鄂爾多斯盆地延長油氣區山西組山2段儲層物性影響因素

于波，羅小明，喬向陽，朱晴，王菲菲，周康，楊嬌

(1. 西北大學 地質學系，大陸動力國家重點實驗室，陜西 西安，710069；2. 陜西延長石油集團有限責任公司研究院，陜西 西安，710065；3.青海油田采油二廠開發室，青海 海西州，816400)

延長油氣區主要位于陜西省延安市境內，部分位于榆林市境內，面積約為1.6×104km2，構造上處鄂爾多斯盆地陜北斜坡東南部(圖1)，其基底起伏較小，沉積蓋層傾角平緩，無明顯背斜，以鼻狀構造發育為特征[1?2]。近年來，隨著延長油氣區在南泥灣、甘谷驛、七里村和王家川等地一大批井的試氣成功，展現了廣闊的天然氣勘探前景，已初具大型氣田之雛形。作為研究區主力產氣層的山2段儲集體主要以辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體為主[3?5]。儲層物性較差，是典型的低孔低滲儲集巖，其氣藏聚集地帶主要受沉積和成巖作用的控制。因此，開展延長油氣區山2段儲層物性影響因素的研究，對油氣區儲層評價和有利氣區預測具有重要意義。

圖1 研究區位置圖Fig.1 Location of studied area

1 巖石學特征

根據鉆井巖心觀察和室內212個砂巖薄片的定量統計結果，山2段儲層主要為中細粒石英砂巖和巖屑質石英砂巖(圖2)。陸源碎屑體積分數平均為77.6%，其中石英體積分數為 49.7%，長石體積分數平均為2.3%，巖屑體積分數為18.6%，巖屑中以變質巖屑為主，體積分數為 12.7%；其次為火山巖屑，體積分數為4.6%，含少量云母，體積分數平均為1.3%。

碎屑顆粒分選性較好，磨圓度較差，多為次圓—次棱角狀，顆粒之間以線接觸為主，膠結類型多以孔隙式膠結和加大孔隙式膠結類型為主。上述分析表明：研究區山2段砂巖成分成熟度較高，結構成熟度較低。

研究區山2段填隙物體積分數平均為18.8%，主要為硅質(平均體積分數為6.1%)、高嶺石(平均體積分數為5.3%)、水云母與伊/蒙混層(平均體積分數為5.2%)和碳酸鹽(平均體積分數為2.2%)。

圖2 山2段砂巖成分三角圖Fig.2 Classification diagram of Shan-2 Member of Shanxi Formation

2 儲集層空間類型

通過212塊砂巖鑄體薄片觀察，結合掃描電鏡及陰極發光分析，研究區山2段砂巖的面孔率為3.6%，該區孔隙類型主要有剩余原生粒間孔(約占1.5%)、粒間溶孔(約占 1.1%)、粒內溶孔(約占 0.7%)、晶間孔(0.2%)和微裂縫(約占0.1%)等。

2.1 原生粒間孔隙

本研究區原生粒間孔隙有 3種：(1) 碎屑顆粒被綠泥石膜或襯邊所包裹后剩余原生粒間孔隙；(2) 石英次生加大或早期成巖階段形成的微晶方解石膠結物充填之后剩余的原生粒間孔；(3) 被黑云母、千枚巖和泥巖巖屑等塑性顆粒變形后形成的假雜基占據后剩余的原生孔隙，此類孔隙孔徑較小，在普通顯微鏡下難以辨認。研究區目的層砂巖的原生粒間孔隙主要為被石英次生加大膠結物充填的縫狀粒間孔隙。

2.2 次生孔隙

次生孔隙是研究區上古生界砂巖儲層主要發育類型，因后期成巖作用改造而形成的孔隙，如溶蝕作用、交代、溶蝕及膠結產生的各種形式的孔隙。溶蝕組分分別為碎屑顆粒、雜基、膠結物或自生交代礦物，包括粒間溶孔、粒內溶孔以及填隙物內溶孔。

