鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長組6段深水致密砂巖填隙物特征及對儲(chǔ)層發(fā)育的影響

陳朝兵，趙振宇，付 玲，高建榮，宋 微，陳新晶

(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；3.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；4.中國石油 天然氣股份有限公司 長慶油田分公司 第六采油廠，陜西 西安 710200)

深水沉積泛指陸架以外的沉積，尤以海盆或湖盆坡折帶附近的重力流沉積受到油氣勘探界的關(guān)注，其發(fā)育機(jī)制、沉積過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與河流-三角洲等牽引流沉積存在很大差異[1-4]。鄂爾多斯盆地西南部華慶地區(qū)延長組6期(長6期)的沉積環(huán)境為半深湖-深湖環(huán)境，發(fā)育深水重力流成因的致密砂巖。由于深水環(huán)境水動(dòng)力十分復(fù)雜，重力流砂體的規(guī)模和分布受到盆地周邊火山、地震、波浪和湖底暗流等外部觸發(fā)因素的影響[5]，因此不同期次沉積的重力流砂體內(nèi)的填隙物含量也存在較大差異，介于4.9%～27.6%，平均19.6%，導(dǎo)致華慶地區(qū)延長組6段(長6段)重力流砂體內(nèi)的縱向非均質(zhì)性很強(qiáng)，勘探開發(fā)效果不理想。

碎屑巖的填隙物對致密砂巖孔隙演化和成巖作用產(chǎn)生重大的影響[6-7]。填隙物的成巖演化及儲(chǔ)層致密史研究是微觀孔喉結(jié)構(gòu)及滲流能力研究的基礎(chǔ)[8]。在填隙物與孔隙演化及成巖關(guān)系研究方面，國、內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究[9-14]，明確了填隙物種類、產(chǎn)狀及轉(zhuǎn)化對儲(chǔ)層物性的控制作用。梁淑賢[9]認(rèn)為巖屑及粘土礦物含量是影響儲(chǔ)層致密的重要因素；Lin等[10]認(rèn)為碳酸鹽、硅質(zhì)及粘土礦物的膠結(jié)導(dǎo)致了鄂爾多斯盆地長8段儲(chǔ)層物性的大幅降低；Ehrenberg等[11]認(rèn)為不同產(chǎn)狀的粘土礦物對儲(chǔ)層物性的影響不同，按分散質(zhì)點(diǎn)式—薄膜式—搭橋式的順序依次降低；伏萬軍[12]通過微觀實(shí)驗(yàn)證實(shí)，伊利石結(jié)晶度與其形態(tài)有著明顯關(guān)系，對砂巖物性的影響也不同，含Ⅰ類伊利石的砂巖物性最好，Ⅱ類次之，Ⅲ類最差；Baker[13]和黃思靜等[14]明確了綠泥石薄膜對于保存原始粒間孔的建設(shè)性作用，能夠在成巖早期抵抗壓實(shí)作用對于儲(chǔ)層孔隙的破壞。上述研究成果主要是針對河流-三角洲等牽引流成因的致密砂巖，針對深水重力流致密砂巖填隙物與微觀特征關(guān)系的研究相對較少。重力流與牽引流的流體性質(zhì)及沉積規(guī)律差別明顯，尤其是填隙物含量、類型及微觀特征存在較大差別。

基于此，本文以鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段深水重力流儲(chǔ)層為例，采用鑄體薄片、掃描電鏡、電子探針、礦物自動(dòng)識(shí)別與分析系統(tǒng)(QEMSCAN)以及納米CT等實(shí)驗(yàn)手段，對深水致密砂巖的填隙物特征進(jìn)行深入分析，探討不同填隙物與儲(chǔ)層微觀特征之間的關(guān)系，這對于深化致密砂巖儲(chǔ)層油氣聚集及成藏理論具有一定指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景及儲(chǔ)層基本特征

1.1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地地處中國中部，為穩(wěn)定的大型多旋回克拉通盆地。現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為一平緩的西傾單斜，坡度通常小于1°。晚三疊世延長期，鄂爾多斯盆地發(fā)育大型內(nèi)陸河流-三角洲-湖泊沉積體系，主要物源供給方向?yàn)榕璧乇辈筷幧焦抨懞臀髂喜壳仄钤焐綆15-16]。延長組總厚度約1 300 m，自下向上劃分為長10段—長1段10個(gè)油層組，分別對應(yīng)湖盆演化的5個(gè)階段，其中長10段為湖盆初始拗陷期，長9段和長8段為湖盆擴(kuò)張期，長7段為湖盆強(qiáng)烈拗陷期，長6段—長4+5段為湖盆回返抬升期，長3段—長1段為湖盆萎縮消亡期，湖盆沉降中心大致位于西南部姬塬—華池—慶陽—正寧一帶[15]。

