敦煌盆地五墩凹陷中侏羅統(tǒng)中間溝組儲(chǔ)層致密化過(guò)程分析*

蔡利飄 侯旭波 崔紅莊 張?jiān)混o

（中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 山東東營(yíng) 257015）

近年來(lái)，在敦煌盆地五墩凹陷侏羅系地層的勘探中發(fā)現(xiàn)了致密油層，區(qū)內(nèi)的西參1、墩1以及墩斜3井在中間溝組地層中經(jīng)壓裂獲得低產(chǎn)油流（蔡利飄，2017；張學(xué)才等，2017），開(kāi)辟了該區(qū)油氣勘探的新領(lǐng)域。隨著致密油勘探技術(shù)的日益豐富，致密油藏逐漸成為各大油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的后備陣地。截至目前，五墩凹陷內(nèi)所有鉆遇中-下侏羅統(tǒng)地層的鉆井，均有油斑、熒光等不同程度的油氣顯示，但壓裂后僅獲低產(chǎn)，呈現(xiàn)出“井井見(jiàn)油，井井不流”的局面?？梢?jiàn)五墩凹陷致密油勘探極具潛力，但其成藏過(guò)程又十分復(fù)雜?，F(xiàn)今儲(chǔ)層埋藏淺但致密、物性差，儲(chǔ)層致密化與油氣成藏的耦合關(guān)系是制約當(dāng)前勘探的主要問(wèn)題。受資料條件制約，趙澄林等（2002）主要利用五墩凹陷蘆草溝露頭樣品分析數(shù)據(jù)僅對(duì)下侏羅統(tǒng)大山口組儲(chǔ)層展開(kāi)評(píng)價(jià)，認(rèn)為五墩凹陷大山口組儲(chǔ)層性質(zhì)主要受物源控制；埋藏中的成巖作用在一定程度上破壞或改善儲(chǔ)層條件，未對(duì)中間溝組致密儲(chǔ)層展開(kāi)評(píng)價(jià)。近幾年的勘探實(shí)踐表明，中間溝組才是五墩凹陷主要含油層系。因此，本文以五墩凹陷中間溝組為研究對(duì)象，以區(qū)內(nèi)的西參1、墩1井和墩2井的巖心分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)巖石薄片、掃描電鏡、鑄體薄片、X-衍射和流體包裹體等微觀測(cè)試分析資料，詳細(xì)分析致密儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)特征和成巖作用，系統(tǒng)剖析中間溝組儲(chǔ)層孔隙演化過(guò)程中成巖因素的影響，首次量化孔隙演化過(guò)程研究，理清致密化過(guò)程與油氣成藏關(guān)系，為該區(qū)下一步的油氣勘探提供地質(zhì)理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

敦煌盆地夾持于東天山造山帶和祁連山造山帶之間，屬于阿爾金斷裂系的一部分（趙澄林等，2002；蔡利飄，2017）。敦煌盆地是元古界結(jié)晶基底之上形成的中新生代強(qiáng)改造型殘留盆地，五墩凹陷位于敦煌盆地中東部，主要沉積蓋層自下而上為下侏羅統(tǒng)大山口組（J1d）、中侏羅統(tǒng)中間溝組（J2z）與新河組（J2x）、上侏羅統(tǒng)博羅組（J3b）、新近系疏勒河組（N2s）和第四系地層（林中凱等，2012），凹陷內(nèi)部缺失白堊系地層。受燕山運(yùn)動(dòng)第Ⅲ幕影響，敦煌盆地在晚侏羅世受南北擠壓發(fā)生抬升，致使上侏羅統(tǒng)博羅組地層遭受局部剝蝕，新生代的喜山運(yùn)動(dòng)，盆地處于走滑擠壓的構(gòu)造環(huán)境下，盆地發(fā)生大規(guī)模近東西向擠壓抬升，造成早白堊—晚侏羅世地層遭受嚴(yán)重剝蝕（侯旭波等，2017）。

