羌塘盆地南坳陷布曲組白云巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)及其分形特征研究

萬友利，馮興雷，趙 瞻，*，王忠林

（1.自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室 四川 成都 610081；2.沉積地質(zhì)研究室 中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心 四川 成都 610081；3.地球科學(xué)學(xué)院 成都理工大學(xué) 四川 成都 610059）

0 引言

碳酸鹽巖儲層在世界油氣分布中占據(jù)重要地位，占據(jù)了油氣總儲量的50%和總產(chǎn)量的60%以上（Bagrintseva，2015）。相較于碎屑巖儲層（含陸源碎屑細(xì)粒沉積巖）來說，碳酸鹽巖經(jīng)歷了更為復(fù)雜的沉積、成巖和構(gòu)造疊加的改造作用，形成了多尺度、多類型的孔、洞、縫（及其組合的）儲集空間，發(fā)育了復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)（李偉強(qiáng)等，2020），進(jìn)而導(dǎo)致碳酸鹽巖儲層孔滲關(guān)系復(fù)雜化（Weger et al.，2009），即在大多數(shù)情況下，碳酸鹽巖儲層具有復(fù)雜的孔隙形態(tài)和巖石物理特性，非均質(zhì)性極強(qiáng)（Norbisrath et al.，2015；Lai et al.，2019）。復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)給儲層孔滲關(guān)系確定（秦瑞寶等，2015）、儲集能力和產(chǎn)能評價（郭振華等，2011）、以及儲層保護(hù)（萬云等，2008）工作帶來諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了碳酸鹽巖儲層綜合評價。因此，定量評價碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)，包括孔喉半徑分布、孔隙形態(tài)幾何不規(guī)則性，對油氣田勘探開發(fā)具有重大意義（Bansal et al.，2010；Xie et al.，2010；Wang et al.，2012）。前人關(guān)于碳酸鹽巖孔喉結(jié)構(gòu)的研究主要通過直接成像技術(shù)和間接測量方法開展，如通過對薄片、孔滲、壓汞等資料的統(tǒng)計分析，開展孔隙結(jié)構(gòu)分類評價（鄧虎成等，2014；陳昱林等，2018）；通過常規(guī)壓汞實驗獲取的毛管壓力資料（MICP）進(jìn)行孔隙分類，建立排驅(qū)壓力、喉道均值等參數(shù)，結(jié)合測井曲線連續(xù)評價單井孔隙結(jié)構(gòu)（何勝林等，2017；李偉強(qiáng)等，2020）；通過掃描電鏡圖像分析（王瑞飛等，2020）、計算機(jī)斷層掃描（CT）分析產(chǎn)生的二維切片（Kyle and Ketcham，2015；Lai et al.，2017），結(jié)合孔網(wǎng)模型，直觀分析孔隙結(jié)構(gòu)；利用核磁共振測井（王琨等，2020）或?qū)嶒炇液舜殴舱駵y量（NMR）（Daigle et al.，2014；Lai et al.，2017；Zhu et al.，2018）進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)評價。這些研究方法中，直接成像技術(shù)基于數(shù)理統(tǒng)計，需要的實驗數(shù)據(jù)多，無法連續(xù)定量評價；壓汞毛細(xì)管壓力（MICP）是測定儲層孔喉分布最快的方法，但很難建立一種高符合率的擬合關(guān)系式；核磁共振測量（NMR）可以提供總孔隙度、有效孔隙度、滲透率、束縛水和流動水等參數(shù)，CT掃描能夠以非破壞性方式對孔隙和裂縫進(jìn)行三維成像，但這兩種方法價格昂貴，難以廣泛應(yīng)用。

自分形理論提出以來（Mandelbrot，1982），由于其能夠有效地描述具有自相似特征的、復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征中得到了廣泛的應(yīng)用。儲層巖石的孔隙系統(tǒng)具有典型的統(tǒng)計自相似性，具有分形特征（Krohn，1988；Dutta and Tarafdar，2003；Feranie et al.，2011）。采用分形維數(shù)定量描述儲層孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，是通過推導(dǎo)壓汞和分維數(shù)的關(guān)系計算分形維數(shù)，然后統(tǒng)計分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)（如喉道半徑、排驅(qū)壓力）評價儲層非均質(zhì)性，或與其他參數(shù)（如孔隙度、滲透率）聯(lián)合進(jìn)行儲層分類。Katz and Thompsn（1985）基于掃描電鏡圖像分析證實砂巖儲層孔隙具有分形特征，分維數(shù)介于3～4之間。Angulo et al.（1992）采用壓汞實驗計算砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)，其后，壓汞實驗數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)（Li，2010；Lai and Wang，2015；Li et al.，2017）、煤巖孔隙結(jié)構(gòu)（Li et al.，1999；Yao et al.，2009；Cai et al.，2017）分形維數(shù)計算。N2吸附技術(shù)被用于頁巖氣儲層納米級孔隙結(jié)構(gòu)分形分析（Bu et al.，2015；Liang et al.，2015；Liu and Nie，2016）。碳酸鹽巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征也被諸多學(xué)者廣泛研究（Krohn，1988；Xie et al.，2010；Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019；Lu et al.，2021），他們的研究結(jié)果表明碳酸鹽巖孔隙分形維數(shù)越大，其孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，且碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)往往具有多個分形，微孔（r＜50nm）相較于大孔（r＞50nm），往往具有更為復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)（Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019）。

