鄂爾多斯盆地鎮北地區延長組長4+5致密油層成巖作用及成巖相①

鄭慶華 柳益群

(1．西北大學大陸動力學國家重點實驗室 西北大學地質學系 西安 710069;2．中國石油股份長慶油田分公司勘探開發研究院 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 西安 710018)

0 引言

鄂爾多斯盆地邊緣斷裂褶皺較發育，內部伊陜斜坡構造帶構造相對簡單，以鼻狀構造為主，地層平緩，一般傾角＜1．0°，地層厚度橫向分布穩定，其中鎮北地區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構造帶西南部，西鄰天環坳陷構造帶(圖1)。區內發育的上三疊統延長組是盆地內陸湖盆形成后的第一套生儲油巖系，自下而上細分為長10─長1累計十個油層組，其中位于上部的長4+5主要為盆地西南物源沉積，自下而上可劃分為長4+52和長4+51兩個砂層組，發育低孔特低滲巖性油藏。區內長4+5西南部主要發育辮狀河三角洲平原亞相，可劃分為分流河道、泛濫平原等微相;中部主要發育辮狀河三角洲前緣亞相，可劃分為水下分流河道、水下分流間灣等微相;東北部主要發育由辮狀河三角洲前緣亞相砂體垮塌形成的半深湖重力流沉積，可劃分為滑塌濁積水道和滑塌濁積水道間等微相。相對高孔高滲儲層主要發育在半深湖線附近的水下分流河道微相和滑塌濁積水道微相［1］。

近年來，鎮北地區長4+5含油有利區不斷落實，但儲層成巖作用研究尚未深入開展，相對高孔高滲儲層的成因機理和分布規律缺乏深入分析［2］，尚未提交儲量和進行產能建設，因此有必要對長4+5儲層成巖作用及成巖相開展詳細的研究。本次研究觀察、描述取芯井30口，巖芯長約500 m，照相700余張，取樣品70塊并全部進行了鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發光、顯微熒光、高壓壓汞和常規物性等分析，部分樣品進行了X射線衍射、電子探針和流體包裹體分析。

1 儲集砂巖巖石學及物性特征

1．1 巖石學特征

鎮北地區長4+5儲層的巖性主要為淺灰色—灰褐色含中粒長石巖屑砂巖和巖屑長石細粒砂巖(圖2)。鑄體薄片鏡下鑒定和統計結果表明，碎屑成份成熟度較高，結構成熟度中等，以點—線接觸為主，體積分數平均為83．3%，其中石英體積分數為29．7%～57．0%，平均41．2%，長石體積分數為 2．7% ～32．0%，平均15．3%，以鈉長石和鉀長石等堿性長石為主。巖屑體積分數為8．5% ～41．5%，平均26．8%，主要以變質巖巖屑(包括千枚巖、石英巖、板巖、變質砂巖、片巖和高級變質巖)和沉積巖巖屑(包括白云石、灰巖、泥巖)為主，火山巖巖屑(包括噴發巖、隱晶巖)含量較少，其中變質巖巖屑體積分數平均為11．6%，沉積巖屑體積分數平均為6．4%(白云石巖屑體積分數平均為6．0%)，火成巖巖屑體積分數平均為3．2%，其他類巖屑體積分數平均為5．6%(其中云母類巖屑體積分數平均為3．1%，綠泥石巖屑體積分數平均為0．21%)。碎屑巖中柔性組分體積分數平均為12．1%，以千枚巖、火山噴發巖、板巖等塑性巖屑為主(9．0%)，云母類巖屑次之(3．1%)。雜基成分體積分數平均為4．1%，其中凝灰質成分體積分數平均為1．0%，常被溶蝕殆盡。

圖1 鎮北地區在鄂爾多斯盆地中的位置Fig．1 The location of Zhenbei area in Ordos Basin

根據X射線衍射、掃描電鏡等資料分析，填隙物成分體積分數平均為12．6%，主要以硅質(3．3%)、伊利石(3．2%)和鐵白云石(3．1%)為主，高嶺石(0．9%)、鐵方解石(0．7%)、綠泥石(0．4%)次之。

