惠州凹陷HZ25-7构造带文昌组低孔低渗砂岩储层特征和成因机理

葛家旺，秦成岗，朱筱敏，陈淑慧，刘英辉，张 昕

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；3.中海石油（中国）深圳分公司，广州510240）

0 引言

根据我国油气田实际地质背景和油气勘探开发实践，目前将渗透率为0.1～10.0mD的储层称为低渗透储层。低渗透砂岩储层常常具有沉积物成熟度偏低、储层物性差、孔喉半径小、基质渗透率低、成岩差异大及宏观和微观非均质性强等特点。我国低渗透储层在油气勘探中占有十分重要的地位，占已探明储量的50%以上，因此加强低渗透储层的勘探对我国石油工业具有重要的战略意义［1-2］。

惠州凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷中部，是南海东部海域最富烃的凹陷之一。近20年来，惠州凹陷油气勘探主要集中于浅层，深层古近系的勘探尚未突破，原因是古近系埋深大，储层物性差，勘探风险高［3］。研究表明，古近系文昌组湖相泥岩是惠州凹陷乃至珠江口盆地主要的烃源岩，该组地层发育多种成因砂体，具备自生自储的优越条件，勘探潜力极大。因此，开展文昌组储层特征及形成机理研究，对于惠州凹陷油气勘探具有现实意义。

前人探讨了惠州凹陷深部古近系恩平组和珠海组储层特征及主控因素［4-5］。文昌组作为勘探的新层系，尚未开展储层特征和成因机理的系统研究。鉴于此，笔者以惠州凹陷HZ25-7构造带为研究对象，充分运用铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、压汞和物性分析等资料，对古近系文昌组储层岩石特征、物性特征、孔隙类型和结构进行详细研究，综合研究区沉积背景和成岩作用探索储层物性的控制因素，以期推动深层文昌组油气勘探的发展，为下一步勘探提供科学依据。

1 地质概况

HZ25-7构造带位于珠江口盆地惠州凹陷西南部，南部毗邻东沙隆起，横跨HZ26洼和XJ30洼，面积约400 km2（图1）。惠州凹陷古近系自下而上依次为文昌组、恩平组和珠海组，文昌组和恩平组为陆相沉积，珠海组为海陆交互相沉积。文昌组主要沉积半深湖—深湖相泥岩，是主要的区域烃源岩。受西江和惠州构造转换带的影响，HZ25-7构造带文昌组发育近源辫状河三角洲砂体［6-7］，砂体分布广泛，厚度较大（400～550m），主要为含砾砂岩及粗砂岩，少量细砂岩和粉砂岩。研究区现有4口钻探井，分别是 HZ-A-1，HZ-A-2，HZ-A-3d 和 HZ-B-1等井，其中HZ-A-1井和HZ-A-2井钻遇了文昌组厚层砂岩储层，油气显示良好，并分别进行了井壁及钻井取心。

图1 惠州凹陷HZ25-7构造带构造位置Fig.1 The tectonic location of HZ25-7 structuralbelt in Huizhou Depression

2 岩石学特征

研究区文昌组储层岩心观察和铸体薄片镜下统计表明，文昌组岩性以细砾岩和粗砂岩为主，部分中砂岩和细粉砂岩。岩石碎屑由石英、长石和岩屑组成，其中岩屑含量最高，平均体积分数为45%左右，主要为变质岩岩屑、花岗岩岩屑、泥岩岩屑及云母等；石英体积分数为5.8%～85.3%，平均为40%；长石体积分数为2.3%～36.0%，平均为14.5%，以钾长石为主（约占90%），斜长石较少。

根据赵澄林等［8］的砂岩成分分类方案，研究区砂岩类型主要为岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩，少量长石岩屑质石英砂岩及岩屑质石英砂岩（图2）。砂岩成分成熟度指数Q/（F+R）均小于1.0，分选普遍较差，磨圆为棱角状—次棱角状，说明成分成熟度和结构成熟度均较低。

图2 惠州凹陷H Z 2 5-7构造带文昌组砂岩类型三角图F i g.2 T h e t r i a n g u l a r d i a g r a m o f s a n d s t o n e t y p e s o f W e n c h a n g F o r m a t i o n i n H Z 2 5-7 s t r u c t u r a l b e l t i n H u i z h o u D e p r e s s i o n

