李　杪

(西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)



致密砂岩储层成岩作用特征研究及其对储集性能的影响
——以鄂尔多斯盆地东部上古生界盒8段天然气储层为例

李杪

(西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

[摘要]通过各类薄片显微镜下精细研究与定量统计，利用图像孔喉分析、电镜扫描、阴极发光等多种分析测试手段，对鄂尔多斯盆地东部主力含气层盒8段致密砂岩的岩石学特征、孔隙发育特征及成岩作用特征进行研究，结合成岩演化分析其对盒8段各砂岩储层储集性能的影响。研究表明：盒8段砂岩以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，其次是石英砂岩，填隙物以高岭石、硅质和伊利石为主，孔隙类型以次生溶孔为主。储层各砂岩的岩石学特征、孔隙发育状况及其成岩演化过程存在一定的差异。差异性的成岩演化过程导致盒8段各砂岩胶结物成分及其含量不同，并导致各砂岩孔隙结构的不同，后者直接影响砂岩的储集性能。该研究对于探讨不同砂岩类型成岩演化对砂岩储层储集性能的影响具有重要的意义，可为研究区天然气的勘探指明方向。

[关键词]岩石学特征；成岩作用；储集性能；盒8段致密砂岩；鄂尔多斯盆地

致密砂岩气是指覆压基质渗透率不大于0.1×10-3μm2的砂岩气层，单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量[1]由于其储量巨大、分布范围广，致密砂岩气已然成为现今非常规天然气勘探的的重点领域。前人研究认为，沉积物本身的内在特征( 碎屑组分和结构)在一定程度上制约着成岩作用的发生和发展，从而引导出不同的成岩作用过程进而影响孔隙的演化进程[2～6]，后者直接导致致密砂岩物性的不同，并由此影响储层的储集性能[7]。压实作用为破坏性成岩作用，降低了储集层的物性，而胶结作用对储层物性的影响具双重性，溶蚀作用则被认定为加强性成岩作用[8～13]。前人的成岩作用研究是把储层砂岩作为一个整体研究，较少考虑到砂岩类型及其矿物成分等砂岩原始特征对成岩演化路径及成岩产物、孔隙结构特征的控制，从而掩盖了储层储集性能成岩演化的部分成因信息。本研究通过各类薄片显微镜下精细研究与定量统计，利用图像孔喉分析、电镜扫描、阴极发光等多种分析测试手段，研究了鄂尔多斯盆地东部主力含气层盒8段致密砂岩储层的岩石学特征、孔隙发育特征及成岩作用特征，分析了不同成岩作用产物对砂岩储层储集性能的影响，从而为下一步的勘探开发提供科学依据。

1致密砂岩储层基本特征

研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东北部，东起横山，西至柳林，南抵子长-清涧，北至府谷。研究对象为上古生界二叠系主要产气层下石盒子组盒8段砂岩。根据野外钻井岩心观察描述及室内290个砂岩薄片的定量统计结果，研究区盒8段砂岩的砂岩类型以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，其次是石英砂岩(图1)。从整体上看，碎屑成分以石英类(平均61.7%)为主，其次是岩屑(平均18.7%)，长石含量极少(<1%)。砂岩碎屑颗粒磨圆度主要为次棱状，其次为次棱-次圆状，分选较好-中等，主要呈颗粒支撑，颗粒间以线接触为主，少数呈点-线接触或凹凸接触。

图1　盒8段砂岩分类图

研究区盒8段不同砂岩类型储层的胶结物成分及其含量存在一定差异(图2a)：石英砂岩主要为高岭石(平均4.3%)和硅质(平均3.9%)胶结；岩屑石英砂岩以伊利石(平均5.5%)和硅质(平均3.5%)含量较高为特征，岩屑砂岩则以高伊利石(平均8.2%)含量为特征。差异性的成岩演化过程及产物决定了各类型砂岩孔隙发育状况的不同，研究区盒8段砂岩的面孔率由岩屑石英砂岩→石英砂岩→岩屑砂岩依次降低，孔隙类型均以次生溶孔为主，其次为粘土矿物晶间微孔，岩屑砂岩的微裂缝较其它砂岩略微发育(图2b)。

a　盒8段各砂岩胶结物含量图

b　盒8段各砂岩孔隙类型含量图

a. 石英颗粒表面的脆性微裂纹，府3井，2328.52m；b. 压实作用使云母等变形假杂基化，双36井，2440.64m；c. 孔隙水沉淀高岭石，晶间孔隙发育，米27井，2536.67m；d.长石蚀变高岭石，晶间孔隙不发育，榆36井，2928.08m；e. 板状绿泥石充填粒间孔隙，双11井，2265.4m；f. 绿泥石薄膜包裹碎屑颗粒，发育剩余粒间孔隙，米20井，2539.93m；g. 纤维状伊利石胶结，米27井，2311.75m；h. 胶状伊利石(黄绿色)充填孔隙，被方解石(橙红色)交代，陕202井，2699.63m；i. 绿泥石薄膜包裹颗粒，粒间充填硅质胶结物，统27井，2849.78m；j. 加大后的石英互相贴合，或镶嵌紧密使石英颗粒间呈凹凸接触，府2井，1857.89m；k. 早期微晶方解石围绕碎屑颗粒呈栉壳状生长，并被后期亮晶方解石胶结物所交代，米27，2731.22m；l. 铁白云石呈菱形粉晶-细晶集合体分布于碎屑颗粒表面及次生溶孔内，统25井，2861.88m。

