致密砂岩储层成因类型分析——以苏北盆地高邮凹陷阜一段为例

于雯泉

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

致密砂岩储层通常是指储层渗透率极低的砂岩储层，由于不同学者所研究的对象和角度不同，对致密砂岩的定义也不相同，目前一般认为覆压基质渗透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂岩储层(地面测量渗透率往往小于1×10-3μm2)，与常规砂岩储层相比具有特殊的微观特征[1-3]，其孔隙较小且喉道狭窄，成因较为复杂。早期的学者将其分为三种成因类型，即由自生黏土矿物沉淀造成的岩石孔隙堵塞的致密砂岩储层、由于自生胶结物的堵塞而改变原生孔隙的致密砂岩储层和由于沉积时杂基充填原生孔隙的泥质砂岩[4]，近期也有一些学者再次细化了这种分类，例如有学者认为致密砂岩储层从成因上可以分为为四种类型:由自生黏土矿物的大量沉淀所形成的致密砂岩储层，由胶结物的晶出改变原生孔隙形成的致密砂岩储层，高含量塑性碎屑因压实作用形成的致密砂岩储层和粒间孔隙被碎屑沉积时的泥质充填形成的致密砂岩储层[5]。这些成因分类较为复杂，表述上也较为繁赘，笔者通过对苏北盆地的致密砂岩分析认为，致密砂岩储层成因类型可以归纳为沉积时期粒度较细而主导的原生成因和成岩时期压实、胶结等作用主导的次生成因两大类型，又可以进一步细分为四种小类，下面就以高邮凹陷阜宁组一段(E1f1)致密砂岩储层为例来论述。

高邮凹陷E1f1是苏北盆地重要的勘探领域之一，该层段具有满盆皆砂的特点，但该层段储层多为低渗、特低渗储层，而且超过半数的实钻井数据表明该层段在斜坡带的中内坡及南部断阶带部分地区多为致密砂岩[6]。据统计，高邮凹陷E1f1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)。从其分布的地区可见E1f1致密砂岩储层横跨斜坡带和断裂带两个构造单元，并涵盖了北部物源的三角洲沉积体系和南部物源的扇三角洲沉积体系，而且其成岩特征多样，虽然以压实和胶结作用为主，但是残存的原生孔隙及溶蚀作用形成的次生孔隙仍然能让其成为有效的油气储层[6-9]。

图1 高邮凹陷E1f1致密砂岩分布

1 沉积与成岩作用特征

E1f1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，分选中等—偏差，磨圆中等，多呈次圆状—次棱角状，结构成熟度差[10-11]。碎屑间以线—凹凸接触为主，粒间主要为方解石、铁方解石、及黏土共同胶结和充填。

1.1 沉积体系

E1f1沉积时期，高邮凹陷存在两个沉积，斜坡带广大地区为浅水三角洲沉积体系，物源来自于西部及西北方向，浅水三角洲特征明显有别于阜三段(E1f3)时期正常类型的大型细粒三角洲，其沉积特点为三角洲前缘水下分流河道微相组成了砂体展布骨架，纵向上叠置，横向上连片，河口坝不发育，沉积物粒度相对南部断裂带较细，多为细砂岩和粉砂岩。

以该段钻遇井最多的一亚段(E1f11)为例，该时期沉积环境为浅水充氧，古地貌地形西北高东南低，北部斜坡带表现为明显的缓坡特征，而南部断阶带表现为明显的陡坡地形特征。在此背景下，来自西、西北方向的物源在斜坡带形成了宽缓的浅水型三角洲沉积，在韦庄以西可能发育三角洲平原亚相沉积，微相类型主要为多期水道叠加的分流河道和间湾，砂岩呈厚层块状为主；以东为广泛的三角洲前缘亚相沉积，微相类型以多次叠加的水下分流河道、席状砂及分流间湾为主，缺乏浪基面以下沉积特征及前三角洲亚相。由于斜坡带上缺乏前三角洲亚相，因此砂体连片分布，呈朵叶状-席状自西向东覆盖了整个斜坡带地区。砂岩百分含量在西部的秦栏地区最高为55%，往东逐渐减小，低值区主要位于东部瓦庄西-荻垛-博镇一带，砂岩百分含量约为20%。南部断裂带地区受断裂活动的控制，形成了扇三角洲沉积体系，物源来自通扬隆起，沉积物中砾砂泥混杂；该扇三角洲覆盖整个断裂带地区，向北最远可能延伸至HSX1井附近，沉积微相类型也是以水下分流河道为主。南部断裂带砂岩厚度富集的现象在百分含量图上并不突出，砂岩含量为35%～45%，说明南部提供的物源是短而急促的(图2)。

