王恩澤，劉國勇，龐雄奇，李昌榮，吳卓雅

（1.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；3.中國石油冀東油田公司，河北唐山 063004）

0 引言

渤海灣盆地是中國最主要的含油氣盆地之一，廣泛發(fā)育富油氣凹陷和區(qū)帶[1]，南堡凹陷是其中一個“小而肥”的富油氣凹陷[2-5]，最新資源評價結(jié)果表明其油氣資源量超過10×108t[6]。近年來，隨著油氣勘探程度的提高，中淺層（3 500 m以淺）油氣產(chǎn)量逐漸下降，中深層（3 500 m以深）油氣勘探成為未來最主要的勘探目標(biāo)[7-12]。隨著深度的增加，砂巖儲集層物性逐漸變差甚至發(fā)生致密化。前人研究認(rèn)為，南堡凹陷有效砂巖儲集層深度下限為4 000 m[3]。但在南堡3號構(gòu)造PG2井區(qū)古近系沙河街組一段（4 248.0～4 257.4 m）鉆探獲日產(chǎn)油118 m3（8 mm油嘴，自然產(chǎn)能）、天然氣11×104m3的高產(chǎn)工業(yè)油氣流，證明南堡凹陷砂巖儲集層在埋深大于4 000 m時仍具有較大勘探潛力。故油田亟需對以往所認(rèn)定的“中深層無效儲集層”進(jìn)行研究。碎屑巖成巖演化是影響儲集層質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[13-14]，明確儲集層成巖特征才能準(zhǔn)確分析中深層優(yōu)質(zhì)儲集層主控因素與成因機(jī)制，從而指導(dǎo)未來油氣勘探。本文選取南堡凹陷3號構(gòu)造沙河街組一段（Es1，整體埋深超過4 000 m）與高尚堡構(gòu)造沙河街組三段（Es3，整體埋深超過3 500 m）砂巖儲集層進(jìn)行對比研究，通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射分析及物性測試等手段，系統(tǒng)分析研究區(qū)儲集層特征與成巖作用，并利用多元回歸定量分析表征南堡凹陷南北不同物源體系優(yōu)質(zhì)砂巖儲集層的主控因素及其影響程度，探討中深層致密背景下優(yōu)質(zhì)儲集層成因機(jī)制，為深層勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海灣盆地是發(fā)育在華北克拉通之上的新生代斷陷湖相盆地，盆地面積約為20×104km2[1,6]，發(fā)育6個次級坳陷，南堡凹陷位于黃驊坳陷北部，南側(cè)以沙壘田凸起分隔，北側(cè)緊鄰西南莊—柏各莊斷層，為北斷南超的單斷脊?fàn)畎枷?，面積為1 932 km2[3,6,15-16]。南堡凹陷發(fā)育8個構(gòu)造帶，本文研究區(qū)位于南堡3號構(gòu)造帶與高尚堡構(gòu)造帶（見圖1）。

南堡凹陷第三系發(fā)育齊全，自下而上可分為古近系沙河街組（Es），東營組（Ed）和新近系的館陶組（Ng）以及明化鎮(zhèn)組（Nm）[4,17]（見圖2）。沙河街組沉積環(huán)境為淺湖—深湖相以及湖相三角洲，東營組沉積環(huán)境為濱淺湖相以及湖相三角洲沉積，館陶組與明化鎮(zhèn)組沉積環(huán)境為河流相沉積，地層巖性特征分布見圖2。

勘探實(shí)踐證實(shí)，南堡凹陷發(fā)育3套烴源巖，分別是Es3，Es1與Ed3（東營組三段）[6,17]。儲集層主要為古近系東營組湖相三角洲與新近系河流相砂體[17]。館陶組火成巖和明化鎮(zhèn)組中廣泛分布的泥巖可作為區(qū)域性蓋層。

2 中深層砂巖沉積儲集層特征

2.1 沉積環(huán)境與巖石學(xué)特征

2.1.1 沉積環(huán)境

圖1 南堡凹陷構(gòu)造略圖（據(jù)文獻(xiàn)[18]修改）

南堡凹陷南部緩坡帶沙一段主要發(fā)育物源來自沙壘田凸起的辮狀河三角洲沉積體系，在南堡3號構(gòu)造主體發(fā)育辮狀河三角洲前緣和前三角洲亞相[12,18]，可細(xì)分為水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂4種沉積微相。水下分流河道表現(xiàn)為底粗頂細(xì)的正粒序特征，自然電位曲線呈箱形和鐘形。河口壩具有粒度向上變粗的特征，自然電位測井曲線呈漏斗狀。席狀砂單層砂體厚度較小，自然電位測井曲線呈指狀。分流間灣巖性主要為暗色泥巖和粉砂巖，自然電位測井曲線呈較平齒狀。水下分流河道與河口壩砂體是本區(qū)主要的油氣儲集砂體。南堡凹陷北部陡坡帶沙三段主要發(fā)育物源來自柏各莊凸起的扇三角洲沉積體系[19]，研究區(qū)分布扇三角洲前緣和前扇三角洲亞相，沉積微相主要為水下分流河道、分流間灣、河口壩等；水下分流河道和河口壩砂體為主要儲集砂體（見圖3）。

