苏北盆地张家垛油田阜三段储层特征及主控因素

乐锦鹏，张哨楠，丁晓琪，，乐锦波，熊 迪，朱志良

（1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059； 2.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500； 3.中国石油川庆钻探有限公司 地球物理勘探公司，四川 成都 610213）

张家垛油田阜三段储层为典型浅湖滩坝砂，随着勘探开发程度进一步加深，认为阜三段储层砂体受沉积环境和成岩作用共同影响.正确认识阜三段的储层特征及主控因素具有指导意义，研究区的储层发育特征和控制因素对油气聚集起着重要作用.孙锡年等[1］认为滩坝砂储层成藏的有利条件是累计厚度大、物性好，但砂体平面分布不稳定、连通性差，油气丰富低.贾统权[2］认为储层内碎屑岩中的黏土矿物对滩坝砂储集层的物性影响最大.李桂芬[3］通过沉积厚度图恢复古地貌，发现微观古地形变化对坝砂砂体发育影响较大，滩坝砂体的发育分布规律与地层厚度变化具有较好相关性.笔者根据苏北盆地碎屑岩储层研究成果[4-6］，利用多口井岩心观察，薄片分析等资料，研究该区沉积特征储集空间物性特征，分析影响张家垛油田阜三段储层发育的主控因素，为该区油气勘探提供地质依据.

1 地质背景

张家垛油田位于苏北海安凹陷西部曲塘次凹的北部陡坡带.它是一个由边界断层控制、位于断层下降盘的大型鼻状构造.在仪征运动之后，苏北盆地进入早期的凹陷发展阶段，由东向西的水侵使湖面经历由小到大，水体逐渐加深的波浪式变化过程.阜宁组的储层发育于这一盆地沉积的全盛期并沉积粗（E1f1）—细（E1f2）—粗（E1f3）—细（E1f4）2套生储盖组合[7-9］.

2 储层特征

2.1 沉积环境

通过对研究区岩相、痕迹化石、测井相、地震相、粒度累计概率曲线等特征研究，认为张家垛油田阜三段应为能量较弱的浅湖亚相，储层为滩坝砂体，而不是三角洲前缘砂体（见图1）.

首先，从岩性特征上，阜三段泥岩以浅黑色、黑色为主，砂岩以灰色、浅灰色为主，总体表现为弱还原环境，水动力弱；其次，从沉积构造上，该段发育沙纹层理、水平层理，未见交错层理，平行层理很少发育，这与湖浪作用有关；从粒序上，自下至上粒度变粗又变细，属复合韵律类型，与三角洲分流河道正粒序的剖面结构有很大差异.从构造上，研究区位于断层控制的鼻状构造，断裂的下降盘有利于滩坝砂的广泛发育；在古生物及岩性组合特征方面，生物扰动现象广泛发育，砂层多且薄，纵向上呈反旋回或复合韵律.总体上，阜三段中不存在前积层，砂体沉积具有单层厚度小、累计厚度大，粒度细、杂基含量高、平面分布相对稳定特点.具有典型浅湖滩坝砂体结构，自下而上为生物扰动、含植物碎片的沙纹层理粉砂岩→平行层理细砂岩（偶含泥质条带及植物碎片）→生物扰动、含植物碎片的沙纹层理粉砂岩，优质储层位于砂体的中部，这与李安夏[10］、朱筱敏[11］等对于浅湖相滩坝砂的研究成果一致.

滩坝砂中的储层岩石粒度较细，以极细砂岩和粉砂岩为主，岩石学类型主要为长石砂岩（见图2）.由图2可知，砂岩的结构成熟度较好，分选性好，磨圆度为次圆—次棱，碎屑颗粒主要为点接触、点线接触.

图1 阜三段Ⅲ砂组的浅湖沉积模式Fig.1 Sedimentary model of shallow lake Fu 3interval

图2 阜三段岩石分类三角图Fig.2 Triangular graph of rocks classification of Fu 3interval

2.2 储集空间

按照阜三段砂岩储层的孔隙发育特征，将储层孔隙划分为粒间孔、粒内溶孔、杂基内微孔（见图3），裂缝在阜三段砂岩储层中不发育.

2.2.1 粒间孔

（1）原生粒间孔.在阜三段储层常见，但含量不高.原生粒间孔的发育程度与粒度具有极好相关性，粒度越粗，原生粒间孔含量越高.随着粒度变细，原生粒间孔变少，甚至为0.

（2）粒间溶孔.粒间溶孔主要发育于长石颗粒边缘溶解所形成的分布于颗粒之间的孔隙（见图3（a）），其形态多样，有港湾状、伸长状等.它是在原生粒间孔隙基础上发展起来的，最终将形成粒内溶孔、甚至铸模孔.因此，岩石中的粒间溶孔均是原生和次生的混合孔隙.