(1) 粒間溶孔：主要分布在綠泥石及水云母襯邊等發育的砂巖中，顆粒邊緣有明顯的溶蝕痕跡，邊緣毛糙不整，呈港灣狀、長條狀、蠶食狀和半球狀，溶蝕粒間孔形態多樣，所形成的溶孔通常不規則，孔徑大多為5～50 μm，常與長石和巖屑溶孔等伴生，并被細小的溶蝕縫連通起來。

(2) 粒內溶孔：本研究區砂巖石英含量較高，長石含量較少。長石普遍遭受溶蝕，在酸性成巖環境下，沿長石解理，形成形態較規則的長石粒內次生溶孔。噴發巖巖屑中的長石斑晶和基質部分溶蝕后形成蜂窩狀粒內溶孔；千枚巖和黑云母等假雜基被溶蝕后形成粒內微溶孔。

2.3 晶間微孔

鑄體薄片下能夠鑒別的填隙物內孔主要為結晶程度較好的，孔徑大于5 μm的的高嶺石晶間微孔。這類孔隙在研究區各層段砂巖中發育普遍，主要分布在粒間孔隙中和巖屑及長石次生溶孔中。孔隙的孔徑及分布不均勻，一般孔徑較小，其孔徑與晶體粒徑和堆積緊密程度等有關。巖屑蝕變形成的高嶺石結晶差，晶間孔少，不足高嶺石含量的1/10，孔徑小于1.0 μm。

2.4 微裂縫

常規薄片和掃描電鏡觀察表明：研究區微裂縫孔隙并發育不是很成熟，大致可分為粒間縫和巖石縫，巖石縫比較細，常可以貫穿塑性巖屑和雜基等。盡管巖石縫分布遠不及粒間縫普遍，但是，為大規模流體的運移提供了通道，為次生溶蝕孔隙的產生創造了潛在條件。

3 儲層孔隙結構和物性特征

3.1 儲層物性特征

通過對本研究區 62口取心井2235塊化驗資料分析統計，主要孔隙率范圍在2%～10%，平均孔隙率為4.3%，主要滲透率分布范圍在(0.01～0.51)×10?3μm2，平均值為 0.32×10?3μm2，為低孔隙率和特低滲透儲層。孔隙率和滲透率具有明顯的正相關特征(圖3)，說明儲層的滲透性主要受孔隙和喉道所約束，孔隙的發育直接控制著氣層物性和含氣性。

3.2 孔隙結構特征

根據薄片及壓汞資料研究表明：山2段孔隙類型以微孔隙為主，約占 35.1%，其次為中孔和小孔，分別占總統計數的 25.4%和 21.3%，喉道類型主要為微喉，占統計數的 64.4%，其次為吸附喉，占統計數的25.3%；微細喉和細喉所占的比例較小，分別為5.4%和3.7%。進汞曲線平臺不明顯，呈陡斜式，說明孔喉分選較差，孔隙結構微觀非均質性強。根據大量的儲層毛細管壓力曲線的分析，認為本區毛細管壓力曲線可分為以下4種類型:Ⅰ大孔細?微喉型，Ⅱ中?小孔微喉型，Ⅲ微孔微喉型，Ⅳ微孔吸附喉型(見表 1和圖 4)。

圖3 研究區山2孔隙率與滲透率關系圖Fig.3 Relation between porosity and permeability of Shan-2 Member of Shanxi Formation in studied area

表1 研究區山2儲層壓汞參數統計Table 1 Mercury-injection parameters of Shan-2 Member of Shanxi Formation in studied area

圖4 研究區山2儲層壓汞曲線特征圖Fig.4 Tyoical mercury-injection curves of Shan-2 Member of Shanxi Formation