砂巖全巖X射線衍射分析結果表明，各礦物成分體積分數平均值分別為:石英56．7%，鉀長石7．5%，斜長石 12．3%，白云石 18．0%，黏土礦物 5．5%(表1)，其中各黏土礦物成分體積分數平均值分別為:伊/蒙混層 2．6%，綠泥石 1．5%，高嶺石 0．6%，伊利石 0．4%，蒙皂石 0．4%(表2)。

圖2 鎮北地區長4+5砂巖巖石類型三角圖Fig．2 Triangular diagram showing classification of Chang 4+5 sandstone in Zhenbei area

1．2 孔隙及物性特征

根據鑄體薄片鏡下統計，長4+5儲層孔隙類型以粒間孔和溶蝕孔為主，填隙物內孔隙次之，面孔率為1．0%～11．1%，平均4．4%。其中粒間孔為 0．2% ～7．4%，平均2．5%;溶蝕孔主要以長石溶孔和巖屑溶蝕為主，含少量粒間溶孔，其中長石溶孔為0．2% ～4．0%，平均1．2%，巖屑溶孔為0～1．5%，平均0．5%，粒間溶孔為0～0．5%，平均0．1%;填隙物內孔隙主要以高嶺石晶間孔為主，為0 ～0．4%，平均0．2%。

高壓壓汞實驗結果表明，排驅壓力為0．17～1．38 MPa，平均0．94 MPa，中值壓力為1．25 ～23．62 MPa，平均2．70 MPa，喉道半徑為0．03 ～0．59 μm，平均0．27 μm，分選系數為0．19 ～2．76，平均1．36，退汞效率為 13．9% ～45．6%，平均28．3%，孔隙喉道分選差—中等，以大孔微喉道類型為主［3-4］。巖芯物性分析表明，孔隙度為7．5% ～17．5%，平均12．1%，滲透率為 0．07×10－3～8．45×10－3μm2，平均為 1．52×10－3μm2，主要為低孔特低滲透儲層［3］。

2 成巖作用對儲層孔隙演化的影響

通過鑄體薄片觀察和粒度分析，采用Beard和Weyl(1973)對不同分選的儲集砂巖的初始孔隙度計算關系式(儲層初始孔隙度=20．91+22．90/S0，S0為分選系數［5-6］)，對鎮北地區長4+5儲層孔隙演化進行了研究［6］，其中，視壓實率=(機械壓實損失的孔隙度/原始孔隙度)×100%;視膠結率=(原始膠結物總量/壓實后粒間剩余孔隙度)×100%;視溶蝕率=(總溶蝕孔/總面孔率)×100%。研究結果表明(表3)，長4+5層初始孔隙度平均為38．9%，視壓實率平均為52．4%，視膠結率平均為70．5%，視溶蝕率平均為40．5%，反映相對強膠結作用，弱壓實作用和弱溶蝕作用的特征，對其成因分析如下。

表1 鎮北地區長4+5儲層全巖X射線衍射分析Table 1 The result of quantitative analysis of mineral components of Chang 4+5 reservoir in Zhenbei area

表2 鎮北地區長4+5儲層黏土礦物X射線分析Table 2 The result of analysis of X-Ray diffraction of Chang 4+5 reservoir in Zhenbei area

表3 鎮北地區長4+5儲層成巖作用與孔隙度演化關系Table 3 Relationship between diagenesis and porosity evolution of Chang 4+5 sandstone in Zhenbei area

2．1 機械壓實作用和早期油的充注

鎮北地區長4+5儲層機械壓實作用較弱，石英、長石、白云石巖屑等剛性顆粒間以點—線接觸為主，僅少量塑性巖屑發生塑性擠壓變形與剛性顆粒間緊密線接觸(圖3A，B)。洗過油的鑄體薄片下，常見早期油充注演化而成的瀝青質［7-8］。瀝青質在孔隙中和巖石顆粒緊密接觸部位發育，表明在油的大規模充注之前，儲層尚未發生強烈的機械壓實作用(圖3A，B)。同時瀝青質在長石碎屑、白云石巖屑等粒內溶蝕孔內均發育，且長石碎屑等與瀝青質接觸的部位常發生部分溶蝕，因此推測早期充注的油為具較強酸性的未成熟油(圖3A，B)。當不含瀝青質或瀝青質含量較少時，剛性巖石顆粒間以線接觸為主，石英自生加大等膠結作用較發育(圖3A);而當瀝青質含量較多時，剛性巖石顆粒間以線—點接觸為主，石英自生加大等膠結作用不發育(圖3B)。綜合分析認為，早期油的大規模充注延緩或抑制了后期的機械壓實作用和膠結作用，同時對儲層中骨架顆粒具有一定的溶蝕作用，較好地保護并提高了儲層的儲集性能［9］。

