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1、陕甘宁盆地东部上三叠统含油长石砂岩的成岩特点及孔隙演化陕甘宁盆地东部上三叠统含油长石砂岩的成岩特点及孔隙演化塑董叠奎塞厘(西北大学地质系.西安710069)提要本文通过对三条地表剖面和20口探井的综合研究.认为斑脱岩和火山谇屑物质是影响陕甘宁盆地东部上三叠统长6油层组含油长石砂岩成岩作用的根本原因.浊沸石,方僻石,绿泥石的胶结,化学压实作用和浊沸石,长石的溶解作用是影响砂岩储巢性能的主要因素.孔隙的演化与成岩史,盆地演化史密切相关,长6.长6是孔隙结构最好的层段.较好的储油蹙焦冀悫在子量,子北地区以及延安延长一富县宜川地区等利于浊沸石溶蚀的地带./理,手疹</,一驴厶关键调些堂监皿.丑盟
2、瘟出长6油层组兰墨叁箩皂痨錾互壁蚩;谚呓!/脊第一作者筒介柳益群女44岁副教授石油地胃i事槠碡地质学,陕甘宁盆地东部上三叠统延长组是该盆地的一套主要含油层系.白80年代初开始了砂体成岩作用及次生孔隙的研究,认识到浊沸石溶解形成的次生孔隙改善了长石砂岩的储集性能”以来,人们对本区储集层的特点有了新的了解,从而大大开拓了盆地中,浅油层勘探开发的新局面.然而,低孔,低渗,低产一直是陕甘宁盆地上三叠统油层的特点.绝大多数砂体的储油物性很差.因此,能否找到具良好储集性能的砂体,发现其形成及分布规律,找出影响储层物性的主要因素则成为现阶段迫切需要解决的问题.本文以陕甘宁盆地东部子长一延长地区的上三叠统主力
3、油层组长6含油长石砂岩为目的层,在实测3条地表剖面,观察描述20口井岩芯的基础上,通过常规物性,压汞,铸体分析,x光衍射,电子探针,萤光光谱分析等多项测试方法,对储层的孔隙特征,储集性能影响因素,成岩史与孔隙演化史的关系,以及大地构造背景和沉积相带对储集体的控制等问题进行了分析与研究,旨在查明本区上三叠统含油砂体的形成条件,从而进行油气储集相带预测.l区域地质背景陕甘宁盆地是在华北克拉通地块之上经历了长期演化过程的中生代沉积盆地.具有地形起伏平缓,地层升降运动缓慢,升降幅度小,沉积组分稳定,堆积速度慢,沉积物粒度较细,热流低?缺乏岩浆活动,成岩速度缓慢的特点.因此,该区缺乏形成油气聚集的二级构
4、造带和构造圈闭,油气藏的形成宏观上仅受控于岩性,岩相和古地貌.陕甘宁盆地东部现今构造形态表现为简单的西倾单斜,也称陕北斜坡(图1).该斜坡雏形出现于侏罗纪,形成于早白垩世.地表出露上三叠统和侏罗系地层,沉积厚度平均3000m左右.上三叠统地层是一套河流湖泊相沉积.主要岩石类型是细,中细粒长石砂岩和粉砂岩及泥页岩,自上而下进一步分为T.Y,一T.Y.5个岩性段或长1长lO共lO个油层组,截止目前所发现的油主要见于长6油层组.长6储集层主要是河流河道相砂体.在主河道地带,特别是曲流河河道区,砂岩分选较好,浊沸石胶结的细粒长石砂岩成为主要含油岩石类型.其下伏地层长7油层组是主要生油岩,而上覆地层长4
5、+5油层组则为区域性盖层.2含油长石砂岩的成岩作用陕北斜坡上三叠统的物源主要来自盆地北部的阴山褶皱带和北东东方向的吕粱古陆.由于二叠纪末阴山褶皱带形成时伴随了强烈的火成岩的侵入与喷发,这些岩浆活动一直持续到三叠纪.因此在陕北斜坡上三叠统中广泛分布着稳定的薄层斑脱岩(图版II),同时在砂岩颗粒中包含了较多的火山碎屑颗粒(图版I一2),这无疑对该区砂岩的早期成岩作用和中期成岩作用有着较大的影响”.2.1浊沸石的胶结作用是降低储层储集性能的重要原因.其成因与早期的火山物质水化和晚期的斜长石钠长石化有关浊沸石普遍出现在长6油层组以下层位的细粒长石砂岩中,含量一般在2%一5%之间,少部分达10%-25%
