鄂尔多斯盆地华庆地区长81成岩作用特征研究

时间：2024-07-28

孔祥超赵俊兴,2 申赵军

(1.成都理工大学沉积地质研究院 2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学)

0 引言

鄂尔多斯盆地是一个中新生代盆地叠加在古生代盆地之上的复合盆地，其现今构造上总体呈现为东翼宽缓、西翼陡窄的不对称矩形盆地[1]。按其现今构造形态，盆地可划分为6个二级构造单元，依次为：伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环向斜及西缘逆冲断裂构造带[2]。华庆地区位于鄂尔多斯盆地的西南部，范围西起白马，东至山庄，南至悦乐，北到白豹，构造位置上横跨天环凹陷和伊陕斜坡2个次级构造单元，但区内构造相对简单，断层不发育，仅局部发育一些小型鼻状构造[3]。上三叠统延长组经历了长10—长7期湖盆形成至发展鼎盛时期，长7—长4+5期湖盆持续下沉阶段，长3—长1期湖盆收缩至消亡阶段[4]。根据岩性组合及沉积旋回等特征将长8油层组划分为长81和长82两个小层[3]，研究区长81储层砂体为三角洲前缘亚相沉积体系，砂体分布广，长81储层砂体发育，含油性较高，但储层物性较差。砂岩在埋藏成岩作用过程中受到各种成岩作用的改造，对原生孔隙的保存和次生孔隙的发育产生很大影响。沉积作用和成岩作用共同控制着储层的发育及物性特征，而成岩作用则是导致储层砂体低孔、低渗的最主要因素[5]。因此，对研究区储层砂体成岩作用的研究有助于储层的综合评价，并为油田的勘探和开发提供一定的理论支持。

1 岩石学特征

华庆地区长81储层砂岩主要发育为辫状河三角洲前缘亚相[5]。根据扫描电镜、铸体薄片以及物性资料分析，研究区长81储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩，其次为长石岩屑砂岩(图1)。碎屑颗粒组分特征为：石英平均含量30.05%，长石平均含量为27.38%，岩屑平均含量为24.75%，具有低石英，中长石含量和高岩屑的特点。填隙物主要由粘土矿物(绿泥石、铁方解石)、碳酸盐(方解石、白云石)、含量较低的自生矿物和杂基组成。研究区内颗粒分选中等，磨圆度较差，接触类型以线接触为主，胶结类型主要为孔隙式胶结，成分成熟度较差，结构成熟度较高。

图1 华庆地区长81砂岩分类三角图

2 物性特征

物性特征是决定储层储集性能的关键，其直观表现为孔隙度和渗透率的大小[6]。根据研究区长8120余口井、150块左右薄片鉴定物性统计得出，本区的平均孔隙度为10.20%，介于3.90%～15.19%；平均渗透率为0.89mD，介于0.1～1.5mD，属于低孔、低渗储层，储集物性较差。

根据研究区长81储层孔隙度、渗透率关系图表明(图2)，研究区长81储层孔隙度和渗透率具有较好的正相关性，即随着孔隙度增加，渗透率也呈增加趋势，为典型的孔隙型储层。

图2 华庆地区长81储层孔-渗关系图

3 成岩作用类型及特征

储层成岩作用研究的宗旨，主要是查明储层从沉积到成藏之前所经历的一系列成岩作用事件和成岩事件的发生过程、先后次序、发生的阶段及其对储层形成所起的作用[7]。砂岩储层成岩作用复杂，华庆地区长81成岩作用类型众多，其中与储层发育密切相关的典型的成岩作用类型包括：破坏性成岩作用中的压实作用和胶结作用；建设性成岩作用中的绿泥石粘土膜、溶蚀作用和破裂作用。

3.1 压实作用

华庆地区长81储层砂岩的碎屑颗粒以点—线接触、线接触为主，通过薄片面孔率等资料分析统计，研究区压实作用强烈，在研究区的主要变现形式为：塑性的泥岩屑、云母片压实变形(图3a)；刚性的颗粒之间紧密线接触、凹凸接触；含塑性火山岩屑的砂岩较多的岩屑细砂岩中刚性和塑性颗粒相间分布易被紧密压实；泥质岩屑被压实变形呈假杂基化(图3b)。