華慶地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部(圖1a)，目的層長6段油層組主要發(fā)育重力流沉積體[5]，砂體厚度約120 m，自下向上可劃分為長63亞段、長62亞段和長61亞段(圖1b)，其中長63亞段是研究區(qū)主力含油層段，平均砂體厚度約30 m。長6期，華慶地區(qū)處于盆地西南部及東北部物源的交匯處(圖1a)，西南部坡折帶較陡，主要發(fā)育濁流及部分砂質(zhì)碎屑流砂體；東北部坡折帶較緩，發(fā)育砂質(zhì)碎屑流及部分濁流、泥質(zhì)碎屑流沉積體，主力層長63亞段砂體主要由砂質(zhì)碎屑流和濁流(濁積巖)交替疊置構(gòu)成(圖1c)，局部夾間歇性的三角洲前緣水下分流河道砂體。野外剖面顯示，砂質(zhì)碎屑流單層厚度普遍大于2 m，砂體連續(xù)性好，濁積巖單層厚度較薄，與深湖泥呈互層狀，厚度一般小于1 m，兩類砂體物性相對較好，是華慶地區(qū)長6段致密油的主要儲(chǔ)集體[5]。

1.2 儲(chǔ)層基本特征

通過巖心觀察分析，華慶地區(qū)長6段砂巖內(nèi)部發(fā)育火焰狀構(gòu)造(圖2a)、重荷模(圖2b)和槽模(圖2c)等重力流特有沉積構(gòu)造；根據(jù)巖心觀察及鑄體薄片鑒定結(jié)果，長6段儲(chǔ)層巖性以灰色細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，其次為少量長石砂巖(圖2d)，碎屑組分具有“低石英、高長石”的特點(diǎn)；顆粒分選性中等，磨圓度中等-好，呈次棱角狀。砂巖整體成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等，體現(xiàn)了深水重力流的沉積特點(diǎn)；孔隙類型以粒間孔為主(圖2e)，其次為長石溶孔，含少量晶間孔及微裂隙，面孔率平均值為2.9%。物性分析表明，長6段儲(chǔ)層孔隙度主體分布在5.0%～12.5%，平均值為10.2%，滲透率普遍小于0.50×10-3μm2，平均值為0.35×10-3μm2，儲(chǔ)層整體致密，為典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

填隙物是沉積和成巖作用的綜合產(chǎn)物[17]，包括雜基和膠結(jié)物兩類。根據(jù)鑄體薄片(203塊)和掃描電鏡(12塊)等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，華慶地區(qū)長6段砂巖填隙物平均含量為19.6%，其中雜基含量普遍較高，介于0.8%～18.6%，平均含量為5.3%。膠結(jié)物以伊利石(平均含量4.6%)、綠泥石(平均含量4.1%)和碳酸鹽(平均含量3.9%)為主，含少量硅質(zhì)(平均含量0.9%)、高嶺石(平均含量0.6%)和長石質(zhì)(平均含量0.2%)，其中長石質(zhì)含量低，對孔隙的影響不明顯，不作為本次探討的內(nèi)容。

2 雜基成巖特征及對儲(chǔ)層的影響

2.1 雜基及雜基次生孔隙顯微特征

雜基是砂巖中以機(jī)械方式沉積，起填隙作用的細(xì)粒組分，粒徑小于30 μm[18]。雜基是沉積物搬運(yùn)介質(zhì)性質(zhì)的直觀反映，常見于水動(dòng)力較強(qiáng)和快速堆積下的重力流沉積環(huán)境[19]。雜基一般由粘土物質(zhì)和細(xì)粉砂碎屑顆粒組成，包括原雜基和正雜基[18]，粘土物質(zhì)經(jīng)成巖階段重結(jié)晶作用轉(zhuǎn)變?yōu)榫瓮暾膶訝钫惩恋V物，稱為正雜基。未發(fā)生重結(jié)晶的粘土物質(zhì)或長石、石英、巖屑及其他粒徑小于中粉砂級別的碎屑組分，稱為原雜基，二者都屬于原始機(jī)械雜基的范疇[18]。與機(jī)械雜基對應(yīng)的是化學(xué)雜基，即成巖過程中，從流體中析出的粘土礦物膠結(jié)物，也叫淀雜基，由于正雜基和粘土礦物膠結(jié)物均為晶形完整的層狀粘土礦物，鏡下難以區(qū)分，因此本研究所涉及的雜基僅指保留原始結(jié)構(gòu)和未發(fā)生重結(jié)晶作用的原雜基，代表深水重力流沉積中的原始機(jī)械細(xì)粒組分。