圖3 南堡凹陷沙河街組測井沉積微相識別圖（據(jù)文獻(xiàn)[12]、[19]修改）

2.1.2 巖石學(xué)特征

根據(jù)砂巖三端元分法[20]，南堡 3號構(gòu)造沙一段砂巖儲集層以巖屑長石砂巖為主，其次為長石砂巖和長石巖屑砂巖（見圖4）。巖屑主要由變質(zhì)巖碎屑、少量沉積巖和火成巖巖屑組成，成分成熟度較高。巖性為砂礫巖、不等粒中—粗砂巖。顆粒分選系數(shù)較高，平均為1.96。粒度中值為0.078～3.100 mm，平均為0.89 mm。磨圓類型為次圓狀，結(jié)構(gòu)成熟度中等（見表1）。

高尚堡地區(qū)沙三段砂巖儲集層主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖（見圖4），其中巖屑含量較高，主要由火成巖和變質(zhì)巖巖屑組成，沉積巖巖屑含量較少。長石主要由斜長石和鉀長石組成，成分成熟度較低。儲集層顆粒平均分選系數(shù) 1.52，顆粒分選良好。粒度中值為0.09～0.27 mm，平均為0.17 mm。磨圓類型為次棱狀到次圓狀，結(jié)構(gòu)成熟度中等（見表1）。

圖4 南堡凹陷沙河街組巖石學(xué)特征三端元圖

表1 南堡凹陷沙河街組儲集層特征

2.2 儲集層特征

2.2.1 儲集層物性

南堡 3號構(gòu)造沙一段儲集層整體屬于低孔、中—高滲儲集層，高尚堡沙三段儲集層整體屬于致密儲集層（見圖5）。無論是南堡3號構(gòu)造沙一段還是高尚堡沙三段，其孔滲相關(guān)性均較好?？傮w上南堡 3號構(gòu)造沙一段儲集層物性優(yōu)于高尚堡沙三段，特別是砂巖滲透率呈現(xiàn)明顯優(yōu)勢。沙一段儲集層即使是在孔隙度較低的情況下（小于10%），仍具有較高的滲透率（大于100×10-3μm2）（見表1）。

2.2.2 儲集空間類型

圖5 南堡凹陷沙河街組儲集層物性圖

圖6 南堡凹陷沙河街組儲集層儲集空間類型

由鑄體薄片觀察可見，南堡凹陷沙河街組發(fā)育原生孔隙與次生孔隙 2類儲集空間，經(jīng)過成巖作用改造后，原生孔隙形狀較不規(guī)則（見圖6a—圖6d），次生孔隙主要為長石和巖屑顆粒溶蝕形成的不規(guī)則孔隙（見圖6a—圖6e）。同時還可見儲集層微裂縫（見圖6d、圖6f），砂巖中微裂縫對孔隙度的貢獻(xiàn)有限，但卻能顯著提高儲集層滲透率[3]，相比于高尚堡構(gòu)造，南堡3號構(gòu)造沙一段微裂縫更發(fā)育，這也是南堡 3號構(gòu)造沙一段儲集層孔隙度較低，但滲透率卻中—高的原因之一。

南堡 3號構(gòu)造沙一段儲集層以原生孔隙為主，儲集層面孔率為微量（小于1%）至11.2%，平均為4.6%。其中原生面孔率為微量至4.7%，平均值為2.6%。次生溶蝕孔隙面孔率為微量至 8.2%，平均值為 2%（樣品數(shù)為67）。高尚堡沙三段儲集層以次生孔隙為主，儲集層面孔率為微量至9.5%，平均為6.2%。其中原生面孔率從微量至2.7%，平均為1.7%。次生孔隙面孔率為微量至7.2%，平均為4.5%（樣品數(shù)為31）（見表1）。

2.3 成巖作用特征

由于沙河街組整體埋深較大（高尚堡構(gòu)造帶沙三段儲集層大部分大于3 500 m，南堡3號構(gòu)造帶沙一段儲集層大部分超過4 000 m），壓實(shí)作用明顯，顆粒之間接觸關(guān)系主要為線接觸，少部分存在縫合線接觸，儲集層整體壓實(shí)程度較高（見圖7a、圖7b）。

