高邮凹陷阜一段致密砂岩孔隙演化差异分析

于雯泉 王 路 陆梅娟

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

高邮凹陷阜一段致密砂岩孔隙演化差异分析

于雯泉 王 路 陆梅娟

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

通过微观薄片图像、压汞实验与埋藏史等分析手段，对高邮凹陷阜一段致密砂岩开展了成岩作用与孔隙演化的定量分析，认为其成岩过程十分复杂，压实与胶结作用强烈，成岩阶段多进入中成岩A2期。而且由于后期的不规则抬降运动，导致其储层物性不仅存在与深度关系不匹配的现象，也存在各构造单元储层物性与深度关系自成独立演化的现象。研究表明南部断裂带阜一段储层的现今埋深远小于最大古埋深，具有先致密后成藏的特点，孔隙度和渗透率虽然低，但是有效孔隙的联通性较好，油藏通过压裂可以获得较好的产能。而内坡—深凹带地区的现今埋深大于古埋深，具有成藏后又进一步致密化的特点，这导致该区油藏含油饱和度较高，但是孔隙的联通性较差，开发较为困难。

致密砂岩 孔隙演化 成岩作用 定量化 高邮凹陷

高邮凹陷阜宁组是苏北盆地的主力勘探层系之一，随着勘探程度的不断提高，深层的阜一段(E1f1)也越来越为人们所重视。阜一段具有满盆皆砂的特点，但其物性比阜三段(E1f3)整体要差，有超过一半的钻井数据表明其多为致密砂岩，根据统计，高邮凹陷阜一段致密砂岩主要分布在高邮凹陷的深凹带、北斜坡沙花瓦中内坡、车逻地区和南断阶的低台阶地区，其中在北斜坡中内坡到车逻一带，主要分布在埋深大于2 800 m的范围内(图1)。从渗透率的角度来看，几乎各深度段都有大量的渗透率不大于1 mD的数据点，尤其是在南部断阶带埋深只有2 000 m左右依然广泛分布，这说明阜一段的致密砂岩分布几乎不受现今埋深的影响，应该与古埋深和成岩作用有关。本文从成岩特征入手，通过定量的手段分区带来探讨高邮凹陷阜一段致密砂岩的孔隙演化过程。

图1 高邮凹陷阜一段致密砂岩分布

1 成岩作用特征

阜一段沉积时期，高邮凹陷是一个多物源多水系的汇水盆地，分为北部的浅水三角洲和南部的扇三角洲，沉积环境为陆上至浅水充氧陆源湖泊。岩性主要为长石砂岩和长石岩屑砂岩。石英含量一般50%～80%，长石含量10%～25%，岩屑含量10%～30%，分选中等—偏差，磨圆中等，多呈次圆状—次棱角状，结构成熟度较阜三段差[1-2]。由于阜一段物源多，其成熟度在垂向上和平面上均差于阜三段。碎屑间以线—凹凸接触为主，粒间主要为方解石、铁方解石、及粘土共同胶结和充填。

1.1 压实作用

高邮凹陷深凹—内坡带的阜一段埋深较大，而且砂岩、粉砂岩中软颗粒含量较少，其压实作用应表现得相当强烈，但是由于阜一段储层的碳酸盐胶结物含量较高，导致了压实作用被这些填充物所抵制，致使矿物颗粒之间的接触关系多为点到点—线接触，凹凸—缝合接触相对较少，而且矿物破裂也较少[3-5]，只有碳酸盐含量低的部位，压实作用才表现强烈(图2a)。尽管阜一段的碳酸盐含量较高，在一定程度上抑制了压实作用，但是由于较大的埋深，仍然导致阜一段的压实作用强度要大于阜三段。而在南部断阶带上，现今的埋深较浅，但是压实作用依然十分强烈，表明其最大古埋深远大于现今埋深。

