蘇里格氣田桃2區塊盒8、山1段儲層成巖作用與孔隙演化

楊 勃，曾 偉

（1.西南石油大學研究生院，四川成都610500；2.西南石油大學）

1 基本情況

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是發育于上古生界二疊系碎屑巖系中大型砂巖巖性圈閉氣藏［1］。該區地層系統為盆地內正常地層層序，二疊系自下而上可以劃分出下統太原組和山西組、中統石盒子組、上統石千峰組三個地層單元。桃2區塊山西組和石盒子組均由一套陸相碎屑巖構成，主力含氣層段為山1段和盒8 段，儲層物性較差，平均孔隙度6.13%。平均滲透率0.28×10-3μm2，研究認為成巖作用控制了儲層物性的好壞。

根據大量的鑄體薄片觀察、陰極發光分析、包裹體檢測以及掃描電鏡和X-射線衍射分析結果，蘇里格氣田桃2區塊儲層經歷了多種成巖變化，對儲層物性有很大影響。降低孔隙度的成巖作用主要有壓實作用、壓溶作用和膠結作用，增大孔隙度的成巖作用主要為溶蝕作用（表1）。

2 壓實、壓溶作用

在桃2區塊盒8、山1段儲層常見的壓實現象有：①片狀、長條狀礦物順層分布；②石英、剛性巖屑等剛性顆粒的局部破裂與錯位，在陰極射線下常見石英顆粒的壓裂縫被石英膠結物重新愈合的現象；③片巖、千枚巖、板巖、泥頁巖、噴出巖等塑性顆粒的塑性變形與假雜基化。

表1 儲層主要成巖作用及對孔隙度的影響

當沉積物的埋深到達一定程度（一般為1 000～1 500 m），顆粒接觸點上的壓力超過正常孔隙流體壓力2～2.5倍時，就會發生壓溶作用。壓溶作用主要通過固體-溶液之間的物質平衡來完成，不僅能引起石英顆粒體積的減小，使顆粒接觸更加緊密，而且壓溶組分SiO2還會作為膠結物沉淀下來，進一步降低孔隙。桃2區盒8、山1段儲層常見的壓溶現象是石英顆粒的凹凸鑲嵌接觸和縫合狀接觸。

由于盒8、山1段儲層地質歷史時期埋藏深、巖石成熟度低，壓實、壓溶作用強，是儲層物性變差的主要原因之一。

3膠結作用

研究層段儲層中常見的膠結物有石英、方解石和高嶺石，另有少量的綠泥石、伊利石、白云石和黃鐵礦（表2）。

3.1 石英膠結物

石英膠結物是桃2區塊盒8、山1 段儲層中常見的膠結物之一，也是儲層物性較差的主要原因之一。盒8上亞段石英膠結物平均含量3.41%；盒8下亞段平均含量2.78%；山1 段平均含量3.34%（表2）。石英膠結物主要有兩期，一期以石英加大的形式出現，另外一期為充填孔隙的自生石英，以前者為主。

（1）第一期石英膠結物。第一期石英膠結物以石英加大邊的形式出現。石英加大的強弱程度與沉積物原始組分和結構有關，巖石粒度及石英顆粒、巖屑和雜基含量明顯控制了石英加大邊的含量（表3）。在中粒及以下粒級巖石中，石英加大很弱，石英加大邊平均含量一般小于2%，主要是這類巖石石英顆粒含量低，巖屑和雜基含量高，在早期壓實作用下其粒間孔隙基本消失，沒有石英加大的空間，也缺少石英加大的晶核。在粗砂巖中，石英加大很強，石英加大邊平均含量達5.66%，最大可達16%，造成大部分石英加大邊互相焊接、嵌合。

表2 填隙物含量統計

表3 粒度與石英加大邊含量關系

石英加大邊硅質膠結物來源主要與壓溶作用有關，在雜基、早期膠結物含量和粒度大致相近的情況下，石英加大邊含量與石英顆粒含量呈正比（圖1），石英顆粒越多，石英加大越強，主要是因為石英顆粒含量越多，壓溶提供的SiO2就越多，因而石英加大就越強。石英加大邊中含有氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫度最小63℃，最大95℃，主要溫度范圍在70 ～90 ℃之間，如果按古地表溫度10 ℃、古地溫梯度3 ℃／100 m 計算，則石英加大從1 700 m開始，主要加大邊形成深度在2 000～2 500 m，與壓溶作用發生的主要深度一致［2-3］。

（2）第二期石英膠結物。第二期石英膠結物以自生石英的形式出現。它可以充填在石英加大后的殘余粒間孔中，也可以充填在粒內溶孔和鑄模孔中。它既可以呈自形晶散布在孔隙中，也可以呈半自形或它形晶將較小的孔隙充填滿。這期石英膠結物含量較低，一般小于2%，個別可大于5%。自生石英硅質膠結物來源可能主要與長石和巖屑的溶蝕作用有關。由于它不僅充填殘余粒間孔隙，而且充填各種溶蝕孔隙，表明形成于溶蝕作用之后。

