障壁壩砂體儲層特征與成巖孔隙定量演化模式——以鄂爾多斯盆地延長探區(qū)本溪組為例

胡鵬，于興河，陳宏亮，趙晨帆，周進松，韓小琴，李亞龍

1.中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083 2.中能電力科技開發(fā)有限公司，北京 100034 3.國電新能源技術(shù)研究院海洋地質(zhì)和水文研究室，北京 102209 4.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，西安 710075 5.同濟大學海洋地質(zhì)國家重點實驗室，上海 200092

0 引言

障壁海岸的形成受特定的沉積環(huán)境所控制，其典型特征是存在將沿岸海域與廣海分隔開來的砂壩、島、礁等障壁地形[1-2]?，F(xiàn)代障壁海岸的分布較為普遍，約占世界海岸線的13%，我國東南沿海某些地段可達21%[3]。諸多能源礦產(chǎn)勘探實踐證實，在地質(zhì)歷史時期障壁海岸沉積體系也廣泛發(fā)育，其不僅賦存重要的煤炭資源，而且常以特殊的沉積疊置樣式構(gòu)成有利的生儲蓋組合并蘊藏豐富的石油與天然氣，因而受到越來越多的關(guān)注[4-5]。

鄂爾多斯盆地隸屬于華北地臺西端的次級構(gòu)造單元，晚加里東運動后期，由于秦、祁海槽關(guān)閉，其整體上升為陸并與華北地塊連成一片，而后經(jīng)歷了長達1.3～1.5億年之久的風化剝蝕，至海西旋回中期，秦嶺、祁連海槽及中亞—蒙古海槽再度拉開，鄂爾多斯地塊整體沉降[6-7]。晚石炭世海侵之后，幾乎整個華北克拉通沉積了一套以海相和海陸交互相為主的煤系地層，至中—晚二疊世海水逐漸退出，盆地整體進入陸相沉積演化階段。石炭系本溪組為晚古生代海陸交互背景下發(fā)育的初始沉積物，其總體為一套障壁島—瀉湖—潮坪沉積體系。自2003年延長石油集團在該區(qū)上古生界開展油氣勘探工作以來，多口探井于本溪組獲工業(yè)氣流，最高無阻流量達150×104m3/d，展現(xiàn)出良好的勘探前景。但限于此前“南油北氣”的認識，眾多學者的關(guān)注點仍然是盆地北部的二疊系山西組—下石盒子組[8-9]，有關(guān)盆地東南部石炭系本溪組的研究相對薄弱，針對這一海陸變遷關(guān)鍵時期障壁壩成因砂體儲層特征與埋藏—成巖演化過程的系統(tǒng)研究尚未見報道。鑒于此，筆者詳細分析研究區(qū)本溪組16口取芯井的巖石薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光等資料，明確目標砂體儲層基本特征、成巖作用類型、成巖作用階段及序列，厘清埋藏成巖過程中砂巖孔隙演化規(guī)律，從而為盆地東南部石炭系本溪組天然氣資源的高效勘探開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 工區(qū)位置與沉積背景

延長探區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡帶的東南部，面積約為2.28×104km2。該區(qū)早古生代沉積層自下而上依次為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千峰組。本溪組沉積時期受陸表海沿岸流、波浪、潮汐等營力的再搬運和再沉積作用影響，盆地東南部廣泛發(fā)育障壁海岸沉積環(huán)境，自東向西依次為陸棚、障壁島、潟湖和潮坪沉積，障壁島沿海岸呈北東向展布，隨著海平面的上升，障壁砂壩由東南往西北逐漸遷移，形成多排串珠狀砂體條帶(圖1)。障壁壩作為研究區(qū)本溪組主要的儲集體類型，泛指由狹義的障壁壩、潮汐水道、潮汐三角洲、沖溢扇等相互連通而統(tǒng)一的儲集砂體[10]，其厚度一般介于2～11 m，并以發(fā)育平行層理、板狀交錯層理、沖洗層理等多種層理構(gòu)造為特征；其巖性多為灰白色、灰色細砂巖—粗砂巖，垂向上常與潟湖泥巖、煤層互層疊置(圖2)。由于本溪組海侵早期，母巖區(qū)剝蝕作用仍然相對較強，海岸帶碎屑物質(zhì)供給較為充足，其后海侵范圍進一步擴大，碎屑供給受限，從而使得研究區(qū)本溪組下部砂體較上部砂體更為發(fā)育。

