羌塘盆地南坳陷布曲组白云岩储层孔喉结构及其分形特征研究

万友利，冯兴雷，赵 瞻，*，王忠林

（1.自然资源部沉积盆地与油气资源重点实验室 四川 成都 610081；2.沉积地质研究室 中国地质调查局成都地质调查中心 四川 成都 610081；3.地球科学学院 成都理工大学 四川 成都 610059）

0 引言

碳酸盐岩储层在世界油气分布中占据重要地位，占据了油气总储量的50%和总产量的60%以上（Bagrintseva，2015）。相较于碎屑岩储层（含陆源碎屑细粒沉积岩）来说，碳酸盐岩经历了更为复杂的沉积、成岩和构造叠加的改造作用，形成了多尺度、多类型的孔、洞、缝（及其组合的）储集空间，发育了复杂的孔喉结构（李伟强等，2020），进而导致碳酸盐岩储层孔渗关系复杂化（Weger et al.，2009），即在大多数情况下，碳酸盐岩储层具有复杂的孔隙形态和岩石物理特性，非均质性极强（Norbisrath et al.，2015；Lai et al.，2019）。复杂的孔喉结构给储层孔渗关系确定（秦瑞宝等，2015）、储集能力和产能评价（郭振华等，2011）、以及储层保护（万云等，2008）工作带来诸多挑战，严重制约了碳酸盐岩储层综合评价。因此，定量评价碳酸盐岩孔隙结构，包括孔喉半径分布、孔隙形态几何不规则性，对油气田勘探开发具有重大意义（Bansal et al.，2010；Xie et al.，2010；Wang et al.，2012）。前人关于碳酸盐岩孔喉结构的研究主要通过直接成像技术和间接测量方法开展，如通过对薄片、孔渗、压汞等资料的统计分析，开展孔隙结构分类评价（邓虎成等，2014；陈昱林等，2018）；通过常规压汞实验获取的毛管压力资料（MICP）进行孔隙分类，建立排驱压力、喉道均值等参数，结合测井曲线连续评价单井孔隙结构（何胜林等，2017；李伟强等，2020）；通过扫描电镜图像分析（王瑞飞等，2020）、计算机断层扫描（CT）分析产生的二维切片（Kyle and Ketcham，2015；Lai et al.，2017），结合孔网模型，直观分析孔隙结构；利用核磁共振测井（王琨等，2020）或实验室核磁共振测量（NMR）（Daigle et al.，2014；Lai et al.，2017；Zhu et al.，2018）进行孔隙结构评价。这些研究方法中，直接成像技术基于数理统计，需要的实验数据多，无法连续定量评价；压汞毛细管压力（MICP）是测定储层孔喉分布最快的方法，但很难建立一种高符合率的拟合关系式；核磁共振测量（NMR）可以提供总孔隙度、有效孔隙度、渗透率、束缚水和流动水等参数，CT扫描能够以非破坏性方式对孔隙和裂缝进行三维成像，但这两种方法价格昂贵，难以广泛应用。

自分形理论提出以来（Mandelbrot，1982），由于其能够有效地描述具有自相似特征的、复杂的不规则结构，在岩石孔隙结构表征中得到了广泛的应用。储层岩石的孔隙系统具有典型的统计自相似性，具有分形特征（Krohn，1988；Dutta and Tarafdar，2003；Feranie et al.，2011）。采用分形维数定量描述储层孔隙结构的非均质性，是通过推导压汞和分维数的关系计算分形维数，然后统计分形维数与孔隙结构特征参数（如喉道半径、排驱压力）评价储层非均质性，或与其他参数（如孔隙度、渗透率）联合进行储层分类。Katz and Thompsn（1985）基于扫描电镜图像分析证实砂岩储层孔隙具有分形特征，分维数介于3～4之间。Angulo et al.（1992）采用压汞实验计算砂岩储层孔隙结构的分形维数，其后，压汞实验数据被广泛应用于砂岩储层孔隙结构（Li，2010；Lai and Wang，2015；Li et al.，2017）、煤岩孔隙结构（Li et al.，1999；Yao et al.，2009；Cai et al.，2017）分形维数计算。N2吸附技术被用于页岩气储层纳米级孔隙结构分形分析（Bu et al.，2015；Liang et al.，2015；Liu and Nie，2016）。碳酸盐岩储层孔隙结构的分形特征也被诸多学者广泛研究（Krohn，1988；Xie et al.，2010；Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019；Lu et al.，2021），他们的研究结果表明碳酸盐岩孔隙分形维数越大，其孔隙结构越复杂，且碳酸盐岩孔隙结构往往具有多个分形，微孔（r＜50nm）相较于大孔（r＞50nm），往往具有更为复杂的孔隙结构（Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019）。

