鄂尔多斯盆地环县-华池地区长8砂岩储层成岩作用及孔隙演化

廖朋^{1, 2}，王琪¹，唐俊^{1, 2, 3}，郝乐伟¹，田兵¹，韩元红^{1, 2}

(1. 中国科学院 油气资源研究重点实验室，甘肃 兰州，730000；

2. 中国科学院大学，北京，100049;

3. 内蒙古科技大学 数理与生物工程学院，内蒙古 包头，014010)

摘要：通过薄片观察、扫描电镜、X线衍射和常规物性等分析测试手段对鄂尔多斯盆地环县-华池地区长8低渗-致密砂岩储层岩石学特征和成岩作用展开研究，同时结合埋藏史分析，恢复了储层孔隙演化过程。研究结果表明：长8储层目前处于中成岩阶段A₂亚期，主要经历压实作用、胶结作用、烃类侵位和溶蚀作用，压实作用和胶结作用是导致储层低孔低渗的根本原因，它们分别使平均孔隙度损失17.2%和14.7%。在孔隙演化过程中，早成岩阶段A期的压实作用和中成岩阶段A₂亚期的自生黏土矿物和碳酸盐胶结作用是造成孔隙度大幅降低的2期成岩作用；早成岩阶段B期因持续时间较短而损失较少的孔隙度；早成岩阶段A期产生的次生孔隙基本上都被微晶方解石充填，而中成岩阶段A₁亚期的有机酸溶蚀作用有限，仅产生约0.6%的孔隙度。定量孔隙演化过程与油气充注史的结合显示出研究区长8“先成藏后致密”的特点，为进一步的油气勘探奠定基础。

关键词：成岩作用；孔隙演化；低渗致密储层；长8；环县-华池地区；鄂尔多斯盆地

中图分类号：P624.6             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2014)09-3200-11

Diagenesis and porosity evolution of sandstones reservoir from Chang 8 of Yanchang formation in Huanxian-Huachi region of Ordos Basin

LIAO Peng^{1, 2}, WANG Qi¹, TANG Jun^{1, 2, 3}, HAO Lewei¹, TIAN Bing¹, HAN Yuanhong^{1, 2}

(1. Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics,

Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;

3. School of Mathematics, Physics and Biological Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010, China)

Abstract: The petrography and diagenesis of low permeability tight reservoir sandstones from the 8th member of Yanchang formation in Huanxian-Huachi region of Ordos basin were investigated by analyses of thin section, SEM, X-ray diffraction and physical property, with which the study of buried history was combined and applied to the restoration of process of porosity evolution. The results show that the reservoir sandstones from the 8th member of Yanchang formation are in A₂ sub-stage of mesodiagenesis stage, which have mainly experienced compaction, cementation, hydrocarbon emplacement and dissolution. Compaction and cementation are the dominant factors that lead to a reservoir with low-porosity and low-permeability. The average primary porosity of the reservoir is reduced by 17.2% by compaction and 14.7% by cementation respectively. In the process of porosity evolution, a significant decrease of porosity is caused by compaction in eodiagenesis stage A and carbonate cementation, authigenic clay minerals cementation in A₂ sub-stage of mesodiagenesis stage while the prosity is less reduced in eodiagenesis stage B as to the shorter duration. The secondary pores formed in eodiagenesis stage A are basically full-filled with microcrystal calcite, and the dissolution evoked by organic acids in A₁ sub-stage of mesodiagenesis stage results in an approximate increase of porosity by 0.6%, which improves the reservoir physical property scarcely. The combination of process of porosity evolution and hydrocarbon filling history displays characteristics of “accumulation prior to densification” in the 8th member of Yanchang formation in the research region, which lays a foundation for further exploration of oil and gas.

Key words: diagenesis; porosity evolution; low permeability tight reservoir; Chang 8; Huanxian-Huachi region; Ordos Basin

经过半个多世纪的勘探与开发，在鄂尔多斯盆地延长组油层中已取得了丰硕的成果。刘显阳等^[1]通过对鄂尔多斯盆地优质烃源岩分布特征、石油运移动力、输导体系、成藏期和成藏配置关系的研究，对盆地低渗透岩性油藏形成规律进行了探讨，发现长7优质烃源岩在异常高压的作用下，原油通过互相叠置的相对高渗砂体向上、向下运移，在长4+5、长6、长8形成了大规模岩性油藏。鄂尔多斯盆地延长组油藏属于陆相致密砂岩油藏，而致密油是继页岩气之后的又一勘探热点领域^[2]。致密油分布范围广，烃源岩条件优越，含油饱和度高，原油性质好，油藏压力系数低，但同时存在砂岩储层致密、孔喉结构复杂以及物性差等特点^[3]。为了弄清砂岩储层致密化的成因，就需要对砂岩储层展开相关细致而深入的成岩作用研究。成岩作用对砂岩在埋藏过程中原生孔隙的保存和次生孔隙的发育与保存都产生了直接的影响，进而影响储层的演化，决定储集层的物性，对成藏过程起着一定的控制作用。对环县-华池地区的成岩作用展开的研究工作没有与储层演化关联，不够深入^[4-5]。在此，本文以环县-华池地区延长组长8砂岩储层为研究对象，通过薄片观察、扫描电镜、X线衍射、常规物性等分析测试手段，对成岩作用和孔隙发育特征展开研究，并对孔隙演化展开了定量分析，揭示研究区长8砂岩储层的成岩-孔隙演化规律，为研究区储层评价和预测提供依据。

