鄂尔多斯盆地定边地区长4+5油层黏土矿物对储层的影响因素

焦语婷; 李涛; 何松霖; 修静泽; 刘国文; 石桓山; 胡望水

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2501059

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (4) :1449-1456 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2501059

石油、天然气工业

鄂尔多斯盆地定边地区长4+5油层黏土矿物对储层的影响因素

焦语婷 ¹ ,
李涛 ¹^,^* ,
何松霖 ² ,
修静泽 ¹ ,
刘国文 ¹ ,
石桓山 ¹ ,
胡望水 ¹

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Influence Factors of Clay Minerals on Reservoir in Chang 4+5 Oil Formation in Dingbian Area of Ordos Basin

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摘要

黏土矿物通常在长石砂岩、岩屑砂岩、石英砂岩中对湖盆成分和结构造成影响，通常情况下黏土矿物会影响储层孔隙大小。通过成岩作用研究对岩石矿物组分进行分类，利用扫描电镜、X射线衍射、恒速压汞等方法综合定量化评价致密砂岩过程中孔隙度、渗透率演化特征。结果表明：长4+5油层三角洲前缘亚相6个沉积微相石类型以细粒岩屑长石砂岩和细粒长石砂岩为主，发育少量细粒长石岩屑砂岩。胶结物有硅质，铁方解石，高岭石，绿泥石，伊利石。其中绿泥石充填孔隙以杂基形式存在，破坏储层作用薄膜赋予孔隙表面起到建设作用，伊利石对储层有破坏作用，高岭石在储层中起到建设作用。研究成果为鄂尔多斯盆地及类似强非均质性储层的甜点预测提供了理论依据。

Abstract

The composition and structure of lacustrine basins in arkose，lithic sandstone，and quartz sandstone are commonly influenced by clay minerals. Reservoir pore size is generally affected by these minerals. Rock mineral components were classified through diagenesis research. Scanning electron microscopy，X-ray diffraction，and constant-rate mercury injection were employed for analysis. The evolution of porosity and permeability in tight sandstone was quantitatively evaluated. The results show that Chang 4+5 oil layer delta front subfacies contain six sedimentary microfacies. Fine-grained lithic arkose and fine-grained arkose are identified as the main rock types. A minor amount of fine-grained feldspathic lithic sandstone is developed. The cements consist of siliceous material，ferrocalcite，kaolinite，chlorite，and illite pores are filled with chlorite as matrix. Reservoir damage is caused by chlorite in this form. However，a constructive effect is provided by chlorite coatings on pore surfaces. The reservoir is damaged by illite. In contrast，a constructive role is played by kaolinite. The research findings provide a theoretical basis for sweet spot prediction in the Ordos Basin and similar highly heterogeneous reservoirs.

Graphical abstract

关键词

鄂尔多斯盆地 / 长4+5油层 / 浊沸石 / 定边地区 / 储层因素

Key words

Ordos Basin / Chang 4+5 oil formation / turbidite / Dingbian area / reservoir factors

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焦语婷, 李涛, 何松霖, 修静泽, 刘国文, 石桓山, 胡望水. 鄂尔多斯盆地定边地区长4+5油层黏土矿物对储层的影响因素[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(4): 1449-1456 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2501059

JIAO Yu-ting, LI Tao, HE Song-lin, XIU Jing-ze, LIU Guo-wen, SHI Huan-shan, HU Wang-shui. Influence Factors of Clay Minerals on Reservoir in Chang 4+5 Oil Formation in Dingbian Area of Ordos Basin[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(4): 1449-1456 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2501059

