王華超，韓登林，歐陽(yáng)傳湘，周嘉義，王倩倩，馬 力

（1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；2.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢430100）

0 引言

近年來(lái)，全球油氣勘探趨勢(shì)由常規(guī)走向非常規(guī)、由淺層走向深層乃至超深層，深層儲(chǔ)層逐漸成為油氣專家關(guān)注的重點(diǎn)［1-7］。微孔隙是深層致密儲(chǔ)層重要的孔隙類型，對(duì)深層致密砂巖氣藏中天然氣的運(yùn)移及富集具有重要的影響，天然氣主要以分子形式在微孔隙內(nèi)以Knudsen擴(kuò)散式黏性流動(dòng)［8］。一般情況下，隨著埋深增加，壓實(shí)作用逐漸增大，對(duì)儲(chǔ)層物性破壞較大［9-11］，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能逐漸降低［12］，這時(shí)微孔隙的存在對(duì)天然氣的富集就變得尤為重要［13-14］。在開(kāi)發(fā)地質(zhì)方面，微孔隙對(duì)油氣藏開(kāi)發(fā)也具有非常重要的影響，大多數(shù)微孔隙是由泥質(zhì)雜基內(nèi)微孔隙和黏土礦物晶間孔隙組成，具有孔喉較小、易被壓實(shí)的特點(diǎn)，并且容易引起儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性［15］、水敏感性和鹽度敏感性［16］。

不同學(xué)者根據(jù)各自的研究對(duì)象對(duì)微孔隙大小的界定有不同的標(biāo)準(zhǔn)，Loucks等［14］在研究泥頁(yè)巖微孔隙時(shí)將孔隙直徑小于0.75 μm的孔隙稱為納米孔，大于0.75 μm的孔隙稱為微米孔。鄒才能等［13］在研究非常規(guī)儲(chǔ)層時(shí)將孔隙直徑為1～1 000 μm的孔隙稱為微米級(jí)孔隙，將孔隙直徑小于1 μm的孔隙稱為納米級(jí)孔隙。劉春等［8］在研究庫(kù)車前陸沖斷帶超深層致密砂巖儲(chǔ)層時(shí)將孔隙直徑小于30 μm的孔隙界定為微孔隙。庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶下侏羅統(tǒng)阿合組砂巖的成分成熟度較低，泥質(zhì)雜基含量較高，較大的埋深和較強(qiáng)的側(cè)向構(gòu)造擠壓使阿合組儲(chǔ)層總體致密［17-18］，其實(shí)測(cè)基質(zhì)孔隙度為4%～8%，平均為5.59%，實(shí)測(cè)基質(zhì)滲透率為0.10～10.00 mD，中值為0.75 mD，為典型致密砂巖儲(chǔ)層［19］?？紫吨睆叫∮?0 μm的微孔隙在阿合組致密砂巖內(nèi)大量發(fā)育并為該層段主要的儲(chǔ)集空間類型之一。眾多學(xué)者［8，20-21］對(duì)微孔隙的成因類型做了較深入的研究，但很少涉及分布特征及主控因素的內(nèi)容。

明確研究區(qū)微孔隙的成因類型、分布特征及其主控因素對(duì)油氣勘探和開(kāi)發(fā)具有重要意義。因此，深入分析庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組致密砂巖儲(chǔ)層微孔隙的成因類型、分布特征，以期從壓實(shí)效應(yīng)的角度去探討影響微孔隙分布的主控因素。

1 地質(zhì)概況

庫(kù)車坳陷位于塔里木盆地北部，北緣是南天山山前斷裂帶，向南是塔北隆起，呈NEE向展布，其構(gòu)造具有南北分帶、東西分段的特征。下侏羅統(tǒng)在區(qū)內(nèi)廣泛分布。北部構(gòu)造帶迪北段蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，著名的迪北氣藏就位于區(qū)內(nèi)，其中依南2井在侏羅系阿合組鉆遇高產(chǎn)油氣流［圖1（a）］。阿合組以粗砂巖為主，自上而下依次為砂礫巖夾泥巖段（J1a1）、上砂礫巖段（J1a2）、下砂礫巖段（J1a3）［圖1（b）］。阿合組主要沉積類型為辮狀河三角洲平原河道沉積，砂體粒度較粗，以砂礫巖、中—粗粒砂巖為主，阿合組整個(gè)沉積時(shí)期距離沉積中心的距離先增大后減小，在上砂礫巖段（J1a2）沉積時(shí)期距離沉積中心最遠(yuǎn)。

圖1 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段構(gòu)造位置圖（a）和巖性剖面圖（b）Fig.1 Structural location（a）and lithologic profile（b）of Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

