致密砂巖砂-泥結(jié)構(gòu)發(fā)育特征及其對(duì)儲(chǔ)集空間的控制作用
——以渤海灣盆地臨南洼陷古近系沙河街組三段下亞段為例

李軍亮，王 鑫，王偉慶，李 博，曾濺輝，賈昆昆，喬俊程，王康亭

［1. 中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257029；2. 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3. 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249］

致密砂巖油藏是目前油氣勘探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，且其資源潛力巨大。相比較于常規(guī)儲(chǔ)層，致密砂巖儲(chǔ)層的礦物組分多樣、物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)強(qiáng)［1-6］。以往的砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)常把砂巖本身作為獨(dú)立的地質(zhì)體來(lái)研究，并對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層成儲(chǔ)機(jī)制進(jìn)行了大量的報(bào)道［3-13］。然而，陸相含油氣沉積盆地中，砂巖和泥巖共同構(gòu)成了地層的主體。兩者都同處于一定的地質(zhì)背景中，經(jīng)歷了相同的成巖地球物理場(chǎng)（如地溫場(chǎng)、地壓場(chǎng)）［14-16］。泥巖常常能夠?yàn)樯皫r提供成巖物質(zhì)，對(duì)砂巖的成儲(chǔ)過(guò)程有著重要影響。濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組沉積期，沉積環(huán)境變化頻繁，水體變化快，泥巖和砂巖頻繁交互發(fā)育［17-18］。不同類型的沉積組合中，砂巖和泥巖的比例關(guān)系和互層形式是不同的。砂巖與泥巖之間的接觸方式［17］、砂巖與泥巖接觸面的距離［19-20］以及泥巖中的物質(zhì)［21-22］等都會(huì)導(dǎo)致砂巖儲(chǔ)層的質(zhì)量出現(xiàn)強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。復(fù)雜的砂-泥結(jié)構(gòu)制約了致密儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)與甜點(diǎn)預(yù)測(cè)［23-24］。本文針對(duì)砂-泥結(jié)構(gòu)對(duì)砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間作用機(jī)理，以渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷致密砂巖為研究對(duì)象，開展基礎(chǔ)地質(zhì)資料分析，明確了研究區(qū)砂-泥結(jié)構(gòu)類型及其分布特征。并進(jìn)一步開展了巖心觀察描述、薄片觀察、孔隙度測(cè)試、滲透率測(cè)試和微米CT測(cè)試，查明了砂-泥結(jié)構(gòu)控制下的膠結(jié)減孔作用，最終建立砂-泥結(jié)構(gòu)控制下的儲(chǔ)層演化路徑和發(fā)育模式，以期對(duì)致密油的勘探和開發(fā)提供有效的指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

惠民凹陷位于中國(guó)東部的渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷的西南部（圖1a），北部為埕寧隆起，南部對(duì)接魯西隆起，東部為東營(yíng)凹陷，西部為臨清坳陷，整體表現(xiàn)為典型的斷陷特征［25］。臨南洼陷位于臨商斷層與夏口斷層之間（圖1b），為北東東向不對(duì)稱地塹式洼陷［26］。古近系沙河街組三段下亞段（沙三下亞段）沉積早期盆地處于強(qiáng)烈的沉降階段［27］。在夏口斷裂劇烈活動(dòng)的作用下，來(lái)自魯西隆起的碎屑物質(zhì)在夏口斷裂以北的洼陷區(qū)沉積，并不斷向湖盆推進(jìn)，形成3 個(gè)砂體厚度中心，即雙豐三角洲、江家店三角洲和瓦屋三角洲［28］。其中雙豐三角洲規(guī)模大，發(fā)育時(shí)期長(zhǎng)，江家店三角洲和瓦屋三角洲規(guī)模較小，發(fā)育時(shí)期短。在西北地區(qū)，來(lái)自埕寧隆起的陸源碎屑在洼陷內(nèi)聚集，同樣形成規(guī)模較大的盤河三角洲沉積［29］。沙三下亞段沉積晚期臨商斷層的活動(dòng)對(duì)地勢(shì)起到了一定的影響作用，使臨南洼陷產(chǎn)生了陡坡，為三角洲前緣滑塌提供了充足的條件，發(fā)育大量深水濁積扇沉積［30］。縱向上，臨南洼陷沙三下亞段發(fā)育4 套砂巖層組和2 套泥巖層組（圖1c）。6 號(hào)、5 號(hào)和4 號(hào)砂組主要發(fā)育三角洲沉積砂體，其中三角洲前緣亞相占主體。2 號(hào)砂組主要發(fā)育深水滑塌濁積砂體。基于砂巖的巖石組分和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，6 號(hào)、5 號(hào)、4 號(hào)和2 號(hào)砂組的原始沉積物源類似，分選系數(shù)和粒度中值具有一定的相似性。同時(shí)，6 號(hào)、5 號(hào)、4 號(hào)和2 號(hào)砂組發(fā)育厚度不等的泥巖，以灰色和灰綠色為主，缺乏生烴能力。3號(hào)和1 號(hào)砂組為兩套富有機(jī)質(zhì)泥巖層組，是沙三下亞段的主要烴源巖。