4 儲層特征影響因素分析

研究區山2儲層孔隙結構復雜，微觀非均質性強，屬低孔隙率和特低滲透率的巖性氣藏，主要受沉積和成巖作用的控制。

4.1 沉積作用

沉積作用對儲層發育狀況及儲層的屬性起著重要的控制作用[6?8]。研究表明：研究區山2儲層屬于三角洲前緣亞相沉積，發育水下分流河道、河道側翼和分流間灣等沉積微相。水下分流河道是本區主要的有利相帶，其水動力較強，分選較好，黏土和雜基含量較少，成分成熟度較高，具有較高的孔隙率和滲透率，成為較好的儲集體。而對于其他相帶，由于水動力較弱，沉積物顆粒細和雜基等填隙物含量高，在壓實和膠結作用下，孔隙率和滲透率急劇降低。

研究發現：組成砂巖的陸源碎屑顆粒粒徑直接決定粒間孔隙的孔徑，通常情況下粒度粗的砂巖中常見較大的孔隙，其滲透率也較高；而粒度小的砂巖中孔隙就小，滲透率一般也比較低(圖5)。由此可見：優質儲層往往發育在磨圓好、分選好以及粒度粗的砂巖中。這是由于粒度較大(粗細砂巖)、分選好和雜基含量低的巖石原生孔隙發育較成熟，酸性流體易進入儲層，溶蝕作用發育較成熟，所以，儲層物性好[9]。綜合研究表明：研究區儲層物性較好的一般為細砂巖以上的粒級。

4.2 成巖作用

4.2.1 壓實和壓溶作用對儲層孔隙的影響

壓實作用是導致研究區砂巖孔隙喪失的主要原因，特別是在成巖早期，強烈的壓實作用使碎屑沉積物迅速壓實，使原生孔隙大大降低。

圖5 不同砂巖類型與孔隙率和滲透率關系圖Fig.5 Distribution map of porosity-permeability of different kinds of Sandstone type

由于本研究區山2段儲層埋深較深，剛性石英受應力作用發生脆性破裂(圖 6(a))。柔性碎屑顆粒(如云母、泥質巖屑)因壓實彎曲、假雜基化以及它們定向或半定向排列，常見石英次生加大區使顆粒線接觸，并見凹凸或縫合線接觸。

利用壓實率可以定量表征壓實作用強度：ρr=(pi?V)/pi×100%[10](其中：pi為原始孔隙率；V為壓實后粒間體積)。原始孔隙率根據 Scherer[11]提出的濕砂在地表條件下的分選與孔隙率的關系計算：pi=20.91+(22.9/G)(其中：G為Trask分選系數)。原始孔隙率在 33.5%～39.7%之間，平均為 35.8%。V=Vp+Vc+Vs(其中：V為壓實后的粒間體積；Vp為薄片下粒間孔隙體積；Vc為膠結物；Vs為雜基含量)。經計算，山2段儲層砂巖壓實率為19.2%～81.3%，平均為54.4%。由壓實作用造成的原生孔隙喪失為19.5%

4.2.2 膠結作用對儲層的影響

黏土礦物膠結、硅質膠結和碳酸鹽膠結是研究區最主要的膠結作用。

伊利石和伊/蒙混層在巖屑含量較高的砂巖中廣泛發育，呈微細的鱗片狀、似膠粒狀或絮狀集合體分布于粒間孔隙中。掃描電鏡下伊/蒙混層單體呈彎曲片狀，集合體呈蜂窩狀，具刺狀凸起(圖 6(b))。伊利石

圖6 山2段砂巖的掃描電鏡及鑄體薄片特征Fig. 6 SEM and optical photomicrographs of Shan-2 sandstones

呈不規則片狀、纖維狀、針狀和毛發狀(圖 6(b))。本研究區砂巖中的伊/蒙混層為蒙脫石向伊利石轉化的中間產物，并以晚期演化階段的富伊利石層為主。雖然伊/蒙混層黏土礦物的出現對原生粒間孔的損失不大，但對滲透率的影響較大，因為卷片狀和絲縷狀晶體常常呈橋連式產出，對喉道的堵塞較為明顯。綠泥石在山2段中砂巖中比較少見，呈薄膜狀或孔隙充填形式產出(圖6(c))。

