鄂爾多斯盆地山西組儲層致密化發育的成巖作用研究

張 堃，韓淑喬

（西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安710065）

趙天強

（中石油長慶油田分公司采油三廠，寧夏 銀川750000）

鄂爾多斯盆地東部地區是天然氣勘探的主要層位，盆地的構造及沉積格局發生顯著變化，西緣裂陷經過晚石炭世到早二疊世的填平，最終以漸變形式結束，北部地臺的抬升，沉積環境轉變為陸相，東西差異相帶分異變小，而南北差異相帶分異增強。鄂爾多斯盆地以河流、三角洲和湖泊為主要沉積，巖性主要有石英砂巖和巖屑砂巖，自北向南砂巖成分成熟度和結構成熟度逐漸變好［1］。鄂爾多斯盆地山西組儲層砂體儲集性能較好，但由于儲層物性受到成巖作用的影響，氣藏規模及單井產量較小［2］。為此，筆者對鄂爾多斯盆地山西組儲層致密化發育的成巖作用進行了研究。

1 儲層巖石學特征

根據取心資料、薄片鑒定以及巖石學特征分析研究區山西組以石英砂巖為主，次為巖屑砂巖。其上部常見粗－中粒石英砂巖，顆粒以細－中粒為主，夾粉砂－細砂，砂巖富集白云母。石英含量一般為65.5%～85.3%，平均76.5%；長石含量甚少，平均1.9%；巖屑含量為14.6%～27.8%，平均21.6%；雜基含量較高，平均27.9%；主要為粘土，含量16.7%；以伊利石、高嶺石為主。自下而上石英呈減少趨勢，巖屑含量略有增加，巖屑成分為中、低級變質巖、火山巖等。研究表明，鄂爾多斯盆地山西組優質儲層具有粒度粗、成熟度高的特點，砂巖儲層的孔隙大小與顆粒粒度呈正相關［3－4］。

2 成巖作用類型

2.1 壓實、壓溶作用

儲層形成過程中，壓實作用和壓溶作用屬于破壞性成巖作用，使得孔隙度降低。研究區山西組的壓實作用較強，碎屑顆粒間多為點－線和線接觸，可見少量縫合線接觸（見圖1）；顆粒發生破裂和碎屑顆粒接觸更加緊密。隨著埋深的加大，機械壓實作用使碎屑顆粒由游離狀、點接觸狀逐步調整為線接觸狀到縫合接觸［5］，導致孔隙的喪失及滲透率的降低。

圖1 研究區壓實作用照片

2.2 膠結作用

1）鈣質 （方解石） 該類膠結物主要以星狀分布于粒間，局部呈連晶膠結，常交代長石，有時還交代石英、石英巖屑和粘土巖屑。該類膠結物可大大降低巖石的孔滲性［6］，特別是連晶式膠結，基本可將孔隙完全堵死，但該類膠結物易于溶解，為后期形成溶蝕孔隙奠定了物質基礎。

2）硅質膠結 硅質膠結包括沿石英顆粒加大的Si O2和充填于孔隙中的自生石英，通過顯微鏡觀察發現，山西組層段硅質膠結發育，次生加大邊寬0.05～0.10mm，加大邊連續，再生膠結發育，以石英顆粒次生加大為主要特征，山西組氣層石英次生加大膠結普遍，石英次生加大多屬Ⅱ～Ⅲ級 （見圖2）。硅質的剛性強，對儲層的抗壓實作用強，有利于粒間孔的保存。

2.3 交代作用

交代作用在該區儲層砂巖中較為少見，主要包括碎屑顆粒的蝕變和膠結物對碎屑顆粒的交代等。砂巖薄片中常見的交代現象主要是方解石沿碎屑顆粒邊緣、解理縫邊緣交代長石、石英及其次生加大邊和巖屑，使碎屑顆粒邊緣不規則 （見圖3）。由于交代作用過程中遵循體積保持定律和質量守恒定律，因此它對巖石的孔隙度和滲透率的影響很小。

圖3 研究區交代作用照片

3 儲層致密化發育過程

根據成巖礦物演化、有機質成熟度和儲層孔隙分布等特征，認為該研究區成巖作用經歷早成巖階段和晚成巖階段 （見圖4）。

3.1 早成巖階段

1）早成巖A期 主要產物為生物甲烷。粘土礦物中富蒙皂石，伊／蒙混層為無序混層，且伊／蒙混層中蒙皂石含量約為70%，該期的主要成巖作用有如下特點：沉積物早期壓實，孔隙水部分排出；碎屑顆粒粘土形成，長石的高嶺石化；火山物質泥化、泥鐵化；早期的方解石和菱鐵礦沉淀，原生孔隙發育，孔隙流體為弱酸性。

2）早成巖B期 從石炭紀到早侏羅世期間 （C～J1），沉積物在埋藏過程中由半固結到固結，原生孔隙有較多的保留，Ro（鏡質體反射率）為0.35%～0.5%，最大埋深達1900 m，最高古地溫為65℃左右，有機質處于半成熟階段，蒙皂石在混層中占50%～70%［7］，仍為無序混層，屬蒙皂石漸變帶。該階段的主要成巖作用有如下特點：隨著壓實作用進行，孔隙水大量排出，沉積物體積明顯減少，軟顆粒受擠壓發生變形，石英的壓溶作用開始發育。考慮到石英流體包裹體的均一溫度在78～140℃范圍內，所以石英壓溶作用產生的Si O2沒有發生就地沉淀。該階段蒙脫石向伊利石的轉化過程中釋放部分酸性流體，長石、凝灰質等開始發生溶蝕，次生孔隙開始出現。

圖4 山二段砂巖儲集層成巖演化模式圖

3.2 晚成巖階段

1）晚成巖A期 從早侏羅世到早白堊世期間 （J1～K1），當埋深達到1910～3910m時，古地溫達到131℃，Ro為0.45%～1.21%，伊／蒙混層中的蒙皂石含量達到21%時，伊／蒙混層轉化將達到第2轉化帶，有機質成熟度達到生烴的最高峰。該階段的有機酸在孔隙流體中不斷增長，長石和凝灰質等鋁硅酸鹽礦物發生溶蝕，產生大量次生孔隙，同時自生石英和自生高嶺石開始沉淀［7］。

2）晚成巖B期 從早白堊世末期到晚白堊世 （K1～K2），當埋深達到3910 m以上時，古地溫將超過131℃，Ro為1.31%～2.1%，有機質成熟度進入高成熟度，蒙皂石的含量逐步縮小至14%，達到第3轉化帶。僅有少量的自生石英和碳酸鹽膠結物存在，占據了孔隙空間，成巖環境也因此轉化為弱堿性［8］。

5 結 論

1）研究區山西組砂巖儲集層是一套低孔、低滲致密砂巖儲集層。壓實作用和壓溶作用對儲層起著破壞性作用，壓實作用是減少孔隙空間的主要因素，其次為膠結作用。

2）導致儲層致密化的主要成巖作用為壓實作用和壓溶作用，交代作用對巖石的孔隙度和滲透率的影響很小。

3）該研究區從早成巖階段到晚成巖階段的成巖演化過程嚴重影響了巖石的孔滲性。

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