沁水盆地古縣區塊太原組灰巖儲層特征

楊亦浩，李 咪

(1.山西藍焰煤層氣工程研究有限責任公司， 山西 晉城 048000；2.太原科技大學 能源與材料工程學院， 山西 晉城 048000)

沁水盆地的多次資源評價表明，該區石炭—二疊系煤系地層的成藏條件良好，煤炭及各類非常規天然氣的資源潛力巨大[1,2]. 其中,太原組地層發育大面積的潮下低能帶石灰巖沉積[3，4]. 因此，開展沁水盆地太原組灰巖儲層特征研究，可為該區碳酸鹽巖儲層的進一步勘探開發提供基礎資料。本文以沁水盆地古縣區塊為研究區，基于研究區GX1001、GX4003、GX6002三口鉆井的巖芯編錄，采集太原組灰巖的典型樣品，進行鑄體薄片鑒定、掃描電鏡觀測與常規物性測試等實驗，以揭示研究區太原組灰巖儲層的巖石學特征、儲集空間特征與物性特征，并進行儲層的初步評價。

1 研究區地質概況

古縣區塊位于沁水盆地西南邊緣，向西隔霍山大斷裂與霍西煤田毗鄰，往東逐步向沁水盆地的深部過渡。古縣區塊構造較為簡單，未發現巖漿侵入體。研究區太原組主要發育4層灰巖，由老至新依次為廟溝段灰巖(L1)、毛兒溝段灰巖(L2)、斜道段灰巖(L4)、東大窯段灰巖(L5). 基于巖芯觀察，結合前人研究，認為太原組灰巖主要沉積于陸表海碳酸鹽潮坪相，其中斜道段灰巖為開闊潮下亞相，其余為局限潮下亞相[3，4].

2 巖石學特征

根據鑄體薄片觀察，研究區太原組灰巖的巖石類型為含生物碎屑泥晶灰巖、生物碎屑泥晶灰巖及泥晶生物碎屑灰巖(表1). 灰巖為自生顆粒結構，自生顆粒類型以生物碎屑為主，常見棘皮類、有孔蟲類和瓣鰓類等；填隙物以泥晶結構為主，僅在廟溝灰巖中觀察到亮晶膠結物。

表1 古縣區塊太原組灰巖巖石特征表

3 儲集空間特征

3.1 宏觀儲集空間類型

研究區太原組灰巖的宏觀儲集空間類型以裂縫為主，溶孔和溶洞較少見。太原組灰巖儲集空間特征見圖1. 裂縫包括構造縫和非構造縫，密度0.4～16.6條/m. 其中，斜道灰巖中常見高角度構造縫(圖1a))，延伸較遠且多呈開啟狀態，部分被方解石充填；廟溝、毛兒溝與東大窯段灰巖的裂縫較少，以低角度構造縫為主，延伸較短且多呈閉合狀態，多數被方解石充填。溶孔和溶洞(圖1a))常見于斜道灰巖中，多數被瀝青質或方解石充填。此外，溶孔和溶洞常沿著裂縫延伸方向展布，且僅發育于泥晶生物碎屑灰巖中。

a) 溶洞及裂縫，斜道灰巖 b) 構造縫被亮晶方解石充填，毛兒溝灰巖 c) 大量未充填的構造縫，斜道灰巖 d) 縫合線穿過裂隙，斜道灰巖 e) 溶蝕縫被亮晶方解石充填，東大窯灰巖 f) 球蜓類生物體腔孔，房室皆被亮晶方解石充填，東大窯灰巖 g) 方解石晶間孔，廟溝灰巖 h) 粒間溶孔，毛兒溝灰巖 i) 晶間溶孔，毛兒溝灰巖圖1 古縣區塊太原組灰巖儲集空間特征圖

3.2 微觀儲集空間類型

基于鑄體薄片和掃描電鏡觀察，研究區太原組灰巖的微觀儲集空間類型以微裂隙和次生孔隙為主，原生孔隙的含量較低。

根據鏡下觀測統計，太原組的各段灰巖中均可見微裂隙，且毛兒溝段與斜道段灰巖的微裂隙含量較高(表2). 微裂隙的成因類型以構造縫為主，非構造縫次之。其中，構造縫常成組出現(圖1b))，直徑5～40 μm，延伸數毫米至幾十毫米，面裂隙率0.5%～2.5%. 鏡下觀察發現，斜道灰巖中發育大量半開啟的構造縫(圖1c))，表明有效裂隙的含量較高；而其余層段灰巖的構造縫常被方解石充填(表2). 非構造縫主要包括成巖壓溶縫和溶蝕縫，前者即縫合線，常被瀝青質或泥質部分充填(圖1d))；后者指由已存在的各類裂隙經溶蝕擴大所形成的裂隙，主要發育于斜道段和東大窯段灰巖，含量較低且均被方解石完全充填(圖1e)).

