次生孔隙发育带的概念及石油地质意义新认识

王艳忠，操应长，葸克来

中国石油大学地球科学与技术学院，山东 青岛 266580

1 问题的提出

次生孔隙带和次生孔隙发育带这2个名词已被国内外学者普遍应用。但是，到目前为止，未见有关次生孔隙带和次生孔隙发育带科学、准确的定义，二者基本上被混淆使用，并且不同学者对二者含义的理解存在较大差异。

对次生孔隙带内次生孔隙体积占总孔隙体积的含量（以下简称次生孔隙体积分数）的理解存在差异。部分学者只是认为次生孔隙带内储层储集空间主要为次生孔隙（或次生孔隙比例较大，或基本是次生孔隙），对次生孔隙体积分数多少没有明确说明［1－10］；而另一部分学者对次生孔隙带内储层次生孔隙体积分数进行了定量研究，但对次生孔隙体积分数达到多少为次生孔隙带并未形成统一观点。其中，多数学者倾向于将孔隙度剖面中次生孔隙体积分数低于50%的深度段称为以原生孔隙为主带或原生、次生孔隙混合带，而将次生孔隙体积分数大于50%的深度段称为次生孔隙带［11－14］。然而，王成等［15］研究认为松辽盆地发育3个次生孔隙发育带，次生孔隙体积分数均小于40%（表1）。分析认为，利用次生孔隙体积分数的某个固定值作为区分次生孔隙带、原生孔隙带与混合孔隙带并不科学，原因是次生孔隙体积分数大于0、小于100%的孔隙带均应称为混合孔隙带，只是次生孔隙体积分数大于0、小于50%的孔隙带为以原生孔隙为主的混合孔隙带，而次生孔隙体积分数大于50%、小于100%的孔隙带为以次生孔隙为主的混合孔隙带。

目前主要通过孔隙度－深度剖面中孔隙度正常演化曲线（或原始孔隙度演化曲线）与孔隙度实际演化曲线关系确定次生孔隙带发育的个数及深度范围，孔隙度实际演化曲线偏离（高于）孔隙度正常演化曲线、且向孔隙度高值方向突出的深度范围为次生孔隙带，向孔隙度高值方向突出的个数为次生孔隙带个数［3－7，11－13，16］。 但 是，获 得 孔 隙 度 实 际 演 化 曲线的方法存在差异：一种方法是通过拟合孔隙度与深度间函数关系获得孔隙度实际演化曲线［3－6］，如钟大康等［5］对孔隙度与埋藏深度进行五次多项式拟合获得孔隙度实际演化曲线；另一种方法是将孔隙度－深度剖面中孔隙度包络线作为孔隙度演化曲线［1，17－18］。上述确定次生孔隙带个数及深度的方法存在一定局限性：首先，孔隙度正常演化曲线受岩石组构、埋藏演化及成岩环境演化等多因素控制，而孔隙度－深度剖面是不同时代、不同组构的储层经历不同埋藏演化及成岩演化至现今状态孔隙度的集合，因此，简单地将一条孔隙度正常演化曲线作为孔隙度－深度剖面中的所有储层的孔隙度正常演化曲线是不准确的；其次，通过拟合孔隙度与深度的函数关系确定孔隙度实际演化曲线受人为因素及数据点个数的影响较大，使最终确定的次生孔隙带深度范围及个数存在较大差异，同时储层现今孔隙度受原始沉积特征、埋藏深度、构造作用、成岩作用等多种因素控制，简单地拟合孔隙度与深度的函数关系并不能准确反映孔隙度演化曲线，孔隙度与深度间可能就不存在某种特定的函数关系；第三，孔隙度包络线也不能作为孔隙度实际演化曲线，但是利用孔隙度包络线能够体现油气勘探开发中所关注的那部分高孔隙度储层；第四，由于成岩过程中水介质的复杂变化，溶解与胶结交代相间出现，导致次生孔隙在纵向上具有多层次发育的分布特征，即在一个次生孔隙带中具有高孔高渗和相对低孔低渗间隔分布的格局［12］。目前通过上述方法确定次生孔隙带个数及深度范围时，大多数学者都忽略了次生孔隙带之间的孔隙度低值带，而次生孔隙带之间的孔隙度低值带中可能也具有较高的次生孔隙体积分数，且孔隙度低值带内同样发育部分高孔隙度储层。