羌塘中生代海相沉积盆地是中国目前勘探程度最低的含油气盆地，中侏罗统布曲组碳酸盐岩中发育整体致密背景下的优质储层。前人对其研究主要集中在南羌塘坳陷古油藏带，分别从沉积环境（付修根等，2007）、白云岩成因（Wan et al.，2022；刘建清等，2010；伊海生等，2014；万友利等，2017，2018a，b，2020，2021；季长军等，2020；孙伟等，2020）、储层特征（张立强等，2001；王成善等，2004；伊海生等，2004；李启来等，2013，2014；王羽珂等，2017）、孔隙演化（万友利等，2017）等方面进行。已有的研究成果表明，该套碳酸盐储层厚度大、孔喉结构复杂、非均质性强（张立强等，2001；王成善等，2004；伊海生等，2004；李启来等，2013，2014；王羽珂等，2017；万友利等，2017），严重制约了油气勘探进程。本次研究基于分形理论，以南羌塘坳陷中侏罗统布曲组白云岩为例，通过铸体薄片鉴定、常规压汞分析，探索白云岩孔隙结构分形特征，以期为羌塘盆地碳酸盐岩储层评价和有利区优选提供依据。

1 地质背景

羌塘盆地位于青藏高原腹地，是在前奥陶系结晶基底上发育起来的大型中生界海相沉积盆地（谭富文等，2016）。北以金沙江缝合带为界与可可西里-松潘地块相邻，南以班公湖-怒江缝合带为界与冈底斯-念青唐古拉山（拉萨）地块相接（杨日红等，2000），自北界向南可将盆地分为北缘褶皱冲断带、北部坳陷带、中央隆起带及南部坳陷带4个一级构造单元（万友利等，2021），盆地主体呈“两坳夹一隆”的构造格局，研究区位于羌塘盆地南部坳陷带（图1）。

图1 研究区构造位置及资料井位置图（B据万友利等，2021修改）Fig.1 Location of studied outcrop and well（B is modified from Wan et al.，2021）

羌塘中生代沉积盆地演化过程与中特提斯洋的构造演化过程息息相关，随着晚三叠世盆地南侧的班公湖-怒江洋盆又一次打开，至早侏罗世，在羌塘南部地区发展成被动大陆边缘盆地（王剑等，2020），沉积充填了曲色组碎屑岩地层。至中侏罗世巴柔期，由于班公湖-怒江洋盆的进一步扩张，在羌塘中央隆起带及以北的大部分剥蚀区因构造沉降而接受沉积，在南部主裂陷带快速沉降成大陆边缘盆地，并以狭窄的水道与北部河流-湖泊环境水体相通，此时羌塘内部整体呈“地堑-地垒”结构，南羌塘地区沉积充填了色哇组细粒碎屑岩。至中侏罗世巴通期（布曲期），羌塘进入持续均匀沉降阶段，南侧班公湖-怒江洋盆的海水大规模向北海侵、越过中央隆起区，将南北羌塘连接成统一的被动大陆边缘坳陷盆地，使得大部分陆源区被海水淹没（王剑等，2020；孙伟等，2020），陆源碎屑供给急剧降低，从而发育了布曲组巨厚层碳酸盐岩沉积。该次海侵是盆地内第一次大规模海侵，也是规模最大的一次海侵，整个羌塘盆地几乎被海水淹没，随着陆源碎屑物质供给减少，盆地内发育一套炎热、干旱—半干旱的古气候背景下稳定的碳酸盐台地沉积，在研究区发育开阔台地—台地边缘相带具有局限水体的碳酸盐岩沉积（陈浩等，2018；陈明等，2020）。南羌塘地区布曲组碳酸盐岩沉积以后，经历多期次白云石化作用的叠加改造，成为羌塘盆地中生界油气储层整体致密背景下的优质储层（Wan et al.，2022；王羽珂等，2017；万友利等，2017）。

2 实验方法与分形理论

2.1 样品与实验方法

本次研究中的20件压汞实验样品来自南羌塘坳陷古油藏带的QZ11、QZ12井钻井岩心。在前期工作的基础上，对研究区的白云岩类型与储集空间类型进行系统分类，然后挑选具有代表性的样品，确保能够覆盖研究区已知的白云岩类型。样品制备时，首先钻取直径为25mm、长度为50mm的小柱，放入酒精和苯的混合液中去除样品中残留油；然后将小柱切割成长度为40mm的柱塞，用于常规物性测试和压汞实验，剩余部分用于磨制铸体薄片。先将柱塞样品在50℃条件下烘干48h，对样品进行常规孔隙度、渗透率测定，然后对样品重新进行烘干处理后，进行常规压汞实验。

