儲(chǔ)集空間類型對(duì)宏觀物性的影響
——以鄂東臨興神府地區(qū)為例

郭明強(qiáng)

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016)

臨興-神府勘探區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東緣，構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地伊陜斜坡和晉西撓摺帶，地勢(shì)上呈東高西低、北高南低，上古生界儲(chǔ)層是目前致密砂巖氣勘探的主要層位，臨興、神府區(qū)塊多套層系試氣產(chǎn)能獲得突破，自下而上層系分別為太原組、山西組、H8段、H6段、H4段、H2段和千5段，這充分展示了研究區(qū)上古生界致密砂巖氣勘探具有良好前景。

1 孔隙類型

利用偏光顯微鏡、掃描電鏡等手段開展了致密砂礫巖的儲(chǔ)集空間類型研究，研究區(qū)儲(chǔ)層后期成巖作用強(qiáng)烈，原生孔隙基本消失殆盡，很難見到完整的原生粒間孔，其中溶蝕粒間孔和粒內(nèi)溶孔較發(fā)育，其次為原生殘留粒間孔和膠結(jié)物溶孔，含少量微裂縫。

(1)原生孔隙

研究區(qū)儲(chǔ)層后期成巖作用強(qiáng)烈，原生孔隙基本消失殆盡，很難見到完整的原生粒間孔，可見部分殘余原生粒間孔與晶間孔。

①原生粒間孔：多發(fā)育于礫石支撐巖石的顆粒之間，埋藏深度較淺。在強(qiáng)壓實(shí)作用下，此類孔隙孔徑相對(duì)較小，僅局部零星可見(圖1a)。

②殘余原生粒間孔：為被膠結(jié)物充填之后剩余的原生粒間孔，填充孔隙的多為泥質(zhì)雜基和碳酸鹽礦物等(圖1b)。

(2)次生孔隙

研究區(qū)次生孔隙主要包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(包括鑄模孔)、膠結(jié)物溶孔以及交代蝕變作用形成的晶間孔(圖1d,1e,1f,1fg)。

①粒間溶孔：在原生粒間孔隙與剩余粒間孔隙的基礎(chǔ)上經(jīng)過次生溶蝕作用后形成的溶蝕孔。粒間溶孔形態(tài)不規(guī)則，外形呈港灣狀，孔隙大小和分布不均，常與長(zhǎng)石、巖屑溶孔等伴生，并被細(xì)小的溶蝕縫連通(圖1d,1e)。

②粒內(nèi)溶孔及鑄模孔：多沿礦物解理或裂縫發(fā)育，當(dāng)顆粒全部或幾乎完全被溶解而保留其原晶體假象時(shí)，則成為鑄模孔。研究區(qū)內(nèi)巖石總體為高巖屑、中長(zhǎng)石、低石英含量的特征，長(zhǎng)石及巖屑中易溶組分容易遭受溶蝕，形成形態(tài)較為規(guī)則的長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔(圖1f)、巖屑粒內(nèi)溶孔，部分巖屑甚至全部被溶蝕而成為鑄模孔。當(dāng)溶解作用較強(qiáng)時(shí)，石英顆粒表面也發(fā)生溶解而形成小的次生溶孔，發(fā)生溶解后的石英表面呈現(xiàn)凹凸不平狀，邊緣呈不規(guī)則狀和港灣狀(圖1g)。

③膠結(jié)物溶孔：充填于碎屑顆粒之間的填隙物一般穩(wěn)定性差，也是一種可溶組分；該區(qū)膠結(jié)物溶孔主要為填隙物(如方解石、白云石、高嶺石等)溶蝕溶孔，研究區(qū)儲(chǔ)層此類溶孔主要產(chǎn)于充填粒間的方解石膠結(jié)物中，溶解作用一般沿著解理面或晶體邊緣進(jìn)行(圖1h,1i)。

④晶間孔：為自生及交代型粘土礦物、碳酸鹽礦物等晶體間的孔隙(圖1c)。

(3)微裂隙

研究區(qū)微裂隙的規(guī)模小，主要為成巖縫及構(gòu)造縫，主要為壓實(shí)作用、收縮作用以及各種構(gòu)造應(yīng)力作用形成的，由溶蝕作用形成的溶蝕縫不包括在微裂縫范圍內(nèi)。

①構(gòu)造縫：構(gòu)造應(yīng)力所造成的裂縫，常可貫穿塑性巖屑、雜基等(圖1j)，縫內(nèi)較為潔凈，少數(shù)充填有泥質(zhì)、硅質(zhì)和方解石膠結(jié)物。

②收縮縫：主要出現(xiàn)在顆粒間被粘土礦物(主要為伊/蒙混層、伊利石)充填的情況。這些粘土礦物在成巖過程中失去結(jié)合水，向靠近碎屑顆粒的一方或孔隙中心發(fā)生收縮，形成收縮孔或呈線狀展布的收縮縫(圖1k)。收縮孔/縫的形成有利于酸性水的進(jìn)入以及對(duì)礦物顆粒和填隙物的溶解，經(jīng)溶蝕后可形成孔徑較大的溶蝕孔和更大的溶蝕縫，孔內(nèi)及縫內(nèi)往往殘留有未被完全溶蝕的粘土、硅質(zhì)、碳酸鹽膠結(jié)物及雜基等。

