富縣槐農地區長6油層組碎屑巖成巖作用特征

王 全，張 慶，段昕婷，鄧南濤，李曉路，陳西泮

（1．延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 757500；2．延長石油集團研究院）

富縣槐農地區位于陜西富縣西部，構造上位于鄂爾多斯盆地東南部。其三疊系長6儲層主要為巖性控制的特低孔特低滲油藏，為三角洲前緣相沉積，水下分流河道砂體是油氣主要儲層。儲層成分及結構成熟度低、非均質性強，成藏控制因素復雜[1]。本區錄井、試油數據表明：長6油層組錄井顯示級別主要為油跡、油斑，試油日產油量均超過1 t，顯示出較好的勘探潛力。由于勘探前期探井密度低、分析測試樣品少，對儲層物性的控制因素研究較少，認識較局限。在前人研究的基礎上，筆者收集了近幾年新完鉆井資料，以系統的沉積地質理論為指導，進行大量儲層樣品測試，對長6儲層成巖作用特征進行了研究，探討了控制儲層物性的成巖因素，預測了油氣富集區域，為增產措施提供科學依據。

1 巖石學特征

富縣槐農地區長6油層組巖性為灰白色、灰褐色長石細砂巖及少量巖屑質長石細砂巖，以長石和巖屑為主，長石含量大于50%，石英含量小于60%（圖1）；雜基含量大于4.76%，膠結物含量較高，平均為9.0%～11.6%。碎屑顆粒粒徑0.250 0～0.062 5 mm，占統計巖石的 82.31%。砂巖的成分成熟度為 0.52，結構成熟度較低；分選性較好；磨圓以次棱角狀及次棱角–棱狀為主，占91.03%；顆粒間呈線狀接觸，膠結類型主要為孔隙式膠結，占83.33%。儲層發育四種孔隙類型：粒間孔（1.83%）、溶蝕孔（1.58%）、微孔隙和裂隙（0.05%），總體以殘余粒間孔為主。

圖1 富縣槐農地區長6油層組砂巖組分

2 成巖作用類型及對儲層的影響

溫度、壓力、流體性質及礦物成分決定礦物所經歷的成巖作用的類型及強弱，對原始孔隙的保存或次生孔隙的形成起到關鍵作用[2–4]。黏土礦物的類型及含量、與碎屑顆粒的附著狀態是研究成巖作用的手段之一。本區主要的成巖作用類型有：壓實作用、膠結作用、溶解作用和礦物交代作用。

2.1 成巖作用類型

2.1.1 壓實作用

壓實作用對砂巖孔隙度的影響很大[5]，其影響深度可達幾千米。許多學者都曾經用實驗的方法將石英壓實，由于顆粒重新排列和調整，聚集物的厚度減少10%～15%[6–7]，說明壓實作用減小孔隙體積較明顯。鏡下觀察可見長6油層組中均存在一定數量的泥質碎屑、云母等可塑性顆粒碎屑定向排列、軟顆粒塑性變形、泥巖巖屑變形后假雜基化，故存在一定程度的內壓實現象。計算結果表明，富縣槐農地區壓實率為 61.8%，壓實作用是造成孔隙度下降最直接、最重要的因素。

2.1.2 膠結作用

膠結作用堵塞孔隙，但不減小粒間體積，與壓實作用的成巖效應有所差別[8]。研究區常見的膠結方式有三種：孔隙式膠結、壓嵌膠結和基底式膠結。根據膠結物的類型來看，本區主要有黏土礦物膠結、碳酸鹽膠結以及硅質三種。其中膠結物中，碳酸鹽含量對儲層孔滲影響較明顯，兩者呈負相關關系（圖2），對孔隙度影響稍大；而黏土礦物含量和硅質含量對孔滲的影響相對較小。計算結果表明，富縣槐農地區膠結率為 26.2%，說明膠結作用是該區孔隙度下降的重要因素。

圖2 鄂爾多斯盆地富縣槐農地區長6油層組碳酸鹽含量與孔隙度和滲透率關系

2.1.3 溶解作用

溶解作用主要表現為各種砂巖組分發生部分溶解，甚至全部溶解，并形成多種類型的次生孔隙。

長石溶蝕：富縣槐農地區長6油層組砂巖中長石含量較高，隨著孔隙水中有機酸含量的增加及地溫升高，長石發生溶蝕，產生次生孔隙。這類孔隙的存在，在一定程度上改善了儲層物性。鉀長石與斜長石的溶解，往往形成粒內溶孔、粒緣溶孔，導致長石呈網狀、島弧狀。據觀察長石溶蝕作用形成的溶蝕面孔率為0.07%～5.00%（表1）。

表1 富縣槐農地區長6儲層長石溶孔面孔率統計

雜基溶蝕：鏡下可見到雜基溶蝕，這種無選擇溶蝕作用形成的溶孔與烴類的成熟及運移有關聯，雜基溶孔的形成可能與干酪根熱降解形成的酸性流體有關。

2.1.4 交代作用

交代作用是由于被交代礦物的溶解和交代礦物的沉淀同時進行而導致的礦物替代現象[9]。研究區主要的交代作用是方解石交代長石。交代過程服從體積保持不變定律和質量守恒定律，對儲層影響不大。

2.2 成巖作用對儲層的影響

儲層在形成后，經過一系列不同類型、不同強度的成巖演化，導致儲層的儲集性能發生改變，具體可以歸為兩類：破壞性成巖作用和建設性成巖作用，其中壓實作用和膠結作用造成原生孔隙損失，屬破壞性成巖作用；溶解作用屬建設性成巖作用；交代作用基本不改變顆粒體積，其影響可以忽略。

