1、 西北大学学报(自然科学网络版) 2003 年 12 月 第 6 期Science Journal of Northwest University Online Dec. 2003 No.6 收稿日期：2003-04-29基金项目：中国石油天然气股份公司资助项目(2001-23)审稿人：罗静兰，女，西北大学地质学系教授。Fig.1 Sandstone triangular diagram of the Yanchang Formation in North Shaanxii图 1 陕北地区延长组砂岩组分图长石(F) 岩屑(R)石英(Q)n=1755(个 )陕北地区上三叠统延长组储层特征及其主要
2、控制因素喻 建， 杜金良，杨新生，刘联群（长庆油田公司 勘探开发研究院，陕西 西安 710021）摘 要：从砂岩的储集条件、岩石学特征、填隙物组分、孔隙类型及孔隙结构等方面入手，将研究区分为安塞、志靖、安五、吴旗 4 个区， 对延长组长 2长 6（重点是主力油层组长 6）储层特性从沉积作用、成岩作用、构造改造作用进行了探讨， 对影响储层储集性能的因素进行了分析，认为陕北地区储层东西差异明显，东部好，西部差，并在此基础上对储层做出了客观评价。关 键 词：延长组储层；沉积相带；成岩作用；控制因素；陕北地区中图分类号：TE122.2 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2003)0040-
3、09陕北地区位于鄂尔多斯盆地一级构造单元陕北斜坡的中西部，北起横山，南至永宁、白豹，西自定边，东到延安，是最主要的石油富集区带。该区发育大型三角洲沉积体系，主砂体厚度大, 砂体分布稳定，油气资源丰富。区内延长组长 8长 2 在纵向上多层系含油，平面上含油层复合连片，油气资源十分富集，具备形成大型油田的条件 1。1 岩石学特征陕北地区延长组砂岩岩性以长石砂岩为主，其次为岩屑长石砂岩，岩屑砂岩很少( 见图 1)。1.1 碎屑组合特征该区延长组砂岩的矿物成熟度总体较低，结构成熟 度较高，碎屑成分中长石含量 5255.4，石英 27.131.3。相比之下，长 2 的矿物成熟度高于长 6 和长 4+5（
4、见表 1） 。砂岩粒级属细砂级和粉砂级，不同地区无明显的差异。从层位上看，长 2 层相对较粗，分选较好，磨圆中等，以次棱角状为主，其次是次棱角次圆状。2表 1 陕北地区延长组砂岩组分表Tab.1 Sandstone components of the Yanchang Formation in North Shaanxi, %1.2 填隙物成分及特征该砂岩的填隙物主要由杂基和胶结物两部分组成。按其自生矿物类型分为：粘土矿物（绿泥石、高岭石、混层伊利石/蒙脱石等） 、沸石类矿物（以浊沸石为主） 、碳酸盐矿物（铁方解石、方解石、铁白云石、白云石、菱铁矿） ，以及石英、长石等，且不同层位、不同地区含
5、量不同，呈一定的规律性展布（见表 2） 。表 2 陕北地区延长组填隙物成分统计表Tab.2 Statistics of filling composition of the Yanchang Formation in North Shaanxi, %填 隙 物 成 分 层 位地 区高岭石 水云母 绿泥石 方解石 白云石 重晶石 浊沸石 硅质 杂基安塞 0.5 0.2 3.5 2.5 0.8 0.0 0.2 0.4 1.3志靖 0.3 0.5 3.7 2.1 0.1 0.0 0.1 0.9 1.3吴旗 1.5 1.4 2.0 1.3 2.3 0.0 0.0 0.7 1.8长 2安五 2.0 1.
