鄂爾多斯盆地南部長8段砂質碎屑流儲層特征及主控因素

江 琦, 丁曉琪, 劉曦翔, 任啟豪, 萬友利

( 1. 成都理工大學 油氣藏地質開發工程國家重點實驗室,四川 成都 610059; 2. 西南石油大學 地球科學與技術學院,四川 成都 610500; 3. 中國地質調查局 成都地質調查中心,四川 成都 610081 )

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鄂爾多斯盆地南部長8段砂質碎屑流儲層特征及主控因素

江 琦1, 丁曉琪1, 劉曦翔2, 任啟豪1, 萬友利3

( 1. 成都理工大學 油氣藏地質開發工程國家重點實驗室,四川 成都 610059; 2. 西南石油大學 地球科學與技術學院,四川 成都 610500; 3. 中國地質調查局 成都地質調查中心,四川 成都 610081 )

利用鑄體薄片、掃描電鏡、X線衍射和CT掃描等方法，分析長8段砂質碎屑流儲層巖石學特征、物性特征、孔隙類型及其主控因素.結果表明：鄂爾多斯盆地長8段砂質碎屑流具有單層厚度小、累計厚度大、橫向連續性差的特點，既可單獨產出，也可與濁流相互疊置；巖屑長石砂巖的儲集空間主要是粒間孔，其次是粒內溶孔和微孔，覆壓條件下滲透率較高，長石巖屑砂巖的主要儲集空間是微孔，其次是粒內溶孔和粒間孔，覆壓條件下喉道閉合，滲透率急劇下降；砂質碎屑流具有塑性巖屑和雜基含量差別大的特點，壓實過程中塑性巖屑形變是砂巖致密的最主要原因.沉積環境是控制這類儲層形成的關鍵，壓實作用和膠結作用導致儲層致密化，改善儲層物性的主要作用是溶蝕和構造作用.

砂質碎屑流； 長8段； 儲層特征； 主控因素； 鄂爾多斯盆地

0 引言

針對鄂爾多斯盆地西南部三疊系延長組砂體沉積相的認識存在不同的觀點，如辮狀河三角洲沉積[1-2]、濁流沉積[3]等.隨著深水砂巖研究不斷深入，有學者認為延長組的砂體有相當部分是砂質碎屑流[4-6].針對砂質碎屑流，鮮本忠等[7]以南堡凹陷東營組為例，根據巖相研究，配合薄片、粒度分析，研究塊狀砂巖巖相類型、物質來源、成因模式等，提供一個斷陷湖盆深水塊狀砂巖沉積研究的實例，也為陸相斷陷盆地中深水沉積油氣勘探提供新的思路；陳飛等[8]認為富縣地區延長組存在砂質碎屑流沉積，并探討其成因機制，論述砂質碎屑流的沉積特征及分布規律；根據旬邑地區巖心觀察結果，葛毓柱等[9]認為旬邑地區長8—長6油層組沉積巖中明顯發育砂質碎屑流沉積，并且討論其沉積特征和成因機制，得出砂質碎屑流為風暴誘因的結論.除此之外，鄭榮才、廖紀佳、鄒才能等[10-12]也對砂質碎屑流的特征、成因機制等進行探討.

近年來,致密油成為繼頁巖氣之后全球非常規油氣勘探開發的又一新熱點[13].根據資料查詢、巖心觀察、分析化驗等，筆者分析鄂爾多斯盆地南部長8段砂質碎屑流儲層特征及其主控因素,探尋優質儲層的分布規律，為砂質碎屑流中油氣勘探提供新的思路和方法.

1 區域地質概況

鄂爾多斯盆地是一個大型內陸盆地，也是中國最早發現并進行石油勘探的含油氣盆地之一.盆地碎屑沉積物主要來源于北部的陰山古陸、西北緣的阿拉善古陸、南部的祁連—秦嶺古陸及西南的隴西古陸.研究區位于盆地的南部(見圖1)，物源主要來自于西南的隴西古陸[14-15].長8段沉積期，由于湖平面下降，半深湖—深湖范圍明顯縮小，向西南方向遷至環縣—華池—正寧—志丹一帶[16]，研究區的沉積環境主要為淺湖—半深湖.研究工區西南部主要為三角洲前緣沉積，東北部主要為重力流沉積.