1  地质概况

环县-华池地区位于鄂尔多斯盆地西部偏南，在构造上横跨天环坳陷和伊陕斜坡两大构造单元(图1)。本次研究区域的范围北抵康岔，南到上里塬、贺旗，西起洪德，东至长官庙。从地质历史时期来看，该区三叠系延长统长8属于中生代鄂尔多斯湖盆的一部分，构造稳定。湖盆进入长8期之后，主要受来自西南方向的古水流和物源的影响^[6]，在环县一带出现辫状河三角洲^[7]。研究区三叠系延长组长8以水下分流河道砂体为主，分布稳定，砂体厚度大^[8]，是该区主力产油层之一。对研究区长8砂岩物性进行统计发现，孔隙度分布范围为0.84%~12.49%，平均6.09%，渗透率分布范围为0.01×10^-3~12.1×10^-3 μm²，平均0.16×10^-3 μm²，按照储层分类标准^[9]，属于典型的低孔低渗-致密储层。

图1  研究区构造位置

Fig. 1  Tectonic location of research area

2  岩石学特征

通过对研究区32口井207块样品的薄片镜下观察和薄片鉴定报告的统计分析发现，环县-华池地区长8储层岩石类型主要为岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩，其次为岩屑质长石砂岩和长石砂岩(图2)。矿物碎屑以长石、石英为主，云母少量(平均含量为4.41%)。长石颗粒主要为钾长石和斜长石，含量变化范围为11.8%~51.5%，平均为29.9%。石英组分含量变化较大，主要分布于14%~46%，平均为27.85%，镜下石英颗粒一般多含包裹体，并具波状消光特征，主要来自花岗岩和变质岩，少部分为再旋回石英。岩屑种类繁多，对其进行分类统计发现，研究区岩屑类型主要为变质岩岩屑，平均含量为12.39%；其次为火成岩岩屑，平均含量为9.67%；沉积岩岩屑平均含量只有1.75%。杂基含量较少，平均为1.16%，大部分为塑性较强的云母、火成岩岩屑等转化而来，主要成分为泥铁质和凝灰质；胶结物以碳酸盐、绿泥石、伊利石和硅质常见。

镜下铸体染色薄片观察表明，环县-华池地区长8砂岩胶结类型为孔隙胶结，颗粒之间以线-凹凸状接触为主，颗粒为次棱角状，分选中等-较好。

3  成岩作用特征

成岩作用对储层的孔隙演化起着主导作用^[10]。有研究结果表明，压实作用是碎屑岩孔隙度演化的主控因素^[11]。其次，胶结作用和溶蚀作用也影响着孔隙度的演化进程^[12]。因此，研究环县-华池地区发育的各种成岩作用很有必要，这将为研究区的孔隙演化提供有力的地质依据。薄片鉴定、扫描电镜和X线衍射等分析测试手段表明，研究区长8储层成岩作用类型主要以压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用以及烃类侵位作用为主。

图2  环县-华池地区长8砂岩类型三角图

Fig. 2  Ternary diagram of sandstones types of Chang 8 in Huanxian-Huachi region

3.1  压实作用

压实作用始终贯穿于砂岩储层的整个成岩作用过程^[13]，其主要影响结果表现为孔隙度和渗透率的降低以及孔喉半径的缩小。镜下压实作用表现为：颗粒之间以线-凹凸状接触为主；颗粒的定向排列；塑性颗粒如云母和塑性岩屑的变形；刚性颗粒如长石颗粒表面的裂纹以及微小的成岩裂缝(图3)。整体上，研究区长8储层经历的压实作用强度中等-强。

