鄂爾多斯盆地北部上古生界下石盒組與山西組山1段砂巖碎屑鋯石u-pb年代學(xué)研究

鄂爾多斯盆地北部上古生界下石盒組與山西組山1段砂巖碎屑鋯石u-pb年代學(xué)研究

自1989年安裝的陜參1號井以來，鄂爾多斯盆地天然氣的研究和勘探取得了突破。在古代，它發(fā)現(xiàn)并發(fā)現(xiàn)了1000多公里的天然氣田，如靖邊、吉林、五環(huán)旗、蘇里格和子洲。在天然氣氣藏的形成機(jī)制、分布模式、沉積體系、成藏富集規(guī)律、儲層研究等方面取得了一批重要成果,對指導(dǎo)天然氣的勘探發(fā)揮了重要作用。但是,鄂爾多斯盆地北部上古生界及三疊系沉積物源問題仍然沒有得到很好的解決,目前比較一致的看法是來自盆地北部[10,11,12,13,14,15,16,17,18]。這一認(rèn)識是建立在方法相對單一的巖相學(xué)與地球化學(xué)研究基礎(chǔ)之上的定性分析,缺乏源區(qū)母巖地層時(shí)代的同位素定年結(jié)果予以支持,也未見源區(qū)母巖的性質(zhì)、砂巖類型及其儲集性能之間關(guān)系研究的公開報(bào)道,沉積相類型、水動力條件及其對形成上古生界優(yōu)質(zhì)儲層的影響等問題的探討也相對薄弱,從而制約了上古生界天然氣勘探與開發(fā)的進(jìn)程。本研究借助LA-ICPMS技術(shù),首次對鄂爾多斯盆地上古生界下二疊統(tǒng)山西組山1段與下石盒子組盒8段砂巖中的碎屑鋯石開展微區(qū)原位(insitu)U-Pb定年與微量元素物源示蹤研究,精確厘定盒8段與山1段沉積物源的母巖時(shí)代,分析源區(qū)母巖的性質(zhì)對儲層砂巖類型、平面展布和形成優(yōu)質(zhì)儲層的控制。結(jié)合沉積相研究成果,分析沉積相與水動力條件對儲層儲集性能及形成優(yōu)質(zhì)儲層的影響。該研究對于深入認(rèn)識和理解上古生界天然氣優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素,尋找更多的優(yōu)質(zhì)儲層及天然氣有利儲集地帶,探討鄂爾多斯盆地北部物源區(qū)的特征、盆地沉積和構(gòu)造演化,加快鄂爾多斯盆地天然氣的勘探開發(fā)步伐,都具有理論意義與實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值。1沉積相與沉積特征研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊盟隆起中部以南地區(qū)和陜北斜坡北部的中段,包括烏審旗氣田、榆林氣田、蘇里格氣田的主體部分及其以北的廣大區(qū)域(圖1)。上古生界從石炭系本溪組至二疊系石千峰組均見氣層或含氣層。晚石炭世本溪組(C2b)為海陸交互相碎屑巖、含煤層和碳酸鹽巖沉積;下二疊統(tǒng)山西組(P1s)和太原組(P1t)主要為陸相砂泥巖夾煤層沉積,包括太1、太2、山1、山2四個(gè)氣層段;中二疊統(tǒng)下石盒子組(P2x)和上石盒子組(P2s)為陸相砂泥巖沉積,包括下石盒子組盒5、6、7、8四個(gè)氣層段與上石盒子組盒1、2、3、4四個(gè)氣層段;上二疊統(tǒng)石千峰組(P3s)為陸相砂礫巖與泥巖互層沉積,分為千1、2、3、4、5五個(gè)層段。本研究的目的層盒8段與山1段為盆地北部主要的含氣層位。據(jù)研究,山1段沉積期,鄂爾多斯盆地沉積環(huán)境由海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?受潮濕氣候的影響,廣泛發(fā)育濕地沼澤相沉積(1)。