自2014年以來(lái)，五墩凹陷相繼部署了西參1井、墩1井、墩頁(yè)1井和墩2井（圖1），西參1與墩1井壓裂后在中間溝組分別獲12.1 m3和7.4 m3低產(chǎn)油流（蔡利飄，2017），證實(shí)了該區(qū)存在生烴成藏的過(guò)程，展示了較好的勘探苗頭。學(xué)者們（張敏等，2017；郭濤等，2019；曹力偉等，2021；董艷蕾等，2021）根據(jù)重力和露頭資料，結(jié)合區(qū)內(nèi)的二維地震資料分析，認(rèn)為五墩凹陷侏羅紀(jì)時(shí)期發(fā)育北部、南部和北東3個(gè)方向的物源，北部和北東部緩坡帶發(fā)育淺水辮狀河三角洲，南部陡坡帶發(fā)育扇三角洲，凹陷中心發(fā)育濱淺湖—深湖相沉積。中間溝組發(fā)育的湖相烴源巖是本區(qū)主要油源，北部斜坡帶大面積發(fā)育淺水辮狀河三角洲。西參1井位于南北物源交匯處，墩1井則主要來(lái)自北部北山地區(qū)物源沉積，墩2井主要來(lái)自南部三危山物源。中間溝組發(fā)育廣覆式優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖，淺水辮狀河三角洲砂體廣泛分布且穩(wěn)定，儲(chǔ)層緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖，五墩凹陷具有非常優(yōu)越的致密油成藏的源儲(chǔ)配置條件（張學(xué)才等，2017）。

圖1 敦煌盆地五墩凹陷勘探程度圖Fig.1 Exploration degree map of Wudun Sag in Dunhuang Basin

本文研究中共采集西參1井、墩1井和墩2井的砂巖、砂礫巖、泥巖等樣品256件，主要開(kāi)展了巖石薄片，掃描電鏡，鏡質(zhì)體反射率和包裹體測(cè)溫等測(cè)試分析，分析化驗(yàn)由中石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

五墩凹陷主力含油層段為中侏羅統(tǒng)中間溝組下段，巖性主要為灰色、灰白色砂巖，礫巖和砂礫巖，以砂巖為主。通過(guò)對(duì)五墩凹陷中間溝組砂巖薄片鑒定資料分析，按砂巖三角圖法將區(qū)內(nèi)中間溝組砂巖碎屑顆粒含量投到砂巖分類圖（圖2）上（朱筱敏，2008），墩1井以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，石英含量較墩2井高，指示了該井中間溝組主要來(lái)自北物源的沉積，西參1井以長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，含少量巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，砂巖類型多，表明該處中間溝組為多物源的沉積環(huán)境，巖屑、長(zhǎng)石含量高，表明砂巖成分成熟度低，反映了近物源的特征。整體來(lái)看，中間溝組儲(chǔ)層碎屑成分具有高巖屑、高石英和低長(zhǎng)石含量的特征。骨架顆粒石英含量為9%～63%，平均為30.1%；長(zhǎng)石含量為10%～48%，平均值為24.8%，以斜長(zhǎng)石為主；巖屑含量為12%～73%，平均值為45.9%，以變質(zhì)巖巖屑為主。礦物成熟度Q/（F+R）均值為0.43，反映了該區(qū)不穩(wěn)定成分較高，成分成熟度偏低。碎屑顆粒間的填隙物為雜基和膠結(jié)物，雜基為泥質(zhì)雜基，含量2%～18%，平均為10.11%；膠結(jié)物含量低，一般為2%～6%，主要的膠結(jié)物有方解石、鐵方解石、白云石、增生石英和高嶺石等。

圖2 五墩凹陷侏羅系中間溝組下段砂巖分類三角圖Fig.2 Classification triangle diagram of sandstone in the lower member of Jurassic Zhongjiangou Formation in Wudun Sag

從鏡下薄片來(lái)看，砂巖顆粒磨圓以次棱角—棱角狀為主，分選差—中等，以細(xì)?！辛橹鳎s基—顆粒支撐，顆粒間以點(diǎn)接觸和點(diǎn)—線接觸為主，少量凹凸接觸，基本為顆粒支撐的孔隙—接觸式膠結(jié)（圖3），表現(xiàn)為砂巖儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度偏低的特征。

圖3 鏡下砂巖結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Structural characteristics of sandstone under microscope

2.2 物性特征

本次對(duì)物性特性評(píng)價(jià)以石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6285-2011《油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》為依據(jù)，對(duì)中間溝組儲(chǔ)層物性特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，多數(shù)學(xué)者目前將孔隙度10%作為常規(guī)儲(chǔ)層與致密儲(chǔ)層的界限（表1）（汪洋等，2017）。