羌塘中生代海相沉積盆地是中國目前勘探程度最低的含油氣盆地，中侏羅統(tǒng)布曲組碳酸鹽巖中發(fā)育整體致密背景下的優(yōu)質(zhì)儲層。前人對其研究主要集中在南羌塘坳陷古油藏帶，分別從沉積環(huán)境（付修根等，2007）、白云巖成因（Wan et al.，2022；劉建清等，2010；伊海生等，2014；萬友利等，2017，2018a，b，2020，2021；季長軍等，2020；孫偉等，2020）、儲層特征（張立強(qiáng)等，2001；王成善等，2004；伊海生等，2004；李啟來等，2013，2014；王羽珂等，2017）、孔隙演化（萬友利等，2017）等方面進(jìn)行。已有的研究成果表明，該套碳酸鹽儲層厚度大、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)（張立強(qiáng)等，2001；王成善等，2004；伊海生等，2004；李啟來等，2013，2014；王羽珂等，2017；萬友利等，2017），嚴(yán)重制約了油氣勘探進(jìn)程。本次研究基于分形理論，以南羌塘坳陷中侏羅統(tǒng)布曲組白云巖為例，通過鑄體薄片鑒定、常規(guī)壓汞分析，探索白云巖孔隙結(jié)構(gòu)分形特征，以期為羌塘盆地碳酸鹽巖儲層評價和有利區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

羌塘盆地位于青藏高原腹地，是在前奧陶系結(jié)晶基底上發(fā)育起來的大型中生界海相沉積盆地（譚富文等，2016）。北以金沙江縫合帶為界與可可西里-松潘地塊相鄰，南以班公湖-怒江縫合帶為界與岡底斯-念青唐古拉山（拉薩）地塊相接（楊日紅等，2000），自北界向南可將盆地分為北緣褶皺沖斷帶、北部坳陷帶、中央隆起帶及南部坳陷帶4個一級構(gòu)造單元（萬友利等，2021），盆地主體呈“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格局，研究區(qū)位于羌塘盆地南部坳陷帶（圖1）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及資料井位置圖（B據(jù)萬友利等，2021修改）Fig.1 Location of studied outcrop and well（B is modified from Wan et al.，2021）

羌塘中生代沉積盆地演化過程與中特提斯洋的構(gòu)造演化過程息息相關(guān)，隨著晚三疊世盆地南側(cè)的班公湖-怒江洋盆又一次打開，至早侏羅世，在羌塘南部地區(qū)發(fā)展成被動大陸邊緣盆地（王劍等，2020），沉積充填了曲色組碎屑巖地層。至中侏羅世巴柔期，由于班公湖-怒江洋盆的進(jìn)一步擴(kuò)張，在羌塘中央隆起帶及以北的大部分剝蝕區(qū)因構(gòu)造沉降而接受沉積，在南部主裂陷帶快速沉降成大陸邊緣盆地，并以狹窄的水道與北部河流-湖泊環(huán)境水體相通，此時羌塘內(nèi)部整體呈“地塹-地壘”結(jié)構(gòu)，南羌塘地區(qū)沉積充填了色哇組細(xì)粒碎屑巖。至中侏羅世巴通期（布曲期），羌塘進(jìn)入持續(xù)均勻沉降階段，南側(cè)班公湖-怒江洋盆的海水大規(guī)模向北海侵、越過中央隆起區(qū)，將南北羌塘連接成統(tǒng)一的被動大陸邊緣坳陷盆地，使得大部分陸源區(qū)被海水淹沒（王劍等，2020；孫偉等，2020），陸源碎屑供給急劇降低，從而發(fā)育了布曲組巨厚層碳酸鹽巖沉積。該次海侵是盆地內(nèi)第一次大規(guī)模海侵，也是規(guī)模最大的一次海侵，整個羌塘盆地幾乎被海水淹沒，隨著陸源碎屑物質(zhì)供給減少，盆地內(nèi)發(fā)育一套炎熱、干旱—半干旱的古氣候背景下穩(wěn)定的碳酸鹽臺地沉積，在研究區(qū)發(fā)育開闊臺地—臺地邊緣相帶具有局限水體的碳酸鹽巖沉積（陳浩等，2018；陳明等，2020）。南羌塘地區(qū)布曲組碳酸鹽巖沉積以后，經(jīng)歷多期次白云石化作用的疊加改造，成為羌塘盆地中生界油氣儲層整體致密背景下的優(yōu)質(zhì)儲層（Wan et al.，2022；王羽珂等，2017；萬友利等，2017）。

2 實驗方法與分形理論

2.1 樣品與實驗方法

本次研究中的20件壓汞實驗樣品來自南羌塘坳陷古油藏帶的QZ11、QZ12井鉆井巖心。在前期工作的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)的白云巖類型與儲集空間類型進(jìn)行系統(tǒng)分類，然后挑選具有代表性的樣品，確保能夠覆蓋研究區(qū)已知的白云巖類型。樣品制備時，首先鉆取直徑為25mm、長度為50mm的小柱，放入酒精和苯的混合液中去除樣品中殘留油；然后將小柱切割成長度為40mm的柱塞，用于常規(guī)物性測試和壓汞實驗，剩余部分用于磨制鑄體薄片。先將柱塞樣品在50℃條件下烘干48h，對樣品進(jìn)行常規(guī)孔隙度、滲透率測定，然后對樣品重新進(jìn)行烘干處理后，進(jìn)行常規(guī)壓汞實驗。