圖1 臨南洼陷構(gòu)造背景（a）、沙三下亞段沉積期砂體分布（b）和街503井地層綜合柱狀圖（c）Fig. 1 Tectonic setting （a）， sand body distribution in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation （b）， and composite stratigraphic column of well Jie 503 （c） of the Linnan sub-sag

2 砂-泥結(jié)構(gòu)類型及發(fā)育特征

2.1 砂-泥結(jié)構(gòu)類型劃分

湖相碎屑沉積物在沉積過(guò)程中受湖平面升降的影響而頻繁地遷移擺動(dòng)，砂巖和泥巖之間的疊置關(guān)系復(fù)雜［17］。基于巖心觀察和巖性錄井?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合砂巖和泥巖在空間上的接觸方式及其組合形式，惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段致密儲(chǔ)層的砂-泥結(jié)構(gòu)劃分為砂巖夾泥巖型、砂巖泥巖互層型和泥巖夾砂巖型3種主要類型（圖2）。砂巖夾泥巖型砂-泥結(jié)構(gòu)在空間上表現(xiàn)為厚層砂巖包裹相對(duì)較薄泥巖，砂巖的總厚度明顯高于泥巖（圖2a）。砂巖、泥巖互層型砂-泥結(jié)構(gòu)在空間上主要表現(xiàn)為泥巖與薄層砂巖頻繁互層出現(xiàn)，砂巖和泥巖厚度相近（圖2b）。泥巖夾砂巖型砂-泥結(jié)構(gòu)在空間上表現(xiàn)為厚層泥巖包裹相對(duì)薄層的砂巖，泥巖總厚度明顯大于砂巖（圖2c）。

圖2 臨南洼陷沙三下亞段砂-泥結(jié)構(gòu)類型Fig. 2 Types of sand-mud assemblages in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

臨南洼陷沙三下亞段沉積期處于強(qiáng)烈沉降深凹陷階段，構(gòu)造活動(dòng)劇烈，沉積水體不穩(wěn)定［31］，導(dǎo)致同類型砂-泥結(jié)構(gòu)中砂巖和泥巖的單層厚度具有明顯的非均質(zhì)性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，砂巖和泥巖單層厚度均呈單峰狀分布，集中分布在0.5 ～ 2.0 m（圖3）。基于單層厚度累積曲線的三等分點(diǎn)，分別將厚度小于1.0 m 的砂巖層和小于1.5 m 的泥巖層定義為薄層，厚度介于1.0 ～ 2.5 m 的砂巖層和介于1.5 ～ 3.5 m 的泥巖層定義為中層，厚度大于2.5 m的砂巖層和大于3.5 m的泥巖層定義為厚層。因此，在砂-泥結(jié)構(gòu)類型的約束下，結(jié)合砂巖和泥巖的單層厚度，對(duì)砂-泥結(jié)構(gòu)類型進(jìn)一步劃分為厚泥巖夾薄砂巖、中泥巖夾薄砂巖、厚泥巖夾中砂巖、薄砂巖-薄泥巖互層、中砂巖-中泥巖互層、厚砂巖-厚泥巖互層、中砂巖夾薄泥巖、厚砂巖夾中泥巖和厚砂巖夾薄泥巖9種類型（表1）。

表1 臨南洼陷沙三下亞段砂-泥結(jié)構(gòu)類型劃分Table 1 Types of sand-mud assemblages in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

圖3 臨南洼陷沙三下亞段砂巖和泥巖單層厚度頻率分布直方圖Fig. 3 Histogram showing the single-layer thickness frequency distribution of sandstones and mudstones in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