铸体薄片磨制，常规孔隙度、渗透率测试，以及压汞实验均在成都理工大学“油气藏地质及开发工程国家重点实验室”完成，薄片鉴定和扫描电镜观察工作在中国地质调查局成都地质调查中心“自然资源部西南矿产资源监督检测中心”完成。常规物性测试采用AP-608自动渗透率-孔隙度测试仪，用He气法测定孔隙度和渗透率。压汞实验采用Auto PoreⅣ-9500型全自动压汞仪，实验最高压力为3000 psi（204MPa），测量的孔喉半径范围在0.0037～360μm。实验测试条件设置为：汞表面张力为480mNn／m、接触角为140°，有1个高压站和2个低压站。实验测试方法和数据处理参照标准《岩石毛管压力曲线的测定》（SY／T 5346—2005）。

2.2 分形原理和计算方法

用压汞法表征岩石孔喉结构和孔径分布的基本原理，是通过外加压力克服非润湿相进入岩心样品孔隙中的毛管压力，克服的毛管压力越大，则进汞量越大，能够进入的孔隙半径越小，进汞量则为该进汞压力对应的半径喉道所控制的孔隙体积，孔喉半径可由Washburn（1921）方程计算：

式中：Pc为毛管压力（MPa），σ为表面张力（dyne／cm），θ为接触角（140°）。

根据分形理论，如果岩石内部孔喉空间的分布符合分形特征，孔隙数目和孔隙半径满足关系（Mandelbrot，1982）：

式中：N（＞r）是半径大于r的孔隙数；r是孔喉半径，单位为μm；rmax为最大孔喉半径，单位为μm；P（r）为孔喉半径分布密度函数；α为比例常数；D1是大孔分形维数。

考虑Brooks—Corey模型，基于假设岩石孔隙空间是由毛细管束组成（Mandelbrot，1982；Zhang and Weller，2014；Ge et al.，2016），将孔隙半径小于r的孔隙累计数目表示为：

式中：Sv是半径小于r的累计孔隙百分比。

基于常规压汞基本原理，将（1）式代入（3）式联立，可得：

式中：SHg为进汞饱和度，Pmin为与最大孔喉半径对应的毛管压力（排驱压力），单位MPa。

对（4）式两边同时取对数（Zhang and Weller，2014），则有：

或：

即，若岩石孔喉结构符合分形理论，则储层中的润湿相饱和度与毛管压力之间满足幂函数关系，可通过双对数坐标系下的拟合直线斜率确定其孔喉结构的分形维数。

3 实验结果

20件样品的孔隙度、渗透率，以及基于常规压汞获取的孔隙结构参数列于表1。基于He气法测定的孔隙度和渗透率，结果显示羌塘盆地南坳陷古油藏带布曲组白云岩的孔隙度（φ）介于2.818%～11.447%之间，平均为6.498%；渗透率（K）介于（0.01～28.432）×10-3μm2，平均为4.574 ×10-3μm2；具有典型的低孔低渗特征，并且20件样品的孔隙度—渗透率相关性较差。基于压汞实验获取的样品孔喉结构参数表明：研究区布曲组白云岩样品的排驱压力（Pd）介于0.01～1.27MPa，平均为0.3005MPa；最大连通喉道半径（rd）介于0.58～91.88μm，90%的样品最大喉道半径集中在0.58～5.25μm之间，平均为3.57μm；喉道中值半径（r50）介于0.0003～0.2214μm，平均0.0158μm；最大进汞饱和度（Smax）介于5.25%～90.40%之间，90%的样品最大进汞饱和度＜50%。由于进汞饱和度较低，压汞实验结果中的饱和中值压力（Pc50），是基于J函数计算获取，仅用作参考。按照青藏高原碳酸盐岩类储层分类评价标准，本次研究的样品中，仅有21NF-HPMI-10和21NF-HPMI-11样品分为别Ⅱ、Ⅲ类储层，其余均为Ⅳ类储层。

表1 研究区布曲组白云岩储层基于压汞实验的孔喉结构参数Table 1 Pore-throat structure by high-pressure porosimetry of dolomite core samples in the study area

4 储层孔隙类型、孔喉结构及其分形特征

4.1 储集空间类型

图2研究区布曲组白云岩储层储集空间类型 Fig. 2 The pore types of the Buqu Formation dolomite reservoir in the study area

依据(铸体)薄片鉴定和扫描电镜观察,并结合孔形态和成因类型分析,将研究区布应组白云岩储集空间类型分为3种主要类型(万友利等2017)(1)组构选择性孔隙,如品问孔/品溶孔、粒内溶孔;(2)非组构选择性孔,如各类生物格架孔溶蚀孔洞及洞穴(3)裂缝。状产出,孔隙间多相互独立,局部被方解石充填(图2A)晶间孔晶间溶孔主要发育在自形程度较高的白云石晶体之间,呈具有至少1个平直边的不规则形态(图2B、C),部分被方解石充填,统计表明，这类孔腺在研究区以细晶、自形白云岩中最为发育,也是研究区最主要的储集空间类型(李启来等，