圖1 石英加大邊含量與石英顆粒含量的關系

研究層段儲層中現今無長石，長石均發生了次生變化而消失，長石溶蝕必然產生過量的SiO2而導致自生石英的形成。自生石英中富含氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫度在90 ℃以上，最大可達138 ℃，主要溫度范圍在100～120 ℃之間，與溶蝕作用發生的溫度（深度）范圍一致。

3.2 方解石膠結物

方解石膠結物在桃2區塊盒8、山1 段普遍存在，含量一般在2%～5%，少數樣品含量可達30%，平均含量為3.30%。由于方解石膠結物含量高及其對原生和次生孔隙的充填，其本身又未發生溶蝕作用，是桃2 區塊儲層物性較差的又一重要原因。方解石膠結物有早、晚兩期，早期為無鐵方解石，晚期為含鐵防方解石，以前者為主。

（1）早期無鐵方解石。早期方解石膠結物主要呈孔隙式-基底式膠結，連晶狀產出，嚴重充填粒間孔隙和交代顆粒。主要出現在堤岸相、河道間的中、細粒巖屑砂巖中，這類砂巖常夾于泥巖中或與泥巖緊密相鄰，泥巖壓實水是鈣質膠結物的主要來源，且此類巖石原始粒間孔隙細小，孔隙水交換能力弱，容易造成碳酸鹽的過飽和。早期方解石膠結物不常出現，但一旦出現，其含量就很高，一般在15%以上，最大可達30%。大量早期方解石膠結物嚴重堵塞孔隙，使這類巖石在成巖作用早期就變得很致密，阻止了后期酸性水的流動，因此在成巖作用晚期不僅溶蝕作用很弱，其他成巖作用也很難發生。

（2）晚期含鐵方解石。晚期方解石膠結物呈斑塊狀連晶膠結，充填粒間孔隙和各種溶蝕孔隙，并交代碎屑顆粒、雜基及早期膠結物（如早期方解石、高嶺石、石英加大、自生石英等）。晚期方解石膠結物含量較低，一般小于5%，主要出現在中、粗粒河道砂體中。晚期方解石為含鐵方解石，混合液染成紫紅色。從晚期方解石膠結物充填各種溶蝕孔隙和交代高嶺石、石英加大和自生石英來看，其形成時間較晚，在溶蝕作用和自生石英和高嶺石膠結作用之后，應該在中成巖B 亞期。晚期方解石膠結物富含氣液兩相流體包裹體，包裹體均一溫主要在130～140℃之間（圖2），高于自生石英。

圖2 晚期方解石膠結物氣液兩相包裹體均—溫度分布直方圖（部分數據來自蘇47-48區塊）

晚期方解石膠結物的鈣質來源也可能與長石、巖屑的溶蝕有關，長石溶蝕可形成次生鑄模孔隙和向孔隙水中提供自由離子（Ca，K 和Na），并最終導致晚期方解石膠結物的形成。

3.3 高嶺石膠結物

高嶺石膠結物含量較高，為主要的膠結物之一，通常半充填在粒間孔和溶蝕孔隙中，把這些大孔隙變成細小的高嶺石晶間孔隙，是桃2區塊盒8、山1段儲層物性較差的主要原因之一。

常見高嶺石與自生石英共同充填于粒間孔隙和各種溶蝕孔隙中，通過充填關系來看，高嶺石和自生石英兩者應是同時進行的，其形成時間應比溶蝕作用稍晚，應在中成巖A 階段晚期-中成巖B 階段。在陰極射線下發靛藍色光。

4 溶蝕作用

溶蝕作用是決定蘇里格氣田桃2區塊儲層物性好壞的重要因素之一，它能形成大量次生孔隙，對改善儲層物性起到積極作用，桃2區塊廣泛發育的粒內溶孔、鑄模孔和雜基內溶孔就是溶蝕作用的結果。

研究層段被溶組分主要是長石，次為淺變質巖屑、火成巖屑、雜基等。長石均已發生次生溶蝕，只能從所形成的溶模孔形態或殘余物上識別出來。

溶蝕作用發生在中成巖A 階段，該階段內有機質達到成熟，在有機質成熟過程中會產生大量的酸性水或有機酸，這種酸性水或有機酸隨泥巖的壓實而進入相鄰的砂巖中，使砂巖中的某些組分產生溶蝕，形成大量溶蝕孔。

5 結論

（1）盒8、山1段儲層壓實、壓溶作用強，是儲層物性較差的主要原因之一。

（2）儲層中石英膠結物、方解石膠結物和高嶺石膠結物發育，是儲層物性較差的又一重要原因。

（3）與有機酸有關的埋藏溶蝕作用是增大儲層孔隙度的主要原因，是形成有效儲層的關鍵。

（4）溶蝕作用與烴類運聚匹配是盒8、山1段巖性氣藏形成的重要條件。

［1］ 何自欣，付金華，席勝利，等.蘇里格大氣田成藏地質特征［J］.石油學報，2003，24（2）：6-24.

［2］ McBride，Earle F.Quartz cement in sandstones：a review［J］.Earth Science Reviews，1989，（26）：69-112.

［3］ MoradS W H.Clay mineral cements in sandstones［J］.International Association of Sedimentoloists Special Publication，2003，（4）：30-42.