鑄體薄片磨制，常規(guī)孔隙度、滲透率測試，以及壓汞實驗均在成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室”完成，薄片鑒定和掃描電鏡觀察工作在中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心“自然資源部西南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心”完成。常規(guī)物性測試采用AP-608自動滲透率-孔隙度測試儀，用He氣法測定孔隙度和滲透率。壓汞實驗采用Auto PoreⅣ-9500型全自動壓汞儀，實驗最高壓力為3000 psi（204MPa），測量的孔喉半徑范圍在0.0037～360μm。實驗測試條件設(shè)置為：汞表面張力為480mNn／m、接觸角為140°，有1個高壓站和2個低壓站。實驗測試方法和數(shù)據(jù)處理參照標(biāo)準(zhǔn)《巖石毛管壓力曲線的測定》（SY／T 5346—2005）。

2.2 分形原理和計算方法

用壓汞法表征巖石孔喉結(jié)構(gòu)和孔徑分布的基本原理，是通過外加壓力克服非潤濕相進(jìn)入巖心樣品孔隙中的毛管壓力，克服的毛管壓力越大，則進(jìn)汞量越大，能夠進(jìn)入的孔隙半徑越小，進(jìn)汞量則為該進(jìn)汞壓力對應(yīng)的半徑喉道所控制的孔隙體積，孔喉半徑可由Washburn（1921）方程計算：

式中：Pc為毛管壓力（MPa），σ為表面張力（dyne／cm），θ為接觸角（140°）。

根據(jù)分形理論，如果巖石內(nèi)部孔喉空間的分布符合分形特征，孔隙數(shù)目和孔隙半徑滿足關(guān)系（Mandelbrot，1982）：

式中：N（＞r）是半徑大于r的孔隙數(shù)；r是孔喉半徑，單位為μm；rmax為最大孔喉半徑，單位為μm；P（r）為孔喉半徑分布密度函數(shù)；α為比例常數(shù)；D1是大孔分形維數(shù)。

考慮Brooks—Corey模型，基于假設(shè)巖石孔隙空間是由毛細(xì)管束組成（Mandelbrot，1982；Zhang and Weller，2014；Ge et al.，2016），將孔隙半徑小于r的孔隙累計數(shù)目表示為：

式中：Sv是半徑小于r的累計孔隙百分比。

基于常規(guī)壓汞基本原理，將（1）式代入（3）式聯(lián)立，可得：

式中：SHg為進(jìn)汞飽和度，Pmin為與最大孔喉半徑對應(yīng)的毛管壓力（排驅(qū)壓力），單位MPa。

對（4）式兩邊同時取對數(shù)（Zhang and Weller，2014），則有：

或：

即，若巖石孔喉結(jié)構(gòu)符合分形理論，則儲層中的潤濕相飽和度與毛管壓力之間滿足冪函數(shù)關(guān)系，可通過雙對數(shù)坐標(biāo)系下的擬合直線斜率確定其孔喉結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)。

3 實驗結(jié)果

20件樣品的孔隙度、滲透率，以及基于常規(guī)壓汞獲取的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表1?；贖e氣法測定的孔隙度和滲透率，結(jié)果顯示羌塘盆地南坳陷古油藏帶布曲組白云巖的孔隙度（φ）介于2.818%～11.447%之間，平均為6.498%；滲透率（K）介于（0.01～28.432）×10-3μm2，平均為4.574 ×10-3μm2；具有典型的低孔低滲特征，并且20件樣品的孔隙度—滲透率相關(guān)性較差?；趬汗瘜嶒灚@取的樣品孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)表明：研究區(qū)布曲組白云巖樣品的排驅(qū)壓力（Pd）介于0.01～1.27MPa，平均為0.3005MPa；最大連通喉道半徑（rd）介于0.58～91.88μm，90%的樣品最大喉道半徑集中在0.58～5.25μm之間，平均為3.57μm；喉道中值半徑（r50）介于0.0003～0.2214μm，平均0.0158μm；最大進(jìn)汞飽和度（Smax）介于5.25%～90.40%之間，90%的樣品最大進(jìn)汞飽和度＜50%。由于進(jìn)汞飽和度較低，壓汞實驗結(jié)果中的飽和中值壓力（Pc50），是基于J函數(shù)計算獲取，僅用作參考。按照青藏高原碳酸鹽巖類儲層分類評價標(biāo)準(zhǔn)，本次研究的樣品中，僅有21NF-HPMI-10和21NF-HPMI-11樣品分為別Ⅱ、Ⅲ類儲層，其余均為Ⅳ類儲層。

表1 研究區(qū)布曲組白云巖儲層基于壓汞實驗的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Pore-throat structure by high-pressure porosimetry of dolomite core samples in the study area

4 儲層孔隙類型、孔喉結(jié)構(gòu)及其分形特征

4.1 儲集空間類型

圖2研究區(qū)布曲組白云巖儲層儲集空間類型 Fig. 2 The pore types of the Buqu Formation dolomite reservoir in the study area

依據(jù)(鑄體)薄片鑒定和掃描電鏡觀察,并結(jié)合孔形態(tài)和成因類型分析,將研究區(qū)布應(yīng)組白云巖儲集空間類型分為3種主要類型(萬友利等2017)(1)組構(gòu)選擇性孔隙,如品問孔/品溶孔、粒內(nèi)溶孔;(2)非組構(gòu)選擇性孔,如各類生物格架孔溶蝕孔洞及洞穴(3)裂縫。狀產(chǎn)出,孔隙間多相互獨立,局部被方解石充填(圖2A)晶間孔晶間溶孔主要發(fā)育在自形程度較高的白云石晶體之間,呈具有至少1個平直邊的不規(guī)則形態(tài)(圖2B、C),部分被方解石充填,統(tǒng)計表明，這類孔腺在研究區(qū)以細(xì)晶、自形白云巖中最為發(fā)育,也是研究區(qū)最主要的儲集空間類型(李啟來等，