研究區(qū)大部分地區(qū)為曲流河三角洲平原亞相沉積環(huán)境,又可分為分流河道、天然堤、分流河道間湖沼、分流河道間等微相;南部為曲流河三角洲前緣亞相沉積環(huán)境,可識別出水下分流河道、水下天然堤、河口砂壩、末端砂壩等微相。該期的沉積特點(diǎn)是垂向剖面上分流河道上部的細(xì)粒沉積與其下部的砂質(zhì)沉積同等發(fā)育,常見天然堤沉積,決口扇相對不發(fā)育,分流河道間發(fā)育含煤層、暗色炭質(zhì)泥巖等湖沼微相。砂體具有以帶狀分布為主、局部成連片狀分布的特點(diǎn)。盒8段沉積期,北部蝕源區(qū)的隆升加劇,陸源碎屑供給更充足。除最北部為辮狀河沖積平原沉積外,研究區(qū)主要為辮狀河控三角洲平原亞相沉積。由于地表沖積水系與徑流發(fā)育,出現(xiàn)多條網(wǎng)狀或交織狀分流河道及多個(gè)決口扇微相沉積,以分流河道沉積占絕對優(yōu)勢,分流河道間沉積相對不發(fā)育。河道頻繁改道使多期河道彼此疊置形成巨厚的砂體,形成盒8段特有的連片狀砂質(zhì)與含礫的砂質(zhì)沉積。2巖相色譜-質(zhì)譜條件對研究區(qū)45口井的盒8段與山1段取心段的巖性、巖相、沉積構(gòu)造、沉積序列、儲層孔隙發(fā)育情況等進(jìn)行了詳細(xì)的觀察、描述和相標(biāo)志(沉積巖的顏色、巖性、沉積物的粒度分布、沉積構(gòu)造、古生物等)的提取。在此基礎(chǔ)上分別磨制了38口鉆井80塊盒8段與山1段砂巖的鑄體薄片、60塊陰極發(fā)光薄片,選送了45口鉆井101塊盒8段與山1段砂巖的重礦物分析、60塊砂巖中粘土礦物的X-射線衍射分析、60塊砂巖的圖像粒度分析、6個(gè)砂巖的碎屑鋯石分離等樣品。在偏光顯微鏡下對砂巖鑄體薄片中的碎屑礦物成分及其含量、膠結(jié)物類型及其含量、孔隙類型及其含量進(jìn)行了點(diǎn)數(shù)(pointcounting)定量統(tǒng)計(jì),每個(gè)薄片的統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)在200~300個(gè)點(diǎn)之間。對6個(gè)砂巖樣品中的碎屑鋯石進(jìn)行了微區(qū)U-Pb測年分析。鋯石陰極發(fā)光照相鋯石微區(qū)激光剝蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb定年測試和砂巖圖像粒度分析均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。此外,收集到長慶油田勘探開發(fā)研究院54口鉆井253塊盒8段與山1段砂巖鑄體薄片鑒定資料、49口鉆井160組砂巖的孔隙度與滲透率測試數(shù)據(jù)、120組砂巖的毛細(xì)管壓力孔隙結(jié)構(gòu)分析資料。3樣品分析與測試結(jié)果3.1變質(zhì)成因鋯石u選取有代表性的6件樣品分離出的碎屑鋯石大多無色透明,部分具淺棕色及棕紅色色調(diào),均為渾圓狀,反映它們經(jīng)歷了風(fēng)化搬運(yùn)磨蝕的改造。陰極發(fā)光圖像顯示,部分鋯石具有清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2),其U、Th含量高,大多有高的Th/U比值(>0.5),反映出巖漿成因鋯石的特征。但其他大量碎屑鋯石(占碎屑鋯石總量的73%左右)則顯示了具不規(guī)則面狀、扇狀及帶狀分帶結(jié)構(gòu)(圖2)的變質(zhì)成因鋯石的特征。這類鋯石僅有少數(shù)鋯石的Th/U比值與變質(zhì)鋯石Th/U比值接近(<0.1),而多數(shù)鋯石的Th/U比值變化大,且大多介于巖漿成因與變質(zhì)成因鋯石之間,這一方面反映它們的變質(zhì)重結(jié)晶作用不徹底,同時(shí)也可能受到了后期地質(zhì)事件的改造。