本文以松辽盆地长岭断陷龙凤山次凹下白垩统营城组和沙河子组致密砂岩储层为研究对象，针对储层成岩及孔隙演化特征认识不清的问题，在储层特征、成岩相划分的基础上，应用常规岩矿分析测试技术定量恢复主要成岩相的孔隙演化过程。
致密砂岩油气是非常规油气中最有潜力的勘探方向之一，也已成为全球非常规油气勘探开发的热点领域。致密油气藏具有储量可观、分布广泛等优势，但也存在产量低、开采难度大等问题。近年来松辽盆地长岭断陷致密气的勘探取得重大突破，陆续在B210井区、B220井区及B5井区等的沙河子组和营城组获得了工业产量稳定的致密气。前人根据成岩作用特征和主要成岩矿物特征，对研究区的成岩相进行划分。针对研究区储层孔隙演化的恢复，主要从单个层位或岩相出发，依据“反演回剥”法对相应取样点的孔隙演化进行分析研究。但该区致密储层成岩及孔隙演化特征的研究仍明显不足，严重制约了下一步的油气勘探工作。
1 区域地质概况
长岭断陷位于松辽盆地中央坳陷区南缘，整体展布方向与松辽盆地一致。平面上，长岭断陷可以划分为前神子次凹、所图低凸带、长岭次凹、达尔罕断凸带、查干花次凹、苏公坨断阶带、北正镇断阶带和东岭鼻状构造带等次级构造单元，如图1（a）所示。研究区龙凤山次凹是长岭断陷南部发育的大型箕状断陷，西邻北正镇断阶带南端，北靠达尔罕断裂带，南邻常发屯隆起，受到了西部NE向拆离断层控制，总体面积约300km2，如图1（b）所示。
图1 龙凤山次凹构造位置及井位分布
研究目的层为下白垩统营城组与沙河子组，沙河子组发育辫状河三角洲相和湖沼碎屑岩沉积，与下伏火石岭组局部不整合接触；营城组发育多种沉积相，底部与沙河子组假整合接触，顶部与登娄库组底部不整合接触（图2）。
图2 龙凤山次凹地层剖面分布
2 储层基本特征
通过142块岩石薄片的镜下鉴定发现，研究区致密砂岩多为岩屑砂岩 （图 3） ，营Ⅳ砂组、营Ⅵ砂组、沙二段中有少量长石岩屑砂岩。
图3 研究区砂岩分类三角图
研究区营城组及沙河子组致密储层的骨架颗粒主要为岩屑、长石、石英及少量的云母。岩屑类型主要是火成岩岩屑、变质岩岩屑及极少量的沉积岩岩屑（图4）。致密储层以细砂岩和粗砂岩为主，中砂岩次之，砾岩及粉砂岩含量较低。整体上分选、磨圆较差，结构成熟度较低。营城组致密储层的杂基含量较低，沙河子组杂基含量相对较高。填隙物主要有黏土胶结物、钙质胶结物、硅质胶结物、少量的浊沸石、菱铁矿及黄铁矿等。
图4 研究区储集空间及溶蚀作用类型镜下照片
研究区营城组及沙河子组储层的储集空间主要为原生孔、次生孔及裂缝（图4）。原生孔主要为原生粒间孔，次生孔主要包括长石及岩屑颗粒的粒内溶孔、颗粒边缘溶蚀及粒间溶蚀孔。研究区残余原生孔多由绿泥石包壳保存，次生孔隙以粒内溶蚀孔为主，粒间溶蚀孔以浊沸石溶孔为主。
3 成岩作用特征
3.1 主要成岩作用类型
3.1.1 压实作用
研究区营城组及沙河子组致密储层压实作用在偏光显微镜下表现为：
1）骨架颗粒整体上呈点接触-线接触，局部呈线接触-凹凸接触，部分层段压实强烈，颗粒呈定向排列，如图5（a）所示；
2）云母颗粒、片岩岩屑等塑性颗粒受应力挤压发生弯曲变形，如图5（b）所示；
3）石英、长石等脆性颗粒受到挤压破裂，裂缝基本被杂基或自生硅质胶结物充填，如图 5（c）所示；
4）部分层段绿泥石包壳胶结保留较多的原生孔，硅质胶结及钙质胶结强烈的层段，压实作用较弱。
图5 研究区成岩作用特征镜下照片
3.1.2 胶结作用
1）泥质胶结。泥质胶结物是研究区营城组和沙河子组致密储层最主要的胶结物类型之一，以绿泥石胶结和伊蒙混层为主，绿泥石胶结对储层物性有双重作用，既能增强抗压实能力保存原生孔，含量过高又会堵塞孔隙。