(1)組構(gòu)選擇性孔隙:主要為膏?？?、晶間孔/晶間溶孔,本次研究未在鏡下見到伴生的石膏等蒸發(fā)巖類,但古油藏帶北緣一帶布曲組地層中,多處見有石膏層發(fā)育,前期在中央隆起帶西段北緣嗩吶湖剖面采獲的顆粒白云巖樣品發(fā)育在石膏層之下,表明該類孔隙在研究區(qū)也有發(fā)育,孔隙多呈不規(guī)則2014），隨著白云石晶粒增大，該類孔隙逐漸較少（圖2E、H），掃描電鏡下可見細(xì)晶白云石晶面被明顯溶蝕呈凹凸不平狀（圖2D）。

（2）非組構(gòu)選擇性孔隙：在QZ11井574.00～600.00m井段的巖心上可見形狀不規(guī)則、分布不均勻的，并且切穿原巖組構(gòu)的針孔狀溶蝕孔（萬友利等，2017），甚至在晶間孔發(fā)育的晶粒白云巖中，也伴生有溶蝕擴(kuò)大的溶蝕孔洞（孔隙半徑＞2mm）發(fā)育，導(dǎo)致平面自形白云石晶粒漂浮在孔隙中（圖2B、H）。大型溶蝕洞穴在QZ12井、QK-1孔上發(fā)育較多，如QZ12井巖心底部512.00～600.05m井段、QK-1孔296.10～457.76m井段發(fā)育多套呈“大型溶蝕孔洞-泥晶灰?guī)r頂?shù)装濉钡拿准壭?，在QZ12井上部213.00～4.27m井段中，大型洞穴的發(fā)育多與生物體腔孔內(nèi)的溶蝕作用有關(guān)（圖2F、G）。

（3）裂縫：研究區(qū)裂縫主要包括構(gòu)造縫和溶蝕縫兩種，其中構(gòu)造縫與構(gòu)造運(yùn)動有關(guān)，在QK-1孔的鞍形白云巖段最為發(fā)育，鏡下顯示該類裂縫一般比較平直，切穿白云石晶粒，以雁列狀成組出現(xiàn)（圖2H、I），局部可相互連通呈樹枝狀、網(wǎng)格狀，巖心可見后期構(gòu)造縫切割先期構(gòu)造縫現(xiàn)象。構(gòu)造裂縫產(chǎn)生后，遭受溶蝕性流體改造，可進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大成為相互連通的樹枝狀、網(wǎng)格狀溶蝕縫（圖2I）。

4.2 孔喉結(jié)構(gòu)特征

通過樣品去表皮效應(yīng)后的壓汞（進(jìn)汞）曲線研究布曲組白云巖儲層的孔喉分布曲線，孔喉半徑分布范圍為0.0037～91.88μm（圖3）。按照孔喉分布曲線的形態(tài)將其分為單峰型（Ⅰ）、多峰型（Ⅱ）（圖3E）兩種基本類型，對呈單峰型分布的孔喉曲線，結(jié)合主喉道半徑的分布范圍及其控制的孔隙相對含量，將其進(jìn)一步分為高幅單峰型（Ⅰ1）（圖3B）、低幅度單峰型（Ⅰ2）（圖3C）、低幅單峰—平臺型（Ⅰ3）（圖3D），并將兩種基本類型中主喉道分布范圍較大、單個喉道控制的孔隙相對含量較低且差異不大的樣品歸為低幅平臺型（Ⅲ）（圖3F）。高幅單峰型、低幅單峰型白云巖儲層孔喉半徑主要分布范圍介于0.02～5.25μm，其孔喉分布只有一個峰值，峰值半徑介于0.75～1.5μm之間。低幅單峰—平臺型和低幅平臺型白云巖孔喉主要分布范圍為0.04～5.25μm，其中低幅單峰—平臺型的孔喉分布也僅有一個峰值，峰值半徑介于0.286～1.2μm之間；低幅平臺型的峰值不明顯，可呈單峰（樣品HPMI-01），也可呈多峰（樣品HPMI-02），其主喉道半徑的分布范圍較廣（圖3F）。多峰型白云巖的孔喉分布形態(tài)具2個及以上的峰值，主峰值對應(yīng)的孔喉半徑介于0.28～5.25μm，主要集中在0.28～0.32μm之間。因此，從廣義上說，單峰型白云巖孔喉分布范圍相似，但分布頻率差異較大，表明單峰型白云巖孔喉分布復(fù)雜，層間非均質(zhì)性較強(qiáng)；多峰型白云巖孔喉分布范圍廣，分布頻率差異大，表明多峰型白云巖孔喉分布較單峰型白云巖更為復(fù)雜，非均質(zhì)性也更強(qiáng)。

圖3 研究區(qū)布曲組白云巖儲層孔滲相關(guān)性及孔喉半徑分布特征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

