依南地区下侏罗统砂岩储层致密化因素分析

尚晓庆，斯尚华

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.西安石油大学 陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065)

引 言

致密砂岩储层中蕴含丰富的天然气资源，也称“致密砂岩气”。致密砂岩储层通常具有典型的低孔、低渗、非均质性强、裂缝发育、异常高压及多期油气充注等特征。已有研究表明，致密砂岩储层的形成通常经历多阶段演化，且形成过程中受多种因素的控制，如沉积环境[1]、岩石学特征[2]、油气充注[3]、构造运动[2]等。

目前关于致密砂岩气藏的形成，多数专家认为致密砂岩储层在其致密化之前就已经充注了油气，由于较低的含气饱和度难以抵抗上覆岩层的压实而形成致密储层。此外，早期的油气充注也可能对储层的成岩演化造成一定的影响，即油气充注于储层高渗时期，残余的油气改变了储层的润湿性，因此，晚期的油气也能在致密储层内受较低阻力而成藏。上述分析表明，致密砂岩储层的储层致密化过程与油气成藏具有密切的关系。古娜等[4]研究发现，不同盆地、不同层系，甚至是在同一盆地、同一层系的不同位置，储层砂体的致密化成因机制及主控因素也不尽相同。因此，深入探讨致密砂岩储层的主控因素对于下一步的油气勘探具有重要意义。

关于研究区下侏罗统地层，已有研究主要集中在沉积环境[5-6]、物源方向[7]、砂体展布[8-9]、储层特征及成因[10-14]等方面，对于致密储层的主控因素有一定研究[15-17]，但未形成统一认识。储层的致密化主控因素与储层有利区预测密切相关，因此，本文对依南地区东部、中部和西部下侏罗统致密砂岩储层基本特征进行对比研究，深入分析储层致密化的主控因素，以期为研究区致密砂岩储层的“甜点”预测提供一定的思路。

1 区域地质概况

库车坳陷位于塔里木盆地北部，地理上西起温宿，东至库尔楚，南起轮台—库车—阿克苏公路一线，南北宽30～80 km。构造上北接天山山前断裂带，南抵塔北隆起，总体呈NEE向展布，总面积约28 515 km2[2,18]。库车坳陷构造上整体具有“南北分带、东西分段、垂向分异”的特点[18]，且自北向南可以划分出北部单斜带、克拉苏-依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、秋里塔格构造带、前缘隆起带以及乌什凹陷等多个次级构造单元，自西向东可划分为乌什、拜城及阳霞3个构造区块[18-20]。库车坳陷发育地层较齐全，主要包括三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系地层等。其中，侏罗系地层自下而上发育下侏罗统的阿合组和阳霞组、中侏罗统的克孜勒努尔组和恰克马克组以及上侏罗统的齐古组和喀拉扎组[9]。

依奇克里克构造带位于库车坳陷东部、阳霞凹陷北缘。本文研究的目的层位为依南地区下侏罗统的阿合组和阳霞组，平面上可划分为东部、中部和西部3个区域(图1)。下侏罗统岩性由多个从灰白色粗-中砂岩或含砾粗-中砂岩到灰白色、浅灰色中细砂岩或粉细砂岩的沉积正韵律组成。其中，下统阳霞组、阿合组储层沉积相主要为辫状河三角洲，储集体以分流河道和水下分流河道砂体为主，砂体厚度较大，泥质夹层少，区域上分布稳定[2]。

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

2 储层基本特征

2.1 岩石学特征

依南地区下侏罗统岩石类型主要为岩屑砂岩，其次为长石岩屑砂岩，成分成熟度相对较低。长石岩屑砂岩主要分布于东部地区，西部地区和中部地区主要以岩屑砂岩为主(图2)，阿合组的岩屑砂岩含量明显高于阳霞组。