2 次生孔隙发育带概念

在系统总结前人对次生孔隙带（或次生孔隙发育带）含义理解的基础上，对次生孔隙、次生孔隙带、孔隙发育带、次生孔隙发育带等术语的含义进行如下阐述。

2.1 次生孔隙

次生孔隙是岩石在埋藏过程中由于各种成岩作用或其他地质因素如构造作用、脱水收缩作用等形成的孔隙，其主要类型有溶蚀作用形成的各种溶蚀孔隙、成岩脱水或重结晶作用形成的收缩孔隙、压实作用形成的破碎裂缝以及构造作用形成的裂缝等（表1）［4，7，11，19－23］。目前，对于次生孔隙的定义基本不存在争议，但是在次生孔隙的识别方面还存在争议。争论的焦点主要是：在原生孔隙的基础上颗粒边缘经过溶解作用改造后，是将原生孔隙和新生成的孔隙统一称为次生孔隙还是只把溶解作用形成的新孔隙称为次生孔隙。笔者分析认为，根据次生孔隙的定义，次生孔隙应该专指岩石在埋藏过程中形成的新孔隙，在识别储集空间类型时应将原始粒间孔隙和其周围颗粒溶解形成的新孔隙区分为原生孔隙和次生孔隙（图1）。但是，如果原生孔隙早期被胶结物充填、后期胶结物全部溶解而保留原生粒间孔形态的孔隙应识别为次生孔隙，不过这种次生孔隙识别较困难。

2.2 次生孔隙带

原生孔隙带和混合孔隙带是根据孔隙类型进行命名分类的。混合孔隙带这一名词不能突出次生孔隙在中深层油气勘探中所起的重要作用，因此，为了突出次生孔隙在中深层油气勘探中所起的重要作用，用次生孔隙带代替混合孔隙带，将孔隙度－深度剖面中有次生孔隙发育的带称为次生孔隙带。次生孔隙带在纵向上对应于某一深度范围，横向上表现为某一孔隙度区间；次生孔隙带中既存在孔隙度高值带也存在孔隙度低值带，孔隙度－深度剖面中孔隙度包络线向孔隙度高值方向凸出的部分为孔隙度高值带，向孔隙度低值方向凸出的部分为孔隙度低值带，相邻高值带和低值带孔隙度包络线拐点为二者分界；一般情况下，孔隙度高值带中既发育高孔隙度储层也发育低孔隙度储层，孔隙度低值带内同样既包括高孔隙度储层也包括低孔隙度储层，但是，孔隙度低值带内高孔隙度储层较孔隙度高值带内高孔隙度储层的孔隙度低；次生孔隙带内高孔隙度储层和低孔隙度储层通过有效储层孔隙度下限确定，孔隙度高于孔隙度下限的储层为高孔隙度储层，孔隙度低于孔隙度下限的储层为低孔隙度储层（图2）。

表1 次生孔隙（发育）带内次生孔隙体积分数特征Table 1 Volume fraction of secondary pores in secondary pore（development）zone

图1 碎屑岩储层储集空间特征示意图Fig.1 Sketch map of reservior pore space in clastic rocks

2.3 孔隙发育带

孔隙发育带指高孔隙度储层集中发育的带（图2）。孔隙发育带包括2层含义：孔隙发育带内储层孔隙绝对量高，表现为储层孔隙度高，但是，对孔隙类型不作要求，可以是原生孔隙和次生孔隙以任意比例组合；高孔隙度储层必须集中发育，在孔隙度－深度剖面中某一深度范围内集中成带，在次生孔隙带内表现为孔隙度包络线明显向孔隙度高值方向凸出，在原生孔隙带内表现为孔隙度包络线持续降低的特征。次生孔隙带内可发育多个孔隙发育带，对应于次生孔隙带内孔隙度高值带中的高孔隙度储层集中发育带；而原生孔隙带内一般发育一个孔隙发育带，对应于原生孔隙带内高孔隙度储层发育带。