通過對Log10（1-SHg）—Log10Pc曲線上轉(zhuǎn)折點為界進(jìn)行分段線性擬合，獲取擬合線的斜率計算布曲組白云巖孔喉的分形維數(shù)（表2），擬合曲線上具有明顯的轉(zhuǎn)折點，表明布曲組白云巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)具有多個分形特征（Zhao et al.，2017；Wang et al.，2018）。小尺度孔喉的分形維數(shù)分布范圍為2.8946～2.9997，平均值為2.9803，其分形維數(shù)整體較大，均接近于3，表明小尺度孔喉半徑分布復(fù)雜，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，但層間（整體）非均質(zhì)性較弱。大尺度孔喉的分形維數(shù)為2.573～2.986，平均為2.839，結(jié)合孔喉分布曲線形態(tài)，高幅單峰型（Ⅰ1）樣品的分形維數(shù)為2.573～2.873（均值為2.757），低幅單峰型（Ⅰ2）的分形維數(shù)為2.866～2.945（均值為2.907），低幅單峰-平臺型（Ⅰ3）的分形維數(shù)為2.798～2.867（均值為2.839），多峰型（Ⅱ）的分形維數(shù)為2.679～2.986（均值為2.873），低幅平臺型（Ⅲ）的分形維數(shù)為2.89～2.943（均值為2.916）。整體上，大尺度孔喉的分形維數(shù)比小尺度孔喉的分形維數(shù)小，表明布曲組白云巖層內(nèi)大尺度孔喉分布較小尺度孔喉分布的非均質(zhì)性弱，但大尺度孔喉的分形維數(shù)區(qū)間大，樣品間差異明顯，表明布曲組白云巖的大尺度孔喉形態(tài)復(fù)雜多樣，且層間（整體）非均質(zhì)性較小尺度孔喉更強(qiáng)。

4.4 分形曲線轉(zhuǎn)折點

采用式（5）處理去麻皮效應(yīng)后的進(jìn)汞曲線數(shù)據(jù)，采用Log10（1-SHg）—Log10Pc進(jìn)行擬合，獲取分形曲線的斜率（圖4），計算其分形維數(shù)（表2）。結(jié)果表明20件樣品的分形曲線均具有明顯的轉(zhuǎn)折點，轉(zhuǎn)折點將分形曲線分成斜率明顯不同的2段，表明布曲組白云巖孔喉具有多個分形，同時也表明布曲組白云巖的孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層內(nèi)孔喉分布的非均質(zhì)極強(qiáng)。前人關(guān)于儲層孔隙大小、孔喉結(jié)構(gòu)劃分的方案眾多，但不同的分類方案均有各自的使用范疇，本次研究借鑒前人關(guān)于碳酸鹽巖儲層孔隙大小的劃分方案（Wang et al.，2018；Lai et al.，2019；Sha et al.，2019），結(jié)合實際需要，以轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的孔喉半徑為界進(jìn)行劃分，并且為不與前人劃分方案混淆，分別采用大尺度孔喉和小尺度孔喉進(jìn)行宏觀表征。需要指出的是，這里的大尺度或者小尺度的概念，不是一個具體的數(shù)值。

圖4 研究區(qū)布曲組白云巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)分形特征Fig.4 Fractal characteristics of the Buqu Formation dolomite core samples in the study area

統(tǒng)計分形曲線具有明顯轉(zhuǎn)折點的孔喉結(jié)構(gòu)分形特征參數(shù)，表明轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的毛管壓力和喉道半徑分布范圍大（表2），毛管壓力分布范圍0.5～5.15MPa，平均1.412MPa；喉道半徑分布范圍0.14～1.47μm，平均0.767μm。轉(zhuǎn)折點毛管壓力越大，對應(yīng)的轉(zhuǎn)折喉道半徑越小，白云巖儲層的大尺度孔喉分布范圍也就越大。同時，轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的進(jìn)汞飽和度可用于表征樣品中大尺度喉道所連通的孔隙占總孔隙的相對含量，布曲組白云巖樣品的大尺度孔喉含量分布范圍3.48%～75.63%，平均為25.82%，大尺度孔喉的分布范圍較寬，同樣表明布曲組白云巖儲層具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。

表2 研究區(qū)布曲組白云巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)分形特征參數(shù)Table 2 Pore-throat fractal characteristic parameters of dolomite core samples in the study area

5 討論

5.1 轉(zhuǎn)折點的孔喉結(jié)構(gòu)意義

在進(jìn)汞曲線上（圖5），非潤濕相的汞剛開始進(jìn)入樣品的最大孔隙時，所需要克服的毛管壓力最小，此時的進(jìn)汞壓力即為樣品的排驅(qū)壓力，隨后進(jìn)汞飽和度快速增長，不同壓力的進(jìn)汞飽和度增量代表其對應(yīng)喉道所連通的孔隙體積占比。對具單峰型孔喉分布曲線的樣品來說（圖5A），當(dāng)進(jìn)汞壓力逐漸增加，進(jìn)汞飽和度曲線的斜率逐漸變平緩，直至進(jìn)汞壓力達(dá)到M點對應(yīng)的毛管壓力時，進(jìn)汞飽和度曲線的斜率最小，此時對應(yīng)的孔喉分布曲線也達(dá)到峰值N點，其后隨著進(jìn)汞壓力的進(jìn)一步增加，進(jìn)汞飽和度曲線的斜率也隨之增大，對應(yīng)孔喉的進(jìn)汞量減小。對具多峰型孔喉分布曲線樣品來說（圖5B），每一個峰值前后對應(yīng)的進(jìn)汞曲線和飽和度增量曲線均與單峰型樣品具有相同的協(xié)變趨勢。因此，轉(zhuǎn)折點代表著總進(jìn)汞量從快速增加向緩慢增加的拐點，也可以說是代表著飽和度增量（進(jìn)汞增量）由逐漸增大轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u減小的轉(zhuǎn)折點，即在孔喉結(jié)構(gòu)上，從連通性好的大尺度孔喉向連通性差的小尺度孔喉的轉(zhuǎn)換（王偉等，2019，2021）。

圖5 布曲組白云巖壓汞曲線及轉(zhuǎn)折點特征Fig.5 Mercury curve characteristics by high-pressure porosimetry of dolomite core samples in the study area