2 儲集層基本特征

2.1 物質(zhì)組成

研究區(qū)本溪組117個障壁壩砂樣的測試結(jié)果顯示，砂巖類型以石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖及巖屑砂巖為主。砂巖碎屑顆粒組分中碎屑石英百分比介于25.7%～99.8%，平均為88.4%，且多為單晶石英，粒徑相對較粗。長石百分比在0.1%～7.6%之間，平均為0.9%，主要為鉀長石、斜長石，且前者貢獻率略大于后者。巖屑百分比介于2.1%～74.3%，平均為10.7%，以變質(zhì)巖巖屑為主，其平均巖屑貢獻率約為86.2%，其次為巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑，粒徑以細粒為主(圖3)。碎屑顆粒分選中—好，磨圓以次棱—次圓狀為主。填隙物組分中，雜基平均含量不足5%；膠結(jié)物含量相對較高，并以硅質(zhì)、鈣質(zhì)、伊利石、高嶺石最為富集，其平均含量分別為3.5%、3.2%、2.3%、2.2%，此外還含有一定量的黃鐵礦及少量綠泥石等；膠結(jié)類型主要為孔隙式和孔隙—薄膜式。

圖1 延長探區(qū)本溪組障壁壩砂巖平面分布與本溪組綜合柱狀圖Fig.1 Location of Yanchang exploration block and integrated stratigraphic columnar section of Benxi Formation

圖2 延長探區(qū)及周邊本溪組障壁砂壩沉積特征a.下部主要為灰白色中—細砂巖，多呈中薄層狀且發(fā)育塊狀層理、板狀交錯層理、低角度沖洗交錯層理、平行層理，向上整體過渡為中厚層狀砂巖，局部砂巖遭受風化而呈“蜂窩狀”，韓城薛峰川剖面；B.灰白色厚層中—粗砂巖，韓城薛峰川剖面；C.灰白色中薄層狀中—細砂巖，下部塊狀層理發(fā)育，中部過渡為槽狀交錯層理且其底部見明顯沖刷，上部塊狀層理發(fā)育，興縣關(guān)家崖剖面；D-i.灰白色中—細砂巖，下部塊狀層理向上過渡為板狀交錯層理，Y336，2 582.44 m；D-ii.灰白色中—細砂巖，上部與下部平行層理發(fā)育，中部夾板狀交錯層理，Y416，2 511.4 m；D-iii.灰白色中砂巖，板狀交錯層理，Y330，2 710.61 m；D-iv.灰白色中—細砂巖，下部塊狀層理發(fā)育，向上則過渡為平行層理，Y330，2 711.23 m；E.障壁砂壩典型垂向序列Fig.2 Sedimentary characteristics of barrier bar sandbodies of the Benxi Formation in and around the Yanchang exploration block

圖3 延長探區(qū)本溪組砂巖成分三角圖版(A)(根據(jù)S/T5368—2000[11])、巖屑組分三角圖砂巖分類(B)Fig.3 Ternary diagrams of sandstone types in the Benxi Formation, Yanchang exploration block: a. according to S/T5368-2000[11]; B. detritus composition

2.2 儲集空間類型

基于儲集空間的產(chǎn)狀特征與成因，將本溪組障壁壩砂巖儲集空間類型劃分為粒間孔、粒內(nèi)孔、雜基微孔、晶間孔及微裂縫5大類(表1、圖4A～F)，其中溶蝕擴大孔、粒內(nèi)孔、晶間孔及裂縫發(fā)育最為普遍，平均面孔率分別為2.6%、0.78%、0.43%、0.4%，4者之和占到總儲集空間的80%以上(表1)。盡管本溪組障壁壩儲集砂體內(nèi)各類儲集空間可以單獨發(fā)育，但以晶間孔—溶孔型、殘余孔—裂縫型、殘余孔—溶孔型為代表的孔隙組合才是構(gòu)成儲集空間的主體。

表1延長探區(qū)本溪組儲集層儲集空間類型、特征、成因及其面孔率

Table1Reservoirspaceclassification，characteristicssourceandplaneporosityofBenxiFormation,Yanchangexplorationblock

