引用本文
郑庆华, 柳益群. 鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长4+5致密油层成岩作用及成岩相. 地球科学进展, 2015, 30(1): 78-90
Zheng Qinghua, Liu Yiqun. The Diagenesis and Diagenetic Lithofacies of Tight Reservoir of Chang4+5 Member of Yanchang Formation in Huaqing Area, Ordos Basin. Advances in Earth Science, 2015, 30(1): 78-90  
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Copyright©2015, 地球科学进展 编辑部
鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长4+5致密油层成岩作用及成岩相
郑庆华1,2, 柳益群1,*
1.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系, 陕西 西安 710069
2.中国石油股份长庆油田分公司勘探开发研究院/低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 陕西 西安 710018
*通讯作者：柳益群(1951-), 女, 山东淄博人, 教授, 主要从事油气储层地质学工作.E-mail: Liu-yiqun@263.net

作者简介：郑庆华(1980-), 男, 新疆伊犁人, 博士研究生, 主要从事油藏评价研究. E-mail: 272594012@qq.com

修回日期:2014-12-01
基金:教育部科技发展中心“高等学校博导基金项目”(编号：20106101110020); 大陆动力学国家重点实验室(西北大学)重点基金项目“新疆北东部三塘湖地区二叠纪地幔热液喷流沉积及其形成机理”(编号：BJ08133-3)资助
摘要

鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长4+5致密油层储量潜力巨大, 但储层成岩作用研究较为薄弱, 相对高孔高渗储层成因机理和分布规律不清, 严重制约着该区长4+5的勘探开发进程。通过常规薄片、铸体薄片、扫描电镜、电子探针、阴极发光、显微荧光、X-射线衍射、流体包裹体、高压压汞和常规物性等测试方法, 对华庆地区的长4+5储层成岩作用、成岩相及物性特征进行了研究。研究结果表明:研究区长4+5主要处于中成岩阶段A期, 铁方解石、石英及高岭石的胶结作用是造成储层低孔特低渗的根本原因;绿泥石膜胶结作用和早期油的充注有效保护了储层孔隙, 抑制了机械压实作用和胶结作用;长石碎屑的溶蚀作用有利于相对高孔高渗储层的形成。主要划分出绿泥石膜胶结残余粒间孔相、机械压实相、绿泥石膜胶结─长石溶蚀相和碳酸盐胶结相4类成岩相, 其中绿泥石膜胶结─长石溶蚀相为相对高孔高渗储层发育区, 一般面孔率大于6.0 %, 孔隙度大于16.0 %, 渗透率大于1.30×10-3 μm2, 主要分布在半深湖线附近且位于主砂带的水下分流河道微相和滑塌浊积水道微相砂体中部。综合研究表明, 沉积作用和成岩作用共同控制着相对高孔高渗储层的分布。

关键词: 致密储层; 成岩作用; 成岩相; 相对高孔高渗储层; 鄂尔多斯盆地
中图分类号:P618.130.2 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2015)01-0078-13
The Diagenesis and Diagenetic Lithofacies of Tight Reservoir of Chang4+5 Member of Yanchang Formation in Huaqing Area, Ordos Basin
Zheng Qinghua1,2, Liu Yiqun1
1. Department of Geology, State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi’an 710069, China
2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, National Engineering Laboratory for Permeability Petroleum Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilf1eld Company, Xi’an 710018, China
Abstract

Though the prospective of reserves of tight oil reservoir of Chang 4+5 member of Yanchang Formation is great in Huaqing area, Ordos Bsin, but its speed of oil exploration and development has been much restricted much by weak reservoir diagenesis research. To study the characteristics of diagenesis, diageneticfacies and physical properties of reservoir of Chang 4+5 in Huaqing area, a series of analytic techniques were used, including polarized light microscope, casting slice, scanning electron microscope, electron probe microanalysis, cathodeluminescence, micro fluorescence, X-ray diffraction, fluid inclusion, high pressure mercury, physical properties, etc. The results showed that the ferrocalcite, quartz and kaolinite cementation caused the background of low porosity and ultra low permeability reservoir of Chang 4+5 reservoir in the study area, and the diagenetic stage belonged to the “A” middle now. Chlorite film cementation and early oil accumulation effectively protected pores and limited the mechanical compaction and the cementation. The intense dissolution of feldspar could greatly improve the reservoir porosity and cause the relatively high porosity and permeability reservoir. There are mainly divided into four kinds of diagenetic facies, including chlorite cementation residual intergranular pore facies, the mechanical compaction facies, chlorite cementation and feldspathic solution facies, carbonate cementation facies. The most favorable diagenetic facies is feldspathic solution facies, which mainly distributes in the middle sandbody of the fluxoturbidite and underwater distributary channel of the main sand belt adjacent the semi-deep lake shoreline, and it is favorable to the formation of relatively high porosity and permeability reservoir, of which surface porosity is more than 6.0%, porosity is more than 16.0 %, permeability is more than 1.30×10-3μm2. Comprehensive studies have shown that the combination of sedimentation and diagenesis controls the distribution of relatively high porosity and permeability reservoir.