研究区砂岩的黏土杂基含量较高，平均体积分数为7.2%；胶结物种类较多，有黏土矿物、方解石、白云石、硬石膏及硅质等，以黏土胶结物和铁方解石为主，胶结类型主要为孔隙式和接触-孔隙式。颗粒之间以线接触为主，部分为凹凸—线接触。

3 物性特征

常规物性分析表明，研究区文昌组储层孔隙度为0.10%～18.85%，平均为12%。岩心孔隙度分布频率统计显示，文昌组砂岩孔隙度主要为8%～16%，约占样品总数的75%，孔隙度为16%～20%的样品占样品总数的14%，孔隙度小于8%的样品占样品总数的11%。储层渗透率为0.037～184.000mD，平均为7.1mD。渗透率为0.1～10.0mD的样品最多，占分析样品的76.7%，低渗特征明显；其次，渗透率为10～500mD的样品占分析样品的21%；特低渗样品（＜0.1mD）仅占分析样品的2.3%。综合研究认为，研究区文昌组砂岩储层为典型的低孔、低渗储层。

孔隙度和渗透率相关性统计表明，储层的孔隙度和渗透率具有良好的正相关性（图3），说明文昌组砂岩属于孔隙型储层，孔隙空间是主要的渗滤通道。此外，还存在部分异常点，代表了少量孔洞或裂缝的存在。

图3 惠州凹陷HZ25-7构造带文昌组储层孔隙度与渗透率交会图Fig.3 Relationship between porosity and permeability of Wenchang Formation in HZ25-7 structuralbelt in Huizhou Depression

在垂向上，随着埋藏深度的增加，文昌组储层的孔隙度和渗透率呈现出逐渐减小的趋势，但是在3 500～3 800m深度内，孔隙度偏离正常的减小趋势，出现了一个高孔隙发育带，孔隙度最大值为20%。研究区储层类型多样，包括含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩及少量粉砂岩储层。根据不同粒度储层物性统计结果，中砂岩平均孔隙度约为15%，物性分布区间较为集中，物性较好；砂砾岩及粗砂岩孔渗分布杂乱，与岩性关系不明显。

4 孔隙类型和结构

4.1 孔隙类型

对研究区105块砂岩样品的铸体薄片、阴极发光和扫描电镜等资料的分析和统计表明，储层孔隙类型较为丰富，包括原生粒间孔、溶蚀孔隙（粒间溶孔、粒内溶孔）、晶间孔及少量裂缝，垂向上面孔率差别极大，为0～20%。

（1） 原生粒间孔

原生粒间孔随着埋深增加而减少，多呈孤立状三角形或多边形（图版Ⅰ-1），约占总孔隙的40%。在铸体薄片中，碎屑颗粒大多呈线—缝合线接触，孔隙周围颗粒多压实紧密，部分孔隙被高岭石、方解石和石英充填、堵塞，导致颗粒间连通性差。

（2）次生孔隙

次生孔隙包括粒间溶孔和粒内溶孔，主要分布在3 500～3 800m深度段。粒间溶孔约占总孔隙的20%，形态不规则，由颗粒边缘、岩屑、杂基和长石等部分或全部溶蚀而形成，它使原有的孔隙扩大并连通（图版Ⅰ-2～Ⅰ-3、图版Ⅱ-1～Ⅱ-2）。在粒间溶孔和原生孔隙一并组成溶蚀扩大的混合孔隙中，粒间溶孔占主导。在所观察的岩石薄片中，胶结物溶蚀作用不明显，这与胶结物类型和形成时间有关。在粒间孔中，自生高岭石晶间孔、杂基微孔、泥质内微孔等多种微孔占一定比例（图版Ⅱ-1～Ⅱ-2），孔隙非常细小，一般小于10μm（图版Ⅱ-3），喉道狭窄，连通性极差，使得储层渗透率大大降低。

