鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段孔隙度演化定量模拟

摘要：在对鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段砂岩储层特征、主控因素及地层埋藏史和成岩史研究的基础上，结合石油地质理论，应用数理统计方法，以现今孔隙度为约束条件，将孔隙度演化分为孔隙度减小和孔隙度增大2个过程，分别建立研究区长8段砂岩储层从埋藏初始至现今的孔隙度随埋藏深度和地史时间变化的演化模型。结果表明：孔隙度定量演化模型为一个四段式分段函数。机械压实阶段为孔隙度减小模型，是以埋深为自变量的连续函数；压实和胶结作用阶段为孔隙度减小模型，是对埋深和埋藏时间的连续函数；次生增孔是由于地层酸性流体的溶蚀作用而产生的，主要发生在70 ℃～110 ℃的温度窗口内，因此溶蚀阶段为孔隙度增大模型，是对埋深和埋藏时间的复合函数；溶蚀阶段结束后，地层孔隙度处于压实和保持阶段，该阶段为孔隙度减小模型，是对埋深、埋藏时间及增孔量的叠加复合函数。最后进行实例验证，发现在研究区建立的砂岩孔隙度定量演化模型符合地质实际，可以推广应用到研究区任一地层孔隙度计算，为孔隙度预测提供定量计算方法。

关键词：孔隙度；演化；模拟；次生孔隙；成岩作用；埋藏史；姬塬地区；鄂尔多斯盆地

0引言

孔隙度演化研究是储层研究的重要内容，而基于数学模型的孔隙度定量模拟是准确分析孔隙的有效手段[15]。储层孔隙度的影响因素有沉积环境、埋藏史、热演化史、成岩作用等，诸多因素共同控制了砂岩孔隙度演化规律。Athy指出，在正常压实阶段，孔隙度与埋藏深度存在指数关系[6]。已有研究结果表明：压实作用是碎屑岩孔隙度演化的主要控制因素[7]；胶结作用和溶蚀作用也影响着孔隙度的演化进程[89]。在胶结作用阶段，刘震等指出埋藏深度和埋藏时间共同影响着孔隙度的演化[10]。因此，综合考虑各种影响因素，采用合理方法才能获得精确的孔隙度演化模型。

近年来，中国学者在孔隙度定量模拟方面进行了大量研究，并取得了一些研究成果。孟元林等通过引入成岩指数，建立了孔隙度演化模型，但没有考虑溶蚀作用的影响[1112]；周晓峰等讨论了储层砂岩成岩过程中的孔隙度演化，仍偏重于定性描述[13]；王英民讨论了压实和次生溶蚀作用对孔隙度的影响，利用回归的方法建立了孔隙度演化模型[14]；王瑞飞等讨论了储层沉积、成岩过程对孔隙度的影响，进行了定量分析[15]；张荣虎等综合沉积、成岩、构造等因素建立了一体化孔隙度预测模型[16]。

上述模型分别从不同角度、不同方面建立了孔隙度演化模型，但大都没有细化到研究区某一具体层位孔隙度演化。鉴于此，笔者结合石油地质理论，应用数理统计方法，采用效应模拟原理，建立了鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段砂岩储层从埋藏初始至现今的孔隙度演化定量模型，为研究区长8段砂岩储层孔隙度预测提供定量计算方法，以期对该区油气勘探提供参考。

1区域储层特征

姬塬地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中西部，面积约112×104 km2[1725]。已有勘探成果表明，长8油层组为姬塬地区最为有利的油气聚集层位之一，发育岩性地层型和岩性构造复合型油藏[26]。油藏多呈分散、小规模分布，成藏机制复杂，储层非均质性较强，有利区主要出现在致密砂岩背景下的高效储层中，预测和勘探难度较大[2731]，致密储层成因、预测优质储层空间展布规律也即成了目的层研究的重点。

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段岩石类型主要为长石质岩屑砂岩和岩屑质长石砂岩。大量铸体薄片、染色薄片和扫描电镜观察表明，姬塬地区长8段砂岩主要经历了压实、胶结、交代和溶蚀等成岩作用。压实作用表现为颗粒之间以线状、凹凸状接触为主[图1（a）]，颗粒分选较差—中等，磨圆多为次棱角—次圆[3233]，部分颗粒定向半定向排列或见石英颗粒的裂纹和成岩裂缝。胶结作用主要有碳酸盐胶结[图1（b）]、硅质胶结[图1（d）、（f）]和黏土矿物胶结[图1（c）、（f）]，但是以碳酸盐胶结为主，在研究区普遍分布。交代作用表现为碳酸盐交代长石和石英颗粒。长石被方解石、含铁方解石交代比较强烈，同时也见铁方解石、含铁白云石交代长石现象；而石英被含铁方解石交代则相对微弱许多。溶蚀作用绝大多数是长石颗粒被溶蚀[图1（c）]，部分溶蚀形成的自生高岭石堆积在长石颗粒附近[图1（e）]，石英颗粒和岩屑被溶蚀的现象少见，但是不见碳酸盐胶结物被溶蚀的现象。虽然研究区目的层段的溶蚀作用总体上较弱，但是对于改善储层物性有一定作用[3436]。矿物碎屑以石英、长石为主，云母少量。很多岩屑已经假杂基化；杂基含量较少，主要为泥质；胶结物以碳酸盐、高岭石、绿泥石和硅质常见。

