鄂爾多斯盆地延安西北部地區(qū)長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組成巖時(shí)序研究

龐長(zhǎng)旭，曹 青,2，胡林楠

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710065)

鄂爾多斯盆地延安地區(qū)西北部中生界具有多套含油層系的特點(diǎn)，主要含油層系有延安組延9油層組、延10油層組和延長(zhǎng)組，其中，長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層為致密砂巖。目前對(duì)該區(qū)長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層的研究主要集中在沉積、儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、成巖作用等方面[1-7]，涉及儲(chǔ)層致密—成藏時(shí)序特征方面的研究較少。而鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)層致密與成藏時(shí)間的研究結(jié)論存在較大差異，可歸納為以下3種認(rèn)識(shí)：①儲(chǔ)層先致密，隨后油氣充注；②油氣先充注成藏，儲(chǔ)層隨后致密；③油氣充注與儲(chǔ)層致密同時(shí)進(jìn)行[8-13]。本文探討鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)致密砂巖儲(chǔ)層油氣充注成藏和成巖演化致密之間的關(guān)聯(lián)性，為研究延長(zhǎng)組致密砂巖的油氣成藏機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。

1 油區(qū)地質(zhì)概況

延安地區(qū)西北部位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，統(tǒng)計(jì)顯示延長(zhǎng)組長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組致密砂巖中長(zhǎng)石砂巖約占72%，巖屑長(zhǎng)石砂巖不足25%。膠結(jié)物以碳酸鹽礦物和黏土礦物為主，硅質(zhì)次之；孔隙類型以剩余粒間孔隙、粒間溶蝕孔隙和粒內(nèi)溶蝕孔隙為主。孔隙度主要分布在3.5%～11.5%之間，滲透率主體低于1 mD。

2 成巖作用與成巖序列

2.1 成巖作用類型

壓實(shí)作用：延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組壓實(shí)作用發(fā)生在成巖作用早期，主要表現(xiàn)為：①塑性顆粒(云母及部分巖屑)受壓后彎曲變形(圖1a)；②超過85%的礦物顆粒為線—凹凸接觸關(guān)系。

膠結(jié)作用：儲(chǔ)層膠結(jié)作用在延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組十分發(fā)育，早期硅質(zhì)膠結(jié)相對(duì)較少，中—晚期黏土礦物及方解石膠結(jié)物相對(duì)較多。

黏土礦物膠結(jié)：統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，膠結(jié)物中綠泥石約占1.2%，伊利石和伊/蒙混層約占2%，高嶺石膠結(jié)物含量不足0.5%。掃描電鏡下可觀察到大量綠泥石以玫瑰花瓣?duì)罹鶆虬诘V物顆粒表面，伊利石和伊/蒙混層多以針狀不均勻覆蓋局部礦物顆粒，少量的高嶺石書以頁(yè)狀充填在粒間孔內(nèi)并發(fā)育少量晶間孔(圖1b、1c、1d、1f)。

硅質(zhì)膠結(jié)：鑄體薄片觀察到少量Ⅰ級(jí)石英次生加大，掃描電鏡也觀察到少量顆粒較小的自生石英(圖1d、1i)。

碳酸鹽膠結(jié)：通過陰極發(fā)光觀察顯示方解石膠結(jié)可分為兩期，相對(duì)膠結(jié)較早的方解石顯示橘紅色光，隨后膠結(jié)的方解石發(fā)亮橘黃色光，鏡下觀察可見較多的方解石膠結(jié)物，因此明顯降低了儲(chǔ)層孔隙度(圖1g、1h、1j)。