6、3 2.5 2.5 2.1 0.0 0.0 1.5 1.0安塞 0.0 0.4 4.1 2.5 0.0 0.0 0.5 1.2 2.0志靖 0.0 2.1 3.9 5.8 0.4 0.0 0.0 1.5 3.9吴旗 0.0 0.5 1.3 2.3 3.4 0.6 0.0 0.4 2.2长 3安五 0.4 0.7 3.1 3.0 1.3 0.2 0.0 0.7 1.2安塞 0.0 0.5 3.1 2.4 0.2 0.0 1.0 1.3 1.9志靖 0.0 2.0 2.8 3.7 0.0 0.0 0.0 1.1 0.7吴旗 1.5 9.0 0.0 0.2 0.2 0.1 0.0 0.8 2.0长
7、4+5安五 0.3 1.2 3.8 7.7 0.4 0.0 0.2 1.7 2.5安塞 0.0 0.3 5.2 3.0 0.1 0.0 3.3 0.8 1.8长 6志靖 0.1 0.6 4.0 2.7 0.0 0.0 3.8 1.2 1.3吴旗 0.1 2.2 3.4 3.2 3.6 0.0 0.0 1.1 3.9砂层组 石英（Q） 长石（F） 岩屑（R ） F/Q Q/（Q+F+R ）长 2 31.3 52.7 15.9 1.68 0.31长 3 30.2 53.9 16.0 1.79 0.30长 4+5 28.5 52.0 19.5 1.82 0.29长 6 27.1 55.4 17.6
8、2.05 0.273安五 1.4 1.0 4.3 5.8 0.1 0.0 0.8 1.2 1.8绿泥石是本区延长组储层中最为发育的胶结物，主要为孔隙衬里式胶结（即包膜绿泥石） ，电镜下单晶呈针叶片状，集合体呈绒球状或玫瑰花状。高岭石主要为孔隙充填式胶结，晶体呈六方板状，集合体呈书页状，有时与自生石英共生(见图 2)。沸石类矿物以浊沸石为主，为孔隙充填式胶结，充填孔隙为原生粒间孔隙和次生孔隙，或在绿泥石环边之后生长，电镜下单晶呈柱状、集合体呈放射状。碳酸盐矿物在早成岩期以菱铁矿和方解石为主，局部泥微晶碳酸盐较多，多为孔隙充填式胶结，晚成岩期发育含铁方解石和白云石，以亮晶碳酸盐为主，呈嵌晶式胶结、
9、连晶式胶结或矿物交代式胶结（见图 3） 。泥微晶碳酸盐在单偏光镜下呈斑点状，电镜下为排列无序的菱面体小自形晶；亮晶碳酸盐在单偏光镜下显特征的高级白干涉色，电镜下晶体呈镶嵌状，菱形解理清晰。杂基普遍含量很低，西部吴旗、安五地区高于东部安塞、志靖地区，不同层位变化不大，长 2 层平均 1.35%，长 6 层平均 2.2%，杂基含量对渗透率影响较大，一般杂基含量超过 15%，砂体渗透性就很低了。2 孔隙组合类型及结构特征陕北地区上三叠统延长组储层主要发育 3 种孔隙类型：即原生孔隙、次生孔隙和微裂隙。原生孔隙以残余原生粒间孔为主，长 6 占 47%56% ，次生孔隙主要有长石溶孔（长 6 占 17%
10、26%） 、浊沸石溶孔（长 6 占 15%20%） 、岩屑溶孔（长 6 占 2%8% ） 、晶间孔（长 6 占 4%15%） 。2.1 孔隙组合类型图 2 高岭石电镜照片（新16，1448.5m，长2）Fig.2 The electron microscope photo of the Kaolinite图 3 连生方解石胶结物电镜照片（ZJ33，1805.1m，长 6）Fig.3 The electron microscope photo of the Calcites cementing matter 4残余原生粒间孔是长 2、长 3 储层的主要孔隙类型。安塞和志靖地区粒间孔隙含量最高，其
11、中：长 2层在志靖地区最高，达 77%，安塞地区 75%，吴旗地区最低，为 63%；长 3 层在安塞地区达 73%，志靖地区 65%。区内长 4+5、长 6 储层中次生孔隙发育，达 45%50%。其中：安塞地区长石溶孔 20%、浊沸石溶孔20%、晶间孔 5%；志靖地区长石溶孔 17%、浊沸石溶孔 21%、晶间孔 2%；安五地区长石溶孔 26%、吴旗地区 22%；浊沸石溶孔主要分布在安塞、志靖地区，晶间孔主要分布在安五（长 6 为 9%）和吴旗地区（长 6 为 14%） 。该储层具有两种次生孔隙类型组合方式：一种是粒间孔-长石溶孔- 浊沸石溶孔构成孔隙的主体，比较典型的是安塞和志靖地区；另一种是