图3  环县-华池地区长8中的压实现象

Fig. 3  Compaction of Chang 8 in Huanxian-Huachi region

3.2  胶结作用

3.2.1  碳酸盐胶结

研究区碳酸盐胶结物对孔隙演化起着很重要的作用。长8储层中碳酸盐胶结作用非常普遍，几乎所有薄片中都见碳酸盐发育，只是发育的程度不同而已，碳酸盐胶结物含量变化范围为0.5%~47%，平均为6.2%，主要为方解石、含铁方解石、铁方解石和铁白云石。研究区碳酸盐胶结物可分为3期：第1期碳酸盐胶结物含量较少，平均含量为0.5%，只在极个别薄片中观察到，为不含铁的微晶方解石，呈弥散状分布于粒间孔隙之中(图4(a))；第2期碳酸盐胶结物主要以孔隙式含铁方解石形式产出(图4(b))，平均含量为1.8%，表面比较洁净，为早期方解石重结晶而成，内部不含沥青，形成于油侵之前；第3期碳酸盐胶结物形成于油侵之后，以充填于剩余粒间孔或溶蚀孔中的铁方解石存在(图4(c))或以分散斑晶形式的铁白云石存在(图4(d))，平均含量为3.9%，这一期碳酸盐对储层孔隙的破坏具有不可逆性。

图4  环县-华池地区长8中的胶结现象

Fig. 4  Cementation of Chang 8 in Huanxian-Huachi region

3.2.2  硅质胶结

硅质胶结物在研究区长8储层中主要以自生石英小晶体、石英加大边和孔隙中的硅质充填3种形式存在，平均含量1.4%，在个别硅质充填较发育的薄片中可达7.2%。研究区硅质胶结物按形成顺序可分为2期：第1期为早期自生石英小晶体(图4(e))和石英加大边(图4(f))，平均含量为0.3%，石英加大边与石英颗粒相接的地方有尘埃线，石英小晶体表面被黏土膜覆盖，说明它们的形成时间晚于杂基沉淀而早于黏土膜胶结；第2期为晚于油侵形成的硅质充填(图4(g))和晚期自生石英小晶体(图4(h))，平均含量为1.1%，硅质充填形成于被油侵的粒间孔中，晚期石英小晶体形成于溶蚀孔中并未被油侵。这些Si主要来源于长石和富长石的岩屑的溶蚀，或者来源于蒙脱石向伊利石转化过程中释放的Si^[14]，或者来源于绿泥石结构式中Si的演化^[15]。

3.2.3  黏土矿物胶结

X线衍射分析表明，研究区的自生黏土矿物以伊利石和绿泥石为主，高岭石和伊/蒙混层含量相对较少。伊利石在研究区分布普遍，平均含量为3.13%，个别较发育的薄片中含量可达10.6%，一般分布于粒间孔或长石溶孔，在薄片下呈黄褐色(图4(i))，在扫描电镜下以卷曲片状和丝状产出(图4(j))，形成时间较晚，主要来自钾长石、高岭石和蒙脱石在后期的转化。绿泥石主要以孔隙衬垫或绒球状形式产出(图4(k))，平均含量为3.68%，孔隙衬垫绿泥石形成较早，绒球状绿泥石形成较晚。高岭石在扫描电镜下呈现六方片状集合体或书页状，边部已经向丝缕状伊利石转化，分布于被溶蚀的长石颗粒不远的孔隙之中，基本上都被油侵，含量较低，平均仅有0.13%，这是先前产生的高岭石已经大部分转化为绿泥石和伊利石的缘故(图4(l))。伊/蒙混层平均含量为0.15%，扫描电镜下为半蜂窝网状或卷曲片状分布于颗粒之间，是蒙脱石在成岩过程中向伊利石转化的过渡产物。

3.3  溶蚀作用

研究区长8砂岩储层中的溶蚀主要在长石和岩屑之中，其中以长石的溶蚀为主，不见碳酸盐的溶蚀现象。镜下薄片观察到的溶蚀作用有2期，较早一期发生在微晶方解石充填之前(图5(a))，但其产生的少量溶蚀孔隙基本上都被微晶方解石充填了，时间段属于早成岩期；较晚一期发生在油侵附近，从镜下薄片中可以看到，长石溶蚀孔旁边的剩余粒间孔中堆满了被油侵的高岭石(图5(b))，这一期溶蚀可能是有机质演化过程中产生的有机酸排入储层孔隙溶解长石等铝硅酸盐组分造成的。相比较而言，较晚一期的溶蚀规模较大，但其产生的大部分溶蚀孔隙已经被后期的含铁方解石或铁方解石充填(图5(c))，次生孔隙所剩无几(约0.6%)。

3.4  交代作用

交代作用在研究区长8砂岩储层中主要表现为：含铁方解石或铁方解石交代长石、石英和岩屑，铁白云石交代长石等。镜下可以看到，铁方解石交代长石之后仍保留长石颗粒的轮廓(图6(a))；含铁方解石沿边部交代石英颗粒，使得石英残骸的边部呈现港湾状(图6(b))；铁白云石交代长石颗粒之后，剩余长石颗粒的边部呈现蚕食状(图6(c))。研究区的交代作用一般发生较晚，近似于一种物质对另一种物质的替换，因此不会引起孔隙较大的变化。