1.2 成岩特征

整体而言高邮凹陷E1f1埋深较大，埋藏时间较长，成岩作用十分显著，尤其是在中内坡，压实与胶结作用表现得非常明显，由于E1f1储层的碳酸盐胶结物含量较高，储层中的碳酸盐含量大多超过10%，甚至多见超过20%的情况，导致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，且矿物破裂也较少，只有碳酸盐含量低的部位，压实作用才表现强烈。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[6-7,12-14]。高邮凹陷E1f1的胶结物主要是碳酸盐岩，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，硅质胶结含量0.5%～1%，自生黏土矿物相对较少。高邮凹陷E1f1致密砂岩储层的溶蚀现象也十分丰富，且E1f1早期碳酸盐胶结强烈，为后期次生孔隙的形成也提供了条件。在深凹-内坡带，溶蚀孔隙相对较多，但多受到后期压实与胶结作用的影响，溶蚀孔连通性较差，而在南部断裂带，溶蚀孔的体积相对较大，且连通性较好，但是总体数量相对较少。对高邮凹陷E1f1的成岩特征可参见笔者其他文章[6]。

图2 高邮凹陷E1f11沉积相

2 致密砂岩储层的成因类型

从成因上来讲，致密砂岩储层的形成主要是两大类型：原生型和次生型，分别受到沉积作用与成岩作用的控制。

2.1 原生型致密砂岩储层

原生型是指由于沉积砂体的粒度或分选而导致砂体本身物性较低，随着埋藏过程而逐渐致密化的致密砂岩。其受到沉积作用的影响较大，可以再细分为细粒型与混杂型。

(1)原生细粒型:是指由于沉积粒度较细而导致致密化的致密砂岩。通过对苏北盆地E1f的588个低渗储层物性数据进行不同粒径与深度的分析(为排除成岩作用的影响，将碳酸盐含量大于10%的数据点去除)发现，粒径小于0.05 mm的储层孔隙度明显差于粒径大于0.05 mm的储层，且多为致密砂岩储层，而0.1 mm的粒径区分性则不明显(图3)。因此，认为当致密砂岩的粒度小于0.05 mm时，其受到原生沉积作用的影响更大。通过对原生细粒型致密砂岩储层的分析，其储集空间以粒间孔、粒内溶孔和晶间微孔为主(图4a)。

图3 不同粒径储层孔隙度与埋深关系

(2)原生混杂型:是指由于沉积分选较差而导致后期易致密化的致密砂岩，主要是由于泥质含量较多，或砂、砾、泥混杂，其原始物性本就相对较差，经过压实与胶结作用后更易致密化。其多为重力流混杂沉积，泥质含量多大于5%，储集空间以残余原生粒间孔、粒间溶孔和微裂缝为主(图4b)。

2.2 次生型致密砂岩储层

次生型是指沉积砂体原物性较高，但由于后期的成岩改造而导致致密化的致密砂岩。可以细分为胶结型与压实型。

(1)次生胶结型:是指由于胶结作用强烈而导致致密化的致密砂岩。这类致密砂岩往往压实作用一般而胶结作用十分强烈，发育有多期碳酸盐胶结，碳酸盐含量多大于15%，常见铁方解石或铁白云石，储集空间以粒间溶孔、粒内溶孔和晶间微孔为主(图4c)。

(2)次生压实型:是指由于压实作用强烈而导致致密化的致密砂岩。这类致密砂岩往往发育在埋深较大的区域，其压实作用强烈，碳酸盐含量基本小于15%，储集空间以粒内溶孔和晶间微孔为主(图4d)。

图4 致密砂岩储层成因类型微观特征

3 E1f1致密砂岩储层类型分布与特征

高邮凹陷E1f1致密砂岩储层孔隙演化过程中由于上覆盐城组沉积时期发生构造掀斜，导致沉降中心发生迁移，所以不同地区受到的成岩作用不同，整体上表现为晚期胶结作用强烈，而局部压实作用较强。另外，南部断阶带地区虽然现今埋深较浅，但是古埋深较大[6-7]，且发育有南部物源的扇三角洲沉积体系。因此，高邮凹陷E1f1致密砂岩储层在不同地区分布有不同的四种成因类型：原生细粒型分布在南断阶方巷地区，原生混杂型分布在南断阶许庄-竹墩地区，次生胶结型分布在北斜坡中内坡-车逻2 800～3 500 m埋深范围内，次生压实型分布在北斜坡内坡大于3 500 m埋深范围(图1)。