圖1 鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組沉積相

2 砂質碎屑流沉積

砂質碎屑流是由基質支撐的一種塊狀流體，流變學特征指示它屬于賓漢流體或塑性流體，在其內部，碎屑表現為順層運移，底面不具有侵蝕性，頂面受凍結作用而呈不規則形狀，因此可見其頂面與上覆巖層呈凹凸接觸的特征.由于受顆粒的碰撞作用，一些較大的泥屑常被推擠到高濃度慢移“內流層”和快移“濁流層”之間，當內流層凍結時，撕裂的泥屑保留在塊狀砂巖的頂部[17].因此，在塊狀砂巖頂部發育的泥屑是砂質碎屑流的典型標志.

長8段巖心以塊狀層理細砂巖為主，砂巖內部巖性均一，以灰色為主，粒度無明顯變化，單層厚度從數厘米到十余米不等，其頂、底常與黑色泥巖突變接觸，且接觸面平整，但有時其頂面也可與上覆泥巖呈凹凸接觸(見圖2(a))；在砂巖的內部可見大小混雜、無分選性和定向性的泥巖撕裂屑(見圖2(b))，但有時具有一定的成層性，還可見到砂質滑塌過程中形成的陡傾泥巖充填層(見圖2(c))，以及厘米級的水平—低角度交錯層理(見圖2(d)).這種發育于砂巖內部的水平—低角度交錯層理，被認為是單期砂質碎屑流頂部少部分砂體向濁流轉化后的沉積；局部還可見含砂質礫屑細砂巖，厚度在1 m以下.礫屑主要由細砂巖和泥巖組成，分選差，無磨圓，呈雜亂散布，內部發育的細層清晰可見.礫屑最大直徑可達20 cm，其中不同程度地見網狀裂縫被方解石充填(見圖2(e)).

世界上最大的深海塊狀搬運沉積(MTD)是非洲東南部的阿古拉斯滑塌(Agulhas Slump)，其規模達20 331 km3[18].鄂爾多斯盆地為內陸大型湖盆產生的塊體搬運沉積，與Agulhas滑塌相比，具有湖相塊體搬運自身的特點，主要表現在塊體搬運規模小，即使是較大的塊狀搬運沉積也難以達到0.1 km3；塊體側向尖滅快，邊緣厚度快速遞減，縱向上累計厚度較大，常表現為多期塊狀搬運沉積的疊置(見圖3).

3 儲層特征

3.1 巖石學

長8段砂巖巖石類型以細粒巖屑長石砂巖和長石質巖屑砂巖為主，砂巖中石英體積分數為36%～59%，長石體積分數為17%～36%，主要為鉀長石，含少量斜長石，巖屑體積分數較高，為14%～44%，大量噴出巖巖屑、千枚巖和黑云母是該類砂巖的典型特征；此外，還存在極少量的碳酸鹽巖碎屑.砂巖分選中等，磨圓度以次棱—次圓為主，顆粒支撐，塑性巖屑少的砂巖以點—線接觸為主；反之，以線—凹凸接觸為主.膠結物主要為方解石、黏土等，其中方解石和黏土占有較高的比例，是造成這類砂巖低滲的主要原因之一.

3.2 物性

550余件砂巖物性測試表明，該段砂巖孔隙度分布在0.8%～18.5%之間，平均為5.8%，主要分布在2.0%～8.0%之間，占總樣品的80%以上；滲透率分布在(0.06～5.76)×10-3μm2之間，平均為0.34×10-3μm2，主要分布在(0.10～0.30)×10-3μm2之間，占總樣品數的60%以上.當孔隙度小于8.0%時，孔滲相關性較好；當孔隙度大于8.0%時，滲透率出現明顯的分區現象，一部分滲透率分布在(0.96～5.76)×10-3μm2之間，另一部分滲透率分布在(0.11～0.62)×10-3μm2之間(見圖4(a))；同時，覆壓為20 MPa條件下，孔隙度變化不大，從平均6.2%下降到5.7%；滲透率變化顯著，從平均0.12×10-3μm2下降到0.07×10-3μm2(見圖4(b)).