個(gè)別鋯石核部與邊部的結(jié)構(gòu)盡管差別不大,但年齡不同(圖2),很可能是2期變質(zhì)事件作用的結(jié)果或是二者疊加改造的具體表現(xiàn)。對山1段與盒8段砂巖中6件樣品的碎屑鋯石進(jìn)行了462個(gè)點(diǎn)原位定年,保留其年齡協(xié)和度介于90%~110%的384個(gè)點(diǎn)的鋯石年齡,其結(jié)果表明:研究區(qū)不同井砂巖的碎屑鋯石年齡值除東北部的統(tǒng)25井和統(tǒng)32井地區(qū)的盒8段分別各出現(xiàn)1粒年齡大于2.6Ga(前者為3690Ma±18Ma,后者為2727Ma±7Ma)和召17井山1段1粒2.6Ga的碎屑鋯石外,其他樣品的鋯石年齡均低于2600Ma,且年齡分布表現(xiàn)出很強(qiáng)的一致性?？傮w呈現(xiàn)出2000~1800Ma、2500~2400Ma、400~300Ma三個(gè)明顯主峰期年齡和2300~2200Ma次峰期年齡值。此外,山1段還出現(xiàn)1個(gè)1050Ma的弱峰值年齡(圖3)。3.2巖屑石英砂巖的分布鏡下薄片鑒定與統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,研究區(qū)盒8段和山1段儲集砂巖有3種類型:石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖。不同砂巖類型的巖屑類型與含量有差別(圖4),石英砂巖的巖屑(平均11.6%)以高變質(zhì)的石英巖為主(平均7.1%),其次為淺變質(zhì)巖和少量火山巖;巖屑砂巖的巖屑(平均28.3%)以變質(zhì)巖(平均14.5%)為主,其次為火山巖及少量石英巖、沉積巖;巖屑石英砂巖的巖屑(平均19.7%)類型及其含量介于上述砂巖之間。巖屑在平面上的分布表現(xiàn)出某種規(guī)律:石英巖巖屑主要分布在研究區(qū)西部,東部以千枚巖、片巖、板巖、變質(zhì)砂巖等變質(zhì)巖巖屑為主,中部為石英巖+變質(zhì)巖+火山巖巖屑的混合分布區(qū),并含有少量沉積巖巖屑。砂巖類型及其骨架礦物成分在平面上也顯示出一定的分布規(guī)律(圖5):西部主要為高石英、低巖屑的石英砂巖分布區(qū),東部為相對高巖屑、低石英的巖屑砂巖分布集中區(qū),中部主要為巖屑砂巖與巖屑石英砂巖分布區(qū);自北而南,由東向西,砂巖中的石英含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,巖屑含量則逐漸降低。相比之下,盒8段石英砂巖的分布范圍較山1段更廣泛。3.3與山水石、石榴子石含量對比重礦物分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,盒8段、山1段砂巖中的重礦物類型及其含量比較接近,以含鐵礦物(以白鈦礦為主,其次為磁鐵礦和褐鐵礦)為主(占重礦物總量的54.2%~62.2%),其次為鋯石(占38.4%~30.6%)及少量電氣石(占3.4%~5.4%)、無色石榴子石(占2.8%~1.6%)、淡紅色石榴子石(占1.3%~0.08%)。相比而言,盒8段砂巖中的鋯石與石榴子石含量略高于山1段,含鐵礦物和電氣石低于山1段。根據(jù)重礦物相對含量及其平面分布特征,盒8段與山1段中重礦物的平面分布可大致劃分為東部、中部和西部3個(gè)帶:東部帶主要為鋯石+鐵礦物(白鈦礦+磁鐵礦+褐鐵礦)分布區(qū),中部帶主要為鋯石分布區(qū),西部帶主要為鐵礦物(白鈦礦+磁鐵礦+褐鐵礦)+鋯石分布區(qū)(圖5)。