12、粒间孔-长石溶蚀孔-晶间孔隙构成孔隙的主体，比较典型的是安五和吴旗地区。2.2 孔隙结构特征长 2、长 3 层的孔喉结构优于长 4+5 层、长 6 层。长 2、长 3 层孔隙喉道偏粗，孔喉组合属大-中孔隙细微喉道，长 4+5、长 6 层孔隙喉道均偏细，属小孔隙微喉道（见图 4） 。从地区分布上看：安塞、志靖地区孔喉结构优于安五、吴旗地区，安五地区平均孔径为 22.7m，吴旗地区为 20.6m，安塞地区为47.7m，志靖地区为 56.2m，属中孔隙微喉道。喉道分布具有 双峰和偏态特征，塞 141 井毛管半 毛管半径/m毛管压力/MPa汞饱和度/%毛管压力/MPaZJ78 井ZJ78 井塞 141
13、井塞 141井汞饱和度差/%汞饱和度差/%5图 4 ZJ78 井和塞 141 井长 6 储层压汞曲线和喉道半径分布直方图Fig.4 Histogram of Chang 6 reservoir hydrargyrum curve and pore throat radiusdistribution from well ZJ78 to Sai141径高值主要分布在 0.01m 和 0.12m 两段。孔隙度、渗透率分布特征具有正相关，说明本区主要为孔隙性储层。渗透率与排驱压力、中值压力、均值为负相关，渗透率与排驱压力的相关性最好，其相关系数达到 0.842 4。然而，分选系数越大，喉道分选越差，但
14、喉道变粗，渗透率提高。这主要是成岩过程中形成的溶蚀孔隙改善了储层的储集性能，形成了分选差时渗透性反而高的特殊地质规律，但总的特征为低孔渗储层 2。3 储层主要控制因素分析研究表明，控制储层发育的主要因素为沉积相、成岩作用及构造改造作用。他们对储层的控制是相互联系的，但其作用大小是不同的。3.1 沉积相带对储层的控制陕北地区油田储量主要分布于河道砂体和三角洲前缘水下分流河道中（即受控于沉积相带） ，河流砂体物性最好，三角洲砂体中的水下分流河道砂体物性较好，次为三角洲平原分流河道，而在主砂体展布带内，砂体中心部位物性相对较好,两边物性逐渐变差。3.2 岩石结构对砂岩原始物性的控制岩石碎屑的粒度、分
15、选性、磨圆度、排列方式及其含量控制着砂体的原始孔渗性，颗粒粒径与孔隙度无必然的关系，但与孔隙大小成正比。这意味着，粒径越大孔隙度也越大，而渗透率与孔隙大小的平方成正比。例如，A27 井岩石为细中粒，储层渗透率达 7.187 610-3m2,平均面孔率 12.15%；A14 井为泥粉细粒，渗透率 1.1710-3m2, 平均面孔率 5%。这说明在其他条件相同时，砂岩的分选程度越好，其抗压实作用愈强，孔隙度越高。因此，由于岩石结构的不同，不同的地区单井储层物性有很大的差异，非均质性较强。但是，低孔、低渗，单井平均渗透率 0210-3m2 的达 78.9%，大于 1010-3m2 的仅占 2.5%（
16、见表 3） 。表 3 陕北地区长 6 储层单井平均渗透率表Tab. 3 Chang 6 reservoir average permeability per well in Shaanxi 渗透率区间/m210-3 0.5 0.5 1 12 23 34 45 58 89 910 10百分数 /% 30.1 24.6 24.2 8.1 6.4 2.5 0.8 0.4 0.4 2.5/%汞饱和度/% 毛管半径/m毛管半径/m汞饱和度/%63.3 成岩作用是影响储集性能的重要因素3.3.1 压实、压溶作用大大降低了孔隙度 随着沉积物埋深的加大，压实、压溶作用的增强，颗粒支撑方式发生了变化，颗粒间由点
17、接触转为线接触、凹凸接触甚至缝合接触，使孔隙的损失逐渐增大。在压实作用下，由于长 2 石英含量比长 6 高，其抗压能力强，因而长 2 砂岩比长 6 砂岩粒间孔隙的损失少。区内长 2 砂岩原生粒间孔隙平均为 7.6%，长 6 砂岩为 2.2%，二者相差 5.4%。随着埋深的增加，上覆地层压力的加大，压实作用由物理变化向化学变化转化（即发生压溶作用） ，压溶作用可以使原生粒间孔隙进一步降低。因此，由于区内延长组东部埋藏浅，西部埋藏深，因而造成东部地区物性好，西部地区物性差。3.3.2 自生粘土矿物对储层物性的改造 自生粘土矿物绿泥石多呈薄膜环边附着在碎屑矿物的周围，并呈片状晶体生长进入孔隙空间，从
