范彩偉，曹江駿，羅靜蘭，李珊珊，吳仕玖，代龍，侯靜嫻，毛倩茹

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，西安 710069）

0 引言

異常高壓作為地層壓力系統(tǒng)中一種特有的現(xiàn)象，于1951年在美國墨西哥灣被發(fā)現(xiàn)[1]以來的70余年時間里，一直是含油氣盆地研究的熱點。異常高壓對儲集層壓實作用強度[2]、黏土礦物轉(zhuǎn)化及膠結(jié)作用[3-4]、烴源巖生烴窗口及生烴時間、溶蝕作用強度[5-6]、裂縫發(fā)育及儲集層滲流能力[7]均有重要影響，并直接影響了儲集層的質(zhì)量。一般而言，異常高壓環(huán)境下儲集層應(yīng)具有較好的物性，優(yōu)質(zhì)儲集層更發(fā)育。但在實際勘探中，異常高壓背景下仍然存在與常壓下相似的低孔、低滲，特低孔、特低滲儲集層，并表現(xiàn)出較強的非均質(zhì)性。因此，研究異常高壓下儲集層非均質(zhì)性特征及其影響因素，對弄清異常高壓盆地中深層優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育機制、預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲集層分布至關(guān)重要。

中國的異常高壓地層多分布于海相多旋回疊合盆地中。鶯歌海盆地是中國異常高壓盆地的典型代表，隨著勘探開發(fā)力度的不斷加大，相繼在 DF、LD等區(qū)塊發(fā)現(xiàn)一系列大氣田。特別是近年來，中海石油（中國）有限公司湛江分公司在LD區(qū)塊中新統(tǒng)黃流組海相重力流砂體中勘探再獲突破，并發(fā)現(xiàn)了 LD10區(qū)大氣田。前人針對黃流組的研究主要集中在儲集層沉積特征及砂體發(fā)育機制[8-9]、異常高壓對儲集層成巖作用的影響[10]、儲集層特征及優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育機理[11]、儲集層地層水特征與油氣關(guān)系[12]、異常高壓下儲集層孔喉結(jié)構(gòu)特征[13]、異常高孔帶分布與油氣有利聚集區(qū)等方面[14-15]，針對異常高壓下儲集層非均質(zhì)性的研究相對薄弱。本文以鶯歌海盆地LD10區(qū)中新統(tǒng)黃流組為研究對象，在儲集層微觀特征研究基礎(chǔ)上，分析儲集層非均質(zhì)性特征及其演化過程，明確非均質(zhì)性的影響因素，為LD10區(qū)黃流組優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育機理、有利儲集層分布預(yù)測提供借鑒與思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 盆地構(gòu)造單元與地層及沉積特征

鶯歌海盆地為北西—南東向的新生代高溫（地溫梯度約4.6 ℃/100 m）、異常高壓（壓力系數(shù)最高可達2.3）轉(zhuǎn)換-伸展盆地，總面積約11.3×104km2[16-17]，是中國海上天然氣勘探的主要區(qū)域之一。該盆地自西向東由鶯西斜坡、中央坳陷、鶯東斜坡 3個一級構(gòu)造單元組成。LD10區(qū)位于中央坳陷的底辟構(gòu)造帶與鶯東斜坡帶之間的凹陷斜坡帶（見圖1a），其構(gòu)造演化經(jīng)歷了裂陷期與裂后期兩大階段，裂陷期包括斷陷期（距今28.5～66.0 Ma）與斷拗期（距今23.0～28.5 Ma），裂后期包括熱沉降期（距今 5.5～28.5 Ma）與加速熱沉降期（距今0～5.5 Ma）[18]。盆地具有強烈沉降、快速充填、高溫超壓、底辟發(fā)育等顯著特征，自下而上依次沉積了古近系始新統(tǒng)嶺頭組（E2l），漸新統(tǒng)崖城組（E3y）、陵水組（E3l），新近系中新統(tǒng)三亞組（N1s）、梅山組（N1m）、黃流組（N1h），上新統(tǒng)鶯歌海組（N2y）及第四系的樂東組（Ql）（見圖 1b），沉積厚度約 17 km[16]。黃流組發(fā)育淺海相峽谷水道、海底扇等2 種沉積類型。LD10區(qū)黃流組二段（N1h2）為峽谷水道沉積，平面上整體沿盆地長軸方向呈北西向展布，海底扇在黃一段（N1h1）、黃二段都有發(fā)育[19]，其中的深水重力流砂體為研究區(qū)天然氣勘探的主要目標。