2.2 砂-泥結(jié)構(gòu)分布特征

沙三下亞段沉積期惠民凹陷臨南洼陷總體以深陷、水域擴(kuò)展為特點(diǎn)［32］。湖平面升降、古地貌與物源供給強(qiáng)度等復(fù)雜多變的地質(zhì)因素，導(dǎo)致不同沉積期沉積的砂層砂-泥結(jié)構(gòu)類型的分布存在較大差異（圖4）。6號(hào)、5號(hào)和4號(hào)砂組沉積期，惠民凹陷臨南洼陷古地形平坦，匯水面積大，主要發(fā)育三角洲砂體［33］。其中，6號(hào)砂組沉積期古氣候條件干旱，水體蒸發(fā)嚴(yán)重，水體變化大，洼陷四周物源供給有限。該砂組發(fā)育厚度相對(duì)較大的泥巖，砂-泥結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)，以厚泥巖夾薄砂巖型、中砂巖-中泥巖互層型和厚砂巖夾薄泥巖型為主，其次為薄砂巖-薄泥巖互層型、厚砂巖-厚泥巖互層型、中砂巖夾薄泥巖型和厚砂巖夾中泥巖型。4 號(hào)和5號(hào)砂組沉積期盤河三角洲、雙豐三角洲、江家店三角洲和瓦屋三角洲逐漸形成，并大規(guī)模繼承性發(fā)展［28］。這兩套砂組的砂巖厚度較大，砂-泥結(jié)構(gòu)分布特征類似，以中砂巖-中泥巖互層型、中砂巖夾薄泥巖型和厚砂巖夾薄泥巖型為主，三者總占比超過(guò)50 %，其次為厚泥巖夾中砂巖型和厚砂巖厚泥巖互層型。2號(hào)砂組沉積期處于強(qiáng)烈的斷裂階段，沉降快、水體較深，三角洲前緣滑塌形成大規(guī)模的深水濁積砂體［34］。該砂組砂巖層相對(duì)較薄，以厚泥巖夾薄砂巖型和中泥巖夾薄砂巖型為主，占比均大于15 %；其次為厚泥巖夾中砂巖型，薄砂巖-薄泥巖互層型和中砂巖-中泥巖互層型，占比均大于10 %。

圖4 臨南洼陷沙三下亞段砂-泥結(jié)構(gòu)類型頻率分布直方圖Fig. 4 Frequency histogram showing all types of sand-mud assemblages in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

3 儲(chǔ)集空間發(fā)育特征

3.1 物性特征

基于對(duì)收集資料的統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段砂巖儲(chǔ)層具有低孔低滲為主、局部相對(duì)中孔中滲的特點(diǎn)，孔隙度主要分布在2 %～18 %，滲透率主要分布在（0.01 ～ 1.00）×10-3μm2（圖5）。不同砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖儲(chǔ)層的物性特征存在差異。砂巖厚度較薄的厚泥巖夾薄砂巖型、中泥巖夾薄砂巖型和薄砂巖-薄泥巖互層型砂巖儲(chǔ)層物性最差，孔隙度集中分布在10 %以下，滲透率集中分布在0.10×10-3μm2以下。其中，厚泥巖夾薄砂巖型砂巖儲(chǔ)層物性極差，中泥巖夾薄砂巖型和薄砂巖-薄泥巖互層型砂巖儲(chǔ)層物性略好。厚泥巖夾中砂巖型、中砂巖-中泥巖互層型和厚砂巖-厚泥巖互層型砂巖儲(chǔ)層物性中等，且物性分布的非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙度集中分布在5 % ～ 15 %，滲透率集中分布在（0.02 ～ 1.00）×10-3μm2。中砂巖夾薄泥巖、厚砂巖夾中泥巖和厚砂巖夾薄泥巖砂巖儲(chǔ)層物性較好，且物性分布的非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙度集中分布在7 % ～ 19 %，滲透率集中分布在（0.03 ～ 1.30）×10-3μm2。整體上，砂/地比越大儲(chǔ)層物性越好，且相對(duì)較厚的砂巖儲(chǔ)層物性分布的非均質(zhì)性較強(qiáng)。

圖5 臨南洼陷沙三下亞段不同砂-泥結(jié)構(gòu)物性分布箱狀圖Fig. 5 Box plots showing the physical property distributions of all the sand-mud assemblages in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

