沁水盆地古縣區(qū)塊太原組灰?guī)r儲(chǔ)層特征

楊亦浩，李 咪

(1.山西藍(lán)焰煤層氣工程研究有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000；2.太原科技大學(xué) 能源與材料工程學(xué)院， 山西 晉城 048000)

沁水盆地的多次資源評(píng)價(jià)表明，該區(qū)石炭—二疊系煤系地層的成藏條件良好，煤炭及各類非常規(guī)天然氣的資源潛力巨大[1,2]. 其中,太原組地層發(fā)育大面積的潮下低能帶石灰?guī)r沉積[3，4]. 因此，開展沁水盆地太原組灰?guī)r儲(chǔ)層特征研究，可為該區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的進(jìn)一步勘探開發(fā)提供基礎(chǔ)資料。本文以沁水盆地古縣區(qū)塊為研究區(qū)，基于研究區(qū)GX1001、GX4003、GX6002三口鉆井的巖芯編錄，采集太原組灰?guī)r的典型樣品，進(jìn)行鑄體薄片鑒定、掃描電鏡觀測(cè)與常規(guī)物性測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，以揭示研究區(qū)太原組灰?guī)r儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征與物性特征，并進(jìn)行儲(chǔ)層的初步評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

古縣區(qū)塊位于沁水盆地西南邊緣，向西隔霍山大斷裂與霍西煤田毗鄰，往東逐步向沁水盆地的深部過渡。古縣區(qū)塊構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)巖漿侵入體。研究區(qū)太原組主要發(fā)育4層灰?guī)r，由老至新依次為廟溝段灰?guī)r(L1)、毛兒溝段灰?guī)r(L2)、斜道段灰?guī)r(L4)、東大窯段灰?guī)r(L5). 基于巖芯觀察，結(jié)合前人研究，認(rèn)為太原組灰?guī)r主要沉積于陸表海碳酸鹽潮坪相，其中斜道段灰?guī)r為開闊潮下亞相，其余為局限潮下亞相[3，4].

2 巖石學(xué)特征

根據(jù)鑄體薄片觀察，研究區(qū)太原組灰?guī)r的巖石類型為含生物碎屑泥晶灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r及泥晶生物碎屑灰?guī)r(表1). 灰?guī)r為自生顆粒結(jié)構(gòu)，自生顆粒類型以生物碎屑為主，常見棘皮類、有孔蟲類和瓣鰓類等；填隙物以泥晶結(jié)構(gòu)為主，僅在廟溝灰?guī)r中觀察到亮晶膠結(jié)物。

表1 古縣區(qū)塊太原組灰?guī)r巖石特征表

3 儲(chǔ)集空間特征

3.1 宏觀儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)太原組灰?guī)r的宏觀儲(chǔ)集空間類型以裂縫為主，溶孔和溶洞較少見。太原組灰?guī)r儲(chǔ)集空間特征見圖1. 裂縫包括構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫，密度0.4～16.6條/m. 其中，斜道灰?guī)r中常見高角度構(gòu)造縫(圖1a))，延伸較遠(yuǎn)且多呈開啟狀態(tài)，部分被方解石充填；廟溝、毛兒溝與東大窯段灰?guī)r的裂縫較少，以低角度構(gòu)造縫為主，延伸較短且多呈閉合狀態(tài)，多數(shù)被方解石充填。溶孔和溶洞(圖1a))常見于斜道灰?guī)r中，多數(shù)被瀝青質(zhì)或方解石充填。此外，溶孔和溶洞常沿著裂縫延伸方向展布，且僅發(fā)育于泥晶生物碎屑灰?guī)r中。

a) 溶洞及裂縫，斜道灰?guī)r b) 構(gòu)造縫被亮晶方解石充填，毛兒溝灰?guī)r c) 大量未充填的構(gòu)造縫，斜道灰?guī)r d) 縫合線穿過裂隙，斜道灰?guī)r e) 溶蝕縫被亮晶方解石充填，東大窯灰?guī)r f) 球蜓類生物體腔孔，房室皆被亮晶方解石充填，東大窯灰?guī)r g) 方解石晶間孔，廟溝灰?guī)r h) 粒間溶孔，毛兒溝灰?guī)r i) 晶間溶孔，毛兒溝灰?guī)r圖1 古縣區(qū)塊太原組灰?guī)r儲(chǔ)集空間特征圖

3.2 微觀儲(chǔ)集空間類型

基于鑄體薄片和掃描電鏡觀察，研究區(qū)太原組灰?guī)r的微觀儲(chǔ)集空間類型以微裂隙和次生孔隙為主，原生孔隙的含量較低。

根據(jù)鏡下觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，太原組的各段灰?guī)r中均可見微裂隙，且毛兒溝段與斜道段灰?guī)r的微裂隙含量較高(表2). 微裂隙的成因類型以構(gòu)造縫為主，非構(gòu)造縫次之。其中，構(gòu)造縫常成組出現(xiàn)(圖1b))，直徑5～40 μm，延伸數(shù)毫米至幾十毫米，面裂隙率0.5%～2.5%. 鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，斜道灰?guī)r中發(fā)育大量半開啟的構(gòu)造縫(圖1c))，表明有效裂隙的含量較高；而其余層段灰?guī)r的構(gòu)造縫常被方解石充填(表2). 非構(gòu)造縫主要包括成巖壓溶縫和溶蝕縫，前者即縫合線，常被瀝青質(zhì)或泥質(zhì)部分充填(圖1d))；后者指由已存在的各類裂隙經(jīng)溶蝕擴(kuò)大所形成的裂隙，主要發(fā)育于斜道段和東大窯段灰?guī)r，含量較低且均被方解石完全充填(圖1e)).