各帶內(nèi)最穩(wěn)定的重礦物鋯石的含量顯示出由北向南、由東向西方向逐漸增高的趨勢,中等穩(wěn)定的重礦物無色石榴子石在北部含量較高。暗示盒8段與山1段的沉積物源主要來自盆地北部蝕源區(qū),東部似乎也存在次要的物源。3.4巖屑石英砂巖膠結(jié)和綠泥石膠結(jié)物分布據(jù)鏡下薄片統(tǒng)計(jì),盒8段和山1段3種類型的砂巖中膠結(jié)物的成分及其含量存在差異。石英砂巖以石英加大膠結(jié)為主,膠結(jié)物以硅質(zhì)(平均6.6%,最高可達(dá)20%)和黏土礦物(平均7.1%)為主,后者主要為粒間充填的自生高嶺石(3.1%)與襯墊式或薄膜形式產(chǎn)出的伊利石(3.9%)。巖屑砂巖以凝灰質(zhì)+伊利石的混合充填膠結(jié)形式為主,膠結(jié)物主要為粒間充填的伊利石(7.3%)、碳酸鹽礦物(2.5%)及少量高嶺石。巖屑石英砂巖以石英加大+高嶺石膠結(jié)為主,膠結(jié)物成分相對較復(fù)雜,包括伊利石(6.4%)、硅質(zhì)(3.2%)、高嶺石(2.7%)、碳酸鹽礦物(2.0%)等(圖6)。砂巖中的膠結(jié)物在平面上顯示出規(guī)律分布:由北向南、由西向東方向,盒8段伊利石在膠結(jié)物中所占的比例呈逐漸增高、高嶺石含量呈逐漸減少的趨勢。綠泥石膠結(jié)物主要發(fā)育在研究區(qū)北部的砂巖中,并與硅質(zhì)、高嶺石、伊利石膠結(jié)物等共生。碳酸鹽物質(zhì)在各類砂巖中均有出現(xiàn),但其含量普遍較低。山1段硅質(zhì)和高嶺石膠結(jié)物主要分布在研究區(qū)西部和東部的砂帶中,伊利石主要分布在中部的砂帶中。與盒8段砂巖相比,山1段碳酸鹽膠結(jié)物的含量普遍有所增高,甚至出現(xiàn)全部由碳酸鹽膠結(jié)的現(xiàn)象,綠泥石的含量及其分布范圍也有所增大。但主要分布在北部和東部地區(qū)。3.5巖屑石英砂巖孔隙類型分布鏡下薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,3種砂巖的孔隙類型及其含量存在一定差別。石英砂巖的平均面孔率(3.8%,微孔隙除外)高于巖屑石英砂巖(2.0%)和巖屑砂巖(1.7%)。石英砂巖以黏土礦物晶間微孔隙(5.8%)和次生溶孔(2.3%)為主,原生粒間孔1.4%;巖屑石英砂巖以黏土礦物晶間微孔隙(8.6%)為主,其次是次生溶孔(1.2%)和原生粒間孔(0.8%);巖屑砂巖以黏土礦物晶間微孔隙(7.8%)為主,其次是次生溶孔(1.2%)和原生粒間孔(0.5%)。由于砂巖類型和填隙物成分的不同,砂巖的孔隙類型在平面上的分布特征是:盒8段砂巖的高嶺石晶間微孔主要分布在研究區(qū)中部,次生溶孔在西部、東北部及東南部部分地區(qū)較發(fā)育,原生粒間孔主要分布在西部和南部的石英砂巖帶中,其面孔率普遍大于5%,最高可達(dá)10%,微裂隙主要分布在東部的巖屑砂巖帶中。與盒8段相比,山1段砂巖主要以黏土礦物晶間微孔為主,其次生溶孔主要發(fā)育在西部和東部地區(qū),原生粒間孔主要分布在西部及東部的局部地區(qū),其含量普遍小于1%。微裂隙主要分布在研究區(qū)北部和東部的局部地區(qū)。4氣優(yōu)質(zhì)儲層的形成因素筆者認(rèn)為,鄂爾多斯盆地上古生界天然氣優(yōu)質(zhì)儲層的形成主要受源區(qū)母巖性質(zhì)、沉積相及其空間展布、沉積作用與水動力條件、成巖作用等因素的共同控制。