表1 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification criteria for reservoir evaluation

根據(jù)五墩凹陷內(nèi)西參1井與墩1井侏羅系中間溝組一段的巖心物性測(cè)試數(shù)據(jù)，西參1井巖樣孔隙度為3.0%～9.1%，平均值為5.88%；滲透率為0.19×10-3μm2～3.22×10-3μm2，平均值為0.87×10-3μm2，屬特低孔、超低滲儲(chǔ)層；墩1井巖樣孔隙度為3.2%～10.2%，平均值為7.44%；滲透率變化范圍較大，為0.13×10-3μm2～10.19×10-3μm2，平均值為1.79×10-3μm2，個(gè)別樣品滲透率達(dá)到了10×10-3μm2，大部分都低于1×10-3μm2，屬特低孔、特低滲—超低滲儲(chǔ)層。由圖4可看出，墩1井儲(chǔ)層物性略好于西參1井，整體儲(chǔ)層物性較差，孔隙度與滲透率的關(guān)系近似正相關(guān)，滲透率隨著孔隙度的增大而增大，說(shuō)明儲(chǔ)層裂縫不發(fā)育，滲透率的變化主要受控于孔隙發(fā)育程度。

圖4 五墩凹陷侏羅系中間溝組一段儲(chǔ)層孔隙度和滲透率相關(guān)圖Fig.4 Correlation diagram of porosity and permeability of Zhongjiangou Formation in Wudun Sag

3 成巖作用與階段劃分

3.1 成巖作用類型

成巖作用是沉積物有效埋藏以后，沉積物中各種流體與巖石中含有的礦物發(fā)生廣泛的物理化學(xué)作用的過(guò)程。成巖作用是影響儲(chǔ)層的重要因素，往往決定了現(xiàn)今儲(chǔ)層的孔喉特征和儲(chǔ)層質(zhì)量。通過(guò)對(duì)常規(guī)薄片、鑄體薄片和掃描電鏡等分析，認(rèn)為五墩凹陷成巖作用類型多樣，主要經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代和破裂等成巖作用，這些成巖作用在不同程度上改善或破壞儲(chǔ)層孔隙。

（1）壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是指沉積物的碎屑顆粒產(chǎn)生新的排列，密度變大，物性變差的作用，機(jī)械壓實(shí)作用貫穿了五墩凹陷整個(gè)成巖過(guò)程，儲(chǔ)層顆粒間以點(diǎn)—線接觸，線接觸和凹凸接觸，喉道為片狀、彎片狀（圖5a），巖石顆粒有明顯的彎曲變形，主要為云母等塑性礦物（圖5b）。接觸關(guān)系上說(shuō)明巖石處于中等壓實(shí)（Athy，1930；Umar et al.，2011），隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，不可逆的使砂巖粒間原生孔隙減少，孔隙度、滲透率隨埋深的增加而不斷降低（圖6），但是當(dāng)深度增加到2 300 m左右（西參1井為例），孔隙度隨深度的增加其降低幅度有所減緩，說(shuō)明壓實(shí)作用不再是影響孔隙度減少的主要原因（Salman et al.，2002；張新春等，2016），但是在整個(gè)成巖過(guò)程中，壓實(shí)作用是五墩凹陷孔隙度降低的主要原因之一。

圖6 孔隙度和滲透率隨深度變化（西參1井）Fig.6 Variation of porosity and permeability with depth（well Xican1）

（2）壓溶作用

研究區(qū)碎屑顆粒主要由變質(zhì)石英巖及石英碎屑組成，壓溶作用較為明顯，主要表現(xiàn)為顆粒間的凹凸接觸、石英次生加大等（圖5c～圖5e），壓溶作用使得中間溝組儲(chǔ)層孔隙度進(jìn)一步降低。

圖5 西參1井成巖作用圖版Fig.5 Diagenesis chart of well Xican1

（3）膠結(jié)作用

根據(jù)巖石薄片和掃描電鏡的觀察結(jié)果，五墩凹陷中間溝組儲(chǔ)層的膠結(jié)作用比較普遍，包括硅質(zhì)膠結(jié)、粘土礦物膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)等。膠結(jié)物類型多樣，有自生粘土礦物、方解石、白云石、鐵方解石、自生石英等。膠結(jié)物含量低，以自生粘土礦物為主，方解石、鐵方解石次之。

