杭錦旗地區(qū)下石盒子組儲層質(zhì)量控制因素

曹桐生

（1.中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610059）

儲層質(zhì)量影響因素復(fù)雜，既有沉積時期的影響，又有后期成巖的改造。針對工區(qū)下石盒子組沉積，前人研究較多，認(rèn)為以沖積扇、辮狀河沉積為主，盒3段向曲流河轉(zhuǎn)化[1，2]，發(fā)育多條河道，水體能量由強(qiáng)到弱再到強(qiáng)[3]，即洪水流和牽引流的沉積特征[4]。儲層巖性以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主，孔隙類型以次生溶蝕孔隙發(fā)育最廣[5]，裂隙發(fā)育弱[6]，儲層整體具有中-低孔、低滲的特點[7，8]。深入研究上古生界沉積特征與儲層質(zhì)量對油氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義[9]。

以下石盒子組致密砂巖為研究對象，針對研究區(qū)內(nèi)80余口井的鉆井巖心，以及錄井、測井資料，通過巖心觀察與描述、取樣薄片分析，以沉積學(xué)為理論基礎(chǔ)，研究儲層質(zhì)量的控制因素，為優(yōu)質(zhì)儲層砂體特征及分布規(guī)律研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地為一大型多旋回克拉通沉積盆地，構(gòu)造發(fā)育相對穩(wěn)定，古生代加里東運動導(dǎo)致區(qū)內(nèi)缺失志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)，二疊時期形成海陸交互相沉積體系[10]。鄂爾多斯盆地作為我國重要的含油氣盆地，自20世紀(jì)七八十年代以來，油氣勘探成果豐富[11]。杭錦旗地區(qū)位于盆地北部，處于伊盟隆起和伊陜斜坡的過渡位置，區(qū)內(nèi)發(fā)育三條主要斷裂，分別是泊爾江海子斷裂、烏蘭吉林廟斷裂和三眼井?dāng)嗔眩渲校礌柦Ｗ訑嗔褳檠芯繀^(qū)內(nèi)最主要的斷裂構(gòu)造，形成于加里東期，是一多期繼承活動斷裂，控制著杭錦旗地區(qū)上古生界的構(gòu)造格局和沉積過程，它對研究區(qū)儲層質(zhì)量有重要影響[12]。

2 沉積微相與儲層質(zhì)量的關(guān)系

圖1 杭錦旗地區(qū)下石盒子組巖心圖版

通過對杭錦旗地區(qū)鉆井巖心、錄井和測井資料分析，依據(jù)巖石類型、沉積特征和剖面結(jié)構(gòu)，下石盒子組的巖性以砂巖為主，夾少量泥巖。砂巖主要由淺灰綠、灰白、灰黃色塊狀含礫粗—中砂巖、不等粒砂巖、細(xì)砂巖夾棕褐及灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和少量炭質(zhì)泥巖組成，偶見煤線。下石盒子組可細(xì)分為三段，各段疊加正沉積旋回性明顯，粒度下粗上細(xì)，每個旋回底部砂巖中常含細(xì)礫[13]。認(rèn)為盒1段為沖積扇（見圖1A）和辮狀河沉積，以發(fā)育河床滯留、心灘、河漫的泛濫平原（見圖1B）為特征；盒2段、盒3段為辮狀河沉積，以發(fā)育河道（見圖1C）、河漫亞相為特征，發(fā)育心灘（見圖1D）、天然堤、泛濫平原等微相。

心灘和辮狀河道為優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的沉積微相，巖性以含礫粗砂巖、粗砂巖為主。心灘可識別出高能心灘和低能心灘，高能心灘形成于高能環(huán)境，由疊置型光滑箱型特征的礫巖、（含礫）粗砂巖組成。低能心灘由具齒化箱型的粗砂巖和齒化鐘型的粗-中粒砂巖組成。通過巖心觀察與沉積微相分析，高能心灘砂體儲集性能最好，辮狀河道和低能心灘次之。

3 巖石組分對儲層質(zhì)量的控制

3.1 巖石學(xué)特征

圖2 下石盒子組砂巖三角圖

下石盒子組砂巖整體以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，含有少量石英砂巖，其三角分類（見圖2），巖屑主要為沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑。填隙物包括泥質(zhì)雜基、凝灰質(zhì)、碳酸鹽礦物、高嶺石、硅質(zhì)膠結(jié)及綠泥石。

薄片鏡下鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)砂巖整體表現(xiàn)為長石含量極低、巖屑含量較高的特點，其中石英含量51%～94%，平均約74.67%；長石含量0～12%，平均約1.51%；巖屑含量6%～49%，平均約23.82%。粒度整體中粗粒到不等粒，主要發(fā)育中粒-粗粒砂巖，鏡下特征（見圖3），碎屑組分（見表1）。

3.2 碎屑組分的影響

根據(jù)巖心樣品鑄體薄片觀察分析和孔滲資料的統(tǒng)計分析，石英含量與面孔率、孔隙度、滲透率之間存在著較好的正相關(guān)關(guān)系（見圖4）。隨著石英含量的增加，砂巖的孔隙度和滲透率都有逐漸變大的趨勢。對比發(fā)現(xiàn)，巖屑石英砂巖的儲集物性最好，其儲集性能明顯高于巖屑砂巖。石英是高成熟度礦物，抗機(jī)械壓實作用較強(qiáng)，在成巖壓實過程中，可以使砂巖致密化程度降低，保存部分原生孔隙，也使得孔隙水的滲濾和交替作用加強(qiáng)，有利于次生孔隙的生成。由于粗粒砂巖沉積時水動力條件很強(qiáng)，粉砂和泥質(zhì)顆粒不能沉降下來，粗粒砂巖比細(xì)粒砂巖泥質(zhì)含量低，也使得粗粒石英砂巖、巖屑石英砂巖儲層質(zhì)量更好。