2．2 膠結交代作用

2．2．1 石英自生加大作用

硅質膠結作用在鎮北地區長4+5儲層普遍發育，主要以石英自生加大作用為主(圖3A，C，D)，僅有少量自生石英顆粒分布在綠泥石膜形成后的剩余粒間孔中(圖3M)或長石溶蝕孔內(圖3O)。陰極發光下，石英(深藍色光)自生加大邊(不發光)普遍發育且厚薄分布較均勻(圖3C，L)。掃描電鏡下，石英自生加大發育2～3期，以Ⅱ級石英自生加大為主，呈六方雙錐狀半自形晶體，自形程度較好(圖3D)，表明其形成過程具有較充足的孔隙空間和硅質來源。

陰極發光下，石英發育粒內愈合裂縫，裂縫基本切穿整個石英顆粒及其加大邊(圖3C)，在熒光下，石英愈合裂縫內發育大量發藍色或藍白色熒光的油包裹體及其伴生的不發熒光的鹽水包裹體(圖3E，F)，后者均一溫度平均為103．9℃，反映中成巖階段A早期油氣開始大規模成藏［10］，但是油的成熟度有較大差異。瀝青質含量較高的層段，在陰極發光下見Ⅱ級石英自生加大邊內側偶爾見發黃白色熒光的油氣包裹體及其伴生不發熒光的鹽水包裹體，鹽水包裹體均一溫度平均為82．7℃(圖3G，H)，說明早期油的充注一直持續到大規模的石英自生加大作用之前，即早成巖階段B晚期。鑄體薄片顯示石英碎屑與其他顆粒間的凹凸—線接觸，在陰極發光下可清楚看到實為點—線接觸，為石英(深藍色光)自生加大膠結(不發光)所致(圖3C，L)，表明大規模發育的石英自生加大作用顯著降低了儲層孔隙度，形成了鎮北地區長4+5層低孔特低滲的背景。

2．2．2 鈉長石自生加大作用

在陰極發光下，鈉長石發藍色、灰綠色光，鉀長石發亮藍色光，鈉長石和鉀長石自生加大邊發光顏色淡，自生加大邊不發育，僅局部可達Ⅱ級，對儲層孔隙具有較小的破壞作用(圖3I，J)。電子探針分析表明，具有肖鈉長石雙晶特征的長石及其自生加大邊中SiO2含量平均為68．37%，Al2O3含量平均為18．59%，Na2O含量平均為12．59%，CaO含量平均為0．12%，FeO含量平均為0．14%，K2O含量平均為0．04%，MnO 含量平均為0．04%，TiO2含量平均為0．03%，實際上為典型的鈉長石(圖3I，J、表4)。鈉長石是含火山碎屑物質地區長石的主要類型［11-13］。

2．2．3 碳酸鹽膠結交代作用

表4 鎮北地區長4+5儲層自生礦物的電子探針分析結果Table 4 Electron microprobe analysis of authigenic minerals of Chang 4+5 reservoir in Zhenbei area

鎮北地區延長組碳酸鹽膠結物的碳同位素分析表明，碳酸鹽膠結物的碳主要為有機碳［14-15］。中成巖A晚期階段之后，儲層成巖環境由酸性向堿性轉變，孔隙水中的CO2很容易與Ca2+、Fe2+及Mg2+結合形成鐵方解石或鐵白云石。電子探針分析表明，鐵白云石膠結物中CaO含量平均為29．57%，MgO含量平均為13．53%，FeO含量平均為10．75%，MnO含量平均為1．00%，以相對高鎂貧鐵為特征(圖3K、表4)。