3.5  烃类侵位作用

镜下薄片可以观察到大量石油侵位留下来的痕迹，如黏土膜被油侵(图4(e)，4(g))，长石溶蚀产生的高岭石被油侵(图5(b))，晚期(含)铁方解石内部含沥青(图4(h)和5(c))等。石油侵位使得正常埋藏成岩环境中的水-岩二相反应系统变成水-油-岩三相反应系统^[16]，对大多数成岩反应产生不同程度的抑制作用，从而有利于孔隙的保存。

图5  环县-华池地区长8中的溶蚀现象

Fig. 5  Dissolution of Chang 8 in Huanxian-Huachi region

图6  环县-华池地区长8中的交代现象

Fig. 6  Metasomasis of Chang 8 in Huanxian-Huachi region

4  成岩阶段及成岩序列

4.1  成岩环境判识及成岩阶段划分

为了划分成岩阶段，首先要判识成岩环境，即要弄清埋藏成岩过程中孔隙水的性质，这可以利用Keith和Weber^[17]提出的经验公式来粗略地判断：

Z＝2.048×(δ(¹³C)＋50)＋0.498×(δ(¹⁸O)＋50)

式中：δ(¹³C)和δ(¹⁸O)均用PDB标准。若Z＜120，为陆相淡水来源；若Z＞120，为海水来源。研究区样品碳酸盐胶结物的氧碳同位素Z计算结果(图7)表明，水介质的性质为淡水。

图7  碳酸盐胶结物中碳氧同位素Z分布

Fig. 7  Plot of Z of carbon and oxygen isotope in carbonate cements

有研究表明：当古地温超过130 ℃后，高岭石才会向伊利石转化^[18]，结合考虑前述成岩现象(图4(l))，初步判断研究区长8经历过130 ℃的成岩温度。同时，研究区长8样品的镜质体反射率(R_o)分布于0.75%~1.17%，砂岩经受的压实作用普遍达到中等-强，晚期碳酸盐胶结物发育，绿泥石和伊利石常见，并且见长石、岩屑溶蚀产生次生孔隙和油侵痕迹，按照我国石油天然气行业标准《碎屑岩成岩阶段划分》(SY/T 5477—2003)^[19]中淡水-半咸水介质环境下的碎屑岩成岩阶段划分的标准和依据，可以判定，研究区长8储层的成岩阶段已经达到中成岩A₂亚期，历经了早成岩A期、早成岩B期、中成岩A₁亚期和中成岩A₂亚期4个成岩期次。

4.2  成岩序列分析

根据前述成岩现象的描述和各自生矿物形态特征、相互叠置关系以及成因分析，归纳总结出研究区长8各成岩事件出现的相对时间先后顺序大致为：压实作用—早期溶蚀—早期自生石英小晶体、石英次生加大—微晶方解石—蒙脱石、绿泥石胶结—中期含铁方解石—有机酸注入—长石、岩屑溶解，自生高岭石形成—油侵—晚期自生石英小晶体、硅质胶结—自生伊利石、绿泥石—晚期碳酸盐。研究区长8砂岩储层的成岩共生序列见图8。

5  孔隙类型及孔隙演化

5.1  孔隙类型

根据对铸体薄片的观察发现，研究区长8砂岩储层的孔隙整体上并不发育，主要为原生粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、晶间孔和微裂缝。通过对各类孔隙占总孔隙度比例的统计发现，孔隙类型主要以原生粒间孔和长石溶孔为主(图9)。

图8  长8储层的成岩共生序列图

Fig. 8  Paragenetic sequence of diagenesis of Chang 8 reservior

图9  研究区储层孔隙类型

Fig. 9  Porosity categories of reservoir in study area

5.2  孔隙演化

以平均初始孔隙度和平均现今孔隙度为界限，以成岩阶段和成岩序列为格架，依据上述各成岩作用特征及其对孔隙的影响，同时结合研究区长8构造演化史、热史和油气生成史(图10)，重现了环县-华池地区长8储层孔隙演变过程。

5.2.1  储层原始孔隙度

储层原始孔隙度可以利用Beard和Weyl^[20]提出的原始孔隙度与分选系数S₀之间的经验函数关系式来计算，其中，；P₂₅，P₇₅分别代表粒度累计曲线上颗粒含量在25%和75%处所对应的颗粒直径^[21]。以研究区砂岩样品的原始粒度资料为基础，利用上述公式，最后计算出来的研究区长8砂岩储层的原始孔隙度为36.27%~ 39.32%，平均为38.1%。