圖3 砂巖鏡下特征

表1 下石盒子組砂巖碎屑組分統(tǒng)計表（%）

圖4 石英含量與面孔率、孔隙度、滲透率的相關(guān)關(guān)系

圖5 巖屑含量與面孔率、孔隙度、滲透率的相關(guān)關(guān)系

砂巖巖屑含量同樣與儲層質(zhì)量有一定的關(guān)系，如研究區(qū)內(nèi)砂巖巖屑與面孔率之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖5），可見隨著巖屑含量的增高，砂巖面孔率呈現(xiàn)遞減的趨勢，但也可發(fā)現(xiàn)，巖屑含量在15%～30%時，巖石面孔率偏高的比重相對較大。巖屑含量與孔隙度、滲透率也存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，整體來看，巖屑含量越高，儲層質(zhì)量越差，巖屑石英砂巖儲層質(zhì)量優(yōu)于巖屑砂巖。

4 成巖作用的控制

4.1 壓實作用

壓實作用是造成碎屑顆粒間原生孔隙減少，使巖石致密化的主要因素之一。研究區(qū)的地層埋藏深度在2 500 m～3 800 m，受壓實強(qiáng)度較強(qiáng)，膠結(jié)物充填狀況及沉積環(huán)境影響出現(xiàn)非均質(zhì)性[14]，表現(xiàn)為部分砂巖中碎屑顆粒之間以點-線接觸，部分石英砂巖中碎屑以線接觸為主，受壓實后的原生粒間孔細(xì)小或消失，同時具有填隙物少的特征，部分塑性巖屑被擠壓變形（見圖6A），甚至呈假雜基狀。

除了埋深這個外界因素外，沉積物本身所含塑性碎屑組分的多少往往對機(jī)械壓實作用的強(qiáng)度也有較大的影響，如研究區(qū)內(nèi)廣泛分布的泥巖屑、千枚巖屑、片巖屑、云母等。同時，碎屑顆粒和填隙物礦物成分及二者的相對含量對機(jī)械壓實作用起著一定的控制作用[14]。

4.2 膠結(jié)作用

下石盒子組致密砂巖膠結(jié)物主要有高嶺石、方解石和硅質(zhì)。發(fā)育最廣泛的膠結(jié)物是高嶺石，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，其含量與巖石面孔率具有一定的關(guān)系。當(dāng)高嶺石含量低于8%的時候，巖石面孔率與高嶺石含量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系。隨著高嶺石含量的增高，當(dāng)含量大于8%之后，巖石面孔率與高嶺石含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖7）。高嶺石膠結(jié)物本身會占據(jù)部分粒間孔隙，但由于高嶺石特殊的晶格，高嶺石晶間孔的發(fā)育，以及高嶺石本身易溶蝕的特征，它也會為儲層提供部分孔隙質(zhì)量，但隨其含量的增加，孔隙度的提高便不明顯了，甚至出現(xiàn)遞減的情況。因此，高嶺石含量與儲層質(zhì)量的關(guān)系不容忽視。

其次，方解石膠結(jié)物同樣分布較廣，隨著方解石含量的增加，不斷占據(jù)粒間孔隙、粒內(nèi)溶蝕孔隙，使得面孔率逐漸降低，因此，方解石含量與儲層孔隙質(zhì)量存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖7）。硅質(zhì)膠結(jié)物在研究區(qū)內(nèi)分布于石英砂巖、巖屑石英砂巖中，以石英次生加大邊出現(xiàn)，強(qiáng)烈的石英加大可造成原生粒間孔或次生粒間孔完全充填，導(dǎo)致孔隙減小甚至消失。

4.3 溶蝕作用

圖6 壓實作用與溶蝕作用特征

圖7 膠結(jié)物含量與面孔率的關(guān)系

溶蝕作用是產(chǎn)生次生溶蝕孔隙使儲集層孔隙結(jié)構(gòu)得到改善的一種重要作用。受壓實作用影響，研究區(qū)內(nèi)下石盒子組砂巖原生孔隙含量較低，溶蝕作用形成的次生孔隙占主要地位。大多數(shù)砂巖粒間見有溶蝕現(xiàn)象，碎屑中的溶蝕組分主要是泥板巖巖屑、片巖巖屑、長石等，形成粒內(nèi)溶孔、巖屑微孔、鑄模孔等孔隙類型。填隙物的溶蝕主要在泥質(zhì)雜基少量高嶺石和方解石膠結(jié)物中，易溶組分在酸性水作用下會發(fā)生溶蝕，形成粒間溶孔、巖屑微孔。溶孔是下石盒子組砂巖最主要的孔隙類型，溶蝕作用為儲層質(zhì)量貢獻(xiàn)最大。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地北部杭錦旗地區(qū)下石盒子組砂巖儲層與諸多控制因素有關(guān)：

（1）沉積微相是首要因素，高能心灘儲層質(zhì)量最好，低能心灘和辮狀河道次之；

（2）巖石組分對儲層質(zhì)量也有重要影響作用，主要表現(xiàn)在石英和巖屑上，石英含量與面孔率、孔隙度、滲透率呈正相關(guān)，巖屑含量與儲層質(zhì)量呈一定的負(fù)相關(guān)；

（3）壓實作用和膠結(jié)作用減少了部分原生孔隙，但高嶺石膠結(jié)物對孔隙有一定的貢獻(xiàn)作用，溶蝕作用使得儲層質(zhì)量變好。