3.2 胶结作用

研究区主要发育硅质胶结、碳酸盐胶结和自生绿泥石胶结和高岭石胶结。

(1)硅质胶结作用

硅质胶结作用在研究区长81储层砂岩中发育普遍，但含量较少。据铸体薄片观察硅质胶结作用的表现形式有：①石英次生加大边胶结(图3c，图4a，图4b)；②孔隙充填式胶结，当石英颗粒周边有绿泥石时不能形成次生加大，呈孔隙充填。

(2)碳酸盐胶结作用

华庆地区长81储层砂岩包括铁方解石、铁白云石、方解石3种碳酸盐胶结类型，其中以亮晶方解石和铁方解石为主，方解石胶结物成岩作用可以分为早、中、晚3期。

早期碳酸盐胶结物以泥晶团块或灰泥基质形式充填在颗粒之间，碎屑颗粒受压实作用改造较小，形成于浅埋成岩环境。中期碳酸盐胶结物呈分散状孔隙式的形式充填于长石溶孔以及剩余粒间孔中(图3d)。晚期方解石的成分、矿物共生组合与前期有明显的变化，在高温、高压、缺氧还原条件下，由黏土矿物和黑云母转化产生的Fe2+、Mg2+结合到方解石或白云石的晶格中，形成铁方解石和少量的铁白云石(图3e)。

(3)粘土矿物的胶结作用

研究区粘土矿物胶结类型多样，主要有自生绿泥石、自生高岭石、伊利石、伊/蒙混层。

绿泥石的形成受沉积环境的影响较大，华庆地区长81三角洲前缘的强水动力条件为绿泥石的形成提供了环境基础，同时研究区内富含的长石、岩屑、云母矿物等为绿泥石的形成提供了物质条件，因此自生绿泥石是鄂尔多斯盆地华庆地区长81油层组含量最高的自生黏土矿物。

在成岩作用过程中，随着上覆地层压力的不断增大，压实作用使得黏土膜始终处于流动状态，在早成岩A期阶段，黑云母、长石等碎屑发生强烈的水化水解作用，为绿泥石膜在碱性条件下的形成提供了充足的Mg2+和Fe2+[8]，后期形成的自生绿泥石在环边表面发生吸附，形成针叶状绿泥石晶体[9]，并且呈孔隙衬里方式产出，部分绿泥石薄膜包围整个碎屑颗粒(图3f，图3g，图3h，图4c)。针对研究区延长组自生绿泥石对储层砂岩孔隙结构的影响，前人做过大量的研究，其中大多数学者认为早期自生绿泥石的形成能够增强岩石的抗压实能力，对储层砂岩原生孔隙的保存起到积极的作用[10，11]。

注：a.泥质岩屑被压实变形，颗粒之间线接触，白270井，长81,2150.63m；b.泥质岩屑压实变形呈假杂基化，溶蚀孔发育，山139井，长81,2211.91m；c.石英加大嵌合，粒间孔发育，具少量长石溶孔，白117井，长81,1951.48m；d.具薄的绿泥石膜，铁方解石充填部分粒间孔，剩余粒间孔发育，具长石溶孔，白456井，长81,2139.66m；e.铁方解石胶结，白241井，长81,2227.57；f.自生绿泥石以孔隙衬里方式产出，原生孔隙及次生溶蚀孔隙发育，白280井，长81,2212.40m；g.绿泥石呈花边状充填于孔隙中，白205井，长81,2197.58m； h.绿泥石薄膜发育，富含有机质，午65井，长81,2108.93m；i.石英碎屑颗粒破碎形成孔隙，山155井，长81,2326.26m.

图4 扫描电镜

注：a.致密胶结，少量次生加大、高岭石黏土充填，里140井，长81,2200.03～2200.13m；b.石英具次生加大，岩性致密，碎屑具溶蚀孔隙，连通性较差，里152，长81,2228.47m；c.粒间孔分布叶片状绿泥石片，午65井，长81,2108.42m；d.片状高岭石集合体及晶间孔隙，部分高岭石晶体被溶蚀，边部卷曲丝缕化，白269井，长81，2085.33m； e.蚀变状伊利石黏土充填孔隙，白182井，长81,2169.30m；f.长石粒内溶孔，山139井，长81，,2211.91m。

研究区绿泥石相对含量随埋藏深度的增加而增加，长1—长7油层平均含量为50.4%，长8油层则增至54.5%[3],因此随着上覆压力的不断增大，储层砂岩中绿泥石含量的不断增高，砂岩中粒间孔及面孔率都呈现出良好的正相关性(图5)，绿泥石起到了平衡作用，从而有利于原生孔隙保存。另一方面，由于早期绿泥石膜的形成，占据了碎屑颗粒的表面空间，在一定程度上抑制了石英次生加大的产生。