沙河街組儲集層膠結(jié)物主要包括碳酸鹽膠結(jié)物、石英次生加大與黏土礦物。碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石（見圖7e），以孔隙填充物和交代物形式出現(xiàn)。南堡3號構(gòu)造沙一段碳酸鹽膠結(jié)物含量從微量到23.2%，平均值為 5.9%，局部可見鐵方解石（見圖7f）。高尚堡沙三段碳酸鹽膠結(jié)物含量從微量到 27.4%，平均為3.3%，以微晶和填隙物的形式出現(xiàn)。

圖7 南堡凹陷沙河街組儲集層成巖作用特征

石英次生加大是許多含油氣盆地儲集層物性降低的主要原因[21-22]。南堡 3號構(gòu)造沙一段石英膠結(jié)物含量從微量到4.3%，平均為0.9%，而高尚堡沙三段石英膠結(jié)物含量從微量到4.3%，平均為2.0%。石英膠結(jié)物主要表現(xiàn)為微晶石英和石英次生加大（見圖7c、圖7d），自生石英次生加大普遍發(fā)育，并填充了顆粒間孔隙（見圖8a）。

圖8 南堡凹陷沙河街組儲集層黏土礦物類型

沙河街組黏土礦物主要發(fā)育在顆粒表面并充填粒間孔隙。南部沙一段黏土礦物含量范圍較大，為2%～15.7%，平均含量為 7.8%。其中主要以伊蒙混層和伊利石為主（見圖8a—圖8c），伊蒙混層含量為 61%～96%，平均值為77.8%；伊利石含量為3.2%～33.9%，平均為13.9%。少見綠泥石（見圖8d），含量為微量到21%，平均為 5.6%。高嶺石含量較低，鏡下偶見（見圖8e），分布范圍從微量到9%，平均為2.7%。北部沙三段黏土礦物與沙一段差別明顯，整體含量為6.4%～15.5%，平均為11.8%。其中主要以伊蒙混層和高嶺石為主（見圖8g、圖8h），平均含量分別為58.4%和19.2%，其次為綠泥石和伊利石（見圖8f、圖8i），平均含量分別為12.5%和9.0%。

溶蝕作用是深部優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲集層發(fā)育的重要機(jī)制之一[23-26]。研究區(qū)主要溶蝕礦物為長石和巖屑（見圖7g—圖7i），且以長石溶蝕為主。長石顆粒沿邊緣或解理縫溶蝕，形成不規(guī)則粒內(nèi)溶孔。沙一段和沙三段儲集層溶蝕作用都較為普遍，相對而言沙三段儲集層溶蝕作用更為明顯和常見。

2.4 成巖演化序列

按照成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[27]和中國標(biāo)準(zhǔn)分類方案“碎屑巖成巖階段劃分”（ST/T5477-2003），根據(jù)渤海灣盆地古熱流值及相關(guān)邊界參數(shù)[28]，重建了研究區(qū)成巖演化序列[22,29-30]。研究區(qū)儲集層經(jīng)歷了早成巖（深度小于2 km，古地溫小于70 ℃，Ro值小于0.5%）與中成巖階段（深度大于2 km，古地溫大于70 ℃，Ro值大于0.5%）。

南堡 3號構(gòu)造沙一段儲集層早成巖階段成巖作用主要包括機(jī)械壓實(shí)作用及方解石與石英次生加大膠結(jié)作用。壓實(shí)作用是儲集層物性降低的最主要因素。埋藏過程中隨著上覆壓力增加，沉積物受機(jī)械壓實(shí)作用發(fā)生顆粒重排列和接觸關(guān)系變化[24,31]。早成巖階段巖石處于半固結(jié)狀態(tài)，壓實(shí)作用對儲集層物性影響較大。同時方解石作為早期膠結(jié)物開始析出，石英次生加大也開始出現(xiàn)。有研究認(rèn)為早成巖階段成巖作用主要受大氣降水影響[32]，但沙一段儲集層沉積環(huán)境主要為湖泊相與湖相三角洲[3,25]，沉積物很少暴露在大氣降水中，因此，只有少量的長石或巖屑可能受大氣淋濾溶蝕，碎屑顆粒的溶蝕主要來自烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟形成的有機(jī)酸[12,18]。中成巖階段成巖作用包括：強(qiáng)烈的壓實(shí)作用進(jìn)一步減少儲集層物性；石英次生加大進(jìn)一步發(fā)育；伊利石和伊蒙混層的富集；長石等不穩(wěn)定礦物的溶蝕。石英次生加大膠結(jié)作用以及伊利石和伊蒙混層的形成導(dǎo)致了儲集層物性進(jìn)一步變差。長石溶蝕形成了大量次生孔隙，為烴類充注提供了空間。壓實(shí)作用進(jìn)一步降低原始孔隙度并導(dǎo)致韌性顆粒變形，顆粒形成線接觸甚至縫合線接觸。隨著埋藏深度和溫度的升高，烴源巖中干酪根成熟產(chǎn)生的 CO2和有機(jī)酸導(dǎo)致了長石和方解石膠結(jié)物的溶蝕。如前所述，沙一段砂巖中長石含量較高，因此產(chǎn)生了大量次生孔隙，這是次生孔隙形成的主要機(jī)制。之后儲集層進(jìn)入中成巖A2亞段，由于有機(jī)酸濃度的降低，晚期碳酸鹽膠結(jié)物（主要為鐵方解石）形成（見圖9），溶蝕作用減弱，部分溶蝕孔被壓實(shí)與膠結(jié)作用破壞，同時長石溶蝕形成的高嶺石在高溫下向伊利石轉(zhuǎn)化，這也是南堡 3號構(gòu)造伊利石富集的原因[22,33]。