3.2 儲(chǔ)集空間類型

基于鑄體薄片觀察，惠民凹陷臨南洼陷三角洲砂體致密儲(chǔ)層孔隙類型主要為原生孔隙和次生孔隙（圖6）。原生孔隙指的是巖石礦物顆粒與顆粒之間的孔隙［34］，主要由脆性礦物石英之間的支撐或膠結(jié)礦物未完全充填而形成的，孔隙形態(tài)多為三角形或多邊形，也存在如長(zhǎng)條形等其他不規(guī)則形態(tài)（圖6a—e）。原生孔隙在9 類砂-泥結(jié)構(gòu)中均有發(fā)育，類型主要包括壓縮原生粒間孔和膠結(jié)剩余粒間孔。次生孔隙的形成主要與有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸有關(guān)［35-36］。有機(jī)酸由烴源巖排出后，對(duì)相鄰砂巖中的堿性礦物進(jìn)行強(qiáng)烈溶蝕［37］。砂巖形成大量的次生孔隙，且原有粒間孔被改造和溶蝕擴(kuò)大。次生孔隙多形成于厚砂巖-厚泥巖互層型、厚砂巖夾中泥巖型和厚砂巖夾薄泥巖型砂-泥結(jié)構(gòu)，類型主要包括粒間溶蝕孔和粒內(nèi)溶蝕孔。粒間溶蝕孔以碳酸鹽礦物的部分溶蝕為主，孔隙的邊界不規(guī)則，并伴有自生黏土礦物的充填，孔隙較大且連通性好（圖6f，g），是油氣成藏的重要儲(chǔ)集空間。粒內(nèi)溶蝕孔以長(zhǎng)石沿解理面溶解為主，呈蜂巢狀、斑塊狀分布的孔隙，其溶孔中常見溶蝕殘晶或自生微晶石英，孔隙連通性較差（圖6h，i）。

圖6 臨南洼陷沙三下亞段主要儲(chǔ)集空間類型及鏡下特征照片F(xiàn)ig. 6 Types and microscopic characteristics of primary storage spaces in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征

基于微米CT掃描和灰度閾值分割處理，分別提取厚泥巖夾薄砂巖型、厚砂巖-厚泥巖互層型和厚砂巖夾薄泥巖型致密砂巖儲(chǔ)層三維孔喉空間分布（圖7a—e），并對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，建立其對(duì)應(yīng)的孔隙網(wǎng)絡(luò)球棍模型（圖7f—j）。整體來(lái)看，不同的砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖樣品孔喉發(fā)育程度和連通性均隨砂地比的增加而增強(qiáng)，相同砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖內(nèi)部的樣品孔喉發(fā)育程度和連通性好于砂巖砂-泥界面附近的樣品。

圖7 臨南洼陷沙三下亞段微米CT三維孔喉空間分布Fig. 7 Micro-CT-scanning-based 3D pore and throat distributions in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

厚泥巖夾薄砂巖型砂巖孔隙空間分布具有較高的單一性，表現(xiàn)出極差的儲(chǔ)集能力和連通能力。砂巖整體孔隙發(fā)育程度較差，以小孔零星分布為主（圖7a，f），平均孔隙半徑集中分布在1.07 ～ 2.24 μm（圖8a），相鄰區(qū)域內(nèi)同顏色的孔隙在空間分布上覆蓋的體積極為有限（圖7a），說(shuō)明孔喉系統(tǒng)整體的連通性較差，平均喉道半徑集中分布在0.50 ～ 1.46 μm（圖8b）。

圖8 臨南洼陷沙三下亞段孔隙半徑（a）與喉道半徑分布特征（b）Fig. 8 Distributions of pore radii （a） and pore throat radii （b） in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

厚砂巖-厚泥巖互層型砂巖孔隙空間分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性（圖7b， c， g，h）。孔隙集中疊置發(fā)育，而相對(duì)復(fù)雜的喉道類型僅僅連通了局部的孔隙，具有局部連通的特性，因而對(duì)儲(chǔ)層整體的連通性貢獻(xiàn)有限。砂-泥界面附近樣品孔喉發(fā)育程度較差，平均孔隙半徑集中分布在1.07 ～ 2.59 μm（圖8a），平均喉道半徑集中分布在0.50 ～ 1.63 μm（圖8b）。砂巖內(nèi)部樣品孔喉發(fā)育程度略好，平均孔隙半徑集中分布在1.07 ～2.77 μm（圖8a），平均喉道半徑集中分布在1.01 ～2.13 μm（圖8b）。