圖4 延長探區(qū)本溪組儲集層儲集空間類型a.碎屑顆粒邊緣遭受不同程度溶蝕形成溶蝕擴大孔(單偏光)，Y321，2 759.66 m；B.碎屑顆粒被完全溶蝕僅隱約保留其原始顆粒輪廓形態(tài)而形成鑄模孔(單偏光)，Y259，2 466.91 m；C. 碎屑顆粒邊緣及粒間膠結(jié)物被不同程度溶蝕形成溶蝕擴大孔，部分碎屑顆粒內(nèi)部發(fā)生溶蝕形成粒內(nèi)溶孔(單偏光)，Y256，2 697.5 m；D.孔隙空間被自生石英晶粒充填形成殘余粒間孔(SEM)，Y267，3 081.58 m；E.晶棱清晰的自生高嶺石單晶大量聚集，普遍發(fā)育晶間微孔(SEM)，Y267，3 081.58 m；F. 未被充填的微裂縫呈長條狀延伸(SEM)，Y416，2 513.46 mFig.4 Pore types in Benxi Formation, Yanchang exploration block

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)

研究區(qū)本溪組67個非裂縫樣品的壓汞資料統(tǒng)計顯示，排驅(qū)壓力值分布在0.13～11.22 MPa之間，平均為1.76 MPa；孔喉中值半徑介于0.008～3.14 μm之間，平均為0.53 μm；分選系數(shù)介于1.59～4.43，平均為3.17；最大進汞飽和度介于26.17%～96.01%，平均為75.91%，綜合表明本溪組儲層砂巖喉道細小，分選不一，孔喉連通性差，微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強烈(圖5)。

2.4 物性特征

研究區(qū)本溪組儲集層物性變化較大，孔隙度分布在0.2%～14.22%之間，平均為4.72%，其中孔隙度介于0～3%和3%～6%區(qū)間的樣本分別占到總體的30.31%與38.9%；滲透率分布在(0.003～56.6)×10-3μm2之間，平均為1.22×10-3μm2，其中滲透率介于(0.01～0.1)×10-3μm2和(0.1～1)×10-3μm2區(qū)間的樣本分別占到總體的33.3%與45.9%，屬于特低孔—特低滲致密儲層(圖6A，B)；孔隙度與滲透率呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2=0.514，表明本溪組障壁壩砂巖儲層儲集空間仍以孔隙為主(圖6C)。

圖5 延長探區(qū)本溪組典型毛細管壓力曲線Fig.5 Typical capillary pressure curves and pore-throat distribution histograms of reservoir pore structures, Benxi Formation, Yanchang exploration block

圖6 延長探區(qū)本溪組儲集層物性分布特征Fig.6 Reservoir properties of Benxi Formation, Yanchang exploration block

3 成巖作用類型與特征

3.1 壓實、壓溶作用

研究區(qū)本溪組最大埋深超過3 500 m，至今整體埋深超過3 000 m的時間長達180 Ma，儲層砂巖受到強烈的機械或化學壓實作用改造。薄片下常見碎屑顆粒緊密接觸；云母碎片等塑性巖屑在剛性顆粒的擠壓下發(fā)生變形而呈蛇曲狀(圖7A)；石英顆粒在強應力作用下產(chǎn)生微裂縫，甚至破碎(圖7B)。此外，砂巖中可見清晰的鋸齒狀縫合線構(gòu)造及棕色—黑色壓溶殘留物(圖7C)。

3.2 膠結(jié)作用

(1) 硅質(zhì)膠結(jié)

硅質(zhì)膠結(jié)在本溪組砂巖中頗為發(fā)育，其常以自生石英晶粒和石英次生加大2種形式出現(xiàn)。自生石英常沿殘余粒間孔或次生溶孔的內(nèi)壁生長，呈微晶或細晶，自形程度較高，表面光潔且晶棱清晰，多呈單層展布，也可見多層疊蓋(圖7D)；石英次生加大則常以規(guī)則或不規(guī)則形式圍繞原有碎屑石英顆粒表面發(fā)育，顆粒邊緣有時可見由雜質(zhì)組成的“塵跡線”(圖7E)。研究區(qū)本溪組障壁成因砂體儲層中石英次生加大邊普遍發(fā)育，加大級別可達III級或更高，總的加大厚度在0.01～0.21 mm之間。

(2) 鈣質(zhì)膠結(jié)