2.4 次生孔隙发育带

次生孔隙发育带指次生孔隙体积分数大于50%的高孔隙度储层集中发育带（图2）。次生孔隙发育带包括3层含义：次生孔隙发育带内储层次生孔隙的体积分数高，即次生孔隙体积分数至少要大于50%；次生孔隙发育带内储层次生孔隙的绝对体积分数高，表现为储层孔隙度高，即储层孔隙度至少要高于有效储层孔隙度下限；高孔隙度储层必须集中发育，在孔隙度－深度剖面中某一深度范围内集中成带，孔隙度包络线明显向孔隙度高值方向凸出。次生孔隙发育带根据其发育的时间可以分为现今次生孔隙发育带和古次生孔隙发育带。古次生孔隙发育带指地质历史时期形成并存在的次生孔隙发育带，它可以一直保存至现今形成现今次生孔隙发育带，也可能被破坏变成非次生孔隙发育带，还可能经历多次破坏和再形成而演变为现今次生孔隙发育带。现今次生孔隙发育带可能为古次生孔隙发育带持续保存至今、或是古次生孔隙发育带经历多期破坏和再形成演化成现今次生孔隙发育带、或是地质历史时期次生孔隙发育带多次形成演化成现今次生孔隙发育带。古次生孔隙发育带的确定方法是在储层成岩作用演化序列研究的基础上，恢复地质历史时期孔隙度，计算地质历史时期次生孔隙体积分数，进而确定古次生孔隙发育带是否存在及形成时期。

图2 次生孔隙带划分模式图Fig.2 Division model of secondary pore zone

3 实例分析

东营凹陷是我国东部富油气断陷湖盆的典型代表。前人研究表明，古近系中深层为以次生孔隙为主的碎屑岩储层，纵向上发育多个次生孔隙发育带，并且不同构造带次生孔隙发育带的初始深度、规模、数量等存在差异［1－3］。民丰洼陷位于东营凹陷的东北部，北部为陈家庄凸起，南邻中央隆起带，东部为青坨子凸起，西部为利津洼陷。民丰洼陷北部陡坡带是陈南铲式扇形边界断层所控制的陡斜坡构造带，沙三中－沙四段沉积时期，在陈南断层的下降盘发育了大规模的近岸水下扇砂砾岩体［24］。近岸水下扇砂砾岩体与洼陷中心烃源岩呈指状接触，具有极佳的生、储、盖匹配关系，形成了大量以近岸水下扇砂砾岩体为储层的岩性或构造－岩性油气藏［24］。近年来，民丰洼陷北部陡坡带中深层近岸水下扇砂砾岩体油气勘探也取得了重大突破，已成为胜利油田“增储上产”的重要勘探目标，如2010年胜利油田在东营凹陷民丰洼陷北部陡坡带永920块沙四上亚段上报探明储量4 176万t。因此，选择东营凹陷民丰洼陷北部陡坡带沙三中－沙四段近岸水下扇砂砾岩储层为研究对象，以次生孔隙和次生孔隙发育带概念为指导，在有效储层孔隙度下限计算的基础上，总结次生孔隙发育带分布特征，可为次生孔隙发育带成因机制研究奠定基础。

3.1 有效储层孔隙度下限

有效储层孔隙度下限是确定次生孔隙发育带的基础，只有确定了有效储层孔隙度下限，才能确定次生孔隙带中孔隙度高值带内是否发育高孔隙度储层，进而才能确定次生孔隙发育带的分布特征。