考慮到研究區(qū)布曲組白云巖樣品的進(jìn)汞飽和度較低，飽和中值半徑和飽和中值壓力是采用J函數(shù)計算獲得（表1），無法通過實驗驗證。因此，本次研究重點關(guān)注轉(zhuǎn)折點孔喉半徑與大尺度孔喉對儲層滲透率的貢獻(xiàn)率之間的關(guān)系（圖6A），以及轉(zhuǎn)折點毛管壓力和樣品排驅(qū)壓力之間的關(guān)系（圖6B）。較大半徑的喉道對儲層滲透能力的貢獻(xiàn)要高于較小半徑喉道的貢獻(xiàn)，轉(zhuǎn)折點喉道半徑代表了孔喉從連通性好的大尺度孔喉向連通性差的小尺度孔喉的轉(zhuǎn)換，大尺度孔喉不僅包括了轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的孔喉，還包括了喉道半徑大于轉(zhuǎn)折點對應(yīng)半徑的喉道，因此大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)率更高。考慮到低幅平臺型（Ⅲ）樣品僅有2件，難以從統(tǒng)計學(xué)意義上進(jìn)行說明，因此，這里討論不含低幅平臺型（Ⅲ）的2件樣品。孔喉分布曲線呈單峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）的白云巖樣品，其轉(zhuǎn)折點喉道半徑與大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)呈明顯的負(fù)相關(guān)，多峰型（Ⅱ）的樣品轉(zhuǎn)折點喉道半徑與大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)呈明顯的正相關(guān)（圖6A）。分析原因認(rèn)為：一方面布曲組白云巖中大尺度孔喉的占比較少，這與總進(jìn)汞飽和度和大尺度孔喉貢獻(xiàn)的進(jìn)汞飽和度均低（表2）是一致的；另一方面，對單峰型白云巖來說，單個白云巖樣品不同半徑的孔喉向轉(zhuǎn)折點集中，大尺度孔喉分布的層內(nèi)非均質(zhì)性較弱，層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，小尺度孔喉分布的層內(nèi)（間）非均質(zhì)性均較強(qiáng)，并且Ⅰ3型的白云巖大尺度孔喉分布的層內(nèi)非均質(zhì)性比Ⅰ1、Ⅰ2型強(qiáng)，因此，轉(zhuǎn)折點的孔喉半徑越小，其累加的大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)率越高；對多峰型白云巖來說，孔喉半徑的多峰分布表明其孔喉分布具有較強(qiáng)的層內(nèi)和層間非均質(zhì)性，且大尺度孔喉分布的層內(nèi)非均質(zhì)性較弱、層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，因此，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)折點喉道半徑與大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)呈正相關(guān)關(guān)系。

圖6 布曲組白云巖孔喉分布轉(zhuǎn)折點特征參數(shù)與排驅(qū)壓力及大尺度孔喉對滲透率的貢獻(xiàn)率關(guān)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

整體來說，布曲組白云巖不同孔喉分布類型的排驅(qū)壓力與轉(zhuǎn)折點的毛管壓力相關(guān)性較好，但Ⅰ1型、Ⅰ2型和Ⅱ型均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，單峰型的Ⅰ3型呈正相關(guān)關(guān)系（圖6B）。一般認(rèn)為，隨著樣品的排驅(qū)壓力增大，樣品的最大喉道半徑隨之變小，孔喉半徑分布范圍整體變窄，對應(yīng)的轉(zhuǎn)折點半徑也隨之變小，即對應(yīng)的轉(zhuǎn)折點毛管壓力隨之增大（王偉等，2021），這與Ⅰ3型樣品的變化是一致的。但對呈負(fù)相關(guān)的白云巖來說，多峰型（Ⅱ型）白云巖樣品的排驅(qū)壓力和轉(zhuǎn)折點毛管壓力與單峰型中Ⅰ1型、Ⅰ2型的分布區(qū)間截然不同，Ⅱ型樣品的排驅(qū)壓力小于單峰型樣品，而轉(zhuǎn)折點毛管壓力卻大于Ⅰ1型、Ⅰ2型。分析原因認(rèn)為，這3類白云巖中較低的排驅(qū)壓力對應(yīng)較大的轉(zhuǎn)折點毛管壓力，表明大于轉(zhuǎn)折點半徑的孔喉數(shù)量較少，小尺度孔喉在白云巖儲層孔隙中占比較高，這也與總進(jìn)汞飽和度和大尺度孔喉貢獻(xiàn)的進(jìn)汞飽和度均低（表2）是一致的。同時也表明多峰型（Ⅱ型）白云巖的大尺度孔喉占比要小于單峰型中Ⅰ1型、Ⅰ2型，多峰型（Ⅱ型）白云巖的儲集空間以小尺度孔喉為主，且Ⅰ3型的白云巖大尺度孔喉分布的層內(nèi)非均質(zhì)性比Ⅰ1、Ⅰ2型強(qiáng)。

5.2 分形維數(shù)與儲層物性的關(guān)系

分形維數(shù)通過定量表征多孔介質(zhì)的復(fù)雜程度，能夠?qū)游⒂^孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性和宏觀的孔隙度、滲透率表征聯(lián)系起來（Li，2017），因此，通過建立分形維數(shù)與儲層孔隙度、滲透率之間的關(guān)系，進(jìn)行儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)表征（楊敬紅等，2013）。本次研究樣品的進(jìn)汞飽和度普遍低于50%，說明布曲組白云巖喉道半徑整體較小，小于壓汞儀量程的微小孔喉占據(jù)更多的比例。對這些小于壓汞儀量程的微小孔喉來說，非潤濕相的汞難以進(jìn)入，但半徑較小的He氣分子則可以輕松通過，從而提高了白云巖的實測孔隙度和滲透率。因此，研究中引入儲層參數(shù)RQI（reservoir quality index）和RQF（reservoir quality factor）的概念（表2），共同從孔隙度和滲透率刻畫布曲組白云巖儲層的孔喉結(jié)構(gòu)和物性特征，RQI表征樣品單位孔隙度上的滲透能力，RQF表征白云巖的有效孔隙度對滲透能力的貢獻(xiàn)（Wang et al.，2018；楊敬紅等，2013）。