5.2.2  压实作用过程中孔隙演变规律

在研究压实作用过程中的孔隙演化时，对于压实作用造成的孔隙度减小，有的并未做量化的计算^[13]；有的将其视为早期的成岩作用而作一笼统的计算^[22]；还有的将其分阶段分析，但量化结果并未给出相应的证据^[23]。压实作用贯穿砂岩储层的整个成岩过程，为了使最终获得的孔隙演变规律更加接近地质事实，有必要对压实作用造成的减孔量进行分段定量计算。

利用Athy^[11]提出的机械压实阶段孔隙度与埋深的指数关系，来恢复经历压实作用之后各成岩期末的孔隙度，进而对各成岩期的减孔量进行计算：

式中：为剩余孔隙度；为恢复砂岩的原始孔隙度(38.1%)；a为常数(研究区的a取-0.000 2^[24])；h为埋深。结合各成岩期的温度界限(图8)和埋藏史(图10)可知：早成岩阶段A期、B期和中成岩阶段A₁亚期、A₂亚期的最大埋深分别为1 500，1 800，2 400和3 000 m，代入上式，计算出经历压实作用之后的4个深度点上的孔隙度分别为28.2%，26.6%，23.6%和20.9%。最后，将原始孔隙度及各深度点上的孔隙度值互减即可得出早成岩阶段A期、B期和中成岩阶段A₁亚期、A₂亚期中压实作用造成的减孔量分别为9.9%，1.6%，3.0%和2.7%。

图10  研究区储长8埋藏史(据长庆油田研究院)和孔隙演化史

Fig. 10  History of porosity evolution and burial history of Chang 8 reservoir in study area(burial history is from Research Institution of PCOC)

5.2.3  早成岩阶段A期

研究区长8储层所经历的成岩温度小于65 ℃，处于浅埋藏(＜1 500 m)成岩环境，但从未暴露地表，时期大致位于中晚三叠世延长期(约223 Ma)至中侏罗世直罗-安定期(约160 Ma)。由于早期埋深的增加，附近泥岩受到来自上覆地层的压力，向储层砂体中排入含CO₂，HCO₃^-，CO₃^2-，Ca²⁺及Fe²⁺的地层水，造成砂岩层中部分长石和岩屑的溶蚀，形成少量早期的溶蚀孔隙，而被溶蚀出来的Si便以石英自形小晶体的形式生长于孔隙之中或以石英加大边的形式附着生长于石英碎屑颗粒边缘。随着酸根离子的逐渐消耗，成岩环境逐渐向中性或弱碱性环境转变，于是早期微晶方解石析出并占据之前形成的全部溶蚀孔隙和部分粒间孔，蒙脱石和绿泥石也逐渐形成。随着埋深继续增加，成岩环境温度升高，蒙脱石开始向伊/蒙混层转化。

在该成岩期，早期的快速埋藏和后期的相对慢速埋藏产生的压实作用使孔隙度减少9.9%；溶蚀造成孔隙度增加微量，且均被胶结；石英自生小晶体和石英次生加大使孔隙度减少约0.3%；同时黏土矿物和微晶方解石胶结造成孔隙度损失分别约2.7%和2.3%。早成岩阶段A期末，砂岩储层平均孔隙度降低至22.9%左右。

5.2.4  早成岩阶段B期

研究区长8储层处于埋深为1 500~1 800 m的成岩环境，所经历的成岩温度约为65~85 ℃，时期大致位于中侏罗世直罗-安定期(约160 Ma)至早白垩世初期(约138 Ma)。由于埋深继续增加，压实作用强度继续增大，成岩环境温度继续升高，伊/蒙混层中的蒙脱石继续向伊利石转化，早期微晶方解石发生重结晶作用，逐渐向中期连晶状含铁方解石转变。

在该成岩期，新的胶结物均系前期胶结物的转变，因而该期中的胶结作用对孔隙度的影响可忽略，同时，考虑到压实作用造成的1.6%的孔隙度降低，早成岩阶段B期末，砂岩储层平均孔隙度降低至约21.3%。

5.2.5  中成岩阶段A₁亚期

研究区长8储层处于埋深为1 800~2 400 m的成岩环境，所经历的成岩温度为85~110 ℃，时期大致位于早白垩世初期(约138 Ma)至早白垩世中期(约119 Ma)。在130 Ma左右，埋深约2 000 m的中成岩阶段A₁亚期中期，开始进入大量生油阶段，烃类和有机质成熟过程中产生的有机酸开始进入砂岩储层，造成长石和富长石的岩屑溶蚀，同时生成高岭石和SiO₂，高岭石就近沉淀在溶蚀颗粒的附近。而长石和岩屑溶蚀产生的SiO₂以及蒙脱石向伊利石转化过程中释放的Si则以石英自形小晶体的形式生长于溶蚀孔中或以硅质充填于孔隙之中。这样的反应一直持续到中成岩阶段A₂亚期。