圖3 顯微鏡下的鎮北地區長4+5砂巖照片A．少量殘余瀝青質，石英自生加大邊較發育，Z371井，長4+52，2 055．65 m;B．殘余瀝青質較發育，石英自生加大邊不發育，Z336井，長4+51，2 161．60 m;C．陰極發光薄片下石英發深藍色光、石英自生加大邊不發光，石英偶爾發育愈合裂縫(基本切穿整個石英顆粒及其加大邊)，鈉長石發藍色、灰綠色光，鉀長石發亮藍色光，鈉長石和鉀長石自生加大邊發光顏色淡，白云石巖屑等碳酸鹽發暗桔紅色光，巖屑發光雜，高嶺石發靛藍色光且常分布于長石溶蝕孔附近，Z333井，長4+51，1 982．05 m;D．發育石英Ⅱ～Ⅲ級自生加大邊，Z320井，長4+52，2 043．26 m;E．透射光下石英粒內愈合裂縫內大量發育油包裹體及其同期的少量鹽水包裹體(紅圈內)，H315井，長4+51，2 246．40 m;F．熒光顯微鏡下油包裹體發淺藍色熒光，鹽水包裹體熒光不發光(紅圈內)，H315井，長4+51，2 246．40 m;G．透射光下石英愈合裂縫內次生油包裹體及與其伴生的鹽水包裹體，石英自生加大邊內發育油包裹體(紅圈內)，H315井，長4+51，2 246．40 m;H．熒光顯微鏡下油包裹體均發淺藍色熒光，鹽水包裹體不發熒光，H315井，長4+51，2 246．40 m;I．正交偏光顯微鏡下顯示聚片雙晶特征，自生加大可見，紅圈為電子探針分析區域，Z134井，長4+52，2 327．36 m;J．正交偏光顯微鏡下顯示聚片雙晶特征，自生加大可見，紅圈為電子探針分析區域，Z134井，長4+52，2 327．36 m;K．藍綠色鐵白云石(紅圈為電子探針分析區域)圍繞白云巖屑加大式生長并交代白云巖屑，同時還交代石英、長石和紫紅色鐵方解石，紫紅色鐵方解石交代石英和長石，Z333井，長4+51，1 892．33 m;L．陰極發光薄片下白云巖屑和碳酸鹽膠結物發桔黃色光，其中白云巖屑溶蝕較現象普遍，鈉長石發藍色、灰綠色光，鉀長石發亮藍色光，鈉長石和鉀長石自生加大邊發光顏色淡，Z134井，長4+51，2 268．05 m;M．碎屑顆粒表面綠泥石薄膜抑制了石英和鐵白云石的生長，Z302井，長4+51，2 070．97 m;N．葉片狀綠泥石薄膜抑制了鐵白云石自生加大的生長，Z141井，長4+51，2 052．89 m;O．粒間溶孔中充填分散片狀或書頁狀高嶺石和自生石英顆粒，見高嶺石和石英顆粒向葉片狀綠泥石轉變，卷片狀伊利石披蓋在顆粒表面，Z302井，長4+51，2 070．97 m;P．碎屑溶孔中充填葉片狀綠泥石，由分散片狀或書頁狀高嶺石轉化而來，Z19井，長4+51，2 299．82 m;Q．溶蝕孔中分布書頁狀高嶺石，高嶺石向卷片狀或絲縷狀伊利石轉化，M42井，長4+51，2 349．08 m;R．顆粒表面峰窩狀伊蒙混層向卷片狀或絲縷狀伊利石轉化，長石溶蝕孔內見自生石英顆粒，Z80井，長4+51，1 823．83 m;S．顆粒表面蜂窩狀與卷片狀、絲縷狀伊/蒙混層，L195 井，長4+51，1 964．3 m;T．溶蝕孔發育，見基本長石溶蝕殆盡，Z336 井，長4+51，2 160．68 m。Fig．3 Microscope photographs of Chang 4+5 sandstone in Zhenbei area

圖4 鎮北地區長4+5儲層不同自生礦物含量及其與孔隙度交匯圖A．碳酸鹽膠結物含量與孔隙度交匯圖;B．綠泥石膠結物含量和硅質膠結物含量交匯圖;C．綠泥石膠結物含量和碳酸鹽膠結物含量交匯圖;D．綠泥石膠結物含量與孔隙度交匯圖。Fig．4 Plots of authigenic different mineral content and porosity of Chang 4+5 reservoir in Zhenbei area