高尚堡沙三段成巖階段特征與南堡 3號構(gòu)造沙一段大體類似，但因高尚堡沙三段埋深相對南堡3號構(gòu)造的沙一段為淺，整體處于中成巖A1亞段，長石與巖屑溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙還未被后期壓實(shí)與膠結(jié)作用大規(guī)模破壞，這也解釋了北部沙三段次生孔隙較為富集的現(xiàn)象。同時由于埋藏深度較淺地溫較低，高嶺石還未完全轉(zhuǎn)化為伊利石，未出現(xiàn)晚期碳酸鹽膠結(jié)物（見圖9）。

3 中深層優(yōu)質(zhì)儲集層主控因素與成因機(jī)制

圖9 南堡凹陷沙河街組儲集層成巖序列與相對優(yōu)質(zhì)儲集層演化模式（修改自文獻(xiàn)[12]、[18-19]）

一般而言，隨著埋深的增加，儲集層物性逐漸變差，絕大多數(shù)中深層儲集層的物性都遠(yuǎn)差于相同地區(qū)淺層儲集層。但是在某些條件下，中深層依然存在相對優(yōu)質(zhì)儲集層[12,18]，而這些儲集層是否發(fā)育是決定中深層油氣系統(tǒng)資源潛力的決定性因素之一[18]。中深層相對優(yōu)質(zhì)儲集層的形成機(jī)理較為復(fù)雜，根據(jù)目前國內(nèi)外研究成果，中深層優(yōu)質(zhì)儲集層的形成機(jī)制主要包括：原始沉積條件[12]；深層溶蝕作用[18,26]；異常高壓[25]；烴類早期充注[25]；砂泥配置[18,23]和構(gòu)造裂縫的存在[22-23,26]。針對不同研究區(qū)，其中深層相對優(yōu)質(zhì)儲集層形成機(jī)理也不盡相同；對于同一研究區(qū)，不同的影響因素可能共同作用于同一目的層。因此，本節(jié)在傳統(tǒng)主控因素分析的基礎(chǔ)之上，通過數(shù)學(xué)地質(zhì)的方法，精細(xì)刻畫了不同影響因素對于研究區(qū)儲集層影響的相對大小，進(jìn)而揭示控制南堡凹陷中深層相對優(yōu)質(zhì)儲集層形成的成因機(jī)制并對有利勘探區(qū)進(jìn)行了預(yù)測。

3.1 優(yōu)質(zhì)儲集層主控因素

3.1.1 沉積環(huán)境以及巖石原始組分和結(jié)構(gòu)對優(yōu)質(zhì)儲集層的控制

圖10 南堡凹陷高尚堡構(gòu)造Es33亞段沉積微相（a）與砂巖儲集層厚度（b）圖

有利的沉積環(huán)境有助于砂體的發(fā)育。以高尚堡構(gòu)造帶 Es33亞段為例，其沉積微相圖與砂巖儲集層平面分布如圖10所示。水下分流河道微相主要集中在構(gòu)造帶的東部和東北部，河口壩也普遍發(fā)育，席狀砂分布較少，分流間灣分布于構(gòu)造帶南部和西部。砂巖儲集層的沉積厚度與沉積微相的平面分布具有較好的相關(guān)性。沉積環(huán)境即能影響沉積砂體規(guī)模，也可以控制儲集層的巖石結(jié)構(gòu)（粒度與分選性），進(jìn)而影響儲集層的原始物性[22,26-27,34]。與低能環(huán)境（間灣）相比，強(qiáng)水動力沉積環(huán)境（水下分流河道）中沉積物粒度粗，普遍具有更好的抗壓實(shí)能力[14,26]。根據(jù)沙一段儲集層不同沉積微相物性（粒徑，孔隙度和滲透率）統(tǒng)計結(jié)果顯示，水下分流河道粒度最粗，粒度中值為1.06 mm，分選性相對較好。砂巖孔隙度為12%～16%，平均為13.1%。滲透率為（40～640）×10-3μm2，平均為 60.4×10-3μm2。在鑄體薄片中可觀察到大量原生孔隙（見圖11），指示了儲集層具較好的物性。相對于水下分流河道，河口壩和席狀砂粒徑較小，物性較差，鑄體薄片也顯示儲集層不發(fā)育孔隙（見圖11）。相同的規(guī)律也在沙三段致密儲集層有所體現(xiàn)，對于水下分流河道、河口壩和席狀砂，儲集層孔隙度，滲透率和粒度中值分別為：13.4%，2.52×10-3μm2，0.21 mm；10.1%，0.74×10-3μm2，0.19 mm；9.2%，1.1×10-3μm2，0.17 mm。

