准噶尔盆地阜北地区头屯河组非均质性综合研究

于景维，牛志杰，祁利祺，孙新铭，柳 妮，张 进，曹 嵩

(1.中国石油大学(北京)克拉玛依校区，新疆 克拉玛依 834000；2.新疆油田勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；3.克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

准噶尔盆地位于我国西北地区，是我国第二大盆地，也是越来越重要的能源基地。盆内中央坳陷东部的阜康凹陷生烃层位厚度大，数量多，为典型富烃凹陷[1-3]，其周围斜坡区为油气有利运移区，受到普遍关注。近几年，凹陷东部斜坡区多口井在中生代中侏罗纪地层中获得工业油流，为油田增产增效做出较大贡献[4-6]。同阜康凹陷东部地区成藏条件相似，北部中侏罗统头屯河组大面积分布辫状河三角洲(水下)分流河道砂体，却鲜有油气收获[7]，相比而言，东部地区头屯河组储集层的各项地质属性认识丰富[8-11]，而北部地区头屯河组储集层地质属性分布规律不清，反映出油气储集层在三维空间的变化以及控制因素认识比较模糊，对进一步勘探影响较大。

储集层非均质性是油藏描述的重要内容，就是揭示储集层的岩性、物性、电性以及含油性在空间的均质程度[11]。储集层非均质性分类可从不同角度进行，Pettijohn将储集层非均质性按照规模从I级油藏到V级纹层规模共划分为5类[12]；Weber根据Pettijohn的划分，结合非均质性对渗流流体的影响，将储集层非均质性分为封闭、半封闭、未封闭断层、成因单元边界以及微观非均质性等7类[13]；Haldorsen主要依据地质建模的需要，考虑孔隙均值有关的体积分布，将储集层非均质性划分为巨型、大型、宏观以及微观非均质性[14]；裘亦楠则考虑到我国陆相盆地储集层实际生产特征，划分出一套比较完整的分类方案，包括层内、层间、平面以及微观非均质性[15]，前三者又可归为宏观非均质性。本次研究采取裘亦楠对储集层非均质性划分方案，利用钻井、测井、岩心以及多种测试分析手段对阜北地区头屯河组储集层非均质性进行综合研究，揭示储集层非均质性的控制因素。其成果一方面为研究区头屯河组油气突破提供指导，有显著现实意义；另一方面总结出辫状河三角洲储集层非均质性的控制因素，为相似沉积背景油气勘探明确方向，有一定理论意义。

1 区域地质概况

阜北地区位于准噶尔盆地阜康东环带的北部区域，为一东高西低的狭长单斜构造，南北分别以北86井和白家1井为界(图1)，总面积约5 000 km2[16]。工区共有钻井30口，全部钻遇头屯河组。本次研究共收集20余口钻井的单井综合录井图、测井曲线数据、分层数据、井壁取心资料、部分分析化验资料，并现场岩心观察28口井，累计岩心长超过100 m，岩心照相500余张，采集钻井样品200余块，完成薄片鉴定、扫描电镜分析、X-衍射、高压以及恒速压汞等10余项测试分析项目。

图1 研究区位置及区内钻井分布Fig.1 Geological background of the study area and the distribution of the wells

受构造活动影响，区内局部地区发育断裂，断裂中大部分断裂断距较小，少部分深大断裂沟通油源，被认为是油气运移的重要通道[17]。区内发育多套地层，最老和最新地层分别为石炭系和第四系[18]。晚侏罗世发生的燕山运动II幕使头屯河组发生不同程度的剥蚀，头屯河组埋深为2 500～5 000 m，厚度分布在120～430 m之间，自下而上分为头一段(J2t1)、头二段(J2t2)和头三段(J2t3)，发育辫状河三角洲沉积，储集砂体为(水下)分流河道微相，岩性以褐灰色以及紫灰色细-中长石岩屑砂岩为主，其岩石学特征表现为“一低一高”，储集砂岩中岩屑含量平均达到60.37%，成分成熟度指数(Q/(F+R))平均为0.31；磨圆度以次棱角为主，分选以中等为主，颗粒间以点—线接触为主，胶结类型主要为孔隙—压嵌型，杂基和胶结物的含量平均分别为1.5%和2.35%，结构成熟度整体较高。