4.1源區(qū)母巖性質(zhì)對優(yōu)質(zhì)儲層的控制4.1.1沉積型巖石學(xué)研究根據(jù)盒8段和山1段砂巖的重礦物及其組合、骨架礦物成分特征及其平面分布規(guī)律,結(jié)合碎屑鋯石U-Pb定年結(jié)果與前人對鄂爾多斯盆地北緣陰山地塊物源區(qū)地層的同位素年代學(xué)研究成果的對比,鄂爾多斯盆地盒8段和山1段主要源區(qū)基本相同,源區(qū)母巖包括高級變質(zhì)巖、中—低級變質(zhì)巖和各類侵入巖、噴出巖,并有少量的沉積巖。因此,鄂爾多斯盆地周緣,特別是北緣地區(qū)出露的基底巖系,最有可能成為本區(qū)的主要物源區(qū),證據(jù)如下。(1)陰山地區(qū)構(gòu)造熱事件的表現(xiàn)研究區(qū)所有的碎屑鋯石除盒8段出現(xiàn)2粒太古宙年齡鋯石、山1段出現(xiàn)1粒太古宙鋯石和2粒新元古代鋯石外,其余鋯石主要表現(xiàn)為2000~1800Ma、2500~2400Ma、400~300Ma三個(gè)主峰和一個(gè)2300~2200Ma的次峰期年齡分布特征(圖2)。其中,400~300Ma峰期碎屑鋯石僅占全部鋯石的8%(山1段為10%,盒8段為6%),可見2段巖層沉積時(shí)期的物源主要來自古、中元古代陸殼物質(zhì)。統(tǒng)計(jì)表明,最強(qiáng)峰期年齡值(2.0~1.8Ga)鋯石主要為變質(zhì)成因的鋯石,占鋯石峰期年齡的88%;而2.0~2.6Ga之間的鋯石除有較多變質(zhì)成因鋯石(72%)外,還存在一定量的巖漿鋯石(28%)。這一結(jié)果與鄂爾多斯盆地北緣及西北緣孔茲巖帶碎屑鋯石年齡主要介于2.3~2.0Ga、1.95~1.85Ga之間(且為變質(zhì)鋯石年齡[21,22,23,24,25,26,27,28]),陰山地塊西部烏拉山—集寧一帶TTG片麻巖及麻粒巖的年齡(2.6~2.5Ga),片麻狀花崗巖的形成年齡(2.5~2.4Ga),大青山地區(qū)巖漿侵位年齡和新太古代—古元古代期間的構(gòu)造熱事件十分一致。因此推斷,盆地北緣及西北緣古元古代晚期的孔茲巖帶(或孔茲巖帶所在的物源區(qū))可能成為鄂爾多斯盆地上古生界沉積期的主要母巖源區(qū),同時(shí)陰山地塊古元古代早期的TTG片麻巖及侵入其中的古老花崗巖也構(gòu)成其重要的物源供應(yīng)區(qū)。(2)基底變質(zhì)巖系研究區(qū)東北部盒8段中出現(xiàn)2粒大于2.6Ga的碎屑鋯石和山1段出現(xiàn)1粒2.6Ga的鋯石表明,2段巖層沉積時(shí)可能還存在太古宙變質(zhì)巖系物源的供給。根據(jù)目前的研究,華北地塊基底巖系存在大于2.6GMa的多期峰期年齡。華北克拉通東部陸塊基底巖系(新太古代2.8~2.5Ga)的TTG片麻巖,鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)層狀侵入巖及以脈巖為主的高級地體或中—低級花崗綠巖,少量綠片巖相至麻粒巖相的變質(zhì)沉積巖,雙峰火山巖和大量同構(gòu)造花崗巖、紫蘇花崗巖主要出露于東部的吉南、遼寧、冀東、密云、魯西、膠東等地,該陸塊最古老的古太古代(3.2~3.85Ga)基底變質(zhì)巖系僅出露于河北、鞍山—本溪等地。因此,華北克拉通東部陸塊的古老變質(zhì)巖系也可能成為鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)上古生界的物源供應(yīng)區(qū)之一。(3)區(qū)域地質(zhì)背景本研究所有碎屑鋯石樣品中400~300Ma(泥盆紀(jì)—石炭紀(jì))的峰期年齡表明,盒8段和山1段沉積過程中還存在形成于該時(shí)期的陸殼物質(zhì)的供給。