溶蝕作用：儲(chǔ)層溶蝕作用在延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石、碳酸鹽的溶解。

長(zhǎng)石溶解：通過陰極發(fā)光觀察，顯示約有36%的長(zhǎng)石發(fā)生柵格狀溶蝕(圖1e、1h、1j)。

碳酸鹽溶解：陰極發(fā)光和鑄體薄片觀察顯示，主要是晚期方解石發(fā)生不規(guī)則溶蝕(圖1k、1l)。

2.2 成巖演化階段劃分

參照碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)志，將延安地區(qū)西北部延長(zhǎng)組長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組成巖演化階段確定為中成巖A期[14]，主要指標(biāo)有：①針對(duì)150張鑄體薄片觀察歸納，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層骨架礦物顆粒以線—凹凸接觸為主，超過85%的礦物顆粒為線—凹凸接觸關(guān)系，表明儲(chǔ)層成巖作用已進(jìn)入中成巖A期；②流體包裹體均一測(cè)試獲得365個(gè)數(shù)據(jù)，鹽水包裹體記錄的地層最大古地溫不超過130 ℃(圖2)；③通過64塊樣品的鏡質(zhì)體反射率測(cè)試，鏡質(zhì)體反射率分布于0.5%～1.3%之間，主峰介于0.7%～1.1%之間，表明延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層成巖作用已進(jìn)入中成巖A期(表1)；④通過85塊樣品做X衍射—黏土礦物分析表明，伊/蒙混層比主體介于15%～25%，表明本區(qū)儲(chǔ)層已經(jīng)演化到中成巖A期。通過對(duì)礦物顆粒接觸類型、包裹體均一溫度、鏡質(zhì)體反射率和黏土礦物相對(duì)含量綜合分析，認(rèn)為延安地區(qū)西北部延長(zhǎng)組長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組已演變到中成巖A期。

表1 長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組鏡質(zhì)體反射率統(tǒng)計(jì)表

圖2 延安西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組包裹體均一溫度直方圖

2.3 成巖序列

通過各種放大倍數(shù)的鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)以下成巖現(xiàn)象：①可見在綠泥石膜包覆礦物顆粒的情況下，粒間孔隙中填充自生石英和伊利石，說明綠泥石膜的形成次序相對(duì)最早(圖1b、1c、1d、1e、1f)；②長(zhǎng)石顆粒表面普遍被綠泥石包裹，其中部分長(zhǎng)石觀察到明顯的柵狀溶蝕現(xiàn)象，說明長(zhǎng)石溶蝕發(fā)生在被綠泥石膠結(jié)之后(圖1e)；③電鏡下可清晰地觀察到伊利石和伊/蒙混層膠結(jié)物覆蓋在綠泥石和自生石英之上，說明伊利石等黏土礦物膠結(jié)晚于綠泥石膠結(jié)和次生石英加大(圖1b、1c、1d、1e、1f)；④陰極發(fā)光可觀察到方解石膠結(jié)物充填剩余粒間孔和黏土礦物晶間孔，并局部不規(guī)則溶蝕，說明方解石膠結(jié)和溶蝕的發(fā)生次序相對(duì)最晚(圖1k、1l)。

圖1 延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組成巖作用特征

通過烴類包裹體巖相學(xué)對(duì)比及其內(nèi)微量液態(tài)烴熒光定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：①石英顆粒中液態(tài)烴包裹體在藍(lán)光激發(fā)下顯示黃綠色熒光(圖3a)，長(zhǎng)石顆粒中液態(tài)烴包裹體在紫外激發(fā)下發(fā)黃色熒光(圖3b)；②方解石膠結(jié)物中液態(tài)烴包裹體在紫外激發(fā)下顯示黃色和藍(lán)綠色熒光(圖3c)；③晚期方解石不規(guī)則溶蝕內(nèi)殘留少量烴類物質(zhì)，紫外激發(fā)后顯示藍(lán)白色光(圖3d)。對(duì)比上述不同液態(tài)烴包裹體的熒光光譜主峰波長(zhǎng)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽膠結(jié)物內(nèi)液態(tài)烴包裹體的烴成熟度依次增大[15-17]。

圖3 延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組內(nèi)液態(tài)烴包裹體熒光顏色及其熒光光譜

綜合分析認(rèn)為，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層的成巖序列為：壓實(shí)作用—綠泥石膜—硅質(zhì)膠結(jié)—烴類開始充注—長(zhǎng)石溶蝕—高嶺石膠結(jié)—伊利石膠結(jié)—方解石膠結(jié)—烴類持續(xù)充注—方解石溶蝕(圖4)。

圖4 延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組成巖序列

3 致密儲(chǔ)層孔隙度演化

本次研究分選系數(shù)恢復(fù)原始孔隙度(原始孔隙度=20.91+22.90/So)，通過膠結(jié)物含量和成巖序列，分析其孔隙度演化[18-19]。