雜基與膠結(jié)物的成因截然不同，鏡下特征也存在明顯差異。原雜基與碎屑顆粒同時(shí)沉積，顆粒細(xì)小，正交鏡下一般無光性反應(yīng)，雜基易吸附重油，薄片表面看起來較臟(圖3a)；原雜基成分復(fù)雜，常見石英、長石和巖屑等細(xì)小碎屑顆粒被粘土雜基包圍，易于區(qū)分(圖3b)，部分雜基發(fā)生成巖變化，可見少量雜基微孔(圖3c)；場發(fā)射掃描電鏡下的原雜基晶形較差，難以辨別雜基的粘土礦物類型，呈混雜堆積(圖3d，e)，無明顯的膠結(jié)世代關(guān)系。與原雜基不同，化學(xué)成因的膠結(jié)物晶形好、晶體粗大且表面干凈，通常由孔隙壁向內(nèi)生長，呈薄膜結(jié)構(gòu)、次生加大邊結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)及櫛狀結(jié)構(gòu)等，可以分辨出膠結(jié)物的世代關(guān)系[18]，這是區(qū)別膠結(jié)物和雜基的主要依據(jù)。

盡管雜基(以下均指原雜基)晶形差，不同粘土礦物呈混雜堆積，但由于粘土礦物特有的層狀、片狀或網(wǎng)狀殘余晶形，堆積搭建在一起，容易形成微納米級的孔隙，即雜基晶間孔(圖3d，e)，根據(jù)掃描電鏡實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，雜基晶間孔孔徑介于20～800 nm；另外，由于雜基成分復(fù)雜，常含粒徑小于30 μm的石英、長石和巖屑等細(xì)碎屑顆粒，當(dāng)后期成巖溶蝕作用發(fā)生時(shí)，這些顆粒易被溶蝕產(chǎn)生雜基內(nèi)部的溶孔，即雜基溶孔(圖3f)，孔徑介于80～1 000 nm。因此，雜基并非完全致密，雜基晶間孔和雜基溶孔構(gòu)成了雜基的次生孔隙網(wǎng)絡(luò)，其孔徑主要集中在20～1 000 nm。

2.2 雜基對孔隙及物性的影響

致密砂巖微觀孔喉結(jié)構(gòu)是決定儲(chǔ)層儲(chǔ)集和滲流能力的重要因素[20-21]。對于深水致密砂巖而言，其孔隙結(jié)構(gòu)不僅受到巖石顆粒骨架的影響，雜基及雜基微納米孔隙對孔喉大小及分布的影響更為關(guān)鍵[6]。由于掃描電鏡下的雜基次生孔隙孔徑介于20～1 000 nm，因此本研究采用中國石油勘探開發(fā)研究院國家能源致密油氣研發(fā)中心的納米CT成像掃描儀，對長6段儲(chǔ)層不同雜基含量砂巖樣品進(jìn)行微納米孔喉的定量表征研究。

結(jié)果表明，不同雜基含量的砂巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)特征差別較大。如圖4所示，對于雜基含量僅有2.3%的牽引流成因的水下分流河道砂巖(B163井)，孔隙度為9.4%，孔隙數(shù)量約為4.5×104個(gè)，孔徑集中分布在0～5 μm，其中孔徑≥2 μm等效直徑的孔隙數(shù)量比例高，約占36.5%，整體表現(xiàn)為“大-孔粗喉”特征；砂質(zhì)碎屑流(B224井)與濁流砂巖(B239井)雜基含量依次增加(分別為6.4%和11.9%)，孔隙度隨之降低(分別為4.8%和2.6%，受CT樣品限制，可能偏低)，二者孔隙分布特征相似，主要分布在0～2 μm，尤其是0～1 μm的亞微-納米孔隙，數(shù)量巨大，分別達(dá)到總孔隙數(shù)量的50.4%和49.6%，整體表現(xiàn)為“小孔-細(xì)喉”和“小孔-微細(xì)喉”特征。根據(jù)Chen等[22]研究成果，雜基含量與孔徑0～1 μm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量呈較好的二次函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)雜基含量≤7%時(shí)，孔徑0～1 μm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量與雜基含量成正相關(guān)(圖5)，雜基次生孔隙發(fā)育，對儲(chǔ)層產(chǎn)生一定積極作用；當(dāng)雜基含量>7%時(shí)，孔徑0～1 μm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量與雜基含量成負(fù)相關(guān)，雜基含量的增加加劇了儲(chǔ)層的致密，雜基次生孔隙不發(fā)育。

圖3 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段致密砂巖雜基顯微特征Fig.3 Microscopic features of matrix in tight sandstone of Chang 6 Member in Huaqing area,Ordos Basina.雜基吸附重油，B26井，埋深2 432.0 m，鑄體薄片；b.雜基成分復(fù)雜(QEMSCAN鏡下特征)，完全充填粒間孔，HQ7-9井，埋深2 019.2 m，QEMSCAN；c.少量雜基微孔，B279井，埋深1 869.1 m，鑄體薄片；d.雜基松散堆積及晶間孔，HQ3-5井，埋深2 040.8 m,SEM；e.雜基堆積及晶間孔，HQ1-2井，埋深2 053.1 m,SEM；f.雜基溶孔，HQ1-2井，埋深2 072.7 m,SEM