图2 依南地区下侏罗统岩石类型Fig.2 Rock types of lower Jurassic in Yi'nan area

研究区阳霞组、阿合组岩屑成分以石英岩、片岩、板岩等变质岩屑和中酸性火山岩屑为主(图3)，磨圆以次棱—次圆为主，分选中等—好，结构成熟度中等。

图3 依南地区下侏罗统岩屑类型Fig.3 Detritus composition of Lower Jurassic in Yinan area

2.2 储集空间类型

研究区储集空间主要包括粒间溶孔、粒内溶孔及微孔隙等。其中，阿合组孔隙较阳霞组发育。铸体薄片中可以观察到，阿合组发育以颗粒间溶孔和长石粒内溶孔(图4(b))为主的次生孔隙，而阳霞组溶蚀程度相对较弱，主要以微孔隙(图4(c)、(d))为主。区域上，不同地区储层孔隙类型差异相对较大，东部地区的mn1井压实程度相对较弱，以粒间溶孔和粒内溶孔为主(图4(a))，颗粒间多以点—线接触为主，而其他井颗粒间多以线—凹凸接触为主，反映出相对较强的压实作用；中部地区的yn2C和yn5井发育一定的长石溶孔，但整体溶蚀强度较小，粒间微孔隙较发育；西部地区的yx1井溶蚀作用较弱，孔隙类型以微孔隙为主。

图4 依南地区下侏罗统储层孔隙类型Fig.4 Pore types of lower Jurassic reservoir in Yi'nan area

2.3 物性特征

研究区下侏罗统储层物性在横向、纵向上差异较明显。横向上，东部地区的阳霞组、阿合组储层物性相对较好，孔隙度整体介于12%～20%，中部地区物性次之，孔隙度介于0～12%，集中于4%～8%，西部地区物性最差，孔隙度一般分布于0～4%；纵向上，阳霞组储层物性整体好于阿合组，具体表现为东部地区阳霞组孔隙度大于20%的样品以及中部地区阳霞组储层孔隙度介于8%～12%的样品数量要多于阿合组，西部地区两个层位的储层物性差异不明显。中部地区yn2井、yn2C井的物性资料统计结果表明：阳霞组yn2井储层孔隙度主要介于0～8%，集中于0～4%，而yn2C井孔隙度分布范围相对较大，介于0～12%，峰值分布于4%～8%；阿合组yn2井的孔隙度相对较小，分布范围在0～8%，而yn2C井的孔隙度范围相对较大，主要在0～16%，孔隙度在8%～16%的样品数量要明显多于yn2井，但就单井而言，yn2井阳霞组储层物性好于阿合组，而yn2C井阿合组物性要好于阳霞组。由此可见，区内下侏罗统储层物性也表现出极强的非均质性。

2.4 非均质性

利用变异系数、突进系数和极差等表征储层非均质性的参数对研究区下侏罗统的阳霞组、阿合组储层非均质性特征进行研究。可以看出，研究区中部地区阿合组变异系数最大，平均在5.0～6.5，西部地区变异系数次之，在1.2～6.0，东部地区变异系数最小，平均1.8～2.5。阳霞组储层变异系数整体较阿合组小，其中东部地区最小，在1.0～2.2，中部yn4井介于0.5～1.5，yn2及yn2C井介于0.8～7.0，西部地区介于0.6～2.7。

阿合组中部地区yn4井突进系数最大，平均为80，中部yn2井、yn5井及tz2井次之，突进系数介于10～40，东部地区mn1井最小，平均8.5。阳霞组仅中部地区yn2井和yn2C井突进系数相对较高，整体介于65～85，其余井的突进系数均较小，介于3～17。

阿合组中部地区yn4井的极差相对较大，介于10 000～100 000，yn2井和yn5井最小，极差介于300～7 000。阳霞组中部yn2井和yn2C井极差最大，平均约25 000，其余井极差均相对较小，整体介于20～900。

通过对区内中部地区yn2、yn2C、yn5、yn4及ys4等井的裂缝率统计分析，发现阳霞组yn2C井的裂缝率最大，yn5井最小，而阿合组中yn4井的裂缝率最大，yn2井最小。结合不同井的储层非均质性参数大小发现，储层非均质性的强弱与裂缝的出现密切相关，具体表现为裂缝率越高，储层的非均质性相对越强。

3 储层致密化主控因素

3.1 沉积条件

3.1.1 沉积环境

沉积时期所形成的泥质含量与物性之间存在一定的关系。已有研究表明，阳霞组沉积时期，研究区东部地区位于辫状三角洲平原亚相，中、西部地区位于辫状三角洲前缘亚相环境[9]。通过分区统计阳霞组和阿合组泥质含量与储层孔隙度之间的关系，发现阳霞组东部地区泥质含量最低，对应储层孔隙度相对较高，整体介于4%～22%，中、西部地区泥质含量相对较高，对应储层孔隙度相对较低。其中，中部地区储层孔隙度介于4%～15%，而西部地区储层孔隙度介于0～7%(图5(a))。阿合组也呈相似规律，即东部地区泥质含量低于中西部，对应的储层孔隙度也最大，峰值介于15%～22%(图5(b))。总体而言，储层孔隙度随泥质含量的增加而降低，反映沉积环境的差异对储层物性具有一定的控制作用。