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中国四川盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地作为典型强非均质性含油气盆地，其储层质量受控于黏土矿物演化与成岩-沉积耦合作用。王龙等^[1]通过鄂尔多斯盆地延长组实例系统揭示了浊沸石溶蚀对次生孔隙的定量改造机制。陈少云等^[2]在川中沙溪组的创新性工作证实了沉积微相对储层物性的控制作用。郭晖等^[3]对准噶尔盆地二叠系砂砾岩的研究进一步揭示了沸石胶结物分布与油气运移聚集的时空耦合关系^[3]。值得注意的是，鄂尔多斯盆地陇东地区通过浊沸石溶蚀孔隙定量表征技术，已实现单井产量3倍以上的跨越式增长^[4]，这凸显了成岩改造对储层产能的关键调控价值。房超等^[5]提出的层序格架控制模式与王羽君等^[6]构建的构造-沉积耦合格架，虽为成岩演化研究提供了新视角，但现有分类体系多基于单一成岩要素（如胶结类型或成岩环境），难以量化压实-胶结协同作用对孔隙结构的动态影响^[7-10]。

针对鄂尔多斯盆地定边地区长4+5组砂岩，其成岩演化序列呈现多期次叠合特征：早成岩阶段（埋藏<1 500 m）以绿泥石环边胶结为主导，中成岩主幕（1 500~2 800 m）发育三期矿物组合。前期研究虽然已经建立孔隙结构分类方案（细喉-微喉型、中喉-微喉型和粗喉-微喉型3大类六亚类）^[10-14]，但对绿泥石抑制石英增生机制与有机酸溶蚀的协同作用仍缺乏系统解析。鉴于此，提出压实强度（弱/中/强压实）与胶结类型（绿泥石包膜、铁白云石胶结等）动态耦合划分六类成岩相：Ⅰ类中等压实-绿泥石包膜+石英加大（残余粒间孔10%~15%）；Ⅱ类中等压实-绿泥石充填+溶蚀改造（复合孔隙度8%~12%）；Ⅲ类中等压实-自生矿物组合（石英+高岭石+伊利石）控制溶孔-微孔系统（孔隙度5%~8%）；Ⅳ类弱压实-铁方解石嵌晶式胶结（微孔主导，孔隙度3%~5%）；Ⅴ类强压实-塑性颗粒变形（微孔占比>90%）；Ⅵ类压溶主导型（石英缝合线发育，孔隙度<2%）。其中Ⅱ、Ⅲ类成岩相构成主要有效储集单元，其孔隙结构配置受控于绿泥石抑制石英增生机制与有机酸溶蚀双重作用。

通过对长4+5油层开展储层物性^[15-17]、粒度^[18-20]、扫描电镜^[21-23]、X射线衍射^[24-26]、恒速压汞等方法，综合定量化评价致密砂岩过程中孔隙度、渗透率演化特征得出长4+5油层发育三角洲前缘亚相及前三角洲亚相；三角洲前缘亚相6个沉积微相石类型以细粒岩屑长石砂岩和细粒长石砂岩为主，少量细粒长石岩屑砂岩^[27-33]。胶结物有硅质、铁方解石、高岭石、绿泥石、伊利石^[34-37]。绿泥石充填孔隙以杂基存在，破坏储层作用薄膜赋予孔隙表面起到建设作用，伊利石对储层有破坏作用，高岭石在储层中起到建设作用^[38-41]。旨在阐明绿泥石包膜与铁白云石胶结对孔隙结构的差异化调控机制，为鄂尔多斯盆地及类似强非均质性储层的甜点预测提供理论依据。

1 区域地质概况

鄂尔多斯地区是中国第二大沉积盆地，有6个构造单元。姬塬区块位天环坳陷处，上临伊盟隆起，东部为晋西挠褶带，北部和南部分别有伊盟隆起和渭北隆起^[42-45]，如图1所示。姬塬地区主要在伊陕斜坡的中西部与天环坳陷中部地区，北部及东北部阴山古陆伟长石砂岩居多，西北部贺兰山地区母源伟岩屑砂岩，西部及西南部秦岭地区有古陆母源伟石英砂岩，长4+5主要为长石砂岩由东北向南西成分成熟度指数逐渐增高。

2 黏土矿物岩石学特征

长4+5组以锆石最多，平均值为46.1%，其次为石榴石，平均值为31.5%，长4+5油层中稳定矿物含量逐渐减少，次稳定矿物含量逐渐增高，稳定系数逐渐降低，充分说明随着地质时间的推移，由下向上，物源区逐渐变近，湖盆水体逐渐变浅，河流作用逐渐增强。