(1)组构选择性孔隙:主要为膏模孔、晶间孔/晶间溶孔,本次研究未在镜下见到伴生的石膏等蒸发岩类,但古油藏带北缘一带布曲组地层中,多处见有石膏层发育,前期在中央隆起带西段北缘唢呐湖剖面采获的颗粒白云岩样品发育在石膏层之下,表明该类孔隙在研究区也有发育,孔隙多呈不规则2014），随着白云石晶粒增大，该类孔隙逐渐较少（图2E、H），扫描电镜下可见细晶白云石晶面被明显溶蚀呈凹凸不平状（图2D）。

（2）非组构选择性孔隙：在QZ11井574.00～600.00m井段的岩心上可见形状不规则、分布不均匀的，并且切穿原岩组构的针孔状溶蚀孔（万友利等，2017），甚至在晶间孔发育的晶粒白云岩中，也伴生有溶蚀扩大的溶蚀孔洞（孔隙半径＞2mm）发育，导致平面自形白云石晶粒漂浮在孔隙中（图2B、H）。大型溶蚀洞穴在QZ12井、QK-1孔上发育较多，如QZ12井岩心底部512.00～600.05m井段、QK-1孔296.10～457.76m井段发育多套呈“大型溶蚀孔洞-泥晶灰岩顶底板”的米级旋回，在QZ12井上部213.00～4.27m井段中，大型洞穴的发育多与生物体腔孔内的溶蚀作用有关（图2F、G）。

（3）裂缝：研究区裂缝主要包括构造缝和溶蚀缝两种，其中构造缝与构造运动有关，在QK-1孔的鞍形白云岩段最为发育，镜下显示该类裂缝一般比较平直，切穿白云石晶粒，以雁列状成组出现（图2H、I），局部可相互连通呈树枝状、网格状，岩心可见后期构造缝切割先期构造缝现象。构造裂缝产生后，遭受溶蚀性流体改造，可进一步溶蚀扩大成为相互连通的树枝状、网格状溶蚀缝（图2I）。

4.2 孔喉结构特征

通过样品去表皮效应后的压汞（进汞）曲线研究布曲组白云岩储层的孔喉分布曲线，孔喉半径分布范围为0.0037～91.88μm（图3）。按照孔喉分布曲线的形态将其分为单峰型（Ⅰ）、多峰型（Ⅱ）（图3E）两种基本类型，对呈单峰型分布的孔喉曲线，结合主喉道半径的分布范围及其控制的孔隙相对含量，将其进一步分为高幅单峰型（Ⅰ1）（图3B）、低幅度单峰型（Ⅰ2）（图3C）、低幅单峰—平台型（Ⅰ3）（图3D），并将两种基本类型中主喉道分布范围较大、单个喉道控制的孔隙相对含量较低且差异不大的样品归为低幅平台型（Ⅲ）（图3F）。高幅单峰型、低幅单峰型白云岩储层孔喉半径主要分布范围介于0.02～5.25μm，其孔喉分布只有一个峰值，峰值半径介于0.75～1.5μm之间。低幅单峰—平台型和低幅平台型白云岩孔喉主要分布范围为0.04～5.25μm，其中低幅单峰—平台型的孔喉分布也仅有一个峰值，峰值半径介于0.286～1.2μm之间；低幅平台型的峰值不明显，可呈单峰（样品HPMI-01），也可呈多峰（样品HPMI-02），其主喉道半径的分布范围较广（图3F）。多峰型白云岩的孔喉分布形态具2个及以上的峰值，主峰值对应的孔喉半径介于0.28～5.25μm，主要集中在0.28～0.32μm之间。因此，从广义上说，单峰型白云岩孔喉分布范围相似，但分布频率差异较大，表明单峰型白云岩孔喉分布复杂，层间非均质性较强；多峰型白云岩孔喉分布范围广，分布频率差异大，表明多峰型白云岩孔喉分布较单峰型白云岩更为复杂，非均质性也更强。

图3 研究区布曲组白云岩储层孔渗相关性及孔喉半径分布特征Fig.3 Porosity-permeability correlation and pore size distribution by high-pressure porosimetry of dolomite core samples in the study area