Keyword: Tight reservoir; Diagenesis; Diagenetic lithofacies; Relatively high porosity and permeability reservoir; Ordos Bsin.
1 引 言

华庆地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造带的西南部, 构造相对简单, 地层平缓, 一般倾角不足1.0° , 区内发育的上三叠统延长组是盆地内陆湖盆形成后的第一套生储油岩系, 底部与中三叠统纸坊组呈假整合接触, 顶部受不同程度的剥蚀, 常与下侏罗统富县组呈平行不整合接触, 自下而上细分为长10~长1累计10个油层组[1]。下部长10~长8以西南物源发育的辫状河三角洲平原和前缘亚相沉积的细─中粒岩屑长石砂岩为主, 中部长7、长6以西南物源和东北物源混源发育的半深湖、深湖重力流沉积的极细─细粒长石砂岩和岩屑长石砂岩为主, 上部长4+5~长1以东北物源曲流河三角洲前缘和平原亚相沉积的中─细粒长石砂岩为主, 油藏主要分布在长9~长3, 整体为低渗透的岩性油藏（图1）。研究区长4+5自下而上划分为长4+52和长4+512个砂层组, 岩性以细粒长石砂岩为主。区内长4+5东北部主要发育浅湖环境下的曲流河三角洲前缘亚相, 主要划分为水下分流河道微相、水下分流间湾微相; 西南部主要发育由东北部曲流河三角洲前缘亚相砂体垮塌形成的半深湖重力流沉积, 主要划分为滑塌浊积水道微相和滑塌浊积水道间微相; 发育乔川─白马、长官庙─华池、吴堡─山庄、张岔─塔尔湾四条主砂带, 在其半深湖线附近的水下分流河道微相和滑塌浊积水道微相, 砂体厚度相对大、粒度相对粗、分选相对好, 常发育相对高孔高渗储层和油藏。

图1 鄂尔多斯盆地华庆地区延长组综合柱状图Fig.1 The synthetic histogram of Yanchang Formation in Huaqing area, Ordos Basin

华庆地区长4+5主要发育低孔特低渗透的岩性油藏, 仅在白豹、南梁区块的4+51砂层组就已提交储量上千万吨, 并进行了较大规模的产能建设, 开发效果良好。目前, 研究区长4+5储层的成岩作用研究也主要局限于这些小区块[2]。本文通过铸体薄片、扫描电镜观察并结合物性分析等, 对整个研究区内长4+5储层的成岩作用、成岩相及物性特征开展研究, 揭示相对高孔高渗储层的成因机理和分布规律, 为该区下部整体勘探开发的全面升级提供储层地质方面的依据。本次研究观察、描述取心井10口, 岩心长约300 m, 照相400余张, 取样品35块并全部进行了常规薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、显微荧光、高压压汞和常规物性等分析, 其中10块样品又分别进行了X-射线衍射和流体包裹体分析。

2 岩石学及孔隙特征
2.1 岩石学特征

华庆地区长4+5储层岩性主要为浅灰色─灰褐色细粒长石砂岩（图2）。常规薄片、铸体薄片镜下鉴定和统计结果表明, 碎屑成份成熟度偏成熟, 结构成熟度较高, 以点─线接触为主, 体积分数平均为86.4％, 其中石英体积分数为14.0%~44.5%, 平均为25.4％, 长石体积分数为16.0%~59.5%, 平均为41.4％, 以斜长石（主要为钠长石）和钾长石为主, 岩屑体积分数为4.0%~24.3%, 平均为11.3%。岩屑主要以变质岩岩屑（包括千枚岩、石英岩、板岩、变砂岩和片岩）和火成岩岩屑（包括喷出岩、隐晶岩、花岗岩）为主, 沉积岩岩屑含量较少, 其中变质岩岩屑体积分数平均为6.4%, 火成岩岩屑体积分数平均为3.2%, 沉积岩岩屑体积分数平均为1.7%。其它类体积分数平均为8.3%, 其中云母类（主要为黑云母）体积分数平均为6.6%, 绿泥石体积分数为0.36%。碎屑岩中柔性组分体积分数平均为11.9%, 以云母为主(6.6%), 塑性岩屑(包括千枚岩、喷发岩、板岩等)次之(5.3%)。

根据X-射线衍射、扫描电镜等资料分析, 填隙物成分体积分数平均为13.6%, 主要以绿泥石（5.5%）和铁方解石(2.7%)为主, 含少量凝灰质的杂基 (1.8%)、伊利石(1.5%)、硅质(0.9%)、铁白云石(0.8%)、高岭石(0.4%)。

图2 华庆地区长4+5砂岩岩石类型三角图Fig.2 Triangular diagram showing classification of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area