2 样品测试分析方法

2.1 常规以及铸体薄片制定

每块样品切取25 mm×5 mm的岩样，经过洗油、铸胶、胶固、磨平，其中铸胶的压力为6 MPa，按照SY-T 5913-2004岩石制片标准，在新疆油田实验检测研究院完成制片，共制得200张薄片。

2.2 扫描电镜及X衍射分析

扫描电镜的样品尺寸的直径为10～15 mm，长为5 mm。电子束的强度为10.9 mA，高压为5 kV，按照《岩石样品扫描电子显微镜分析方法》SY/T5162-1997，用扫描电子显微镜JSM-5500LV对30块样品进行扫描，实验在新疆油田实验检测研究院完成。

将砂岩样品磨成粉末，在试样架里均匀分布并用玻璃板压实，用X-射线能谱仪QUANTAX400进行实验，仪器电压为40 kV，电流为250 mA。按照《岩石矿物能谱定量分析方法》SY/T6189-1996，测试温度为20 ℃，湿度为50%，X-衍射为46块砂岩样品，实验在新疆油田实验检测研究院完成。

2.3 压汞实验

压汞实验用11块样品，岩心直径为2.5 cm，长度为2.0 cm。应用美国Quantachrome公司生产的型号为PM33GT-17的压汞仪，其高压动力系统由高压计量泵组成，工作压力范围0.002～50 MPa，压力平衡时间≥60 s，可测得压力点数达到100个。整体按照SY/T5346-2005岩石毛管压力曲线测定法进行实验，实验在新疆油田实验检测研究院完成。

2.4 恒速压汞

恒速压汞实验用6块样品，岩心体积为1 cm3。应用美国Coretest systems公司引进的ASPE-730型恒速压汞实验装置，实验过程中保持界面张力与接触角不变，以非常低的进汞速度(通常为0.000 05 mL/min)将汞注入岩石孔隙体积内，从进汞过程的压力涨落获得孔喉分布数量，最高测试压力为6.2 MPa，整体按照SY/T5346-2005岩石毛管压力曲线测定法进行实验，实验在新疆油田实验检测研究院完成。

2.5 核磁曲线

核磁共振实验用10块样品，应用中国地质大学(北京)岩心核磁共振分析与成像系统进行实验，磁体主频率>20 MHz，磁场强度>0.5 T；磁场均匀度<20×10-6。按照SYT6490-2014岩样核磁共振参数实验室测量规范进行实验，实验在中国地质大学(北京)完成。

3 微观非均质性

微观非均质性是对影响流体流动的地质因素进行描述，包括孔喉的大小、分布、配置及连通性，以及岩石的组分、颗粒排列方式、胶结物的含量及类型等[15]，涵盖在孔喉、颗粒和填隙物非均质性三类内容中，主要应用的资料来源于薄片、粒度、(恒速)压汞曲线以及核磁曲线等。

3.1 孔喉非均质性

孔喉非均质性主要是对微观孔隙结构特征的描述，针对储集层中孔隙和喉道的定量表征和分类评价[15]。前人的研究发现，核磁共振岩心分析实验得到的核磁共振T2谱与孔喉半径分布图形状相似，反映出核磁共振横向弛豫时间分布与岩石孔隙结构之间有着良好的对应关系[19]。以薄片分析为基础，重点利用T2曲线谱形态特征，结合代表性岩心恒速压汞参数特征，将研究区头屯河组孔隙结构分成单峰型和双峰型两类。