4.3 分形特征

通过对Log10（1-SHg）—Log10Pc曲线上转折点为界进行分段线性拟合，获取拟合线的斜率计算布曲组白云岩孔喉的分形维数（表2），拟合曲线上具有明显的转折点，表明布曲组白云岩储层孔喉结构具有多个分形特征（Zhao et al.，2017；Wang et al.，2018）。小尺度孔喉的分形维数分布范围为2.8946～2.9997，平均值为2.9803，其分形维数整体较大，均接近于3，表明小尺度孔喉半径分布复杂，层内非均质性较强，但层间（整体）非均质性较弱。大尺度孔喉的分形维数为2.573～2.986，平均为2.839，结合孔喉分布曲线形态，高幅单峰型（Ⅰ1）样品的分形维数为2.573～2.873（均值为2.757），低幅单峰型（Ⅰ2）的分形维数为2.866～2.945（均值为2.907），低幅单峰-平台型（Ⅰ3）的分形维数为2.798～2.867（均值为2.839），多峰型（Ⅱ）的分形维数为2.679～2.986（均值为2.873），低幅平台型（Ⅲ）的分形维数为2.89～2.943（均值为2.916）。整体上，大尺度孔喉的分形维数比小尺度孔喉的分形维数小，表明布曲组白云岩层内大尺度孔喉分布较小尺度孔喉分布的非均质性弱，但大尺度孔喉的分形维数区间大，样品间差异明显，表明布曲组白云岩的大尺度孔喉形态复杂多样，且层间（整体）非均质性较小尺度孔喉更强。

4.4 分形曲线转折点

采用式（5）处理去麻皮效应后的进汞曲线数据，采用Log10（1-SHg）—Log10Pc进行拟合，获取分形曲线的斜率（图4），计算其分形维数（表2）。结果表明20件样品的分形曲线均具有明显的转折点，转折点将分形曲线分成斜率明显不同的2段，表明布曲组白云岩孔喉具有多个分形，同时也表明布曲组白云岩的孔喉结构复杂，层内孔喉分布的非均质极强。前人关于储层孔隙大小、孔喉结构划分的方案众多，但不同的分类方案均有各自的使用范畴，本次研究借鉴前人关于碳酸盐岩储层孔隙大小的划分方案（Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019），结合实际需要，以转折点对应的孔喉半径为界进行划分，并且为不与前人划分方案混淆，分别采用大尺度孔喉和小尺度孔喉进行宏观表征。需要指出的是，这里的大尺度或者小尺度的概念，不是一个具体的数值。

图4 研究区布曲组白云岩储层孔喉结构分形特征Fig.4 Fractal characteristics of the Buqu Formation dolomite core samples in the study area

统计分形曲线具有明显转折点的孔喉结构分形特征参数，表明转折点对应的毛管压力和喉道半径分布范围大（表2），毛管压力分布范围0.5～5.15MPa，平均1.412MPa；喉道半径分布范围0.14～1.47μm，平均0.767μm。转折点毛管压力越大，对应的转折喉道半径越小，白云岩储层的大尺度孔喉分布范围也就越大。同时，转折点对应的进汞饱和度可用于表征样品中大尺度喉道所连通的孔隙占总孔隙的相对含量，布曲组白云岩样品的大尺度孔喉含量分布范围3.48%～75.63%，平均为25.82%，大尺度孔喉的分布范围较宽，同样表明布曲组白云岩储层具有很强的非均质性。

表2 研究区布曲组白云岩储层孔喉结构分形特征参数Table 2 Pore-throat fractal characteristic parameters of dolomite core samples in the study area

5 讨论

5.1 转折点的孔喉结构意义

在进汞曲线上（图5），非润湿相的汞刚开始进入样品的最大孔隙时，所需要克服的毛管压力最小，此时的进汞压力即为样品的排驱压力，随后进汞饱和度快速增长，不同压力的进汞饱和度增量代表其对应喉道所连通的孔隙体积占比。对具单峰型孔喉分布曲线的样品来说（图5A），当进汞压力逐渐增加，进汞饱和度曲线的斜率逐渐变平缓，直至进汞压力达到M点对应的毛管压力时，进汞饱和度曲线的斜率最小，此时对应的孔喉分布曲线也达到峰值N点，其后随着进汞压力的进一步增加，进汞饱和度曲线的斜率也随之增大，对应孔喉的进汞量减小。对具多峰型孔喉分布曲线样品来说（图5B），每一个峰值前后对应的进汞曲线和饱和度增量曲线均与单峰型样品具有相同的协变趋势。因此，转折点代表着总进汞量从快速增加向缓慢增加的拐点，也可以说是代表着饱和度增量（进汞增量）由逐渐增大转变为逐渐减小的转折点，即在孔喉结构上，从连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转换（王伟等，2019，2021）。

图5 布曲组白云岩压汞曲线及转折点特征Fig.5 Mercury curve characteristics by high-pressure porosimetry of dolomite core samples in the study area

