Question

大牛地气田致密砂岩储层中的石英溶解型孔隙

Answer 1

邱隆伟

（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266555）

1 地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，面积为28×10⁴km²，是一个长期稳定发育的多旋回大型克拉通 叠合盆地。鄂尔多斯盆地北部是我国目前发现的上古生界天然气丰度最高的地区，其气源岩主要为石炭 系和二叠系厚层泥岩及煤层，储集层段主要为二叠系山西组、下石盒子组，石炭系太原组及奥陶系马家 沟组，盖层主要为区域性分布的石炭系和二叠系的泥岩，在垂直方向上构成自生自储天然气藏。

大牛地气田位于处于鄂尔多斯盆地北部地区陕-蒙交界处的塔巴庙气田西南部。大牛地气田太原组 岩石类型以纯石英砂岩为主，山西组和下石盒子组岩石类型均以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主。砂岩碎 屑成分以石英和岩屑颗粒为主，且二者的含量变化范围较大，长石含量变化大，总体含量很低，此外还 常见少量云母碎屑和重矿物，云母含量一般少于5％，最大达12％。

大牛地气田上古生界储层有效储层的孔渗性发育差，总体属于致密砂岩储层。

2 储集空间成因类型及石英溶解型孔隙的存在

2.1 储集空间成因类型

通过对大牛地气田致密砂岩储层铸体薄片观察、扫描电镜资料等的研究认为，研究区致密砂岩中发 育了原生孔隙、次生孔隙（粒间溶孔、粒内溶孔、晶间溶孔、晶内溶孔、杂基内溶孔）以及微裂缝等 多种储集空间类型，储层孔隙以次生成因为主，其中粒间溶孔、粒内溶孔以及杂基溶孔等占了约80％ 的比例，而次生孔隙中起主导性作用的主要为石英直接溶解型次生孔隙及部分高岭石基质溶孔。

2.2 石英溶解型孔隙的存在及其证据

（1）直接证据。研究区储层中的石英溶解现象极为常见，它形成了溶蚀孔隙独具特征的外貌，在 薄片中主要表现为以下几个方面：(1)颗粒的不规则状边缘或港湾状边缘；这是石英颗粒部分溶解的结 果，这种溶蚀可以沿接触缝进行，也可以直接对原生孔隙边部的石英颗粒或硅质岩屑进行溶解，并随溶 解强度的增加而使得石英颗粒的边缘呈现蚕食边、港湾状边缘或蜂窝状孔隙；(2)石英颗粒残余及溶孔 中悬浮状石英颗粒，这是石英颗粒发生强烈溶解的结果，在这种溶解作用的改造下，石英颗粒可以被溶 解成骸晶状，或者较大的溶孔中出现孤立的以及和周围石英颗粒大小不协调的石英颗粒，后者边部也具 有不同程度的溶解痕迹；(3)石英加大边的溶解，其结果使得石英加大所形成的规则边缘上出现明显的 缺口或呈现锯齿状特征；(4)石英质岩屑的溶解，主要为石英质片麻岩岩屑以及石英岩岩屑的溶解； (5)颗粒间接触缝的开启，研究区储层属于致密砂岩储层，尽管其压实作用十分强烈，然而在薄片中常 出现碎屑颗粒间接触松散及相互远离等和压实程度不协调的现象，这可能是沿着石英颗粒间的接触缝发 生溶解，使得喉道扩大的结果，这种溶解一般还能大致分辨清楚溶解作用发生以前的颗粒间接触方式，在溶蚀作用较强的位置形成孤立产出的颗粒。

（2）辅助证据。研究区致密砂岩储层中还存在一些石英直接溶解的辅助证据，包括：(1)高岭石杂 基及高岭石胶结物的溶解，高岭石可以作为杂基及胶结物出现在致密砂岩储层中，其邻近位置还常出现 早期及晚期碳酸盐胶结物，但是在许多高岭石发生明显溶解作用的位置，早期及晚期碳酸盐胶结物的溶 解却较弱或不明显，这是碱性成岩环境作用的结果；(2)在石英溶解明显的位置碳酸盐胶结物溶解较弱 或不明显，这种现象表明并不是石英颗粒先被碳酸盐胶结物所胶结，然后碳酸盐胶结物发生溶解的 结果。