圖4 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段不同雜基含量砂巖樣品CT實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 CT experimental results of sandstone samples with different matrix contents in Chang 6 Member,Huaqing area,Ordos Basin

雜基含量的增加也引起了儲(chǔ)層物性的變化(圖6)，隨著雜基含量的增加，孔隙度降低趨勢明顯，滲透率與雜基含量的相關(guān)性較差，表明雜基并非導(dǎo)致滲透率降低的主要因素，雜基次生孔隙能夠提供一定數(shù)量的微納米級孔隙，彌補(bǔ)由雜基充填造成的滲透率損失。

3 膠結(jié)物成巖特征及對儲(chǔ)層的影響

與混雜堆積的雜基不同，膠結(jié)物通常具有完整的晶型，晶體粗大且具有一定的膠結(jié)世代關(guān)系，能夠通過鑄體薄片或掃描電鏡區(qū)分出具體的膠結(jié)物類型，華慶地區(qū)長6段深水儲(chǔ)層的膠結(jié)物主要有粘土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物及硅質(zhì)膠結(jié)物。

圖5 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖雜基含量與孔徑0～1 μm范圍內(nèi)孔隙數(shù)量關(guān)系(據(jù)文獻(xiàn)[22])Fig.5 Relationship between matrix content and number of pores of 0-1 μm in size in Chang 6 sandstone in Huaqing area,Ordos Basin (modified after reference[22])

3.1 粘土礦物膠結(jié)物特征及對儲(chǔ)層的影響

根據(jù)X衍射粘土礦物分析結(jié)果(表1)，華慶地區(qū)長6段砂巖內(nèi)的粘土礦物膠結(jié)物主要有伊/蒙混層(44%)、綠泥石(39%)、伊利石(10%)及高嶺石(7%)，伊/蒙混層比為7%，不同樣品間的粘土礦物含量差別較大。由于不同粘土礦物的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征等方面存在差異，致使形成的晶間、層間以及顆粒間孔隙的大小、形態(tài)和表面積均有不同[23]。在成巖過程中，受溫度、壓力和流體性質(zhì)等外部因素影響，粘土礦物之間可以相互轉(zhuǎn)換，礦物形態(tài)和產(chǎn)狀也發(fā)生改變，形成大量的粘土礦物晶間孔，造成對孔隙表面的粗化和對大孔隙的分割[24-25]。硅氧四面體和鋁氧八面體是構(gòu)成粘土礦物的兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，常見粘土礦物中，蒙脫石、伊利石和綠泥石的結(jié)構(gòu)相似，均為2 ∶1型，高嶺石是弱氫鍵連接的1 ∶1型晶胞結(jié)構(gòu)[26]，不同粘土礦物晶體形態(tài)及產(chǎn)狀存在差異，形成的晶間孔微孔隙度差別也較大。

圖6 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖雜基含量與物性相關(guān)性Fig.6 Correlation between matrix content and physical properties of Chang 6 sandstone in Huaqing area,Ordos Basina.雜基含量與孔隙度關(guān)系；b.雜基含量與滲透率關(guān)系

表1 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖X衍射粘土礦物分析結(jié)果Table 1 X-ray diffraction analysis of clay minerals in Chang 6 sandstone in Huaqing area,Ordos Basin

通過掃描電鏡與電子探針的結(jié)合，可定量測定不同類型、不同產(chǎn)狀粘土礦物晶間孔的孔徑、占粘土礦物體積比及對總孔隙度的貢獻(xiàn)率(表2)。結(jié)果表明，華慶地區(qū)長6段儲(chǔ)層中的伊利石呈絲縷狀或片狀(圖7a，b)，對儲(chǔ)層孔隙度的破壞小，產(chǎn)生的晶間孔占粘土礦物體積比最高，孔徑最大，介于50～4 000 nm，對總孔隙度的貢獻(xiàn)達(dá)10.3%；伊/蒙混層是成巖早期的蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物，主要呈蜂窩狀、網(wǎng)狀產(chǎn)出(圖7c，d)，并將大孔隙分隔細(xì)化，損失了部分孔隙，孔徑介于100～4 000 nm，平均750 nm，對總孔隙度的貢獻(xiàn)為8.6%；綠泥石通常以葉片狀和絨球狀產(chǎn)出(圖7e—g)，葉片狀多呈孔隙襯里包于顆粒表面，絨球狀一般充填在孔隙中，破壞大孔隙的完整性，將大孔隙分割成小孔隙，其產(chǎn)生的晶間孔相對窄細(xì)，孔徑介于20～1 000 nm，晶間孔占粘土礦物的體積比也較小，對總孔隙度的貢獻(xiàn)僅為3.7%；高嶺石自形程度較好，晶體較大，主要呈松散書頁狀和蠕蟲狀充填粒間孔隙(圖7h—k)，部分高嶺石棱角部位可見絲縷狀伊利石，表明高嶺石有向伊利石蝕變轉(zhuǎn)化的趨勢。高嶺石的晶間孔發(fā)育程度相對較高，孔徑介于50～4 000 nm，平均700 nm，對總孔隙度的貢獻(xiàn)為7.8%。