重矿物与不同母岩的重矿物组合分析得出对研究区影响较大的母岩类型为变质岩和喷出岩。这和盆地东北部变质岩、低温岩浆岩所组成的地层有较好的对应关系^[45-47]。说明长4+5组沉积物源都主要来自鄂尔多斯盆地东北部大青山隆起母物源区。通过物源分析中阴极发光与物源之间联系可以看出碎屑石英红褐色，长石亮蓝色，蚀变斜长石黄绿色，反映母岩为高级变质岩。石英加大强烈，加大边不发光。粒间方解石发亮黄色光，如图2（a）所示。碎屑石英蓝紫色、红褐色，长石亮蓝色，蚀变斜长石黄绿色，反映母岩为高级变质岩和火山岩。粒间方解石发橙黄色，发光均匀，如图2（b）所示。阴极发光为蓝紫色及褐色-蓝紫色，表明长4+5沉积主要来自东北部和北部的物源区，如图2所示。

3 储层微观孔隙结构特征

基于系统岩心测试数据分析，长4+5储层呈现出典型的低孔-特低渗特征：孔隙度11.8%~12.45%（均值10.2%），渗透率0.31~1.55 mD。姬塬地区储层面孔率均值在5.79%，属沉积区最优储集单元。主要孔隙组合有残余粒间孔和微孔组合、残余粒间孔和溶孔组合、溶孔和微扎组合长4+5油层组孔径均值中单孔型粒间孔位36.6μm、微孔10 μm，复孔型粒间孔-溶孔孔径值为50 μm黏土矿物中岩石矿物中存在明显的耦合关系，进一步说明了黏土矿物在碎屑中呈现胶结现象，压实程度低等特点（图3）。

4 黏土矿物类型及特征

4.1 黏土矿物特征

研究黏土矿物特征等内容的方法很多和扫描电镜可以分析黏土矿物的形态与结构，红外光谱法能研究黏土矿物的成分，X射线衍射法能分析黏土矿物的相对含量。目前，研究黏土矿物在储层中的分布特征和成岩作用特征最广泛的方法是能谱分析法。在识别黏土矿物种类时，学者们通常会使用能谱分析配合高倍显微镜观察矿物结构，每种黏土矿物都有独特的元素，这些元素含量的差异就是判断矿物种类的重要依据。需特别说明的是，检测到的Au元素通常来自样品表面镀层，并非矿物本身固有成分。且由于手工制样过程中可能引入汗液等污染物，当能谱检测结果显示异常升高的C元素锋时，通常判定为污染干扰数据并剔除，如图3所示。

4.2 黏土矿物成因机制

通过分析绿泥石黏土膜的成因动力学机制，提出了绿泥石黏土膜的形成模式。该模式主要分为5个阶段：①第Ⅰ阶段为原始颗粒沉积，颗粒表面吸附成膜阶段；②第Ⅱ阶段为颗粒初期压实，吸附膜流动阶段；③第Ⅲ阶段为成岩初期，包膜绿泥石里层形成阶段；④第Ⅳ阶段为成岩早期，包膜绿泥石中层形成阶段第Ⅴ阶段为成岩中期，包膜绿泥石外层形成阶段。图4为绿泥石黏土膜形成过程，由图可以看出孔隙充填式绿泥石多呈玫瑰花状或绒球状集合体发育在孔隙中。

姬塬研究区较多见，电镜下常见与铁白云石，自生石英晶体共生其成分与包膜式绿泥石外层相同，即贫铁、钙富镁、铝、硅，说明是在铁离子欠补偿、镁离子过补偿的孔隙水环境下沉淀析出的。这说明孔隙充填式绿泥石形成时间较晚，接近或晚于包膜式绿泥石外层形成时间，推断是成岩中期A-B阶段的产物，推测判断孔隙充填式自生绿泥石主要是由钾长石蚀变而成，这类成因绿泥石的最大特点就是与自生石英共生。