考虑到研究区布曲组白云岩样品的进汞饱和度较低，饱和中值半径和饱和中值压力是采用J函数计算获得（表1），无法通过实验验证。因此，本次研究重点关注转折点孔喉半径与大尺度孔喉对储层渗透率的贡献率之间的关系（图6A），以及转折点毛管压力和样品排驱压力之间的关系（图6B）。较大半径的喉道对储层渗透能力的贡献要高于较小半径喉道的贡献，转折点喉道半径代表了孔喉从连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转换，大尺度孔喉不仅包括了转折点对应的孔喉，还包括了喉道半径大于转折点对应半径的喉道，因此大尺度孔喉对渗透率的贡献率更高。考虑到低幅平台型（Ⅲ）样品仅有2件，难以从统计学意义上进行说明，因此，这里讨论不含低幅平台型（Ⅲ）的2件样品。孔喉分布曲线呈单峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）的白云岩样品，其转折点喉道半径与大尺度孔喉对渗透率的贡献呈明显的负相关，多峰型（Ⅱ）的样品转折点喉道半径与大尺度孔喉对渗透率的贡献呈明显的正相关（图6A）。分析原因认为：一方面布曲组白云岩中大尺度孔喉的占比较少，这与总进汞饱和度和大尺度孔喉贡献的进汞饱和度均低（表2）是一致的；另一方面，对单峰型白云岩来说，单个白云岩样品不同半径的孔喉向转折点集中，大尺度孔喉分布的层内非均质性较弱，层间非均质性较强，小尺度孔喉分布的层内（间）非均质性均较强，并且Ⅰ3型的白云岩大尺度孔喉分布的层内非均质性比Ⅰ1、Ⅰ2型强，因此，转折点的孔喉半径越小，其累加的大尺度孔喉对渗透率的贡献率越高；对多峰型白云岩来说，孔喉半径的多峰分布表明其孔喉分布具有较强的层内和层间非均质性，且大尺度孔喉分布的层内非均质性较弱、层间非均质性较强，因此，表现出转折点喉道半径与大尺度孔喉对渗透率的贡献呈正相关关系。

图6 布曲组白云岩孔喉分布转折点特征参数与排驱压力及大尺度孔喉对渗透率的贡献率关系Fig.6 Relationship between the characteristic parameters of the turning point of pore throat distribution of the Buqu Formation dolomite and drainage pressure and the contribution of large-scale pore throat to permeability

整体来说，布曲组白云岩不同孔喉分布类型的排驱压力与转折点的毛管压力相关性较好，但Ⅰ1型、Ⅰ2型和Ⅱ型均呈负相关关系，单峰型的Ⅰ3型呈正相关关系（图6B）。一般认为，随着样品的排驱压力增大，样品的最大喉道半径随之变小，孔喉半径分布范围整体变窄，对应的转折点半径也随之变小，即对应的转折点毛管压力随之增大（王伟等，2021），这与Ⅰ3型样品的变化是一致的。但对呈负相关的白云岩来说，多峰型（Ⅱ型）白云岩样品的排驱压力和转折点毛管压力与单峰型中Ⅰ1型、Ⅰ2型的分布区间截然不同，Ⅱ型样品的排驱压力小于单峰型样品，而转折点毛管压力却大于Ⅰ1型、Ⅰ2型。分析原因认为，这3类白云岩中较低的排驱压力对应较大的转折点毛管压力，表明大于转折点半径的孔喉数量较少，小尺度孔喉在白云岩储层孔隙中占比较高，这也与总进汞饱和度和大尺度孔喉贡献的进汞饱和度均低（表2）是一致的。同时也表明多峰型（Ⅱ型）白云岩的大尺度孔喉占比要小于单峰型中Ⅰ1型、Ⅰ2型，多峰型（Ⅱ型）白云岩的储集空间以小尺度孔喉为主，且Ⅰ3型的白云岩大尺度孔喉分布的层内非均质性比Ⅰ1、Ⅰ2型强。

5.2 分形维数与储层物性的关系

分形维数通过定量表征多孔介质的复杂程度，能够将储层微观孔喉结构非均质性和宏观的孔隙度、渗透率表征联系起来（Li，2017），因此，通过建立分形维数与储层孔隙度、渗透率之间的关系，进行储层微观孔喉结构表征（杨敬红等，2013）。本次研究样品的进汞饱和度普遍低于50%，说明布曲组白云岩喉道半径整体较小，小于压汞仪量程的微小孔喉占据更多的比例。对这些小于压汞仪量程的微小孔喉来说，非润湿相的汞难以进入，但半径较小的He气分子则可以轻松通过，从而提高了白云岩的实测孔隙度和渗透率。因此，研究中引入储层参数RQI（reservoir quality index）和RQF（reservoir quality factor）的概念（表2），共同从孔隙度和渗透率刻画布曲组白云岩储层的孔喉结构和物性特征，RQI表征样品单位孔隙度上的渗透能力，RQF表征白云岩的有效孔隙度对渗透能力的贡献（Wang et al.，2018；杨敬红等，2013）。