粒内溶孔形态多样，包括孤立溶孔、铸模孔及蜂窝状溶孔等（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-3、图版Ⅱ-4），是主要的次生孔隙类型，约占总孔隙的40%，主要由长石、硅酸盐岩屑及云母等颗粒内部被溶蚀而形成，其中长石被溶蚀形成的粒内溶孔占大多数。长石常见沿解理缝溶蚀（图版Ⅱ-5），火山岩岩屑粒内溶孔不规则。粒内溶孔常常含有大量颗粒残骸和充填自生矿物，致使孔隙喉道被阻塞（图版Ⅱ-6），孔隙连通性较差。

（3）裂缝

以构造裂缝为主，该类裂缝是岩石受构造应力作用产生破裂而形成，常常切穿颗粒（图版Ⅱ-1～Ⅱ-2、图版Ⅱ-4），缝宽 0.01～0.05mm，总体上面孔率非常低，仅发育在部分层段，是该区次要的储集空间，但对于储层物性具有改善作用。

4.2 孔隙结构

孔隙的存在是油气储集的前提条件，但油气能否运移成藏并被有效开采，则需要储层有一定的渗透性。孔隙结构主要指孔隙大小、孔喉类型、孔喉半径等因素，主要受控于储层的沉积环境和成岩演化史。利用毛管压力和孔喉半径资料，可以分析目的层段储层的孔喉大小、连通状况、分布及相互配置关系。

惠州凹陷HZ25-7构造带文昌组储层压汞曲线均表现出高排驱压力、细歪度、陡平台的特点。大部分样品排驱压力为0.15～0.20MPa，中值排驱压力均值为8.72MPa，平台陡，说明储层岩性较为致密，孔喉分选差，渗流能力较差。中值孔隙半径一般为0.04～0.50μm，退汞曲线不完整（图 4）。整体上，文昌组砂岩孔隙结构为中—小孔、细喉道型。

图4 惠州凹陷HZ25-7构造带文昌组碎屑岩储集层压汞曲线特征Fig.4 Injection-Hg capillary pressure curve characteristics of clastic reservoir ofW enchang Formation in HZ25-7 structuralbelt in Huizhou Depression

值得注意的是，当储层杂基含量较低，溶蚀孔为主要的渗滤通道时，孔隙结构相对较好，排驱压力较低，一般为0.1～0.2MPa，毛管压力曲线均出现平台。例如HZ-A-2井3 755.19m样品点，岩性为不等粒含砾砂岩，杂基体积分数约为2%，次生孔隙占75%，物性测试孔隙度为16%，渗透率为17.7mD，排驱压力为1.1MPa，毛管曲线平台段明显，中值孔隙半径为0.62μm。

5 储层物性控制因素及低孔、低渗形成机理

储层物性受多种因素的影响，包括沉积条件、成岩作用、构造运动、油气充注及异常高压等因素，但多数情况下主要受前2种因素影响。有时，沉积和成岩因素之间存在相互影响，不同的地区储层物性主控因素表现各异［9-12］。

5.1 沉积条件是基础

岩心测试孔隙度分析在储层物性研究中应用较为广泛且准确性较高。针对惠州凹陷HZ25-7构造带岩心资料少的现状，本次研究采用岩心孔隙度刻度测井孔隙度的研究方法，发现测井孔隙度与岩心孔隙度相关性较好（图5），因此，利用测井孔隙度来比较不同沉积相带内砂岩物性好坏的方法是可行的。

图5 惠州凹陷HZ25-7构造带岩心孔隙度与测井孔隙度关系Fig.5 Relationship between core porosity and logging porosity in HZ25-7 structuralbelt in Huizhou Depression

研究表明，不同沉积相带中的砂体具有不同的物性特征。研究区文昌组砂岩储层属于三角洲—湖泊沉积体系，主要包括三角洲平原分支河道、前缘水下分流河道、席状砂和滩坝等沉积类型，其中滩坝砂体物性最好，分支河道砂体次之，三角洲前缘席状砂物性最差（表1），说明宏观上沉积相的分布是储层物性的一个控制因素，粒度和分选性特征决定了原始孔隙度的特征，同时也影响着后期成岩作用对储层的改造。但是，从以上孔隙度统计来看，不同沉积微相的砂岩物性差异不明显（依次相差不超过1%），说明由于文昌组埋藏深度大（普遍超过3 500m），后期复杂的成岩作用影响显著，从而削弱了原始沉积条件对储层的影响，所以其沉积条件对储层物性的影响不处于主导地位。