6、.浊沸石分两个主要形成阶段,第一阶段形成的浊沸石与火山物质水化有关c”,表现为浊沸石沿斜长石的双晶纹或解理缝分布,有些则完全变成浊沸石而呈现斜长石的假象(图版I一3).第二阶段的浊沸石形成于中成岩期,在中成岩阶段蒙脱石夹层,泥岩和砂岩中的蒙脱石组分在向伊利石,绿泥石转化过程中大量脱水,并析出大量钙,镁,3期柳益群等;陕甘宁盆地东部上三叠统含油长石砂岩的成岩特点及孔醋【演化89钠,铁等阳离子,其中的钠离子形成钠长石;镁,铁离子参与绿泥石的沉淀I钙离子则随后形成浊沸石并充填剩余粒问孔(图版I一4).同时在第二阶段浊沸石生成中作出贡献的还有斜长石的钠长石化n.岩石进入到一定的成岩阶段,孔隙水中的H和
7、OH一离子增多?可使矿物发生水解作用,使金属阳离子格于水而被带出.由于钙离子比钠离子易溶,因此,多是斜长石中钙离子被释放到溶液中,造成浊沸石的沉淀.而孔隙水中的钠离子则进入斜长石的晶格,从而使大多数斜长石变成了钠长石.NaAISiaOBCaAI2Si2OB+3SiO2+2H2O+NaoNaAISi3OB+O.5CaAI2Si4OI24H.O+0.5Ca经电子探针和能谱测定,浊沸石的平均化学成分为:SiO52.88一55.02,A120320?6621.15,CaO7.75一13.52,Na2O0.03一O.16钠长石的平均化学成分为:Si68.50一68.48,A12Oa21.15一19.46
8、%,NazO1152一10?832.2方解石胶结是使储层物性交差,非均质性增强的主要原因.对渗透事的影响尤为显着本区碳酸盐矿物是仅次于浊沸石的主要胶结物.据茜索红s+铁氰化钾混合液染色,主要有方解石和铁方解石,其次为白云石,铁白云石偶见.前两种多呈孔隙式充填,有些地方呈连晶式胶结,其形成时间可从浊沸石沉淀之前直到浊沸石溶解之后.白云石多被方解石或铁方解石交代.铁白云石析出时间晚于铁方解石.无论是早期胶结还是晚期胶结的碳酸盐,对孔隙保存均不利,并使渗透率明显降低,由于其溶解较弱,对次生孔隙的形成影响也不大晚期生成的方解石呈交代浊沸石或充填浊沸石溶孔的形式.如果地层水中有HCO7,Ca+和Fe+存
9、在,且具有较高的pH值和较低的Pc%,即可使浊沸石溶解而产生方解石或铁方解石沉淀:CaA12Si4Ol.4H.O+HCO-+ca+(Fe)”(Fe)CaCO+2SiO2+4HzO+CaAhSi2()8+H2.3自生钠长石和石英胶结是本区砂岩胶结物的主要类型钠长石和石英是富火山碎屑物质地区砂岩的主要胶结物.,在本区某些井中或某些层段含量甚至高于浊沸石和方解石.两者均呈孔隙式充填.特别是充填于绿泥石薄膜残余粒问孔内,降低了砂岩原始孔隙度.2.4石盐的存在说明孔隙水盐廑高,对矿物的溶解具有积极的髟响石盐是含沸石地层中必定出现的胶结物,代表了孔隙水盐度增大的成岩环境.高盐度可以降低pH值,促进矿物的溶
10、解和次生孔隙形成.因此,本区分布广泛的石盐对浊沸石,方解石的溶解是个有利条件.2.5绿泥石呈薄奠式包绕碎屑粒,充填了原生粒问孔的部分空间t但又使剩余粒问孔隙免于被机械压实所破坏绿泥石胶结物在大多数砂岩中可占白生粘土矿物的80%左右,甚至90以上.电子探针测定其化学成分为:SiO.31.17,FeO29.68,MgO10.82,AlzO14?68,TiOzl?67,Na.O0.10.绿泥石多呈针状和针叶状集合体沿碎屑颗粒呈环状分布,形成薄膜式90沉积14卷胶结.这种牯土环边均匀地包绕在碎屑颗粒外面,阻碍了碎屑颗粒与孔隙水接触,从而减少了其它胶结物的沉淀,使抗压实的三角形粒间孔得以保留(图版I一5
11、).在一些含油层段,它们与浊沸石溶蚀孔相配合,往往构成本区最好的储集空间.在许多样品中均见到的油质沥青充填在其中,显然是油运移后的残留物.上述几种胶结物的沉淀大约损失了30的原始孔隙度.2.6机械压实作用使颗粒趋向紧密接触,但因胶结物的充填而使其受到抑制本区上三叠统砂岩的压实效应明显表现出差异性.富含碎屑云母和陆源杂基的岩石,表现出颗粒接触以线状为主,颗粒定向或半定向排列,原生孔隙保留很少,溶蚀孔隙基本不出现,这种状况主要见于长4+5以上层位及长6油层组的粉砂岩中.而长6的细砂岩,由于富含浊沸石,方解石等胶结物,抗压实能力较强,因此表现出颗粒间多呈点,线接触,碎屑变形微弱,溶蚀孔隙较发育.2.