本溪組儲層砂巖中自生碳酸鹽礦物主要包括鐵白云石、鐵白云石及少量菱鐵礦，方解石含量甚少(圖7F，G、圖8A，B)。鐵方解石常呈粒狀或斑塊狀充填石英、巖屑顆粒之間的孔隙，并局部交代骨架顆粒(圖7F，G)；鐵白云石則多以粉—細晶形式充填溶孔或裂縫，亦可局部交代巖屑或黏土雜基(圖8B)；自生菱鐵礦常呈團狀充填粒間，多為準同生—早期成巖作用的產(chǎn)物，其形成和相對富集與沼澤或泥炭化過程中還原—弱還原環(huán)境的形成密切相關(guān)[12-13]。

(3) 黏土礦物膠結(jié)

本溪組儲集層中自生黏土礦物主要為高嶺石、伊利石、以及少量綠泥石、伊/蒙混層。掃描電鏡下，高嶺石多呈書頁狀、手風琴狀，具有典型的假六方片狀晶形(圖4E)，其形成與酸性流體對長石、巖屑及雜基中的硅鋁酸巖礦物的淋濾作用有關(guān)(公式1)，此外也可見少量呈麻點狀分布于長石顆粒表面的高嶺石，其多由長石直接蝕變而來。伊利石則多以搭橋式結(jié)構(gòu)附著于石英或高嶺石的孔壁(圖7H)。自生伊利石的形成是一個典型的耗鉀反應，并存在2個潛在途徑：1)由高嶺石與K+直接轉(zhuǎn)化而來(公式2)；2)同沉積火山灰或凝灰質(zhì)組分經(jīng)過水解而后在埋藏升溫過程中轉(zhuǎn)化形成。鑒于受富K+海源流體影響的本溪組整體缺乏火山物質(zhì)，使得后一種路徑難以實現(xiàn)或該路徑下產(chǎn)生的伊利石有限[14]。綠泥石呈針葉狀、絨球狀包裹于顆粒表面或充填孔喉。

圖8 延長探區(qū)本溪組儲集層成巖作用圖版(二)a.方解石膠結(jié)物(SEM)，Y416，2 507.48 m；B.充填粒間的鐵白云石膠結(jié)物(SEM)，Y267，3 081.58 m；C.霉球狀黃鐵礦顆粒團簇(SEM)，Y424，2 915.5 mFig.8 Diagenetic signatures in Benxi Formation, Yanchang exploration block (part 2)

2Al(OH2)++2Si(OH)4→Al2Si2O2(OH)4(高嶺石)+3H++3H2O

(1)

3Al2Si2O2(OH)4(高嶺石)+2K+→

2KAl3Si3O10(OH)2(伊利石)+2H++3H2O

(2)

(4) 含硫礦物膠結(jié)

除以上常見的3種膠結(jié)類型外，研究區(qū)本溪組中還發(fā)育有一定量的自生黃鐵礦，在微觀鏡下其常以草莓狀集合體形式呈現(xiàn)(圖7I、圖8C)。作為一種示烴成巖礦物[15]，黃鐵礦的形成往往與貧氧環(huán)境有關(guān)。

3.3 溶蝕作用

煤系地層背景下有機質(zhì)的演化歷程總體上控制了成巖環(huán)境的pH，而較為普遍的溶蝕增孔通常是烴源巖成熟過程中大量酸性流體改造儲層的結(jié)果。研究區(qū)本溪組砂巖中被溶解的物質(zhì)包括不穩(wěn)定的巖屑及少量碎屑長石組分，此外石英顆粒表面也可見大小不一的溶坑(圖4A，B，C)。鑒于本溪組儲層砂巖中碎屑長石含量甚少，不穩(wěn)定的巖屑是貢獻次生孔隙的主體?？傮w而言，由于早期埋藏過程中壓實作用強烈，砂巖骨架顆粒間的接觸已頗為緊密，孔隙結(jié)構(gòu)高度復雜化，溶蝕作用的增孔幅度有限，無法從根本上改變儲層低孔—低滲透的總體面貌。

3.4 交代作用

研究區(qū)本溪組砂巖中的交代作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽礦物交代石英、燧石等碎屑顆粒的邊緣或內(nèi)部，使其邊緣港灣化或內(nèi)部呈蜂窩狀，交代強烈時則僅保留顆粒的輪廓形態(tài)而呈現(xiàn)出交代假象結(jié)構(gòu)(圖7F，G)；此外，鏡下還可見伊利石交代碎屑顆粒以及碳酸鹽礦物之間的相互交代。