建立大尺度孔喉分形维数与储层参数RQI、RQF之间的关系（图7），表明不同类型的白云岩大尺度孔喉分形维数与RQI、RQF之间具有明显的相关关系：单峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）白云岩的大尺度孔喉分形维数与RQI、RQF呈正相关关系，多峰型（Ⅱ）的大尺度孔喉分形维数与RQI、RQF呈负相关关系。整体来说，储层的物性越差，其非均质性越强，样品的孔隙结构越复杂，对应的分形维数也越大。也就是说，大尺度孔喉的分形维数越大，其对应的储层孔隙度、渗透率均呈越小趋势。同时，大尺度孔喉是储层渗透率的主要贡献者（图6A），大尺度孔喉是由进汞饱和度计算而来，对布曲组白云岩来说，进汞饱和度整体偏低，将导致计算的大孔喉对孔隙度的贡献偏低，同时也说明低渗致密储层大量发育的小尺度孔隙，特别是超出压汞仪最小量程的纳米孔对储层孔隙度的贡献较大。图7表明布曲组白云岩储层单位孔隙度上的渗透能力，以及有效孔隙度对渗透能力的贡献受大尺度孔喉发育情况的制约。多峰型（Ⅱ）白云岩的大尺度孔喉分形维数越小，储层物性越好，大尺度孔喉占比越多，对储层整体渗透能力的贡献越大，说明多峰型白云岩全尺度的孔喉分布更为复杂。单峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）白云岩的大尺度孔喉分形维数越大，其对应的孔喉半径越小，储层整体物性越差，但累计的大尺度孔喉对储层整体渗透能力的贡献增大，这也说明单峰型白云岩的小尺度孔喉分布更为复杂。

图7 大尺度孔喉分形维数与储层物性参数相关性Fig.7 Relationship between fractal dimension of large-scale pore throat and reservoir physical parameters

5.3 分形维数与孔喉结构参数的关系

通过分析大尺度孔喉分形维数与排驱压力、进汞饱和度之间的关系，可以进一步验证大尺度孔喉分形维数的地质意义。研究区布曲组白云岩的大尺度孔喉分析维数与排驱压力、进汞饱和度均呈负相关关系（图8），随着大尺度孔喉分形维数的增加，布曲组白云岩储层的排驱压力和进汞饱和度均逐渐降低，且拟合优度较高，而小尺度孔喉分形维数则与排驱压力和进汞饱和度等参数无明显关系，表明可用大尺度孔喉的分形维数表征布曲组白云岩储层的孔喉结构。同时也表明大尺度孔喉是布曲组白云岩储层品质的主要贡献者，但储层中大尺度孔喉分布的非均质性较强。仅从总进汞饱和度来说（表2），布曲组白云岩储层样品的总进汞饱和度普遍＜50%，表明小尺度孔喉为布曲组白云岩储层提供了更多的孔隙度贡献率，这也是造成通过He气法实测的布曲组白云岩储层整体孔隙度较高，但渗透率较低（中—低孔低渗）的主要原因。

图8 大尺度孔喉分形维数与孔喉结构参数相关性Fig.8 Relationship between fractal dimensions and mercury feed saturation of large-scale pore-throat

5.4 孔喉结构与孔隙成因的关系

白云岩储层的孔隙形成、充填与保存与先驱灰岩的原始组构、经历的成岩演化过程关系密切，同时也是造成储层微观孔隙结构差异的主要因素。通过分析表明（表1、表2），高幅单峰型（Ⅰ1）样品为微—粉晶白云岩，大部分样品具有先驱灰岩的（残余）颗粒幻影，结合储层演化和孔隙成因分析（Wan et al.，2022；万友利等，2017），该类样品的储集空间为蒸发盐类及白云石的溶蚀形成（图2A），即炎热、干旱—半干旱的古气候条件下的浓缩海水，在进入埋藏阶段之前（准同生、浅埋藏早期）以浓度扩散、渗透回流的方式进入浅滩次相的灰岩地层（牟传龙，2022），以拟态交代的方式形成微—粉晶白云岩，进入埋藏阶段后，伴生的蒸发盐类被选择性溶蚀，部分白云石也可能遭受溶蚀，形成铸模孔，该类孔隙分布不均匀。同时，蒸发盐类能够被溶蚀，说明有溶蚀性流体运移的通道，通道成为连通铸模孔的喉道。若该类孔隙未被后期的方解石充填，则能够形成具有高幅单峰型（Ⅰ1）孔喉结构的储层，若该类孔隙被局部充填（图2C），则形成具有低幅单峰型（Ⅰ2）孔喉结构的储层（表1、表2中样品03和样品20）。