12、7化学压实作用罾烈,在中成岩阶段使孔隙度较大幅度降低石英和长石的自生加大较为普遍,加大程度一般为i级,少数为I级.颗粒接触趋向紧密.部分颗粒接触关系由线状向凹凸状过渡.据初步估算,化学压实作用同机械压实作用可使长6油层组的原始孔隙度在胶结作用后损失30的基础上再降低50”.2.8浊沸石,长石的溶解作用使砂岩物性得到改善,长6油层组含浊沸石长石砂岩成为上三叠统储层的主要次生孔隙储集体钻井取心表明,有些井段虽然岩性相同,但油的显示却不同,有的是油斑,油浸砂岩,而相邻不过几公分的砂岩却毫无油的显示迹象.经镜下观察(图版I一6),不含油部分是方解石胶结的砂岩,而含油砂岩主要是由于浊沸石和长石发生溶解,
13、从而产生了次生孔隙的缘故.本区溶解作用至少有两期.第一期以长石,岩屑粒内溶孔与港湾状碎屑为特点,为早期溶孔,后被绿泥石薄膜包绕,应为近地表条件下大气淡水淋滤的结果.其反应式为:KAISiOB+2CO2+11H2oAkSi.O5(OH)+2KCaCO3+CO2+H2oCa+2HCO-第二期溶解作用发生于浊沸石形成之后,表现为浊沸石,长石的较强烈溶解(图版Iz)和第一期溶孔的再溶扩大以及方解石的弱溶,应为深溶作用,即有机质达到成熟阶段形成的酸性溶液溶解所致.此期溶解主要发生在长6油层组中部的长6一长6;层段,向上至长6一长6层段减弱,向下至长6层段基本消失.其反应式为:CaCO3十H2O+CO2C
14、a+2HCO3CaA12Si3O8+c02+2H卜AI2ShO5(OH)+2HCOO一+CaCaAI2Si2OB十2CH3COOH+2H2oA12SO5(OH)d+2Ca+CH3CO0一当溶解作用发生后,随即而来的是油的运移.由于岩性致密.流体流动困难,致使一部分进人储层的油停滞在砂岩的孔隙内,或被吸附在碎屑云母,伊利石,绿泥石表面.很难进入二3期柳益群等;陕甘宁盆地东部上三叠坑含油长石砂岩的成岩特点及孔隙演化91次运移.x萤光显微镜可清楚看到油质沥青和胶质沥青在砂岩中普遍分布(图版I一8),它们的出现使岩石的成岩作用变得缓慢或停止.溶解作用使本区致密储层的总孔隙度大约提高了63含油长石砂岩的
15、储集特征及孔隙演化3.1孔陬类型本区长6油层组的孔隙类型主要包括绿泥石薄膜剩余粒问孔,浊沸石等胶结物溶蚀粒间孔,长石碎屑溶蚀粒内孔,自生胶结物中存在的晶问孔.这些孔隙直径一般为0.O2一O.17mlTi,面孔率虽高5一8,主要分布于长6.一长6层段.另外,还有机械压实作用形成的压实缝,含量0.2左右,宽度o.0010.002mm,形成于油运移之前或趋于同期,它们往往与溶蚀孔和剩余粒问孔配套,形成较好的孔隙组合类型3.2孔麒结构及储层评价根据本区储集层的孔隙结构参数,孔隙类型和连通情况,将长6储层孔隙结构级别划分如下.B级:为本区最好的一种孔隙结构.孔隙度多为1O%一l3,渗透率l一210.m,排驱压力多数为o.51Mpa,平均孔喉半径0.3O.5m,有少量的溶蚀孔隙和原生孔隙.微孔隙发育,连通性较差.为中孔低渗型储层.A级:为本区分布虽普遍的一种孔隙结构孔隙度多为sA-10,渗透率多数为0.110m.,排驱压力为1.2-4Mpa,平均孔喉半径多数为0.O5一o.2m,以