圖1 研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙類型

③壓裂縫：是巖石受到較大的縱向或側(cè)向壓力時(shí)，如來自上覆地層的壓力，顆粒接觸點(diǎn)處承受較大的壓強(qiáng)而產(chǎn)生的一種裂縫，該裂縫主要分布在碎屑顆粒的內(nèi)部，從而有別于構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的微裂縫。在壓實(shí)作用下，部分剛性碎屑顆粒在強(qiáng)壓實(shí)作用下發(fā)生破裂，產(chǎn)生壓裂縫(圖1l)，尤其以礫石含量較高的砂礫巖中較發(fā)育，這主要與礫石顆粒大，顆粒間接觸表面積少，單位面積所承受到的壓強(qiáng)大有關(guān)。研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層埋深均小于2200m，部分井石千峰組埋深<1000m，壓實(shí)作用不強(qiáng)，故壓裂縫發(fā)育較少。

(4)孔隙組合類型

通過巖石薄片觀察與掃描電鏡觀察，研究區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層孔隙組合可分為5類：粒間孔+溶蝕孔+晶間孔、粒間(溶蝕孔)(圖2a)、粒間+粒內(nèi)溶蝕型(圖2b)、溶蝕孔+晶間孔型(圖2c)和晶間孔型(圖2d)。

圖2 典型孔隙組合類型圖片

圖3 儲(chǔ)層孔隙吼道形態(tài)示意圖

2 吼道類型

一般將巖石粒間孔相對(duì)開闊部分稱為孔隙，兩個(gè)開闊孔隙之間的狹窄部分稱為喉道。喉道的形態(tài)通常可分為五類：分別為孔隙縮小型喉道、縮頸型喉道、片狀喉道、彎片狀喉道以及管束狀喉道(圖3)。結(jié)合薄片鏡下觀察結(jié)果，分析研究區(qū)儲(chǔ)層喉道的形態(tài)特征。

(1)孔隙縮小型喉道

在粒間孔隙或擴(kuò)大粒間孔隙為主的砂巖儲(chǔ)層中，孔隙與喉道難以區(qū)分，其喉道僅僅是孔隙的縮小部分。常見于顆粒支撐、漂浮狀顆粒接觸以及無膠結(jié)物的類型。此類孔喉結(jié)構(gòu)具有孔徑大、喉道粗的特點(diǎn)，孔喉直徑比接近于1:1，巖石中孔隙幾乎都是連通有效的(圖3a)。研究區(qū)儲(chǔ)層巖石顆粒以點(diǎn)-線、線-線接觸為主，巖屑含量較高，后期充填膠結(jié)物發(fā)育，因此不發(fā)育此類型的喉道。

(2)縮頸型喉道

當(dāng)砂巖顆粒被壓實(shí)而排列較緊密時(shí)，雖然保留下來的孔隙還是較大，然而喉道半徑則快速變小。該類型儲(chǔ)層的孔隙度較高，但滲透率很低。常見于顆粒支撐、點(diǎn)接觸類型。此類孔喉結(jié)構(gòu)屬于孔徑大(或較大)、喉道細(xì)的類型，孔喉直徑比很大，巖石中局部孔隙是不連通的(圖3b)。研究區(qū)儲(chǔ)層此類喉道類型局部發(fā)育(圖4a)。

圖4 研究區(qū)儲(chǔ)層孔喉形態(tài)特征

(3)片狀或彎片狀喉道

圖5 研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙類型分布

圖6 不同孔隙組合類型與儲(chǔ)層物性關(guān)系圖

當(dāng)砂巖進(jìn)一步壓實(shí)，或者由于壓溶作用使晶體再次生長(zhǎng)時(shí)，其再生長(zhǎng)邊之間包圍的孔隙變得較小，一般是四面體或多面體形。這些孔隙相互連通的喉道就是晶體之間的晶間隙。這種晶間隙視顆粒形狀的不同又可分為片狀的和彎片狀的(圖3c、3d)，其有效張開寬度很小，一般小于1μm，個(gè)別的有幾十微米。此類孔隙結(jié)構(gòu)的孔徑很小，喉道極細(xì)。常見于線觸式、凹凸接觸式類型。片狀(圖4b)或彎片狀喉道(圖4c)在研究區(qū)儲(chǔ)層中比較發(fā)育，是主要的喉道形式。

(4)管束狀喉道

當(dāng)雜基及各種膠結(jié)物含量較高時(shí)，原生粒間孔隙有時(shí)可以完全被堵塞。在雜基及膠結(jié)物中許多微孔隙本身既是孔隙又是連通通道。這些微孔隙像一支支微毛細(xì)管交叉地分布在雜基及膠結(jié)物中(圖3e)。其孔隙度較低，滲透率則極低。常見于雜基支撐、基底式及孔隙式、縫合接觸式類型中。研究區(qū)粘土礦物含量較高的儲(chǔ)層中管束狀吼道比較發(fā)育(圖4d)。