单峰型:研究区头屯河组T2曲线谱以单峰形态为主，单峰型孔隙结构是指双峰中左峰幅度相较于右峰幅度至少3倍以上，在形态上表现左峰凸起，研究区内T2峰值位于1 ms左右。T2曲线谱中可区分吸附孔和渗流孔，渗流孔多于吸附孔，核磁孔隙度平均为11.14%；且0.01×10-3～0.5×10-3μm2的SDR(Schlumberger Doll Research)模型渗透率值所占比例较小，小于0.01×10-3μm2的渗透率值所占比例非常大，SDR模型渗透率平均为0.003×10-3μm2(图2(a)、 (b)、 (c))。相对应的薄片中整体显孔较少，颗粒分选相对较好，磨圆较差(图2(d)、(e))；颗粒之间以线接触为主，云母、岩屑等塑形物质发生严重变形被挤入颗粒之间(图2(f))，反映压实作用较强，极大破坏原生孔隙，储集空间主要为粒内溶孔以及剩余粒间孔(图2(d)、 (e))。代表性岩心恒速压汞参数特征显示，该类孔隙结构中孔隙半径主要分布在105～135 μm之间，平均值为121.46 μm，喉道半径分布比较广，存在大喉道，但频率极低，半径主要集中在0.1 μm，平均值为0.19 μm。恒速压汞的孔隙度为17.8%，渗透率为0.266×10-3μm2。此孔隙结构一般位于辫状河三角洲相(水下)分流河道边缘沉积。

图2 单峰型孔隙结构表现特征Fig.2 Characteristics of single-peak type pore structure(a)阜北2井，3 591.42 m，J2t，核磁共振T2图谱；(b)阜北2井，3 590.72 m，J2t，核磁共振T2图谱；(c)阜北3井，3 746.89 m，J2t，核磁共振T2图谱；(d)与图(a)同井同深度的深灰绿色极细粒砂岩薄片(-)；(e)与图(b)同井同深度的深灰绿色极细粒砂岩薄片(-)；(f)与图(c)同井同深度的紫红色中粒砂岩薄片(-)；(g)阜北2井，3 591.42 m，J2t，岩心孔隙半径分布频率直方图；(h)与图(g)同井同深度的喉道半径分布频率直方图

双峰型:双峰型孔隙结构是指双峰中左峰幅度相较于右峰幅度1.5倍以内，在形态上表现双峰凸起。T2曲线谱中也可区分吸附孔和渗流孔，渗流孔多于吸附孔，核磁孔隙度平均为14.51%；SDR模型渗透率值在且0.01×10-3～0.5×10-3μm2和小于0.01×10-3μm2的渗透率值所占比例相当，SDR模型渗透率平均为0.18×10-3μm2(图3(a)、(b)、(c))，相较于单峰型物性有很大改善。通过薄片发现该类孔隙结构中原生孔隙为主要储集空间，颗粒之间以点—线接触为主，一方面压实作用相对比较弱，另一方面颗粒的包膜(胶结作用形成)有利于原生孔隙的保存[16]，储集空间还包括粒内溶孔和裂缝(图3(d)、(e)、(f))。代表性岩心恒速压汞参数特征显示，该类孔隙结构中孔隙半径主要分布在100 ～180 μm，平均值为136.72 μm，喉道半径分布比较广，相比较单峰型，该类型大喉道存在频率较高，频率主要分布于0.1～1.1 μm之间，平均值为0.63 μm，远高于单峰型。恒速压汞的孔隙度为19.9%，渗透率为56.6×10-3μm2。此孔隙结构类型往往位于辫状河三角洲相(水下)分流河道中心位置，为阜北地区的有效储集层。

图3 双峰型孔隙结构表现特征Fig.3 Characteristics of double-peak type pore structure(a)阜北4井，3 258.72 m，J2t，核磁共振T2图谱；(b)阜北1井，2 906.15 m，J2t，核磁共振T2图谱；(c)阜北3井，3 903.65 m，J2t，核磁共振T2图谱；(d)与图(a)同井同深度的浅灰绿色中粒砂岩薄片(-)；(e)与图(b)同井同深度的浅灰绿色细粒砂岩薄片(-)；(f)与图(c)同井同深度的浅灰绿色中—细粒砂岩薄片(-)；(g)阜北1井，2 906.15 m，J2t，岩心孔隙半径分布频率直方图；(h)与图(g)同井同深度的喉道半径分布频率直方图