在该成岩期，溶蚀作用增加的净孔隙度约为0.6%；高岭石、晚期自生石英小晶体和硅质充填造成约2.6%的孔隙度损失；压实作用使得孔隙度减少了3.0%。中成岩阶段A₁亚期末，砂岩储层平均孔隙度降低至16.3%左右。

5.2.6  中成岩阶段A₂亚期

研究区长8储层处于埋深为2 400~3 000 m的成岩环境，所经历的成岩温度为110~130 ℃，时期大致位于早白垩世中期(约119 Ma)至早白垩世末期(约100 Ma)。当有机酸逐渐被消耗，羧酸根离子大量转化为CO₃^2-，成岩环境也逐渐由酸性向碱性转变。之前酸性环境下发生的溶蚀作用、高岭石沉淀、石英自生小晶体生长以及硅质充填也逐渐停止。CO₃^2-与孔隙水中的Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺反应开始生成晚期含铁碳酸 盐，充填大部分溶蚀孔隙和剩余粒间孔；随着埋深的增加和温度的升高，还会发生强烈的交代作用和钾长石、高岭石向伊利石和绿泥石的转化。至早白垩世末期(约100 Ma)，埋深达到最大(约3 000 m)时，鄂尔多斯盆地开始整体抬升，大型盆地逐渐消亡^[25]，成岩温度也随着地层的回返逐渐降低，各种化学成岩反应趋于停止。

在该成岩期，晚期含铁碳酸盐造成的孔隙度损失约为3.9%；自生绿泥石和自生伊利石使孔隙度减少约2.9%；压实作用使得孔隙度减少了2.7%，因而造就了砂岩储层现今约6.8%的平均孔隙度。

由上述孔隙模拟演变过程可知，整个成岩过程中，压实作用和胶结作用分别使孔隙度减少了17.2%和14.7%，溶蚀作用产生了0.6%的孔隙度，最终演变出来的平均孔隙度为6.8%。但其与实测孔隙度数据的平均值(6.09%)有一定的差距，这主要有以下几个方面的原因：1) 岩石骨架颗粒和胶结物在埋藏过程中的体积变化以及时间因素对压实作用的影响没有计算在内；2) 伴随粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分虽然占据了微量的孔隙，但因无法估算，也没有计算在内；3) 样品的差异性导致了客观误差，因为制作薄片的样品与实测物性的样品不是完全对应的；当然，人为误差也是在所难免的。

6  结论

1) 环县-华池地区长8砂岩储层岩石类型主要为成分成熟度和结构成熟度较低的岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩，这是原始物性较差和后期破坏性成岩作用较强的物质基础。

2) 砂岩储层经历的成岩作用以压实作用、胶结作用和溶蚀作用为主，目前处于中成岩阶段A₂亚期，其成岩共生序列大致为：压实作用—早期溶蚀—早期自生石英小晶体、石英次生加大—微晶方解石—蒙脱石、绿泥石胶结—中期含铁方解石—有机酸注入—长石、岩屑溶解，自生高岭石形成—油侵—晚期自生石英小晶体、硅质胶结—自生伊利石、绿泥石—晚期碳酸盐。

3) 砂岩储层的孔隙演化受成岩作用的影响重大，而成岩作用又与埋藏史关系密切。早成岩阶段A期的压实作用和黏土矿物胶结、微晶方解石胶结以及硅质胶结使原始孔隙度降幅较大；早成岩阶段B期持续时间较短，以压实作用为主，对孔隙度的影响较小；中成岩阶段A₁亚期和A₂亚期发育硅质、自生黏土矿物和晚期碳酸盐胶结，它们和压实作用是孔隙度进一步显著降低的主要原因，有机酸溶蚀产生了部分次生孔隙，但净增孔效应不大，因而，最终造成了储层现今低孔低渗-致密特征的面貌。

4) 油气成藏主要发生在早白垩世中期^[1]，此时储层还未达到致密，孔隙度约为16.3%，具备成藏要求的较好储集条件；到中成岩阶段A₂亚期末时，储层基本达到致密化，呈现出“先成藏后致密”的特点，因此环县-华池地区长8油气的勘探应该以普遍低孔低渗-致密背景下寻找相对优质储层为重点。

参考文献：

[1] 刘显阳, 惠潇, 李士祥. 鄂尔多斯盆地中生界低渗透岩性油藏形成规律综述[J]. 沉积学报, 2012, 30(5): 964-974.