統(tǒng)計(jì)4口井450個(gè)薄片資料發(fā)現(xiàn)，北部構(gòu)造帶迪北段侏羅系阿合組主要發(fā)育巖屑砂巖，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖，石英體積分?jǐn)?shù)為30%～70%，平均為45.4%，長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為5%～25%，平均為10.3%，巖屑體積分?jǐn)?shù)30%～65%，平均為44.3%。巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主，巖漿巖巖屑次之，沉積巖巖屑含量最少（圖2）。

圖2 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組砂巖碎屑組份特征Ⅰ.石英砂巖；Ⅱ.長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖；Ⅲ.巖屑質(zhì)石英砂巖；Ⅳ.長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖；Ⅴ.長(zhǎng)石砂巖；Ⅵ.巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖；Ⅶ.長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖；Ⅷ.巖屑砂巖Fig.2 Characteristics of sandstone clastic components of JurassicAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

表1 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組儲(chǔ)集空間類型和不同粒度砂巖微孔隙平均值Table 1 Reservoir space types and average micropores content of sandstones with different sizes ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

2.2 儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)儲(chǔ)集空間類型以微孔隙為主，其次為常規(guī)孔隙，微裂縫普遍發(fā)育（表1），常規(guī)孔隙主要包括粒內(nèi)溶孔和次生粒間孔，原生粒間孔不發(fā)育。其中微孔隙的分布并未受巖石粒度因素制約，其在層段內(nèi)3種有代表性巖性樣品中的分布沒(méi)有明顯差異（表 1）。

3 微孔隙特征及其成因類型

3.1 微孔隙特征

偏光顯微鏡是目前儲(chǔ)層研究最常用的顯微觀察工具，但一般薄片厚度為30 μm，當(dāng)孔喉小于薄片厚度時(shí)就無(wú)法準(zhǔn)確地顯示孔喉完整結(jié)構(gòu)，而鑄體顏色也變得不純凈，因此，利用偏光顯微鏡很難研究孔隙直徑小于30 μm的孔隙特征，故將孔隙直徑小于 30 μm 的孔隙定義為微孔隙［8］。

阿合組中變質(zhì)巖巖屑中石英巖較為發(fā)育［圖3（a）］，其微孔隙主要為黏土礦物晶間孔和泥質(zhì)雜基內(nèi)微孔隙，其基本特征是在鑄體薄片（薄片經(jīng)茜素紅溶液染色，鑄體顏色為紅色）下呈鑄體浸染色，鑄體顏色較污濁，不如其他孔隙類型鑄體顏色清澈透亮［圖3（b）—（c）］，微孔隙大小為 2～30 μm，形態(tài)不規(guī)則，從長(zhǎng)條狀到次圓狀均有出現(xiàn)［圖 3（d）—（f）］。

3.2 微孔隙成因類型

眾多學(xué)者［8，21-23］對(duì)微孔隙的成因做了比較深入的研究，其成因類型可分為4類：①黏土礦物晶間微孔隙；②細(xì)微殘余原生孔；③長(zhǎng)石、巖屑、粒間填隙物微弱溶蝕性微孔隙；④泥質(zhì)雜基脫水收縮形成微孔隙。通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射、CT掃描和激光共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)阿合組微孔隙成因類型主要有2種：

（1）黏土礦物晶間孔。這類微孔隙主要分布在粒間伊利石、伊/蒙混層晶體之間，以伊利石晶間孔為主［圖 3（b），（e），（f）］，孔隙大小不一。

圖3 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組微孔隙微觀特征（a）石英巖巖屑，依南4井，4 773.9 m，正交偏光；（b）伊利石晶間孔，微孔隙呈鑄體浸染狀，紅色鑄體，依南5井，5 008.64 m，單偏光；（c）粒間泥質(zhì)雜基輕微溶蝕形成微孔隙，紅色鑄體，依南5井，4 935.93 m，單偏光；（d）泥質(zhì)雜基溶蝕形成微孔隙，依南2井，4 841.00 m，掃描電鏡；（e）粒間不規(guī)則狀伊/蒙混層晶間孔，依南5井，4 846.4 m，掃描電鏡；（f）彎曲片狀伊利石晶間孔，依南5井，4 935.3 m，掃描電鏡；（g）粒間泥質(zhì)雜基輕微溶蝕形成微孔隙，依南2井，4 612.29 m，CT掃描；（h）泥質(zhì)雜基微孔隙與溶蝕擴(kuò)大縫，依南2井，4 841.85 m，激光共聚焦顯微鏡Fig.3 Microscopic micropore characteristics ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