厚砂巖夾薄泥巖型砂巖孔隙空間分布較為均一，表現(xiàn)出極好的儲(chǔ)集能力和連通能力（圖7d， e， i，j）。砂-泥界面附近樣品孔喉發(fā)育程度略差，平均孔隙半徑集中分布在1.07 ～ 3.19 μm（圖8a），平均喉道半徑集中分布在0.51 ～ 1.72 μm（圖8b）。砂巖內(nèi)部樣品孔喉發(fā)育程度最好，平均孔隙半徑集中分布在1.07 ～3.29 μm（圖8a），平均喉道半徑集中分布在1.00 ～2.17 μm（圖8b）。

4 砂-泥結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集空間的控制作用

4.1 砂-泥結(jié)構(gòu)控制下的膠結(jié)減孔作用

砂巖和泥巖之間有明顯的離子交互關(guān)系：砂巖向泥巖提供K+離子，泥巖以擴(kuò)散的形式向砂巖提供CO32-，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，而泥巖提供的這些離子則是形成碳酸鹽膠結(jié)物的必要條件［38］。不同砂-泥結(jié)構(gòu)或同一砂-泥結(jié)構(gòu)不同位置的砂巖巖石學(xué)特征和孔隙類型存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性（圖9）。對(duì)于砂/地比較小的砂-泥結(jié)構(gòu)，泥巖相對(duì)于砂巖較厚（圖9a）。在沉積埋藏的過(guò)程中，泥巖能夠?qū)ι皫r提供充足的，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，整個(gè)砂體被膠結(jié)物完全充填，在壓實(shí)作用的共同作用下儲(chǔ)層變得極為致密。對(duì)于砂/地比較大的砂-泥結(jié)構(gòu)，泥巖厚度接近于砂巖或薄于砂巖（圖9b）。在沉積埋藏的過(guò)程中，泥巖無(wú)法對(duì)砂巖提供充足的，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，砂體中碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)出較強(qiáng)非均質(zhì)性。鄰近砂-泥界面的砂巖中碳酸鹽膠結(jié)作用極強(qiáng)，粒間孔完全被碳酸鹽膠結(jié)物充填，儲(chǔ)層變得極為致密；而砂巖內(nèi)部碳酸鹽膠結(jié)作用較弱，深埋條件下，發(fā)育少量的原生孔隙。同時(shí)，砂/地比較大的砂-泥結(jié)構(gòu)類型常常發(fā)育較厚的砂巖，有利于有機(jī)酸的注入［39］。顆粒間的碳酸鹽被溶蝕后形成大量的粒間溶蝕孔，儲(chǔ)層質(zhì)量得到改善。

圖9 臨南洼陷典型井沙三下亞段厚泥巖夾薄砂巖型（a）和厚砂巖夾薄泥巖型儲(chǔ)層（b）鏡下特征照片F(xiàn)ig. 9 Microscopic characteristics of reservoirs of thick mudstone interbedded with thin sandstone type （a） and thick sandstone interbedded with thin mudstone type （b） for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in a typical well， Linnan sub-sag

受控于泥巖向砂巖供給離子量的控制，砂巖中碳酸鹽礦物含量占比與距砂-泥界面的距離存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖10a）。方解石和白云石膠結(jié)物的分布范圍很廣，在距砂-泥界面0 ～ 8 m 之內(nèi)，并且兩種膠結(jié)物的含量較高，尤其是白云石膠結(jié)物，含量最高可達(dá)到26 %，兩者的含量隨著距砂泥界面的距離的增大而減小。同時(shí)，碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)粒間孔隙的充填隨著距砂-泥界面距離的增大而減弱（圖10b）。其中距砂-泥界面距離0 ～ 1 m處，膠結(jié)減孔作用最強(qiáng)，最高可達(dá)23.9 %。

圖10 臨南洼陷沙三下亞段膠結(jié)物含量（a）和膠結(jié)減孔強(qiáng)度（b）與距砂-泥界面距離的關(guān)系Fig. 10 Relationships between cement content and the distance from the sand-mud interface （a） and between cementation-induced porosity reduction and the distance （b） for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation， Linnan sub-sag