图2 高邮凹陷阜一段致密砂岩成岩作用特征

1.2 胶结作用

在高邮凹陷各构造单元阜一段致密砂岩储层中，碳酸盐胶结是最重要的成岩作用，储层中的碳酸盐含量大多超过10%，甚至多见超过20%的情况，严重影响了储层的结构与孔隙特征。碳酸盐胶结物包括(泥晶)方解石、白云石、铁方解石及铁白云石等，铁质碳酸盐分布广泛[4-6]，多期碳酸盐胶结成为严重影响储层物性的成岩作用类型(图2b)。

阜一段石英加大较发育，主要是埋深较大，成岩作用时间较长所致，含量为0.5%～1.5%，加大边宽0.01～0.03 mm，一般为Ⅱ一Ⅲ级加大，加大边缘保存完好或被碳酸盐胶结物交代，尤其是在深凹带，石英加大现象十分显著。本区石英胶结物的沉淀发生于一个相对较长的成岩时期，从早成岩期到中成岩期均有发育，因此与碳酸盐胶结物的接触关系是既有碳酸盐交代石英及加大边，又有后期生长石英未受碳酸盐交代(图2c)。

1.3 溶蚀作用

高邮凹陷阜一段致密砂岩储层的溶蚀现象十分丰富，而且早期碳酸盐胶结强烈，为后期的次生孔隙的形成也提供了条件，但其溶蚀现象相比阜三段而言要弱一些[4-5]，可能与较强的压实作用抵消了一定的溶蚀孔隙有关(图2d)。实际上，从溶蚀孔隙所占总孔隙的比例而言，阜一段致密砂岩储层要高于阜三段[3，5，7]。其中，在深凹—内坡带，溶蚀孔隙相对较多，但多受到后期的压实与胶结作用的影响，溶蚀孔联通性较差，而在南部断裂带，溶蚀孔的体积相对较大，且联通性较高，但是总体数量相对较少。

1.4 交代作用

高邮凹陷各个构造单元阜一段致密砂岩储层中交代作用都十分明显，主要是含铁碳酸盐对方解石和矿物颗粒的交代，能够见到铁方解石、铁白云石等晚期的含铁碳酸盐交代早期方解石的现象，也能够看到各种碳酸盐矿物交代长石颗粒的现象(图2e)，其中在南部断裂带多见铁方解石，而在在深凹—内坡带则既能见到铁方解石，又能见到铁白云石，这可能与深部热液的活动有关。

1.5 黏土矿物

阜一段致密砂岩中绿泥石含量明显较高，高岭石含量最低，这与阜三段砂岩中高岭石30%～40%高含量的特点正好相反[5，7]，表明阜一段中长石颗粒的溶解作用相对较弱(图2f)。

1.6 成岩阶段

根据高邮凹陷阜一段致密砂岩各种成岩作用及其特征、自生矿物分布和共生组合特点、混层粘土矿物的演化、结合有机质成熟度指标R0值、Tmax值、古地温等分析[3,5-6]，认为大部分致密砂岩的成岩阶段已进入晚成岩A2期、深凹带地区进入晚成岩B期(表1)。

表1 高邮凹陷E1f1致密砂岩成岩作用阶段划分表

2 埋藏演化史对致密砂岩的影响

前文提到高邮凹陷断裂带低台阶上的阜一段致密砂岩其压实状况与现今埋深严重不符，这是由于其沉积后的不均衡埋藏演化造成的，埋藏演化史的过程无论是对有机质还是对无机质沉积物的成岩演化都会产生重要影响[8-10]。根据对高邮凹陷阜一段埋藏发育史进行分析，认为高邮凹陷在阜宁组至戴南组沉积时期，一直经历的是相对持续稳定的埋藏热演化史，三垛组(E1s)沉积时期盆地快速沉降达到最大埋深，之后又强烈抬升剥蚀，在盐城组(Ny)沉积阶段盆地的构造格局发生了变化，导致阜一段原有的埋藏热演化史规律被破坏，这种破坏对阜一段致密砂岩演化规律的影响和控制作用主要是体现在各构造单元储层规律性自成体系。