以上两类孔隙结构在头屯河组三个段中都有发育，对区内6口井的孔隙结构统计发现，头一段以双峰型为主，头二段单峰型和双峰型频率基本相同，头三段单峰型相对占比较大。以压汞曲线的相对分选系数作为表征储层微观非均质性程度的参数，相对分选系数越大，表明孔隙大小的分布越复杂，储层微观非均质性越强。头一段相对分选系数为0.30，头二段的相对分选系数为0.32，头三段的相对分选系数为0.38。因此单峰型和双峰型出现频率的差异造成头屯河组孔喉非均质性程度变化的关键因素，头一段和头二段储层微观非均质性较强，头三段储层微观非均质性最强。

3.2 颗粒非均质性

研究区头屯河组颗粒非均质性主要利用粒度资料，反映颗粒大小的变化程度，将平均粒径和标准偏差进行交会(图4)，发现标准偏差较小，平均粒径为2φ(约0.25 mm)，属于细—中砂范畴[20]，反映该粒径非均质性相对较弱，向极细砂岩、粉砂岩或者粗砂岩方向，颗粒非均质性逐渐增加。结合孔喉非均质性，发现单峰型孔隙结构发育在极细砂岩以及中粒砂岩中，双峰型孔隙结构发育在中—细砂岩、中砂岩和细砂岩内，单峰型孔隙结构非均质性受颗粒大小影响要强于双峰型。

图4 研究区头屯河组平均粒径与标准偏差关系Fig.4 Relation between standard deviation and average particle size in Toutunhe Formation in the study area

3.3 填隙物非均质性

胶结物和杂基的类型、含量以及产状对于储集层孔隙差异性分布影响较大。研究区头屯河组储集层中胶结物类型主要包括绿泥石、方解石以及方沸石，虽然胶结物的体积分数不高，在砂质储层中胶结物体积分数相当于胶结作用对于孔隙度的损害率[10]。通过胶结物体积分数同相对分选系数的交会(图5(a))，发现胶结物体积分数越大，储层微观非均质性强度越大。同时胶结物中绿泥石的产状对于头屯河组储集层物性影响较大[16]，主要在双峰型孔隙结构中出现，虽对原生孔隙的保存有一定作用，但绿泥石包膜对于规则喉道的破坏较大，在后期开发阶段，容易致使储集层发生酸敏，进一步破坏储集层渗透率[6,16]。杂基主要由泥级矿物组成，受控于沉积环境。前人的研究发现，杂基体积分数越大，有利于压实作用对于储层物性的破坏，一般用压实作用的损害率定量表示[10-11]。通过压实作用损害率同相对分选系数的交会(图5(b))，发现压实作用损害率越大，储层微观非均质性越强。

图5 研究区头屯河组相对分选系数与填隙物体积分数的交会图Fig.5 Relations between relative sorting coefficient and volume fraction of interstitial material in Toutunhe Formation in the study area

整体而言，单峰型和双峰型孔隙结构的差异主要源于沉积和成岩作用，在各自类型内部沉积条件相似的情况下，成岩作用是造成储集层微观非均质性差异的重要原因，压实和胶结强度对储集层物性影响最大。

4 宏观非均质性

储集层宏观非均质性重点表征沉积作用对于储集层砂体内部、砂体之间以及平面砂体各项属性分布的均匀程度[15]。结合微观非均质性研究基础，有利于分析研究区头屯河组储集层非均质性的影响因素。