盡管華北地塊在古生代期間表現(xiàn)為整體沉降或隆升,鄂爾多斯盆地內(nèi)部至今未發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)作用,但華北地臺北緣自中元古代至寒武紀(jì)一直為被動大陸邊緣,早古生代轉(zhuǎn)為活動大陸邊緣,其前緣在晚志留世—中泥盆世向西伯利亞南緣地塊強(qiáng)烈俯沖對接過程中發(fā)生的火山-巖漿活動形成了大量火山巖-巖漿巖組合。因此,鄂爾多斯盆地北緣陰山地塊形成于400~300Ma之間的花崗巖及火山巖隨著造山隆升剝蝕搬運(yùn)進(jìn)入鄂爾多斯盆地,對山1段與盒8段有一定的貢獻(xiàn)。需要指出的是,山1段還出現(xiàn)2粒新元古代晚期的碎屑鋯石(分別為1067Ma±39Ma和1065Ma±43Ma),目前在盆地北緣及華北地區(qū)還鮮有與該年齡相當(dāng)事件的報(bào)道。這可能暗示,山1段沉積期鄂爾多斯盆地可能還有其他源區(qū)物質(zhì)的供給,需在今后的研究中進(jìn)一步證明。4.1.2陰山盆地上古生界砂巖物源區(qū)的劃分依據(jù)巖石類型及其礦物成分的差異決定了砂巖儲集性能的不同。在盒8段和山1段3種砂巖類型中,以石英砂巖的物性最好(平均孔隙度與滲透率分別為9.7%和2.7×10-3μm2),巖屑砂巖的物性較差(平均孔隙度與滲透率分別為9.6%和0.5×10-3μm2),巖屑石英砂巖的物性介于兩者之間(平均孔隙度與滲透率分別為10.9%和0.87×10-3μm2)。試氣試采結(jié)果也顯示,含氣性較好者為石英砂巖。砂巖類型、骨架礦物成分(特別是巖屑成分)、重礦物組合及其平面分布規(guī)律明顯受物源方向和源區(qū)母巖性質(zhì)的控制。鄂爾多斯盆地上古生界以石英碎屑和石英巖巖屑含量高為特征的石英砂巖,其物源主要受陰山地塊古元古代形成的富含石英與石英巖的孔茲巖帶(或孔茲巖帶所在的物源區(qū))、TTG片麻巖的控制;以較高含量的變質(zhì)巖與火山巖巖屑為特征的巖屑砂巖,其物源除受到孔茲巖帶與TTG片麻巖的影響外,陰山地塊來自太古宇的古老變質(zhì)巖、泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)花崗巖及陸殼火山巖物質(zhì)對其也產(chǎn)生了較大的影響;巖屑石英砂巖的物源同時(shí)受到與石英砂巖、巖屑砂巖相同物源的共同控制。4.1.3儲層類型對成巖作用的影響源區(qū)母巖的性質(zhì)決定了砂巖的類型及其成分成熟度,同時(shí)影響了砂巖的成巖作用路徑與成巖產(chǎn)物的類型,導(dǎo)致各砂巖的孔隙、吼道發(fā)育狀況與儲集性能各不相同,從而直接影響了優(yōu)質(zhì)儲層的形成與演化。(1)石英砂巖的現(xiàn)礦巖研究區(qū)石英砂巖的成分成熟度明顯高于巖屑石英砂巖和巖屑砂巖,由此造成各砂巖類型的現(xiàn)今孔隙發(fā)育特征也具有明顯的差異。石英砂巖的現(xiàn)今薄片統(tǒng)計(jì)面孔率(平均3.8%)明顯高于巖屑石英砂巖(平均2.0%)和巖屑砂巖(平均1.5%)。原生粒間孔、次生溶孔和高嶺石晶間孔的含量均由石英砂巖→巖屑石英砂巖→巖屑砂巖逐漸減少。(2)壓實(shí)及巖屑石英砂巖的壓實(shí)作用對孔隙喪失率的影響不同的砂巖及其巖屑類型在成巖作用過程中發(fā)生的變化不同,因而對砂巖的孔隙演化有不同的影響,最終導(dǎo)致各砂巖類型不同的儲集物性。盒8段、山1段砂巖的孔隙度、滲透率與砂巖的塑性巖屑呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)均為-0.59)?？紫抖扰c滲透率相對較高(孔隙度大于10%,滲透率大于1×10-3μm2)的砂巖中的塑性巖屑含量普遍小于10%。