3.5 破裂作用

本溪組障壁壩砂巖骨架中石英顆粒占比頗高，同時沉積后經(jīng)歷了強烈的成巖改造以致致密，巖石剛性較強，裂縫發(fā)育程度較高。巖芯上構(gòu)造裂縫以垂直縫和高角度縫為主，縫面傾角一般在85°以上，多具張剪性力學特征，可見步階，裂縫表面一般無充填[16]；薄片上可見石英顆粒被切穿(圖4F、圖7B)。裂縫對孔隙度的貢獻通常<0.5%，因而其所起的儲集作用有限；但裂縫的滲透率通常比基質(zhì)滲透率高1～2個數(shù)量級[17]，其與有利儲集砂體的在空間上的組合配置構(gòu)成了天然氣運移的有效通道，同時天然裂縫的發(fā)育特征也是擬定壓裂方案進行氣田高效開發(fā)的關(guān)鍵所在。

3.6 烴類充注作用

4 成巖序列與成巖階段

研究區(qū)本溪組所夾持的烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在1.98%～2.5%，平均為2.24%(表2)；最高熱解溫度(Tmax)介于539 ℃～568 ℃，平均為558.7 ℃[20]。砂巖中黏土礦物主要為高嶺石、伊利石，伊/蒙混層黏土含量較少；伊利石多呈纖維狀，其單晶厚度一般小于0.1 μm，長度可達45 μm，結(jié)晶度頗高，表明其形成時間晚[21]；鐵方解石、鐵白云石等晚期鈣質(zhì)膠結(jié)物普遍發(fā)育；石英次生加大普遍且達2～3級(圖7E)。據(jù)以上成巖標志并結(jié)合我國石油天然氣行業(yè)碎屑巖成巖階段劃分標準[22]，綜合判斷研究區(qū)本溪砂巖儲層主體已達到晚成巖階段，部分處于中成巖B期末。在此基礎(chǔ)上，進一步結(jié)合自生礦物成因機理及其之間的交切關(guān)系，系統(tǒng)厘定了各成巖事件發(fā)生的相對先后(圖10)。

圖9 延長探區(qū)本溪組儲層激光拉曼分析圖譜Fig.9 Resonance Raman laser measurements on sandstone, Benxi Formation, Yanchang exploration block表2 延長探區(qū)本溪組烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro/%)統(tǒng)計表Table 2 Ro(%) of source rock, Benxi Formation, Yanchang exploration block

序號井號層位深度/m巖性Ro/%序號井號層位深度/m巖性Ro/%1Y125本溪組2 730～2 731煤2.55Y221本溪組2 901.2～2 901.8泥巖2.092Y125本溪組2 748～2 749泥巖2.466Y106本溪組2 867.37～2 867.41泥巖2.073Y125本溪組2 750～2 751泥巖2.467Y106本溪組2 868.5～2 868.54泥巖2.14Y221本溪組2 881.1～2 882泥巖1.988Y106本溪組2 871.14～2 871.19泥巖2.07

5 孔隙定量演化模式

5.1 砂巖初始孔隙度恢復

儲層砂巖的初始孔滲條件取決于其沉積時的水動力環(huán)境，Beardetal.[23]通過實驗證實雜基含量相對較少且未固結(jié)砂巖的初始孔隙度Φo與其顆粒分選性密切相關(guān)，在此基礎(chǔ)上Scherer進一步通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計建立了初始孔隙度的計算模型[24](公式5)：

Φo=20.91+22.90/S0

(5)

其中，分選系數(shù)S0(無量綱)是表征碎屑巖顆粒大小均勻程度的重要參數(shù)，其值可以通過粒度概率累計曲線上關(guān)鍵結(jié)點處數(shù)據(jù)的相關(guān)計算而獲得，過去多采用Trask公式求取，當前應用更廣的是Folk and Ward公式[25]，本次采用后者進行計算，具體公式如下：

(6)