建立大尺度孔喉分形維數(shù)與儲層參數(shù)RQI、RQF之間的關(guān)系（圖7），表明不同類型的白云巖大尺度孔喉分形維數(shù)與RQI、RQF之間具有明顯的相關(guān)關(guān)系：單峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）白云巖的大尺度孔喉分形維數(shù)與RQI、RQF呈正相關(guān)關(guān)系，多峰型（Ⅱ）的大尺度孔喉分形維數(shù)與RQI、RQF呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。整體來說，儲層的物性越差，其非均質(zhì)性越強(qiáng)，樣品的孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對應(yīng)的分形維數(shù)也越大。也就是說，大尺度孔喉的分形維數(shù)越大，其對應(yīng)的儲層孔隙度、滲透率均呈越小趨勢。同時，大尺度孔喉是儲層滲透率的主要貢獻(xiàn)者（圖6A），大尺度孔喉是由進(jìn)汞飽和度計算而來，對布曲組白云巖來說，進(jìn)汞飽和度整體偏低，將導(dǎo)致計算的大孔喉對孔隙度的貢獻(xiàn)偏低，同時也說明低滲致密儲層大量發(fā)育的小尺度孔隙，特別是超出壓汞儀最小量程的納米孔對儲層孔隙度的貢獻(xiàn)較大。圖7表明布曲組白云巖儲層單位孔隙度上的滲透能力，以及有效孔隙度對滲透能力的貢獻(xiàn)受大尺度孔喉發(fā)育情況的制約。多峰型（Ⅱ）白云巖的大尺度孔喉分形維數(shù)越小，儲層物性越好，大尺度孔喉占比越多，對儲層整體滲透能力的貢獻(xiàn)越大，說明多峰型白云巖全尺度的孔喉分布更為復(fù)雜。單峰型（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3）白云巖的大尺度孔喉分形維數(shù)越大，其對應(yīng)的孔喉半徑越小，儲層整體物性越差，但累計的大尺度孔喉對儲層整體滲透能力的貢獻(xiàn)增大，這也說明單峰型白云巖的小尺度孔喉分布更為復(fù)雜。

圖7 大尺度孔喉分形維數(shù)與儲層物性參數(shù)相關(guān)性Fig.7 Relationship between fractal dimension of large-scale pore throat and reservoir physical parameters

5.3 分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

通過分析大尺度孔喉分形維數(shù)與排驅(qū)壓力、進(jìn)汞飽和度之間的關(guān)系，可以進(jìn)一步驗證大尺度孔喉分形維數(shù)的地質(zhì)意義。研究區(qū)布曲組白云巖的大尺度孔喉分析維數(shù)與排驅(qū)壓力、進(jìn)汞飽和度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖8），隨著大尺度孔喉分形維數(shù)的增加，布曲組白云巖儲層的排驅(qū)壓力和進(jìn)汞飽和度均逐漸降低，且擬合優(yōu)度較高，而小尺度孔喉分形維數(shù)則與排驅(qū)壓力和進(jìn)汞飽和度等參數(shù)無明顯關(guān)系，表明可用大尺度孔喉的分形維數(shù)表征布曲組白云巖儲層的孔喉結(jié)構(gòu)。同時也表明大尺度孔喉是布曲組白云巖儲層品質(zhì)的主要貢獻(xiàn)者，但儲層中大尺度孔喉分布的非均質(zhì)性較強(qiáng)。僅從總進(jìn)汞飽和度來說（表2），布曲組白云巖儲層樣品的總進(jìn)汞飽和度普遍＜50%，表明小尺度孔喉為布曲組白云巖儲層提供了更多的孔隙度貢獻(xiàn)率，這也是造成通過He氣法實測的布曲組白云巖儲層整體孔隙度較高，但滲透率較低（中—低孔低滲）的主要原因。

圖8 大尺度孔喉分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性Fig.8 Relationship between fractal dimensions and mercury feed saturation of large-scale pore-throat

5.4 孔喉結(jié)構(gòu)與孔隙成因的關(guān)系

白云巖儲層的孔隙形成、充填與保存與先驅(qū)灰?guī)r的原始組構(gòu)、經(jīng)歷的成巖演化過程關(guān)系密切，同時也是造成儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)差異的主要因素。通過分析表明（表1、表2），高幅單峰型（Ⅰ1）樣品為微—粉晶白云巖，大部分樣品具有先驅(qū)灰?guī)r的（殘余）顆粒幻影，結(jié)合儲層演化和孔隙成因分析（Wan et al.，2022；萬友利等，2017），該類樣品的儲集空間為蒸發(fā)鹽類及白云石的溶蝕形成（圖2A），即炎熱、干旱—半干旱的古氣候條件下的濃縮海水，在進(jìn)入埋藏階段之前（準(zhǔn)同生、淺埋藏早期）以濃度擴(kuò)散、滲透回流的方式進(jìn)入淺灘次相的灰?guī)r地層（牟傳龍，2022），以擬態(tài)交代的方式形成微—粉晶白云巖，進(jìn)入埋藏階段后，伴生的蒸發(fā)鹽類被選擇性溶蝕，部分白云石也可能遭受溶蝕，形成鑄?？?，該類孔隙分布不均勻。同時，蒸發(fā)鹽類能夠被溶蝕，說明有溶蝕性流體運(yùn)移的通道，通道成為連通鑄模孔的喉道。若該類孔隙未被后期的方解石充填，則能夠形成具有高幅單峰型（Ⅰ1）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層，若該類孔隙被局部充填（圖2C），則形成具有低幅單峰型（Ⅰ2）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層（表1、表2中樣品03和樣品20）。