圖2 長8段砂質碎屑流沉積構造標志

3.3 孔隙類型及特征

長8段砂巖孔隙類型主要有粒間孔、粒內溶孔、黏土晶間孔及裂縫等.

3.3.1 粒間孔

砂巖發育的粒間孔包括剩余粒間孔和粒間溶蝕擴大孔.剩余粒間孔主要為綠泥石薄膜膠結后的剩余孔隙，分布并不均勻，一般發育在巖屑含量低的區域(見圖5(a)).粒間溶蝕擴大孔主要是碎屑顆粒的邊緣被溶蝕形成的，主要為長石和巖屑的溶蝕，其形狀多樣，有港灣狀、伸長狀等，比較少見.

3.3.2 粒內溶孔

粒內溶孔是該類儲層主要的儲集空間之一，分布廣泛，主要是由不穩定碎屑顆粒(長石和巖屑)遭受不完全溶蝕形成的.長石溶蝕主要沿解理縫進行，常形成形態各異的溶蝕孔隙，一般呈蜂窩狀(見圖5(b))；巖屑的溶蝕孔隙常無固定形態.當溶蝕作用較強時，這些碎屑顆粒常被完全溶蝕形成鑄模孔(見圖5(c)).粒內溶孔在砂質碎屑流中分布不均勻，多呈孤立分散狀.

3.3.3 黏土晶間孔

黏土礦物體積分數平均為5.8%，黏土礦物主要為綠泥石、高嶺石、伊利石和網狀黏土.其中以綠泥石居多，體積分數為53.2%；其次為網狀黏土，體積分數為22.5%；最后是高嶺石和伊利石，分別為12.5%和11.8%.掃描電鏡分析發現，充填于孔隙間的黏土礦物晶間孔發育，雖對砂巖孔隙度有一定的貢獻，但孔徑小，對砂巖滲透性的改善意義不大(見圖5(d)).

圖3 長8段砂體連井剖面

圖4 長8段砂巖孔滲關系

3.3.4 裂縫

鄂爾多斯盆地三疊系延長組地層裂縫十分發育，以垂直、高角度裂縫為主.無論是在盆地周邊露頭、盆地腹地的巖心錄井中，還是在薄片下，均發現天然裂縫的存在(見圖5(e-f)).裂縫不僅是低滲透儲層中油氣的重要滲流通道和有效儲集空間，還可控制低滲透儲層中油氣的產出程度.

圖5 長8段儲層孔隙類型

4 儲層主控因素

長8段砂質碎屑流的物性主要受沉積作用、成巖作用及構造作用控制.沉積作用在控制砂巖的分布范圍、巖石結構及原始組分的同時，也影響后期成巖作用的類型和構造作用的強度.成巖作用不僅對儲層的儲集空間有影響，而且最終決定儲層物性的好壞和優質儲層的分布.

4.1 沉積作用

碎屑巖地層中，沉積相對砂體的宏觀分布起重要的控制作用[19].研究區發育的主要沉積微相類型有砂質碎屑流、濁流及重力滑塌.早期三角洲前緣水下分流河道砂體內部夾厚度不等的泥巖層，在地震活動、風暴及火山活動等影響下，存在于一定古坡度之上的沉積體向湖盆中心方向遷移，經歷砂質滑動、滑塌、碎屑流3個演化階段，最終在淺湖—半深湖地帶形成平面上呈舌狀、連續性差、側向尖滅快，縱向上常表現為多期疊置，累計厚度較大的砂質碎屑流沉積.

