西湖凹陷平湖构造带平湖组砂岩储层特征及其主控因素

胡明毅，沈 娇，胡 蝶

(1.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100;2.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100)

图1 西湖凹陷平湖构造带构造位置Fig.1 Location of the Pinghu structural belt in the Xihu Depression

平湖构造带位于西湖凹陷西部斜坡带中南部，它 为西部斜坡带的主体部分，西与海礁凸起相连，东邻西湖凹陷的生烃中心(三潭深凹)，面积大约4 000 km2，总体呈北东向狭长状展布，自北往南由平北、平中及平南3个区带组成(图1)，是目前东海油气勘探与开发的重点区域之一。前人对西湖凹陷平湖构造带已做了大量的研究工作［1－4］，但对其储层特征和储层主控因素的研究则相对较少，为此，本文充分利用岩心、铸体薄片、扫描电镜、X－射线衍射以及物性分析等资料，对研究区储层特征进行系统研究总结，并从沉积作用、成岩作用以及异常高压3个方面对储层主控因素进行分析研究，以期查明研究区储层特征形成机制，为平湖构造带平湖组储层的勘探开发提供一定的地质依据。

1 储层特征

1.1 岩石学特征

通过大量的岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜和X－射线衍射等分析，显示平湖构造带平湖组储层的岩石碎屑主要成分为石英、长石和岩屑。其中，石英的相对含量最高，一般为50.0% ～95.5%，平均为67.6%;其次为岩屑，含量一般为 4.1% ～50.0%，平均为17.6%;长石的含量最低，为4.5% ～33.3%，平均为16.2%。

根据信荃麟等的砂岩成分分类方案，研究区平湖组砂岩类型主要为长石质石英砂岩，偶见岩屑质石英砂岩、岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩(图2)。研究区储层砂岩成分成熟度指数均值为2.486结构成熟度高，主要表现在砂岩粒度以中－细粒为主，颗粒分选好，次棱－次圆状，砂岩支撑类型主要为颗粒支撑，颗粒间多为点－线接触，胶结类型以接触式为主，其次为压嵌－接触式，整体表现为－套成分成熟度和结构成熟度中等－较高的碎屑岩。

图2 平湖构造带平湖组砂岩投点图Fig.2 Classification of the Pinghu Formation sandstone in the Pinghu structural belt

1.2 物性特征

西湖凹陷平湖构造带平湖组岩心物性分析表明，储层孔隙度为1% ～26.1%，平均值为13.19%。根据石油行业储层孔隙度分级标准(SY/T6285—1997)，岩心孔隙度频率分析的结果显示，研究区平湖组砂岩储层孔隙度分布在15% ～25%的样品数最多，约占分析样品的40.96%，属于中孔;其次分布在10% ～15%，占分析样品的37.41%，属于低孔;孔隙度为＜10%的样品数占21.54%，属于特低孔;孔隙度＞25%的样品数仅占0.09%，属于高孔。西湖凹陷平湖构造带平湖组砂岩储层低孔岩样累计频率为58.95%，总体表现为低孔为主、中孔为辅的特征(图3a)。

储层渗透率在0.009 18×10－3～1 620×10－3μm2，平均值为62.69×10－3μm2。对岩心的渗透率频率分析结果显示，平湖构造带平湖组砂岩储层渗透率分布在10×10－3～500×10－3μm2的样品数最多，占分析样品的62.19%，属于中渗;其次是 0.1×10－3～10×10－3μm2，占分析样品的30.66%，属于低渗;渗透率＜0.1×10－3μm2的样品数占6.86%，属于特低渗;渗透率＞500×10－3μm2的样品数仅占0.29%，属于高渗。西湖凹陷平湖构造带平湖组砂岩储层总体表现为中渗为主、低渗为辅的特征(图3b)。

图3 平湖构造带平湖组孔隙度和渗透率频率分布Fig.3 Histogram of porosity and permeability of the Pinghu Formation in the Pinghu structural belt

图4 平湖构造带平湖组砂岩储层孔隙度与渗透率关系Fig.4 Relationship between porosity and pemerbility of the Pinghu Formation sandstone in the Pinghu structural belt