布曲組進(jìn)入淺埋藏階段以后，原本不具有白云石化能力的中等鹽度海水，在地溫增溫下克服白云石成核屏障，以等摩爾交代的方式形成細(xì)晶、自形白云巖，此時的晶間孔主要來自對先驅(qū)灰?guī)r孔隙的繼承和調(diào)整（萬友利等，2017）。若此時的晶間孔能夠被保存下來，或者疊加了后期溶蝕性流體對白云石的溶蝕，則形成具有低幅單峰-平臺型（Ⅰ3）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層。隨著埋藏深度的增加，布曲組進(jìn)入埋藏階段晚期或中—深埋藏階段，地層流體以等體積交代的方式交代灰?guī)r形成細(xì)晶半自形白云石（過度白云石化）、中—粗晶它形白云石（圖2E）（Wan et al.，2022），或以重結(jié)晶的方式對先期形成的白云石進(jìn)行改造，形成中—粗晶（不等晶）它形白云石，該類白云巖的儲集空間類型主要為殘余的晶間孔（圖2H）。該階段若以白云石的重結(jié)晶作用為主，其儲集空間主要為殘余晶間孔，形成具有低幅單峰型（Ⅰ2）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層（表1、表2中樣品05、09、13）；若以交代為主，其儲集空間主要為殘余晶間孔，形成具有低幅平臺型（Ⅲ）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層（圖2I），若疊加了后期的溶蝕性流體對白云石的溶蝕改造，則形成具有多峰型（Ⅱ）孔喉結(jié)構(gòu)的儲層。

6 結(jié)論

（1）羌塘盆地南坳陷古油藏帶布曲組白云巖儲層具典型的低孔低滲特征，其儲集空間類型分為組構(gòu)選擇性孔隙、非組構(gòu)選擇性孔隙、裂縫3類。根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)和不同半徑孔喉的占比，將儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為單峰型、多峰型兩種基本形態(tài)，單峰型的孔喉分布較為集中，多峰型的孔喉結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。根據(jù)主孔喉的集中程度和主孔喉半徑的分布范圍，將其進(jìn)一步細(xì)分為高幅度單峰型（Ⅰ1）、低幅度單峰型（Ⅰ2）、多峰型（Ⅱ）、低幅度平臺型（Ⅲ）、以及低幅度單峰—平臺型（Ⅰ3）等5種類型。

（2）布曲組白云巖的孔喉分形曲線具明顯轉(zhuǎn)折點，表明其孔喉結(jié)構(gòu)具多個分形特征。以轉(zhuǎn)折點為界，將其進(jìn)一步劃分為大尺度孔喉和小尺度孔喉。轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的毛管壓力和喉道半徑分布范圍較大，且轉(zhuǎn)折點的毛管壓力和喉道半徑與白云巖微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)性較好，代表連通性好的大尺度孔喉向連通性差的小尺度孔喉的轉(zhuǎn)換。

（3）小尺度孔喉的分形維數(shù)整體較大，分布范圍較為集中，表明小尺度孔喉半徑分布復(fù)雜，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，但層間非均質(zhì)性較弱。大尺度孔喉的分形維數(shù)較小尺度孔喉小，但分布區(qū)間較寬，樣品間差異明顯，表明布曲組白云巖的大尺度孔喉復(fù)雜多樣，層間（整體）非均質(zhì)性較小尺度孔喉強(qiáng)。

（4）布曲組白云巖儲層的孔喉結(jié)構(gòu)與儲層孔隙成因關(guān)系密切，其儲集空間與孔喉結(jié)構(gòu)以沉積形成的碳酸鹽沉積物孔隙為基礎(chǔ)，白云石化作用和溶蝕作用共同控制了儲層孔喉結(jié)構(gòu)的差異性，大尺度孔喉的分形維數(shù)可用于布曲組白云巖儲層的孔喉結(jié)構(gòu)表征，大尺度孔喉分形維數(shù)與布曲組白云巖的儲層參數(shù)RQI、RQF之間的相關(guān)性較好。

（5）多峰型白云巖的大尺度孔喉分形維數(shù)越小，儲層物性越好，大尺度孔喉占比越多對儲層整體滲透能力的貢獻(xiàn)越大，且其全尺度的孔喉分布更為復(fù)雜。單峰型白云巖的大尺度孔喉分形維數(shù)越大，對應(yīng)的孔喉半徑越小，儲層整體物性越差，但其累積的大尺度孔喉對儲層整體滲透能力的貢獻(xiàn)越大，小尺度孔喉分布更為復(fù)雜。

后記：時值中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心（原國土資源部成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所）成立60周年之際，謹(jǐn)以此文向羌塘盆地油氣調(diào)查團(tuán)隊的前輩、同事，向三十年來奮戰(zhàn)在羌塘盆地油氣勘探第一線的地質(zhì)學(xué)家和石油勘探家們致敬！樣品采集得到自然資源實物地質(zhì)資料中心史維鑫高級工程師的鼎力支持，成都理工大學(xué)孟祥豪副教授、成都地質(zhì)調(diào)查中心測試室徐金莎研究員、王坤陽工程師、楊穎工程師承擔(dān)了實驗測試工作，論文撰寫中多次與楊平正高級工程師、孫媛媛副研究員、孫偉高級工程師探討，在此一并表示感謝！