高嶺石在研究儲層中廣泛發育，根據顆粒形態和結晶程度等大致可分出2類高嶺石：一種形成于成巖早期，晶形較差，呈蠕蟲狀或分散片狀分布于顆粒表面，為長石等經酸性水溶蝕而成，以充填粒間為主，晶間孔隙不發育，局部發育不規則溶蝕邊緣(圖6(d))；另一種形成于晚期，晶形發育較好，單晶呈假六方片狀，由孔隙溶液中直接沉淀或由早期晶形較小的高嶺石逐漸演化而來，集合體呈書頁狀松散堆積于粒間孔隙或長石次生溶孔中，晶間孔隙發育良好(圖6(e))。

自生硅質膠結物在研究區普遍出現，其中以石英的自生加大為主。在鑄體薄片和陰極發光片下觀察，大部分石英具次生加大，多數屬Ⅱ～Ⅲ級；石英次生加大邊與碎屑石英間以很薄的黏土膜分開，自形晶面發育，加大后的石英互貼合，或鑲嵌緊密，呈凹凸狀接觸，多生長于孔隙壁或長石等顆粒溶孔的內部，呈孔隙充填狀(圖6(f))。雖然早期的石英次生加大邊能部分地抑制壓實作用的有效進行，但隨著成巖作用的繼續，自生加大邊向孔隙空間生長，交錯鑲嵌，堵塞孔隙(圖6(g))，降低了儲層的孔、滲性能。

碳酸鹽膠結物在本研究區山 2段砂巖中非常普遍，其主要以粒間膠結物、交代物或次生孔隙內填充物出現，常呈細晶－中晶結構，少量呈泥晶結構，成分主要包括方解石、鐵方解石、鐵白云石和菱鐵礦，主要以(鐵)方解石為主。研究區內(鐵)方解石膠結物可分為早、晚兩期，以晚期為主。其中，早期方解石膠結物主要是微晶方解石單獨或與黏土礦物混雜在一起充填于粒間(圖 6(h))；晚期方解石膠結物主要為鐵方解石，晶粒粗且大多呈它形，以不規則狀分布在以線狀和凹凸狀接觸為主的碎屑顆粒之間，部分晚期方解石的沉淀發生于溶蝕作用之后。其從早期沉淀到溶蝕再到晚期沉淀，反映孔隙水性質的變化是從堿性變酸性再變堿性的過程[12?13]。

碳酸鹽礦物是造成砂巖物性變差的主要膠結物，對儲集層的影響具有雙重性。一方面，早期成巖作用階段所形成碳酸鹽使得砂巖的抗壓實能增強，對部分剩余粒間孔起保護作用；另一方面，碳酸鹽自生礦物的形成，主要是在粒間孔壁和粒內溶孔中結晶沉淀析出，以充填孔隙為主從而使得孔隙率減小，降低儲層的儲集性能(圖 7)。通過膠結率計算公式ρc=Vc/pi×100%(其中：ρc為膠結晶率；Vc為膠結物體積；pi為原始粒間孔隙)及各種膠結物析出含量分析，山2段砂巖的膠結率為13%～61.2%，平均為39.3%，由此造成的孔隙喪失為14%。

4.2.3 交代作用對儲層物性的影響

研究區山2段砂巖中常見的交代作用包括方解石交代碎屑顆粒，方解石交代膠結物，方解石交代泥質雜基，水云母交代石英次生加大與粒間微晶石英等。另外，蒙脫石經混層向伊利石和綠泥石的轉化，長石的高嶺石化現象，高嶺石與伊利石的相互轉化也很常見。從區內孔隙的分布情況來看，溶蝕孔隙多數被膠結作用破壞。