雖然粘土礦物自身都能夠產(chǎn)生一定數(shù)量的晶間孔隙，但不同粘土礦物對于儲(chǔ)層物性的影響存在差異。由于X衍射粘土礦物分析針對的是砂巖孔隙內(nèi)的所有粘土類填隙物，無法區(qū)分雜基和粘土礦物膠結(jié)物。因此，本研究采用常規(guī)薄片、鑄體薄片鑒定及物性測試資料，分析了華慶地區(qū)長6段儲(chǔ)層不同粘土礦物與孔滲之間的關(guān)系。常規(guī)顯微鏡無法準(zhǔn)確區(qū)分伊利石和伊/蒙混層，因二者形態(tài)與性質(zhì)較接近[27]，故將其視為整體加以研究。分析結(jié)果表明(圖8)，由于伊利石和伊/蒙混層的晶間孔占粘土礦物體積比大，晶間孔孔徑較粗，對總孔隙度的貢獻(xiàn)率較高，因此當(dāng)二者含量增加時(shí)，并未造成孔隙度的大幅降低，二者的含量變化與孔隙度相關(guān)性差。滲透率與伊利石和伊/蒙混層的關(guān)系呈明顯的負(fù)相關(guān)性，這是由伊利石和伊/蒙混層相對復(fù)雜的形態(tài)所決定的，當(dāng)伊利石和伊/蒙混層大量發(fā)育時(shí)(圖7a—d)，大孔隙被分隔為微-納米孔隙，粗喉道被分割成微、細(xì)喉道，孔喉彎曲度增加，滲流路徑也隨之發(fā)生變化。此外，伊利石和伊/蒙混層遇水均易發(fā)生膨脹[28]，產(chǎn)生速敏和水敏效應(yīng)，降低了儲(chǔ)層的滲透能力；綠泥石對儲(chǔ)層的影響是雙重的，當(dāng)綠泥石以孔隙襯里形態(tài)產(chǎn)出時(shí)，能夠有效抑制石英次生加大邊的生長(圖7g)，對原生孔隙的保存有利。當(dāng)綠泥石以孔隙充填狀存在時(shí)，孔隙和喉道變得曲折復(fù)雜，因此綠泥石含量增加，孔隙度和滲透率均呈下降趨勢，且滲透率受綠泥石的影響更為顯著；高嶺石在一定程度上也造成了孔隙空間的減少，但其晶形較大，晶間孔發(fā)育程度較高，且高嶺石通常是碎屑長石溶蝕的產(chǎn)物，形成于開放或半開放的成巖環(huán)境[23]，高嶺石發(fā)育的部位，往往也是長石溶孔發(fā)育的部位(圖7j，k)，因此高嶺石的含量與孔隙度和滲透率呈明顯的正相關(guān)性[17，23]。

表2 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖不同粘土礦物晶間孔尺度及孔隙貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of intercrystalline pore size of different clay minerals and its contribution to porosity in Chang 6 sandstone,Huaqing area,Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖粘土礦物顯微特征Fig.7 Micrographs showing features of clay minerals in Chang 6 sandstone,Huaqing area,Ordos Basina.毛發(fā)狀伊利石，主體孔徑500～4 000 nm，HQ5-1井，埋深2 199.5 m,SEM；b.片狀伊利石堵塞孔隙，主體孔徑50～3 000 nm，HQ1-2井，埋深2 051.3 m,SEM；c.蜂窩狀伊/蒙混層，主體孔徑100～3 000 nm，HQ7-9井，埋深2 007.6 m,SEM；d.網(wǎng)狀伊蒙混層，主體孔徑500～4 000 nm，HQ7-1井，埋深2 269.1 m,SEM；e.孔隙襯里綠泥石膜，主體孔徑50～1 000 nm，HQ14-1井，埋深2 208.4 m,SEM；f.孔隙充填狀綠泥石，主體孔徑20～800 nm，HQ4-1井，埋深2 091.0 m,SEM；g.綠泥石膜阻止石英的次生加大，HQ12-3井，埋深2 103.2 m,SEM；h.高嶺石充填粒間孔，主體孔徑50～1 500 nm，HQ8-3井，埋深2 206.1 m,SEM；i.高嶺石晶間孔，主體孔徑200～4 000 nm，HQ5-1井，埋深2 199.3 m,SEM；j.長石蝕變形成高嶺石晶間孔，HQ3-1井，埋深2 087.3 m，探針；k.長石蝕變?yōu)楦邘X石，HQ1-1井，埋深2 132.6 m，探針；l.k樣品中的高嶺石探針能譜