1）硅質(zhì)膠結(jié)作用

硅質(zhì)膠結(jié)物基本為石英，在五墩凹陷中下侏羅統(tǒng)地層中較為常見(jiàn)，但含量不高，一般2%～3%，包括碎屑顆粒間的硅質(zhì)膠結(jié)、顆粒接觸處的石英加大邊和孔隙中的石英微晶等。硅質(zhì)膠結(jié)物和石英次生加大邊同時(shí)存在（圖5f）。增生石英含量低，含量約2%，一般圍繞顆粒邊緣生長(zhǎng)，石英次生加大使得粒間孔隙局部變窄，形成喉道，降低顆粒間孔隙的連通性。掃描電鏡下，常見(jiàn)自生石英充填于孔隙中，由孔壁向中央生長(zhǎng)，往往具有良好的晶形（圖5g），自生石英向孔隙空間生產(chǎn)，充填于殘余粒間孔中，堵塞部分孔喉通道，減少儲(chǔ)集空間。

2）粘土礦物膠結(jié)作用

粘土礦物是本區(qū)最主要的膠結(jié)物。粘土礦物X-衍射表明，自生粘土礦物以高嶺石和伊蒙間層為主，次為伊利石和綠泥石。掃描電鏡下高嶺石呈假六邊形片狀，集合體呈書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀，綠泥石和伊利石均呈片狀，伊蒙間層呈絲片狀或片狀。

3）碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽巖膠結(jié)物有方解石、白云石、鐵方解石等。碳酸鹽巖膠結(jié)物含量一般1%～6%，最高可達(dá)20%，以方解石為主，含量一般1%～5%，鏡下呈連晶分布，充填大部分粒間孔隙，原生孔隙幾乎喪失殆盡。局部方解石、鐵方解石膠結(jié)強(qiáng)烈（圖5h～圖5i），含量可達(dá)4%～5%，呈隱晶結(jié)構(gòu)。

4）長(zhǎng)石膠結(jié)作用

掃描電鏡下可以觀察到長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石等自生礦物，充填于粒間孔隙中，形成長(zhǎng)石膠結(jié)作用（圖7）。

圖7 五墩凹陷侏羅系中間溝組一段儲(chǔ)集層粘土礦物鏡下特征Fig.7 Microscopic characteristics of clay minerals in the first member reservoir of Jurassic Zhongjiangou Formation

此外，在薄片下還可觀察到少量的鐵質(zhì)膠結(jié)。鐵質(zhì)膠結(jié)物的產(chǎn)生是云母質(zhì)被溶解后析出鐵離子而產(chǎn)生的（圖5j～圖5k）。

（4）溶蝕作用

溶蝕作用是指沉積物中的易溶礦物受到地層中的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的溶蝕，使得沉積物產(chǎn)生次生孔隙的一種成巖作用。五墩凹陷中間溝組溶蝕作用主要表現(xiàn)為碎屑顆粒的溶蝕和填隙物的溶蝕，本區(qū)的溶蝕作用主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石的溶蝕，長(zhǎng)石由于解理發(fā)育，易形成較多的溶蝕孔洞（劉江斌等，2017；龐軍剛等，2021），長(zhǎng)石顆粒發(fā)生嚴(yán)重溶蝕時(shí)，呈殘留港灣狀、斑點(diǎn)狀（圖5i），主要存在兩種溶蝕形式，一種是沿著長(zhǎng)石顆粒邊緣溶蝕而形成次生孔隙，另一種是沿著長(zhǎng)石解理縫溶蝕。溶蝕作用在一定程度上可以改善儲(chǔ)層的物性，局部形成相對(duì)較好孔滲儲(chǔ)層，但由于溶蝕作用有一定的限度，面孔率低，因此中間溝組儲(chǔ)層致密的整體面貌未能改變。