鑄體薄片統計結果表明，鎮北地區長4+5儲層的白云巖巖屑和碳酸鹽膠結物體積分數平均為9．8%，而砂巖全巖X射線衍射分析的成分體積分數平均為18．0%，說明白云巖屑和碳酸鹽膠結物大量發育。碳酸鹽膠結作用及碳酸鹽充填溶蝕孔和粒間孔隙(圖3K，L)是鎮北地區長4+5儲層致密的重要原因，主要以鐵白云石膠結為主，鐵方解石膠結次之。常見鐵白云石圍繞白云巖屑以孔隙式充填于粒間孔、粒間溶蝕孔中，并交代白云巖屑、石英、長石、鐵方解石等(圖3K，L)。統計分析表明，陰極發光薄片下，碳酸鹽膠結物含量與儲層的孔隙度具有較明顯的負相關性(圖4A)。

2．2．4 自生黏土礦物膠結作用

隴東地區長4+5儲層發育中—基性凝灰物質，在埋藏成巖早期偏堿性介質條件下，其極易水化蝕變釋放出Fe2+、Mg2+離子，生成蒙脫石等礦物包裹在碎屑顆粒周圍，形成黏土礦物包殼［12，16-17］;早成巖 A 期堿性環境下，鎮北地區儲層初始孔隙平均可達38．9%(表3)，此時流體介質仍較富 Fe2+、Mg2+離子，蒙脫石等黏土礦物易轉化為綠泥石，形成顆粒包膜綠泥石，但由于研究區長4+5砂巖儲層中可水化蝕變產生大量Fe2+、Mg2+離子的火山巖屑和黑云母含量少，導致顆粒包膜綠泥石不能大量繼續發育為孔隙襯里綠泥石膜;中成巖A期堿性環境下，流體介質富K+離子時，蒙脫石易轉化為伊利石［18］。

(1)綠泥石膠結作用

鎮北地區長4+5儲層鑄體薄片下殘余的凝灰物質少見，綠泥石不發育，成分體積分數一般小于0．5%，而砂巖全巖X射線衍射分析的綠泥石成分體積分數平均為1．4%，遠高于薄片計點統計含量，可能與薄片下綠泥石較難識別而低估其含量或某些碎屑和假雜基已經發生了綠泥石化有關［18］。掃描電鏡下綠泥石主要呈葉片狀垂直于石英、白云巖屑等顆粒的表面生長形成綠泥石膜，含量少、厚度薄，呈櫛殼狀結構，在顆粒接觸的部位也發育，為顆粒包膜綠泥石(圖3M，N，O)，形成于儲層發生強烈的機械壓實作用之前，為早成巖A期產物［19-23］。此外，還有很少部分綠泥石呈葉片狀充填于溶孔中，由分散片狀或書頁狀高嶺石轉化而來(圖3P)，為中成巖A期產物。

綠泥石膜發育的部位石英自生加大生長受限或僅發育石英顆粒(圖3M)，鐵白云石膠結較弱(圖3N)，而綠泥石膜不發育的部位常見石英Ⅱ～Ⅲ級自生加大邊(圖3D)，鐵白云石膠結較多(圖3K)。自生綠泥石的形成對儲層孔隙的影響具有爭議，一些人認為以破壞性為主［23-24］，一些人則認為以建設性為主［19，25-26］。研究區長4+5儲層綠泥石膜含量與硅質膠結物(圖4B)和鐵白云石等碳酸鹽膠結物含量(圖4C)的負相關性較明顯，而與孔隙度正相關性較明顯(圖4D)，表明早成巖A期綠泥石黏土薄膜的發育有效抑制了中成巖A期石英自生加大邊和碳酸鹽膠結作用的發育，有效保護了儲層孔隙。

(2)高嶺石膠結作用

據對鎮北地區長4+5儲層鑄體薄片統計，高嶺石成分體積分數平均為0．9%;黏土礦物X射線衍射則反映出高嶺石成分體積分數平均為0．6%。高嶺石常呈分散片狀或書頁狀集合體與自生石英顆粒等充填于溶蝕孔附近，常見高嶺石向卷片狀或絲縷狀伊利石轉變(圖3O，Q)，同時也見高嶺石向葉片狀綠泥石轉化(圖3P)。