圖11 南堡凹陷3號構(gòu)造Es1沉積微相與儲集層性質(zhì)圖[18]

3.1.2 成巖作用對于優(yōu)質(zhì)儲集層的影響

3.1.2.1 壓實(shí)作用對儲集層的影響

通過儲集層粒間體積與膠結(jié)物含量可以進(jìn)一步計算儲集層的壓實(shí)和膠結(jié)率，而根據(jù)壓實(shí)和膠結(jié)率即可明確兩個成巖作用對于儲集層孔隙度劣質(zhì)化的相對貢獻(xiàn)。結(jié)果表明：儲集層孔隙度降低主要由于壓實(shí)作用，只有極少數(shù)樣品受膠結(jié)作用影響較大。研究區(qū)儲集層壓實(shí)率為53.5%～95.1%，平均為69.1%。而膠結(jié)率為微量至31.2%，平均為7.7%，因此壓實(shí)作用為孔隙度劣質(zhì)化的主要機(jī)制，抗壓實(shí)能力成為了優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的先決條件。

儲集層巖石原始組分從一定程度上決定了儲集層抗壓實(shí)能力，一般剛性顆粒（石英與變質(zhì)巖巖屑）含量較高時，巖石抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，有利于原生孔隙保存[12,25]。根據(jù)剛性顆粒含量與壓實(shí)率統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知（見表2），由于沙一段儲集層剛性顆粒含量整體高于沙三段儲集層，沙一段儲集層整體壓實(shí)程度相較于沙三段儲集層低，故沙一段儲集層仍然存有大量原生孔隙，而沙三段儲集層以次生溶蝕孔為主。南堡 3號構(gòu)造沙一段母巖來自太古宇花崗巖[3]，儲集層石英含量和變質(zhì)巖巖屑含量高于高尚堡沙三段儲集層，因此沙一段儲集層整體剛性顆粒含量大于沙三段（沙一段為52.4%，沙三段為43.8%），抗壓?？變?yōu)勢明顯，控制了中深層優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育。

表2 南堡凹陷沙河街組儲集層成巖作用程度與巖石學(xué)特征統(tǒng)計表

3.1.2.2 膠結(jié)作用對儲集層的影響

膠結(jié)作用對于儲集層質(zhì)量有重大影響[22-23,26,34]，沙河街組儲集層受不同程度膠結(jié)作用的影響。碳酸鹽膠結(jié)物是研究區(qū)最主要的膠結(jié)物，其中沙一段可識別出2期碳酸鹽巖膠結(jié)，而沙三段僅有1期。沙三段第1期膠結(jié)物主要來源于地層水，部分樣品存在連晶式膠結(jié)（見圖7e），早期膠結(jié)作用限制了后期壓實(shí)作用，碳酸鹽膠結(jié)物充填粒間孔隙并堵塞喉道，對儲集層物性有消極影響。在南堡3號構(gòu)造沙一段儲集層可以觀察到第2期碳酸鹽膠結(jié)物，隨著成巖演化，有機(jī)酸與長石反應(yīng)被大量消耗，地層水向堿性轉(zhuǎn)變，晚期碳酸鹽膠結(jié)物（主要為鐵方解石）在長石以及早期方解石膠結(jié)物溶蝕孔中沉淀出現(xiàn)。由于晚期膠結(jié)物出現(xiàn)時間晚于有機(jī)酸大量充注（見圖9），其難以被有機(jī)酸溶蝕[25]，從而影響儲集層物性。