（5）交代作用

交代作用是指原有的礦物在溶液的參與下由新生礦物所取代的置換現(xiàn)象，在成巖作用的各個(gè)時(shí)期都會(huì)發(fā)生。五墩凹陷中間溝組砂巖中交代作用比較少見(jiàn)，主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖礦物和粘土礦物對(duì)長(zhǎng)石顆粒的交代作用。碳酸鹽巖的交代作用主要表現(xiàn)為方解石、白云石或鐵方解石對(duì)長(zhǎng)石的交代（圖5m）；高嶺石交代現(xiàn)象較為普遍，呈點(diǎn)—片狀集合體交代長(zhǎng)石（圖5n）。

（6）破裂作用

破裂作用是成巖過(guò)程中巖石在外力作用下發(fā)生破裂產(chǎn)生裂縫的作用。薄片下可觀察到粒內(nèi)縫、泥質(zhì)裂縫、長(zhǎng)石解理縫（圖5o）。礫巖多具裂紋，可見(jiàn)礫內(nèi)縫和礫緣縫（圖5p）。由于該區(qū)經(jīng)歷多次抬升，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)多，裂隙普遍發(fā)育，但占儲(chǔ)集空間的比例較小，視面孔率一般在1%以下。

3.2 成巖階段劃分

成巖作用對(duì)生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保6大成藏要素影響最嚴(yán)重的是儲(chǔ)層的質(zhì)量。碎屑巖成巖過(guò)程可以劃分為若干階段，碎屑巖成巖階段是指碎屑沉積物沉積后經(jīng)各種成巖作用改造直至變質(zhì)作用之前所經(jīng)歷的不同地質(zhì)歷史演化階段（朱筱敏，2008）。依據(jù)我國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碎屑巖成巖階段劃分》（SY/T5477-2003），成巖階段主要分為同生成巖階段、早成巖階段（分為A、B兩期）、中成巖階段（分為A、B兩期）、晚成巖階段和表生成巖階段。不同成巖階段劃分的主要依據(jù)有自生礦物分布及形成順序，粘土礦物組合及粘土混層礦物轉(zhuǎn)化程度，巖石的結(jié)構(gòu)特征及孔隙類型，有機(jī)質(zhì)成熟度，古溫度等物理化學(xué)指標(biāo)（應(yīng)鳳祥等，2003；張琴等，2013）。

認(rèn)為五墩凹陷中間溝組儲(chǔ)層目前主要處于中成巖A演化階段，判斷依據(jù)如下：

（1）發(fā)育多種自生粘土礦物

X-衍射分析結(jié)果表明，西參1井侏羅系儲(chǔ)層內(nèi)的自生礦物種類較多，主要發(fā)育中成巖演化階段的自生粘土礦物、自生石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石（圖7）等。

（2）粘土礦物以伊/蒙混層為主

中侏羅統(tǒng)中間溝組儲(chǔ)層粘土礦物以片狀伊/蒙混層、假六邊形片狀、書(shū)頁(yè)狀、手風(fēng)琴狀高嶺石為主，兩者相對(duì)含量之和占粘土礦物總量的60%，其次為伊利石和綠泥石（圖7）。西參1井侏羅系儲(chǔ)層巖樣的伊/蒙混層比值為20%～40%，對(duì)應(yīng)中成巖階段。

（3）流體包裹體溫度

通過(guò)測(cè)定巖石中包裹體的均一溫度，可以推測(cè)成巖作用過(guò)程中的最高溫度（楊鵬等，2016）。五墩凹陷中間溝組一段石英砂巖包裹體的均一溫度分布范圍為80℃～175℃，其主峰區(qū)間為110℃～140℃，大致分布于130℃（圖8），表明了其處于中成巖演化階段。

圖8 西參1井鹽水包裹體均一溫度分布圖Fig.8 Uniform temperature distribution of brine inclusions in well Xican1

（4）烴源巖成熟度（Ro）

從西參1井、墩1井31個(gè)中間溝組烴源巖樣品Ro數(shù)據(jù)上看（圖9），Ro分布的范圍是0.48%～0.86%，均值為0.65%，處于中成巖階段。

圖9 中間溝組烴源巖R o分布圖Fig.9 R o distribution map of source rocks in Zhongjiangou Formation

綜合以上特征，認(rèn)為五墩凹陷中間溝組砂巖儲(chǔ)層成巖演化主體進(jìn)入中成巖階段A期。

4 致密化過(guò)程分析

為定量評(píng)價(jià)不同成巖序列對(duì)孔隙演化的影響，利用大量樣品的物性分析資料，薄片統(tǒng)計(jì)，以成巖演化序列為依托，恢復(fù)了五墩凹陷侏羅系中間溝組儲(chǔ)層的孔隙演化過(guò)程，結(jié)合埋藏史熱史，理清了致密化過(guò)程油氣充注的關(guān)系。