2.1 阜一段地层埋藏史特征

阜一段自沉积开始经历了苏北盆地发展的断—拗阶段(泰州组K2t—阜四段E1f4)、断陷阶段(戴南组E2d—三垛组E1s)、拗陷阶段(盐城组Ny)三个主要的演化阶段[2]。在断—拗阶段，苏北盆地总的地势是西高东低，南断北超，断层既控制地层厚度，又控制相带展布，阜一段厚度具有紧靠真武断层地层厚度明显大于斜坡部位的沉积特点。在断陷阶段，高邮凹陷边界断层强烈活动，南部强烈沉降，地层达到最大埋深，此时，构造活动对阜一段的埋藏演化格局没有产生大的影响，阜一段成岩演化依然是严格地受到埋深的影响。而进入以三垛事件为开始的拗陷阶段，盆地的构造发生反转，盆地沉降停止，地层遭受强烈抬升剥蚀，发生了13.4 Ma之久的沉积间断和冷却过程，上始新统和渐新统地层缺失，随后在盐城组(Ny)沉积时期，沉降中心也发生东移现象，沉降速率东大西小，沉积厚度东厚西薄[2，11]。如东部北斜坡新近系以来的地层沉积厚度最厚超过1 500 m，而西部不到500 m，地层厚度差异超过1 000 m。而西部南部断裂带低台阶上的方巷地区由于盐城组沉积以来的地层厚度小，只有400～500 m，这样其阜一段地层在三垛组沉积末期埋深反而是比东部北斜坡要深。这种“跷跷板”式的抬降[2]，导致阜一段现今埋藏深度与始新世末埋藏深度相比，东部比西部埋深大，深度差超过1 000 m，从而使高邮凹陷阜一段致密砂岩储层整体上的物性-埋深规律发生了错乱变化(图3a)。

2.2 埋藏史对储层物性的影响

拗陷阶段(Ny-Q)盆地反转对阜一段埋深产生了较大的“跷跷板”式的抬降，导致阜一段致密砂岩储层物性不仅存在与深度关系不匹配的现象，也存在各构造单元储层物性与深度关系自成独立演化的现象(图3a)。回剥到盐城组沉积前的埋藏深度，阜一段储层物性与深度关系很清楚，总体反映出埋藏深度浅，物性好，随埋藏深度变大，物性逐渐变差，并且孔隙度和渗透率都在大约1 500 m的深度位置形成一个明显的由好变差的台阶(图3b)。其中位于整个凹陷中东部的内坡带(沙埝、花庄、瓦庄、车逻—发财卸甲)以及南部断裂带的陈堡—周庄等地区，盐城组沉积前的埋深相对并不大，而盐城组沉积厚度却较大，从而表现出了较大的现今埋深却有较高孔隙的特点。而在凹陷西部的南部断裂带低台阶上的方巷—许庄一带，由于盐城组沉积前有着较大的埋深，可是盐城组的厚度却较薄，从而导致了较小的现今埋深却有较低孔隙的特点。深凹带的古埋深与今埋深都很大，所以孔隙度最低。

a.孔隙度与现今深度关系 b.孔隙度与Ny沉积前深度关系

图3 高邮凹陷阜一段孔深关系

无论是高邮凹陷还是整个苏北盆地现今实测井温都反映了下层热、上层冷，盐城组以来普遍降温，加上渐新世末的构造抬升，苏北盆地经过了13.4 Ma之久的沉积间断和冷却过程，使得盐城组以来的地层沉积厚度对阜一段砂岩和阜二段烃源岩的成岩演化没有起到作用(只有在深凹带起到了一定的作用)，盐城组以来盆地发生的反转倾斜，地层沉积厚度东西大的差异反而是掩盖了下部地层真实的成岩演化史。由于盐城组沉积期，有机质成熟度基本上不再增加，烃类的活动基本停止，在三垛组末油气主要充注期过后，阜一段含油砂岩成岩作用也受到抑制或缓解，成岩演化基本定型，孔隙条件被较好保存下来。因此，以回剥至盐城组沉积前的深度，物性参数孔隙度、渗透率与深度关系图上，其外包络线的特征能呈现出整个凹陷有相对统一的规律性，并且砂岩成岩作用演化与有机质成熟演化、泥岩成岩演化在阶段上是统一的，成熟门限1 500 m的深度，正好也是砂岩进入晚成岩A2期的深度。而以现今深度，受盐城组沉积以来盆地反转的影响，这一规律性被盐城组沉积厚度东西差异大的现象完全掩盖。