图5 依南地区下侏罗统储层泥质体积分数与孔隙度关系Fig.5 Relations between volume fraction of clay and porosity in lower Jurassic reservoir of Yi'nan area

3.1.2 埋藏深度

通过研究区下侏罗统阳霞组、阿合组测井解释的孔隙度与地层的埋藏深度关系分析发现，无论是阳霞组还是阿合组，都表现出地层埋深与储层孔隙度明显负相关，即随着地层埋藏深度的增加，储层物性逐渐变差(图6)。在1 000 m以下，孔隙度会迅速降低，当埋深达到或超过3 000 m时，孔隙度减小的速率相对减弱。此外，由于阿合组位于阳霞组下部，埋深相对较大，因此，无论在东部还是中西部，同一口井的储层物性都表现为阳霞组要好于阿合组。

图6 依南地区下侏罗统储层埋深与测井孔隙度的关系Fig.6 Relations between buried depth and logging porosity of lower Jurassic reservoir in Yi'nan area

3.2 岩石学特征

3.2.1 碎屑组分

(1)长石含量差异对孔隙(粒内溶孔)的影响

通过对研究区下侏罗统长石含量的统计、对比及分析，认为阿合组长石含量整体高于阳霞组，但两个组内长石含量在不同地区具有明显差异。阿合组东部长石含量明显高于中、西部，东部地区，长石体积分数主要介于15%～25%，峰值为20%。阳霞组长石含量与阿合组相似，但整体含量相对较低，其东部地区长石体积分数介于5%～20%，峰值为10%。

对长石含量和粒内溶孔面孔率相关分析表明(图7)，阿合组长石含量与粒内溶孔面孔率相关性较差(图7(b))，而阳霞组两者之间呈现相对明显的正相关关系(图7(a))，表明阳霞组长石含量较高，这可能是导致长石溶孔量增加，从而使其储层物性好于阿合组的原因。

图7 依南地区下侏罗统储层长石体积分数与粒内面孔率的关系Fig.7 Relations between volume fraction of feldspar and porosity in lower Jurassic reservoir of Yi'nan area

(2)黏土矿物含量差异对孔隙的影响

研究区阳霞组和阿合组的黏土矿物类型以伊利石和高岭石为主。其中，东部地区高岭石含量普遍较高，中部地区阳霞组高岭石含量相对较高，阿合组伊利石含量高。通过高岭石、伊利石含量与储层孔隙度之间的交会分析发现，伊利石含量与储层孔隙度之间呈一定的负相关关系(图8(a)、图8(b))，表明长石伊利石化后体积增大，导致储层物性变差；而高岭石与储层孔隙度之间呈现一定的正相关关系(图8(c)、图8(d))，表明长石溶蚀后产生次生溶孔并向高岭石发生转化。

3.2.2 粒度差异对孔隙的影响

岩石粒度大小与储层物性之间具有明显的关系，统计结果表明，从砂砾岩到粗砂岩、中砂岩，最后到细砂岩，储层的孔隙度逐渐降低。阳霞组孔隙度大于16%的主要以砂砾岩为主，粗砂岩孔隙度主要介于0～12%，峰值位于4%～8%，中砂岩孔隙度主要介于4%～8%，而细砂岩孔隙度主要介于0～8%。阿合组储层孔隙度大于16%时，砂砾岩、粗砂岩、中砂岩等均有分布，而砂砾岩含量最高，粗砂岩孔隙度主要介于8%～12%，中砂岩孔隙度主要介于4%～12%，峰值在4%～8%，细砂岩孔隙度主要介于0～12%，峰值在4%～8%。

阿合组岩石粒度明显较阳霞组粗，因为阿合组砂体主要为辫状河三角洲平原相砂体，而阳霞组砂体主要为辫状河三角洲前缘相和前三角洲砂体。

图8 依南地区下侏罗统储层黏土矿物体积分数与孔隙度的关系Fig.8 Relations between volume fraction of clay mineralsin and porosity lower Jurassic reservoir of Yi'nan area