布曲组进入浅埋藏阶段以后，原本不具有白云石化能力的中等盐度海水，在地温增温下克服白云石成核屏障，以等摩尔交代的方式形成细晶、自形白云岩，此时的晶间孔主要来自对先驱灰岩孔隙的继承和调整（万友利等，2017）。若此时的晶间孔能够被保存下来，或者叠加了后期溶蚀性流体对白云石的溶蚀，则形成具有低幅单峰-平台型（Ⅰ3）孔喉结构的储层。随着埋藏深度的增加，布曲组进入埋藏阶段晚期或中—深埋藏阶段，地层流体以等体积交代的方式交代灰岩形成细晶半自形白云石（过度白云石化）、中—粗晶它形白云石（图2E）（Wan et al.，2022），或以重结晶的方式对先期形成的白云石进行改造，形成中—粗晶（不等晶）它形白云石，该类白云岩的储集空间类型主要为残余的晶间孔（图2H）。该阶段若以白云石的重结晶作用为主，其储集空间主要为残余晶间孔，形成具有低幅单峰型（Ⅰ2）孔喉结构的储层（表1、表2中样品05、09、13）；若以交代为主，其储集空间主要为残余晶间孔，形成具有低幅平台型（Ⅲ）孔喉结构的储层（图2I），若叠加了后期的溶蚀性流体对白云石的溶蚀改造，则形成具有多峰型（Ⅱ）孔喉结构的储层。

6 结论

（1）羌塘盆地南坳陷古油藏带布曲组白云岩储层具典型的低孔低渗特征，其储集空间类型分为组构选择性孔隙、非组构选择性孔隙、裂缝3类。根据毛细管压力曲线形态和不同半径孔喉的占比，将储层孔隙结构分为单峰型、多峰型两种基本形态，单峰型的孔喉分布较为集中，多峰型的孔喉结构较为复杂。根据主孔喉的集中程度和主孔喉半径的分布范围，将其进一步细分为高幅度单峰型（Ⅰ1）、低幅度单峰型（Ⅰ2）、多峰型（Ⅱ）、低幅度平台型（Ⅲ）、以及低幅度单峰—平台型（Ⅰ3）等5种类型。

（2）布曲组白云岩的孔喉分形曲线具明显转折点，表明其孔喉结构具多个分形特征。以转折点为界，将其进一步划分为大尺度孔喉和小尺度孔喉。转折点对应的毛管压力和喉道半径分布范围较大，且转折点的毛管压力和喉道半径与白云岩微观结构相关性较好，代表连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转换。

（3）小尺度孔喉的分形维数整体较大，分布范围较为集中，表明小尺度孔喉半径分布复杂，层内非均质性强，但层间非均质性较弱。大尺度孔喉的分形维数较小尺度孔喉小，但分布区间较宽，样品间差异明显，表明布曲组白云岩的大尺度孔喉复杂多样，层间（整体）非均质性较小尺度孔喉强。

（4）布曲组白云岩储层的孔喉结构与储层孔隙成因关系密切，其储集空间与孔喉结构以沉积形成的碳酸盐沉积物孔隙为基础，白云石化作用和溶蚀作用共同控制了储层孔喉结构的差异性，大尺度孔喉的分形维数可用于布曲组白云岩储层的孔喉结构表征，大尺度孔喉分形维数与布曲组白云岩的储层参数RQI、RQF之间的相关性较好。

（5）多峰型白云岩的大尺度孔喉分形维数越小，储层物性越好，大尺度孔喉占比越多对储层整体渗透能力的贡献越大，且其全尺度的孔喉分布更为复杂。单峰型白云岩的大尺度孔喉分形维数越大，对应的孔喉半径越小，储层整体物性越差，但其累积的大尺度孔喉对储层整体渗透能力的贡献越大，小尺度孔喉分布更为复杂。

后记：时值中国地质调查局成都地质调查中心（原国土资源部成都地质矿产研究所）成立60周年之际，谨以此文向羌塘盆地油气调查团队的前辈、同事，向三十年来奋战在羌塘盆地油气勘探第一线的地质学家和石油勘探家们致敬！样品采集得到自然资源实物地质资料中心史维鑫高级工程师的鼎力支持，成都理工大学孟祥豪副教授、成都地质调查中心测试室徐金莎研究员、王坤阳工程师、杨颖工程师承担了实验测试工作，论文撰写中多次与杨平正高级工程师、孙媛媛副研究员、孙伟高级工程师探讨，在此一并表示感谢！