3.1.2.3 溶蝕作用對儲集層的影響

溶蝕作用對于中深層優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育有重要積極意義[12,18,22-23,26,35]。沙一段與沙三段在砂巖儲集層發(fā)育的同時也是南堡凹陷最主要的兩套烴源巖[5,36-37]，烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟釋放大量有機(jī)酸，促使大規(guī)模溶蝕作用的發(fā)生。強(qiáng)水動力沉積環(huán)境（水下分流河道）形成的砂體原始物性與孔隙連通性相對較好，有利于酸性流體的流動，為溶蝕作用提供了便利條件[34]。高嶺石可以指示長石溶蝕作用[12,18,24]，高尚堡沙三段儲集層高嶺石較為富集（平均值為19.2%），也反映了較強(qiáng)的溶蝕作用。根據(jù)成巖作用與巖石學(xué)特征統(tǒng)計，溶蝕作用對于沙一段和沙三段儲集層都具有重要的建設(shè)性作用。沙三段儲集層長石含量要明顯低于沙一段儲集層，但是其溶蝕率相較于沙一段儲集層有明顯優(yōu)勢（見表2）。其原因是沙三段是南堡凹陷生烴能力最強(qiáng)的烴源巖[5]，其在熱演化過程中形成了大量有機(jī)酸，而本身儲集層中具有一定量長石，為溶蝕作用的廣泛發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)長石含量與儲集層溶蝕率關(guān)系表明，長石的富集進(jìn)一步促進(jìn)了次生孔隙的發(fā)育（見圖12）。同時，相比于沙一段儲集層，沙三段儲集層擬合公式斜率和相關(guān)系數(shù)均較大，表明了長石溶蝕對于沙三段儲集層的建設(shè)作用更為明顯。鑄體薄片中大量分布的粒間和粒內(nèi)溶孔（見圖7h）和較高的次生面孔率（平均為4.5%）表明了沙三段儲集層中長石受到了嚴(yán)重溶蝕。溶蝕作用對高尚堡沙三段儲集層的改善作用優(yōu)于南堡三號構(gòu)造沙一段[19]。

圖12 南堡凹陷沙河街組長石含量與溶蝕率關(guān)系圖

3.2 優(yōu)質(zhì)儲集層影響因素定量表征

儲集層物性受多方面因素共同控制，沉積環(huán)境和母巖性質(zhì)決定了其粒徑與分選磨圓程度及儲集層成分[12,24]。成巖作用在沉積作用基礎(chǔ)之上對儲集層物性進(jìn)行進(jìn)一步地改造[12,18,22,26]，兩者協(xié)同影響了儲集層質(zhì)量。目前儲集層主控因素分析普遍使用單因素與儲集層物性相關(guān)性分析，該種方法在一定程度上反映了某種因素對于儲集層物性的影響，但無法定量表征各因素作用的相對大小，從而無法準(zhǔn)確揭示優(yōu)質(zhì)儲集層形成的成因機(jī)制。本文采用多元統(tǒng)計回歸分析方法，分析了多變量對儲集層的綜合控制作用。選取了上文所述的主要控制因素，包括：沉積因素（石英含量，長石含量，剛性巖屑含量，軟質(zhì)巖屑含量，粒徑，分選系數(shù)）和成巖作用因素（壓實(shí)率，膠結(jié)率，溶蝕率）等參數(shù)來代表上文所討論的主控因素，根據(jù)研究區(qū)沙三段和沙一段儲集層的實(shí)測數(shù)據(jù)，通過SPSS軟件中的多元線性回歸功能，擬合各個參數(shù)與儲集層孔隙度的關(guān)系，分別得到沙一段與沙三段砂巖儲集層孔隙度與各參數(shù)關(guān)系式（見表3），影響因素系數(shù)的正負(fù)分別代表了建設(shè)性與破壞性影響因素，而系數(shù)絕對值的大小代表了影響的程度，絕對值越大則對于儲集層物性的影響越顯著。由此筆者對優(yōu)質(zhì)儲集層的主控因素進(jìn)行了定量表征，以便于對優(yōu)質(zhì)儲集層的成因機(jī)制進(jìn)行探討。

表3 南堡凹陷沙河街組儲集層物性主控因素多元回歸分析統(tǒng)計

在孔隙度多元回歸方程中，影響因素的作用和程度由方程中對應(yīng)參數(shù)體現(xiàn)。對于沙一段儲集層，建設(shè)性因素從大到小分別為：粒徑、溶蝕率、石英含量、長石含量、剛性巖屑含量；破壞性因素從大到小分別為：壓實(shí)率、膠結(jié)率、分選系數(shù)、軟質(zhì)巖屑含量，該多元回歸方程相關(guān)系數(shù)為 0.452。對沙三段儲集層而言，建設(shè)性因素從大到小分別為：溶蝕率、粒徑、長石含量、石英含量、剛性巖屑含量；破壞性因素從大到小分別為：壓實(shí)率、膠結(jié)率、分選系數(shù)、軟質(zhì)巖屑含量，該多元回歸方程相關(guān)系數(shù)為0.396。