4.1 孔隙演化過(guò)程

（1）恢復(fù)原始孔隙度

原始孔隙度是指沉積物在還未發(fā)生成巖作用之前的孔隙空間。利用Beard and Weyl（1973）提出的原始孔隙計(jì)算公式恢復(fù)五墩凹陷中間溝組砂巖初始孔隙度（Φ0）。

式（1）中，S0為分選系數(shù)，S0=（P25/P75）1/2，P25和P75是砂巖粒度概率曲線上，累積頻率為25%和75%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑大小。本次計(jì)算中的S0由粒度分析實(shí)驗(yàn)獲得。西參1、墩1和墩2共計(jì)47個(gè)粒度分析樣品，分選系數(shù)1.338～2.323，均值為1.84，Φ0=33.35%。

將敦煌盆地五墩凹陷的47個(gè)粒度分析數(shù)據(jù)投在Sneider（Beard and Weyl，1973）圖上（圖10），縱坐標(biāo)為分選系數(shù)，橫坐標(biāo)為粒徑，從圖中可以讀出，墩2井主要為南部扇三角洲近物源沉積，粒度粗，差—中等分選，墩1井為淺水辮狀河三角洲沉積，粒度較墩2井明顯細(xì)，為中—細(xì)粒砂巖，分選中等—好，綜合圖10和公式（1），兩者反映的初始孔隙度比較一致，認(rèn)為五墩凹陷初始孔隙度介于28.3%～35.5%，均值約為33.35%。

圖10 利用Sneider圖計(jì)算五墩凹陷儲(chǔ)層初始孔隙度Fig.10 Calculation of initial porosity of Wudun Sag by Sneider chart

（2）壓實(shí)作用后孔隙度（Φ1）

壓實(shí)作用是降低儲(chǔ)層物性的破壞性成巖作用，其過(guò)程是不可逆的。利用實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙度值（Φc）和薄片鑒定的膠結(jié)物含量（Ct）、粒間孔面孔率（σpm）、總面孔率（σt）和膠結(jié)物溶蝕孔面孔率（σca）可以根據(jù)以下公式計(jì)算壓實(shí)后孔隙度（Φ1）。

經(jīng)計(jì)算9個(gè)樣品經(jīng)壓實(shí)后平均孔隙降為11.2%，壓實(shí)作用導(dǎo)致孔隙度損失了22.15%，損失率（F1）達(dá)到了66.41%?？梢?jiàn)，壓實(shí)作用造成原始孔隙度大幅度降低，是造成現(xiàn)今儲(chǔ)層致密的主要原因。

為進(jìn)一步分析壓實(shí)作用與埋深的相對(duì)關(guān)系，Scherer（1987）通過(guò)對(duì)世界各地428個(gè)巖心樣品分析統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為孔隙度的變化主要與埋藏年代，最大埋藏深度以及分選系數(shù)等參數(shù)有重要關(guān)系，通過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)得出壓實(shí)過(guò)程中的孔隙度（Φ壓）的回歸方程（方少仙等，2006），該式主要適用于埋深大于500 m，并且地質(zhì)年代超過(guò)3 Ma，成巖過(guò)程中受到的剪應(yīng)力較少的砂巖。

Q為碎屑石英體積含量（%），Y為地質(zhì)年代（Ma），H為埋藏深度（m）。根據(jù)五墩凹陷西參1井實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，S0=1.8，取Y=176 Ma，Q為33%。當(dāng)埋深至1 900 m時(shí)，壓實(shí)孔隙度為12.8%，深度至2 300 m時(shí)，孔隙度遞減至11.6%，之后，雖然地層進(jìn)一步加劇埋深，但壓實(shí)作用對(duì)孔隙度的影響相對(duì)較弱。當(dāng)壓實(shí)作用達(dá)到最大時(shí)，孔隙縮減至11.2%。