18、而封闭了微观孔隙。据荧光分析，它吸附的大量原油堵塞了孔隙，造成储集岩渗透率下降，并造成原油流动能力的降低。但是，环边绿泥石形成之后，岩石骨架颗粒间的相对位置基本稳定，能够抗压实，从而使各种类型的孔隙不再因压实作用而显著减少。同时，绿泥石环边的形成，使粒间孔隙得到了较好的保存 3，4 。综合两方面的因素，笔者认为：绿泥石在储层演化中的作用是积极的，是三角洲广泛发育和三角洲前缘砂体的重要指示矿物，其含量较高（4%6% ）的地方，储层储集性能亦较好；平面上其分布与砂体走向基本一致，绿泥石高的地方为主砂体带（见图 5） 。浊沸石沉淀作用使岩石固相体积增加约 40%，但它对钙离子和硅离子的消耗限制了自生
19、碳酸盐和石英的沉淀，导致在浊沸石发育的层位和地区碳酸盐胶结和自生石英的沉淀作用相对不发育 5，6 ，平面上亦如此。如安塞、志靖地区浊沸石含量高，碳酸盐矿物和石英含量则相对较低。不同的自生矿物对孔隙的影响是非常明显的，若胶结物主要由碳酸盐矿物构成，此时岩石的孔隙度接近 0，构成致密的钙质层，并将厚的储层分割成若干薄的储层，从而使有效储层的总厚度降低。例如：安五、吴旗地区自生碳酸盐含量很高，所以储层储集性能远不如安塞、志靖地区；安五地区长 6 层方解石平均 5.8，在区内含量是最高的，而面孔率平均 3.4%，是最低的；志靖地区方解石含量较低，平均 2.7，而面孔率 5.3，为区内最高的（见图 6）
20、 。7图 5 绿泥石电镜照片（ZJ78，1 524.78m ，长 6）Fig.4 The electron microscope photoof the Chlorite 图 6 浊沸石电镜照片（新16，1 809.7m, 长6）Fig.5 The electron microscope photoof the Zeolite 3.3.3 溶解作用对砂岩孔隙的改善1）大气淡水淋滤溶解作用。主要发生于浅层或邻近不整合面附近的储层中，长 2 储层为大陆水型，属于重碳酸氢钠水型，pH7，属于中性或弱碱性水，水体交换和溶蚀作用较强烈。长 2 等上部油层组具有较高的孔隙度，主要是在印支期暴露期间大气水对
21、延长组上部油层的溶解作用造成的。长石溶孔是次生孔隙中最重要的孔隙，在长 2 油层组中对孔隙的贡献达 20%30% 。2）有机酸溶解作用。主要发生于生油门限深度以下及邻近生油岩的储层中。长 6 储层油田水为封闭水，氯化钙水型，pH 值属于弱酸性（ 4.56.5） ，水体交换弱。但是，由于靠近长 7 烃源岩，在生烃过程中油气与羧酸类同时运移至长 6 储层，酸蚀作用造成长 6 储层中长石的溶蚀，形成次生孔隙。在浊沸石强溶区，长 6 储层性质优于浊沸石富集轻溶区和微溶区 7。例如：安塞三角洲长 6 储层的孔隙度10%15 ，镜下面孔率达 7%8，渗透率 110-3510-3m2；王家窑、侯市、杏河长
22、61 油藏的开发明显优于坪桥长 61 油藏，即与此有关。因此，溶解作用产生的浊沸石溶孔对安塞、志靖地区成为有效储层起了决定性的作用。3.4 构造改造作用是影响储集性能的重要条件构造作用从大的方面控制着沉积环境和成岩作用，从而间接地控制着岩石的储集性能，而后期改造作用对岩石性能的影响主要表现在使岩石破碎而形成的裂缝。据岩心观察，新 56 井发育多条高角度裂缝，而沿 30 井仅在长 2 储层中发育一条高角度裂缝，说明裂缝在该区延长组储层中的发育不平衡，平面亦是不均匀的。例如，安塞志靖地区裂缝平均 0.05 条/m 左右，而长 6 则达 0.08 条/m ，裂缝的存在不仅为本区提供了石油运移通道，改
23、善了储层的储集性能。而且，为大气淡水、酸性水进入砂体提供了运移通道，往往形成良好的次生孔隙，进一步改善了储层的物性。因此，在局部地区裂缝对储层改善起了很大的作8用。总之，储层在纵向上有明显的差异性，横向上又有显著的分区性。长 6 以，类较好中等储层为主，浊沸石强溶蚀区为类储层，长 2 主要为类储层，长 3、长 4+5 多为，类储层，部分为类储层。4 结 论1）陕北地区延长组储层存在东西差异。安五、吴旗地区岩性较细，岩屑及杂基含量高，成岩作用强，绿泥石含量低，碳酸盐含量高，不利于原生粒间孔隙及次生孔隙的保存，孔隙喉道偏细，属小孔隙微喉道。安塞、志靖地区为细-中孔隙微喉道，储层相对较好。2）在成岩