2）硅质胶结。硅质胶结是研究区普遍分布的胶结类型之一，产状为石英次生加大和自生雏晶石英，因绿泥石胶结抑制石英次生加大，其物质来源可能是岩屑溶蚀或火山活动。
3）钙质胶结。包括方解石、白云石等胶结类型，大体上分为两期，方解石胶结为主，含量不均。
4）浊沸石胶结。浊沸石含量占填隙物总量的5.1%。溶蚀后可增加储集空间，但溶蚀不强烈。
5）其他胶结类型：如黄铁矿胶结，含量低对储层质量基本无影响。
3.1.3 溶蚀作用
研究区营城组和沙河子组致密储层经历了多期次的酸碱流体演化，溶蚀作用呈现多期次的酸碱溶蚀特征。整体上看，研究区目标层位酸性溶蚀较强。酸性溶蚀作用大体可以分为两期，第一期溶蚀发生在中成岩A1期，储层的碱性物质发生了较弱程度上的溶蚀，溶蚀对象为安山岩岩屑及酸性喷出岩岩屑。第二期酸性溶蚀发生在中成岩A1期晚期到中成岩B1期，溶蚀对象主要为长石、岩屑颗粒及浊沸石胶结物等。碱性溶蚀较弱，发生在晚期方解石胶结后。
3.2 成岩共生序列
通过对各种成岩矿物共生组合及成岩作用发生的先后关系，结合流体包裹体测温等实验综合分析，认为研究区营城组和沙河子组致密储层处于中成岩B期，研究区营城组和沙河子组致密储层的成岩演化共生序列为：早期压实-绿泥石胶结-浊沸石胶结-早期钙质胶结-一期溶蚀-硅质胶结-二期溶蚀（颗粒溶蚀和浊沸石胶结物等溶蚀）-晚期钙质胶结。
图6 研究区营城组和沙河子组储层成岩共生序列图
3.3 成岩相
结合主要成岩矿物组合类型、各组分的相对含量以及典型成岩现象，共划分出3种成岩相类型：
1）绿泥石胶结成岩相：压实及胶结作用为主，钙质胶结弱，溶蚀以岩屑和长石粒内溶蚀为主。
图7 研究区绿泥石胶结成岩相镜下特征照片
2）浊沸石胶结成岩相：发育于部分井中，浊沸石为主要胶结物，溶蚀对象主要是粒间浊沸石胶结物。
图8 研究区浊沸石胶结成岩相镜下特征照片
3）酸性溶蚀成岩相：以溶蚀作用为主，胶结物含量低，分布局限，物性较好。
图9 研究区酸性溶蚀成岩相镜下特征照片
4 孔隙演化特征
4.1 初始孔隙度及压实减孔量
根据M.Scherer提出的经验公式计算储层的初始孔隙度。研究区营城组和沙河子组致密碎屑岩储层早期最大埋深在1200m左右，现今埋藏深度多超过3500m。
4.2 建立孔隙演化曲线
根据分析计算过程，可以获得绿泥石胶结成岩相各成岩阶段演化过程中的孔隙度变化值，确定各成岩阶段完成后的孔隙度值。结合研究区的成岩共生序列和演化阶段，建立绿泥石胶结成岩相的孔隙度演化曲线，完成对营城组和沙河子组致密储层的孔隙度恢复。
4.3 主要成岩相的孔隙演化特征
4.3.1 绿泥石胶结成岩相孔隙演化特征
该深度的初始孔隙度为36.71%，早期压实减孔约20.51%，绿泥石及黄铁矿胶结减孔7.30%，一期溶蚀增孔1.20%，硅质胶结减孔2.74%使储层致密，二期溶蚀增孔1.58%使其孔隙度大于致密界限，晚期钙质胶结减孔1.02%，晚期压实减孔约2.44%，现今孔隙度5.48%，压实和绿泥石胶结是物性变差主因。
图10 绿泥石胶结成岩相孔隙演化模式图（北202井，3112.75m）
4.3.2 浊沸石胶结成岩相孔隙演化特征
该深度的初始孔隙度为35.84%，早期压实减孔约23.06%，绿泥石及黄铁矿胶结减孔2.61%，浊沸石胶结减孔10.04%使储层致密，一期溶蚀增孔1.22%，二期溶蚀增孔7.21%使储层短暂恢复，晚期压实减孔约3.67%，现今孔隙度4.89%，压实和浊沸石胶结是物性变差主因。
图11 浊沸石胶结成岩相孔隙演化模式图（北210井，3945.95m）
4.3.3 酸性溶蚀成岩相孔隙演化特征
