杭錦旗地區獨貴圈閉下石盒子組盒1段測井成巖相研究

史 政，趙永強，張永東

（中國石化石油勘探開發研究院無錫石油地質研究所，江蘇無錫 214126）

成巖相是控制儲層性能和油氣富集的重要因素之一，其判別方法通常包括巖心觀察、巖石薄片、鑄體薄片、陰極發光和掃描電鏡等手段。但由于鉆井取心較高的成本和取心井段的局限性，除取心段成巖相分析外，測井相和地震相已成為研究成巖相的輔助手段。與地震資料相比，測井資料具有高縱向分辨率、強連續性、獲取簡便和成本低廉等特點。利用測井資料開展點—線—面上成巖相測井判別成為研究成巖相的一種經濟有效的手段。一些學者在該領域已經取得了一定研究成果［1-3］，但通過測井來判別成巖相仍處于初步探索階段，測井資料中所蘊含的有關成巖相信息仍有待深入發掘。

鄂爾多斯盆地是近年我國天然氣儲量增長最快的盆地。隨著杭錦旗地區上古生界河流三角洲儲集砂體的深入勘探，有利砂體的發現和預測成為勘探研究的主要任務［4-5］。對杭錦旗地區獨貴圈閉下石盒子組盒1段儲層的成巖作用類型、成巖相及部分常規測井曲線的特征進行分析，初步建立了獨貴圈閉測井成巖相的判別標準，為研究區低孔、低滲儲層成巖相及其致密化的研究提供了依據。

1 區域地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通盆地西部，現今構造呈東緩西陡的不對稱向斜，內部可劃分為渭北隆起、伊盟隆起、晉西擾褶帶、西緣沖斷帶、伊陜斜坡和天環向斜坳陷等六個一級構造單元［6］。杭錦旗地區地跨伊盟隆起和伊陜斜坡兩個構造單元，獨貴圈閉位于十里加汗區帶西部。該區早二疊世中晚期下石盒子組為一套以粗碎屑沉積為主的沖擊平原河流沉積體系，按照沉積旋回自下往上分為盒1、盒2、盒3段，其中盒1段為灰白色厚層粗粒巖屑砂巖夾深灰色泥巖，是該地區辮狀河鼎盛發育時期的沉積產物。受單一水系及北部物源控制，盒1段砂礫巖、含礫粗砂巖地層厚度大，且分布廣，為盒1段成為良好儲集體奠定了物質條件。研究表明，盒1段砂體在縱向上疊加連片，在平面上分布穩定，儲集層具有低孔、特低滲的特征。

圖1 研究區地理位置及盒1段沉積相特征

2 儲層基本特征

通過對獨貴圈閉7口鉆井巖心薄片鑒定的統計，盒1段儲層巖性主要為巖屑砂巖，次為長石質巖屑砂巖和巖屑質石英砂巖，成分成熟度較低。顆粒分選中等—好，磨圓以棱角狀—次圓狀為主，顆粒間主要為顆粒支撐，點-線接觸，填隙物主要為黏土礦物（高嶺石、綠泥石）、鈣質及硅質膠結物，膠結類型主要為孔隙式膠結，孔隙類型主要為粒間溶孔、粒內溶孔、溶蝕擴大縫、粒緣縫以及少量原生孔［7］。

儲層的物性特征是決定儲集性能好壞的關鍵因素，表現為孔隙度和滲透率的大小。對獨貴圈閉中盒1段630個巖心樣品數據分析，盒1段砂巖孔隙分布的優勢區間位于4%～16%，滲透率則主要分布于（0.15～1.2）×10-3μm2之間，孔隙度和滲透率的關系特征如圖2，呈現良好的相關性?？傮w上，盒1段砂巖為低孔隙度、特低滲透率儲集巖［8］。

圖2 獨貴圈閉盒1段孔隙度-滲透率關系

3 典型成巖作用類型

成巖作用是指沉積物在沉積后與地層流體及沉積物之間的物理、化學、生物作用［9］。獨貴圈閉內盒1段儲層共識別出壓實作用、溶蝕作用、膠結作用和交代作用，這些成巖作用可能直接導致儲層發生改變。

3.1 壓實作用

壓實作用分為物理壓實和化學壓實。獨貴圈閉盒1段的儲層壓實作用主要為物理壓實，并未見到明顯的縫合及壓溶現象，且塑性顆粒變形明顯。研究區物理壓實作用整體不強烈，個別部位較為強烈。

從薄片上看（圖3），顆粒之間的接觸以點-線接觸為主，達到80%左右，少量為線-線接觸。

圖3 獨貴圈閉盒1段壓實作用（點接觸、線接觸）

3.2 膠結作用

膠結作用在盒1段砂巖中普遍發育。研究區盒1段儲層膠結物主要有方解石（圖4a、4b），其次為石英次生加大（圖4c）、黏土礦物（圖4d）、白云石等；主要膠結類型為孔隙式膠結，其次為薄膜-孔隙式膠結、孔隙-加大型膠結以及孔隙-連晶型膠結（圖3）。膠結作用所形成的各種礦物充填于孔隙或附著于顆粒表面，能分割或者堵塞孔隙，降低孔隙的連通性，是一種破壞性的成巖作用。