在滑動、滑塌和碎屑流3個演化階段中，滑動代表直移剪切運動，沉積物塊體內部無明顯的變形.滑塌是指在下凹面上運動，代表旋轉剪切面運動，內部層狀泥巖發生變形甚至破裂，形成滑塌褶皺砂泥巖相、旋轉火焰構造、泥巖陡傾層和破碎泥屑等.在最后砂質碎屑流運動中，破碎泥屑進一步變小，最終形成分散泥屑，甚至雜基.這些分散泥屑、雜基在壓實作用下塑性變形，占據原始孔隙空間，促進儲層的致密化進程(見圖6).

圖6 長8段砂質碎屑流沉積模式(據文獻[17]修改)

4.2 成巖作用

除了受沉積作用的控制外，這類砂巖物性還受不同類型成巖作用的影響，包括:(1)機械壓實作用；(2)方解石、黏土的膠結作用；(3)不穩定組分的溶蝕作用.

4.2.1 機械壓實作用

Lundegard P D認為在大多數的砂巖中,孔隙減少的最主要因素是壓實作用[20]，任艷等[21]也認為壓實作用是影響儲層孔隙的主要因素.壓實作用是沉積物最重要的成巖作用之一，對砂巖的物性起重要作用.研究區目的層在地質歷史中埋深最大不超過2 800 m[22-24]，作用于骨架顆粒上的有效壓力相對較強，且層內含有大量的塑性巖屑(淺變質巖、火山碎屑巖和泥屑).變形的塑性巖屑擠占原來的孔隙和喉道，使孔隙度、滲透率降低.在塑性巖屑含量高的砂巖段中，塑性巖屑常呈現假雜基化，石英、長石漂浮于假雜基之上.機械壓實作用是長8段砂巖物性變差的主要作用，但塑性巖屑的分布極為復雜，非均質性強，甚至在同一塊薄片中也能觀察到分布不均的特點.在巖屑含量相對較少的位置，巖石骨架主要由剛性的石英、長石顆粒組成，其抗壓能力相對較強，壓實作用相對較弱，粒間孔隙發育；反之，孔隙不發育.

4.2.2 膠結作用

膠結作用導致滲透率和孔隙度降低[25]，是造成長8段砂巖致密低滲的主要影響因素之一，該類儲層膠結物成分主要為方解石和黏土礦物.

(1)方解石膠結.方解石膠結較為常見，尤其是鐵方解石膠結.強烈的方解石膠結導致儲層大量減孔，它對砂巖的影響僅次于壓實作用，平均減孔6%.薄片觀察統計發現，大部分薄片中的方解石體積分數在5%以下，但局部很高.

(2)黏土膠結.根據薄片鑒定、掃描電鏡及黏土X線衍射分析，砂巖黏土礦物有綠泥石、高嶺石、伊利石和網狀黏土，其中以綠泥石薄膜式膠結居多.在優質儲層中，綠泥石在黏土礦物中的體積分數可以占70%以上，且大多以顆粒包殼的形式產出，說明其形成時間較早.由于這種早期形成的包殼提高砂巖的抗壓實能力，使得粒間孔隙得以保存(見圖7(a)).孔隙中充填的高嶺石、伊利石和網狀黏土(見圖7(b))占據孔隙空間，堵塞孔隙喉道，使得砂巖孔隙的連通性大幅下降，滲透率明顯變差.

圖7 長8段掃描電鏡下成巖作用特征

4.2.3 溶蝕作用

溶蝕作用是低滲透砂巖儲層改造的關鍵因素[26]，主要發生于砂巖內的長石和巖屑，幾乎未見方解石溶解.

(1)長石溶蝕.長8段砂巖的溶蝕以長石溶蝕為主，可見大量斜長石溶蝕，常形成蜂窩狀溶蝕孔(見圖7(c))，甚至鑄模孔.溶蝕作用主要發生在粒度較粗的細砂巖中，在粉砂巖和含泥質紋層的細—粉砂巖中并不見長石的溶蝕.在孔隙度較高、孔隙喉道發育的地方，孔隙水具有相對高的對流速度，溶蝕的長石多數被帶出反應體系，少部分向高嶺石轉化.對于塑性巖屑多的層段，早期的壓實作用導致巖屑大量減孔，后期孔隙水的對流受限，長石的溶蝕也變得緩慢，溶蝕的產物滯留在孔隙中或者向高嶺石轉化.