5 黏土矿物对储层的影响

鄂尔多斯盆地长4+5组砂岩中，黏土矿物的赋存形态与成岩时序显著控制储层的有效性。研究显示：孔隙充填式绿泥石形成于中成岩阶段，其绒球花状或玫瑰状微晶集合体大量占据粒间空隙，如图5（a）、图5（b）所示，导致储层孔隙度降低4%~8%（背散射电子分析显示其晶间孔占比达51%，但对总孔隙贡献不足2%），同时因微孔比表面积增加使渗透率下降1或2个数量级，属于典型破坏性成岩阶段。电镜观测揭示其环边结构可有效抑制石英次生增大[图5（c）、图5（d）]：绿泥石包膜覆盖区石英加大边厚度仅0.5~2μm，而未覆盖区可达5~10 μm，由此保留残余粒间孔达10~15%，成为本区有效储集空间的主要建设性原因。

值得注意的是，成岩时序与矿物组合的耦合关系决定了黏土矿物的双重角色：当绿泥石以包膜形式早期析出时，其抑制硅质胶结作用占主导，形成高渗通道（Ⅱ类成岩相孔隙度8%~12%）；而在中成岩期有机酸溶蚀作用较为活跃，早期绿泥石包膜可以保护长石骨架免受强烈压实，为后期溶蚀提供物质基础（Ⅲ类成岩相孔隙度5%~8%）。相反，若绿泥石在中成岩期以孔隙充填形式为主（常见于快速深埋区），则会形成微孔主导的Ⅴ类成岩相（孔隙度<3%），严重制约油气赋存。

6 黏土矿物成岩作用

成岩作用对储集空间具有双重改造效应，其通过机械压实-化学胶结-溶蚀作用的动态博弈重塑孔隙演化路径。简单来说就是破坏原生孔隙、建立次生孔隙的过程。黏土矿物成岩作用影响了长4+5储集特征，控制着储层的物性发育，同时黏土矿物对孔隙有着建设性与破坏性。

成岩作用中母源碎屑物质的沉积作用，碎屑来源于变质岩和火山岩区，沉积物主要为细粒长石、石英和岩屑，颗粒表面有黏土吸附未发生压实，同生成岩阶段部分有方解石沉淀。早成岩阶段主要以机械压实为主损失孔隙率在11%，方解石发生溶蚀现象绿泥石黏土膜初步形成，石英加大减弱，此时方解石胶结作用全部充填在粒间空隙中后期成岩作用以方解石碎屑颗粒为主，机械压实、溶蚀、胶结作用后停止发育，如图6所示。

成岩作用进入终结时期，尚无油气，化学胶结作用和溶蚀作用继续反应，形成伊利石、晚期绿泥石和晚期碳酸盐等成岩矿物，该时期终结进入油气储集状态，此时无油气进入，储层成岩演化将继续发展，以胶结物和溶解作用为主。

7 结论

（1）黏土矿物通过溶蚀增孔和胶结减孔的双重机制显著影响储层连通性及采收速率。

（2）长4+5组砂岩成岩序列划分为早成岩（绿泥石环边胶结+方解石充填）与中成岩（三期矿物组合）阶段，形成了六类成岩相。其中Ⅱ类（溶蚀改造型，孔隙度8%~12%）和Ⅲ类（自生矿物控制型，孔隙度5%~8%）为有效储集单元，受绿泥石抑制石英增生及有机酸溶蚀共同调控。孔隙结构按照喉道特征细分为6亚类，细喉-微喉均匀发育型为最优储集单元。

（3）通过物源分析蚀变斜长石黄绿色，反映母岩为高级变质岩。石英加大强烈，蚀变斜长石黄绿色，反映母岩为高级变质岩和火山岩。阴极发光为蓝紫色及褐色-蓝紫色，表明长4+5沉积主要来自东北部和北部的物源区。

（4）长4+5储层属低孔-特低渗（孔隙度均值10.2%，渗透率0.31~1.55 mD），孔隙以残余粒间孔、溶孔及微孔组合为主，绿泥石胶结与压实程度低共同影响孔隙结构。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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