研究區(qū)本溪組障壁壩砂巖顆粒粒徑以中—細粒為主，雜基含量較低，符合經(jīng)驗公式的運用條件。根據(jù)所測定的19塊樣品粒度分析結(jié)果確定累計概率曲線上累積分位分別為5、16、84及95的截距，即為φ5、φ16、φ84、φ95值，進而結(jié)合公式5與公式6的綜合運算恢復本溪組障壁壩儲集砂體原始孔隙度，結(jié)果表明Φo分布在36.78%～39.2%，平均為38.1%。

5.2 孔隙度增/減模型厘定

儲層砂巖成巖演化過程中單一成巖事件與孔隙的變化在時間和空間上表現(xiàn)出強烈的隨機性與非均質(zhì)性，但在宏觀層面上它們卻又呈現(xiàn)出明顯的協(xié)調(diào)性與階段性。基于煤系地層中砂巖成巖演化的規(guī)律性[26-27]與利用薄片進行孔隙度演化計算的技術(shù)特點，認為本溪組障壁壩儲集砂巖致密化過程中各成巖作用效果相對獨立且時間上前后相繼[28]，則其演化歷程可簡化為：Por↓機械壓實→Por↓早期膠結(jié)→Por↑不穩(wěn)定組分溶解→Por↓晚期膠結(jié)。通過對本溪組障壁壩砂巖薄片的詳細鑒定與統(tǒng)計，確定各砂樣中碎屑顆粒、膠結(jié)物、儲集空間的類型及其百分含量，求取孔隙度演化定量分析過程所涉及的4個基本參數(shù)(ΦCOPL、ΦCEPL1、ΦCEPL2、ΦCRPI)，并進一步運用有關(guān)計算模型，求取不同階段儲層砂巖的增/減孔量(表3，4)。

圖10 延長探區(qū)本溪組障壁壩砂巖儲層成巖作用階段與演化序列Fig.10 Diagenetic stage classification, Benxi Formation, Yanchang exploration block

表3 延長探區(qū)本溪組儲集層孔隙演化參數(shù)、定義及其理論模型 (部分參數(shù)定義及公式引自Paxton et al.[29]、Ehrenberg et al.[30]及張創(chuàng)等[28])Table 3 Parameters, definition and mode of porosity evolution, Benxi Formation, Yanchang exploration block (Partly from Paxton et al.[29], Ehrenberg et al.[30] and Zhang et al.[28])

表4 延長探區(qū)本溪組儲集層孔隙度演化定量計算結(jié)果統(tǒng)計表Table 4 Measured quantitative porosity evolution of Benxi Formation, Yanchang exploration block

5.3 成巖—孔隙演化史重建

沉積作用強烈地控制了儲層的初始物性，并對后期的成巖作用產(chǎn)生深刻的影響[31]，而埋藏階段流體—巖石系統(tǒng)在動態(tài)平衡過程中，不同類型成巖作用的發(fā)生、發(fā)展及結(jié)束則直接驅(qū)動著巖石內(nèi)部儲集空間的形成、消亡及再分配，是控制儲層質(zhì)量、塑造儲層現(xiàn)今面貌的關(guān)鍵。本次研究在恢復區(qū)內(nèi)本溪組障壁儲集砂巖初始孔隙度的基礎(chǔ)上，定量計算成巖演化過程中不同成巖作用對儲層孔隙的貢獻率(正或負)，并結(jié)合延長探區(qū)埋藏—熱演化史與生排烴史，重建其成巖—孔隙演化歷程(圖11)。

本溪組沉積始于石炭紀中晚期(距今約327 Ma)，受基底沉降與周期性的海平面升降影響，延長探區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育陸表海背景下的障壁成因砂體，砂巖粒度相對中等偏粗，分選較好，初始孔隙度平均為38.1%，幾乎全為原生粒間孔，其后沉積物逐漸脫離上覆水體而進入埋藏成巖階段。早二疊世—早三疊世(290～226 Ma)受階梯式相對快速沉降影響，本溪組烴源巖成熟度逐漸增加，但Ro始終小于0.5%，有機質(zhì)基本未成熟，該階段儲層處于早成巖的A-B期。至中三疊世(226～208 Ma)，區(qū)域沉降速率急劇增加至162.3 m/Ma左右[32]而后趨緩，期間印支運動使得盆地整體抬升，該時期Ro介于0.5%～0.7%，有機質(zhì)成熟度較低，處于中成巖A1期。總體而言，上述2個時期以快速埋藏為特征，地溫梯度介于2.2～2.4 ℃/100m[33]，強烈的機械壓實作用與早期膠結(jié)物的沉淀對儲層物性的控制作用明顯，二者分別使得儲層砂巖孔隙平均減少24.9%與5.8%，在很大程度上塑造了現(xiàn)今儲層的基本面貌。