（3）铸模孔.主要是长石完全溶解而形成的孔隙，其外形与原组分外形特征相同，通常还存在黏土环边（见图3（b）），在阜三段储层中常见.虽然已看不到颗粒，但从部分粒内蜂窝状溶孔判断是斜长石溶蚀所致.铸模孔主要出现在细砂岩中，在粉砂岩和泥质细砂岩及粉砂岩中不常见.

2.2.2 粒内溶孔

阜三段砂岩储层的粒内孔隙主要是粒内溶孔.基本上是斜长石溶解而形成的溶蚀孔隙，常沿解理缝发生溶解，呈蜂窝状分布，是研究区最常见的一种孔隙，通常和铸模孔相伴，是铸模孔形成的过渡阶段产物（见图3（c））.

2.2.3 杂基内微孔

杂基内微孔为黏土杂基中存在的微孔隙，在阜三段砂岩储层中最普遍.这种孔隙虽可形成百分之十几的孔隙度，但孔径小，渗透率很低.杂基内微孔主要分布在泥质细砂岩和粉砂岩中（见图3（d）），与粒度呈反比，粒度越细，杂基内微孔含量越高.

图3 阜三段砂岩储层孔隙类型Fig.3 Types of sandstone pores of Fu 3interval

通过铸体薄片观察，分别统计不同类型砂岩储层的孔隙类型（见图4）.由图4可知，细砂岩以原生粒间孔、粒内溶孔、铸模孔为主，而泥质细砂岩、粉砂岩往往以杂基性微孔为主，含少量粒内溶孔和原生粒间孔.

2.3 物性特征

阜三段储层为典型的浅湖滩坝砂，具有累计厚度大、单层厚度小、面积小的特征且砂体平面分布较为稳定（见图5）.根据孔隙度分布（见图5（a）），总体上阜三段储层孔隙度比较高，平均为14.13%，峰值出现在15%左右，孔隙度在12%～16%之间的约占47%，低值所占比例较小.按照储层孔隙度划分标准，将阜三段储层孔隙度定为中值较为合理.

渗透率的高低反映储层的渗滤能力，阜三段沉积物固结松散，对该区储集物性起积极作用.在浅湖相沉积环境下，高杂基含量、生物扰动和泥质纹层的伴生导致储层非均质性较强，对阜三段储层渗透率起消极作用.由图5（b）可知，渗透率平均为17.028×10-3μm2，渗透率在（1～10）×10-3μm2之间的约占52%，大于25×10-3μm2的约占20%.阜三段存在一定比例的渗透率高值，但低值占主导地位；因此阜三段为低渗储层.

通过阜三段孔—渗交汇图（见图6）分析，该段储层的孔隙度与渗透性的相关性良好，相关因数为0.808 8，局部存在中孔高渗的样品.通过薄片观察，其与低杂基含量和次生孔隙发育有关.孔隙度超过10%的样品渗透率基本上超过1×10-3μm2，储集性能较好.

图4 不同砂岩储层的孔隙类型Fig.4 Different pore types of sandstone reservoir

图5 阜三段孔隙度及渗透率分布Fig.5 Distribution map of porosity and permeability of Fu 3interval

3 主控因素

3.1 沉积作用

在碎屑岩储层中，沉积相对于砂体的宏观分布起重要控制作用[12］.沉积微相不但在宏观上对砂体的形态、规模、类型起控制作用，影响砂体平面和纵向展布及层间、层内非均质性，而且在微观上也决定岩石的填隙物量、碎屑颗粒大小及岩石结构等特征.因此，沉积环境对储层物性起源控性的作用[13-14］.

研究区主要发育浅湖亚相带，地层沉积粒度较细，岩性以细砂、粉砂和泥岩为主，沉积构造以低能环境下形成的水平层理、沙纹层理、频繁的生物扰动和湖浪成因的沉积构造为特征；根据砂体的沉积特征及空间分布，可进一步划分坝砂沉积微相、滩砂沉积微相和浅湖泥沉积微相.阜三段储层主要以坝砂为主，其次是滩砂.坝砂沉积时水动力较强，沙纹层理发育，分选很好，杂基含量少，因此储集性能好，坝砂厚度较大，规模比较小；滩砂常伴生泥质纹层和生物扰动构造其厚度不大，分布较广.

图6 阜三段孔渗交汇图Fig.6 Permeability map of porosity and permeability of Fu 3interval

3.2 成岩作用

研究区构造运动复杂，储集层主要经历压实、胶结、溶蚀等成岩作用的改造.