在中成巖A期階段，地層中有機質在較高的溫壓條件下分解產生的有機酸進入砂巖儲層后，孔隙介質pH值降低，由堿性變為酸性，長石碎屑(鉀長石、鈉長石等)發生強烈溶蝕，在生成高嶺石和自生石英同時，也釋放出大量的K+、Na+和Ca2+離子(公式(1)和(2))［27］。之后隨著孔隙水中離子濃度發生變化，儲層成巖環境也由酸性轉變為堿性。儲層孔隙水主要富 K+離子，高嶺石轉變為伊利石(公式(3))［27］，局部孔隙水富Fe2+、Mg2+離子，高嶺石也可轉變為綠泥石(公式(4))［28］。鎮北地區長4+5層自生高嶺石的出現往往意味著溶蝕作用的發生，由于高嶺石含量少且晶間孔發育，認為其對儲層孔隙的影響不大。高嶺石向伊利石的轉化是一個減體積的反應，是儲層孔隙度后期得以改善的重要原因［27］，但由于高嶺石轉化而來的伊利石含量較少，估計對儲層孔隙度影響不大。

(3)伊利石和伊/蒙混層

鑄體薄片統計結果表明，伊利石成分體積分數平均為3．2%，黏土礦物X射線衍射反映出伊利石成分體積分數平均為0．4%，蒙皂石成分體積分數平均為0．4%，而伊/蒙混層成分體積分數平均為2．6%，三者成分體積分數平均為3．4%，估計是薄片計點統計時將伊利石、蒙皂石、伊/蒙混層三者統一納入伊利石統計的結果。

掃描電鏡下，顆粒表面主要為由蒙皂石轉化形成的蜂窩狀和卷片狀、絲縷狀伊利石(圖3R，S)，為中成巖A期油氣大規模充注后，儲層流體介質富K+離子的堿性環境下伊/蒙混層向伊利石轉化的產物。伊/蒙混層和伊利石分布在顆粒表面，但很少見搭橋狀充填的伊利石，對儲層孔隙度的影響總體不大。

2．3 溶蝕作用

鎮北地區長4+5儲層溶蝕作用較為強烈，以長石溶蝕作用為主，多沿長石節理面進行溶蝕(圖3R，T)，常見長石基本溶蝕殆盡形成鑄模孔，而巖屑溶蝕相對較弱，主要沿著白云石巖屑等裂縫和易溶物的方向少量溶蝕(圖3K)。掃描電鏡下常看到長石溶蝕孔內或附近粒間孔分散片狀或書頁狀高嶺石、自生石英顆粒(圖3O，R)與卷片或絲縷狀伊利石(圖3O，Q，R)、葉片狀綠泥石(圖3P，Q，R)相伴生，顆粒表面峰窩狀伊蒙混層向卷片狀或絲狀伊利石轉化(圖3S)，說明長石與蒙皂石整體向伊利石、綠泥石和石英轉化(公式(5))。

8KAlSi3O8(鉀長石)+Si6Al4MgFe3Na4O20(OH)4(蒙脫石)+8H2O+2．5Fe2++0．5Mg2+=2KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+Fe3．5Mg3．5Al6O20(OH)16(綠泥石)+18SiO2(石英)+6K+(5)

從不同井取芯的孔隙度和滲透率散點圖趨勢線來看，孔隙度相同的樣品，其溶蝕孔越大則滲透率越大(圖5)，表明溶蝕作用對儲層孔喉，特別是喉道半徑的改善具有重要意義［29-30］，即在溶蝕作用較強的區域可能發育相對高孔高滲或低孔高滲的儲層(圖6)。

圖5 鎮北地區長4+5儲層不同溶蝕程度下孔隙度與滲透率散點圖趨勢線交匯圖Fig．5 Plots of porosity and permeability of sandstones at different dissolution in Chang 4+5 reservoir in Zhenbei area

2．4 破裂作用

裂縫在研究區不發育，多為受剪切應力所致的構造裂縫，對提高儲層的儲集性能有限。從巖芯觀察來看，鎮北地區長4+5取芯井段僅偶見高角度張裂縫，傾角一般大于70°，縫面平直，長度介于5．0 ～40．0 cm之間，寬度在0．1～1．5 mm左右，一類裂縫未被鈣質充填，裂縫面常含油，發育此類裂縫的儲層其試油產液量往往較高;另一類為鈣質充填或半充填裂縫，裂縫面不含油，為無效裂縫。鑄體薄片下微裂縫不發育，但在陰極發光薄片下可以觀察到的石英愈合裂縫和長石等剛性碎屑顆粒破裂形成的成巖破裂愈合縫(圖3C)。

