壓實法石英砂巖成巖相識別及其應用

王欣，薛林福，遇運良，白燁，石玉江，張海濤

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130062；2.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院，陜西西安710018）

壓實法石英砂巖成巖相識別及其應用

王欣1，薛林福1，遇運良1，白燁1，石玉江2，張海濤2

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130062；2.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院，陜西西安710018）

提出利用測井資料進行石英砂巖成巖相有效劃分的壓實法。在地層埋藏史恢復的基礎上，通過回歸分析方法確定僅有機械壓實作用情況下的理論孔隙度－深度曲線與實測孔隙度－深度曲線進行對比，配合顯微鏡下鑄體薄片觀察及掃描電鏡觀察，X－衍射和陰極發光分析，確定石英砂巖成巖相劃分標準。根據成巖相劃分標準，利用測井資料進行實際孔隙度計算，并進行流體校正，對未取心井段石英砂巖成巖作用類型進行識別。該方法用于蘇里格地區石英砂巖成巖相劃分，把蘇里格地區石英砂巖劃分為強、中、弱溶蝕相和強、中、弱膠結相等6類成巖相類型。研究結果表明，該方法提高了石英砂巖測井成巖相識別能力和定量評價精度，具有較好的應用前景。

測井解釋；石英砂巖；壓實法；成巖相；成巖作用

0 引 言

隨著勘探開發程度的提高，成巖作用研究在儲層描述、油藏分析和后期的勘探開發等方面的重要性日益突出［1］。成巖相是在成巖與構造等作用下沉積物經歷一定成巖作用和演化階段的產物［2］。國內外關于碳酸鹽成巖相的研究相對較多，對石英砂巖成巖相的研究相對較少，而石英砂巖作為主要的砂巖儲層，它的成巖相越來越受到研究者的關注。常規的分析方法如鑄體薄片、掃描電鏡、X－射線衍射、流體包裹體等成本高，只能進行定性判別，不能滿足儲層評價的需要。作為對地層特征響應的測井資料包含了豐富地質信息，具有全井段采集的優點。有效挖掘測井信息，探討測井資料用于進行石英砂巖成巖相類型的定量判別具有可行性與重要性。研究作為對分析及化驗資料的擴充和補充，可以滿足勘探開發的要求。

1 壓實法成巖相判別

石英砂巖的成巖作用主要為機械壓實作用、溶蝕作用、膠結作用。機械壓實構成了孔隙度－深度關系基準，溶蝕和膠結作用造成了巖石在孔隙度－深度基準線左右的變化。要確定石英砂巖發生了溶蝕作用還是膠結作用，需要建立一個只考慮機械壓實作用的孔隙度－深度關系的理論曲線作為基準，與實際測井獲得的孔隙度－深度曲線對比，配合巖心薄片對比觀察，確定石英砂巖成巖相劃分標準，在此基礎上進行成巖相定量的類型劃分。壓實法是通過恢復僅有壓實作用情況下的理論壓實曲線與現今孔隙度進行比較來確定成巖作用的一種方法。如果石英砂巖在埋藏壓實作用基礎上經歷了膠結，則巖石的現今孔隙度小于理論孔隙度，如果現今巖石孔隙度大于理論孔隙度，則巖石可能經歷了溶蝕過程。

建立孔隙度－深度關系理論方程

式中，φ0為初始孔隙度；c為壓實系數，反映孔隙度隨不同深度的變化規律；z為砂巖埋藏深度；φ（z）為沉積物在深度z處的孔隙度。

壓實法成巖相判別步驟見圖1。

圖1 壓實法成巖相判別流程圖

2 壓實法在蘇里格地區的應用

2.1 蘇里格地區地質概況

蘇里格地區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部，勘探范圍西起內蒙古自治區鄂托克前旗，東到陜西省靖邊縣，北起內蒙古自治區鄂托克后旗的敖包加汗，南至陜西省吳旗縣，勘探范圍［3］約4×104m2（見圖2），是發育于上古生界碎屑巖系中的大型砂巖巖性圈閉氣藏［4］。上古生界自下而上可劃分為石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中，上、下石盒子組自上而下可劃分為盒1至盒8等8個含氣層段［5］；山西組劃分為山1、山2段。本文研究的主要為二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段的石英砂巖。