该深度的初始孔隙度为34.10%，早期压实减孔约23.56%，绿泥石及黄铁矿胶结减孔5.35%使储层致密，早期钙质胶结减孔1.74%，一期溶蚀增孔2.35%，二期溶蚀增孔6.94%使储层变为常规储层，晚期钙质胶结减孔1.21%，晚期压实减孔约2.98%，现今孔隙度6.16%，溶蚀作用是物性变好主因。
图12 酸性溶蚀成岩相孔隙演化模式图（北204井，2388.46m）
5 储层演化模式
5.1 包裹体特征分析
研究区烃类以甲烷为主，包裹体多为次生包裹体，宿主矿物主要为石英期后裂缝等。包裹体以气液两相为主，均一温度有两个峰值，表明有两期油气充注，第一期为液烃为主的轻质油和少量凝析气，成熟度相对较高，荧光显示呈淡蓝色-蓝色-蓝绿色，均一温度分布在80℃~110℃之间；第二期以气烃为主，主要为凝析气，单偏光下呈无色，荧光显示呈蓝色-无荧光显示，有机质成熟度高，均一温度分布在120℃~150℃之间。
图13 均一温度分布统计
5.2 成藏模式划分
根据流体包裹体特征，研究区营城组和沙河子组储层共经历了两期油气成藏，第一期油气成藏时间约105Ma~100Ma之间，第二期油气成藏时间约95Ma~80Ma之间。根据孔隙演化和单井成藏时间，划分出先致密后成藏和先成藏后致密模式。绿泥石胶结、浊沸石胶结和酸性溶蚀成岩相多为先致密后成藏模式，其致密时间约在中成岩A1期早期（110Ma左右），油气充注在其后。
图14 研究区致密储层演化模式图
6 结论
1）龙凤山次凹沙河子组及营城组以细砂和粗砂为主，中砂次之，砾石及粉砂含量较低。整体上分选、磨圆较差，结构成熟度较低，接触关系较复杂，点接触、线接触及凹凸接触均可见。沙河子组整体物性较差，平均孔渗分别为2.13%、0.28×10-3μm2；营城组整体上物性较沙河子组好，平均孔渗分别为4.16%、0.68×10-3μm2。
2）研究区营城组和沙河子组储层成岩作用类型主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用及交代作用等，其中压实作用及胶结作用较强。目标层为中成岩B期，成岩共生序列为早期压实-绿泥石胶结浊沸石胶结-早期钙质胶结-一期溶蚀-硅质胶结二期溶蚀-晚期钙质胶结。
3）研究区营城组和沙河子组储层可划分为绿泥石胶结成岩相、浊沸石胶结成岩相和酸性溶蚀成岩相。各成岩相都经历了压实作用和胶结作用的减孔影响，以及两期溶蚀作用的物性改善作用，并最终达到致密。
4）研究区储层共经历了两期油气成藏，第一期油气成藏时间约105Ma~100Ma之间，第二期油气成藏时间约95Ma~80Ma之间，结合致密过程，划分了两种演化模式，即先致密后成藏模式和先成藏后致密模式。文中的绿泥石胶结成岩相、浊沸石胶结成岩相及酸性溶蚀成岩相均为先致密后成藏模式。
本文作者：朱鑫达、曲希玉、闫振、毛少华
作者简介：朱鑫达，中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，博士研究生，研究方向为成岩作用及优质储层形成机理；曲希玉（通信作者），中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，副教授，研究方向为流体—岩石相互作用、优质储层及致密储层。
论文全文发表于《科技导报》2024年第23期，原标题为《松辽盆地长岭断陷龙凤山次凹营城组-沙河子组致密砂岩储层孔隙演化特征》，本文有删减，欢迎订阅查看。
内容为【科技导报】公众号原创，欢迎转载
白名单回复后台「转载」
《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。