(2)巖屑溶蝕.巖屑溶蝕在目的層內也較為普遍，以火山巖巖屑居多，可見少量變質巖巖屑溶蝕，常形成粒內溶孔或粒間溶蝕擴大孔(見圖7(d)).

對比JH2井和JH25井，CT掃描顯示JH25井的孔隙連通性明顯差于JH2井的(見圖8(a-b))；核磁測試得出JH25井較JH2井具有較高的束縛水飽和度(見圖8(c-d))；薄片對比發現JH25井的巖屑較JH2井的多，并且JH2井的孔隙以粒間孔和溶蝕孔為主，連通性較好，而JH25井以溶蝕孔和微孔為主，且多呈孤立狀(見圖8(e-f))；根據2口井的覆壓孔滲關系，覆壓為20 MPa條件下，JH2井孔隙度由常壓下的10.19%降至9.60%，滲透率由1.19×10-3μm2降至0.82×10-3μm2，而JH25井孔隙度從10.13%降至9.43%，滲透率由0.24×10-3μm2降至0.05×10-3μm2(見圖8(g-h)).盡管溶蝕作用在目的層較為發育，但對砂巖物性的貢獻有較大差別.對巖屑長石砂巖，溶蝕作用除了可增加孔隙度，還可改善孔隙結構，使砂巖孔隙度和滲透率增加.對長石巖屑砂巖，特別是塑性巖屑含量高的砂巖，雖然有部分溶蝕孔隙，但塑性巖屑的形變堵塞喉道，使溶蝕孔呈孤立狀；盡管孔隙度增加，但對改善砂巖的滲透性是微弱的.

4.3 構造作用

鄂爾多斯盆地長8段自埋藏開始經歷多期的構造作用，由于致密砂巖具有巖性脆的特點，在多期構造作用的影響下，該地區裂縫較發育.根據巖心觀察，長8段構造裂縫較為發育，主要發育高角度裂縫和垂直裂縫，也發育微裂縫.裂縫對儲層既有建設作用，又有破壞作用:一方面,它的存在增加地層中流體的泄流面積，改善儲層物性；另一方面,它對后期油田的注水開發具有災難性的后果，易造成水淹.

長8段油藏開發成果表明：部分井雖然儲層物性差，但是能夠獲得較高的油氣產量，與裂縫有關，如JH17井，平均孔隙度為5.0%，平均滲透率為0.19×10-3μm2(93個樣品)，其產油為14.9 m3/d.對這種低孔低滲的致密型砂巖儲層，裂縫的存在可大幅提高儲層滲透能力.

圖8 JH2井與JH25井的CT、核磁、鑄體薄片和覆壓孔滲關系

5 結論

(1)鄂爾多斯盆地長8段發育砂質碎屑流沉積，單期碎屑流規模普遍較小，側向尖滅較快，多層碎屑流的疊置使其累計厚度較大，厚層砂巖表現為砂質碎屑流與薄層濁流的縱向疊置.

(2)長8段砂質碎屑流成因的塊狀砂巖具有巖屑含量和雜基含量變化大的特點，縱向規律性不強.塑性巖屑的形變是砂巖致密的主要原因，綠泥石環邊發育的砂巖儲集物性較好，網狀黏土及假雜基充填喉道的砂巖具有低滲透率的特點.

(3)溶蝕作用在不同巖性的砂巖中具有不同的作用，巖屑長石砂巖的次生孔隙不僅可以增加孔隙度，而且可以改善孔隙結構，使儲集物性較好；富塑性巖屑的長石巖屑砂巖盡管有次生孔隙發育，但大多呈孤立狀分布，對砂巖物性貢獻不大.

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2015-09-01；編輯：陸雅玲

國家自然科學青年基金項目(41302115)

江 琦(1991-), 男, 碩士研究生, 主要從事儲層地質和儲層地球化學方面的研究.

TE121.2

A

2095-4107(2015)06-0056-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.06.007