圖8 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖不同粘土礦物含量與物性關(guān)系Fig.8 Relationship between contents of different clay mineral and physical properties of Chang 6 sandstone in Huaqing area,Ordos Basina.伊利石+伊/蒙混層含量與孔隙度關(guān)系；b.伊利石+伊/蒙混層含量與滲透率關(guān)系；c.綠泥石含量與孔隙度關(guān)系；d.綠泥石含量與滲透率關(guān)系；e.高嶺石含量與孔隙度關(guān)系；f.高嶺石含量與滲透率關(guān)系

整體來看，雖然粘土礦物晶間孔在一定程度上緩解了孔隙度的降低，但不同粘土礦物的形態(tài)、產(chǎn)狀及對儲(chǔ)層造成的敏感性又加劇了粘土礦物與滲透率關(guān)系的復(fù)雜性。伊利石、伊/蒙混層和綠泥石的含量高值區(qū)，儲(chǔ)層物性通常較差，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多分布在高嶺石的發(fā)育區(qū)。

3.2 碳酸鹽膠結(jié)物特征及對儲(chǔ)層的影響

根據(jù)X衍射全巖礦物定量分析結(jié)果(表3)，華慶地區(qū)長6段儲(chǔ)層中的碳酸鹽膠結(jié)物以白云石(3.8%)和方解石(1.2%)為主，其次為菱鐵礦(0.6%)。碳酸鹽膠結(jié)物的來源通常有兩種，一種是來自沉積—同生期形成的原始沉積物，另一種是在成巖階段從孔隙水中沉淀生成的[29]。通過鑄體薄片、掃描電鏡及陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)分析，認(rèn)為華慶地區(qū)長6段儲(chǔ)層中的碳酸鹽膠結(jié)物基本屬于后者，是成巖階段從孔隙水中沉淀析出的。

從碳酸鹽膠結(jié)物的產(chǎn)狀及與碎屑顆粒的接觸關(guān)系來看，研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)可分為早期和中期兩期，早期碳酸鹽膠結(jié)物主要以方解石為主，經(jīng)茜素紅染色后呈淺紅色(圖9a)，陰極發(fā)光下呈暗紅色(圖9b)，多以基底式膠結(jié)充填于碎屑顆粒周圍或粒間孔內(nèi)，碎屑顆粒邊界清晰，呈漂浮狀。部分碎屑顆粒邊緣被方解石交代，表明早期碳酸鹽膠結(jié)形成于早成巖階段，該時(shí)期的孔隙水富含鈣離子，碳酸鹽膠結(jié)沉淀后能夠增強(qiáng)砂巖骨架的抗壓力，一定程度上減輕了壓實(shí)作用對儲(chǔ)層的破壞；中期碳酸鹽膠結(jié)以白云石為主，呈孔隙式膠結(jié)(圖9c)，白云石多以微晶、細(xì)晶粒狀充填于各類孔隙中，局部見嵌晶-連晶結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒多為點(diǎn)-線接觸，經(jīng)歷了一定程度的壓實(shí)作用，且可見白云石交代碎屑顆粒等現(xiàn)象，推測白云石膠結(jié)物主要形成于中成巖階段。

關(guān)于碳酸鹽膠結(jié)物對儲(chǔ)層的影響，不少學(xué)者做過相關(guān)研究[29-32]，認(rèn)為碳酸鹽膠結(jié)物對于儲(chǔ)層的影響具有兩面性。一方面，早成巖階段的碳酸鹽巖膠結(jié)物能夠有效降低壓實(shí)作用對儲(chǔ)層的破壞，成巖中后期的碳酸鹽膠結(jié)物易與有機(jī)酸反應(yīng)產(chǎn)生一定數(shù)量的溶蝕孔隙，能夠改善儲(chǔ)層的物性；另一方面，無論是孔隙式還是基底式膠結(jié)，碳酸鹽膠結(jié)物均對儲(chǔ)層孔隙造成了破壞，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性的降低。呂成福等[31]研究后還提出，碳酸鹽膠結(jié)物對儲(chǔ)層物性的影響存在一個(gè)臨界值5%，含量高于5%時(shí)，碳酸鹽膠結(jié)物對儲(chǔ)層造成不利影響，含量低于5%時(shí)，碳酸鹽膠結(jié)物對儲(chǔ)層的影響不顯著。通過對華慶地區(qū)長6段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物的顯微觀察和統(tǒng)計(jì)表明，碳酸鹽膠結(jié)物的晶形多數(shù)較完整，呈致密膠結(jié)狀(圖9d)，堵塞孔隙(圖9e)，碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕作用并不普遍，僅在個(gè)別樣品中見到碳酸鹽的溶蝕現(xiàn)象(圖9f)。碳酸鹽膠結(jié)物與儲(chǔ)層物性具有明顯的負(fù)相關(guān)性，對儲(chǔ)層物性的影響較大(圖10)，隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加，減孔減滲效應(yīng)明顯。

