鄂尔多斯盆地上古生界已发现多个致密砂岩气藏,其作为常规气藏的替代者重视程度逐渐增高。临兴地区位于鄂尔多斯盆地东北缘临县和兴县境内,东西宽约66km,南北长约74km,区块面积2530.091km2,前期勘探开发以煤及煤层气为主,但随着勘探的深入,发现上古生界储层砂岩中存在有良好的天然气显示。该区作为鄂尔多斯盆地的一部分,天然气藏具有低丰度、大面积展布的特点,且含气层系较多,储层非均质性严重且呈现出低孔低渗特征。经过多年对于鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏的勘探开发,认为优质储层是控制勘探开发的关键,临兴地区作为勘探新区,对于成藏基础地质条件、储层成岩作用、成岩-成藏耦合以及储层控制因素等的研究较为薄弱,因此对于上述内容的研究对于该区天然气的勘探与开发具有重要意义。 本文以野外露头剖面、岩心观察等为基础,综合应用岩石普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、粒度分析、X衍射、荧光、包裹体等分析测试,并结合地震、测井等资料,运用统计学以及相关计算公式等手段对临兴地区上古生界本溪组~上石盒子组烃源岩、疏导体系、储层特征进行基础性研究,并进一步重点对该区成岩作用特征、成岩~成藏耦合关系进行详细探讨,揭示相对优质储层的主控因素,最终建立储层综合评价标准,对储层进行评价预测。本次研究取得了如下认识: 研究区上古生界储层砂岩骨架颗粒具有富岩屑、贫长石的特点,纵向上砂岩的成分成熟度及结构成熟度随深度增加而增大,岩屑以变质岩为主,填隙物含量较高。孔隙类型以次生孔隙为主,粒内溶蚀孔主要发育在本溪组~下石盒子组中,粒间溶蚀孔主要发育在上石盒子组中,高岭石晶间孔多发育在山西组~下石盒子组中。储层砂岩孔隙结构较差,物性具有低孔低渗的特点,孔隙度和渗透率相关性较好,天然气多聚集在物性较好的砂岩中。 成岩作用类型丰富,主要有压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用、堇青石沉淀作用以及绢云母化作用。砂岩所经历的压实作用和胶结作用较强,为主要的破坏性成岩作用,溶蚀作用为主要的建设性成岩作用。成岩演化程度较深,整体已经进入到了中成岩阶段,本溪组~下石盒子组砂体大部分进入到了中成岩B期,上石盒子组为中成岩A期。细砂岩因其塑性物质含量较高,具有不同的成岩演化过程。成岩相主要分为三种组合类型,本溪组~山西组为溶蚀~高岭石成岩相,下石盒子组为绿泥石膜~溶蚀~高岭石成岩相,上石盒子组为绿泥石膜~溶蚀~杂基充填成岩相,根据绿泥石膜含量和高岭石胶结率以及杂基含量将以上三类成岩相细化分为强、中、弱三种亚相。 压实作用的破坏性相对最强,平均压实减孔量为15.89%,胶结作用次之,为13.28%,溶蚀作用提供孔隙度为7.58%。不同岩性的砂体中,石英砂岩压实作用对孔隙度影响较小,胶结作用较强,一直过渡到长石岩屑砂岩,压实作用对其影响最高,溶蚀作用提供的孔隙度则相反。不同粒级砂岩中,粗砂岩中压实作用对孔隙度影响较低,胶结作用较强,细砂岩则相反,压实作用导致的减孔量最高。 砂岩原始孔隙度较低,初始孔隙度为30.03%,结合埋藏演化史,认为二叠世~中晚三叠世为准同生—早成岩B阶段,成岩作用以压实为主,压实作用减孔量为15.30%;晚三叠世—中侏罗世为中成岩A阶段,成岩作用以溶蚀和胶结为主,胶结作用导致孔隙度降低11.99%,而溶蚀作用则提高了7.58%的孔隙度;本溪组~下石盒子组中侏罗世之后达到了中成岩B阶段,主要以亚铁碳酸盐胶结为主,孔隙度总体降低2.00%,上石盒子组则在中成岩A晚期碱性成岩环境中沉淀出含铁方解石,平均降低1.04%的孔隙度,整个上古生界储层砂岩最终孔隙度为9.89%。不同岩性及不同粒级砂岩因其初始物质的不同,其孔隙演化过程也不尽相同。 研究区上古生界盐水包裹体均一温度介于70~165℃,天然气富集过程较为连续,除太原组外,主体分为两期包裹体,具有两期主充注期,主要出现在早-中侏罗世。太原组、石盒子组天然气大规模充注与储层致密化过程同时进行,山西组则具有先致密后成藏的特点。 储层主控因素主要为沉积环境、同沉积(凝灰质)填隙物的充填、以及成岩作用。沉积作用控制了砂岩成分以及结构的不同,水动力的不同控制了砂岩粒级及塑性岩屑含量;同沉积填隙物蚀变形成的水云母破坏了本溪组~下石盒子组砂岩储集性能,其溶蚀提升了上石盒子组储层物性;成岩作用则通过压实、胶结、溶蚀控制了优质储层的形成。将储层分为三种类型,其中Ⅰ型分布最少,Ⅱ、Ⅲ型分布面积最广。