Question

成岩作用对储层孔隙演化和储集性的影响

Answer 1

在埋藏成岩过程中，成岩作用对沉积岩石的物性、结构乃至成分都产生了深刻的影响，其中最突出的表现之一，就是使岩石的孔、渗性及孔隙结构发生了显著的变化。

（一）成岩作用对储层的影响

1.较强的压实作用是导致本区延长组储层物性变差的主要地质因素

晚三叠世延长期沉积时，富县地区处于均匀补偿或欠补偿缓慢沉积期，沉积速率仅为0.078 mm/y（吴崇筠等，1992）。延长组沉积后又历经较长的埋藏过程，加之岩石中抗压实能力较弱的长石、岩屑等塑性碎屑颗粒含量较高（一般大于 50%）。这些因素共同作用，导致岩石经历了充分的、较强的压实作用，因此常见塑性颗粒定向排列、弯曲变形、线接触-凹凸接触等明显的压实成岩现象。同时，延长组压实作用强度与其埋深关系明显，导致岩石的孔渗性和孔隙结构随着埋深的增加而急剧变差（图6-12），浅部长2、长3油层组物性条件明显优于埋深大的深部长4+5、长6、长8油层组，也表明随埋深加大、日益增强的压实作用对岩石物性产生的负面影响越大。

2.较强的胶结作用严重影响了储层的储集性能

一般都把胶结作用归类于破坏性成岩作用。其实，胶结作用对储层的影响不能一概而论，不同时期的胶结作用对物性的影响有别。

1）早期胶结作用对孔隙演化的影响。早成岩期胶结作用对储层的影响，既有破坏性又有一定的建设性。胶结物一方面由于占据了一部分粒间孔隙空间而导致原始孔隙、喉道遭受到不同程度的损害；另一方面，正是早期胶结物的形成，加强了岩石内部的支撑性，而一定程度上抑制、减缓、削弱因随埋藏加深而引起的强烈压实作用对储层的进一步破坏，使部分原始孔隙得以保存并更有利于晚期被溶蚀形成与发育各种次生孔隙。

图6-12 延长组储层砂岩孔隙度和渗透率与埋深关系图

2）晚期胶结作用对孔隙演化的影响。真正严重破坏储层物性的当属晚期胶结作用，因为晚期胶结物被溶蚀形成次生孔隙的机会大大减少，反而对原生孔隙、次生孔隙造成伤害的机率极大地增加，可使小孔以上的孔隙消失殆尽而残留微孔，同时又可能因其堵塞喉道而使渗透率急剧下降，形成低孔低渗致密储层甚至隔层。

同时，不同类型的胶结作用对储层的破坏程度不等。

1）自生粘土矿物对储层物性的影响。本区延长组砂岩中广泛发育的绿泥石胶结物，以孔隙衬边或孔隙充填物的形式极大地影响了储层的物性，造成的孔隙损失量估计为 1%～4%（图6-13），同时还因其缩小或堵塞喉道而极大地降低了岩石渗透率。区内含量较少的毛发状伊利石附于碎屑颗粒之上，对孔隙的损失量仅为 1%～2%或更小。其他粘土矿物较少，对物性的影响不突出。总之，自生粘土矿物对区内延长组岩石孔隙度、渗透率及孔隙结构造成了明显的破坏性效应。

2）碳酸盐胶结物对储层物性的影响。碳酸盐胶结物是本区延长组砂岩中一种主要胶结物，它对区内延长组储层岩石物性和孔隙结构的影响明显表现为孔隙度、渗透率、退汞率、最大压汞饱和度及中值喉道半径均随碳酸盐含量的增加而降低或减小（图 6-13，6-14），排驱压力随碳酸盐含量的增加而升高。

区内延长组砂岩碳酸盐胶结物含量为0.16%～35.7%，平均值为2.48%～8.04%（表6-13），且随层位变老（即长8、长6、长2油层组）而增加，表明碳酸盐胶结作用随年代变老而增强。尽管碳酸盐胶结物具易于溶蚀的属性，但区内碳酸盐胶结物主要形成于晚成岩期，没能发生强烈的溶蚀作用，它造成的原始孔隙度损失量平均可达8%以上，最大可达30%。

表6-13 重点油层组砂岩碳酸盐胶结物含量与孔隙度、渗透率统计表

图6-13 长2、6、8油层组砂岩碳酸盐胶结物含量与孔隙度、渗透率关系

3）石英、长石次生加大对储层物性的影响。石英和长石的次生加大边因填塞孔隙和喉道而使孔隙结构变差。区内延长组砂岩中石英和长石的次生加大胶结作用不强烈，一般多见Ⅰ—Ⅱ级，含量一般仅为1%～4%，因此对孔隙度的损失低于4%（图6-13）。

总之，富县地区延长组砂岩从早成岩期至今，持续经历了多期次、多类型的胶结作用，所形成的广泛分布的粘土矿物（以绿泥石为主）、碳酸盐矿物（以方解石为主）、自生石英、长石及少量沸石等胶结物，对岩石的孔隙度、渗透率均造成了极大的伤害。

3.较弱的溶蚀作用未能明显地改善储层的储集条件

溶蚀作用是次生孔隙形成的最主要成岩作用，其作用机理是通过溶蚀流体部分或全部溶蚀岩石中易溶组分而形成一定数量的次生孔隙。

富县地区延长组砂岩溶蚀现象较为普遍，溶蚀流体主要为下渗大气水和晚期有机质热成熟过程中衍生的酸性有机热液，尤其是晚期酸性流体对次生孔隙的形成极为重要；被溶蚀的易溶组分主要是碎屑长石、方解石及少量浊沸石等胶结物，有强弱不等的早晚两期溶蚀作用。