表2 古縣區塊太原組灰巖微裂隙類型及特征表

研究區太原組灰巖中的原生孔隙主要包括生物體腔孔和晶間孔。生物體腔孔指生物體腔的房室內軟體腐爛后所殘留的孔隙，主要發育于泥晶生物碎屑灰巖的蜓類、有孔蟲類、介形蟲類和苔蘚蟲類等生物碎屑顆粒中(圖1f))，常見于東大窯灰巖段。晶間孔在研究區各段灰巖中均有發育，以方解石晶間孔(圖1g))和黃鐵礦晶間孔為主。

次生孔隙類型多樣，包括粒間溶孔、粒內溶孔、鑄模孔和晶間溶孔。粒間溶孔和粒內溶孔發育于毛兒溝、斜道及東大窯段的灰巖中，前者指生物碎屑顆粒之間的膠結物被溶解而形成的孔隙(圖1-h))，后者指生物碎屑顆粒的殼壁或體腔被部分溶解而形成的孔隙。鑄模孔指自生顆粒部分或全部溶解而形成的孔隙，可根據孔隙形狀判別自生顆粒類型。研究區的各段灰巖中均可見鑄模孔，主要分布于棘皮類、雙殼類、腹足類和藻類等生物碎屑顆粒中，多數鑄模孔已被方解石膠結物充填。晶間溶孔即在晶間格架孔的基礎上溶蝕擴大而形成的孔隙(圖1i))，大量發育于毛兒溝段灰巖中。

4 儲層物性及初步評價

對研究區太原組灰巖樣品進行常規物性試驗，測試結果表明灰巖孔隙度1.39%～4.29%，滲透率0.000 3～1.310 9 mD(表1)，屬于低-特低孔、低-特低滲儲層[5]. 其中，滲透率較高的灰巖樣品為斜道段的泥晶生物碎屑灰巖，為研究區內相對較好的灰巖儲層。根據儲集空間特征研究可知，斜道段泥晶生物碎屑灰巖具有儲集空間類型較為豐富的特征，常見宏觀裂縫、溶孔、溶洞(圖1a))以及微裂隙(圖1c))、微觀粒間溶孔和粒內溶孔(圖1h))；并且，與其他灰巖樣品相比，斜道段泥晶生物碎屑灰巖的宏觀裂縫與微裂隙更為發育，且多呈半開啟狀態。研究認為，斜道段泥晶生物碎屑灰巖沉積于開闊潮下亞相，沉積水動力條件相對較強，灰巖的生物碎屑含量較高。當灰巖具有較高的生物碎屑含量時，灰巖的結構相對疏松，且由于生物軟組織易于腐爛形成空腔，使生物體腔孔等原生孔隙相對發育，有利于后期溶蝕作用的發生。此外，巖芯中的溶孔、溶洞常沿裂隙方向發育(圖1a))，表明裂縫作為孔隙水運移的主要通道類型之一，可以有效促進溶蝕作用的發生。因此，斜道段泥晶生物碎屑灰巖中發育大量的半張開裂隙，是灰巖儲層物性較好的主要原因之一。

5 結 論

1) 古縣區塊太原組主要發育4層灰巖，沉積于陸表海碳酸鹽潮坪相，以含生物碎屑泥晶灰巖、生物碎屑泥晶灰巖及泥晶生物碎屑灰巖為主。灰巖均為自生顆粒結構，自生顆粒類型以生物碎屑為主，填隙物以泥晶結構為主。

2) 研究區太原組灰巖的宏觀儲集空間類型以裂縫為主，微觀儲集空間類型以微裂隙和次生孔隙為主。灰巖孔隙度1.39%～4.29%，滲透率0.000 3～1.310 9 mD，屬于低-特低孔、低-特低滲儲層。

3) 斜道段泥晶生物碎屑灰巖具有儲集空間類型較為豐富的特征，且宏觀裂縫與微裂隙更為發育，灰巖的滲透率相對較高，為研究區內相對較好的灰巖儲層。