3.3 南堡凹陷沙河街組優(yōu)質(zhì)儲集層成因機(jī)制

根據(jù)上文所述儲集層主控因素及影響因素定量表征結(jié)果分析了研究區(qū)沙一段和沙三段儲集層的成因機(jī)制。

對于南堡 3號構(gòu)造帶沙一段儲集層而言，儲集層物性整體較好，屬于低孔、中高滲儲集層（孔隙度為13.4%，滲透率為170.33×10-3μm2），孔隙以原生孔隙為主。原始沉積環(huán)境對于儲集層質(zhì)量有明顯控制作用，優(yōu)質(zhì)儲集層主要發(fā)育在水下分流河道微相，強(qiáng)水動力環(huán)境對應(yīng)儲集層粒度中值較大，抗壓實(shí)能力變強(qiáng)，原生孔隙得以較大程度的保存；而弱水動力沉積環(huán)境儲集層（河口壩與席狀砂）的粒度中值相對較小，抗壓實(shí)能力較差，儲集層物性相對較差。同時，母巖提供的高剛性顆粒含量保證了儲集層的抗壓實(shí)能力，而后期的溶蝕作用進(jìn)一步改善了儲集層的物性條件。因此，有利的沉積微相、溶蝕作用的發(fā)育和高含量剛性顆粒共同控制了南堡3號構(gòu)造中深層優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育[12,18]；而根據(jù)前文所得儲集層物性定量表征公式可知，粒徑和石英含量相對于溶蝕率與長石含量而言，對于沙一段儲集層物性的影響更大。因此，表明了對于沙一段儲集層而言，較大粒徑顆粒和高剛性顆粒含量（石英和剛性巖屑）帶來的強(qiáng)抗壓實(shí)能力相對于溶蝕作用更為顯著。南堡 3號構(gòu)造沙一段中深層優(yōu)質(zhì)儲集層的成因機(jī)制可概括為：抗壓實(shí)?？鬃饔脼橹鲗?dǎo)，溶蝕增孔作用為輔。

對于高尚堡構(gòu)造帶沙三段儲集層，儲集層物性整體致密（孔隙度為9.79%，滲透率為0.48×10-3μm2），儲集空間以次生孔隙為主。原始沉積環(huán)境對于儲集層優(yōu)劣有一定控制作用。由于主要的儲集空間類型為次生溶蝕孔，致密儲集層局部的有利勘探區(qū)主要受控于溶蝕作用強(qiáng)度，強(qiáng)烈的溶蝕作用在致密儲集層中形成局部有利勘探區(qū)。同時，從儲集層物性定量表達(dá)式可見，溶蝕率和長石含量對于儲集層物性有著顯著的控制作用，表明了對于沙三段儲集層而言，相對于抗壓實(shí)?？啄芰?，次生溶蝕作用對于儲集層物性的改善更為明顯。致密儲集層有利勘探區(qū)成因機(jī)制主要為溶蝕增孔作用[19]，沉積環(huán)境與剛性顆粒?？鬃饔脼檩o。

由于儲集層成因機(jī)制的差別，儲集層物性差異較大。相比于高尚堡構(gòu)造沙三段儲集層，南堡 3號構(gòu)造沙一段砂巖儲集層成巖演化階段更高，部分次生溶蝕孔隙被后期壓實(shí)和膠結(jié)作用破壞，其次生面孔率遠(yuǎn)小于高尚堡沙三段砂巖。南堡 3號構(gòu)造沙一段優(yōu)質(zhì)儲集層主要受控于原始沉積作用提供的強(qiáng)抗壓實(shí)能力，更多的原生孔隙在埋藏過程中被保存下來。相比于次生孔隙，原生孔隙具有更好的連通性[38]，同時微裂縫發(fā)育，因此儲集層具有中高滲的特點(diǎn)。而高尚堡地區(qū)致密砂巖有利勘探區(qū)的形成主要受控于次生溶蝕作用，雖然其成巖演化程度相對較低，次生孔隙得以保存，但次生孔隙連通性相對較差，同時沉積物整體粒度較小，剛性顆粒含量（石英與變質(zhì)巖巖屑）低[3,18]，儲集層抗壓實(shí)能力較差，不利于微裂縫形成，儲集層質(zhì)量低于南堡沙一段砂巖。