4.1 层内非均质性

层内非均质性表现为垂向上砂体参数的变化，包括粒度、渗透率及其非均质性以及夹层的类型及分布[15,21]。

4.1.1 粒度韵律

利用测井曲线形态以及岩心录井资料，发现研究区头屯河组的粒度韵律主要包含三类，分别是复合正韵律、正韵律和均质韵律。如图6(a)，测井曲线整体虽呈现正韵律，但岩性剖面显示是多套分流河道砂体叠加而成，岩心中显示有多个冲刷面，上部砂岩有平行层理，粒度显示为复合正韵律。图6(b)测井显示为正韵律，岩性剖面上反映为一套砂体，中部有夹层，岩心上显示夹层为泥质粉砂岩，粒度显示为正韵律；图6(c)测井曲线显示箱形，形态均匀无变化，岩心上显示为大套块状水下分流河道的灰色细—中砂岩，粒度显示为均质韵律。

图6 研究区头屯河组粒度及渗透率韵律变化特征Fig.6 Variation characterization of permeability rhythmic and grain-size of Toutunhe Formation in the study area(a)阜13井，J2t3；(b)阜15井，J2t2；(c)阜北1井，J2t2

4.1.2 渗透率韵律以及非均质性

研究区头屯河组渗透率韵律包含正韵律和复合韵律两类，渗透率为正韵律的砂体孔隙结构以单峰型为主，复合韵律的砂体孔隙结构以双峰型为主。图6(a)和(b)中的渗透率表现为正韵律以及多个正韵律的叠加，反映水动力能量从强到弱的迅速变化过程，韵律底部渗透率较大，向上迅速变小。图5(c)中的渗透率表现为复合韵律，反映沉积环境的变化对渗透率的影响，韵律底部水下分流细—中粒砂体对底部泥岩的冲刷会造成颗粒分选相对较差，渗透率有所降低；韵律中部表现为水动力的适中持续阶段，颗粒分选相对较好，渗透率表现为最好；韵律上部阶段，随着水动力持续下降，颗粒的分选又慢慢变差，渗透率逐渐变差。在图6(a)岩心中发现2 936 m以上单砂层沉积构造以平行层理为主，垂向连通性较差；图6(b)中单砂体垂向连通性受隔夹层影响同样较差；图6(c)的岩心表现为块状砂体，纵向上连通性比较好。

前人主要利用突进系数(TK)、变异系数(VK)和级差(JK)反映层内渗透率差异性程度[21-24]，图6(a)单砂层的变异系数为1.5，突进系数为2.73，级差为38.45；图6(b)单砂体的变异系数为1.05，突进系数为3.39，级差为47.15，总体表现为强非均质性；图6(c)单砂体的变异系数为0.7，突进系数为2.03，级差为5 330.77，整体表现为中等非均质性。因此综合反映出正韵律渗透率砂体非均质性要强于复合韵律渗透率砂体。

由于TK、VK和JK存在盲点以及数值范围较大，结合劳伦兹曲线法(又称“严科法”)所统计的非均质性系数对层内渗透率非均质性进行综合判断比较准确(表1中k值)，该方法将不同形态渗透率分布曲线转换为直线，直线的斜率大小与宏观非均质性成反比[11]。研究区头屯河组变异系数为1.3，三个段的变异系数分布于0.87～1.41之间，突进系数为4.8，三个段的突进系数分布于2.58～3.25之间(图7)。以储集层非均质性划分标准角度(表1)，整个头屯河组非均质性很强，但三个段部分突进系数表现储集层非均质性处于中等程度。结合劳伦斯曲线法发现头一段的非均质性系数为0.442，头二段的非均质性系数为0.439，头三段的非均质性系数为0.078，反映砂体孔隙结构以单峰型为主的头三段储层非均质性最强，砂体孔隙结构包含较多双峰型的头一段和头二段储层非均质性较强。

表1 储集层非均质性划分标准(有修改)[25]

图7 研究区头屯河组储集层渗透率非均质性统计Fig.7 Permeability heterogeneity statistics for the reservoirs of Toutunhe Formation in the study area