表3 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖X衍射全巖礦物定量分析數(shù)據(jù)Table 3 Quantitative analysis data of whole rock minerals of Chang 6 sandstone by X-ray diffraction in Huaqing area,Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物顯微特征Fig.9 Micrographs showing features of carbonate cement in Chang 6 sandstone,Huaqing area,Ordos Basina.早期方解石的基底式膠結(jié)，HQ14-2井，埋深2 212.8 m，茜素紅染色薄片；b.陰極發(fā)光下的方解石，HQ11-3井，埋深2 055.2 m，陰極發(fā)光；c.中期白云石的孔隙式充填，HQ8-3井，埋深2 206.1 m，陰極發(fā)光；d.碳酸鹽致密膠結(jié)，HQ4-1井，埋深2 091.0 m，SEM；e.孔隙內(nèi)的碳酸鹽，HQ7-1井，埋深2 269.1 m，SEM；f.碳酸鹽發(fā)生部分溶蝕，HQ6-7井，埋深2 264.0 m，SEM

3.3 硅質(zhì)膠結(jié)物對儲(chǔ)層的影響

關(guān)于碎屑巖中硅質(zhì)的來源問題，學(xué)者做了大量工作[33-38]，目前普遍認(rèn)為長石的溶蝕和粘土礦物的成巖轉(zhuǎn)化、壓實(shí)-壓溶作用及外來流體的帶入等原因是硅質(zhì)膠結(jié)物的主要來源。worden等[39]還將碎屑巖中的硅質(zhì)膠結(jié)物的來源分為來自砂體內(nèi)部硅質(zhì)來源和來自砂體之外的外部硅質(zhì)來源，其中內(nèi)部硅質(zhì)來源指的是硅質(zhì)遷移距離在0～10 m范圍內(nèi)的，包括石英壓實(shí)壓溶遷移的游離硅、長石的溶蝕及粘土礦物轉(zhuǎn)化釋放的硅。外部硅質(zhì)來源的硅質(zhì)遷移規(guī)模在數(shù)十米至數(shù)千米，主要為外來流體帶入、深部熱液侵入或火山物質(zhì)的脫?；?，外部硅質(zhì)來源的爭議較大。

圖10 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物含量與物性關(guān)系Fig.10 Relationship between carbonate cement content and physical properties of Chang 6 sandstone in Huaqing area,Ordos Basina.碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度關(guān)系；b.碳酸鹽膠結(jié)物含量與滲透率關(guān)系

通過觀察華慶地區(qū)長6段砂巖內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)物的產(chǎn)狀、形態(tài)以及與周圍顆粒的接觸關(guān)系來看，硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英次生加大邊存在，其次為石英單晶存在于孔隙內(nèi)。長6段砂巖中含有大量的長石碎屑，在酸性環(huán)境下，鉀長石極易發(fā)生蝕變產(chǎn)生高嶺石和二氧化硅，鏡下可見蝕變長石與硅質(zhì)膠結(jié)物的共生現(xiàn)象(圖11a)，表明長石溶蝕是研究區(qū)硅質(zhì)的主要來源之一；根據(jù)X衍射粘土礦物分析結(jié)果(表1)，長6段砂巖中的伊/蒙混層含量高，伊/蒙混層比為7%，表明成巖期存在大量蒙皂石向伊/蒙混層轉(zhuǎn)化，最終向更穩(wěn)定的伊利石轉(zhuǎn)化，在蒙皂石向伊利石轉(zhuǎn)化的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硅，因此粘土礦物的轉(zhuǎn)化也是研究區(qū)硅質(zhì)的主要來源之一；壓實(shí)-壓溶作用通常指成巖中后期，由于石英顆粒之間呈縫合線或凹凸接觸，導(dǎo)致在接觸點(diǎn)發(fā)生石英顆粒的化學(xué)溶解和再沉淀作用，形成硅質(zhì)膠結(jié)物。由于長6段砂巖碎屑顆粒以點(diǎn)-線接觸為主，縫合線及凹凸接觸很少，因此顆粒接觸點(diǎn)兩側(cè)的硅質(zhì)膠結(jié)物并非壓實(shí)-壓溶作用產(chǎn)生的(圖11b)，壓實(shí)-壓溶作用所能提供的硅質(zhì)相對有限。綜合分析認(rèn)為，華慶地區(qū)長6段砂巖內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)物主要來自于長石的溶解和粘土礦物的轉(zhuǎn)化，外來流體是否帶入硅質(zhì)暫無法確定。