3 孔隙与成岩演化

前文表明高邮凹陷阜一段致密砂岩的物性受到了埋藏演化史的影响而导致整体规律性被打乱，因此，对其孔隙演化的分析就要分地区(构造单元)来开展。定量研究一个地区的孔隙演化，需要获取多种数据(原始孔隙度、现今孔隙度、胶结物、交代物、溶蚀量、填隙物等)，并将其系统计算，从而获得成岩作用各阶段的孔隙变化情况。通过微观薄片图像分析、流体包裹体分析与储层物性实验相结合的手段，可以获得各种数据，而原始孔隙度的计算可采用Beard和Wely(1973)提出的根据原始孔隙度与分选系数之间的函数关系来计算[12-14]。随后，再将面孔率转换为孔隙度，通过计算，便可获得溶蚀、胶结、交代等成岩作用对储层孔隙度的平均影响值，用原始孔隙度分别加减这些数据，就得到了压实作用的影响能力，其中，溶蚀作用增加孔隙度，胶结作用降低孔隙度，交代作用由于矿物重结晶导致体积减少也会微量增加孔隙度[12]。根据统计的结果，便获得了各个地区各种成岩作用造成的孔隙变化值(表2)。

表2 高邮凹陷各地区阜一段致密砂岩成岩作用对孔隙的影响

3.1 方巷地区

方巷地区位于真武断裂带上，其为真②断层与真③断层的转换地区，埋深相对较大，其在三垛组沉积末期遭受了一定的抬升剥蚀，相关文献认为该地区剥蚀量在500～1 000 m[15-16]，分析认为该地区在三垛组末期最大埋深在2 800～3 000 m左右，压实作用与胶结作用强烈(表明大规模方解石胶结的方解石脉盐水包裹体均一温度峰值在80～100 ℃范围[17])，已经进入了晚成岩A2期，甚至部分可能达到了晚成岩B期，储层孔隙大幅降低，在成藏前已经成为了致密储层(此时储层的孔隙度在5%左右)。后来随着来自深凹区烃源岩成熟时排出的酸性流体，发生了一定的溶蚀作用，导致该地区的储层发育了少量的次生孔缝，能够成为油气储集体(此时储层的孔隙度在15%左右)(图4)，在随后的排烃运聚过程中(表明烃类运移的烃类及伴生包裹体的均一温度峰值在110～120 ℃范围[17])，有效圈闭捕获油气成藏，而且其后期再次埋藏的深度较小(500～600 m)，远小于最大古埋深，故其储层物性基本不再变化。但是正是由于该地区在成藏前已经成为致密储层，所以储层物性对油气聚集成藏的影响十分强烈，除了圈闭条件外，油气的聚集还具有趋向相对较好物性储层的特点，而且这种先期致密化的储层特征也导致该地区油藏的油气饱和度偏低，且渗透率较差，但是有效孔隙的联通性较好，油藏通过压裂可以获得较好的产能，例如F4块油藏，通过压汞法测得到的孔喉半径基本在0.1 μm以下(图5)，其排替压力高达1.58 MPa，这但是该块通过压裂后一直稳产。