早侏羅世—晚侏羅世(208～153 Ma)，本區(qū)沉降速率整體較低，期間偶有抬升(燕山運動)，地溫梯度介于3.4～4.5 ℃/100m[33]，Ro介于0.7%～1.3%，烴源巖進入成熟階段，即中成巖A2期。這一階段，黏土礦物作為催化劑，干酪根在溫度與壓力的雙重激發(fā)下進入熱解生烴的高峰期，有機酸大量生成并進入儲層，形成溶蝕孔、晶間孔等多種次生孔隙，儲層孔隙度平均增加3.9%，為儲層演化的溶蝕增孔階段。晚侏羅世—早白堊世(153～96 Ma)，本區(qū)地層整體呈緩慢沉降態(tài)勢；至96 Ma本溪組地層埋深達到3 645 m，即最大埋深而停止沉降，該階段地溫梯度介于3.4～4.5 ℃/100m[33]，Ro總體上介于1.3%～2.0%，并于末期增至2.24%左右，有機質(zhì)演化經(jīng)歷了裂解生濕氣—干氣階段，羧酸基團已基本喪失產(chǎn)生水溶性有機酸的能力，pH值趨于中—堿性，以鐵方解石、鐵白云石等為代表的晚期膠結(jié)物開始沉淀，同時伴隨有多種交代作用的發(fā)生，其綜合效應使得儲層平均孔隙度降低至4.7%，為儲層演化的定型階段。早白堊世晚期(96 Ma)以來，地溫梯度介于2.3～3.2 ℃/100m[33]，受喜山運動影響，區(qū)域范圍內(nèi)地層經(jīng)歷2次大幅度的隆升而至現(xiàn)今埋藏狀態(tài)，抬升階段因局部應力釋放而形成微裂縫，雖然可以改善儲層的滲流能力，但總體上未對儲層的儲集性能產(chǎn)生顯著影響，為儲層演化的弱改造階段。

6 結(jié)論

(1) 延長探區(qū)本溪組障壁壩儲集層巖石類型主要為石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖及巖屑砂巖，平均砂巖組分為Q88.4%F0.9%R10.7%；砂巖整體分選中—好，磨圓以次棱—次圓狀為主；儲集層平均孔隙度、滲透率分別為4.72%、1.22×10-3μm2為典型低滲透致密儲層。

圖11 延長探區(qū)本溪組障壁壩砂巖埋藏成巖—孔隙定量演化模式(埋藏史曲線引自于強等[32])Fig.11 Quantitative model of reservoir porosity evolution, Benxi Formation, Yanchang exploration block (buried history curves from Yu et al.[32])

(2) 研究區(qū)本溪組儲集層最大埋深超過3 500 m，至今整體埋深超過3 000 m的時間長達180 Ma，現(xiàn)今主體已達到晚成巖階段，部分處于中成巖B期末；埋藏期間儲集層經(jīng)歷了多種成巖作用改造，原生孔隙基本消失，溶蝕擴大孔、粒內(nèi)孔、晶間微孔等次生孔隙發(fā)育，孔隙結(jié)構(gòu)復雜。

(3) 基于埋藏熱演化歷程的儲層孔隙演化參數(shù)定量評價表明，本溪組儲集層孔隙演化可劃分4個階段，即P1～T2(290～208 Ma，早成巖A—中成巖A1期)較低地溫梯度—快速埋藏背景下以機械壓實與早期膠結(jié)作用為特征的大幅減孔階段；T2～J3(208～153 Ma，中成巖A2期)較高地溫梯度—緩慢沉降背景下以烴源巖成熟與次生溶孔廣泛發(fā)育為特征的溶蝕增孔階段；J3～K1(153～96 Ma，中成巖B—晚成巖期)持續(xù)性高地溫梯度—穩(wěn)定深埋背景下以有機質(zhì)裂解生氣與晚期膠結(jié)、交代為特征的儲層減孔定型階段；K1至現(xiàn)今(96 Ma～)較低地溫梯度—整體隆升背景下以微裂縫發(fā)育為特征的弱改造階段。