图5 平湖构造带平湖组砂岩储层孔隙类型Fig.5 Pore types of the Pinghu Formation sandstone in the Pinghu structural belt

平湖组砂岩储层的孔隙度和渗透率的相关性统计结果表明(图4)，储层孔隙度、渗透率在半对数坐标中呈正相关关系，孔隙度与渗透率的大小呈指数增长，相关性好，R2值达到0.65，说明西湖凹陷平湖构造带平湖组砂岩储层的渗滤通道主要依赖于与孔隙有关的空间而非裂缝等其它通道，总体属于孔隙型储层。

1.3 孔隙结构特征

通过对构造带7口井263块岩样铸体薄片和扫描电镜的观察与数据统计，认为研究区平湖组的孔隙类型主要有原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和铸模孔，各类型孔隙在研究区的构成状况如图5所示。受压实作用和胶结作用的影响，研究区平湖组储层中原生粒间孔的含量较少，占所有孔隙类型的24%，主要存在于骨架颗粒之间，形态较规则，多呈三角形、多边形等(图5a);粒间溶孔是研究区最重要的孔隙类型，占所有孔隙类型的44%，形态多呈不规则状、多边形状等，部分孔隙呈溶蚀港湾状(图5b);粒内溶孔在研究区储层中比较常见的是长石溶孔和岩屑溶孔，含量较少，约占所有孔隙类型的21%，形态多呈不规则网格状、蜂窝状或拉长状(图5c);铸模孔在研究区储层中，具形态看一般为长石、易溶岩屑的铸模孔，往往与粒间溶孔和粒内溶孔相伴生，数量少，约占所有孔隙类型的11%(图5d)。

平湖组储层砂岩的喉道类型以缩颈型喉道、片状喉道、弯片状喉道为主，其次是管束状喉道，孔隙缩小型喉道则较少见。大量铸体薄片的孔隙图像分析资料显示，研究区平湖组储层孔径在8.58～172.06 μm，平均孔隙直径为83.43 μm;喉径在 1.47 ～28.30 μm，平均喉道直径为10.91 μm;平湖组孔喉组合类型以中孔粗喉型为主，平均孔喉比为6.21，平均配位数为0.56。

2 储层主控因素

2.1 沉积微相

影响储层物性的地质因素中，沉积相带是最宏观和最直接的地质因素。研究区沉积作用对储层的影响主要体现在不同沉积环境形成的砂体，其粒度和分选特征决定了原始孔隙度特征，同时也影响后期成岩作用对储层的改造。不同的沉积相带其水动力条件不同，水动力能力强的沉积相带往往砂岩厚度大，粒度较粗，砂质较纯，泥质含量和碳酸岩含量较低，因而具有较好的储集物性，相反储集物性较差。研究区平湖组储层属潮控三角洲沉积体系和潮坪沉积体系，主要包括三角洲平原分支河道、决口扇，三角洲前缘水下分流河道、席状砂，潮道等五种微相。通过对平湖组储层不同成因砂体的平均孔隙度的统计表明(图6)，三角洲平原的分支河道砂体物性最好，其次是三角洲前缘的水下分流河道砂体，三角洲前缘的席状砂砂体物性最差，说明沉积作用为储层发育奠定了基础，宏观上沉积相的分布是储层物性垂向和平面展布特征的重要控制因素之一［5－7］。

图6 平湖构造带平湖组各成因砂体孔隙度直方图Fig.6 Porosity histograms of sandbodies of different origin in the Pinghu Formation，Pinghu structural belt

图7 平湖构造带成岩序列及孔隙演化Fig.7 Diagenetic sequence and pore evolution of reservoir rocks in the Pinghu structural belt

2.2 成岩作用

岩石学和地球化学研究表明，平湖构造带整体地温梯度较低，镜质体反射率最大在1.3%左右，其成岩演化进程较慢，平湖组总体上属于中成岩A期，研究区成岩演化序列可以归纳为:早期粘土模形成—机械压实—早期方解石沉淀—有机酸流体进入—长石、岩屑溶蚀—次生孔隙+自生高岭石+自生石英—液态烃类侵位—伊利石沉淀—晚期气态烃充注—晚期铁方解石充填交代(图7)。根据成岩作用对储层物性的改善和破坏结果，可划分为破坏性成岩作用和建设性成岩作用。