3.2 许庄—竹墩地区

许庄—竹墩地区位于真武断裂带上，在方巷地区东部，其在三垛组沉积末期同样遭受了巨大的抬升剥蚀，相关文献认为该地区剥蚀量在1 000～1 500 m[11,15,18]。该地区在三垛组沉积末期最大埋深在2 500～2 800 m左右，已经进入了晚成岩A2期，储层孔隙有所降低，而随着来自深凹区烃源岩成熟时排出的酸性流体，发生了较强的溶蚀作用，导致该地区的储层次生孔隙较为发育，物性较好，能够成为有效的油气储集体，在随后的排烃运聚过程中，有效圈闭捕获油气成藏。虽然后期埋藏的深度较大(800～1 100 m)，但由于仍然小于最大古埋深，故其储层物性基本不再变化。该地区位于方巷地区的东部，盐城组的厚度略大与方巷地区，但其仍具有今埋深小于古埋深的埋藏特征，但是由于该地区阜一段的沉积物粒度较粗，而且古埋深略浅，所以其储层物性要略优于方巷地区。

图4 高邮凹陷方巷地区E1f1储层孔隙演化

图5 F4-7井2 152 m压汞法孔喉直方图

3.3 花—沙—瓦地区(中坡)

沙—花—瓦地区位于北斜坡主体部位，埋深相对较浅(其南部内坡地区另述)，其在三垛组沉积末期遭受了一定的抬升剥蚀，相关文献认为该地区剥蚀量在1 200 m左右[15，16，19]，分析认为该地区在三垛组沉积末期最大埋深在2 500 m左右，仅进入了晚成岩A1期，储层的原生孔隙得以保留，后来随着来自深凹区烃源岩成熟时排出的酸性流体，发生了大规模的溶蚀作用，导致该地区的储层发育了大量的次生孔缝，能够成为良好的油气储集体，在随后的排烃运聚过程中，有效圈闭捕获油气成藏，虽然后期埋藏的深度较大(1 100～1 200 m)，但由于仍然小于最大古埋深，故其储层物性基本不再变化。因此对于沙—花—瓦地区(中坡)而言，储层物性不是制约油气聚集成藏的条件，该地区的油藏含油饱和度较高，开发也较为容易。

3.4 内坡—深凹带地区

内坡—深凹带地区位于凹陷中心，埋深相对较深，其在三垛组沉积末期遭受了少量的抬升剥蚀，相关文献认为该地区剥蚀量在500～800 m左右[11,15,19]，分析认为该地区在三垛组沉积末期最大埋深在3 000 m左右，已经进入了晚成岩A2期，甚至部分可能达到了晚成岩B期，储层受到压实和胶结的剧烈作用(其方解石脉盐水包裹体均一温度峰值在100～120 ℃范围)，物性变差(此时储层的孔隙度在6%左右)，后来随着来自深凹区烃源岩成熟时排出的酸性流体，发生了溶蚀作用，导致该地区的储层发育了一定的次生孔缝，能够成为良好的油气储集体(此时储层的孔隙度在17%左右)，在随后的排烃运聚过程中(其烃类及伴生包裹体的均一温度峰值在110～130 ℃范围)，有效圈闭捕获油气成藏，但最后又发生了深埋，其埋藏深度增加了1 200～1 400 m左右(图6)，导致现今埋深超过了三垛组沉积末期埋深，成岩作用进一步加强，压实作用强烈，石英次生加大显著(石英次生加大边中的包裹体均一温度在150～190 ℃范围内仍有多个数据点)，而且由于较高的温度导致局部地区的原油发生裂解，仅剩沥青残留，故其储层物性再次变差，例如FS1块油藏，一些储层的孔隙度仅仅只有3%～5%，但是还有占据了超过8%储层体积的沥青存在。该地区具有典型的成藏后又进一步致密化的储层发育特征，与方巷地区截然相反，这会造成该区油藏含油饱和度较高，但是孔隙的联通性较差，从而导致开发较为困难。

图6 高邮凹陷内坡—深凹带地区E1f1储层孔隙演化

4 结论

(1)高邮凹陷阜一段致密砂岩储层成岩过程十分复杂，压实与胶结作用强烈，成岩阶段多进入中成岩A2期，部分达到中成岩B期。

(2)由于后期的不规则抬降运动，导致阜一段致密砂岩储层物性不仅存在与深度关系不匹配的现象，也存在各构造单元储层物性与深度关系自成独立演化的现象。而通过回剥到盐城组沉积前的埋藏深度后，整个盆地的阜一段储层物性才具有良好的统一规律。