LIU Xianyang, HUI Xiao, LI Shixiang. Summary of formation rule for low permeability lithologic reservoir of Mesozoic in Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2012, 30(5): 964-974.

[2] 贾承造, 郑民, 张永峰. 中国非常规油气资源与勘探开发前景[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(2): 129-136.

JIA Chengzao, ZHENG Min, ZHANG Yongfeng. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of exploration and development[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(2): 129-136.

[3] 杨华, 李士祥, 刘显阳. 鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力[J]. 石油学报, 2013, 34(1): 1-11.

YANG Hua, LI Shixiang, LIU Xianyang. Characterisitcs and resource prospects of tight oil and shale oil in Ordos Basin[J]. Acta Petrol EI Sinica, 2013, 34(1): 1-11.

[4] 薛振兴, 文志刚, 马春林, 等. 鄂尔多斯盆地环县地区长8储层特征及评价[J]. 广东石油化工学院学报, 2011, 21(6): 16-24.

XUE Zhenxing, WEN Zhigang, MA Chunlin, et al. Characterisitcs and comprehensive evaluation of Chang 8 reservoir of Yanchang formation in Huanxian area of Ordos Basin[J]. Journal of Guangdong University of Petrochemical Technology, 2011, 21(6): 16-24.

[5] 晋亚文, 王攀, 张丽雅, 等. 鄂尔多斯盆地华池地区长8低渗透储层成岩特征[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2011, 31(264): 180-181.

JIN Yawen, WANG Pan, ZHANG Liya, et al. Diagenetic characterisitcs of Chang 8 low permeability reservoir in Huachi area of Ordos Basin[J]. China Petroleum and Chemical Standard and Quality, 2011, 31(264): 180-181.

[6] 罗静兰, 李忠兴, 史成恩, 等. 鄂尔多斯盆地西南部上三叠统长8、长6油层组的沉积体系与物源方向[J]. 地质通报, 2008, 27(1): 101-111.

LUO Jinglan, LI Zhongxing, SHI Cheng’en, et al. Depositional systems and provenance directions for the Chang 6 and Chang 8 reservior groups of the Upper Triassic Yanchang Formation in the southwestern Ordos Basin[J]. Geological Bulletin of China, 2008, 27(1): 101-111.

[7] 何自新. 鄂尔多斯盆地演化与油气[M]. 北京: 石油工业出版社, 2003: 95-96.

HE Zixin. Evolution of Ordos Basin and hydrocarbon[M]. Beijing: Publishing House of Oil Industry, 2003: 95-96.

[8] 李元昊, 蔺昉晓, 杜金良, 等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长8浅水三角洲沉积特征[J]. 低渗透油气田, 2007, 12(3): 19-24.

LI Yuanhao, LIN Fangxiao, DU Jinliang, et al. Sedimentary features of shallow water delta of Chang 8 reservior of Trissic Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Low Permeability Oil and Gas Fields, 2007, 12(3): 19-24.

[9] 纪友亮. 油气储层地质学[M]. 东营: 中国石油大学出版社, 2009: 5.

JI Youliang. Petroleum reservior geology[M]. Dongying: Publishing House of China University of Petroleum, 2009: 5.

[10] 潘高峰, 刘振, 赵舒, 等. 砂岩孔隙度演化定量模拟方法:以鄂尔多斯盆地镇泾地区延长组为例[J]. 石油学报, 2011, 32(2): 249-256.

PAN Gaofeng, LIU Zhen, ZHAO Shu, et al. Quantitative simulation of sandstone porosity evolution: A case from Yanchang Formation of Zhenjing area, Ordos Basin[J]. Acta Petrol EI Sinica, 2011, 32(2): 249-256.

[11] Athy L F. Density, porosity and compaction of sedimentary rocks[J]. AAPG Bulletin, 1930, 14(1): 1-24.

[12] 陈冬霞, 庞雄奇, 杨克明, 等. 川西凹陷中段上三叠统二段致密砂岩孔隙度演化史[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2012, 42(1): 42-51.

CHEN Dongxia, PANG Xiongqi, YANG Keming, et al. Porosity evolution of tight gas sand of the second member of Xujiahe Formation of upper Triassic，western Sichuan Depression[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2012, 42(1): 42-51.

[13] 周海燕, 胡见义, 郑俊章, 等. 南图尔盖盆地储层成岩作用及孔隙演化[J]. 岩石矿物学杂志, 2008, 27(6): 547-558.

ZHOU Haiyan, HU Jianyi, ZHENG Junzhang, et al. Diagenesis and pore evolution in South Turgai Basin[J]. Acta Petrologica ET Mineralogica, 2008, 27(6): 547-558.