（3）膠結(jié)作用后孔隙度（Φ2）

膠結(jié)作用是通過(guò)堵塞孔隙，造成儲(chǔ)層物性進(jìn)一步降低的成巖作用，利用實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙度值（Φc）和薄片鑒定的粒間孔面孔率（σpm）、總面孔率（σt），可以根據(jù)以下公式計(jì)算壓實(shí)后孔隙度（Φ2）。

經(jīng)過(guò)對(duì)9個(gè)樣品（表2）的計(jì)算，膠結(jié)作用后，平均孔隙度為6.84%，膠結(jié)作用損失孔隙度為4.36%，膠結(jié)作用孔隙損失率（F2）為13.07%，膠結(jié)作用造成了孔隙度進(jìn)一步降低。

表2 敦煌盆地五墩凹陷中間溝組樣品孔隙度演化參數(shù)Table 2 Porosity evolution parameters of samples in Zhongjiangou Formation，Wudun Sag，Dunhuang Basin.

（4）次生孔隙度（Φ3）

溶蝕作用是能改善儲(chǔ)層物性的建設(shè)性成巖作用，溶蝕作用形成次生孔隙增加孔隙度。溶蝕作用增加的次生孔隙度（Φ3），通過(guò)利用實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙度值（Φc）和薄片鑒定的溶蝕孔面孔率（σd）、總面孔率（σt），可以根據(jù)以下公式計(jì)算溶蝕作用后孔隙度（Φ3）。

經(jīng)計(jì)算，溶蝕作用造成次生孔隙度平均值為1.61%，溶蝕作用一定程度上改善了孔隙度，長(zhǎng)石平均含量為24.52%，為溶蝕作用提供了較為有利的物質(zhì)基礎(chǔ)，由于溶蝕作用發(fā)生時(shí)，巖石受壓實(shí)、膠結(jié)等作用，儲(chǔ)層已經(jīng)相當(dāng)致密，不利于有機(jī)酸的流通，因此溶蝕作用對(duì)次生孔隙的增大作用非常有限。

4.2 油氣充注史

中間溝組砂巖、砂礫巖樣品中，可見(jiàn)大量分布于石英裂隙中的烴類包裹體（楊鵬，2016；蔡利飄，2021），薄片熒光可見(jiàn)土黃色和藍(lán)色兩種顏色包裹體（圖11），通過(guò)對(duì)西參1井砂巖樣品中與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度測(cè)定，認(rèn)為中間溝組油層均一溫度介于80℃～150℃之間，存在80℃～110℃和120℃～150℃兩個(gè)區(qū)間，有90℃和130℃兩個(gè)高峰，具有雙峰特征。結(jié)合西參1井埋藏史與熱演化史（圖12），第一期對(duì)應(yīng)侏羅紀(jì)末期（164～152 Ma），低熟油小范圍充注；第二期對(duì)應(yīng)早白堊世晚期（120～80 Ma），此時(shí)中間溝組油層基本達(dá)到最大埋深，中間溝組烴源巖達(dá)到生排烴高峰期，是中間溝組油層的主要成藏期。

圖11 西參1井鹽水包裹體Fig.11 Brine inclusions in well Xican1

4.3 致密化階段劃分

儲(chǔ)層的致密化過(guò)程是非常復(fù)雜的，各種成巖事件在不同階段均有發(fā)生，為方便分析，抽取關(guān)鍵成巖節(jié)點(diǎn)，結(jié)合油氣充注史，將研究區(qū)中間溝組儲(chǔ)層致密化的過(guò)程分成4個(gè)主要階段，分別為壓實(shí)作用孔隙驟減階段，膠結(jié)作用孔隙緩減階段，溶蝕作用孔隙微增階段和綜合作用儲(chǔ)層致密階段（圖12）。

圖12 致密化過(guò)程綜合圖Fig.12 Comprehensive diagram of densification process

（1）壓實(shí)作用孔隙驟減階段：對(duì)應(yīng)同生成巖期與早成巖階段（Ro＜0.5%），儲(chǔ)層埋深0～1 900 m，大約經(jīng)歷了18 Ma（176～158 Ma），中間溝組油層組迅速由地表埋深至1 900 m，沉降速率達(dá)到了100 m/Ma，相對(duì)快速的沉降造成原生孔隙驟降，孔隙水排除，破壞了早期的水巖環(huán)境，從而一定程度抑制早期的膠結(jié)作用。伴隨盆地的持續(xù)下沉，壓實(shí)作用逐漸增強(qiáng)，早期的膠結(jié)作用相對(duì)較弱，顆粒間缺乏膠結(jié)物的支撐，顆粒緊密排列，巖石孔隙由未固結(jié)前的33.35%驟減至12.8%，該階段儲(chǔ)集空間的以粒間原生孔隙為主。