3 成巖階段研究

根據巖石學、古地溫和有機質成熟度特征，我國石油行業將碎屑巖的成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段，其中早成巖階段劃分為早成巖（A、B）期，晚成巖階段劃分為晚成巖（A、B、C）期[10–12]。

成巖序列是對成巖場中成巖反應同步性的深刻揭示，也是成巖作用階段性劃分的基礎[13]。通過對顯微鏡和掃描電鏡下的各類成巖現象及成巖作用的分析，結合各種自生礦物的產出狀況和生成條件，得出以下結論：研究區長6砂巖儲層成巖作用具有良好的期次性和世代性。壓實作用最先發生，在壓實作用形成的碎屑堆積格架孔隙中，依次發生黏土膜覆蓋、方解石沉淀、長石顆粒溶解、石英次生加大、鐵方解石充填、白云石充填或交代碎屑顆粒。歸納出富縣槐農地區長6油層組成巖序列為：機械壓實→早期黏土膜（綠泥石膜或蒙脫石膜）形成→少量方解石沉淀→（含有機酸流體注入）長石顆粒溶解→石英次生加大→石油侵位→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒。由于自生礦物的形成需要一定時間，所以上述各成巖作用會出現重疊的情況。

鄂爾多斯盆地長6碎屑巖的鏡煤反射率通常為0.7%～0.9%[14–15]，砂巖普遍經受了較強的壓實改造，碎屑顆粒均以線接觸為主，砂巖中原生孔隙己大量消失，次生孔隙普遍發育，鐵方解石、鐵白云石等晚期碳酸鹽膠結物大量出現，長石、巖屑以及碳酸鹽碎屑等常發生明顯的溶蝕作用，高嶺石、伊利石、綠泥石等自生黏土礦物比較常見。綜合研究表明：富縣槐農地區延長組長6油層組砂巖成巖階段主要處于晚成巖階段的A期。

4 成巖相類型

成巖相是不同成因的碎屑沉積物，在不同成巖環境下，經受各種物理、化學、生物作用（包括溫度、壓力、水與巖石以及有機和無機酸之間綜合反應）而形成的，具有一定共生成巖礦物和結構特點的巖石類型組合[16–17]。不同成巖相控制著不同儲層孔隙結構發育特征和儲層物性。長6油層組砂巖的成巖相可歸納為以下4類。

緊密壓實成巖相：該成巖相在三角洲前緣水下分流河道間沉積相控制下，黏土、雜基含量較高，機械壓實作用強，原生孔隙大大降低，形成微孔-細喉的特征，滲透率低，多屬于較致密層。

方解石膠結成巖相：平面上常見于主砂體的側翼，以方解石膠結為主，綠泥石膜很少或不發育。碳酸鹽往往呈基底式、孔隙式致密膠結，有效孔隙消失，形成致密型孔隙組合關系。此類儲層雖在巖心上可見一定級別的油氣顯示，但一般不具有產能。

長石溶蝕相：主要發育于膠結物和雜基含量相對較低的水下分流河道砂體中。綠泥石膜剩余粒間孔較少，長石、巖屑溶蝕所形成的次生孔隙也比綠泥石膜剩余孔發育砂巖中的溶蝕孔隙少得多。此類儲層物性一般，含油較少。

早期綠泥石薄膜成巖相：早期綠泥石沿顆粒表面生長，呈環邊或薄膜狀，有利于儲層原生粒間孔保存。該成巖相常形成于三角洲水下分流河道和河口壩等高能量砂體中，砂體原始孔滲性很好，有利于地下流體的流動，為好的油氣儲層。

5 不同成巖相帶儲層特征的差異

富縣槐農地區長6油層組成巖相平面特征表現為：長石溶蝕相（III類）較為發育，主要位于水下分流河道的主砂體區（圖 3），次生孔隙發育良好，具有較好的儲集性能；河道側翼的道間碳酸鹽膠結相（IV類）和分流間灣的緊密壓實相（I類）由于碳酸鹽膠結嚴重和抗壓實效果差，儲集性能較差，粒間孔隙大量喪失，儲層的儲集性能大規模下降，是非常不利的成巖相；綠泥石薄膜相是本區比較有利的成巖相，它的分布區域與碳酸鹽膠結成巖相有一定的重合，不同的是，綠泥石薄膜相（II類）常見于兩個砂嘴的“間灣”處，說明此處成巖環境較穩定；綠泥石膜的出現有效地抑制了膠結和壓實作用的進行，使原生粒間孔隙得以保存，因此儲集性能相對較好。

圖3 富縣槐農地區長6沉積–成巖相

6 結論

（1）富縣槐農地區長6油層組成巖作用主要有壓實、膠結、溶解、交代四類，壓實和膠結作用是降低儲層孔滲性的破壞性成巖作用，壓實率和膠結率分別為61.8%和26.2%；溶解作用產生次生孔隙，屬建設性成巖作用，孔隙度增加約3.3%。

（2）富縣槐農地區長6油層組成巖序列大致為：壓實作用最先發生，在壓實作用形成的碎屑堆積格架孔隙中，膠結作用、溶解作用、交代作用依次或交替發生，最終進入晚成巖A期。

（3）長6油層組成巖相類型主要有：長石溶蝕相、方解石膠結相、早期綠泥石薄膜相、緊密壓實相等4類。其中綠泥石薄膜相沉積、成巖環境相對穩定，綠泥石膜在一定程度上抑制了膠結和壓實作用的進行，儲集層原生粒間孔隙得以保存，因此綠泥石薄膜相儲集性能相對較好，是下步勘探的重點。

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