研究區(qū)儲(chǔ)層致密砂巖多為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒間以線接觸為主，少見點(diǎn)狀接觸，并且后期成巖作用強(qiáng)烈，常見孔隙式膠結(jié)。因此儲(chǔ)層喉道窄小，孔喉類型以片狀、彎片狀及管束型為主。這類喉道使得部分地區(qū)孔隙度較大，但滲透率極低，常可見孤立的無效死孔。

3 孔隙類型對(duì)宏觀物性的影響

(1)不同類型孔隙面孔率

研究區(qū)儲(chǔ)層不同類型孔隙的面孔率分布表明粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔比較發(fā)育，臨興地區(qū)石千峰組與上石盒子組以粒間溶孔為主，面孔率約為2%，相對(duì)含量40%～60%；下石盒子組粒間溶孔與粒內(nèi)溶孔含量相當(dāng)，分別為近2%，相對(duì)含量均為30%左右；而山西組與太原組以粒內(nèi)溶孔為主，面孔率在1%～2%之間，相對(duì)含量在40%～60%之間(圖5)。神府地區(qū)石千峰組殘余粒間孔為最主要的孔隙類型，面孔率近6%，相對(duì)含量近超過50%；下石盒子組、山西組、太原組中粒內(nèi)溶孔為最主要的孔隙類型，面孔率分別在2%～3%之間，相對(duì)含量均近60%；本溪組粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔與膠結(jié)物溶孔含量相近，面孔率分別在1.5%～2%之間，相對(duì)含量在30%～40%之間(圖5)。由此可知，除神府地區(qū)石千峰組以外，研究區(qū)儲(chǔ)層中孔隙度所占比例較大的孔隙類型為溶蝕孔隙。

(2)孔隙組合與儲(chǔ)層物性相關(guān)性

研究區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層孔隙組合可分為5類：粒間孔、粒間+溶蝕+晶間、粒間+晶間、溶蝕+晶間、晶間孔五類，不同組內(nèi)孔隙組合發(fā)育類型存在差異，孔隙組合類型與孔隙度也存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

根據(jù)不同孔隙組合類型儲(chǔ)層孔隙度與滲透率變化范圍可知，以粒間(溶蝕)孔為主要孔隙組合的儲(chǔ)層物性較好，孔隙度通常>10%，滲透率多數(shù)>1mD；其次為以粒間孔+晶間孔與粒間+溶蝕+晶間孔，孔隙度通常在5%～15%之間，滲透率多數(shù)在0.1～1mD之間；再次為以溶蝕+晶間孔為主要孔隙組合的儲(chǔ)層，孔隙度通常在5%～10%之間，滲透率在0.01～1mD之間；以晶間孔為主要孔隙組合的儲(chǔ)層物性最差，孔隙度通常<5%，滲透率通常在0.01～1mD之間(圖6)。

研究區(qū)不同層系致密砂巖儲(chǔ)層中孔隙組合類型不一致，導(dǎo)致孔隙組合在垂向上有所變化與孔滲異常發(fā)育帶對(duì)應(yīng)。從圖7a中可以看出，臨興地區(qū)孔隙度>8%儲(chǔ)層以粒間(溶蝕)孔組合為主，孔隙度在4%～8%之間儲(chǔ)層為粒間孔+晶間孔與粒間+溶蝕+晶間孔組合，孔隙度<4%儲(chǔ)層以晶間孔為主，-300m～-400m以及-600m～-700m為粒間(溶蝕孔)組合發(fā)育帶，對(duì)應(yīng)臨興儲(chǔ)層孔滲異常帶。從圖7b中可以看出，神府地區(qū)孔隙度>8%儲(chǔ)層除了以粒間(溶蝕)孔組合為主的石千峰組以外，下石盒子組、山西組與太原組中部分以粒間+溶蝕+晶間孔組合為主的儲(chǔ)層孔隙度也超過了8%，孔隙度在4%～8%之間儲(chǔ)層主要為以溶蝕孔+晶間孔組合為主，以及少量溶蝕孔為主的儲(chǔ)層，孔隙度<4的儲(chǔ)層主要以晶間孔為主，在-500m左右、-800m左右以及-950m～-1050m區(qū)間內(nèi)粒間(溶蝕)孔組合與粒間+溶蝕+晶間孔組合較發(fā)育，對(duì)應(yīng)神府地區(qū)儲(chǔ)層孔滲異常帶。

研究表明盡管臨興與神府地區(qū)孔隙組合發(fā)育帶在深度上并非完全對(duì)應(yīng)，但是總體上粒間孔+溶蝕孔為高孔滲儲(chǔ)層最主要的孔隙組合，其次為粒間+溶蝕+晶間孔組合，以晶間孔為主的儲(chǔ)層孔滲最差。