圖2 蘇里格地區構造區劃圖

2.2 蘇里格地區石英砂巖成巖作用類型及對孔隙的影響

通過顯微鏡下鑄體薄片觀察及掃描電鏡觀察，結合X－衍射分析、陰極發光分析，對蘇里格地區上古生界盒8段及山1段地層石英砂巖的成巖作用類型及其表現、成巖作用對石英砂巖的影響進行了系統研究。結果表明，研究層段石英砂巖主要發育機械壓實、溶蝕和膠結3種成巖作用。

2.2.1 機械壓實作用

蘇里格地區壓實作用主要表現為儲層中原生粒間孔隙的縮小與減少［6－7］。隨著沉積物埋藏深度增大，壓實作用強度逐漸加大，雜基含量逐漸減少，膠結類型呈現出由基底式→孔隙式→接觸式→無膠結物式的變化趨勢；相應地顆粒接觸方式由飄浮狀→點接觸→線接觸→凹凸接觸逐漸向縫合線接觸演化。

2.2.2 溶蝕作用

石英顆粒不易溶解，根據薄片觀察資料，蘇里格地區石英砂巖溶解作用主要表現為易溶填充物、凝灰質、巖屑和雜基的溶蝕。在溶蝕作用強烈情況下可發生少數石英巖巖屑和碎屑的溶蝕。溶蝕作用對孔隙度的演化具有建設性的作用［8－10］。

2.2.3 膠結作用

蘇里格地區石英砂巖主要的膠結作用類型為硅質膠結、方解石和黏土充填膠結等作用，硅質膠結主要以次生石英和粒間充填自生微晶粒狀石英2種方式產出。膠結類型以孔隙式膠結為主，其次為再生－孔隙式膠結。黏土礦物膠結作用主要以高嶺石膠結為主［11－12］。

2.3 考慮機械壓實作用的孔隙度－深度關系理論曲線的確定

2.3.1 聲波時差法剝蝕量恢復

石英砂巖的粒度、分選和磨圓、埋藏歷史和后期成巖作用影響著石英砂巖的理論孔隙度－深度曲線，所以要建立理論孔隙度－深度關系曲線，必須進行埋藏史的恢復。剝蝕量影響著理論孔隙度的計算，巖石的理論孔隙度應等于最大埋深時的孔隙度。通過剝蝕量恢復，確定巖石最大埋藏深度，可以計算出巖石的理論孔隙度。

求得的剝蝕厚度若大于上覆沉積厚度，則剝蝕地層及其下伏的各地層最大埋深大于現有的埋深，應將它們分別加上剝蝕厚度，再進行古厚度恢復；若剝蝕厚度小于上覆沉積厚度，則上覆地層將補償剝蝕影響，在孔隙度－深度關系上是正常壓實趨勢，此時無需作任何校正。

中生代以來，蘇里格地區發生了4期均勻抬升和地層剝蝕事件：三疊系／侏羅系（印支期，200a）、侏羅系延安組／侏羅系直羅組（燕山運動早期，175 a）、侏羅系／白堊系（燕山運動中期，145a）和白堊系／第四系（燕山運動晚期，65a）［13］。經過前人研究，蘇里格地區前3期剝蝕量較小，不需要進行剝蝕量恢復，因此，只需對第4期白堊紀／第四系的剝蝕量進行計算。巖石聲波時差隨深度變化存在指數關系，該關系不受地層遭受剝蝕影響，通過現有聲波時差數據擬合可以建立標準指數曲線，曲線上各點所對應的埋藏深度值與現有深度值的差就是所經歷的剝蝕量值。本文利用聲波時差法進行剝蝕量恢復［14］。

2.3.2 理論曲線的確定

理論上，僅考慮機械壓實作用的沉積物孔隙度與深度呈負指數遞減關系變化［15－22］。

（1）初始孔隙度φ0確定。其中，track為分選系數，track＝P25／P75，P25和P75由粒度累計曲線上25%和75%所對應的顆粒直徑求得。分選系數越低，砂巖的分選性越好，其原始孔隙度越高。對蘇里格地區48個砂巖樣品的分選系數進行計算（見圖3）求得分選系數在1.45～2.86之間，平均分選系數為1.85，帶入M.Scherer公式，即