1)破坏性成岩作用

研究区破坏性成岩作用主要有压实作用、碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用、自生高岭石析出作用等。

①压实作用:是平湖构造带储层孔隙度降低最首要的因素。随着砂岩埋藏的加深，半塑性岩屑，例如各种火山岩屑、生物碎屑等变形明显，部分颗粒假杂基化等，使粒间原生孔隙因半塑性颗粒变形而减小，孔隙度降低［8－9］。实验室研究表明，不同级别的压实作用产生的压实压溶程度不同，其结果对碎屑岩的孔隙度损失不同，一般将其分为3级(表1)。压实作用按压实强度的不同可分为3个阶段，即弱压实阶段，中等压实阶段和强压实阶段，研究区平湖组储层目前多处于中等压实阶段，其特征主要表现为颗粒以点－线接触为主，刚性颗粒呈紧密线接触，塑性颗粒强烈变形，变成假杂基，粒间体积中等，残余粒间孔多。

②碳酸盐胶结作用:碳酸盐胶结是研究区平湖组砂岩储层中普遍存在的胶结类型，主要呈粒间胶结、交代或次生孔隙内充填物等形式出现，成分最常见的主要有方解石和白云石。方解石胶结物通常具较低的铁含量，且大部分呈连生结构，少量呈粒状结构，在所有的碳酸盐组分中，连生方解石胶结物具最低的δ18O值，说明其形成温度最高，形成时间最晚;白云石胶结物通常具较高的铁含量，大多数具半自形—自形粒状结构，并以不规则的颗粒环边或孔隙衬里的方式产出，其沉淀时间较早，属早成岩阶段产物。研究表明白云石胶结物一般占据原生粒间孔隙，方解石胶结物不仅占据原生粒间孔隙，也占据次生孔隙空间(主要是长石溶孔)，使储层孔隙度大大降低(图8a)。

③硅质胶结作用:研究区储层砂岩具有较低的硅质胶结物含量，平均仅为0.5%，并多以石英次生加大边的方式存在，加大部分常由多个具相同光性方位的石英组成，这些石英最终连接成一个大的晶体形成“加大边”并堵塞一部分孔隙(图8b)，对储层起破坏性作用。

表1 压实强度分级Table 1 Different levels of compaction strength

图8 研究区平湖组砂岩主要成岩作用显微照片Fig.8 Microphotographs showing the major diagenesis of the Pinghu Formation sandstone in the study area

④高岭石析出作用:研究区高岭石含量在自生矿物构成中仅次于碳酸盐，居第二位，对砂岩储层的影响较复杂。自生高岭石以孔隙充填形态产出，多数粒间孔隙中不同程度地存在高岭石晶体，部分高岭石充填于喉道，减小了喉道宽度，使储集性能变差，对储层起破坏性作用。

但值得一提的是，自生高岭石在后期的溶蚀过程中会脱出Na+，Mg2+，SiO2等组分使体积减小，形成大量高岭石晶间隙，使砂岩的孔隙度增大(图8c)。自生高岭石是长石溶解的产物，且通常占据长石的溶解空间，指示着长石溶解的次生孔隙的发育;同时，统计分析表明，研究区储层砂岩孔隙度/渗透率与自生高岭石含量之间均表现为正相关关系(相关系数分别为0.56和0.58)，说明自生高岭石是研究区储层建设性成岩过程的标志矿物［10－11］。

2)建设性成岩作用

本区建设性成岩作用主要有溶蚀作用和烃类侵位作用。

①溶蚀作用:是研究区形成次生孔隙，改善储层物性的主要控制因素。研究区内砂岩储层中的溶蚀作用比较普遍，其在沉积物刚沉积时就开始进行，并一直延续到成岩晚期，被溶组分主要有长石颗粒、含长石的火山岩屑以及粘土基质(本区主要是自生高岭石)等，碎屑颗粒间的早期碳酸盐胶结物也容易发生溶蚀，形成粒间溶孔和晶间微孔。溶蚀作用可使原生孔隙得以扩大，并形成多种类型的次生孔隙，大大改善储层物性(图8d)。