圖4 獨貴圈閉盒1段膠結作用發育情況

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用在獨貴圈閉盒1段非常發育，是改善儲層的最主要成巖作用。盒1段被溶蝕的物質主要有長石顆粒、巖屑顆粒（圖4a、4b）、黏土礦物膠結物以及方解石膠結物等。溶蝕產物包括粒間、粒內溶孔（圖4d）。粒內溶蝕以泥質巖和泥質砂巖類巖屑為主，且僅溶蝕了其中的伊利石類黏土礦物，石英粉砂等成分得以保留，因此推測主要為酸性流體溶蝕。在部分溶蝕孔隙內，可見到后期的方解石沉淀結晶。

3.4 其他成巖作用

研究區內見到少量交代作用，主要呈現為白云石交代方解石，以及方解石交代碎屑顆粒。白云石呈渾圓狀，多圍繞方解石顆粒邊緣進行交代。局部可見白云石的生長處，骨架顆粒的綠泥石包膜有消失現象，推測白云石的生成或許與黏土礦物的溶解有關。方解石交代石英顆粒，使得石英顆粒邊緣形成鋸齒狀的邊緣。

圖5 獨貴圈閉盒1段溶蝕作用發育情況

4 成巖相及測井響應特征

目前關于成巖相的劃分尚無統一標準，一般根據研究區的地質特點劃分。成巖作用的類型和強度以及礦物含量的差異通常在測井曲線上具有不同的響應特征，可以通過巖心資料刻度測井，定性地確定儲層成巖作用的類型和強度［1］。選取對成巖特征響應相對敏感的測井曲線，包括孔隙度、自然伽馬、以及電阻率曲線為目的曲線，對照取心段的成巖鑒定結果，在目的層位共識別出5種成巖相：壓實相、溶蝕相、鈣質膠結相、黏土膠結相和硅質膠結相，這5種成巖相均能在測井曲線上呈現明顯的響應特征。

4.1 壓實相

壓實作用的強弱直觀體現在顆粒之間的接觸關系，強烈的壓實作用呈現顆粒間的點-線接觸和線-線接觸，塑性顆粒變形及脆性顆粒破裂，造成巖石在有限的空間內體積減小、孔隙度減小、密度增大。壓溶作用最典型的鑒別特征是顆粒間的縫合接觸。在測井響應方面，壓實作用較強的層段主要呈現補償密度DEN測井值偏高、聲波時差AC值偏小的特點（圖6a）。如研究區J103井，在3 081.06 m薄片中顯示發育顆粒間的點接觸和線接觸。該部位層段上測井曲線能夠識別出明顯的自然伽馬GR和中子CNL值偏高、密度增大、聲波時差值偏小的特征，自然伽馬最高達140 API，密度達到2.644 5 g/cm3，聲波229μs/m。隨著壓實作用的變強，從實測孔隙度滲透率數據來看，壓實作用強烈的部位物性條件變得較差，孔隙度最小達到6.9%，滲透率0.404×10-3μm2。

圖6 成巖作用測井曲線交會圖

4.2 溶蝕相

溶蝕作用的結果主要表現為溶蝕孔隙，包括粒間溶孔、粒內溶孔、粒緣溶孔及鑄?？椎?。酸性流體環境下，溶蝕組分主要為長石、巖屑及碳酸鹽膠結物等；而堿性流體環境中，石英也可能發生溶蝕。在測井曲線上溶蝕作用發育的層位常表現為中等自然伽馬、低密度、中等中子孔隙度以及低聲波時差［1］。一般情況下，中子和密度測井反應的是儲層的總孔隙度，而聲波時差則反應基質孔隙度，不反映次生孔隙度。因此在溶蝕作用發育的層位，其中子-密度孔隙往往比聲波孔隙高，且深淺側向測井的正幅度差較大。此種成巖相在J100井能夠較好地識別出來，在2 931 m部位，密度呈現較小值2.363 g/cm3，聲波時差也較低，值為255μs/m，補償中子和自然伽馬（76 API）均呈現較低的值。從對應的孔隙度和滲透率數據，可以看出的是在溶蝕相發育的部位，物性條件變得更佳，孔隙度可達12%，滲透率也可達到1×10-3μm2（圖6b、6c）。

