1. 引言
鄂尔多斯盆地上古生界致密气资源丰富，产量较大，是我国当前致密气开发的主体区[1]。正宁地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南部，区域内宁古3井在盒8段获得高产气流，展现出较大的勘探潜力。盒8段砂岩在盆地范围内广泛分布，以往针对盒8段砂岩储层的研究集中在苏里格气田、延安气田等盆地中和东南部地区[2]-[4]，而盆地西南部盒8段勘探程度较低，储层研究多为区域性认识[5] [6]，且正宁地区盒8段的勘探开发始于本世纪初，长期以来处于预探和评价阶段，直到2020年宁古3井获得突破。故亟需细化区域性认识，厘清研究区储层特征，从而支撑致密气的进一步勘探开发。
为此，结合前人研究成果，通过观察岩石铸体薄片、扫描电镜照片以对岩心物性进行测试分析等方式，对研究区上古生界下石盒子组盒8段储层岩石学特征、储集物性和孔隙空间类型等开展了细致研究，明确了研究区目的层段致密砂岩储层特征，为该地区致密砂岩气进一步勘探开发奠定基础。
2. 区域地质背景
鄂尔多斯盆地是位于华北克拉通西部的多旋回叠合含油气盆地，可进一步划分为六个一级构造单元：西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、渭北隆起和伊盟隆起，其中，油气主要分布在伊陕斜坡[7]。正宁地区于伊陕斜坡西南部(图1)，上古生界盒8段为辫状河三角洲前缘沉积，物源供给源主要来自与华北古老基底和北秦岭–北祁连造山带[6] [8]，河道砂体大体上呈南西–北东向展布。区域内构造相对稳定，断裂较少，地层起伏平缓，厚度变化较小，地层中上部发育灰色、灰绿色泥岩夹灰色、灰绿色泥质粉砂岩，砂体相对不发育，厚度较薄。盒8段底部发育骆驼脖子砂岩[2]，岩性以含砾中–粗砂岩，厚度普遍大于10米。盒8段成藏条件优越，上覆盒7段厚层泥岩，断裂不发育，可作为盖层防止油气逸散，石盒子组下伏山西组、太原组煤系地层，煤层厚度2~5 m，生烃潜力较大，为区域内良好的源岩层[9]。
Figure 1. Structural zoning map of Ordos Basin (according to Reference [10], there are changes)
图1. 鄂尔多斯盆地构造分区图(据文献[10]，有改动)
3. 储层特征
3.1. 储层岩石学特征
通过连井对比发现，研究区盒8段地层厚度在40~60 m之间，整体变化较小。岩芯观察和岩屑分析显示，盒8段整体呈正旋回特征，地层中上部以厚层灰色、灰绿色泥岩为主，夹杂薄层的粉、细砂岩，反映河道间沉积环境。盒8段底部发育灰白色含砾中–粗砂岩，可见明显的河道冲刷特征，河道砂体多期叠置，规模及厚度较大。镜下薄片观察发现，碎屑颗粒分选中–差，磨圆度主要呈次棱角状–次圆状，普遍发育点–线接触，局部发育线接触，反映较强的压实作用。该套砂岩在盆地范围内广泛分布，是石盒子组的主要含气层段[11] [12]。
盒8段砂岩类型以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，碎屑组分中长石含量较少，主要为碱性长石，多数已经完全高岭石化或被方解石交代(图2)，整体成分成熟度相对较低，对应辫状河三角洲沉积特征。其中，石英类的质量分数为50%~90%，平均74.1%，主要包括石英和燧石；岩屑质量分数在10%~50%，平均24.2%。主要包括石英岩和板岩，占比约62%；长石质量分数在0%~5%之间，平均1.7%；岩屑类型以变质岩为主(图3)，占比可达62%，沉积岩次之，占比约28%，岩浆岩最少，占比约10%。填隙物主要为粘土矿物、凝灰质和碳酸盐矿物。
Figure 2. Sandstone rock types of He 8 Member in Zhengning area
图2. 正宁地区盒8段砂岩岩石类型
Figure 3. Histogram of rock debris type proportion of He 8 Member in Zhengning area
图3. 正宁地区盒8段岩屑类型占比直方图
3.2. 储层物性
对研究区内95个样品开展岩心物性分析，结果表明，盒8段砂岩储层孔隙度介于1%~16.7%范围内(图4(a))，平均孔隙度6.71%，其中4%~10%为主要的分布区间，占样品数63.2%；渗透率介于0.001~76.9 mD范围内(图4(b))，平均渗透率为0.36 mD，其中个别样品可能受裂缝沟通作用的影响，渗透率数值较高，其中0.01~1 mD为主要的分布区间，占样品数74.3%。因此，正宁地区盒8段储层为特低孔、特低渗砂岩储层。此外，砂岩颗粒粗细与储层孔渗好坏关系密切，在强压实作用的条件下，粗粒砂岩通常保留更多的残余粒间孔，其对应较高的孔隙度和渗透率，而中粒砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩所对应的孔隙度和渗透率则依次降低。
(a) (b)
Figure 4. Histogram of porosity and permeability distribution of He 8 Member in Zhengning area. (a) Porosity frequency distribution of He 8 Member; (b) Permeability frequency distribution of He 8 Member.