4.2 有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕增孔作用

惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段砂巖儲(chǔ)層中溶蝕現(xiàn)象普遍發(fā)育（圖6f—i），是主要的建設(shè)性成巖作用，溶蝕增加孔隙空間0.5 % ～ 3.0 %（圖11）。長(zhǎng)石礦物和碳酸鹽礦物是發(fā)育次生溶蝕的主要組分，溶蝕作用包括顆粒的部分溶蝕和全部溶蝕。其中碳酸鹽的溶蝕是致密砂巖儲(chǔ)層中儲(chǔ)集空間增加的主要原因。然而，基于大量的巖心觀察和所收集資料的整理與分析發(fā)現(xiàn)，砂層中的泥巖以灰色和灰綠色為主，缺乏生烴能力，難以向砂巖提供有機(jī)酸。同時(shí)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)距斷層不同距離且與斷層連通的砂層的溶蝕增孔率我們發(fā)現(xiàn)，溶蝕現(xiàn)象具有距斷層越近溶蝕作用越強(qiáng)，溶蝕增孔越明顯的特征（圖11）。結(jié)合前人研究結(jié)論認(rèn)為惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段砂巖儲(chǔ)層的酸性流體并不是由砂層中泥巖所提供的，而是來(lái)自鄰近砂層的烴源巖，后者生成的有機(jī)酸通過(guò)斷層疏導(dǎo)充注進(jìn)入與斷層相連接的砂層中，進(jìn)而發(fā)生溶蝕作用［40-41］。

圖11 臨南洼陷沙三下亞段斷層連通的儲(chǔ)層距斷層距離與溶蝕增孔強(qiáng)度的關(guān)系Fig. 11 Relationship between the distance from faults and dissolution-induced porosity increment for reservoirs connected by faults for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation， Linnan sub-sag

4.3 砂-泥結(jié)構(gòu)控制下的儲(chǔ)集空間演化過(guò)程

基于礦物之間的交代、切割關(guān)系、自生礦物生長(zhǎng)次序和古溫度等標(biāo)志，參照前人的研究成果［42-43］，惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段不同砂-泥結(jié)構(gòu)類型砂巖具有相似的成巖演化序列，先后經(jīng)歷了早期壓實(shí)和早期堿性礦物膠結(jié)階段（壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用）、早期堿性礦物溶蝕和酸性礦物的膠結(jié)階段（長(zhǎng)石和碳酸鹽溶蝕作用和石英膠結(jié)作用）、早期酸性礦物的溶蝕和晚期堿性礦物的膠結(jié)階段（碳酸鹽膠結(jié)作用和石英溶蝕作用）、晚期酸性礦物的膠結(jié)和晚期堿性礦物的溶蝕階段（長(zhǎng)石和碳酸鹽溶蝕作用與石英膠結(jié)作用）。在成巖演化序列的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同類型孔隙的發(fā)育程度，認(rèn)為惠民凹陷臨南洼陷沙三下亞段儲(chǔ)集空間演化路徑主要存在3種類型（圖12）。

圖12 臨南洼陷沙三下亞段致密砂巖儲(chǔ)層演化路徑Fig. 12 Evolutionary path of tight sandstone reservoirs in the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation in the Linnan sub-sag

演化路徑Ⅰ只經(jīng)歷了早期堿性礦物的沉淀階段。早期大量的CO32-，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子伴隨著離子濃度差所導(dǎo)致的擴(kuò)散作用從泥巖進(jìn)入到砂巖中。砂巖內(nèi)部發(fā)育較強(qiáng)的早期碳酸鹽膠結(jié)作用，而后期有機(jī)酸沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行溶蝕改造。砂巖內(nèi)部沒(méi)有充足的空間供后期外源流體的進(jìn)入。流體-巖石相互作用極弱，成巖作用停滯在早期堿性礦物膠結(jié)階段，儲(chǔ)層變得極為致密。

演化路徑Ⅱ依次經(jīng)歷了早期堿性礦物膠結(jié)階段、早期堿性礦物溶蝕和酸性礦物的膠結(jié)階段、早期酸性礦物的溶蝕和晚期堿性礦物的膠結(jié)階段。在早期堿性礦物溶蝕和酸性礦物的膠結(jié)階段，經(jīng)歷了有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的改造作用，大量被碳酸鹽充填的儲(chǔ)集空間由于溶蝕作用被釋放出來(lái)。充足的儲(chǔ)集空間為外源離子的進(jìn)入和流體-巖石相互作用提供了有利的場(chǎng)所。泥巖繼續(xù)以離子擴(kuò)散的方式為砂巖提供CO32-，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，砂巖進(jìn)入早期酸性礦物的溶蝕和晚期堿性礦物的膠結(jié)階段。該階段，砂巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的后期碳酸鹽膠結(jié)作用。隨后，沒(méi)有出現(xiàn)晚期碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕現(xiàn)象，不存在儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的再次改造作用。砂巖內(nèi)部沒(méi)有后期外源有機(jī)酸流體的混入，缺乏流體-巖石相互作用的化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，成巖作用停滯在早期酸性礦物的溶蝕和晚期堿性礦物的膠結(jié)階段，儲(chǔ)層變得極為致密。