②烃类侵位作用:研究区烃类侵位作用发生在中成岩A期。对储层的影响主要体现在两方面，一方面，由于烃类是多种碳氢化合物的混合物，它对各自组成自生矿物的无机盐类没有溶解和沉淀能力，因此，砂岩孔隙中烃类物质的聚集有效的抑制了无机成岩作用(自生矿物的形成以及矿物的交代和转化、胶结、重结晶等)的进行，有利于原始孔隙的保存;另一方面，烃类侵位作用将原来的水－岩两相系统改变为水－油－岩三相系统，改变了岩石的地球化学环境，在侵位过程中会产生大量的有机酸，这些有机酸的存在会加快了长石、早期碳酸盐矿物等的溶解作用［12］，因此有利于储层砂岩次生孔隙的发育和物性条件的改善。

2.3 异常高压

西湖凹陷是我国海域一个富含油气尤其是天然气的超压凹陷，近几年来，西湖凹陷在先后完成的10余口钻井中钻遇异常地层压力，异常超压在西湖凹陷深部地层发育普遍。结合钻井试油测压数据分析认为，西湖凹陷平湖构造带储层在浅部处于正常压力，深部普遍发育异常高压，超压系统主要发育在平湖组内［13］。

异常超压在成藏过程中对储层的影响，主要表现在对孔隙度和渗透率的保存和改善方面，在超压的成长期，对孔隙度的保存是主要的，而在其消亡期，超压对渗透率的改善是主要的。研究区超压系统对平湖组储层物性的影响则具体表现在:①异常高压使作用于岩石颗粒的压实效应得以减缓，且可以阻止超压体系内流体的运动和能量的交换，一定程度上减缓和抑制压实作用和胶结作用，从而有助于深部储层原生孔隙的保存;②超压的存在，进一步加强了深部酸性孔隙水对易溶矿物(长石和碳酸盐类矿物等)的溶解作用，从而促进次生孔隙的形成发育，改善了储层物性，对储层起建设性作用［14－15］。

以平湖构造带平中区块的平湖组储层为例，该区块储层以3 350 m为界，浅部储层属正常压力系统，深部储层发育异常高压(图9)，对该区块储层的孔隙度和深度关系进行统计，发现在3 350～3 500 m之间的地层存在次生孔隙发育带(图10)，且由图可以看出在3 350 m界面之上孔隙度正常压实减小，之下的储层实测孔隙度则明显偏离正常压实趋势线，这也说明了超压的存在抑制了储层的压实效应，加强了岩石中易溶矿物的溶解作用，促使次生孔隙发育，改善了储层物性。

3 结论

图9 平湖构造带平中区块压力－深度关系Fig.9 Pressure vs.depth of Pingzhong area in the Pinghu structural belt

图10 平湖构造带平中区块孔隙度－深度关系Fig.10 Porosity vs.depth of Pingzhong area in the Pinghu structural belt

1)西湖凹陷平湖构造带平湖组储层岩石类型以长石质石英砂岩为主，岩石颗粒具较好的分选性和磨圆度，颗粒间以点—线接触为主，总体具有中等的成分成熟度和较高的结构成熟度的特征;研究区储层砂岩平均孔隙度为13.19%，平均渗透率为62.69×10－3μm2，总体表现为低孔低渗和中孔中渗的特征，储层孔、渗相关性明显，属于孔隙型储层;储层孔隙空间主要有原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和铸模孔4种类型，其中粒间溶孔是研究区储层最重要的储集空间类型;喉道类型以缩颈型喉道、片状喉道、弯片状喉道为主，孔喉组合以中孔粗喉为主。

2)研究区主要发育潮控三角洲沉积体系和潮坪沉积体系，物性分析资料表明三角洲平原分支河道砂体物性最好，其次是三角洲前缘水下分流河道砂体，三角洲前缘席状砂砂体物性最差;不同成岩作用类型对储层物性的控制作用不同，压实作用和胶结作用使储层孔隙空间变小，物性变差，溶蚀作用和烃类侵位作用则会形成各种类型的次生孔隙，大大改善储层物性。

3)研究区的异常高压对储层物性起到积极的建设作用，一方面使原生孔隙在某种程度上得以保存，另一方面促进了岩石中易溶矿物的溶解作用，促使储层次生孔隙发育，改善储层物性。

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