2.2 孔隙特征

根据铸体薄片镜下统计, 孔隙类型主要以粒间孔为主, 平均为2.8%, 长石溶孔次之, 平均为0.7%, 还有少量的晶间孔（0.2%)、岩屑溶孔(0.1%)、裂缝孔（0.1%）, 面孔率平均为3.9%。高压压汞实验结果表明, 排驱压力平均为0.94 MPa, 中值压力平均为3.77 MPa, 喉道半径平均为0.20 μ m, 分选系数平均为1.76, 退汞效率平均为32.8%, 孔隙喉道分选差─中等, 以中孔微细喉道类型为主。岩心物性分析表明, 孔隙度为9.8%~19.4%, 平均为13.8%, 渗透率为0.13× 10-3~10.44× 10-3µ m2, 平均为1.33× 10-3µ m2, 主要为低孔特低渗透储层[3]。

3 成岩作用对储层孔隙演化的影响

通过铸体薄片观察和粒度分析, 对研究区长4+5储层孔隙演化进行了研究[4, 5]。研究结果表明, 长4+5储层原始孔隙度平均为37.7%, 视压实率平均为39.4%, 视胶结率平均为65.9%, 视溶蚀率平均为19.3%, 具有弱压实, 中等胶结, 弱溶蚀的成岩特征[6], 对其成因分析如下。

3.1 绿泥石膜胶结作用和早期油的充注有效保护了储层孔隙

3.1.1 绿泥石膜胶结作用

研究区长4+5储层凝灰物质基本溶蚀殆尽, 绿泥石主要呈叶片状垂直于颗粒表面呈近等厚生长, 形成栉壳状结构的绿泥石膜, 厚度1.0~20.0 μ m不等, 平均为6.0 μ m（图3a~e）。颗粒间紧密接触部位绿泥石膜仍发育, 但厚度明显变薄（图3a, c）, 表明绿泥石膜在早成岩阶段A期强烈的机械压实作用前就已形成。绿泥石膜厚度与粒间孔和黑云母的发育程度正相关性较为明显：粒间孔发育时, 常见呈假杂基化的黑云母转化为绿泥石和钛铁质并充填于粒间孔或呈假杂基化的黑云母附近粒间孔中绿泥石膜厚度较大（图3a）, 一般黑云母含量很高时, 绿泥石膜厚度很大（图3e）; 粒间孔不发育时, 呈假杂基化的黑云母绿泥石化以及粒间孔中绿泥石膜相对不发育（图3d）。常见伊利石呈丝缕状披覆在颗粒表面或呈卷片状充填粒间孔隙（图3f）, 对储层孔隙具有一定的破坏（平均为1.4%）, 少部分火山凝灰质蚀变的伊/蒙混层呈似蜂窝状充填于粒间孔中（图3g）。

综合分析认为, 由于盆地延长组沉积时期东北部存在中─基性火山活动[7], 使得研究区长4+5储层发育中─基性凝灰物质, 而绿泥石的形成与中─基性凝灰物质关系密切。在埋藏早期偏碱性介质条件下, 凝灰物质基本蚀变为蒙脱石, 包裹在碎屑颗粒周围, 形成黏土包壳, 其中的基性铁镁质以及黑云母溶蚀后常会析出大量的钛铁质[7, 8, 9]; 在早成岩阶段A期碱性环境下, 碎屑颗粒尚未发生强烈的机械压实作用, 粒间孔隙发育, 黑云母发生强烈的水化水解作用, 提供了充足的Fe2+和Mg2+离子[9, 10, 11, 12, 13], 致使蒙脱石包壳转化为绿泥石膜, 且黑云母碎屑的绿泥石化作用也非常强烈。中成岩阶段A期在富K+离子的碱性条件下, 部分残余的蒙脱石通过伊/蒙混层转化为伊利石[8]。

绿泥石膜一方面对储层具有破坏作用[14], 其自身的发育减小了储层粒间孔隙, 特别是厚层绿泥石膜（图3e）, 使储层孔隙度降低（平均为4.9%）; 另一方面对储层具有保护作用[15], 它增强了储层的抗机械压实能力, 阻碍了后期胶结物的沉淀, 如在绿泥石膜发育的粒间孔中铁方解石等碳酸盐胶结作用（图3h）和石英自生颗粒、石英自生加大等硅质胶结作用不发育（图3c）, 从而使剩余粒间孔得以保存。从大量统计资料来看, 绿泥石含量与铁方解石等碳酸盐胶结物含量（图4a）和硅质胶结物含量（图4b）负相关性较明显, 而与孔隙度正相关性较显著（图4c）, 表明早成岩阶段A期绿泥石膜的发育保护了储层的孔隙度。