1.2 地層壓力分布

鶯歌海盆地普遍發(fā)育異常高壓。前人研究表明，盆地晚期的快速沉降是異常高壓形成的重要條件，以泥巖欠壓實作用為主，構(gòu)造擠壓、流體熱增壓及烴類充注等多種作用為輔是異常高壓形成的主要原因[20]。根據(jù)中國海洋石油總公司企業(yè)標準 Q/HS 1023—2007《地層壓力預(yù)測和檢測技術(shù)指南》中的壓力劃分標準，將地層壓力分為常壓帶（壓力系數(shù)小于1.20），異常高壓帶（壓力系數(shù)大于1.20），并將異常高壓帶進一步細分為壓力過渡帶（壓力系數(shù)為1.20～1.70）、超壓帶（壓力系數(shù)為1.70～1.95）及強超壓帶（壓力系數(shù)大于1.95）[21]。LD10區(qū)8口井的模塊式地層壓力動態(tài)檢測（MDT）結(jié)果顯示，在深度約2 250 m處（鶯歌海組中下部）壓力系數(shù)達 1.20，開始進入壓力過渡帶。黃流組現(xiàn)今壓力系數(shù)為1.37～2.30，平均值為1.85，超壓帶主要位于黃流組中上部（黃一段），強超壓帶主要位于黃流組中下部（黃二段）。壓力過渡帶僅在LD-C1與LD-A5兩口井中檢測到。

2 樣品和分析方法

本研究采集到鶯歌海盆地涵蓋整個LD10區(qū)8口取心井（深度為3 710～4 412 m）不同地層壓力條件下的167個黃流組砂巖樣品（超壓帶41個，強超壓帶126個）作為主樣品，用于研究異常高壓下儲集層非均質(zhì)性特征；同時獲得與LD10區(qū)相鄰的瓊東南盆地BD19區(qū)4口取心井相似深度段（3 462～4 200 m）30個常壓帶砂巖樣品作為輔助樣品，用于對比常壓帶與異常高壓帶儲集層非均質(zhì)性及成巖-孔隙演化差異。樣品主要用于鑄體薄片、全巖及黏土礦物X-射線衍射、圖像孔喉分析、高壓壓汞等分析測試。此外，還收集到中海石油（中國）有限公司湛江分公司提供的20份模塊式地層動態(tài)檢測資料、13口取心井的巖屑錄井資料及埋藏?zé)崾穲D、65份圖像粒度資料、80張掃描電鏡照片、197個巖心物性分析數(shù)據(jù)等用于本次研究。

①鑄體薄片分析。將直徑25 mm的鉆柱抽真空后用藍色環(huán)氧樹脂注入，磨制成厚度0.03 mm的巖石薄片，并用茜素紅及鐵氰化鉀混合液進行染色后用多功能偏光顯微鏡進行觀察，為定量統(tǒng)計薄片中各組分含量，每個薄片至少統(tǒng)計300個點。②全巖及黏土礦物X衍射分析。將樣品粉碎后加入乙醇進行研磨后在60 ℃下干燥，用離心分離法提取粒徑小于2 μm的粉末狀樣品，在104 300 Pa、18 ℃條件下，用X射線衍射儀進行X衍射分析，用于確定黏土礦成分及含量。③圖像孔喉分析。在鑄體薄片顯微鏡下觀察基礎(chǔ)上，采用彩色圖像分析系統(tǒng)數(shù)字化儀器，對每個薄片視域中孔隙與喉道進行刻畫，每個視域至少刻畫 250個點，以便得出主要的微觀孔喉參數(shù)。④高壓壓汞分析。將外觀完整、無裂縫、直徑為 2.5 cm左右、圓柱狀砂巖在104 300 Pa、18 ℃條件下采用壓汞儀將汞注入到巖樣孔隙中，當(dāng)進汞飽和度達最大時降低壓力，記錄汞進入和退出的體積及壓力變化，以此取得各項參數(shù)，繪制壓汞曲線。上述實驗均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。

3 致密砂巖微觀特征

致密砂巖儲集層非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在砂巖骨架礦物成分、結(jié)構(gòu)成熟度、填隙物含量及類型、孔喉結(jié)構(gòu)、物性差異性等[22-23]。通過對比異常高壓與常壓下儲集層骨架礦物與結(jié)構(gòu)成熟度非均質(zhì)性、填隙物非均質(zhì)性、孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性及物性非均質(zhì)性的差異，系統(tǒng)研究異常高壓下儲集層非均質(zhì)性特征。