一般認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)物對于儲(chǔ)層的影響是負(fù)面的，尤其是對于埋深較深的砂巖儲(chǔ)層，硅質(zhì)膠結(jié)物能夠提高巖石的抗壓強(qiáng)度，但對于孔隙的保存是沒有實(shí)際意義[40]。華慶地區(qū)長6段砂巖內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)物整體含量不高，石英次生加大邊可見Ⅰ期和Ⅱ期(圖11c)，以Ⅰ期為主，Ⅱ期相對較少。此外，孔隙內(nèi)還存在一定數(shù)量的石英單晶(圖11d)。硅質(zhì)膠結(jié)物基本未遭受后期溶蝕作用的改造，石英晶體完整(圖11e，f)，港灣狀溶蝕現(xiàn)象極少見。通過研究硅質(zhì)膠結(jié)物與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的關(guān)系表明(圖12)，盡管研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物的含量不高，但其與物性呈明顯的負(fù)相關(guān)性，這是因?yàn)槭⒋紊哟筮厜嚎s了孔隙空間，導(dǎo)致孔隙縮小，喉道變窄；單晶石英在孔道內(nèi)也極易松動(dòng)堵塞喉道，導(dǎo)致砂巖儲(chǔ)集性能變差。因此，硅質(zhì)膠結(jié)物也是影響華慶地區(qū)長6段深水致密砂巖儲(chǔ)層物性的主要因素之一。

4 結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段深水致密砂巖的雜基含量普遍較高，其對致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響并非簡單的破壞作用。雜基并非完全致密，可產(chǎn)生一定數(shù)量的雜基晶間孔和雜基溶孔等次生孔隙，孔徑介于20～1 000 nm。當(dāng)雜基含量≤7%時(shí)，孔徑0～1 μm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量與雜基含量成正相關(guān)，雜基次生孔隙發(fā)育，對儲(chǔ)層產(chǎn)生一定積極作用；當(dāng)雜基含量>7%時(shí)，孔徑0～1 μm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量與雜基含量成負(fù)相關(guān)，雜基次生孔隙發(fā)育程度降低，加劇了儲(chǔ)層的致密。

2) 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段深水致密砂巖不同類型粘土礦物均可產(chǎn)生一定數(shù)量的晶間孔，一定程度上彌補(bǔ)了粘土礦物膠結(jié)物充填帶來的孔隙損失，但不同粘土礦物的形態(tài)、產(chǎn)狀及對儲(chǔ)層造成的敏感性又加劇了粘土礦物與滲透率關(guān)系的復(fù)雜性。伊利石、伊/蒙混層和綠泥石的含量高值區(qū)，儲(chǔ)層物性通常較差，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多分布在高嶺石的發(fā)育區(qū)。

3) 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖碳酸鹽膠結(jié)物以早成巖階段的方解石基底式膠結(jié)和中成巖階段的白云石孔隙式膠結(jié)為主，呈致密膠結(jié)狀充填各類孔隙，溶蝕作用弱，是華慶地區(qū)長6段深水致密砂巖儲(chǔ)層物性降低的主要因素之一；硅質(zhì)膠結(jié)物主要來自于長石的溶解和粘土礦物的轉(zhuǎn)化，呈石英次生加大邊和自生石英的形式堵塞孔隙，雖然整體含量不高，但硅質(zhì)膠結(jié)物含量高值區(qū)往往儲(chǔ)層物性較差。

圖11 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖硅質(zhì)膠結(jié)物顯微特征Fig.11 Micrographs showing features of siliceous cement in Chang 6 sandstone,Huaqing area,Ordos Basina.蝕變長石周圍沉淀的硅質(zhì)膠結(jié)物，HQ13-1井，埋深2 105.9 m，鑄體薄片；b.點(diǎn)-線接觸點(diǎn)兩側(cè)的硅質(zhì)膠結(jié)物，HQ7-1井，埋深2 269.1 m，鑄體薄片；c.兩期石英加大邊，HQ6-7井，2 264.0 m，鑄體薄片；d.孔隙內(nèi)的自生石英，HQ5-1井，埋深2 199.5 m,SEM；e.晶形完整的石英次生加大邊，HQ14-4井，埋深2 222.4 m,SEM；f.石英次生加大邊，HQ8-3井，埋深2 206.1 m,SEM

圖12 鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段砂巖硅質(zhì)膠結(jié)物含量與物性關(guān)系Fig.12 Relationship between siliceous cement content and physical properties of Chang 6 sandstone,Huaqing area,Ordos Basina.硅質(zhì)膠結(jié)物含量與孔隙度關(guān)系；b.硅質(zhì)膠結(jié)物含量與滲透率關(guān)系

4) 填隙物對鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長6段深水致密砂巖儲(chǔ)層物性的影響顯著，高含量的雜基、碳酸鹽、硅質(zhì)及伊利石、伊/蒙混層和綠泥石導(dǎo)致了儲(chǔ)層孔滲的降低；雜基含量≤7%且高嶺石膠結(jié)物相對發(fā)育的地區(qū)，往往是深水沉積儲(chǔ)層油氣勘探開發(fā)的有利“甜點(diǎn)”區(qū)。