4.3 鈣質膠結相

鈣質膠結的產物主要包括方解石、白云石等，在成巖早期和晚期均可形成。早期多以粒狀、櫛殼狀或鑲嵌狀結構出現，晚期則主要表現為自形鐵方解石與鐵白云石［1］。鈣質膠結在測井特征上常呈現“鈣尖峰”狀，主要表現為高電阻、高體積密度、低自然伽馬以及聲波時差較小的特點。J98井3 061.11 m處發育明顯的方解石膠結（圖4a），測井曲線呈現出明顯的低伽馬、高電阻尖峰、密度于高位振蕩、聲波時差于低位振蕩的特點。但從整個地區統計看來（圖6d），鈣質膠結并未造成密度測井的整體升高，以及聲波時差的整體減小，孔隙度和滲透率的變化也沒有明顯降低（圖2），這可能由于鈣質膠結產物在后期發生溶蝕（圖6d），使得原始物性得到了一定程度的恢復。

4.4 黏土膠結相

黏土膠結的產物常見有高嶺石、綠泥石、伊利石等，這些膠結物均是在成巖過程中沉淀生成或者再生形成。在測井響應中，最典型的特征是自然伽馬的相對高值、密度值相對較低、中子孔隙度偏大、聲波時差偏大以及電阻率的相對低值。一般來說，膠結作用對儲層的發育起破壞性作用，但綠泥石的環邊膠結可能會阻止石英的次生加大，對儲層起到一定的建設作用。綠泥石環邊膠結常表現為中子孔隙偏低，且中子孔隙與密度孔隙差異較小，可依此特征將之與其他膠結作用加以區分。在研究區J110井3 039.7 m處，從掃描電鏡可見明顯的毛發狀伊利石膠結，該處自然伽馬曲線呈現明顯升高，最高顯示為83 API，密度變小，呈2.5 g/cm3左右，聲波時差變大的特點，電阻率值偏低，顯示為13Ω·m（圖6d）。

4.5 硅質膠結相

硅質膠結主要表現為石英的次生加大以及孔隙中充填自生石英、蛋白石、以及玉髓和燧石等。測井曲線上未見明顯特征，常表現為中—高密度、中—低聲波時差、中—低電阻率以及較低的自然伽馬值，深淺側向表現為正幅度差。從薄片鑒定結果來看，在研究區J101井3 026.51 m處發育明顯的石英次生加大，該處的測井響應特征也跟上述特征描述較為吻合。從孔隙度和滲透率數據來看，硅質膠結作用在一定程度上造成物性的變差。

5 測井成巖相的劃分及判定

成巖測井相的識別是測井地質學與沉積巖石學的有機滲透與結合，從測井資料中能夠挖掘出豐富的成巖信息。本研究通過薄片分析結果標定測井響應特征，選取自然伽馬、三孔隙度、電阻率等敏感曲線進行標定，識別出5種成巖相：壓實相、溶蝕相、鈣質膠結相、黏土膠結相和硅質膠結相，其測井響應特征如表1。在此基礎上，可利用測井響應特征反推研究區未取心層位的成巖相特征。

表1 獨貴圈閉盒1段成巖相測井特征對比

研究發現，獨貴圈閉盒1段主要發育中等壓實作用。膠結作用主要發育鈣質膠結和黏土膠結。為在測井上易于區分，在薄片鑒定膠結物含量的基礎上，以鈣質含量—黏土含量＞7%的樣品點定位鈣質膠結類型，以黏土含量—鈣質含量＞7%的樣品點定位黏土膠結。由此，在AC-RD交會圖（圖7）上可以劃分出：黏土膠結區間為：聲波時差AC≥230μs/m，電阻率RD＜22Ω·m；鈣質膠結區間為：聲波時差AC＜240μs/m，電阻率RD≥22Ω·m。

圖7 獨貴地區盒1段測井成巖相劃分圖版

根據薄片鑒定，對樣品劃分出強、中、弱溶蝕程度三種類型。溶蝕程度在RD-AC交會圖版上顯示較好，強、中、弱區間基本能劃分。強溶蝕區聲波時差AC≥246μs/m，中等溶蝕區228μs/m≤聲波時差AC＜246μs/m，弱溶蝕區聲波時差AC＜228μs/m。

綜合分析以壓實程度、溶蝕程度、膠結程度劃分為基礎，將盒1段劃分為5種測井成巖相（表2）。

表2 獨貴地區測井成巖相劃分方案

6 結論

（1）獨貴地區盒1段儲層為低孔、特低滲儲層。該層位成巖作用主要發育溶蝕作用、壓實作用和膠結作用及少量交代作用。

（2）本次研究在獨貴圈閉盒1段共識別出5種成巖相，分別是：壓實相、溶蝕相、鈣質膠結相、黏土膠結相、硅質膠結相。這5種成巖相在測井曲線上都有明顯的響應特征。

（3）結合測井響應特征，獨貴圈閉盒1段可劃分出5種測井成巖相：中等壓實強溶蝕相、中等壓實中等溶蝕相（黏土膠結）、中等壓實中等溶蝕相（鈣質膠結）、中等壓實弱溶蝕相（黏土膠結）、中等壓實弱溶蝕相（鈣質膠結）。通過測井交會圖版可以識別出聲波時差228μs/m、246μs/m，電阻率22Ω·m是本地區測井成巖相劃分的關鍵判別數值。