圖6 溶蝕作用顯著提高砂巖儲層滲透率機理圖Fig．6 Mechanism for dissolution of sandstone reservoir significantly improving the permeability

3 成巖序列及成巖階段判斷

3．1 成巖序列

根據鑄體薄片和掃描電鏡下各類成巖現象，初步確定鎮北地區長4+5儲層成巖序列大致為:同生期蒙脫石黏土薄膜→早成巖A期綠泥石薄膜形成→石英溶蝕→早期油氣注入→長石溶蝕→機械壓實→早成巖B期的石英自生加大→有機酸注入→中成巖A期的長石溶蝕→自生高嶺石形成、自生石英顆粒→伊利石及孔隙充填綠泥石形成→長石自生加大→油氣充注→中成巖B期的鐵方解石充填→鐵白云石充填或交代碎屑顆粒。

3．2 成巖階段劃分

根據巖石學、古溫度和有機質成熟度特征，我國石油行業(SY/T5477—2003)將碎屑巖成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段(A，B期)、中成巖階段(A，B期)、晚成巖階段和表生成巖階段。

鎮北地區長4+5砂巖中碳酸鹽以鐵白云石和鐵方解石為主;石英自生加大邊普遍達到Ⅱ級，部分達到Ⅲ級。掃描電鏡觀察和X衍射分析表明，黏土礦物以蜂窩狀伊/蒙混層、葉片狀綠泥石、分散片狀和書頁狀高嶺石為主，伊/蒙混層中蒙皂石相對含量均小于15%，說明伊/蒙混層演化程度較高，為有序混層(表2);粒內溶孔及鑄模孔發育;泥巖樣品鏡質組反射率介于0．81% ～0．97%(表5)，說明有機質的演化已進入成熟階段;采用透射光與熒光顯微鏡相結合的方法研究表明，鎮北地區長4+5儲層次生鹽水流體包裹體均一溫度主要介于90℃ ～120℃之間(圖7)。綜合分析認為鎮北地區長4+5砂巖儲層經歷了早成巖階段及中成巖A期階段，現處于中成巖階段A晚期階段。

表5 鎮北地區長4+5泥巖鏡質組反射率分析Table 5 The result of analysis of vitrinite reflectance of Chang 4+5 mudstones in Zhenbei area

圖7 鎮北地區H315井長4+5砂巖鹽水包裹體均一溫度分布Fig．7 Homogenization temperature of salt water inclusion of Chang 4+5 sandstone of Well H315 in Zhenbei area

4 儲層成巖相劃分及其分布特征

成巖相是在沉積相研究的基礎上，一定成巖環境下砂巖成巖特征的總和，強調的是巖石目前所具有的成巖特征及分布特征，隱含了成巖過程中碎屑組分、填隙物和孔隙結構的一切變化結果，是影響儲層巖石儲集性能的各種地質因素綜合效應的表現［31-32］。因此所劃分出的成巖相應盡量反映出儲層的主要成巖作用與儲集性能的相關性，總結影響儲層儲集性能的微觀因素，有助于儲層的區域評價和預測。鎮北地區可劃分出四種主要成巖相類型，其中相對高孔高滲儲層主要受綠泥石膜膠結相和長石溶蝕相控制。

4．1 綠泥石膜殘余粒間孔相

綠泥石膜殘余粒間孔相主要分布在水下分流河道和分流河道砂體中部，砂體厚度一般大于15．0 m，巖性主要為含中粒細砂巖，分選好—中等，雜基和柔性組分含量較少。成巖階段主要處于早成巖A期的顆粒包膜綠泥石膠結和早期油的充注階段。儲層瀝青質和綠泥石薄膜較發育，顆粒間線—點接觸為主，石英自生加大邊和碳酸巖膠結物分布較局限。孔隙類型主要以殘余粒間孔和長石粒內溶蝕孔為主，粒間溶蝕孔不發育，溶蝕孔含量一般介于1．0% ～2．0%，面孔率一般大于4．0%，孔喉連通性較好。孔隙度一般大于 12．0%，滲透率一般介于 0．9×10－3～ 1．3×10－3μm2(圖 8，9)。