（2）膠結(jié)作用孔隙緩減階段：對(duì)應(yīng)中成巖A1階段（0.5%＜Ro＜0.7%），該階段中間溝組經(jīng)歷小幅抬升后繼續(xù)沉降，儲(chǔ)層致密化的成巖作用是壓實(shí)—壓溶作用和早期方解石等膠結(jié)作用，隨著埋深的增加，機(jī)械作用繼續(xù)增強(qiáng)，地殼抬升沉降促進(jìn)了地層水流動(dòng)，加劇了膠結(jié)作用，鏡下可見(jiàn)方解石等顆粒充填于粒間孔，石英次生加大等。該階段中間溝組油層組進(jìn)入低熟油生成階段，小規(guī)模的低熟油發(fā)生充注，持續(xù)時(shí)間較短，約5 Ma，在晚侏羅世（150 Ma），地殼抬升過(guò)程中，遭到一定規(guī)模的破壞，該階段后，孔隙度遞減至6.84%，儲(chǔ)層已致密。

（3）溶蝕作用孔隙微增階段：對(duì)應(yīng)中成巖A2階段（Ro＞0.7%）早期，該階段巖石已比較致密機(jī)械壓實(shí)作用基本停止，成巖作用以長(zhǎng)石和巖屑溶蝕作用為主，中間溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖在該階段已成熟，進(jìn)入大量生烴階段，生成大量有機(jī)酸，烴源巖上部覆蓋厚層紅色泥巖，由于生烴膨脹，產(chǎn)生局部壓力，促使其向中間溝組下部油層組運(yùn)移（施輝等，2013），導(dǎo)致儲(chǔ)集層發(fā)生溶蝕，形成次生孔隙，溶蝕作用使孔隙度演變至8.44%。

（4）綜合作用儲(chǔ)層致密階段：對(duì)應(yīng)中成巖A2階段晚期，該階段由于地殼運(yùn)動(dòng)，整體抬升，有一定程度的破裂增孔作用，成巖作用以晚期的鐵方解石、自生石英等膠結(jié)作用，交代作用以及其他各種成巖作用，孔隙度演變至7.5%，儲(chǔ)集層完全致密。

綜上分析，五墩凹陷中間溝組油氣主成藏期為早白堊世晚期（115～90 Ma），此時(shí)儲(chǔ)層孔隙度約為6.84%，已低于10%，為致密儲(chǔ)層（汪洋等，2017），成藏過(guò)程中，溶蝕作用有一定的溶蝕增孔，因此認(rèn)為該區(qū)中間溝組為先致密后成藏，邊成藏邊增孔擴(kuò)滲。

5 結(jié) 論

（1）五墩凹陷中間溝組砂巖類型以高巖屑低長(zhǎng)石為主要特征，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均偏低。儲(chǔ)層物性以特低孔、特低滲—超低滲為主，孔隙度和滲透率呈正相關(guān)。

（2）五墩凹陷中間溝組儲(chǔ)層成巖作用類型多樣，主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用，成巖作用在不程度上影響孔隙的發(fā)育。壓實(shí)作用是造成中間溝組儲(chǔ)層致密最主要的成巖作用，溶蝕作用在一定程度改善了儲(chǔ)層物性。

（3）五墩凹陷中間溝組烴源巖共發(fā)生兩期的油氣充注，第一期發(fā)生在晚侏羅世，低熟油小范圍的充注，第二期發(fā)生在早白堊世晚期，為該區(qū)的主成藏期。

（4）五墩凹陷中間溝組油層致密化過(guò)程可分為4個(gè)主要階段，分別為壓實(shí)作用孔隙驟減階段、膠結(jié)作用孔隙緩減階段、溶蝕作用孔隙微增階段和綜合作用儲(chǔ)層致密階段。油氣主成藏期為早白堊世晚期，此時(shí)孔隙度低于10%，主成藏期與成巖的耦合關(guān)系為先致密后成藏，邊成藏邊增孔擴(kuò)滲。