表1 惠州凹陷HZ25-7构造带文昌组不同沉积微相孔隙度分布特征Table 1 Distribution of porosity in different sedimentary m icrofaciesofW enchang Formation in HZ25-7 structural belt in Huizhou Depression%

对HZ25-7构造带文昌组储层来说，沉积条件是控制储层质量的基础，成岩作用是造成储层低孔、低渗的主要原因。

5.2 成岩作用是关键因素

岩石薄片观察和X射线衍射分析表明：HZ25-7构造带文昌组储层发育Ⅱ—Ⅲ级石英次生加大以及硬石膏、方解石和黏土矿物等自生矿物；黏土矿物以高岭石和伊/蒙混层为主，蒙脱石平均体积分数为20%左右；压实作用强，颗粒接触类型为线状—凹凸状；镜质体反射率多为0.7%～0.8%。综合认为HZ25-7构造带文昌组储层处于中成岩A2亚期［13］。

HZ25-7构造带文昌组成岩演化序列为：早期黏土薄膜形成→中期快速压实，岩屑塑性变形充填孔隙→杂基、铁泥质析出→有机质成熟，有机酸注入→长石、岩屑和云母发生溶蚀（次生孔隙大量生成）→自生高岭石及伊/蒙混层胶结→石英Ⅱ级次生加大，方解石生成→铁方解石交代和沉淀。研究区文昌组储层经历的成岩作用包括压实作用、胶结作用、溶解作用和交代作用等，对储层有显著影响的成岩作用主要是前3种。

（1）压实作用导致孔隙大量减少

薄片镜下观察发现，颗粒接触关系以线状—凹凸状为主，颗粒紧密接触，可见定向排列泥岩岩屑等软颗粒变形及云母塑性流动现象（图版Ⅲ-1～Ⅲ-2），部分岩屑假杂基化，甚至脆性颗粒破裂产生裂缝。强烈的压实作用是导致原生孔隙大量减少的主要原因，而造成强烈压实效应的原因主要有以下2个：①近源辫状河三角洲沉积砂岩成熟度低。HZ25-7构造带紧邻东沙隆起物源区，沉积物搬运距离短，颗粒分选和磨圆差，大量杂基和塑性岩屑随碎屑一起沉积，造成原始孔隙连通性较差。经统计，云母体积分数为1%～14%，平均为2.9%，泥岩岩屑体积分数为1%～10%，平均为3%。泥岩岩屑和云母塑性强，在压实过程中容易变形，并阻塞孔隙和喉道。②文昌组现今埋深超过3 500m，属于深埋藏地层，压实作用持续性强，在上覆静压力作用下，碎屑颗粒以线接触为主，部分达到凹凸接触，原生孔隙大量减少。

（2）可溶物质偏少导致储层物性改善不明显

溶解作用形成的次生孔隙是深层文昌组储层最为重要的孔隙类型，主要表现为长石的溶蚀。总体上长石含量偏低（体积分数为2%～25%，平均为10%），可溶组分的缺乏导致研究区文昌组整体增孔不明显；受到储层原始孔隙连通性差的影响，酸性水在通过断裂或砂体进入储层后，循环能力较弱，溶解物质很难被带出，大量的溶蚀残余及蚀变矿物充填并堵塞孔喉空间（图版Ⅱ-1）。

（3）胶结作用导致储层物性变差

文昌组砂岩胶结作用主要有黏土矿物胶结、碳酸盐胶结和硅质胶结等（图版Ⅲ-3～Ⅲ-4），以黏土矿物胶结和碳酸盐胶结为主，对储层物性具有较强的破坏作用，致使孔隙大量减少，物性变差。黏土矿物平均体积分数为7%左右，碳酸盐胶结物包括（铁）方解石和白云石，总体积分数约5.3%，成岩中晚期的胶结强度较大。

①黏土胶结物：主要包括自生高岭石、伊/蒙混层、自生伊利石及绿泥石，其中自生高岭石含量最高。从铸体薄片和扫描电镜可以看出，黏土矿物主要形成于中成岩阶段，大量沉淀并占据孔喉空间（图版Ⅲ-5）。当黏土矿物体积分数超过4%时，储层渗透率普遍降到10mD以下，说明黏土矿物对储层物性破坏严重。