24、作用过程中，方解石、绿泥石、浊沸石等自生矿物对储层物性有显著的控制作用。浊沸石的沉淀消耗了孔隙水中的 Si4+，Ca 2+离子，使碳酸盐和石英的胶结作用不太发育，抑制了碳酸盐对孔隙的封堵。绿泥石含量较高时不但对各种孔隙产生保护作用，还可限制石英的次生加大，保存了次生孔隙。如果浊沸石的溶蚀率高，并能够和绿泥石有机配合，可形成好的储层。3）研究区孔隙类型主要有两种组合方式，一种是长石溶蚀孔和晶间孔构成次生孔隙的主体，以安五和吴旗地区为代表；另一种是长石溶孔和浊沸石孔隙构成次生孔隙的主体，比较典型的是安塞和志靖地区。安五地区虽然发育浊沸石溶孔，但其含量较少，分布范围有限，且成岩作用强烈，不利于浊沸石
25、溶蚀，对次生孔隙贡献的意义不大。4）延长组上部长 2、长 3 油层组为有效储层，其油气的运移及保存应是研究的重点。下部长 4+5、长 6 油层组环边绿泥石（大于 5%）的存在，为孔隙的保存和进一步发育奠定了基础。因此，浊沸石溶孔发育，绿泥石含量较高，碳酸岩含量低的区域为有效储层，其余均为非有效储层。参考文献：1 罗蛰潭，王允诚. 油气储层的孔隙结构M. 北京：科学出版社， 1986.120-145.2 李文厚，柳益群，冯 乔. 川口油田长 6 段油层组储集层特征与油气富集规律J. 岩石学报，1998，14(1)：117-128.3 柳益群，李文厚. 陕甘宁盆地东部上三叠统含油长石砂岩的成岩特点
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27、 Approaches to predicting reservoir quality in sandstonesJ. AAPG Bulletin ，1995，79(1)：97-115.9 EHRENBERG S N. Preservation of anomalously high porosity in deeply buried sandstones by grain-coating chlorite: Examples from the Norwegian Continental Shelf J. AAPG Bulletin，1993，77(7)：1 260-1 286.（编辑 张银玲
28、）Reservoir characteristics of Yanchang Formation, the Upper Triassic Epoch and the analysis of its control factors, North ShaanxiYU Jian, DU Jin-liang, YANG Xin-sheng, LIU Lian-qun（Research Institute of Petroleum E the actions of sedimentary, diagenesis and structure especially on the major pay of C
29、hang 6 are discussed. This shows that the reservoirs in the east are better than that of the west in north Shaanxi, and on this basis, an objective evaluation for the reservoirs was also given Key words: reservoir of Yanchang Formation; sedimentary facies belt; diagenesis; control factors; North Sha
30、anxi 作 者 简 介喻 建，男，陕西三原人，生于 1965 年 10 月。 1988 年毕业于西南石油学院，同年分配至长庆油田工作。2001 年至今，参加西北大学地质研究 课程进修学习，现在长庆油田勘探开发研究院石油勘探室任高级工程师，室主任。1990 年至今，一直从事鄂尔多斯盆地中生界石油勘探部署、综合地质研究及勘探10方案编制等工作，先后组织或参与了 10 余项集团公司、油田公司科研项目。2001 年和 2003 年陕北大型三角洲油藏勘探新突破及勘探技术、 西峰油田的发现及勘探技 术获中国石油天然气集团公司技术创新一等奖，先后获油田公司技 术创新一、二、三等奖 12 项。在中国石油勘探、 低渗透油气田等刊物发表学术论文 6 篇。2001，2002 年度荣获油田公司劳动 模范、先进生产者、优秀科技人才称号。