4.1.3 层内夹层类型及分布

层内夹层一般分为钙质夹层、泥质夹层以及物性夹层[21]。由于钙质胶结物整体含量较低，不会以基底以及嵌晶式胶结出现[21]，仅在薄片中偶尔可见区域性孔隙胶结，钙质夹层在研究区基本没有。研究区头屯河组常见泥质夹层和物性夹层，在测井曲线上的特征都为“高GR，低RT”。泥质夹层较厚，往往是废弃河道的充填或者泥质沉积物直接覆盖在砂体上，连续性较好，可展布在3～4个井距之间，封隔性能较强，和泥质隔层较难区分；物性夹层发育在河道单砂体间隙或上部，岩性主要为泥质粉砂岩(图6(b))，垂向上往往为几厘米，和沉积水动力的减弱相关，连续性较差，分布小于一个井距，分隔性能不如泥质夹层。

夹层的厚度、密度(夹层厚度比单层厚度)以及频率一般被用来表征夹层的分布特征，参数的大小同储集层非均质性强弱呈正比[26]。通过对头屯河组层内夹层的分布特征研究(表2)，发现夹层在头三段中分布较多，反映头三段非均质性最强。

表2 阜北地区头屯河组砂岩储层夹层分布特征统计表

4.2 层间非均质性

层间非均质性是对单个油藏或者含油层系的总体研究，针对砂体或者储集层之间的属性差异分析[15]。层间非均质性依靠分层系数和砂岩密度进行研究，分层系数越多，砂岩密度越小表示储集层非均质性越强，对后期注水开发层间干扰越大。

砂体密度和砂地比是一个概念，反映砂体之间连通性，其数值如果在30%以上，代表砂体之间是局部连通或者大面积连片分布，相反则代表是连通性很差的孤立砂体[27]。虽然经过统计发现头屯河组三个段平均砂地比大于30%(表3)，但是头一段和头二段砂地比小于30%的钻井分别占总井数的29.6%与25.9%，头三段砂地比小于30%的钻井占总井数的59.2%，头三段大部分砂体为连通性较差的孤立砂体。前人结合高分辨层序地层学对研究区头屯河组内砂体进行对比(图8)，发现头屯河组分层较密，发现井距相差5 km以上，砂体连通性变差，发育较多孤立砂体，整体非均质性较强。头一段与头二段砂体相比头三段砂体较厚，连通性要好。

表3 阜北地区头屯河组分层系数和砂地比统计表

4.3 平面非均质性

平面非均质性的控制因素较多，包括储集砂体的形态、规模以及物性变化[15]。

储集砂体的形态以及规模主要通过砂体等值线图来反映(图9)。头一段时期受东北方向物源影响，砂体厚度由东北向西南逐渐减薄。东北部砂体厚度较大，大部分区域砂体厚度可达50 m，主要由阜北4方向以及阜1方向条带状砂体汇合。结合沉积背景，认为是辫状河三角洲平原分流河道相互交叉叠置区域。东南部地区形成条带状辫状河三角洲，砂体厚度最小为10 m，最大为30 m以上。头二段时期，东北方向物源持续供应，研究区砂体面积有一定程度扩大，区内钻井砂体厚度最小值由原来的10 m，增加到20 m。东南部辫状河三角洲面积扩大最为明显，大部分钻井厚度可达30 m以上。头三段时期，燕山运动使湖盆整体抬升，研究区内沉积遭受剥蚀，砂体厚度明显减少。东北部辫状河三角洲面积明显减少，砂体厚度最大在40 m以上，北部白家1井方向呈条带状分布，砂体厚度最大位于中部阜北3井，东南部辫状河三角洲面积也明显减少，最大厚度分布在20 m以上。整体来看，头一段和头二段砂体规模较大，头三段砂体规模较小。

图9 研究区头屯河组砂体厚度等值线图Fig.9 Thickness contour map of Toutunhe Formation sandbodies in the study area

