶蝕，常殘余部分長石顆粒，有時長石（或巖屑）全部溶蝕形成鑄模孔，僅殘存顆粒外形或粘土環邊。火山巖巖屑被溶蝕常形成蜂窩狀的粒內溶孔。黑云母、千枚巖、泥巖等常被溶蝕形成粒內微溶孔。

3.4 晶間孔

由于研究區山2段高嶺石較發育，因此晶間孔主要是高嶺石的晶間孔，是研究區儲層砂巖的一種重要儲集空間。可見有2種賦存形式的高嶺石晶間孔，一種是粒間孔隙中充填的自生高嶺石晶間孔，另一種是火山巖巖屑或長石蝕變后形成的重結晶高嶺石晶間孔。鑄體薄片和掃描電鏡觀察表明，粒間自生高嶺石堆積較松散，常具有較好的晶形，集合體常呈書頁狀、手風琴狀，常具有較好的晶間孔隙。但在局部地區，高嶺石受壓實作用的影響，也可呈緊密堆積狀。

3.5 微裂隙

研究區山2段微裂隙普遍含量較低，但在巖屑含量較高的巖屑砂巖和巖屑石英砂巖中較發育（見表1）。由于本區壓溶作用不強烈，主要為構造縫，成巖縫少見。構造裂縫可切割長石、巖屑等碎屑顆粒，縫內干凈，裂縫多平直。微裂隙可提高儲層的連通性，改善儲層的儲集性能。

4 次生孔隙形成機制

山2段目前埋深一般在2 300～3 100m，經歷了壓實壓溶作用、膠結作用、交代作用、溶解作用等成巖過程，顆粒之間以線接觸為主，鏡質體反射率值為1.2%～1.8%，伊/蒙混層比普遍小于10%，自生石英包裹體均一溫度在100～170℃，按照最新碎屑巖成巖階段劃分方案，研究區山西組山2段砂巖處于中成巖B期。其中，機械壓實作用和晚期碳酸鹽膠結作用、硅質膠結作用是破壞性成巖作用，是造成儲層巖石低孔低滲的主要原因；高嶺石晶間孔為儲層提供了重要的儲集空間，溶解作用極大地改善了儲層的儲集性能。

溶解作用是改善儲層物性的主要原因。溶蝕對象可包括長石、巖屑等碎屑顆粒，凝灰質、黏土等雜基以及碳酸鹽膠結物等不穩定組分，前人研究表明砂巖中主要的溶蝕物質是長石，長石在砂巖中極低的含量主要是煤系地層中的酸性流體對長石的溶解造成的。薄片中常見長石被全部溶蝕而形成鑄模孔或沿解理形成形狀規則的粒內溶孔，時有殘余長石。陰極發光分析證明了長石的存在，在這些含煤地層的砂巖中，至少有10%～20%的長石在埋藏成巖過程中被酸性流體溶解。不穩定巖屑也常被溶蝕呈港灣狀或斑點狀、蜂窩狀等，凝灰質及黏土等雜基和膠結物也存在一定程度的溶蝕，但不是主要的溶解物質。

研究區山2段儲層砂巖的溶解流體有2個來源：一是與煤系地層有關的酸性地層水，對碎屑的溶解作用主要發生在有機質成熟之前，是早期的溶解流體；隨著埋藏深度的增加，煤系地層中的烴源巖在成巖過程中釋放出富含有機酸和二氧化碳的溶液，造成了溶解作用的發生。其中，有機質成熟過程中產生的有機酸是主要的溶解流體，酸性介質進入砂巖中導致孔隙流體保持在一個較低pH值水平，使碎屑顆粒和填隙物等發生溶解，從而形成大量的次生孔隙。

研究區山2段沉積時為煤系地層背景，儲層中缺乏早期碳酸鹽膠結物，對壓實作用的抑制有限，尤其是在雜基和黑云母、千枚巖、泥巖巖屑等假雜基含量較高的粒度較細的巖屑砂巖中，壓實作用對原生孔隙的破壞十分嚴重，柔性組分擠入孔隙空間，導致了大量原生孔隙的喪失，孔隙之間的流通性變差，酸性流體的流動受阻，難以進入砂巖中，因此溶解作用也相對有限，造成了極低的面孔率和剩余原生孔含量，儲集空間主要是以粒內溶孔為主的次生孔隙。而在成分成熟度較高的粗粒石英砂巖中，由于石英等剛性顆粒含量較高，巖石的抗壓實能力強，一定程度上保護了原生孔隙；另外，由于石英砂巖顆粒之間的填隙物含量較低，孔隙之間流通性也較好，有利于酸性孔隙流體的流動，因此溶解作用較強，儲層的面孔率最高，且剩余原生孔具有較高比例，次生孔隙也較發育。

5 結論

①鄂爾多斯盆地東部山2段砂巖主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，儲集空間主要有剩余原生粒間孔、粒間溶孔、粒內溶孔、晶間孔和微裂隙，總體以次生孔隙為主，剩余原生粒間孔在石英砂巖中占較重要地位。

②溶解作用導致次生孔隙的形成，溶解流體來源于與煤系地層有關的酸性地層水和有機質成熟過程中形成的有機酸，其中有機酸是主要的流體來源，溶解物質主要是長石，不穩定巖屑及雜基等填隙物也存在一定的溶解。溶解作用和次生孔隙極大地改善了儲層的儲集性。

③巖性不同，其溶解作用和次生孔隙發育程度也有所差異。粗粒的石英砂巖抗壓實能力強，有利于原生孔隙的保存和酸性流體的流動，溶蝕作用強，孔隙發育。雜基、軟巖屑含量高的巖屑砂巖由于受到強烈的壓實作用的影響，原生孔隙大量喪失，酸性流體流動難以進入砂巖中，溶蝕作用較弱。

［1］梁積偉，郭艷琴，李瑋，等.靖邊氣田山西組下段儲層沉積微相特征［J］.西北大學學報（自然科學版），2007（5）：808-814.

Pore Types and the Origin of Secondary Pore of Sandstones in the 2nd Member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin

Huang Peipei1,2
（1.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 400042；2.Chongqing Research Center，State Key laboratory of Coal Resources and Safe Mining，Chongqing 400042）

The main pore type in the 2nd member of Shanxi Fm,Eastern Ordos Basin is secondary pore.Organic acid formed during maturation of organic matter dissolves metastable components of sandstone,which enormously im?proves reservoir quality,and the dissolved material is mostly feldspar.Different lithology has control over intensity of dissolution.Relatively gentle compaction in quartz arenite favors the preservation of primary pores and the flow of acidic fluid,and thus dissolution develops.In lithic arenite,strong compaction results in the loss of porosity,and the later fluid is difficult to access sands,which leads to a weak dissolution.

pore types；the origin of secondary pore；the 2nd member of Shanxi Fm；Eastern Ordos Basin

P618.130

：A

：1003-5168（2017）01-0096-03

2016-12-06

黃培培（1985-），女，碩士，工程師，研究方向：沉積地質。