3.1 南部断裂带

南部断裂带整体上是以原生型致密砂岩储层为主，这是由于该地区主要发育扇三角洲沉积体系，近源特征明显(图2)，砂砾泥混杂(图4b)，相变快(方巷地区的粒度很细)，导致该地区E1f1砂岩自身物性原本就较差(图5a)，经过后期的压实与胶结作用，很容易致密化。其孔隙以原生孔隙与粒间溶蚀孔隙为主，孔隙发育程度较高，孔径和喉道较大(例如许庄地区的XQ1-21井2 317.2 m处主流喉道半径达1.38 μm，方巷地区F4-1井2 050 m处主流喉道半径达0.78 μm)，孔喉连通性好(平均配位数大于0.1)(图5b)，孔隙度峰值与渗透率峰值一致(图5c)，表明受后期成岩作用影响相对较弱。可动流体含量较高(例如方巷地区的F4-1井2 050 m处E1f1储层物性虽然较差，但可动流体达63.74%)，表明孔隙度虽然不高，但连通性很好，后期成岩作用未能彻底改变原始孔喉的连通状态(图5d)。该地区的原生型致密砂岩储层具有相对较低的排驱压力，例如F4-1井2 050 m处排驱压力仅0.48 MPa，XQ1-21井2 317.2 m处排驱压力仅0.32 MPa，表明其经过改造后具有较好的产液能力。

3.2 北斜坡中内坡地区

北斜坡中内坡地区基本以次生型致密砂岩储层为主，该地区沉积体系为来自西-西北部物源的浅水三角洲体系(图2)，砂岩的分选相对较好(图6a)，原始孔隙度较大，但因为埋深较大，压实与胶结作用强烈，成岩作用导致砂岩在后期致密化。其孔隙以粒间溶蚀孔隙为主，孔隙发育程度较低，喉道较小(例如内坡的FSX1井4 042.9 m处主流喉道半径为0.1 μm，中坡地区H16井2 566.45 m处主流喉道半径为0.082 μm)，连通性差(平均配位数为0.02～0.07)(图6b)，孔隙度峰值滞后于渗透率峰值(图6c)，表明受后期成岩作用影响强。可动流体含量较低(例如内坡地区的HSX1井4 280.3 m处E1f1储层物性虽然较好，但是可动流体仅37.15%)，表明孔隙虽大，但是连通性很差，后期的成岩作用将喉道封闭，形成很多的无效孔隙(图6d)。该地区的次生型致密砂岩储层具有相对较高的排驱压力，例如H16井2 566.45 m处排驱压力为2.92 MPa，HX33井3 204.4 m处排驱压力为3.13 MPa，这表明其产液能力较差，储层改造后的稳产性也较差，实际生产状况也证明这一特征。

图5 南部断裂带致密砂岩储层微观特征

图6 北斜坡中内坡致密砂岩储层微观特征

4 讨论与结论

(1)根据形成的主要因素可以将致密砂岩储层分为原生型与次生型两大类，原生型受沉积物自身粒度、分选等因素影响较大，次生型受后期成岩作用改造较强。但并不是认为原生型不受成岩作用的影响或次生型跟沉积物粒度等无关，而是指在致密化中何种因素占据相对主导地位。

(2)原生型致密砂岩储层可再细分为细粒型与混杂型。其区别在于细粒型是由于沉积物粒度细(多为粉砂级)导致储层致密，而混杂型则是由于分选差(砂、砾、泥混杂)导致储层致密，这表明细粒型多发育在前缘席状砂或滩砂等相带，而混杂型则易在重力流沉积体中发育，当然后期的成岩作用也会加速其致密化过程。值得讨论的是原生型致密砂岩实际上依然受到后期成岩作用的影响(笔者认为几乎所有的致密砂岩都是在成岩作用的影响之下形成的)，但是正是由于其更多受到沉积作用的控制而造成早期物性较差、后期更易致密化的特点，从而与次生型有所区分。

(3)次生型致密砂岩储层可再细分为压实型与胶结型。其实这两种成岩过程往往是相伴而生的，只是由于两者的发育程度不同而分为两种。就高邮凹陷E1f1致密砂岩储层而言，压实型主要是发育在埋深大于3 500 m的内坡区，这里的温度与压力都很高，碳酸盐胶结作用也较为强烈，但是压实作用明显超过了胶结作用对储层的影响，粒间孔隙保留的更少。

(4)在其他学者的研究中，认为自生黏土矿物形成的包壳是储层致密化的一个重要因素(或过程)，而高邮凹陷E1f1储层中自生黏土矿物相对较少，埋深较大的地区还有一定量的绿泥石，但基本没有形成包壳。所以本文没有关于自生黏土矿物型的分类，但其实自生黏土矿物也可以认为是一种胶结，其他地区的这种致密砂岩储层是可以划分入次生胶结型的。

(5)两种类型的致密砂岩储层虽然物性都较差，但是原生型因为保存了一定的原生孔隙，喉道受到的后期成岩作用影响较少，从而具有较高的孔喉连通性，其蕴含的流体可动性较强。次生型致密砂岩储层可能会有相对较高的孔隙度(溶蚀作用形成的)，但喉道受后期成岩作用影响较大，孔喉连通性较差，其含油饱和度可能会很高，但是流体的可动性较差，后期的产液能力较弱。因此原生型致密砂岩储层成藏后经压裂等改造会具有较好的产液能力，而次生型则由于无效孔隙较多而稳定产液能力较弱。