在试油结果的基础上，结合资料完整程度，选择重点层段头二段砂体进行平面物性非均质性研究(图10)。首先从孔隙度平面分布来看(图10(a))，研究区大部分钻井都能达到10%以上，数值相差不大，最高不超过19%，属于中低孔。反映在3 000 m以下砂体储集能力一般，孔隙度的高低同砂体分布规律基本一致。从渗透率的平面分布来看(图10(b))，研究区头二段大部分钻井渗透率处于低渗范围，同时渗透率与孔隙度的关联程度不高，孔隙度高渗透率不一定好。非均质系数反映储集层宏观非均质性程度，其平面分布对于储集层宏观非均质性的分布规律有一定的指示作用[22]。从非均质系数的平面分布来看(图10(c))，随着物源方向，储集层非均质性程度逐渐增加。但结合具体钻井物性而言，并不是储集层非均质性越弱，勘探以及开发效果就会越好。阜15井和阜北3井头二段储集物性都不错，但阜15井头二段非均质性系数远大于阜北3井，原因是阜15井头二段储集砂体纵向上孔隙结构以双峰型为主，储集层非均质性相对较弱，阜北3井头二段储集砂体纵向上单峰型孔隙结构同双峰型孔隙结构出现频率相似，因此造成储集层非均质性相对要强很多。整体来看，头屯河组储集层宏观以及微观非均质性较强是因为单峰型和双峰型孔隙结构的不均匀分布造成，明确单峰型和双峰型孔隙结构的影响因素，可揭示研究区头屯河组非均质性控制因素。

图10 研究区头二段砂体物性及非均质性系数等值线图Fig.10 Contour maps of the coefficients of anisotropy, porosity and permeability in Toutunhe Formation (2nd member) in the study area

5 非均质性影响因素

5.1 沉积环境

头屯河组时期，东北方向克拉美丽山为研究区提供充足物源[5]。头一段和头二段沉积时期，盆地基底平稳沉降，可容纳空间增加，物源持续供给，湖平面下降，头一段主要发育辫状河三角洲前缘亚相，头二段主要发育辫状河三角洲平原亚相，整体为辫状河三角洲向湖盆进积，表现为多期河道迁移与叠置，砂体厚度普遍较大，物源方向砂体连续性较好，其它方向砂体连续性较为复杂，造成层内和层间非均质性较强。同时，头一段与头二段不同的沉积环境造成杂基含量差别较大，头一段平均含量为0.4%，头二段平均含量为2.6%，对微观非均质性程度有一定影响。头三段沉积时期，燕山运动造成基底抬升，河道侧向摆动频繁，造成砂体厚度较小，连续性较差，层间与层内非均质性较强。前文已述，(水下)分流河道边缘砂体孔隙结构以单峰型为主，微观非均质性较强；(水下)分流河道主体砂体孔隙结构以双峰型为主，微观非均质性相对较弱，反映出同一微相不同位置的非均值性亦有差异。

5.2 成岩环境

除沉积环境对于储集层非均质性程度有影响外，成岩环境对于储集层非均质性最为关键，特别是成岩作用中压实作用和胶结作用。早期的机械压实造成储集层中孔隙减少，将储集层往致密化发展，同颗粒成分以及结构等有关系[28-29]。头屯河组受物源影响，头三段成分成熟度最低(表4)，石英作为抗压性颗粒含量最低，因此受压实作用影响较大，储集层中单峰型孔隙结构较多。同时头三段中颗粒以细—中粒为主，50%左右颗粒磨圆和分选较差，头一段和头二段中颗粒有部分以粗—中砂岩为主，颗粒分选以及磨圆中等—好，在同等压实作用条件下，头三段储集层孔隙及渗透率受破坏程度要大。