有效储层是指能够储集和渗流流体（烃类或地层水），在现有工艺技术条件下能够采出具有工业价值产液量（烃类或烃类与水的混合）的储集层。有效储层不同于有效油层和有效气层，有效储层中采出的流体既可以是烃类，也可以是水，因此，有效储层包含有效油层和有效气层。有效储层物性下限是指储集层能够成为有效储层应具有的最低物性，通常用孔隙度、渗透率的某个确定值来度量［25－28］。计算有效储层物性下限值的方法很多，如测试法、经验统计法、含油产状法、最小有效孔喉半径法、分布函数曲线法等［25］。本次研究在收集整理大量实测物性、测井解释物性和油气水层及干层等解释资料的基础上，采用试油法计算了民丰洼陷北带沙三中亚段－沙四段不同深度范围碎屑岩储层有效储层物性下限（图3、4）。利用有效储层孔隙度下限值与中深进行回归拟合的方法，可建立有效储层孔隙度下限与中深的定量函数关系（图5）：

式中：φcutoff为孔隙度下限，%；H为埋藏深度，m。

利用上述有效储层孔隙度下限与深度的函数方程，可求取任意深度下有效储层孔隙度下限。

3.2 次生孔隙发育带分布特征

通过大量铸体薄片分析和扫描电镜观察发现：东营凹陷民丰洼陷北部陡坡带沙三中亚段－沙四段砂砾岩储层普遍发育次生孔隙，次生孔隙类型主要为长石、碳酸盐胶结物、酸性喷出岩岩屑、石英等溶解形成的粒间溶孔和粒内溶孔；其次为构造裂缝和成岩裂缝（主要包括成岩收缩缝、压实裂缝、超压裂缝）。充分利用铸体薄片资料、实测物性资料，根据次生孔隙的识别标志（图1），以及次生孔隙带、次生孔隙发育带、孔隙度高值带、孔隙度低值带的定义，在有效储层孔隙度下限计算和次生孔隙体积分数定量统计的基础上，系统分析了东营凹陷民丰洼陷北部陡坡带沙三中－沙四段近岸水下扇砂砾岩储层次生孔隙发育带分布特征。由图6可知：民丰洼陷北部陡坡带沙三中亚段－沙四段储层1 600～5 100m为次生孔隙带，垂向上发育5个孔隙度高值带和5个孔隙度低值带；孔隙度高值带Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ内均发育高孔隙度储层，并且高孔隙度储层中次生孔隙体积分数均大于50%，因此孔隙度高值带Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ内高孔隙度储层集中发育带均为次生孔隙发育带，即民丰洼陷北带沙三中亚段－沙四段碎屑岩储层发育4个次生孔隙发育带，其深度范围分别为2 800～3 500m、3 750～4 050m、4 300～4 500m，4 700～4 900m。为研究方便，将民丰洼陷北部陡坡带沙三中亚段－沙四段砂砾岩储层发育的4个次生孔隙发育带由浅至深依次命名为次生孔隙发育带Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

图3 有效储层与非有效储层实测孔隙度与渗透率关系Fig.3 Relationship between masured porosity and permeability of effective and non－effective reservoirs

图4 有效储层与非有效储层测井解释孔隙度与渗透率关系Fig.4 Relationship between logging interpretation porosity and permeability of effective and non－effective reservoirs

4 石油地质意义讨论

图5 民丰洼陷北带沙三中亚段－沙四段有效储层物性下限与深度关系Fig.5 Relationship between depth and physical properties cutoff of effective reservoir in the middle part of Es3 to Es4，north of Minfeng area

次生孔隙的准确识别对中深层油气勘探具有重要的指导意义，如果次生孔隙识别不准确可能会给中深层油气勘探带来错误指导思路。例如，在颗粒溶解孔隙的量很少的情况下，如果将原生孔隙及其周围颗粒边缘溶解形成的新孔隙统一称为次生孔隙，那么次生孔隙的体积分数将被人为增大，甚至达到100%的次生孔隙，这将使次生孔隙发育带成为中深层油气勘探的重要目标，次生孔隙发育带成因机制成为重点研究内容。而实际情况是次生孔隙只占总储集空间的少部分，原生孔隙是主要的储集空间类型，浅层保存下来的原生孔隙发育带才是中深层油气勘探目标；而有利沉积相带、早期超压和油气充注等有利于原生孔隙发育和保存的因素是中深层油气勘探研究的重点内容。