图4. 正宁地区盒8段储层孔渗分布直方图；(a)盒8段孔隙度频率分布；(b)盒8段渗透率频率分布
3.3. 储集空间类型
综合利用铸体薄片和扫描电镜资料对研究区目的层段储集空间类型开展分析，结果表明正宁地区盒8段孔隙类型多样，按成因可分为原生孔隙和次生孔隙。盒8段储层次生溶孔发育而原生孔隙相对较少。原生孔隙主要为粒间孔和少量微裂缝，受到强烈的成岩作用的影响，储层不断致密胶结，粒间孔残余较少，面孔率仅约为0.22% (表1)。微裂缝主要为受剪切力形成的构造缝，通常未被方解石等胶结物充填，一定程度上改善了储层物性(图5)；通过统计铸体薄片资料发现：盒8段储层次生孔隙主要为岩屑溶孔、粒间溶孔及高岭石化的晶间孔，其面孔率分别为0.78%、0.63%和0.46%，三者所占面孔率约为总面孔率的85.0% (表1)，是储层孔渗的主要贡献者[13]。除了单独的孔隙空间外，研究区盒8段孔隙常组合相连形成复合型孔隙，从而具有更好的物性，通常情况下为溶蚀孔、粒间孔、晶间孔三者复合。其中晶间孔 + 溶孔型、溶孔 + 粒间孔型孔隙度与面孔率较高，特别是渗透率最高，具有较大的储集和渗流意义。
Table 1. Types and contents of reservoir space in He 8 Member of Zhengning area
表1. 正宁地区盒8段储层储集空间类型及含量
层位 |
粒间孔 % |
粒间溶孔 % |
岩屑溶孔 % |
晶间孔 % |
微裂隙 % |
收缩孔 % |
其它 % |
总面孔率 % |
盒8 |
0.22 |
0.63 |
0.78 |
0.46 |
0.07 |
0.02 |
0.02 |
2.20 |
4. 结论
1) 正宁地区盒8段砂岩类型主要为岩屑石英砂岩和岩屑砂岩，砂岩碎屑组分中长石含量较少，主要为碱性长石，多数已经完全高岭石化或被方解石交代；岩屑类型以变质岩为主，占比可达62%，主要为石英岩和板岩，沉积岩次之，占比约为28%，岩浆岩最少，占比约为10%。
2) 盒8段砂岩储层孔隙度主要在4%~10%之间，平均6.71%；渗透率主要在0.01~1 mD之间，平均
Figure 5. Typical core casting thin section photos of He 8 Member in Zhengning area. (A) Ninggu 3 well, 3527.40 m, He 8 Member, developed debris dissolution pores; (B) Well Ninggu 3, 3527.40 m, He 8 member, intergranular dissolved pores, debris dissolved pores and visible intergranular pores are developed along the edge of quartz particles; (C) Ninggu 3 well, 3522.62 m, He 8 Member, developed micro-fractures; (D) Well Ninggu 18, 3793.42m, He 8 Member, developed intergranular pores, and locally developed dissolution pores
图5. 正宁地区盒8段典型岩心铸体薄片照片。(A)宁古3井，3527.40 m，盒8段，发育岩屑溶孔；(B)宁古3井，3527.40 m，盒8段，沿石英颗粒边缘发育粒间溶孔、岩屑溶孔，可见粒间孔；(C)宁古3井，3522.62 m，盒8段，发育微裂缝；(D)宁古18井，3793.42 m，盒8段，发育粒间孔，局部见溶蚀孔发育
0.36 mD，属特低孔、特低渗储层；受强烈的成岩作用影响，盒8段储层物性致密，平均总面孔率为2.20%，次生溶孔和晶间孔贡献了主要的储集空间，残余粒间孔占比较少。此外，不同孔隙常组合成复合孔隙，其中以溶孔 + 晶间孔型组合、溶孔 + 粒间孔型组合类型较好，通过沟通不同孔隙空间而获得了更大的孔隙度，特别是明显提高了渗透率，具有较大的储集和渗流意义。