（2）粒間填隙物（主要為雜基）輕微溶蝕改造形成微孔隙。這類微孔隙分布在流體易于流動(dòng)的區(qū)域，如裂縫、次生粒間孔周圍［圖 3（c），（d），（g），（h）］，其大小主要受溶蝕作用強(qiáng)度控制，溶蝕作用強(qiáng)的區(qū)域微孔隙的直徑較大，而溶蝕作用過(guò)強(qiáng)，微孔隙會(huì)逐漸向次生粒間孔轉(zhuǎn)化。

3.3 微孔隙型儲(chǔ)層物性特征

挑選在鑄體薄片條件下只有微孔隙發(fā)育而其他孔隙類型都不發(fā)育的樣品，分析其孔隙度和滲透率，這樣得出的儲(chǔ)層物性可代表微孔隙對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)分析這類儲(chǔ)層孔隙度為2%～6%，平均值為3.67%；滲透率為0.02～0.50 mD，平均值為0.194 mD（圖4）?？梢?jiàn)，微孔隙對(duì)儲(chǔ)層物性具有一定的貢獻(xiàn)，這有利于油氣的運(yùn)移及儲(chǔ)集。

圖4 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組微孔隙發(fā)育型儲(chǔ)層物性特征Fig.4 Physical properties of microporous reservoirs ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

4 微孔隙的分布特征及其主控因素

4.1 微孔隙分布特征

對(duì)庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段依南4、依南2、迪北102、依南5等4口井阿合組中砂巖—粗砂巖鑄體薄片數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析：平面上，在埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力均較小的依南4井微孔隙最為發(fā)育，微孔隙的平均體積分?jǐn)?shù)為2.59%，隨著埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力變大，微孔隙含量逐漸降低，在埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力較大的迪北102井微孔隙的平均體積分?jǐn)?shù)僅為0.71%（圖5）。

垂向上，微孔隙含量隨著埋藏深度變大先增大后減小，即阿合組二段（J1a2）微孔隙含量大于阿合組一段（J1a1）和阿合組三段（J1a3）微孔隙含量（圖6）。

圖5 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組微孔隙平面分布特征（最大主應(yīng)力資料來(lái)源于文獻(xiàn)［24］）Fig.5 Micropore distribution ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

圖6 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組泥質(zhì)含量與微孔隙垂向分布特征Fig.6 Vertical distribution of micropores and shale content ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

4.2 主控因素分析

微孔隙具有易被壓實(shí)的特性，因此本次研究引入視壓實(shí)率來(lái)定量表示壓實(shí)效應(yīng)的強(qiáng)弱，視壓實(shí)率能夠反映壓實(shí)作用對(duì)初始孔隙空間破壞程度的大小，能夠準(zhǔn)確地反映壓實(shí)效應(yīng)的強(qiáng)弱［25］。

式中：Ck為視壓實(shí)率，%；Op為原始孔隙度，%；IGv為粒間體積，%。

其中：粒間體積（%）=面孔率+膠結(jié)物含量（%）；原始孔隙度采用Bear and Wey原始孔隙度計(jì)算公式進(jìn)行恢復(fù)［26］：

式中：S0為Trask分選系數(shù)；Q1，Q3分別為粒度累積曲線25%和75%處粒徑大小。

通過(guò)計(jì)算得到視壓實(shí)率數(shù)據(jù)并與微孔隙、泥質(zhì)含量建立相關(guān)關(guān)系（圖7）。微孔隙主要賦存于具塑性特征的黏土礦物和泥質(zhì)雜基內(nèi)，易被壓實(shí)，且微孔隙的直徑較小，其含量隨著視壓實(shí)率增大而降低［圖 7（a），（b）］。因此，壓實(shí)效應(yīng)是影響微孔隙分布的關(guān)鍵因素，影響壓實(shí)效應(yīng)的因素也會(huì)間接影響微孔隙的分布。影響儲(chǔ)層壓實(shí)效應(yīng)的因素主要有垂向埋深、側(cè)向構(gòu)造擠壓應(yīng)力及巖石剛/塑性比等因素［25］。一般情況下，垂向壓實(shí)效應(yīng)隨埋藏深度增大而增大，構(gòu)造應(yīng)力越大側(cè)向構(gòu)造壓實(shí)效應(yīng)也就越大［27］。泥質(zhì)雜基的強(qiáng)塑性特征是影響巖石剛/塑性比的一個(gè)重要因素［28］，在埋深和構(gòu)造應(yīng)力相同的條件下，泥質(zhì)雜基含量越高視壓實(shí)率越大［圖 7（c），（d）］。