4．2 機械壓實相

機械壓實相主要分布在水動力相對較弱的水下分流河道和分流河道砂體的邊部，砂體厚度一般小于10．0 m，巖性主要為粉砂巖及部分細砂巖，分選差，雜基和柔性組分含量高。成巖階段主要處于早成巖B期的強烈機械壓實作用階段。大量塑性巖屑變形與剛性顆粒間線接觸為主，石英自生加大邊發育，黑云母假雜基化強烈，儲層的原生粒間孔隙基本消失殆盡。孔隙類型主要以泥質雜基內微孔隙和長石粒內溶蝕孔為主，溶蝕孔含量一般小于0．5%，面孔率一般小于2．0%，孔喉連通性很差。孔隙度一般小于8．0%，滲透率一般小于0．3×10－3μm2，基本屬無效儲層(圖8，9)。

圖8 鎮北地區長4+52成巖相平面圖Fig．8 Distribution of diagenetic facies of Chang 4+52reservoir in Zhenbei area

圖9 鎮北地區長4+51成巖相平面圖Fig．9 Distribution of diagenetic facies of Chang 4+51reservoir in Zhenbei area

4．3 長石溶蝕相

長石溶蝕相主要呈點狀分布在水下分流河道和滑塌濁積水道砂體中部，砂體厚度一般大于20．0 m，巖性主要為含中粒細砂巖，分選好，雜基和柔性組分含量少。成巖階段主要處于中成巖A期強烈的長石等碎屑溶蝕作用階段。顆粒間以線—點接觸為主，儲層瀝青質發育，石英自生加大邊和碳酸巖膠結物不發育。孔隙類型主要以殘余粒間孔和長石粒內、粒間溶蝕孔為主，溶蝕孔含量一般大于2．0%，面孔率一般大于6%，孔喉連通性好。孔隙度一般大于14．0%，滲透率一般大于1．3×10－3μm2(圖8，9)。

4．4 碳酸鹽膠結相

碳酸鹽膠結相通常發育在半深湖線附近的滑塌濁積水道和水下分流河道砂體的邊部，砂體厚度一般在10．0～15．0 m。巖性主要為細砂巖及部分粉砂巖，分選中等，雜基和柔性組分含量少。成巖階段主要處于中成巖B期強烈的鐵白云石等碳酸鹽膠結作用階段。顆粒間以線接觸為主，石英自生加大邊較發育，碳酸鹽膠結物以鐵白云石為主，常以加大邊、孔隙式充填于粒間、粒內溶蝕孔中，殘余粒間孔不發育，溶蝕孔含量一般介于0．5～1．0%，面孔率一般小于4．0%，孔喉連通性較差。孔隙度一般介于8．0% ～12．0%，滲透率一般介于 0．3×10－3～0．9×10－3μm2(圖8，9)。

5 結論

(1)鎮北地區長4+5主要發育低孔特低滲透儲層，以大孔微喉道類型為主。巖性主要為含中粒的細粒長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，碎屑巖成分復雜，成分成熟度較高，結構成熟度中等。區內長4+5主要屬鄂爾多斯盆地西南部辮狀河三角洲沉積體系，有利儲層主要位于辮狀河三角洲前緣亞相。

(2)區內長4+5儲層主要經歷的成巖作用類型有:早成巖A期的綠泥石膜膠結作用、早期油的充注作用、機械壓實作用，早成巖B期的石英自生加大作用，中成巖A期的長石溶蝕作用、晚期油的充注以及持續到中成巖B期的鐵白云石等碳酸鹽膠結作用。早成巖A期的綠泥石膜膠結作用、早期油的充注作用抑制了機械壓實和膠結作用，使儲層孔隙得到較好的保存，中成巖A期的長石溶蝕作用有利于形成相對高孔高滲的優質儲層，持續到中成巖B期的鐵白云石等碳酸鹽膠結作用常形成致密儲層。

(3)依據沉積作用和成巖作用對儲層孔隙的影響，劃分出綠泥石膜殘余粒間孔相、機械壓實相、長石溶蝕相、碳酸鹽膠結相等四種成巖相。其中長石溶蝕相常形成相對高孔高滲儲層發育區，沉積上主要呈點狀分布在砂體厚度大于20．0 m，儲層分選好的辮狀河三角洲前緣亞相水下分流河道微相砂體中部。

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