图3 显微镜下的华庆地区长4+5砂岩照片（a）碎屑颗粒周围绿泥石膜发育, B233井, 长4+51, 1 931.95 m; （b）碎屑颗粒间沥青质普遍发育, 颗粒间线─点接触, B195井, 长4+51, 1 856.55 m; （c）叶片状绿泥石垂直于碎屑表面生长形成绿泥石膜, 石英自生加大不发育, B413井, 长4+51, 2 020.80 m; （d）黑云母绿泥石化, B168井, 长4+51, 1 928.74 m; （e）厚层绿泥石薄堵塞孔隙, B233井, 长4+51, 1 925.04 m; （f）颗粒表面丝缕状伊利石和粒间卷片状伊利石, B124井, 长4+51, 1 944.81 m; （g）粒间孔中似蜂窝状伊/蒙混层, B206井, 长4+51, 1 843.86 m; （h）叶片状绿泥石垂直于碎屑表面生长形成绿泥石膜, 铁方解石胶结不发育, B213井, 长4+51, 2 019.50 m; （i）铁方解石充填溶蚀孔和粒间孔, 少量铁白云石交代石英、长石、碎屑、铁方解石, B259井, 长4+52, 2 042.10 m; （j）阴极发光薄片下石英发蓝紫色光, 斜长石发暗蓝色、黄绿色光, 钾长石发亮蓝色, 铁方解石等碳酸盐胶结物发暗橙黄色光, W221井, 长4+51, 1 894.05 m; （k）长石完全溶蚀残余绿泥石膜形成的铸模孔, 其内充填少量自生石英颗粒, B413井, 长4+51, 2 000.64 m; （l）高岭石充填溶蚀孔或附近的粒间孔隙中, B279井, 长4+51, 1 699.58 m; （m）假六方板状集合体的自生高岭石, B124井, 长4+52, 1 963.43 m; （n）长石溶蚀形成大孔隙, B196井, 长4+51, 1 716.34 m; （o）长石沿解理方向溶蚀, B413井, 长4+51, 2 006.50 m; （p）碎屑颗粒内裂缝中充填伊利石, B195井, 长4+51, 1 854.50 mFig.3 Microscope photographs of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area（a）Chlorite film is around clastic particles, Well B233, Chang 4+51, 1 931.95 m; （b）The asphalt widely develops between clastic particles which line or point contact, Well B195, Chang 4+51, 1856.55 m; （c）The lamellar chlorites vertically grow on the surface of clastic particles and develop to the chlorite membrane, and quartz overgrowth is not developed, Well B413, Chang 4+51, 2 020.80 m; （d）The chloritization of biotite, Well B168, Chang 4+51, 1 928.74 m; （e）Thick layer of chlorite blocks pore, Well B233, Chang 4+51, 1 925.04 m; （f）Silk thread illite grows on particle surface and the flaky illite grows in the intergranular pore, Well B124, Chang 4+51, 1 944.81 m; （g）Honeycomb structure illite smectite mixed layer clay is in the intergranular pore, Well B206, Chang 4+51, 1 843.86 m; （h）The lamellar chlorites vertically grow on the surface of clastic particles and develop the chlorite membrane, and ferrocalcite cementation is not developed, Well B213, Chang 4+51, 2 019.50 m; （i）Ferrocalcite fills dissolution and intergranular pore, and a small amount of quartz, feldspar, clastic constituents, ferrocalcite are distributed by ankerite, Well B259, Chang 4+52, 2 042.10 m; （j）Quartz glows blue purple light, plagioclase glows dark blue, yellow green light, potassium feldspar glows bright blue, carbonate cement(ferrocalcite, etc) glows dark orange light in the cathodoluminescence thin section, Well W221, Chang 4+51, 1 894.05 m; （k）The completely dissolution of feldspar remains chlorite membran and its mold pore with a small amount of quartz grain, Well B413, Chang 4+51, 2000.64 m; （l）Kaolinite fills dissolution pore and its nearby intergranular pore, Well B279, Chang 4+51, 1 699.58 m; （m）The aggregation of authigenic kaolinite presents false six party plate, Well B124, Chang 4+52, 1 963.43 m; （n）The large pore space are formed from feldspar dissolution, Well B196, Chang 4+51, 1 716.34 m; （o）The feldspar dissolution is along the direction of cleavage, Well B413, Chang 4+51, 2 006.50 m; （p）The illite is filled intragranular fracture of clastic particles, Well B195, Chang 4+51, 1 854.50 m

3.1.2 早期油的充注作用

华庆地区长4+5储层普遍发育沥青质和液态烃, 显微荧光下沥青质发黄褐色荧光的, 激光拉曼谱峰有1360 cm-1和1600 cm-12个峰（图5）, 推测为早期充注的油演化而成的非晶质沥青[16]。当沥青质含量较少时, 岩石颗粒间以点─线接触为主, 常见黑云母呈假杂基化充填孔隙, 千枚岩、喷发岩、板岩等塑性岩屑发生塑性挤压变形与刚性颗粒间线接触(图3a）。而当沥青质含量较高时, 岩石颗粒间常为线─点接触, 颗粒表面绿泥石膜常吸附沥青质, 石英自生加大、铁方解石、铁白云石等胶结作用不发育, 长石碎屑与沥青质接触的部位常发生溶蚀且其粒内溶蚀孔常被沥青质充填(图3b）。