因此,砂巖中的云母、淺變質(zhì)巖、泥巖等塑性巖屑在早期成巖階段的壓實(shí)作用過程中發(fā)生扭曲、膨脹、塑性變形及其假雜基化并擠入粒間孔隙中,加之火山巖巖屑與凝灰質(zhì)填隙物的蝕變作用,從而使相當(dāng)一部分原生孔隙喪失,滲透率急劇降低。經(jīng)計(jì)算,研究區(qū)不同砂巖由壓實(shí)作用造成的孔隙喪失率存在一定的差異:石英砂巖、巖屑砂巖、巖屑石英砂巖由壓實(shí)作用造成的平均孔隙喪失率分別為18.3%、18.2%、17.2%。巖屑石英砂巖的壓實(shí)率與由壓實(shí)作用造成的孔隙喪失率低于石英砂巖,可能主要緣于巖屑石英砂巖中碎屑顆粒的綠泥石薄膜含量(平均1.1%)明顯高于石英砂巖(平均0.2%),從而使巖屑石英砂巖中較多的原生粒間孔得以保存。火山巖巖屑與粒間凝灰質(zhì)填隙物的重結(jié)晶作用會形成少量晶間微孔隙和微裂縫,它們也可通過溶解作用產(chǎn)生粒內(nèi)溶孔;沉積巖巖屑通過溶解作用、蝕變與破裂作用會產(chǎn)生次生溶孔和微裂縫。(3)膠結(jié)物的影響不同的砂巖類型的膠結(jié)物成分與產(chǎn)狀存在差異,后者決定了孔隙發(fā)育和儲集性能的優(yōu)劣。經(jīng)計(jì)算,研究區(qū)石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖由膠結(jié)作用造成的孔隙喪失率分別為15.0%、15.8%、14.7%。相比而言,巖屑石英砂巖的膠結(jié)率與由膠結(jié)作用造成的孔隙喪失率高于石英砂巖和巖屑砂巖。石英砂巖在壓溶作用過程中形成較多次生加大的石英而使一部分粒間孔隙喪失,但較早期形成的石英加大邊對骨架顆粒的支撐抑制了壓實(shí)作用的程度,對原生粒間孔起到了一定的保護(hù)作用。石英碎屑周圍綠泥石薄膜的存在阻止了次生石英加大邊的形成及一部分粒間碳酸鹽膠結(jié)物的沉淀,從而使相當(dāng)一部分原生剩余粒間孔得以保存。石英砂巖中較多的粒間自生高嶺石膠結(jié)物充填堵塞了部分粒間孔隙,在一定程度上破壞了儲層的物性,使?jié)B透率降低;而大量粒間高嶺石的存在提高了砂巖的抗壓性能,并在深埋藏階段向地開石轉(zhuǎn)變的過程中形成大量晶間微孔隙,是天然氣有利的儲集空間。此外,石英砂巖的粒間伊利石膠結(jié)物含量較低,粒間孔的喪失也較低。碳酸鹽膠結(jié)物的溶解也會形成部分次生溶蝕孔。巖屑石英砂巖中高含量的伊利石、伊/蒙混層與伊利石膠結(jié)物(10%~15%)對物性的破壞最大,是造成砂巖孔、滲降低的主要膠結(jié)物之一。巖屑石英砂巖中較高含量的碳酸鹽膠結(jié)物及少量硅質(zhì)膠結(jié)物造成的粒間孔的損失率總體高于巖屑砂巖和石英砂巖。巖屑砂巖中水云母與伊利石膠結(jié)物的含量較高(5%~15%),加之硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物,使相當(dāng)一部分粒間孔損失,但易溶碳酸鹽膠結(jié)物為后期溶蝕作用的發(fā)生及次生溶孔的形成奠定了基礎(chǔ)。此外,巖屑砂巖中綠泥石薄膜的含量(平均1.3%)較高,其存在阻止了次生石英加大邊的形成及一部分粒間碳酸鹽膠結(jié)物的沉淀,有效地保護(hù)了一部分粒間孔隙,其中的少量高嶺石膠結(jié)物及其在深埋階段向地開石的轉(zhuǎn)變也會產(chǎn)生少量晶間微孔隙。4.2沉積相、水動力條件和優(yōu)質(zhì)儲層4.2.1優(yōu)質(zhì)儲層的分布沉積相帶的空間展布控制了砂體與砂巖類型的空間展布及其分布規(guī)律。