研究区长8段砂岩孔隙整体不发育，孔隙类型主要是粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔和晶间孔[图1（c）]。研究区压实作用和胶结作用比较强烈，后期溶蚀作用产生的溶蚀孔隙有限，粒间孔和长石溶孔是研究区长8段砂岩最主要的孔隙类型。砂岩储层孔隙度的总体变化规律受埋藏过程、沉积过程和成岩过程等因素影响。埋藏过程影响整体格局，沉积过程提供原始孔隙物质基础，而成岩过程控制后期变化。

2砂岩孔隙度演化数学模型

地层准确的孔隙度演化过程是无法通过跟踪埋藏过程而获得，而模拟试验又难以对某些关键成岩作用过程进行模拟。孔隙度演化过程中，起主要作用的是成岩作用的演化[7，3441]。结合一些学者的研究成果[612，16，4248]，在综合分析埋藏、成岩作用影响的基础上，采用成岩作用效应模拟方法对研究区孔隙度演化进行定量模拟。效应模拟不以模拟各种具体的成岩作用为重点，而是基于地质参数特点模拟各种成岩作用的综合叠加效果，以达到储层预测的目的[49]。基于效应模拟的原则，借鉴研究区丰富的资料（校正的测井数据、薄片资料），以现今不同深度砂岩孔隙度剖面作为切入点来反演地层孔隙度，即利用现今砂岩孔隙度剖面来近似代替特定地层由开始埋藏直至现今条件下的孔隙度演化规律，将地层孔隙度演化过程分为减孔作用和增孔作用，分阶段建立孔隙度演化定量模型。

2.1溶蚀作用温度窗口的确定

储层孔隙度受地层埋藏过程的影响，因此，结合埋藏史特征将研究区域划分为4个主要埋藏阶段，分别为正常压实作用阶段、压实胶结作用阶段、溶蚀作用阶段及溶蚀后压实胶结作用阶段，以此作为孔隙度演化分析的基础（图2）。

据研究，储层孔隙度增大是次生孔隙发育的结果[9，5051]。溶蚀性流体、可溶性矿物和流体活跃性是溶蚀作用发生的必要条件，三者在时间与空间域上的匹配差异导致了次生溶蚀孔隙发育程度的差异[7]。模拟次生孔隙发育的过程，需要通过埋藏史和热演化史确定次生孔隙开始形成的时间和结束时间，进而建立此阶段内孔隙度演化模型。

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段次生孔隙形成于地层有机酸对碳酸盐矿物、长石矿物等的溶解作用[9，18，28]。由该研究区的成岩序列图（图3）可以看出，次生孔隙最早形成于早成岩B期，这一时期古地温为65 ℃～85 ℃，是早期生油阶段。中成岩A期地温为85 ℃～140 ℃，是大量生油阶段；当地温达到110 ℃～130 ℃时，其是石油的主要充注时期，此时有机酸浓度降低，抑制了次生溶蚀作用，孔隙度增大演化结束[52]。由此确定溶蚀作用形成的温度窗口为70 ℃～110 ℃。在地层温度小于70 ℃时缺少有机酸，不能形成次生孔隙，而当地层温度高于110 ℃时，由于有机酸浓度降低和石油侵位抑制了次生孔隙的形成[7]。

2.3孔隙度增大模型

2.3.1酸化窗口内孔隙度增大模型

以研究区池94井长8段现今深度为2 539 m的地层为例，利用笔者建立的总孔隙度演化模型编制程序进行孔隙度演化模拟（图4）。从图4可以看出：模拟地层从距今223.8 Ma开始沉积，沉积初期原始孔隙度为3829%；在持续沉积过程中，距今210 Ma时，由于正常压实作用，埋深达到1 000 m，孔隙度减小到22.59%；在距今210～180 Ma时，长8段在经历了抬升和剥蚀作用继续埋深，孔隙度减小到1938%；在距今180～1511 Ma时，地层抬升后继续进行埋深，在经历正常压实的同时地层发生胶结作用，孔隙度减小到1471 %；在距今1511～1246 Ma时，地温上升，地层进入大量生油阶段，地层中干酪根热解开始产生酸性流体，长8段进入酸化窗口，产生溶蚀孔隙，增孔量达到108%，同时减孔作用使得孔隙度减少到967%，综合得到孔隙度为1075%；距今1246～100 Ma时，地层持续埋深达到最大深度，石油侵位酸化作用停止，由于上覆压力存在，时间效应持续发生作用，孔隙度减小到605%；距今100 Ma至现今，地层抬升，由于上覆压力存在，时间效应持续发生作用，孔隙度减少032%，达到现今的573%。

4结语

（1）鄂尔多斯盆地姬塬地区长8段砂岩主要为长石质岩屑砂岩和岩屑质长石砂岩，压实、胶结、溶蚀为主要的成岩作用类型，储层受沉积作用、埋藏作用和后期成岩作用的改造形成现今低孔低渗的储层特征。

（2）根据埋藏史特征，将姬塬埋藏过程分为4个主要阶段，并依据热演化史和成岩序列特征确定出正常压实作用、压实胶结作用及溶蚀作用的时间和深度窗口。在此基础上，依据大量的资料统计，并以现今孔隙度为约束条件，线性回归出了不同阶段的孔隙度演化模型，模型表现为四段式分段函数。模型的建立充分考虑了时间和深度2个参数的综合影响，又考虑了埋藏过程的阶段性和成岩作用的差异性，结果符合实际地质情况。

（3）建立的孔隙度演化模型可以推广应用到研究区任一地层的孔隙度计算，具有操作简单、结果合理的特点。但是模型的建立只考虑了埋深和时间2个主要参数，而孔隙度演化又是一个极其复杂的过程，受多种因素的共同作用和影响。因此，考虑其他因素对孔隙度影响及其对模型修正还有待于进一步深入研究。[KH*2D]

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