综合分析认为, 早成岩阶段A期碎屑颗粒间尚未发生强烈的机械压实作用之前, 早期油的充注作用就已经发生。烃类注入孔隙, 排出孔隙内的流体, 不但增强了储层的抗机械压实能力, 减弱了后期的胶结作用, 同时还具较强的酸性, 对储层骨架颗粒具有一定的溶蚀作用, 有利于储集空间的保护和改善。

图4 华庆地区长4+5砂岩自生矿物含量及其与孔隙度交汇图（a）绿泥石胶结物含量和碳酸盐胶结物含量交汇图; （b）绿泥石胶结物含量和硅质胶结物含量交汇图; （c）绿泥石胶结物含量与孔隙度交汇图; （d）碳酸盐胶结含量与孔隙度交汇图; （e）高岭石胶结物含量与孔隙度交汇图; （f）溶蚀孔含量与孔隙度交汇图Fig.4 Plots of authigenic different mineral content and porosity of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area（a）Contents of chlorite and carbonate cements intersection figure; （b） Contents of chlorite and siliceous intersection figure; （c）Contents of chlorite and porosity intersection figure; （d） Contents of carbonate cements and porosity intersection figure; （e）Contents of kaolinite cements and porosity intersection figure; （f）Contents of dissolved pore and porosity intersection figure

3.2 铁方解石、石英及高岭石的胶结作用是造成储层低孔特低渗的根本原因

3.2.1 铁方解石胶结作用

碳同位素分析表明, 盆地延长组三角洲前缘亚相水下分流河道微相和半深湖亚相的滑塌浊积水道微相砂岩中碳酸盐胶结物的碳主要为有机碳[17, 18]。早成岩阶段B期, 有机酸引起的长石碎屑等溶解为碳酸盐胶结物形成提供了主要的钙源(公式（1）)[19, 20]。中成岩阶段A期, 由于烃类注入砂岩储集层, 孔隙水中的高价Fe3+被还原成低价Fe2+, CO2很容易与Ca2+、Fe2+及Mg2+结合形成铁方解石或铁白云石[19]; 同时, 分解出的Ca2+、Na+及Al+3形成高岭石。

CaAl2Si2O8（钙长石）+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4（高岭石）+Ca2+ (1)

铸体薄片和阴极发光薄片下观察, 常见大量铁方解石以连晶式充填于粒间孔、粒间和粒内溶蚀孔中, 明显降低了储层孔隙度(平均为2.5%), 使储层局部致密化（图3i, j）。少量铁白云石交代石英、长石、岩屑、铁方解石等, 对储层孔隙度的破坏作用较弱(平均为0.8%)（图3i）。大量统计资料表明, 碳酸盐胶结物含量与孔隙度具有较明显的负相关性（图4d）, 表明碳酸盐胶结作用是研究区长4+5储层孔隙度降低的最主要原因。

3.2.2 石英自生加大作用

铸体薄片下观察, 石英颗粒间的压溶作用不发育, 常见斜长石、钾长石等碎屑常发生溶蚀而形成高岭石, 为硅质胶结物的形成提供了主要物质来源(公式（2）和（3）)[19, 20]。

2NaAlSi3O8（钠长石）+ 2H++ H2O=Al2Si2O5(OH)4（高岭石）+4SiO2（硅质）+2Na+ (2)

2KAlSi3O8（钾长石）+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4（高岭石）+4SiO2（硅质）+2K+ (3)

硅质胶结物类型主要以分布在粒间孔绿泥石膜上的石英自生加大边为主（图3c)。阴极发光薄片下观察, 石英（蓝紫色光)自生加大边(不发光)不发育, 主要为Ⅰ 级, 局部可达Ⅱ 级（图3c, j)。含很少长石溶蚀孔内的石英自生颗粒（图3k）。总体来看, 研究区长4+5储层硅质胶结作用不发育, 对储层孔隙度的破坏作用相对较弱(平均为0.9%)。

3.2.3 高岭石胶结作用

高岭石主要呈假六方板状集合体松散堆积于长石溶蚀孔或附近粒间孔中, 晶形较好, 晶间孔隙发育（图3l, m）, 常与石英自生颗粒共生（图3k, l）。它们是在中成岩阶段A期, 地层中有机质分解产生的有机酸进入砂岩储层, 使得长石碎屑发生强烈溶蚀的产物 (公式（2）和（3）)[19, 20]。

自生高岭石的形成对储层孔隙的影响具有两面性, 一般认为其自身缩小了孔隙空间, 降低了储层的孔隙度[21], 但也有人认为它的出现意味着溶蚀作用的发生, 增加了储层孔隙度[22]。从大量统计资料来看, 高岭石的含量与孔隙度总体负相关性较明显（图4e）, 表明自生高岭石的形成总体看降低了储层的孔隙度（平均为0.4%）, 但由于高岭石晶间孔发育, 认为其对储层孔隙的破坏作用很小。