3.2.1 压实作用

影响原生孔隙发育的主要因素[15］.压实作用在阜三段储层中较弱，碎屑颗粒之间呈点—线接触，以点接触为主.原因之一为阜三段的骨架颗粒以石英和长石为主，欠压实作用形成的异常高压使其骨架颗粒有效应力减少，抑制上覆地层的压实作用；原因之二为岩屑的含量在分布中比较少，塑性岩屑由于上覆压力形变堵塞原生粒间孔机率也相对降低.虽然储层压实作用弱，但不同微相压实强度有所不同.压实强度与杂基有一定关系，坝砂粒度粗，杂基含量低，压实作用弱，滩坝粒度细，杂基含量高，压实作用强.

3.2.2 胶结作用

导致渗透率和孔隙度降低[16］.阜三段储层的胶结作用主要表现为碳酸盐胶结、硅质胶结及黏土矿物胶结.碳酸盐胶结物以铁方解石和方解石为主，无铁方解石胶结最早胶结，粒间孔隙基本上被充填，一般形成致密无孔砂岩段（见图7（a）、（b））.铁方解石胶结最晚形成于石英次生加大以后，并且含量较少、呈不均匀分布（见图7（c））.硅质胶结物的主要表现形式为石英的次生加大.由于石英次生加大强度随温度升高而增加，随储层埋深加大，粒间孔隙逐渐被石英次生加大所充填，导致储层孔隙度减小，储层性质变差（见图7（d））[17］.黏土矿物胶结成分主要为伊／蒙混层、绿泥石、高岭石和伊利石.高岭石在阜三段储层较为常见，在砂岩粒径影响下，粒度越粗含量越高.高岭石在扫描电镜下呈蠕虫、书页状，常与绿泥石一起产出，一般形成于酸性孔隙水作用下长石及其他铝硅酸盐分解，也与大气淡水有关（见图7（e））[18-19］.绿泥石在扫描电镜下呈叶片状充填孔隙空间，在研究区储层中也较为普遍，并常与伊／蒙混层及高岭石相伴生[20-21］.通过扫描电镜观察，阜三段绿泥石分布不均，大部分充填于孔隙之间而非以孔隙衬里的形成存在，由此可推断绿泥石是由蒙脱石转换形成而非孔隙水沉积形成（见图7（f））[22-23］.伊利石在阜三段储层中相对较少，常以蒙／伊混层形式出现，呈卷曲状.阜三段储层长石溶蚀较为明显，而方解石溶蚀相对少见.长石溶蚀的区域高岭石含量不高，说明长石溶蚀形成的高岭石大部分从反应体系被带走.黏土环边出现伊／蒙混层或绿泥石，说明长石溶蚀时间较早，跨度较长，成岩体系属于开放体系.长石溶蚀发生期次与方解石不同，形成于异常高压形成之前，对储集物性有建设性作用.

图7 黏土矿物的扫描电镜及薄片特征Fig.7 Characteristics of clay mineral of scanning electron microscope and thin section

3.2.3 溶蚀

次生孔隙发育的重要成岩作用.溶蚀作用在阜三段储层中常见，形成的次生孔隙包括粒间扩大孔、长石粒内溶孔和长石铸模孔（见图8）.阜三段储层溶蚀的弱酸性水可能与大气淡水或厌氧细菌在有机质埋藏早期，选择性分解释放CO2、CH4、NH3、H2S等分子溶于水形成的弱酸有关，酸性水在粒间扩容的同时选择性溶解长石并形成粒内溶孔.由于坝砂粒度粗、杂基含量低、能量强、分选好，原生粒间孔隙为粒间扩容孔的发育打下基础，因此在粒度较粗的细砂岩中长石发生不同程度的溶蚀作用.滩砂粒度细、杂基含量高、溶孔不发育、渗透率低，因而在粒度较细的粉砂岩和细—粉砂岩中长石的溶蚀作用少见.

图8 溶蚀孔隙的薄片特征及扫描电镜特征Fig.8 Characteristics of dissolution porosity of scanning electron microscope and thin section

4 结论

（1）苏北盆地海安凹陷阜三段的岩石类型多样，主要由泥岩、粉砂岩及薄层细砂岩组成，砂泥岩呈互层分布，存在大量泥质条带和生物扰动构造，其中以泥岩、粉砂岩最为发育.

（2）阜三段的储集空间类型主要以粒间孔隙、粒内溶孔、杂基内微孔隙为主，其中粒内溶孔在研究区非常发育.

（3）研究区为浅湖亚相，沉积发育坝砂、滩砂和浅湖泥沉积微相，阜三段储层为浅湖滩坝砂，具有累计厚度大、单层厚度小、面积小的特征且砂体平面分布较为稳定.

（4）沉积相带、成岩因素影响该区储集性.阜三段储层主要以坝砂为主，其次是滩砂.坝砂粒度较粗，杂基含量低，粒间孔、溶孔发育，砂体厚度大，储集性能好；滩砂粒度较细，杂基含量高，微孔发育，胶结作用弱，砂体厚度薄，物性相对较差.

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