②碳酸盐胶结物：包括铁方解石、方解石和白云石，以铁方解石为主。主要形成于中成岩阶段，次生溶蚀之后。方解石呈孔隙式胶结，常见呈晶状充填于孔隙中。碳酸盐胶结物不仅占据原生粒间孔，也占据次生孔隙空间（主要是长石溶孔），使得孔隙大大减少（图版Ⅲ-6）。

③硅质胶结物：研究区储层砂岩硅质胶结物含量低（体积分数约0.3%），伴随着高岭石一起充填于孔隙及喉道中（图版Ⅲ-4）。

④其他胶结物：包括铁质、石膏和石盐等胶结物，含量非常低。

综合以上分析，研究区文昌组储层低孔、低渗是强烈破坏性成岩作用的结果。通过统计粒间孔隙度和胶结物含量，压实作用造成的原生孔隙损失率为50%～75%，胶结作用造成的原生孔隙损失率为25%～50%，压实作用对孔隙的破坏性要大于胶结作用（图 6）。

5.3 地层超压是有利因素

在埋藏过程中，超压对储层具有积极作用，它在改善储层物性方面的作用主要体现在对原生孔隙的保存、通过增强溶蚀作用产生次生孔隙以及抑制自生矿物的形成等方面［14-15］。在研究区发现HZB-1井地层存在异常高压，经压力测试分析，文昌组以上地层（小于3 680m）处于正常压力系统，孔隙度随着埋深增加而减小；文昌组3 680～3 760m深度段，地层明显存在异常高压，压力系数为1.3～1.5，录井数据表明该深度段对应较深湖厚层泥岩，厚度约80m（图7）；深度超过3 760m，地层压力系数逐渐减小，孔隙度随着深度增加而减小。

图7 惠州凹陷HZ25-7构造带HZ-B-1井测井孔隙度、压力系数和岩性随深度的变化Fig.7 Logging porosity, pressure coefficients and lithologychange with depth of HZ-B-1 well in HZ25-7 structural belt in Huizhou Depression

湖盆断陷期沉积的文昌组是该区重要的烃源岩。由于该组地层沉降速率较快，在埋藏过程中厚层泥岩的欠压实以及烃源岩的生烃作用是形成超压的主要原因，造成了文昌组厚层泥岩段异常超压（压力系数高达1.5）。分析文昌组储层测井孔隙度和深度关系表明，在3 680m以上地层砂岩孔隙度普遍小于10%；埋深3 760m至3 800m之间，砂岩孔隙度明显增大，达10%～15%，刚好位于超压地层下方，说明超压的存在有利于高孔隙发育带的形成。由于技术原因，HZ-B-1井未能够进行井壁取心，推测高孔隙带的成因机理有以下2点：欠压实的泥岩形成超压抑制了下伏砂岩的压实作用；泥岩在成熟过程中排出有机酸导致储层产生溶蚀孔隙。

6 结论

（1）惠州凹陷HZ25-7构造带储层岩石类型以岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主，整体具有成分成熟度和结构成熟度均较低的特征。储层平均孔隙度和平均渗透率分别为12%和7.1mD，属于低孔、低渗储层。

（2）储层孔隙类型主要为粒内溶孔和原生粒间孔。喉道较窄，孔喉分选性差，孔隙结构为中—小孔、细喉道型。

（3）沉积条件是控制储层质量的基础，滩坝砂体物性相对较好；成岩作用是控制储层质量的主要因素；异常超压的形成有利于储层孔隙的保存。

（4）文昌组低孔、低渗储层的成因机理概括为：近源辫状河三角洲沉积砂岩成分和结构成熟度均较低，塑性岩屑和杂基含量高，砂岩初始孔隙度低；地层的深埋藏导致压实作用损失大量原生孔隙；岩石内部可溶组分的贫乏使得储层物性改善不明显；大量黏土矿物和碳酸盐胶结物阻塞孔隙和喉道，造成砂岩孔隙度和渗透率迅速减小，形成现今的文昌组低孔、低渗储层。

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图版Ⅰ

图版Ⅱ

图版Ⅲ