3.3 长石碎屑的溶蚀作用有利于相对高孔高渗储层的形成

强烈的长石碎屑等溶蚀作用主要形成于中成岩阶段A期[8, 19], 可形成大量的溶蚀型次生孔隙（图3n）, 主要沿长石节理面进行溶蚀（图3o）。溶蚀作用较弱时, 常见长石基本溶蚀殆尽而残留表面绿泥石膜形成的铸模孔, 其内发育石英自生颗粒, 粒间溶孔相对不发育而粒内溶孔发育, 对提高储层孔隙能力有限（图3a, k）。溶蚀作用强烈时, 常见长石和其绿泥石膜溶蚀殆尽, 粒间和粒内溶孔发育, 较大地提高了储层的孔隙度（图3l, n）。从大量统计资料来看, 溶蚀孔含量与孔隙度具有正相关性（图4f）, 表明溶蚀作用明显提高了储层的孔隙度(平均为3.6%)。

3.4 破裂作用对储层具有一定的改善作用

研究区长4+5裂缝不发育, 仅局部取心井段见被方解石充填的高角度张裂缝。铸体薄片下, 可见长石等刚性碎屑颗粒破裂形成的成岩裂缝, 数量有限、闭合程度高, 裂缝内常被伊利石等黏土充填胶结（图3b, e, p）。这些微裂缝一旦在后期压裂开发中开启, 成为油运移开采的良好通道, 将会提高油藏开发效果。

4 成岩阶段划分及成岩序列
4.1 成岩阶段

4.1.1 常规方法分析

砂岩X-射线衍射分析表明, 自生黏土矿物以绿泥石、伊利石为主, 伊/蒙混层中蒙皂石相对含量均小于10%, 说明伊/蒙混层演化程度较高, 为有序混层（表1)。泥岩样品镜质组反射率Ro值平均为0.52%。铸体薄片、扫描电镜下观察, 华庆地区长4+5砂岩中碳酸盐以呈连晶式充填的铁方解石为主, 含少量铁白云石; 石英自生加大边部分达到Ⅱ 级; 长石粒间、粒内溶孔发育。

表1 华庆地区长4+5砂岩X─射线衍射分析 Table 1 The result of analysis of X-Ray Diffraction of Chang4+5 sandstone in Huaqing area

4.1.2 流体包裹体分析

流体包裹体研究可以确定成岩古温度, 其中与烃类包裹体伴生的盐水溶液包裹体均一温度可反映油运移的大致温度[23, 24]。采用透射光与荧光显微镜相结合的方法, 主要对华庆地区长4+5储层石英自生加大边内和微裂缝中的两类流体包裹体进行了分析测试。

图5 鄂尔多斯盆地长4+5砂岩黑色沥青质显微荧光和激光拉曼光谱特征（a）黑色沥青质发黄褐色荧光(红圈), 显微荧光× 150, G239井, 长4+51, 2 540.9 m; （b）黑色沥青质的拉曼普峰, G239井, 长4+51, 2 540.9 mFig.5 Micro fluorescence and Laser Raman spectra of black albite of Chang 4+5 sandstone in Ordos Basin（a） Black albite glows weak yellow fluorescence（red cycle）, micro fluorescence× 150, Well G239, Chang 4+51, 2 540.9 m; （b） Laser Raman spectra of black albite, Well G239, Chang 4+51, 2 540.9 m

石英自生加大边内的包裹体以盐水包裹体为主, 含极少量与其伴生的有机包裹体（基本分布于沥青质含量较高的储层）, 两者主要产出在石英自生加大边与碎屑石英接触面上, 包裹体大小以0.5~2.0 μ m为主, 呈零星分布 (图6a)。盐水溶液包裹体均一温度在60~80oC之间, 说明早期油的充注一直持续到石英自生加大作用之前（早成岩阶段B期）, 但大规模的充注应该在此之前。

微裂缝中分布的包裹体以盐水溶液包裹体为主, 含大量与其伴生的烃包裹体, 两者主要分布在石英颗粒愈合微裂缝或微裂缝两侧（照片中虚线表示微裂缝的位置）, 包裹体大小以2.0~5.0 μ m为主(图6b, c, d)。烃类包裹体主要为液态烃和盐水溶液组成的有机包裹体, 其中液态烃含量为5％~20％, 透射光呈褐色─褐黄色, 具弱黄色荧光 (图6c, d)。盐水溶液包裹体均一温度多在100~140 oC, 反映油的充注主要发生在中成岩阶段A期。