3.1 砂巖骨架礦物與結(jié)構(gòu)成熟度非均質(zhì)性

根據(jù)Folk的砂巖分類標準[24]，超壓帶與強超壓帶黃流組砂巖均以長石巖屑砂巖為主（見圖2a），骨架礦物成分及其含量相近。超壓帶、強超壓帶砂巖中石英平均含量分別為51.9%和52.9%，長石分別為11.2%和11.3%，巖屑分別為15.0%和14.2%。長石均以堿性長石為主（平均值為 9.9%）、少量斜長石（平均值為1.4%）；巖屑均以變質(zhì)巖為主，其次為火成巖，沉積巖最少（見圖2b）。超壓帶與強超壓帶砂巖的結(jié)構(gòu)特征基本相同，磨圓度主要為次棱角—次圓狀（平均占73.4%），粒徑主要為0.25～0.50 mm（平均占51.3%）；但超壓帶砂巖顆粒的分選性略好于強超壓帶，前者以差—中等（占41.5%）與中等（占34.1%）為主，后者以中等（占 45.2%）與差—中等（占 37.3%）為主。BD19區(qū)常壓帶儲集層巖性也以長石巖屑砂巖為主（見圖2a），石英平均值為53.0%；長石平均值為8.5%，以堿性長石為主（占8.3%）；巖屑平均值為20.5%，以變質(zhì)巖巖屑為主（占 18.9%）（見圖 2b）。顆粒磨圓度主要為次棱角—次圓狀（占82.5%）；粒徑以小于0.25 mm者為主（占42.9%）；分選性主要為中等（占57.1%）。

圖2 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組及與其相似深度不同壓力帶砂巖類型（a）、及巖屑成分（b）圖（巖屑分類圖版據(jù)文獻[23]，有修改）

LD10區(qū)黃流組超壓帶、強超壓帶及與其相似深度常壓帶儲集層在巖性、碎屑成分及其含量、巖石結(jié)構(gòu)成熟度及其非均質(zhì)程度方面基本相同（見圖3a—圖3f）。表明黃流組沉積期它們來自相同的物源及母巖源區(qū)。儲集層骨架礦物與結(jié)構(gòu)成熟度非均質(zhì)性相對較弱。

圖3 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組及與其相似深度不同壓力帶砂巖巖石學(xué)特征對比圖

3.2 填隙物非均質(zhì)性

鑄體薄片與全巖及黏土礦物 XRD衍射分析結(jié)果統(tǒng)計表明，LD10區(qū)黃流組異常高壓帶及BD19區(qū)常壓帶砂巖孔隙內(nèi)的填隙物包括泥質(zhì)雜基、碳酸鹽礦物（方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石、菱鐵礦）、自生黏土礦物（伊利石、伊/蒙混層、綠泥石、高嶺石）、黃鐵礦及硅質(zhì)膠結(jié)物。由于砂巖中同沉積的泥質(zhì)雜基含量很低，常壓帶、超壓帶、強超壓帶含量為0～14.5%，平均分別為2.7%，1.1%，0.5%，其對儲集層非均質(zhì)性的影響十分有限。因此，填隙物非均質(zhì)性主要體現(xiàn)在成巖作用過程中形成的膠結(jié)物類型及其含量方面。

常壓帶、超壓帶、強超壓帶儲集層中成巖膠結(jié)物存在一定差別（見圖3g）。常壓帶、超壓帶、強超壓帶儲集層中的膠結(jié)物均以碳酸鹽礦物為主（平均分別為14.4%、9.3%、8.2%），其中的主要成分鐵方解石在常壓帶儲集層中的含量變化范圍最大，在碳酸鹽膠結(jié)物中占比最高（平均占87.5%），膠結(jié)物非均質(zhì)性最強。鐵方解石膠結(jié)物含量由常壓帶（0.1%～37.0%，平均值12.6%）→超壓帶（0～27.5%，平均值為 8.0%）→強超壓帶（0～25.0%，平均值為5.4%）呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。常壓帶、超壓帶、強超壓帶自生黏土礦物（平均含量分別為5.1%、4.4%、3.7%）均以伊利石為主，常壓帶含量（平均值為2.8%）略高于超壓帶（平均值為 2.1%）和強超壓帶（平均值為2.6%）；硅質(zhì)膠結(jié)物也呈現(xiàn)出相同的變化趨勢（平均含量分別為 1.0%、0.5%、0.2%）（見圖3g）。暗示異常高壓對儲集層中鐵方解石、黏土礦物及硅質(zhì)膠結(jié)物的形成起了一定抑制作用，并且隨地層壓力的增高，這種抑制作用逐漸增強，致使儲集層由主要膠結(jié)物造成的非均質(zhì)性逐漸減弱。自生黃鐵礦由常壓帶→超壓帶→強超壓帶則表現(xiàn)出略有增加的趨勢（平均含量分別為 0.1%，0.2%，0.3%）（見圖3g）。這是因為黃鐵礦形成于較強還原條件下，處在強超壓帶的儲集層其埋藏深度更大，更趨于強還原成巖環(huán)境，致使深部形成更多的自生黃鐵礦。

其他膠結(jié)物如方解石、（鐵）白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、硅質(zhì)、黏土礦物膠結(jié)物及泥質(zhì)雜基雖然存在局部含量較高現(xiàn)象，但整體含量較低，對儲集層非均質(zhì)性影響較?。ㄒ妶D3g）。因此，鐵方解石是不同地層壓力條件下影響填隙物含量差異、并造成填隙物強非均質(zhì)性的主要膠結(jié)物。