[14] 尹燕义, 王国娟, 方少仙, 等. 百色盆地子寅油田碳酸盐及硅质胶结作用特征[J]. 中国海上油气(地质), 1997, 11(5): 333-336.

YIN Yanyi, WANG Guojuan, FANG Shaoxian, et al. Charatristics of the carbonate and silica cementation of Ziyin Oilfield of Baise Basin[J]. China Offshore Oil and Gas (Geology), 1997, 11(5): 333-336.

[15] 潘燕宁, 周凤英, 陈小明, 等. 埋藏成岩过程中绿泥石化学成分的演化[J]. 矿物学报, 2010, 21(2): 174-178.

PAN Yanning, ZHOU Fengying, CHEN Xiaoming, et al. Composition of variation of chlorites in burial diagenetic processes[J]. Acta Mineralogica Sinca, 2010, 21(2): 174-178.

[16] 王琪, 史基安, 肖立新, 等. 石油侵位对碎屑储集岩成岩序列的影响及其与孔隙演化的关系: 以塔西南坳陷石炭系石英砂岩为例[J]. 沉积学报, 1998, 16(3): 97-101.

WANG Qi, SHI Ji’an, XIAO Lixin, et al. Influence of oil emplacement on diagenetic sequence of the clastic reservoir rock and it’s relationship to the porosity evolution: Taking the carboniferous quartz sandstone in southeast Tarim depression as an example[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1998, 16(3): 97-101.

[17] Keith M L, Weber J N. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestones and fossils[J]. Geochimica ET Cosmochimica Acta, 1964, 28(10/11): 1787-1816.

[18] 张哨楠, 丁晓琪, 万有利, 等. 致密碎屑岩中黏土矿物的形成机理与分布规律[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2012, 34(3): 174-182.

ZHANG Shaonan, DING Xiaoqi, WAN Youli, et al. Formation mechanism and distribution of minerals of deeply tight siliciclastic reserviors[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2012, 34(3): 174-182.

[19] SY/T 5477—2003, 中华人民共和国石油与天然气行业标准:碎屑岩成岩阶段划分[S].

SY/T 5477—2003, PRC industry standard aout petroleum and nature gas: The division of diagenetic stages in classic rocks[S].

[20] Beard D C, Weyl P K. Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand[J]. AAPG Bulletin, 1973, 57(2): 349-369.

[21] Scherer M. Parameters influencing porosity in sandstones: A model for sandstone porosity prediction[J]. AAPG Bulletin, 1987, 71(5): 485-491.

[22] 王伟, 吴奎, 张中巧, 等. 青东凹陷沙河街组三、四段储层成岩作用及孔隙演化[J]. 矿物岩石, 2012, 32(3): 94-102.

WANG Wei, WU Kui, ZHANG Zhongqiao, et al. Diagenesis and porosity evolution of reservoir of the 3th, 4th member of Shahejie Formation in Qingdong Sag[J]. Journal of Mineral Petrol, 2012, 32(3): 94-102.

[23] 罗文军, 彭军, 杜敬安, 等. 川西坳陷须家河组二段致密砂岩储层成岩作用与孔隙演化: 以大邑地区为例[J]. 石油与天然气地质, 2012, 33(2): 287-301.

LUO Wenjun, PENG Jun, DU Jing’an, et al. Diagenesis and porosity evolution of tight sand reservoirs in the 2nd member of Xujiahe Formation, western Sichuan Depression: An example from Dayi region[J]. Oil & Gas Geology, 2012, 33(2): 287-301.

[24] 王琪. 鄂尔多斯盆地延长组长8储层特征及其控制因素研究[R]. 西安: 中国石油长庆油田分公司, 2012.

WANG Qi. Research of reservoir characteristics and control factors of Chang 8 of Triassic Yanchang formation of Ordos Basin[R]. Xi’an: PetroChina, Changqing Oil Field Company, 2012.

[25] 刘池洋, 赵红格, 桂小军, 等. 鄂尔多斯盆地演化-改造的时空坐标及其成藏(矿)响应[J]. 地质学报, 2006, 80(5): 617-638.

LIU Chiyang, ZHAO Hongge, GUI Xiaojun, et al. Space-time coordinate of the evolution and reformation and mineralization response in Ordos Basin[J]. Acta Geology Sinca, 2006, 80(5): 617-638.

(编辑  陈爱华)

收稿日期：2013-11-03；修回日期：2014-03-22

基金项目：中国科学院西部行动计划项目(KZCX2-XB3-02)

通信作者：王琪(1967-)，男，山东牟平人，博士，研究员，从事储层沉积学与储层地球化学研究；电话：0931-4960883；E-mail: qiwang@lzb.ac.cn