图6 偏光和荧光显微镜下的华庆地区长4+5砂岩流体包裹体照片(a)石英自生加大边内侧盐水溶液包裹体, 单偏光× 50, B207井, 长4+51, 1 819.59 m; (b)石英颗粒愈合微裂隙内盐水溶液包裹体, 单偏光× 50, B206井, 长4+52, 1 880.41 m; (c)石英颗粒愈合微裂隙内盐水溶液及含液态烃有机包裹体共生, 单偏光× 50, B207井, 长4+51, 1 809.23 m; (d)石英颗粒愈合微裂隙内含液态烃有机包裹体发弱黄色荧光, 显微荧光× 50, B207井, 长4+51, 1 809.23 mFig.6 Polarized light and fluorescence microscopy photographs of fluid inclusion of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area（a）Brine solution inclusions in quartz overgrowth, plane-polarized light× 50, Well B207, Chang 4+51, 1 819.59 m; （b）Brine solution inclusions in micro crack of healing quartz particle, plane polarized light× 50, Well B206, Chang 4+52, 1 880.41 m; （c） Brine solution and containing organic liquid hydrocarbon inclusions in micro crack of healing quartz particle, plane polarized light× 50, Well B207, Chang 4+51, 1 809.23 m; （d）Inclusions which containing organic liquid hydrocarbon inclusions glow weak yellow fluorescence in micro crack of healing quartz particle, micro fluorescence × 50, Well B207, Chang 4+51, 1 809.23 m

从华庆地区长4+5储层盐水溶液流体包裹体均一温度分布直方图来看, 盐水溶液流体包裹体均一温度介于60~160 oC。发育双峰值温度区间, 较低的峰值温度介于60~70 oC, 较高的峰值温度介于100~140 oC之间（图7）, 反映两期油的充注。推测早期油的充注主要发生在早成岩阶段A期, 在该时期, 烃类的形成不同于正常埋藏条件下有机质的演化, 有机质的早期成熟和沥青化可能与该时期大量的凝灰质的降落有关（另文讨论）; 而晚期油的充注则发生在中成岩阶段A期, 同样也受到凝灰岩对地层温度的影响。

根据我国石油行业碎屑岩成岩阶段划分标准(SY/T5477─2003)[25], 华庆地区长4+5储层成岩阶段主要处于中成岩阶段A期, 部分已达到中成岩阶段B期。

图7 华庆地区长4+5流体包裹体均一温度分布直方图Fig.7 The histogram of homogenization temperature of fluid inclusion of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area

4.2 成岩序列

华庆地区长4+5铸体薄片和扫描电镜下可观察到:①绿泥石膜主要发育在岩石碎屑颗粒周边(图3a, e), 表明其形成于碎屑颗粒尚未发生强烈机械压实作用的早成岩阶段A期; ②石英自生加大在与岩石碎屑颗粒接触部位不发育(图3c); ③石英自生加大边常穿过绿泥石膜, 表明其形成于绿泥石膜胶结之后(图3c); ④石英自生加大边仅在内侧发育有机包裹体(图6a), 反映早期油的充注早于石英自生加大; ⑤长石碎屑沿节理溶蚀, 可形成自生石英颗粒(图3 k, o)和自生高岭石(图3k, l), 反映两者形成时间基本一致, 稍晚于溶蚀作用; ⑥岩石颗粒表面丝缕状伊利石交代叶片状绿泥石(图3f); ⑦没有观察到方解石胶结物, 可能是其形成后又被溶蚀的原因, 常见铁方解石呈连晶式填充于不含沥青质的粒间和溶蚀孔之中, 铁白云石强烈交代岩屑﹑长石﹑石英﹑铁方解石等(图3i)。

根据上述观察到的成岩现象, 推测华庆地区长4+5储层主要成岩序列大致为(图8):埋藏早期凝灰质溶蚀→ 同生期蒙脱石等矿物包壳→ 早成岩阶段A期叶片状绿泥石薄膜形成→ 方解石沉淀→ 早期油的充注→ 早成岩阶段B期强烈的机械压实作用→ 石英自生加大→ 中成岩阶段A期长石碎屑和方解石溶蚀→ 似蜂窝状伊蒙/混层→ 呈假六方板状自生高岭石、自生石英颗粒→ 丝缕状、卷片状伊利石→ 晚期油的充注→ 连晶式充填铁方解石胶结→ 充填或交代碎屑颗粒的铁白云石胶结。

图8 华庆地区长4+5砂岩主要成岩作用序列Fig.8 The main dagenetic array of Chang 4+5 sandstone in Huaqing area

5 成岩相划分及其分布规律

成岩相是在沉积相研究基础上开展的, 强调的是岩石目前所具有的成岩特征, 所划分出的成岩相应能反映影响储层物性的主要成岩作用[26, 27, 28], 从而有助于有利储层的预测。华庆地区长4+5储层主要划分出四类成岩相, 其中相对高孔高渗储层主要受绿泥石膜胶结─长石溶蚀相控制（图9, 10）。