3.3 孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性

鑄體薄片觀察及圖像孔喉分析表明，LD10區(qū)黃流組儲集層超壓帶、強超壓帶及 BD19區(qū)常壓帶儲集層均以次生溶孔為主（平均分別占總孔隙的 88%、63%和80%），包括粒間溶孔、長石溶孔、巖屑溶孔及碳酸鹽溶孔，其次為粒間孔與少量微裂隙。其中，常壓帶儲集層面孔率、各類孔隙含量、孔隙半徑、喉道寬度、平均孔喉比等均低于或小于超壓帶儲集層，特別是低于或小于強超壓帶儲集層（見表1）。

表1 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組及與其相似深度不同壓力帶巖石孔隙類型與孔喉特征參數(shù)統(tǒng)計表

高壓壓汞測試結(jié)果表明，不同地層壓力下，儲集層孔喉結(jié)構(gòu)具有一定差異性。由常壓帶→超壓帶→強超壓帶，排驅(qū)壓力與中值壓力逐漸降低，中值半徑逐漸變大，孔喉分選系數(shù)與變異系數(shù)逐漸變小，進汞率逐漸增大（見表 2）。退汞效率以強超壓帶最高，其次為常壓帶，超壓帶較低（見表 2）。整體上，從常壓帶到強超壓帶，隨著壓力系數(shù)增高，儲集層孔隙含量增多、面孔率增加，孔徑及喉道寬度變大、孔喉分選性變好、孔喉連通性增強，孔喉結(jié)構(gòu)與儲集性能變好，孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性變?nèi)酢?/p>

表2 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組及與其相似深度不同壓力帶儲集層高壓壓汞參數(shù)統(tǒng)計表

根據(jù)壓汞參數(shù)及曲線形態(tài)，將異常高壓帶儲集層的孔喉結(jié)構(gòu)分為3類。其中，Ⅰ型曲線排驅(qū)壓力最低、進汞飽和度及退汞效率最高，該類曲線對應(yīng)孔喉結(jié)構(gòu)最好，物性最高，非均質(zhì)性最弱（見表3），以強超壓樣品分布居多（占Ⅰ型樣品的74%）。Ⅱ型曲線排驅(qū)壓力有所上升、進汞飽和度及退汞效率有所下降，該類曲線對應(yīng)孔喉結(jié)構(gòu)較好，物性及非均質(zhì)性中等（見表3）。Ⅱ型樣品在超壓帶與強超壓帶均有分布（各占Ⅱ型樣品的43%與57%）。Ⅲ型曲線排驅(qū)壓力最高、進汞飽和度及退汞效率最低，該類曲線對應(yīng)孔喉結(jié)構(gòu)較差，物性較低，非均質(zhì)性最強（見表 3），這類樣品以超壓帶分布居多（占Ⅲ型樣品的68%）?？傮w上，隨地層壓力的增加，砂巖儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性變?nèi)?，孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變好。

表3 鶯歌海盆地LD10區(qū)異常高壓下黃流組儲集層高壓壓汞曲線分類特征表

3.4 物性非均質(zhì)性

物性資料統(tǒng)計表明，常壓帶儲集層孔隙度為3.20%～12.00%，滲透率為（0.05～9.50）×10－3μm2；超壓帶儲集層孔隙度為 1.00%～14.00%，滲透率（0.05～5.51）×10－3μm2；強超壓帶儲集層孔隙度為1.00%～16.00%，滲透率為（0.05～33.70）×10－3μm2。由常壓帶→超壓帶→強超壓帶，平均孔隙度（分別為7.27%，7.83%，8.60%）與平均滲透率（分別為0.57×10－3，0.69×10－3，1.75×10－3μm2）逐漸增高（見圖4a、圖4b）。常壓下，當(dāng)埋藏深度超過3 400 m時，主要為特低孔、特低滲及致密儲集層（見圖4c、圖4d）。隨埋藏深度的加深，儲集層物性逐漸變差（見圖 4a、圖 4b）；異常高壓下，相似深度段內(nèi)以特低孔、特低滲儲集層為主，其次為低孔、低滲及致密儲集層（見圖 4c、圖 4d），但在埋藏較深地帶儲集層的孔隙度與滲透率表現(xiàn)出異常增大的現(xiàn)象（見圖4a、圖4b）。3個帶儲集層的孔隙度與滲透率呈正相關(guān)，說明儲集層滲流能力主要受基質(zhì)孔隙的影響（見圖4e）。異常高壓主要通過影響儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)繼而控制儲集層的滲透率。