演化路徑Ⅲ分別經(jīng)歷了早期堿性礦物膠結(jié)階段、早期堿性礦物溶蝕和酸性礦物的膠結(jié)階段、早期酸性礦物的溶蝕和晚期堿性礦物的膠結(jié)階段、晚期酸性礦物的膠結(jié)和晚期堿性礦物的溶蝕階段。在晚期酸性礦物的膠結(jié)和晚期堿性礦物的溶蝕階段，酸性流體的不斷注入，使得后期碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕，儲(chǔ)集空間被釋放。

4.4 砂-泥結(jié)構(gòu)控制下的膠結(jié)減孔模式

厚泥巖夾薄砂巖型、中泥巖夾薄砂巖型和薄砂巖-薄泥巖互層型砂-泥結(jié)構(gòu)砂/地比較小，均具有泥巖較厚，砂巖較薄的特征（圖13）。較厚泥巖能夠以離子擴(kuò)散的形式為砂巖提供充足的C，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，然而砂巖中供離子沉淀的空間極為有限，使得早期無(wú)鐵碳酸鹽膠結(jié)物在砂巖中極為發(fā)育。儲(chǔ)層整體孔隙發(fā)育程度較差，以小孔零星分布為主（圖7a，f），且孔喉系統(tǒng)整體的連通性較差（圖8b）。后期通過(guò)斷層輸導(dǎo)的有機(jī)酸難以侵入厚度較薄且致密的砂巖內(nèi)部，無(wú)法形成有利的次生溶蝕孔隙。該類砂-泥結(jié)構(gòu)的砂巖以演化路徑Ⅰ為主，砂巖整體極為致密（圖5）。

圖13 臨南洼陷沙三下亞段厚泥巖夾薄砂巖型（a）、中泥巖夾薄砂巖型（b）和薄砂巖-薄泥巖互層型砂-泥離子交互模式（c）Fig. 13 Sand-mud ionic interaction patterns of three types of sand-mud assemblages： thick mudstone interbedded with thin sandstone （a），medium mudstone interbedded with thin sandstone （b）， and intercalated thin sandstone and thin mudstone （c） for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation， Linnan sub-sag

厚泥巖夾中砂巖型、中砂巖-中泥巖互層型和厚砂巖-厚泥巖互層型砂-泥結(jié)構(gòu)砂/地比適中，均具有泥巖厚度與砂巖厚度相近的特征（圖14）。該類型砂-泥結(jié)構(gòu)不僅有著充足的，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子來(lái)源，而且砂巖中供離子沉淀的空間較為發(fā)育。砂-泥界面附近的砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物極為發(fā)育，隨著距砂泥界面的距離變大，碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育程度降低。有機(jī)酸主要由鄰近砂層的烴源巖生成，并通過(guò)斷層的輸導(dǎo)，側(cè)向注入到砂巖內(nèi)部，碳酸鹽礦物被溶蝕，形成粒間溶蝕孔隙。受，F(xiàn)e2+，Ca2+，Mg2+離子擴(kuò)散作用和有機(jī)酸充注作用的共同控制，砂巖中的孔隙具有局部集中發(fā)育的特征（圖7b，c，g，h）。因此該類砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖的物性非均質(zhì)性較強(qiáng)（圖5）。砂-泥界面附近的砂巖樣品膠結(jié)減孔作用較強(qiáng)，以演化路徑Ⅰ為主，物性較差。砂巖內(nèi)部的砂巖樣品膠結(jié)減孔作用較弱，且發(fā)育碳酸鹽巖溶蝕作用，以演化路徑Ⅱ?yàn)橹鳎镄暂^好。

圖14 臨南洼陷沙三下亞段厚泥巖夾中砂巖型（a）、中砂巖-中泥巖互層型（b）和厚砂巖-厚泥巖互層型砂-泥離子交互模式（c）Fig. 14 Sand-mud ionic interaction patterns of three types of sand-mud assemblages： thick mudstone interbedded with medium sandstone （a），intercalated medium sandstone and medium mudstone （b）， and intercalated thick sandstone and thick mudstone （c） for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation， Linnan sub-sag