次生孔隙发育带和孔隙度高值带是中深层油气勘探的重要目标，但是，分析认为现今孔隙度－深度剖面中孔隙度低值带可能是一直被忽视的油气勘探目标。民丰洼陷北部陡坡带沙四下亚段次生孔隙发育带Ⅲ、Ⅳ内储层均为近岸水下扇扇中辫状水道中部砂砾岩，而孔隙度低值带Ⅲ内储层为扇根、扇缘、扇中水道间砂砾岩［29］，孔隙度低值带Ⅳ内基本为样品空白带。隋风贵等［24］研究认为，近岸水下扇不同亚相（微相）沉积作用和空间分布的差异性导致了不同亚相带在深埋藏过程中产生了不同的成岩响应。扇根亚相砂砾岩沉积厚度大、多期扇体间缺乏正常湖相泥岩，埋藏过程中主要为压实、交代等成岩作用，且随着埋深增大、压实作用增强，深埋藏下主要表现为强压实成岩相。扇中辫状水道微相沉积厚度中等，且向外厚度逐渐减薄、多期扇体间发育正常湖相泥岩（特别是生油岩），埋藏过程中主要发育压实、交代、溶解等成岩作用；随着埋深增大，压实作用增强，同时呈互层分布的烃源岩在热成熟演化过程中产生的有机酸可有效地进入邻近分布的扇中砂砾岩中，溶解长石和碳酸盐矿物，因此，深埋藏下主要表现为强压实压溶溶解成岩相。扇中水道间微相和扇缘亚相沉积厚度薄、沉积物粒度细且泥质含量高，主要发育压实、交代等成岩作用。也就是说，孔隙度低值带Ⅲ内储层孔隙度低的原因是储层原始沉积特征差导致埋藏演化过程中成岩作用以压实、交代作用为主，基本不发育溶解作用。因此，分析认为在孔隙度低值带Ⅲ、Ⅳ对应深度范围内应该也存在与次生孔隙发育带Ⅲ、Ⅳ内储层沉积特征和成岩演化相同（或相近）的近岸水下扇扇中辫状水道中部砂砾岩储层，即在深层孔隙度低值带Ⅲ、Ⅳ对应深度范围内同样发育高孔隙度储层，可作为下一步油气勘探的重点目标。

图6 民丰洼陷北带沙三中亚段－沙四段次生孔隙发育带分布特征Fig.6 Distribution of secondary pore development zone in the middle part of Es3 to Es4，north of Minfeng area

5 结束语

次生孔隙发育带是中深层油气勘探的重要目标，但是在次生孔隙发育带识别和成因机制研究方面还存在诸多问题需要进一步研究。1）部分学者在确定次生孔隙发育带个数时，孔隙度低值带样品较少或为空白带［1，30－32］，导致次生孔隙发育带个数偏多；同时，孔隙度低值带是否为岩性差异（孔隙度低值带内储层可能主要为泥岩、杂砂岩、中粗砾岩等原始储集物性差的储层）造成的低值带，未见有学者进行论述；因此，在某地区孔隙度－深度剖面上是发育多个次生孔隙发育带还是仅发育一个连续的次生孔隙发育带需要进一步探讨。2）在次生孔隙发育带成因机制研究方面，多数学者仅重视次生孔隙发育带内高孔隙度储层的成因机制和保存条件研究［1－4，7－8，19，33－36］，忽略了孔隙度高值带内低孔隙度储层和孔隙度低值带内储层成因机制研究，然而，深入系统研究孔隙度高值带内低孔隙度储层和孔隙度低值带内储层成因机制，可作为次生孔隙发育带成因机制研究的有利补充。

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