綜上所述，由于砂巖原始骨架礦物與結(jié)構(gòu)成熟度非均質(zhì)性較弱，研究區(qū)黃流組超壓及強超壓帶儲集層非均質(zhì)性主要由膠結(jié)物非均質(zhì)性與孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性決定，并最終決定儲集層物性的非均質(zhì)性。膠結(jié)物非均質(zhì)性主要受鐵方解石膠結(jié)強度的制約，孔喉非均質(zhì)性主要受孔喉結(jié)構(gòu)差異的控制。與常壓帶儲集層相比，隨著壓力系數(shù)的增大，超壓帶及強超壓帶儲集層膠結(jié)物及孔喉非均質(zhì)性逐漸減弱，從而導(dǎo)致黃流組中下部強超壓帶儲集層非均質(zhì)性弱于、儲集層物性好于黃流組中上部超壓帶儲集層。

4 致密砂巖非均質(zhì)性影響因素及演化過程

4.1 壓實作用的影響

壓實作用是影響儲集層非均質(zhì)性的重要成巖作用之一。通常情況下，位于常壓帶的儲集層，隨埋藏深度增大，壓實作用增強，儲集層顆粒間接觸關(guān)系由淺部的點接觸、點-線接觸逐漸過渡為以線接觸及線-凹凸接觸為主，局部甚至可見縫合線接觸[25]。

Beard等[26]認為，成巖作用發(fā)生前，儲集層初始孔隙度主要受儲集層顆粒分選性的影響，并提出以Trask分選系數(shù)定量計算儲集層初始孔隙度（（1）、（2）式）。計算結(jié)果表明，研究區(qū)超壓儲集層的初始孔隙度為34.52%～37.72%（平均值為 36.05%）；強超壓儲集層的初始孔隙度為32.98%～38.72%（平均值為36.12%）；BD19區(qū)常壓儲集層的初始孔隙度為 33.69%～39.99%（平均值為 36.89%）。常壓、超壓及強超壓帶儲集層的初始孔隙度基本相同。暗示儲集層的初始非均質(zhì)性較弱。

鑄體薄片統(tǒng)計表明，不同地層壓力下，研究區(qū)儲集層由粒間接觸關(guān)系反映的壓實作用強度有差異（見圖 5）。黃流組超壓帶樣品顆粒接觸關(guān)系以線接觸（占總樣品數(shù)的44%）和點-線接觸（占32%）為主，其次為線-凹凸接觸（占20%）與點接觸（占4%）（見圖5b）。強超壓帶樣品以線接觸為主（占 59%），其次為點-線接觸（占 19%）與線-凹凸接觸（占 14%），少量點接觸（占8%）（見圖5c）。但BD19區(qū)相似深度常壓帶樣品，粒間點- 線接觸者明顯減少（占4%），線接觸者也降低（占38%），線-凹凸接觸者明顯增加（占33%），并出現(xiàn)了較高比例的凹凸接觸（占25%），基本無點接觸（見圖5a）。研究區(qū)常壓下，埋藏深度超過3 400 m時儲集層受到強壓實作用，粒間接觸較緊密；異常高壓下相似深度段由于超壓在一定程度上抵抗了一部分靜巖壓實作用，儲集層受到的壓實作用程度降低，粒間接觸體現(xiàn)出相對較松散的特征。

圖5 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組和與其相似深度不同壓力帶儲集層壓實作用特征（a）—（c）及對孔隙的影響（d）

任大忠等[27]認為，壓實作用后儲集層剩余孔隙度可由膠結(jié)物總量、儲集層剩余粒間孔面孔率、微孔面孔率、總面孔率及實測孔隙度計算得出（（3）式）。單祥等[28]認為，微孔面孔率在鏡下難以測得，其主要由實測孔隙度減去總面孔率計算得出。經(jīng)計算，常壓儲集層經(jīng)壓實作用后剩余孔隙度為 5.37%～27.10%（平均值為15.72%），壓實作用減少了8.07%～33.63%的孔隙度（平均值為21.18%）；超壓儲集層經(jīng)壓實作用后剩余孔隙度為5.90%～28.19%（平均值為16.06%），壓實作用減少了 7.66%～30.62%的孔隙度（平均值為19.99%）；強超壓儲集層經(jīng)壓實作用后剩余孔隙度為5.55%～27.64%（平均值為15.32%），壓實作用減少了7.21%～30.30%的孔隙度（平均值為20.80%）。與常壓帶相比，異常高壓帶黃流組儲集層受壓實作用影響損失的孔隙較少，壓實后保存的孔隙較多（見圖5d）。整體上，異常高壓下，壓實后剩余的孔隙度主要為8.00%～27.00%，仍然增強了儲集層的非均質(zhì)性。