3.2.3 胶结物含量差异对孔隙度的影响

研究区胶结物含量与实测孔隙度相关性分析表明，胶结物含量与孔隙度之间存在一定的负相关关系(图9)。纵向上，阳霞组与阿合组的胶结物含量相当。其中，阳霞组东部地区与西部地区的胶结物体积分数均小于10%，中部地区胶结物体积分数整体小于20%(图9(a))，但东部地区的储层孔隙度整体大于中部和西部地区，阿合组也呈相似规律(图9(b))，表明胶结物的含量并非导致不同区域储层物性差异的直接原因。

图9 依南地区下侏罗统储层胶结物体积分数与孔隙度的关系Fig.9 Relations between volume fraction of cements and porosity in lower Jurassic reservoir of Yi'nan area

3.3 成岩作用

3.3.1 压实作用

压实作用在研究区普遍存在，是造成储层物性变差的根本原因。镜下薄片显示：遭受强烈压实后的云母发生压弯变形(图10(a))，黏土矿物被挤压变成假杂基(图10(b))，脆性矿物等发生破裂。但不同地区压实强度有一定差异，东部地区压实强度相对较弱，颗粒之间一般呈点-线接触关系(图10(c))，而中西部压实强度较大，颗粒之间多以线接触关系为主，压实减孔量介于20%～35%。东部与中西部地区压实作用造成的减孔量相差约15%。

3.3.2 胶结作用

区内下侏罗统地层胶结作用强烈，类型丰富，主要包括黏土矿物胶结(图10(d))、碳酸盐矿物胶结(图10(e))以及硅质胶结(图10(f))。纵向上，阳霞组主要以高岭石为代表的黏土矿物胶结为主，碳酸盐矿物胶结主要表现为晚期的方解石胶结，此外，以石英次生加大为主的硅质胶结在该层段也较为常见。整体而言，阳霞组的胶结物减孔量基本小于5%，且胶结程度小于阿合组。横向上，东部地区的胶结物含量相对较低，而中西部地区的胶结程度相对较强。

3.3.3 溶蚀作用

研究区溶蚀作用强烈，且主要以长石溶蚀(图10(g))及杂基溶蚀为主，属于建设性成岩作用。区内中西部及东部的溶蚀强度差异较为明显，其中，东部地区溶蚀强度较大，东部地区中mn1井遭受强烈溶蚀形成粒间溶孔(图10(h))，而中西部地区溶蚀强度相对较小，从铸体薄片可观察到长石的粒内溶孔及微孔隙发育，断层附近部位溶蚀强度相对较大，一般可形成溶蚀铸模孔隙(图10(i))。

3.3.4 交代作用

交代作用也是导致研究区储层物性变差的主要原因，主要发生在中部yn4井、yn2C井以及yn5井。显微镜下可以观察到长石溶蚀后被以伊利石为代表的黏土矿物交代(图10(j))，也可见到以铁方解石、铁白云石为代表的碳酸盐矿物交代长石(图10(k)，图10(l))。

图10 依南地区下侏罗统成岩作用类型Fig.10 Diagenesis types of lower Jurassic in Yi'nan area

4 结论与认识

(1)依南地区的东部与中、西部地区下侏罗统致密砂岩储层特征差异明显。东部地区埋深较浅、沉积压实弱、泥质含量较低、岩石类型以长石岩屑砂岩为主、高岭石含量相对较高而伊利石含量较低、溶蚀孔隙发育、物性较好，孔隙度整体介于12%～20%，储层非均质性弱；中、西部地区地层埋深较大、沉积压实作用较强、泥质含量相对较高，岩石类型主要为岩屑砂岩、高岭石含量相对较低而伊利石含量相对较高、物性较差，孔隙度介于0～8%，储层非均质性较强。

(2)依南地区下侏罗统砂岩储层致密化受多重因素控制。沉积因素是砂岩储层致密化的先决条件。沉积环境中泥质含量和地层埋藏深度与储层物性呈明显的负相关关系。长石含量、岩石粒度大小、高岭石含量与储层物性具有正相关关系，伊利石含量、胶结物含量与储层物性呈负相关关系。成岩作用是储层致密化的关键因素，压实作用、黏土矿物、硅质和碳酸盐矿物的胶结作用以及黏土矿物和碳酸盐矿物的交代作用是导致储层物性变差的主要原因，而长石溶蚀作用一定程度上改善了储层物性。