中砂巖夾薄泥巖、厚砂巖夾中泥巖和厚砂巖夾薄泥巖型砂-泥結(jié)構(gòu)砂/地比較大，均具有泥巖較薄，砂巖較厚的特征（圖15）。該類型砂-泥結(jié)構(gòu)泥巖無(wú)法為砂巖提供充足的，F(xiàn)e2+，Ca2+和Mg2+離子，而砂巖中供離子沉淀的空間較為發(fā)育。同樣具有隨著距砂-泥界面的距離變大碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育程度降低的趨勢(shì)，但碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)度較弱，并發(fā)育強(qiáng)烈的碳酸鹽礦物溶蝕現(xiàn)象。該類砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖較厚，且砂巖內(nèi)部膠結(jié)作用較弱，有助于有機(jī)酸通過(guò)斷層輸導(dǎo)側(cè)向注入到砂巖內(nèi)部。有機(jī)酸對(duì)砂巖進(jìn)行溶蝕改造作用導(dǎo)致儲(chǔ)層表現(xiàn)出極好的儲(chǔ)集能力和連通能力。然而，砂巖物性也存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性。砂-泥界面附近的砂巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度相對(duì)略差（圖7d，i），以演化路徑Ⅱ?yàn)橹鳎镄月圆睢Ｉ皫r內(nèi)部的砂巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度極好（圖7e，j），以演化路徑Ⅲ為主，物性最好。

圖15 臨南洼陷沙三下亞段中砂巖夾薄泥巖型（a）、厚砂巖夾中泥巖型（b）和厚砂巖夾薄泥巖型砂-泥離子交互模式（c）Fig. 15 Sand-mud ionic interaction patterns of three types of sand-mud assemblages： medium sandstone interbedded with thin mudstone （a），thick sandstone interbedded with medium mudstone （b）， and thick sandstone interbedded with thin mudstone （c） for samples from the lower submember of the 3rd member of the Shahejie Formation， Linnan sub-sag

5 結(jié)論

1） 臨南洼陷沙三下亞段發(fā)育厚泥巖夾薄砂巖、中泥巖夾薄砂巖、厚泥巖夾中砂巖、薄砂巖-薄泥巖互層、中砂巖-中泥巖互層、厚砂巖-厚泥巖互層、中砂巖夾薄泥巖、厚砂巖夾中泥巖和厚砂巖夾薄泥巖9種砂-泥結(jié)構(gòu)類型。其中，6 號(hào)砂組以厚泥巖夾薄砂巖型、中砂巖-中泥巖互層型和厚砂巖夾薄泥巖型為主。4 號(hào)和5號(hào)砂組以中砂巖-中泥巖互層型、中砂巖夾薄泥巖型和厚砂巖夾薄泥巖型為主。2 號(hào)砂組以厚泥巖夾薄砂巖型和中泥巖夾薄砂巖型為主。

2） 砂巖和泥巖之間的離子交互關(guān)系，導(dǎo)致不同砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力具有較大的差異性。不同砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖，砂/地比越大，孔喉發(fā)育程度和連通性越好，儲(chǔ)層物性越好。同一種砂-泥結(jié)構(gòu)砂巖內(nèi)部的樣品孔喉發(fā)育程度和連通性好于砂巖砂-泥界面附近的樣品，儲(chǔ)層物性分布的非均質(zhì)性較強(qiáng)。

3） 厚泥巖夾薄砂巖型、中泥巖夾薄砂巖型和薄砂巖-薄泥巖互層型砂-泥結(jié)構(gòu)具有充足的離子供給和有限的沉淀空間。使得砂巖表現(xiàn)出極差的儲(chǔ)集能力和連通能力，物性最差。厚泥巖夾中砂巖型、中砂巖-中泥巖互層型和厚砂巖-厚泥巖互層型砂-泥結(jié)構(gòu)具有充足的離子供給和沉淀空間。砂-泥界面附近砂巖孔喉發(fā)育程度較差，物性較差。砂巖內(nèi)部樣品孔喉發(fā)育程度略好，物性中等。中砂巖夾薄泥巖、厚砂巖夾中泥巖和厚砂巖夾薄泥巖型砂-泥結(jié)構(gòu)中泥巖無(wú)法為砂巖提供充足的離子。砂-泥界面附近的砂巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度相對(duì)略差，物性略差。砂巖內(nèi)部的砂巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度極好，物性最好。