表2 古縣區(qū)塊太原組灰?guī)r微裂隙類型及特征表

研究區(qū)太原組灰?guī)r中的原生孔隙主要包括生物體腔孔和晶間孔。生物體腔孔指生物體腔的房室內(nèi)軟體腐爛后所殘留的孔隙，主要發(fā)育于泥晶生物碎屑灰?guī)r的蜓類、有孔蟲類、介形蟲類和苔蘚蟲類等生物碎屑顆粒中(圖1f))，常見于東大窯灰?guī)r段。晶間孔在研究區(qū)各段灰?guī)r中均有發(fā)育，以方解石晶間孔(圖1g))和黃鐵礦晶間孔為主。

次生孔隙類型多樣，包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔和晶間溶孔。粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔發(fā)育于毛兒溝、斜道及東大窯段的灰?guī)r中，前者指生物碎屑顆粒之間的膠結(jié)物被溶解而形成的孔隙(圖1-h))，后者指生物碎屑顆粒的殼壁或體腔被部分溶解而形成的孔隙。鑄模孔指自生顆粒部分或全部溶解而形成的孔隙，可根據(jù)孔隙形狀判別自生顆粒類型。研究區(qū)的各段灰?guī)r中均可見鑄模孔，主要分布于棘皮類、雙殼類、腹足類和藻類等生物碎屑顆粒中，多數(shù)鑄?？滓驯环浇馐z結(jié)物充填。晶間溶孔即在晶間格架孔的基礎(chǔ)上溶蝕擴(kuò)大而形成的孔隙(圖1i))，大量發(fā)育于毛兒溝段灰?guī)r中。

4 儲(chǔ)層物性及初步評(píng)價(jià)

對(duì)研究區(qū)太原組灰?guī)r樣品進(jìn)行常規(guī)物性試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明灰?guī)r孔隙度1.39%～4.29%，滲透率0.000 3～1.310 9 mD(表1)，屬于低-特低孔、低-特低滲儲(chǔ)層[5]. 其中，滲透率較高的灰?guī)r樣品為斜道段的泥晶生物碎屑灰?guī)r，為研究區(qū)內(nèi)相對(duì)較好的灰?guī)r儲(chǔ)層。根據(jù)儲(chǔ)集空間特征研究可知，斜道段泥晶生物碎屑灰?guī)r具有儲(chǔ)集空間類型較為豐富的特征，常見宏觀裂縫、溶孔、溶洞(圖1a))以及微裂隙(圖1c))、微觀粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔(圖1h))；并且，與其他灰?guī)r樣品相比，斜道段泥晶生物碎屑灰?guī)r的宏觀裂縫與微裂隙更為發(fā)育，且多呈半開啟狀態(tài)。研究認(rèn)為，斜道段泥晶生物碎屑灰?guī)r沉積于開闊潮下亞相，沉積水動(dòng)力條件相對(duì)較強(qiáng)，灰?guī)r的生物碎屑含量較高。當(dāng)灰?guī)r具有較高的生物碎屑含量時(shí)，灰?guī)r的結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，且由于生物軟組織易于腐爛形成空腔，使生物體腔孔等原生孔隙相對(duì)發(fā)育，有利于后期溶蝕作用的發(fā)生。此外，巖芯中的溶孔、溶洞常沿裂隙方向發(fā)育(圖1a))，表明裂縫作為孔隙水運(yùn)移的主要通道類型之一，可以有效促進(jìn)溶蝕作用的發(fā)生。因此，斜道段泥晶生物碎屑灰?guī)r中發(fā)育大量的半張開裂隙，是灰?guī)r儲(chǔ)層物性較好的主要原因之一。

5 結(jié) 論

1) 古縣區(qū)塊太原組主要發(fā)育4層灰?guī)r，沉積于陸表海碳酸鹽潮坪相，以含生物碎屑泥晶灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r及泥晶生物碎屑灰?guī)r為主?；?guī)r均為自生顆粒結(jié)構(gòu)，自生顆粒類型以生物碎屑為主，填隙物以泥晶結(jié)構(gòu)為主。

2) 研究區(qū)太原組灰?guī)r的宏觀儲(chǔ)集空間類型以裂縫為主，微觀儲(chǔ)集空間類型以微裂隙和次生孔隙為主?；?guī)r孔隙度1.39%～4.29%，滲透率0.000 3～1.310 9 mD，屬于低-特低孔、低-特低滲儲(chǔ)層。

3) 斜道段泥晶生物碎屑灰?guī)r具有儲(chǔ)集空間類型較為豐富的特征，且宏觀裂縫與微裂隙更為發(fā)育，灰?guī)r的滲透率相對(duì)較高，為研究區(qū)內(nèi)相對(duì)較好的灰?guī)r儲(chǔ)層。