4.2 膠結(jié)作用的影響

羅靜蘭等[29]認為，壓實、膠結(jié)作用后剩余孔隙度可由剩余粒間孔面孔率、總面孔率及實測孔隙度計算得出：

經(jīng)計算，常壓帶儲集層膠結(jié)作用后剩余孔隙度為0～1.68%（平均值為0.47%），膠結(jié)作用減少了5.37%～27.10%的孔隙度（平均值為 15.25%）；超壓帶儲集層膠結(jié)作用后剩余孔隙度為0～3.03%（平均值為1.66%），膠結(jié)作用減少了 3.60%～27.39%的孔隙度（平均值為14.40%）；強超壓帶儲集層膠結(jié)作用后剩余孔隙度為0～7.19%（平均值為 1.49%），膠結(jié)作用減少了3.54%～27.28%的孔隙度（平均值為13.83%）。異常高壓在一定程度上抑制了膠結(jié)作用的強度。

黃流組儲集層以碳酸鹽、特別是鐵方解石膠結(jié)為主，從常壓帶到強超壓帶，鐵方解石含量存在降低趨勢（見圖6a）。碳酸鹽礦物的溶解與沉淀，受地層溫度與壓力的控制，以方解石為例，其沉淀-溶解反應(yīng)方程式如下[30]：

CaCO3（方解石）+CO2+H2O ? Ca2++2HCO3－

鶯歌海盆地自始新世以來共發(fā)生了 3次走滑伸展活動，伴隨3期CO2熱流體活動，其中以第3期（距今 0.4～1.9 Ma）伸展活動期間的基底熱流峰值（70 mW/m2）和 CO2熱流體充注規(guī)模最大[31-33]。筆者研究認為，鶯歌海盆地黃流組發(fā)育早、中、晚 3期方解石膠結(jié)作用。其中，晚期鐵方解石膠結(jié)最發(fā)育，其δ13C值為－6.32‰～－4.02‰，δ18O 值為－17.0‰～－11.9‰，為中成巖A期深部CO2熱流體活動影響的產(chǎn)物。LD10區(qū)發(fā)育的由走滑伸展活動形成的深部斷裂，為深部CO2熱流體的泄放提供了通道[16]，CO2熱流體在異常高壓驅(qū)動下沿著斷裂、孔隙通道向上幕式排放過程中，在深部較高壓力及 CO2分壓影響下方解石發(fā)生溶蝕，淺部隨地層中 CO2分壓及孔隙流體鹽度降低，方解石發(fā)生沉淀充填，從而在縱向上表現(xiàn)出隨著壓力系數(shù)的降低，以鐵方解石為主的碳酸鹽膠結(jié)物在黃流組中下部儲集層（強超壓帶）含量較低，膠結(jié)后損失的孔隙略少，剩余的孔隙較多；而黃流組中上部儲集層（超壓帶）中碳酸鹽膠結(jié)物含量較高，膠結(jié)后損失的孔隙略多，剩余的孔隙略少（見圖6b）。膠結(jié)作用強度也隨著壓力系數(shù)的增加而減弱，其對黃流組中上部儲集層非均質(zhì)性的影響強于中下部。

圖6 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組和與其相似深度不同壓力帶儲集層膠結(jié)作用特征（a）及對孔隙的影響（b）

4.3 溶蝕作用的影響

羅靜蘭等[29]認為，溶蝕作用增加的孔隙度由溶蝕孔面孔率、總面孔率及實測孔隙度計算得出?，F(xiàn)今孔隙度則為膠結(jié)后剩余孔隙度與溶蝕作用增加的孔隙度之和：

經(jīng)計算，常壓帶儲集層由溶蝕作用增加的孔隙度為 2.48%～8.80%（平均值為 5.41%），現(xiàn)今孔隙度為3.10%～8.80%（平均值為5.88%）；超壓帶儲集層由溶蝕作用增加的孔隙度為 2.80%～7.54%（平均值為5.57%），現(xiàn)今孔隙度為 2.80%～9.60%（平均值為7.23%）；強超壓帶儲集層由溶蝕作用增加的孔隙度為0.41%～13.49%（平均值為 7.32%），現(xiàn)今孔隙度為4.50%～14.53%（平均值為 8.81%）?，F(xiàn)今孔隙度計算結(jié)果與實測孔隙度間誤差小于0.1%。