图6-14 富县地区延长组砂岩储层成岩-孔隙演化示意简图

早期溶蚀作用形成的孔隙因后期胶结物的充填而基本上失去意义，仅据溶蚀的残余结构可以判断它曾经发生过。

然而据显微镜下的观察，区内延长组砂岩中的晚期溶蚀作用并非很强烈。其原因可能在于：鄂尔多斯克拉通沉积盆地内部缺乏深大断裂及火山活动，盆地古地温梯度较低（仅2.9℃/100 m），导致生油岩有机质成熟产生酸性水的时间延迟到早白垩世末期，而此时延长组砂岩因长期（约100 Ma）的压实-胶结作用已经变得非常致密，影响了酸性水的渗透扩散，错过了溶解作用的最佳时机；早白垩世后，由于盆地抬升，导致延长组晚期溶蚀作用进行得不彻底，持续时间较短，因而延长组砂岩所经历的晚期溶蚀作用较弱。尽管本区延长组储层晚期溶蚀作用相对较弱，但它对区储层的改善仍是功不可没。晚期溶蚀作用所形成的各类溶孔和溶缝，不仅扩宽了砂岩的喉道，大大改善储层的渗流条件，而且扩大了砂岩孔隙。根据邻区前人研究资料和本次的观察、测试分析得出，晚期溶蚀作用所增加的次生孔隙度在2%～10%、平均5%以上（图6-13）。但是，与许多学者对其他盆地和其他地层碎屑岩储层次生孔隙的研究得出的数据相比，本区延长组储层次生溶蚀孔隙度相对偏低，表明晚期溶蚀作用不强。

综上所述，富县地区延长组砂岩富含陆源碳酸盐岩碎屑、长石、岩屑等不稳定组分，早成岩期较强、较长时间的压实-胶结作用使物性变差，而在晚成岩期，溶解作用的广泛进行而形成了一定数量的次生溶蚀孔隙，但较晚、较弱的有机酸溶蚀作用对储层没能起到极为显著的改善作用；同时岩石中的陆源碳酸盐岩碎屑及其成岩演化又成为晚期碳酸盐胶结物形成的主要物质来源，形成强烈的晚期碳酸盐胶结作用，因而导致了其较差的储层物性，形成压实-胶结型低孔渗储集砂体。

（二）成岩-孔隙演化模式

前人曾根据鄂尔多斯盆地延长组砂岩碎屑粒度累计曲线上求得分选系数（Trusk分选系数），按照比尔德和韦尔（1973）提出的原始孔隙度计算式[Φ=20.91+（22.9/Trusk分选系数）]，计算出延长组原始孔隙度平均值约为35%（朱国华，1982）。而本次研究得出，现今富县地区延长组砂岩平均孔隙度仅为9.4%。由此可见，本区延长组砂岩从早成岩期到晚成岩A—B期的成岩演化过程中，经历的复杂的成岩作用与多阶段的成岩演化极大地影响了岩石的孔渗性（图6-13）。大体上可分为3个成岩-孔隙演化阶段。

1.机械压实和化学压溶孔隙缩小期

主要发生于早成岩阶段，机械压实和化学压溶作用使原生孔隙大量减少。

早期机械压实作用是砂岩在成岩期孔隙度降低的主要地质营力（朱国华，1982），其次是压溶作用随埋深变大而发生发展并导致早期石英次生加大、早期碳酸盐胶结作用，它们在该阶段造成的大量孔隙遭受损失。据估算，孔隙度损失量为 15%～25%，平均 20%左右（图6-13），其中以机械压实作用损失最大（减少的孔隙度最大可达16%）（朱国华，1985）。

2.溶蚀作用孔隙扩大期

主要发生于晚成岩A亚期，此时有机质热演化成熟开始生烃，产生大量CO₂和脱羧基的有机酸酸性水，使储层中不稳定组分如长石、岩屑、沸石及早期碳酸盐胶结物、浊沸石等不同程度溶解，形成一定数量次生孔隙，增大了砂岩孔隙度。当储层内酸性水体大量减少，地层水渐趋碱性时，可为石英溶蚀创造条件而形成粒内溶孔、晶间溶孔。但是，延长组砂岩中溶蚀作用较弱，且伴随溶蚀作用而发生的交代充填作用又部分地抵消了溶蚀作用对孔渗性改造的积极意义。据估算，延长组储层最终因溶蚀作用而增加的次生孔隙度约为2%～10%。

3.胶结充填孔隙缩小期

主要发生于晚成岩A亚期，因铁方解石、硅质、铁白云石、沸石胶结物及自生粘土矿物的大量形成并充填残余粒间孔隙，且交代其他碎屑矿物。尤其是pH值升高，最后形成晚期方解石胶结物，从而进一步降低岩石孔隙度，使岩石孔隙度达到孔隙演化史上的最低值。据估算，本区延长组中胶结作用使原始孔隙度的损失量可高达10%以上，其中硅质胶结作用损失孔隙度小于3%；方解石胶结失去孔隙度2%～10%，最高可达30%以上；白云石胶结造成的孔隙损失量约1%～5%；而自生粘土矿物引起的孔隙损失量可能为2%～8%。