图3盒8段显微镜下砂岩的成岩作用特征照片

2致密砂岩成岩作用特征

在上述研究基础上，通过显微镜下常规薄片和铸体薄片观察，结合扫描电镜、阴极发光等分析测试技术，对研究区盒8段砂岩的成岩作用类型及其特征进行了系统研究，结果表明，研究区盒8段砂岩经历的成岩作用类型主要有压实作用、压溶作用、胶结作用、交代蚀变作用、重结晶作用和溶解作用，其主要特征见图3、表1。

表1　研究区盒8段砂岩成岩作用类型及特征

3成岩过程及其产物对储层储集性能的影响

差异性的成岩演化过程导致盒8段各砂岩胶结物成分及其含量不同，并导致各砂岩孔隙结构的不同，后者直接影响了砂岩的储集性能。

3.1高岭石胶结物

各砂岩类型(尤其是石英砂岩)中高岭石含量与孔渗呈较明显的正相关性。高岭石胶结物中发育的大量晶间微孔与微溶孔，在一定程度上提高了砂岩的储集性能。以高岭石胶结物为主的砂岩，其次生溶孔与晶间微孔较发育，这类砂岩主要为中-粗粒石英砂岩和岩屑石英砂岩，物性与渗流能力较好，驱替效率较高。

3.2硅质胶结物

各砂岩类型(尤其是石英砂岩)中硅质含量与孔渗呈较明显的负相关性。砂岩中的硅质胶结物堵塞部分粒间孔与喉道，导致孔喉连通性变差，束缚水饱和度较高，从而使砂岩的物性变差、渗流能力降低。

3.3伊利石+蒙脱石+伊/蒙混层胶结物

各砂岩类型中伊利石+蒙脱石+伊/蒙混层粘土矿物含量与孔渗呈弱的负相关性。砂岩中充填于粒间的伊利石+伊/蒙混层+蒙脱石减少了粒间孔隙并堵塞了部分喉道，在一定程度上降低了砂岩的孔隙度和渗透率，使储集性能降低。但伊利石+伊/蒙混层+蒙脱石胶结物中发育大量微孔隙时，可在一定程度上提高砂岩的孔隙度与渗透率。研究区以伊利石+蒙脱石+伊/蒙混层粘土矿物为主的砂岩主要为岩屑石英砂岩，少量岩屑砂岩。部分这类砂岩中微裂缝较发育，其储集性能与渗流能力较好，但若以伊利石+蒙脱石+伊/蒙混层粘土矿物为的砂岩粒度较细、塑性岩屑与假杂基含量较高时，其孔隙相对不发育，连通性较差，岩石较为致密，储集性能与渗流能力较差。

3.4绿泥石胶结物

各砂岩类型中绿泥石胶结物含量与孔隙度呈弱的正相关性，与渗透率呈弱的负相关性。砂岩中绿泥石薄膜的形成保存了部分粒间孔，使砂岩的孔隙度提高，储集性能增强，但其向孔隙内的继续生长使喉道不通畅，致使渗透率降低，影响了储层的储集性能。

4结语

(1)研究区盒8段砂岩的类型以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，其次是石英砂岩。砂岩的类型与骨架矿物成分等原始特征的不同，导致了其胶结物类型与孔隙发育状况存在一定的差异性。

(2)研究区盒8段各砂岩均经历了压实作用、压溶作用、胶结作用、交代蚀变作用、重结晶作用和溶解作用等成岩作用。

(3)差异性的成岩演化过程及其产物是影响盒8段各砂岩储集性能的主要因素。晶间微孔隙较发育的高岭石、伊利石、蒙脱石、伊/蒙混层等粘土矿物能提高储层的储集性能，而占据大量粒间孔隙空间的硅质和绿泥石胶结物则会降低储层的储集性能。

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[收稿日期]2015-09-06

[基金项目]国家重大科技专项(2011ZX05001-002-008)

[作者简介]李杪(1985-)，女，黑龙江密山人，在读博士研究生，主攻方向：储层沉积学、成岩作用、石油地质学。

[中图分类号]TE122.2+3

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0226-03