前人的研究顯示，異常高壓可抑制有機質(zhì)演化，拓寬生油窗的范圍，延長有機質(zhì)熱演化生成有機酸和CO2產(chǎn)出的時間，增加酸性流體與硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物的接觸時間和強度[34]。產(chǎn)生的大量有機酸、CO2水解形成的無機酸、黏土礦物轉(zhuǎn)化過程中析出的酸性水等熱流體對儲集層產(chǎn)生溶蝕，形成次生孔隙發(fā)育帶[35-36]。LD10區(qū)黃流組存在3期烴類充注過程。發(fā)生在早成巖B期末的早期烴類充注規(guī)模較??；中成巖A期的大規(guī)模烴類充注使埋藏更深、壓力系數(shù)更大，處在強超壓環(huán)境中的黃流組中下部儲集層受到有機酸的影響更強烈。此外，區(qū)域上大規(guī)模 CO2熱流體活動發(fā)生在距今1.9 Ma之后，其活動深度段主要在3 900 m以深的黃流組中下部強超壓帶。在有機酸溶蝕基礎(chǔ)上，CO2熱流體從深部向上運移過程中，使黃流組中下部強超壓儲集層同時受到 CO2熱流體的影響，造成該帶次生孔隙更為發(fā)育。統(tǒng)計結(jié)果表明，溶蝕作用使常壓帶、超壓帶、強超壓帶儲集層形成的溶蝕孔分別為 0.1%～5.4%（平均值為 2.2%）、0.2%～9.5%（平均值為3.9%）和0.5%～15.3%（平均值為6.6%）。從常壓帶→超壓帶→強超壓帶，溶蝕孔含量及溶蝕作用貢獻的孔隙度均存在增高的趨勢。以強超壓帶現(xiàn)今孔隙度最高，其次為超壓帶與常壓帶（見圖 7）。溶蝕作用減弱了儲集層非均質(zhì)性，對黃流組中下部儲集層的影響高于中上部。

圖7 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組和與其相似深度不同壓力帶儲集層溶蝕作用特征（a）及對孔隙的影響（b）

4.4 非均質(zhì)性演化過程

在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)埋藏?zé)崾?，對LD10區(qū)黃流組儲集層非均質(zhì)性演化時序與過程進行了分析。LD10區(qū)黃流組成巖階段達中成巖A2亞期[37]，儲集層非均質(zhì)性主要受異常高壓背景下的成巖-孔隙演化過程控制。

距今10.5 Ma之前（中新世早期前），盆地處于熱沉降早期階段（距今 10.5～23.0 Ma），受東北部物源的影響，沉積砂體礦物成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度差異較小。超壓帶、強超壓帶儲集層初始孔隙度（平均值分別為36.05%、36.54%）基本接近，儲集層原始非均質(zhì)性弱（見圖8）。

距今4.5～10.5 Ma的同生期-早成巖A期（中新世早期—上新世早期），盆地處于熱沉降晚期向加速熱沉降早期過渡階段。該時期黃流組上覆地層快速沉降，并在距今9 Ma左右，異常高壓開始形成[38]，隨著埋深加深，壓力系數(shù)逐漸增大至 2.30。此時，黃流組中上部為超壓帶（壓力系數(shù)為1.70～1.95），中下部為強超壓帶（壓力系數(shù)1.95～2.30）。距今5.5～10.5 Ma的熱沉降晚期，黃流組埋深加大至1 150 m，埋藏速率為192 m/Ma，壓實作用強度逐漸增大；距今4.5～5.5 Ma的盆地加速熱沉降早期，黃流組埋深最大為1 600 m，埋藏速率增大至450 m/Ma，地層持續(xù)快速沉降過程中，上覆地層壓力持續(xù)增大。隨著埋藏加深，地層溫度升高至 60 ℃，但Ro值小于 0.35%，熱演化程度尚未達生烴門限。該時期機械壓實作用為孔隙喪失的主要成巖作用。受異常高壓影響，黃流組中上部超壓帶、中下部強超壓帶儲集層經(jīng)壓實后剩余孔隙度分別為5.90%～28.19%（平均值為 16.06%）、5.55%～27.64%（平均值為 15.32%）。經(jīng)壓實作用后黃流組儲集層整體孔隙結(jié)構(gòu)差異明顯，非均質(zhì)性增強（見圖8）。

距今3.1～4.5 Ma的早成巖B期（上新世早期—上新世中期），盆地處于加速熱沉降早—中期，黃流組最大埋深達2 500 m，埋藏速率增大至642 m/Ma。隨著埋藏加深，顆粒間的緊密接觸使壓實作用強度逐漸下降。地層溫度升高至90 ℃時，Ro值達0.50%。地層溫度的升高使早期滲濾蒙脫石開始向伊/蒙混層過渡并向伊利石轉(zhuǎn)化，早期泥晶方解石及硅質(zhì)膠結(jié)物開始發(fā)育[37]。膠結(jié)作用開始替代壓實作用成為影響儲集層非均質(zhì)性的主要成巖作用。雖然此時有機質(zhì)熱演化程度達生烴門限，但時間較短，僅發(fā)生了小規(guī)模的烴類充注，由此引起的早期溶蝕作用對儲集層影響較小。