3.4 南堡凹陷沙河街組未來有利勘探區(qū)預(yù)測

由于不同構(gòu)造帶的相對優(yōu)質(zhì)儲集層形成機(jī)制不同，因此其有利勘探區(qū)的預(yù)測原則也不同。針對南堡3號構(gòu)造的沙一段儲集層，沉積環(huán)境是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的最主要控制因素。因此在預(yù)測其有利勘探區(qū)時，應(yīng)以沉積微相為指導(dǎo)，選取最為有利的沉積環(huán)境作為未來勘探的區(qū)域。本文以南堡3號構(gòu)造Es11亞段為例，選擇水下分流河道作為 1級有利勘探區(qū)（最有利勘探區(qū)），以河口壩和席狀砂作為2級有利勘探區(qū)（有利勘探區(qū)），以分流間灣作為非有利勘探區(qū)（見圖13a）。而對于高尚堡沙三段儲集層，雖然其原始沉積環(huán)境對于優(yōu)質(zhì)儲集層有一定的控制作用，但更主要的受控于溶蝕作用強(qiáng)度，強(qiáng)烈的溶蝕作用在致密儲集層中形成局部有利勘探區(qū)。因此其有利勘探區(qū)的預(yù)測應(yīng)以沉積環(huán)境為基礎(chǔ)，同時疊加溶蝕作用強(qiáng)度。由于研究區(qū)沙三段溶蝕主要來自于烴源巖熱演化產(chǎn)生的有機(jī)酸，故本文選擇烴源巖排烴強(qiáng)度作為衡量溶蝕強(qiáng)度的參數(shù)，其排烴強(qiáng)度越大，則產(chǎn)生的有機(jī)酸越多，儲集層越容易發(fā)生溶蝕作用。根據(jù)沙三段烴源巖排烴強(qiáng)度與儲集層沉積微相，以Es33亞段為例將儲集層劃分為1，2和3級（相對有利勘探區(qū)）有利勘探區(qū)和非有利勘探區(qū)（見圖13b）。

本次研究探討了同一凹陷內(nèi)兩套不同相對優(yōu)質(zhì)儲集層的成因機(jī)制。研究表明，盡管是同一凹陷不同區(qū)帶、不同層系優(yōu)質(zhì)儲集層成因機(jī)制也不盡相同，應(yīng)在明確儲集層成因機(jī)制的前提下進(jìn)行優(yōu)質(zhì)儲集層有利區(qū)預(yù)測。

綜上所述，深層碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的因素較多，筆者認(rèn)為中國東部斷陷盆地深層碎屑巖勘探仍然具有很大潛力，未來應(yīng)根據(jù)中深層碎屑巖儲集層發(fā)育的成因機(jī)制預(yù)測相對優(yōu)質(zhì)儲集層的空間分布，進(jìn)而指導(dǎo)油氣高效勘探。

圖13 南堡凹陷沙河街組油氣有利勘探區(qū)示意圖

4 結(jié)論

南堡凹陷沙河街組儲集層以碎屑巖為主，南堡 3號構(gòu)造沙一段為辮狀河三角洲前緣沉積，以巖屑長石砂巖為主，儲集空間主要為原生孔隙，屬于低孔、中高滲儲集層；高尚堡沙三段為扇三角洲前緣沉積，以長石巖屑砂巖為主，局部發(fā)育次生孔隙，屬于致密儲集層，但局部發(fā)育致密儲集層有利勘探區(qū)。

南堡凹陷沙河街組儲集層整體處于中成巖階段 A期，其中南堡3號構(gòu)造沙一段儲集層處于中成巖A2亞段，高尚堡沙三段儲集層處于中成巖A1亞段。主要包括 3種成巖作用，分別為壓實(shí)作用，膠結(jié)作用和溶蝕作用，其中壓實(shí)作用是研究區(qū)儲集層物性劣質(zhì)化最主要的因素，膠結(jié)作用對于儲集層有一定破壞性影響，溶蝕作用在很大程度上提升了儲集層的物性。

南堡 3號構(gòu)造沙一段深層優(yōu)質(zhì)儲集層的成因機(jī)制可以概括為：抗壓實(shí)?？鬃饔脼橹鲗?dǎo)，溶蝕增孔作用為輔；高尚堡構(gòu)造帶致密儲集層有利勘探區(qū)的成因機(jī)制主要為溶蝕增孔作用，沉積環(huán)境與剛性顆粒?？鬃饔脼檩o?？箟簩?shí)作用和溶蝕作用是研究區(qū)中深層碎屑巖優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的重要因素，未來中深層油氣勘探更應(yīng)著重關(guān)注強(qiáng)水動力環(huán)境中粗粒沉積和高排烴強(qiáng)度區(qū)的碎屑沉積儲集層。

符號注釋：

C——膠結(jié)率，%；D——溶蝕率，%；F——長石含量，%；H——剛性巖屑含量，%；M——粒徑，mm；P——壓實(shí)率，%；Q——石英含量，%；R——相關(guān)系數(shù)，無因次；RLLD——深側(cè)向電阻率，Ω·m；S——軟質(zhì)巖屑含量，%；SC——分選系數(shù)，無因次；SP——自然單位，API；φ——孔隙度，%。