研究區(qū)盒8段和山1段呈南北向—北北東向展布的砂體及其規(guī)模限定了儲層的分布范圍及其幾何形態(tài),優(yōu)質(zhì)儲層主要位于三角洲平原亞相分流河道和三角洲前緣亞相水下分流河道的中心部位,向河道邊緣砂體的物性逐漸變差。據(jù)統(tǒng)計(jì),累計(jì)砂層厚度大的區(qū)域也是分流河道或水下分流河道的中心所在的部位,其砂巖的孔隙度和滲透率值相對較高;而累計(jì)砂層厚度小的區(qū)域一般位于河道的邊緣部位,其砂巖的孔隙度與滲透率相對較低。4.2.2水流條件和優(yōu)質(zhì)儲層水動力條件對優(yōu)質(zhì)儲層的影響主要是對砂巖的粒度、韻律性、分選性等結(jié)構(gòu)成熟度的影響。(1)分流河道砂體研究區(qū)山1段曲流河三角洲分流河道的攜砂能力相對較弱,垂向剖面上分流河道具明顯的下粗上細(xì)的二元結(jié)構(gòu),其頂部的細(xì)粒沉積物占有較大比重,分流河道間含煤層、暗色炭質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積發(fā)育。由于水動力條件相對較弱,河道多期疊置、沖刷-充填的多砂層結(jié)構(gòu)相對盒8段少見,砂體在橫向上的連片性相對較差,砂體相對較窄。盒8段沉積期,北部蝕源區(qū)的隆升加劇,供屑能力與水動力條件增強(qiáng)。由于水急流淺,呈現(xiàn)出多條網(wǎng)狀或交織狀分流河道沉積的特征。分流河道沉積占絕對優(yōu)勢,分流河道間沉積相對不發(fā)育,多期河道砂體彼此疊置形成巨厚的砂體。剖面結(jié)構(gòu)中以粗砂巖、含礫粗砂巖和中粗砂巖為主,細(xì)砂巖和粉砂巖沉積所占比例甚少。由于河道較寬,砂體分布規(guī)模大、橫向連片性好,為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。(2)未開洞砂體砂體的選取水動力條件控制了砂巖的粒徑及沉積韻律性。砂巖粒度的相關(guān)性分析顯示,砂巖的粒徑中值(M值)、C值與砂巖的孔隙度、滲透率之間存在明顯的正相關(guān)性,即水動力條件越強(qiáng),砂巖的粒度越粗,其孔隙度、滲透率值越高。而砂巖粒度的韻律性影響了其孔隙度和滲透率的變化。盒8段和山1段砂巖主要存在正韻律、反韻律、正-反韻律、復(fù)合韻律砂體。正韻律砂體其下部物性好于上部,反韻律砂體其上部物性優(yōu)于下部。水動力條件影響著砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度,由此造成各砂巖類型原始孔隙度的差異。石英砂巖的分選系數(shù)最低(平均1.22),分選性最好,巖屑砂巖的分選系數(shù)最高(平均1.46),分選性最差,巖屑石英砂巖的分選性介于兩者之間(分選系數(shù)平均1.33)。因此,石英砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度明顯高于巖屑石英砂巖和巖屑砂巖,其平均原始孔隙度分別為35.1%、34.2%和33.6%。(3)石英砂巖的孔喉特征砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征一方面受砂巖礦物成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度的影響,另一方面受成巖作用類型及其強(qiáng)度的控制。經(jīng)對砂巖孔隙度、滲透率與毛管壓力孔隙結(jié)構(gòu)各參數(shù)之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),砂巖的滲透率主要受孔隙發(fā)育程度、孔喉分布均勻程度等孔隙結(jié)構(gòu)特征的影響。中值孔喉半