图5华庆地区长81砂岩绿泥石膜百分含量与粒间孔面孔率相关性分析散点图

高岭石在本区储层中含量较少，主要以填隙物的方式产出，在扫描电镜下观察集合体呈片状、书页状(图4d)，分散赋存在粒间孔隙中，高岭石晶体间常存有大量的残余孔隙、溶蚀孔隙。

华庆地区长81油层广泛存在伊/蒙混层矿物，形态上介于蒙脱石和伊利石之间，多以孔隙衬垫和充填的形式出现(图4e)。伊利石粘土矿物的形成需要特定的物质来源和介质条件[9]。在埋藏成岩过程中，随着埋藏深度的增加，粘土基质逐渐转变成伊/蒙混层。

3.3 溶解、溶蚀作用

根据岩石薄片、铸体薄片和扫描电镜的观察，研究区内溶蚀、溶解作用非常普遍，对改善研究区储层物性起着非常重要的作用，主要表现为长石、含长石火山岩屑及早期碳酸盐胶结物发生选择性溶蚀(图4f)，形成各种次生溶孔，改善储层物性，保护了原生孔隙，扩大孔喉半径，提高了渗流能力。

众多学者[12，13]认为，溶蚀型次生孔隙是由有机酸、碳酸、大气淡水淋滤等引起矿物溶解所形成的。砂岩储层经过不同程度的溶蚀改造形成多种类型的次生孔隙，对改善储层物性起到积极的作用。

3.4 破裂作用

根据岩心观察和扫描电镜，可以见到各种裂缝，包括肉眼可见的构造裂缝和镜下观察到的微裂缝(图3i)。破裂作用可以有效的改善储集层的物性，属于建设性成岩作用类型。

4 成岩阶段划分和成岩序列

4.1 成岩阶段的划分

通过上述分析，结合研究区长81储层砂体的结构、构造、孔隙类型以及自生黏土矿物的类型、发育特征等资料，按照新的石油行业标准(SY/T5477—2002)碎屑岩成岩阶段划分规范，研究区长81油层组储层砂岩已达晚成岩A期(图6b)。

(1)早成岩阶段

A期：此阶段以中等强度压实作用，绿泥石呈现颗粒薄膜、孔隙衬边形式胶结和碳酸盐矿物的环边胶结作用为主。本阶段压实作用是孔隙迅速减少的主要因素，但早期的胶结作用形成的绿泥石和碳酸盐薄膜不但增加了储层砂岩的抗压实能力，而且降低了孔隙损失，有利于研究区砂岩在成岩过程中部分原生粒间孔隙的保存。

B期：随着埋藏深度的不断增加，温度增高，压力增大，石英、长石碎屑颗粒发生溶蚀水解，形成次生加大边(图3c)。此阶段伴随储层流体内Fe2+和Mg2+含量的不断增加，为铁方解石的形成提供物质基础；亮晶方解石充填剩余粒间孔，降低储层的孔隙度，影响储层的孔、渗性。

(2) 晚成岩阶段

A期：此时埋深大于2000m，此阶段有机质开始进入生油门限，慢慢向烃类转化，在成熟过程中产生低碳有机酸，泥质烃源岩排出层间水、结构水。酸性介质进入储层砂岩可导致孔隙流体pH值大幅降低，使成岩早期形成的大量不稳定自生矿物发生较大规模的溶解，从而形成各类次生孔隙。酸性热液介质中的硅质成分以自生石英晶体或者次生加大边的形式沉淀并充填孔隙。此时碳酸盐矿物大量形成并交代碎屑颗粒，由黏土矿物转化形成的Mg2+和Fe2+等离子形成晚期方解石、铁方解石、铁白云石等含铁碳酸盐胶结物。

4.2 成岩序列

通过上述分析，研究区长81油层组沉积期构造简单，主要受渐进埋藏作用的影响，沉积物持续埋藏，无明显间断[3]。同时可以确定研究区81油层组处于晚成岩阶段A期，研究区内成岩演化序列：机械压实作用→早期绿泥石薄膜形成→石英次生加大→早期方解石沉淀→有机质低成熟→长石颗粒、方解石胶结物溶蚀→晚期铁方解石充填→晚期白云石充填。

图6 华庆地区长81砂岩成岩序列演化图