5.1.1 绿泥石膜胶结残余粒间孔相

绿泥石膜胶结残余粒间孔相广泛分布在三角洲前缘亚相水下分流河道及半深湖亚相滑塌浊积水道砂体中部, 砂体厚度一般大于15.0 m, 单砂体厚度一般大于4.0 m。成岩阶段主要处于早成岩阶段A期的绿泥石膜胶结作用和早期油的充注阶段。沥青质较发育或不发育, 分布不均匀。绿泥石薄膜发育, 含量一般大于4.0%, 铁方解石、石英自生加大, 长石等粒内溶蚀孔发育, 而粒间溶蚀孔不发育, 面孔率一般大于4.0%（图3a, e）。孔隙度一般大于12.0%, 渗透率一般介于0.9× 10-3~1.3× 10-3µ m2, 是研究区有利成岩相带, 油藏规模较发育。

图9 华庆地区长4+52成岩相平面图Fig.9 Plane figure showing distribution of diagenetic facies of Chang 4+52 reservoir in Huaqing area

图10 华庆地区长4+51成岩相平面图Fig.10 Plane figure showing distribution of diagenetic facies of Chang 4+51 reservoir in Huaqing area

5.1.2 机械压实相

机械压实相整体不发育, 仅小范围分布在远离半深湖线的三角洲前缘亚相水下分流河道砂体中部或边部, 如旦八镇─纸坊地区, 砂体厚度一般5.0~15.0 m, 砂泥岩互层发育, 单砂体厚度一般小于3.0 m。成岩阶段主要处于早成岩阶段A晚期和B早期的强烈机械压实作用阶段。绿泥石薄膜和沥青质不发育, 呈假杂基状黑云母多充填孔隙, 使得粒间孔和溶蚀孔均不发育, 面孔率一般小于2.0%（图3d）。孔隙度一般小于5.0%, 渗透率一般小于0.1× 10-3µ m2, 基本为无效储层, 油藏规模不发育。

5.1.3 绿泥石膜胶结─长石溶蚀相

绿泥石膜胶结─长石溶蚀相分布在半深湖线附近的水下分流河道和滑塌浊积水道砂体中部, 在乔川─白马、长官庙─华池、吴堡─山庄、张岔─塔尔湾四条主砂带部位点式发育, 砂体厚度一般大于20.0 m, 单砂体厚度一般大于5.0 m。成岩阶段主要处于中成岩阶段A期强烈的长石等碎屑溶蚀作用阶段。绿泥石薄膜含量一般大于6.0%, 沥青质发育, 铁方解石等碳酸盐和石英自生加大等硅质较少, 而自生高岭石较多。粒间孔及粒间、粒内溶蚀孔均发育, 面孔率一般大于6.0%（图3b, l, m）。孔隙度一般大于16.0%, 渗透率一般大于1.3× 10-3µ m2, 是研究区最有利成岩相带, 油藏规模发育。

5.1.4 碳酸盐胶结相

碳酸盐胶结相广泛分布在半深湖亚相滑塌浊积水道及邻近的三角洲前缘亚相水下分流河道砂体中部或边部, 砂体厚度一般5.0~20.0 m, 单砂体厚度一般大于3.0 m。成岩阶段主要处于中成岩阶段B期强烈的铁方解石等碳酸盐胶结作用阶段。该相绿泥石膜不发育, 含量一般小于4.0%, 铁方解石等碳酸盐多呈连晶式胶结充填孔隙, 残余粒间孔和溶蚀孔不发育, 面孔率一般2.0%~4.0%(图3i)。孔隙度一般小于8.0%, 渗透率一般小于0.3× 10-3µ m2, 是研究区较差的成岩相带, 油藏规模较不发育。

6 结论

（1）研究区长4+5储层成岩阶段主要处于中成岩阶段A期, 局部达到中成岩阶段B期。主要经历的成岩作用类型为:早成岩阶段A期的绿泥石膜胶结作用、早期油的充注作用、弱的机械压实作用, 早成岩阶段B期的石英自生加大作用, 中成岩阶段A期的长石溶蚀作用、高岭石胶结作用、晚期油的充注以及一直持续到中成岩阶段B期的铁方解石等碳酸盐胶结作用。储层原始孔隙度较高, 具有弱机械压实作用, 中等胶结作用, 弱溶蚀作用的成岩特征。其中绿泥石膜胶结作用和早期油的充注, 有效抑制了机械压实作用和胶结作用, 是储层孔隙得以保存的根本原因; 铁方解石、石英及高岭石的胶结作用是造成储层低孔特低渗的根本原因; 油的早期充注和长石碎屑的溶蚀有利于相对高孔高渗储层的形成。

（2）依据沉积作用和成岩作用对储层物性的影响, 划分出四类主要成岩相, 绿泥石膜胶结─长石溶蚀相物性、含油性最好, 主要分布在半深湖线附近的水下分流河道微相和滑塌浊积水道微相砂体中部, 在乔川─白马、长官庙─华池、吴堡─山庄、张岔─塔尔湾四条主砂带部位点式发育。

The authors have declared that no competing interests exist.

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