4.2.1 平面分布特征主控因素

依南4井、依南2井、依南5井和迪北102井阿合組儲(chǔ)層埋深大于4 500 m且不同小段資料相對(duì)豐富，是本次研究的重點(diǎn)。依南4井位于依奇克里克背斜帶而其他3口井均位于迪北斜坡帶（圖5）。天山南緣自晚二疊世至新近紀(jì)經(jīng)歷了多次隆升，使得庫(kù)車坳陷在整個(gè)埋藏過(guò)程中受到多期次自北向南的側(cè)向擠壓［29］，研究區(qū)具有較強(qiáng)的側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力，但在不同構(gòu)造位置構(gòu)造應(yīng)力存在差異，其中位于依奇克里克背斜上的依南4井所受構(gòu)造應(yīng)力要小于迪北斜坡帶的迪北102井，依南5井和依南2井［24］。前已敘及影響壓實(shí)效應(yīng)的因素主要為：埋藏深度、構(gòu)造應(yīng)力和泥質(zhì)含量，這4口井目的層段泥質(zhì)含量大致相同（圖5），但是埋藏深度、所受構(gòu)造應(yīng)力存在差異，導(dǎo)致壓實(shí)效應(yīng)不同［圖8（a）］，從而使微孔隙含量存在差異。

圖7 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組視壓實(shí)率與微孔隙、泥質(zhì)含量關(guān)系圖Fig.7 Relationships of compaction rate with micropores and shale content ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

圖8 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組壓實(shí)效應(yīng)對(duì)比Fig.8 Comparison of compaction effect ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

依南4井埋藏深度最小且所受構(gòu)造應(yīng)力較小，相對(duì)較小的埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力使依南4井的壓實(shí)效應(yīng)較弱，微孔隙受壓實(shí)減孔量小，保留下來(lái)的微孔隙含量高。迪北102井埋深最大，并且其所受構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)較強(qiáng)，壓實(shí)效應(yīng)較強(qiáng)，微孔隙受壓實(shí)減孔量較大，殘余微孔隙含量最低。依南5井與依南2井埋藏深度大致相同，并且這2口井埋深介于依南4井與迪北102井之間，因此，這2口井所受構(gòu)造應(yīng)力的差異導(dǎo)致壓實(shí)效應(yīng)存在差異，如圖5所示，可知依南2井所受最大主應(yīng)力大于依南5井，從而使依南5井的壓實(shí)效應(yīng)小于依南2井［圖8（a）］，使保留下來(lái)的微孔隙含量大于依南2井。因此，在埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力均較小的依南4井微孔隙最為發(fā)育，隨著埋藏深度和構(gòu)造應(yīng)力變大微孔隙發(fā)育程度逐漸降低。

4.2.2 垂向分布特征主控因素

前已述及，泥質(zhì)含量是影響壓實(shí)效應(yīng)的一個(gè)重要因素，通過(guò)統(tǒng)計(jì)普通薄片數(shù)據(jù)中泥質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)阿合組二段泥質(zhì)含量要小于其他兩段（圖6）。這是因?yàn)榘⒑辖M整體處于辮狀河三角洲平原環(huán)境，但是不同沉積階段研究區(qū)距離沉積中心的距離不同（圖9），阿合組二段沉積時(shí)期研究區(qū)距離沉積中心的距離要大于其他兩段，湖平面較低，水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，流水對(duì)砂體的沖洗強(qiáng)烈，砂體內(nèi)泥質(zhì)含量較低。阿合組一段和阿合組三段沉積時(shí)期研究區(qū)距離沉積中心的距離大致相同，且均小于阿合組二段，湖平面較高，水動(dòng)力相對(duì)較弱，泥質(zhì)含量均大于阿合組二段。阿合組儲(chǔ)層在單井的垂向壓應(yīng)力隨埋深增大而增大，但是阿合組二段泥質(zhì)含量低，最終保留下來(lái)的微孔隙含量也就大于其他兩段（圖 6）。

圖9 庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶迪北段阿合組沉積相Fig.9 Sedimentary facies ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

5 結(jié)論

（1）庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶阿合組致密砂巖的微孔隙主要由黏土礦物晶間孔和泥質(zhì)雜基微弱溶蝕成因的微孔隙組成，并對(duì)阿合組的儲(chǔ)層物性具有一定貢獻(xiàn)，其貢獻(xiàn)大小與儲(chǔ)層壓實(shí)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）庫(kù)車坳陷北部構(gòu)造帶阿合組致密砂巖的微孔隙分布主要受構(gòu)造應(yīng)力和埋藏深度的影響，微孔隙發(fā)育較好的區(qū)域位于埋藏深度淺和構(gòu)造應(yīng)力較小的依南4井，發(fā)育較差的區(qū)域位于構(gòu)造應(yīng)力和埋藏深度均較大的迪北102井。

（3）微孔隙受泥質(zhì)含量的影響，阿合組二段泥質(zhì)含量較低，微孔隙發(fā)育較好，阿合組一段和阿合組三段泥質(zhì)含量均較高，微孔隙發(fā)育均較差。