推算結(jié)果顯示，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層原始孔隙度均值為35.3%，91%的推算結(jié)果分布于34%～40%。長(zhǎng)6—長(zhǎng)8壓實(shí)減孔率從50.4%至59.4%，壓實(shí)剩余孔隙度介于17.5%～14.3%之間，壓實(shí)過后儲(chǔ)層仍為常規(guī)儲(chǔ)層，膠結(jié)減孔率介于31.6%～29.5%之間，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組的溶蝕增孔率介于6.9%～9.9%之間(圖5)。綜合分析認(rèn)為，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層塑性礦物含量高，粒度細(xì)，容易遭受壓實(shí)；強(qiáng)烈的壓實(shí)作用使原生孔隙損失較大，是儲(chǔ)層致密的主要成因，但壓實(shí)后儲(chǔ)層尚未致密。膠結(jié)作用使儲(chǔ)層進(jìn)入致密狀態(tài)，其中碳酸鹽對(duì)儲(chǔ)層物性的影響較大。溶蝕作用雖改善了儲(chǔ)層物性，但未能改變儲(chǔ)層致密的性質(zhì)[20-22]。

圖5 壓實(shí)減孔率和膠結(jié)減孔率交匯圖

4 儲(chǔ)層致密—成藏時(shí)序特征

鄂爾多斯盆地延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖演化具體如下：

早成巖A期：埋深小于1 150 m，地層古地溫小于45 ℃，Ro小于0.35%；伊/蒙混層以蒙皂石為主，其狀態(tài)整體顯示為無序；塑性礦物(以云母和巖屑為主)因壓實(shí)受力而明顯變形。壓實(shí)作用較為明顯地降低了儲(chǔ)層原生孔隙，長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組壓實(shí)減孔率依次增高為50.4%、54.5%和59.3%。早成巖階段綠泥石膠結(jié)相應(yīng)地降低孔隙，其減孔率依次為5.5%、5.9%和2.6%。

早成巖B期：埋深小于1 650 m，地層古地溫小于65 ℃，Ro小于0.5%；伊/蒙混層狀態(tài)主體顯示為無序，剩余粒間孔因壓實(shí)受力快速降低。早成巖階段硅質(zhì)膠結(jié)降低孔隙不明顯，其減孔率依次為2.4%、3.5%和2.4%。

中成巖A期：埋深小于2 400 m，地層古地溫小于140 ℃，Ro小于1.3%；伊/蒙混層狀態(tài)部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛行颍袡C(jī)質(zhì)達(dá)到成熟階段。膠結(jié)作用較為明顯地降低剩余粒間孔，其中黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)減孔率依次為6.1%、5.5%、2.3%和16.6%、15.1%、22.1%。成巖演化最后階段的方解石溶蝕略有增加孔隙度，溶蝕增孔率分別為9.8%、8.3%和6.9%；長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組最終計(jì)算結(jié)果孔隙度分別為10.1%、7.3%和6.6%。

中侏羅世長(zhǎng)8—長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)層先后進(jìn)入致密狀態(tài)，隨后烴源巖開始大量排烴，伴隨著油氣的充注，儲(chǔ)層發(fā)生溶蝕，孔隙度增大，但未能改變儲(chǔ)層致密的性質(zhì)；130 Ma～100 Ma(早白堊世)大量油氣富集成藏，此時(shí)長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層孔隙度都在12%以下，儲(chǔ)層已經(jīng)致密，儲(chǔ)層致密—成藏時(shí)序?yàn)橄戎旅芎蟪刹?圖6)。

圖6 延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組成巖—成藏特征

5 結(jié)論

(1)延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組致密砂巖成巖演化達(dá)中成巖A期，其成巖序列為：壓實(shí)作用—綠泥石膜—硅質(zhì)膠結(jié)—烴類開始充注—高嶺石—伊利石—方解石—烴類持續(xù)充注—溶蝕作用。

(2)雖然壓實(shí)作用明顯降低了延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組的孔隙度，但壓實(shí)后儲(chǔ)層尚未完全致密；黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)作用最終使得儲(chǔ)層整體致密，后期少量碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕未能改變儲(chǔ)層致密的狀態(tài)。

(3)將儲(chǔ)層成巖致密演化史及油氣充注綜合分析認(rèn)為，延安地區(qū)西北部長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組顯示“先致密，后成藏”的耦合關(guān)系。