表4 阜北地区头屯河组砂岩碎屑成分及平均质量分数统计表

研究区头屯河组普遍发育胶结作用，尤其是绿泥石胶结比较常见，它虽是导致区内储集层致密化的重要原因，也是原生孔隙保存的主要因素[16]。绿泥石主要分布于碎屑颗粒表面，围绕碎屑颗粒垂直颗粒表现向孔隙中心定向生长，形成近于等厚的环边，呈现薄膜式胶结，虽占据一定的孔隙，也使岩石内部颗粒的支撑性加强。前人通过统计，绿泥石环边厚度小于8 μm有利孔隙发育[16]，依赖于颗粒结构。头三段以次棱角为主的颗粒，绿泥石薄膜虽能保存大量孔隙，但极大破坏喉道形态以及之间的连通性，渗透率减小，往往出现于单峰型孔隙结构；头一段与头二段以次圆状颗粒为主，外薄膜虽占据大量孔隙，但喉道形态规则，连通性较好，有利于相对高渗透率的出现，多出现于双峰型孔隙结构。头三段的结构成熟度要远差于头一段和头二段，因此绿泥石胶结对储集层物性的破坏性更大，造成非均质性更强。在后续研究中，应着重分析成岩过程对两类孔隙结构形成的影响，结合油气形成及运移资料，展开研究区头屯河组油气藏有利区的分析。

6 头屯河组非均质性研究对油气勘探的启示

同阜东斜坡区头屯河组油气勘探现状比较[4-11]，虽然具备有利成藏条件[16,18]，阜北斜坡区头屯河组油气勘探明显有较大差距。主要问题在于储层在三维空间的变化认识不足，头屯河组内部重点勘探目标有待落实。因此，在系统总结前人的研究基础之上，利用重点井段岩心的大量测试分析数据，以期能为上述问题提供初步解答。

以往研究认为，阜北斜坡区头二段由于储集砂体厚度大，砂地比高，分布面积广，同阜东斜坡区重点含油气层段头二段一样有利于油气聚集[18,30]，但试油结果不理想。从上述研究中可发现，阜北斜坡区头二段主要以辫状河三角洲平原亚相为主，层内夹层分布较为频繁，泥质含量较高，物性受压实作用影响较大，孔隙结构中双峰型和单峰型分布频率基本相同，造成头二段储层非均质性程度较高，虽然存在油气藏分布，但规模较小，产能不高，不能作为主要勘探目标。相比而言，头一段内储集砂体厚度、砂地比以及分布面积仅次于头二段，但发育辫状河三角洲前缘亚相，层内夹层分布较少，绿泥石包膜含量高，泥质含量低，虽埋藏深度大，但压实作用对物性破坏相对较低，孔隙结构以双峰型为主，头一段储层非均质性程度相对头一段整体较低，更有利于油气大面积聚集成藏。由于同一微相不同位置的非均值性亦有差异，因此在勘探过程中可结合河道砂岩地震响应特征[30-31]，对储集河道砂体主体和边缘进行识别，河道主体区域作为重要勘探区域进行井位部署。

7 结 论

(1)在薄片、粒度、(恒速)压汞曲线以及核磁曲线等测试分析的基础上，将头屯河组孔隙结构分成单峰型和双峰型两类。通过表征孔喉、颗粒以及填隙物的非均质性，认为单峰型和双峰型孔隙结构分布差异是造成阜北地区头屯河组微观非均质性程度差异的重要原因。

(2)头屯河组的粒度韵律主要包含复合正韵律、正韵律和均质韵律，渗透率韵律包含正韵律和复合韵律，夹层厚度及分布规律复杂，利用变异系数、突进系数和劳伦兹曲线法统计，发现头三段非均质性最强，头一段和头二段非均质性较强。

(3)沉积和成岩环境的综合影响控制研究区头屯河组储集层非均质性。辫状河三角洲向湖盆大范围进积，河道侧向迁移加剧，造成储集层宏观非均质性较强。压实作用和胶结作用为形成单峰型和双峰型两类孔隙结构的关键，明确成岩作用是造成研究区头屯河组储集层非均质性较强的最主要因素。最终认为阜北地区头屯河组内的勘探目标应首选头一段河道砂体主体区域，次要目标为头二段。