(3)通过开展量化分析，明确了高邮凹陷阜一段各地区致密砂岩储层的孔隙演化特征，其中南部断裂带低台阶方巷—许庄等地区阜一段储层的现今埋深远小于最大古埋深，具有先致密后成藏的特点，导致该地区油藏的油气饱和度偏低，但是有效孔隙的联通性较好，油藏通过压裂可以获得较好的产能。而内坡—深凹带地区的现今埋深大于古埋深，具有成藏后又进一步致密化的特点，这导致该区油藏含油饱和度较高，但是孔隙的联通性较差，开发较为困难。

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(编辑 吴一华)

《高邮凹陷深凹带戴一段砂体识别及成因分析》获局科技进步一等奖

在2017年1月22日召开的江苏油田科学技术委员会会议上，江苏油田勘探开发研究院完成的局级重点项目《高邮凹陷深凹带戴一段砂体识别及成因分析》被评为局科技进步一等奖。

该项目针对高邮凹陷戴南组隐蔽油气藏勘探中所面临的砂体类型单一、勘探领域局限及砂体识别和预测精度不高等问题，通过刻画砂体的发育特征和分布规律，明确了各砂层组形成隐蔽油气藏的有利区带；总结出深凹带有五类不同成因的砂体发育；并分析砂体分布的主控因素，建立相应的砂体地质模式；建立了以“古地貌定区、区内定相、相内定砂”为核心，多项技术组合配套的“三定法”隐蔽圈闭识别技术。

该成果主要技术创新点有2个：一是依据砂体“岩石相、纵向组合方式，平面分布形态”，建立了高邮凹陷戴南组滩坝砂体、重力流滑塌砂体等五类砂体的地质模式。二是形成了特色隐蔽圈闭识别技术系列，以及适合高邮凹陷戴南组各类砂体地质特点的多个优势关键技术，提高了储层预测精度。

该项目在研究过程中，发现多个圈闭，提交14口井位，已完钻井13口，钻探成功率84.6%。贡献相当数量的新增探明储量、控制储量，取得了丰富的勘探成果。

(仇永峰)

Differences analysis for porosity evolution of tight sandstone in the first member of Funing Formation in Gaoyou Sag

Yu Wenquan,Wang Lu,Lu Meijuan

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfield,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

The diagenesis and porosity evolution of tight sandstone in the first member of Funing Formation in Gaoyou Sag were quantitatively analyzed by microscopic thin section image,pressure mercury experiment and burial history analysis.The results of analysis indicated that the diagenetic process with strong the compaction and cementation was very complicated,and the diagenetic stages mostly entered into the middle diagenetic stage A2.Moreover,because of the irregular movement at the late stage,there is not only a mismatch of relationship between reservoir physical property and depth,but also a self-independent evolution of relationship between reservoir physical property and depth for each tectonic unit.The present buried depth of reservoir in southern fault zone is less than the maximum paleo buried depth.And the reservoir had characteristics of early densification and late accumulation.Although the porosity and permeability are low,the connectivity of effective porosity is better.As a result,good productivity of wells could be obtained by fracturing stimulation.The present buried depth of reservoir in inner slope and deep concave area is more than the paleo buried depth.And the reservoir had characteristics of early accumulation and late densification.There is higher oil saturation in this area,but the connectivity of effective porosity is poor.Therefore,it is difficult to develop the reservoir.

tight sandstone;porosity evolution;diagenesis;quantitative;Gaoyou Sag

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.01.002

2016-08-12；改回日期：2016-11-04。

于雯泉，(1977—)，博士，现从事油气地质、海洋地球化学、沉积学等方面的研究。电话：15861363880，E-mail:yubai_home@126.com。

中国石化股份公司(ZDP17010，P13113)；江苏油田分公司(JS15001)

TE121.3

A