求得初始孔隙度為33.2%。

圖3 分選系數頻率圖

（2）計算壓實系數。因條件限制，不能實測到足夠多的樣品，又考慮到聲波時差值反映均勻分布的原始孔隙度，所以使用自行開發的計算孔隙度的Simple軟件，利用測井聲波時差值對孔隙度進行計算，并進行流體校正，求取不同深度砂巖孔隙度值。

在恢復研究井剝蝕量的基礎上，對蘇82井、召60井、召61井、召65井、統40井、蘇102井、蘇54井、蘇77井、蘇52井等9口井砂巖孔隙度－深度數據進行擬合，求取壓實系數的平均值為0.000 4，以該值作為蘇里格地區壓實系數c值。

2.3.3 理論孔隙度－深度曲線與實測數據對比和成巖相劃分標準的確定

把理論曲線和實測孔隙度－深度曲線進行對比。通過巖石薄片描述對比分析，實測數據位于理論曲線的左側，砂巖薄片顯示為膠結作用，實測數據位于理論曲線右側，砂巖薄片顯示為溶蝕作用見圖4。

根據偏移程度，建立成巖相劃分標準

（1）石英砂巖成巖相劃分指標（簡稱偏離度）：偏離度＝實測孔隙度值－理論孔隙度值

（2）根據偏離度，石英砂巖的成巖相可以劃分為6種（見表1）。

圖4 蘇39井理論曲線和實測孔隙度－深度曲線對比圖

表1 成巖相劃分標準表

2.3.4 壓實法石英砂巖成巖相劃分結果

采用壓實法對有掃描電鏡資料的井段進行了石英砂巖成巖作用分析。通過理論孔隙度與實測孔隙度的比較可以確定成巖相，其結果與根據掃描電鏡資料所確定的砂巖的成巖作用類型基本一致（見表2）。

表2 蘇里格地區成巖相識別效果對照表

3 結 論

（1）提出了一種石英砂巖成巖相的有效識別方法壓實法，利用測井資料，在地層埋藏史恢復的基礎上，通過回歸分析方法對石英砂巖成巖相進行了定量的判別。

（2）壓實法應用于蘇里格地區的石英砂巖成巖相的識別，建立了蘇里格地區石英砂巖成巖相判別標準。識別出6類成巖相類型為強、中、弱溶蝕相和強、中、弱膠結相。識別結果與根據掃描電鏡資料所確定的砂巖成巖相類型進行對比驗證，證明了該方法識別結果準確，具有較好的應用前景。

（3）提高了石英砂巖測井成巖相識別能力和定量評價精度，進而為蘇里格地區的深入勘探與進一步開發提供了科學依據。

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Recognition of Quartz Sandstone Diagenetic Facies with Compaction Method

WANG Xin1，XUE Linfu1，YU Yunliang1，BAI Ye1，SHI Yujiang2，ZHANG Haitao2
（1.Earth Science College，Jilin University，Changchun，Jilin 130062，China；2.Institute of Exploration and Development，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China）

Proposed is an effective method called compaction method which is used to recognize the diagenetic facies of quartz sandstone with log data.On the basis of denudation quantity recovery，this method creates a porosity－depth relations curve as standard.The curve only reflects mechanical compaction by regression analysis method.Then the values of the theoretical and actual porosity are compared.Combined with core observation，thin section identification and electronic probe spectrum，we set the division standard of the diagenetic facies using the compaction method.According to the division standard，the diagenetic facies of quartz sandstone in no coring wells is identified by calculated porosity after correction of fluid.This method is used in Sulige area.The diagenetic facies of quartz sandstone can be divided into six types：weak／

moderate／strong dissolution，weak／moderate／strong cementation.The above results show that the method improves the identification ability and quantitative evaluation of quartz sandstone diagenetic facies using log data，and so has good prospect.

log interpretation，quartz sandstone，compaction method，diagenetic facies，diagenesis

P539.2

A

2012－05－03 本文編輯 李總南）

1004－1338（2012）04－387－05

國家自然科學基金（41174096）和國家重大專項基金（2011ZX05009、2011ZX05044）聯合資助

王欣，女，碩士研究生，從事儲層研究。