距今1.9～3.1 Ma的中成巖A1亞期（上新世中期—上新世晚期），盆地處于加速熱沉降中—晚期，黃流組最大埋深達 3 500 m，埋藏速率達到最大（833 m/Ma）。受異常高壓影響，黏土礦物的轉(zhuǎn)化速率受到抑制，形成的黏土礦物含量較低，而以晚期鐵方解石為代表的碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育，并開始大量膠結(jié)孔隙，其膠結(jié)強度達到最大。超壓帶、強超壓帶儲集層由膠結(jié)作用分別減少了 3.60%～27.39%（平均值為14.40%）、3.54%～27.28%（平均值為13.83%）的孔隙度，經(jīng)膠結(jié)作用后兩者的剩余孔隙度分別為0～3.03%（平均值為1.66%）和0～7.19%（平均值為1.49%）。膠結(jié)作用使儲集層孔喉間的連通性變差，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度達到最大，非均質(zhì)性最強，膠結(jié)作用對黃流組中上部的影響強于中下部。埋藏速率的增大使地層溫度升高至130 ℃，Ro值增大至0.70%（見圖8）。有機質(zhì)熱演化程度超過生烴門限，發(fā)生第 2期烴類充注并進入儲集層導(dǎo)致大規(guī)模溶蝕作用發(fā)生。

距今1.9 Ma之后的中成巖A2亞期（第四紀），盆地處于加速熱沉降晚期，黃流組最大埋深達4 500 m，埋藏速率開始下降至526 m/Ma。此時，地層埋深已達中深層，地層最高溫度達170 ℃，Ro值達1.00%，有機質(zhì)熱演化程度達到頂峰。第2期與第3期烴類充注伴隨的大量有機酸使長石、巖屑等易溶組分被大量溶蝕，加之距今1.9 Ma后深部熱液及CO2熱流體活動，致使強超壓帶由溶蝕作用增加的孔隙度相對較多（0.41%～13.49%，平均值為 7.32%），超壓帶由溶蝕作用增加的孔隙度相對較少（2.80%～7.54%，平均值為5.85%）。經(jīng)溶蝕作用后超壓帶與強超壓帶儲集層現(xiàn)今孔隙度分別為2.80%～9.60%（平均值為7.23%）和4.50%～14.53%（平均值為8.81%）（見圖8）。溶蝕用的發(fā)生在一定程度上減弱了儲集層的非均質(zhì)性，但孔喉結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致部分溶蝕產(chǎn)物不能隨著酸性流體排出，產(chǎn)生的次生孔隙含量差異明顯，致使儲集層現(xiàn)今仍具有較強的非均質(zhì)性。

圖8 鶯歌海盆地LD10區(qū)黃流組儲集層成巖-孔隙演化綜合模式圖

綜上所述，從距今10.5 Ma之后的同生階段-早成巖A期開始，儲集層先后受到壓實、膠結(jié)及溶蝕作用影響，儲集層非均質(zhì)性具有先增強、后減弱的演化趨勢。相比而言，黃流組中上部超壓帶儲集層受膠結(jié)作用的影響更大、溶蝕作用對其的改造相對較弱，其非均質(zhì)性強于中下部強超壓帶儲集層。黃流組儲集層非均質(zhì)性整體上具有“上部強、下部弱，整體強、局部弱”的特點，有利儲集層主要分布在黃流組中下部的強超壓帶。

5 結(jié)論

鶯歌海盆地中新統(tǒng)黃流組致密砂巖膠結(jié)物非均質(zhì)性、孔喉非均質(zhì)及物性非均質(zhì)性決定了黃流組儲集層非均質(zhì)性。其中，膠結(jié)物非均質(zhì)性主要受鐵方解石發(fā)育程度的制約，孔喉非均質(zhì)性則受孔喉結(jié)構(gòu)差異的控制，物性非均質(zhì)性主要受膠結(jié)物非均質(zhì)性及孔喉非均質(zhì)性的共同控制。

異常高壓主要通過控制壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用的強度進而影響黃流組儲集層的非均質(zhì)性。距今10.5 Ma以來，黃流組儲集層非均質(zhì)性逐漸受到異常高壓的影響，先后經(jīng)歷了壓實后非均質(zhì)性增強、膠結(jié)后非均質(zhì)性增強、溶蝕后非均質(zhì)性減弱3個演化過程。黃流組中上部超壓帶儲集層的非質(zhì)性強于中下部強超壓帶儲集層。有利儲集層主要分布在黃流組中下部的強超壓帶。

符號注釋：

n——樣品數(shù)，個；P1——剩余粒間孔面孔率，%；P2——微孔面孔率，%；P3——溶蝕孔面孔率，%；P25、P75——砂巖粒度分布圖中累計頻率25%、75%所對應(yīng)的顆粒直徑，mm；Pt——總面孔率，%；R——相關(guān)系數(shù)，無因次；S0——Trask分選系數(shù)，無因次；W——膠結(jié)物總含量，%；φ1——原始孔隙度，%；φ2——壓實后剩余孔隙度，%；φ3——壓實、膠結(jié)后剩余孔隙度，%；φ4——溶蝕增加的孔隙度，%；φ5——現(xiàn)今孔隙度，%；φm——實測孔隙度，%。