4.2.4 溶蝕作用對儲層物性的影響

區內溶蝕作用強烈，根據顯微鏡及掃描電鏡分析黏土礦物、碳酸巖礦物和石英顆粒等溶蝕作用所產生的次生孔隙非常有限，主要發生在長石顆粒表面及內部(圖 6(h))，其次為巖屑發生溶蝕。顆粒的溶蝕有 2種情況：一種是長石和巖屑等不穩定顆粒直接溶蝕形成粒內溶孔；另一種是長石及巖屑等顆粒先被碳酸鹽礦物交代，后來交代物發生溶蝕而使顆粒間接被溶，常形成粒內溶孔及粒間溶孔。溶蝕作用對改善砂巖儲層的儲集性能起到了建設性的作用。盡管部分溶蝕孔又被后期含鐵碳酸鹽膠結物充填，但仍有較多的次生孔隙被保留下來。由溶蝕作用形成的新孔隙約為1.7%。

圖7 山2段碳酸鹽巖含量與孔隙率、滲透率關系圖Fig. 7 The relation between content of carbonate minerals and petrophysical properties of the Shan-2 Member of Shanxi Formation in studied area

5 結論

(1) 研究區山 2儲層主要以中細粒長石砂巖和巖屑質石英砂巖，具有成分成熟度較高和結構成熟度較低的特點。儲集空間以溶蝕孔為主，原生孔隙次之，粒內溶孔主要為長石和巖屑溶孔。孔隙類型以微孔隙為主，

(2) 山 2儲層孔隙結構主要為微孔吸附喉型、微孔微喉型、中?小孔微喉型、大孔細微喉型4種類型。孔隙類型以小?微孔為主，喉道類型主要為微喉型，儲層物性較差，為低孔隙率和特低滲透率氣藏。

(3) 沉積作用是影響儲層特征的根本因素，在不同的沉積相帶，巖石類型、巖石粒度、分選和雜基成分等都有明顯區別，研究區儲層物性較好巖石的一般為細砂巖以上的顆級，水下分流河道研究區最有利的沉積相帶。

(4) 成巖作用也是影響也是該區山 2儲層儲集性能的重要因素。 壓實作用和膠結作用是本研究區山2段儲層物性變壞的主要因素，山2段儲層由壓實作用造成的平均孔隙率喪失 19.5%，膠結作用使其孔隙率降低14%。溶蝕作用使孔隙率得到一定提高，溶蝕作用增加的孔隙率平均為1.7%

[1] 付鎖堂, 田景春, 陳洪德, 等. 鄂爾多斯盆地晚古生代三角洲沉積體系平面展布特征[J]. 成都理工大學學報: 自然科學版,2003, 30(3): 236?240.FU Suo-tang, TIAN Jing-chun, CHEN Hong-de, et al. The delta depo-sitional system distribution of Late Paleozoic era in Ordos basin[J]. Journal of Chengdu University of Technology: Science& Technology Edition, 2003, 30(3): 236?240.

[2] 李良, 袁志祥, 惠寬洋, 等. 鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣聚集規律[J]. 石油與天然氣地質, 2000, 21(3): 268?271.LI Liang, YUAN Zhi-xiang, HUI Kuan-yang, et al.Accumulation regularity of UpperPaleozoic gas in north Ordosbasin[J]. Oil & Gas Geology, 2000, 21(3): 268?271.

[3] 馬新華. 鄂爾多斯盆地上古生界深盆氣特點與成藏機理探討[J]. 石油與天然氣地質, 2005, 26(2): 231?236.MA Xin-hua. Discussion on characteristics and reservoiring mechanism of deep basin gas in Upper Paleozoic in Ordosbasin[J]. Oil & Gas Geology, 2005, 26(2): 231?236.

[4] 付金華, 魏新善, 任軍峰, 等. 鄂爾多斯盆地天然氣勘探形勢與發展前景[J]. 石油學報, 2006, 27(6): 1?6.FU Jin-hua, WEI Xin-shan, REN Jun-feng, et al. Gas exploration and developing prospect in Ordos Basin[J]. Acta Petrolei Sinica,2006, 27(6): 1?6.