3 石英溶解型孔隙的成因及演化

与储层中长石、碳酸盐胶结物的溶解一样，石英溶解型孔隙同样也是溶蚀作用的结果，在该过程中 岩石组分与周围溶液发生反应，有物质的带入和淋出，并产生新矿物，新矿物与原岩石组分之间具有成 分上的继承性，但是两者溶解的机制并不相同，前者是在酸的作用下所形成的，而后者则是因为碱性流 体活动的结果。

研究区致密砂岩储层在漫长的成岩演化过程中，成岩环境发生了多次变化。碎屑沉积物沉积下来以 后，在其上覆地层压力下首先发生机械压实作用，原生孔隙逐渐遭到破坏，开始形成了一些早期的粘土 杂基，它们多以孔隙衬垫的方式附着在颗粒表面，阻塞、破坏原生孔隙，此时处于一种弱酸性的成岩环 境。随后随着埋藏深度的增加，下部早期烃源岩酸性水的排入以及上部大气淡水顺着不整合面或断层的 渗入，使储层的成岩环境呈现酸性，在这种成岩环境下发生了长石等酸不稳定矿物的溶蚀、开始出现早 期碳酸盐矿物如方解石等的胶结、方解石交代长石、自生高岭石的形成等成岩事件，由于酸性成岩环境 的影响，次生孔隙发育，形成了以酸性溶解为主的第一次生孔隙发育带。

随着成岩作用加强以及酸不稳定物质溶解对酸的消耗，地层水性质逐渐转为弱酸性以至于中性和弱 碱性。在弱酸性环境下形成自生石英矿物，主要以加大边的形式出现；在弱碱性环境下开始出现自生伊 利石和绿泥石矿物的沉淀。随着成岩环境逐渐向碱性发生转化，开始出现石英的溶蚀，以及碳酸盐岩矿 物交代石英颗粒等成岩事件。实验室内通过薄片及扫描电镜观察中发现石英溶蚀和交代现象十分常见，说明研究区内碱性成岩环境在一定时期曾经占据主导地位。

此后，由于有机质演化达到成熟过成熟阶段，以及烃类形成和聚集。烃源岩热演化过程中通过脱羧 基作用生成大量有机酸，并放出CO₂和氮等组分，成岩环境又发生了变化由碱性又重新转向酸性环境。扫描电镜观察下发现在自生石英颗粒表面的溶蚀坑自生的高岭石矿物等成岩事件，这些均反映了成岩环 境的变化，这就导致了第二次次生孔隙发育带的出现。随着上覆地层压力的进一步增加，成岩作用进一 步加强，地层水活跃程度降低，晚期碳酸盐岩矿物如铁方解石、铁白云石等开始沉淀并出现交代早期的 碳酸盐岩或岩石组分颗粒的成岩现象，次生孔隙同时遭到严重破坏，储层岩石开始变得相当致密，原生 孔隙和次生孔隙均基本都受到破坏，一些构造裂缝开始发育。

4 结论

大牛地气田致密砂岩储层中发育了大量的石英溶解型次生孔隙，这种类型的次生孔隙是在碱性环境 中石英直接溶解的结果。石英的直接溶解具有颗粒的不规则状边缘或港湾状边缘、石英颗粒残余及溶孔 中悬浮状石英颗粒、石英加大边的溶解、石英质岩屑的溶解、颗粒间接触缝的开启等直接的微观证据，以及高岭石杂基及高岭石胶结物的溶解，以及在石英溶解明显的位置碳酸盐胶结物溶解较弱或不明显等 辅助证据。

复杂的成岩序列以及多变的成岩环境决定了研究区出现了多种类型的储集空间。由于成分及成 岩过程的影响，第一次因石英溶解造成的孔隙发育期对储层物性的改善应该明显大于第二酸溶性次 生孔隙发育期，从而导致大牛地气田致密砂岩储层中以石英溶解型孔隙为最为主要的储集空间成因 类型。