[5] 邢厚松, 肖紅平, 孫粉錦, 等. 鄂爾多斯盆地中東部下二疊統山西組二段沉積相[J]. 石油實驗地質, 2008, 30(4): 345?351.JING Hou-song, XIAO Hong-ping, SUN Feng-jin, et al.Sedimentary facies of member 2 of shanxi formation of lower Permian in the middle-eastern Ordos Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2008, 30(4): 345?351.

[6] 季漢成, 翁慶萍, 楊瀟, 等. 鄂爾多斯盆地安塞-神木地區山西組成巖與沉積相耦合關系[J]. 石油勘探與開發, 2009, 36(6):709?717.JI Han-cheng, WENG Qin-pin, YANG Xiao, et al. Coupling of diagenesis and sedimentary facies of Shanxi Formation in Ansai-Shenmu, Ordos Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 6(6): 709?717.

[7] 付金華, 魏新善, 任軍峰. 伊陜斜坡上古生界大面積巖性氣藏分布與成因[J]. 石油勘探與開發, 2008, 35(6): 664?667, 691.FU Jin-hua, WEI Xin-shan, REN Jun-feng. Distribution and genesis of large-scale Upper Palaeozoic lithologic gas reservoirs on Yi-Shaan Slope[J]. Petroleum Exploration and Development,2008, 35(6): 664?667, 691.

[8] 賈承造, 趙文智, 鄒才能, 等. 巖性地層油氣藏地質理論與勘探技術[J]. 石油勘探與開發, 2007, 34(3): 257?272.JIA Cheng-zao, ZHAO Wen-zhi, ZOU Cai-neng, et al.Geological theory and exploration technology for lithostratigraphic hydrocarbon reservoirs[J]. Petroleum Exploration and Development, 2007, 34(3): 257?272.

[9] 張莉, 朱筱敏, 鐘大康, 等. 惠民凹陷古近系碎屑巖次生孔隙縱向分布規律[J]. 地球科學: 中國地質大學學報, 2007, 32(2):253?258.ZHANG Li, ZHU Xiao-min, ZHONG Da-kang, et al. Vertical distribution of secondary pores in paleogene sandstones in huimin depression and its genesis analysis[J]. Earth Science:Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(2):253?258.

[10] 代金友, 張一偉, 熊琦華, 等. 成巖作用對儲集層物性貢獻比率研究[J]. 石油勘探與開發, 2003, 30(4): 54?55.DAI Jin-you, ZHANG Yi-wei, XIONG Qi-hua, et al. Effects of diagenesis on reservoir property and auality,a case study of the Cainan Oilfield in east of Zhun Ga’er Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2003, 30(4): 54?55.

[11] Scherer M. Parameters influencing porosity in sandstones a model for sandstone porosity predication[J]. AAPG Bulletin,1987, 71(5): 485?491.

[12] 于波, 南郡詳, 張忠義. 鄂爾多斯盆地西峰油田長8儲層的砂巖成巖作用[J]. 蘭州大學學報: 自然科學版, 2007, 43(6):13?17.YU Bo, NAN Jun-xiang, ZHANG Zhong-yi, et al. Sandstone diagenesis of Chang-8 reservoir in Xifeng Oilfield of Ordos Basin[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2007,43(6): 13?17.

[13] 嚴云奎, 于波, 崔智林, 等. 鄂爾多斯盆地甘谷騷油田長 4+5儲層砂巖成巖作用[J]. 蘭州大學學報: 自然科學版, 2009,45(3): 8?12.YAN Yun-kui, YU Bo, CUI Zhi-lin, et al. Sandstone diagenesis of Chang 4+5 reservoir in Ganguyi Oilfield of Ordos Basin[J].Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2009, 45(3):8?12.