1. 引言
为尽快寻找新的储量接替阵地，江苏油田加强了资源探明程度相对较低的新区带、新层系、新类型“三新”领域的研究和勘探力度。近期，在高邮凹陷斜坡内侧和断阶带的近源层系中发现了致密油藏，其中花斜33、富深斜1等井在阜一段获得重大突破，展示了高邮凹陷中深层致密油勘探的广阔前景 [1]。前人从沉积相类型、成岩作用、油气充注等方面对高邮凹陷阜一段致密储层孔隙演化及成因开展了大量研究 [2] - [7]，认为有利沉积相、建设性成岩作用及早期油气充注等是优质致密储层形成的主要因素，但对南部断阶带与北部斜坡内带因致密储层非均质性导致的储层物性差异问题未能充分研究 [2]，导致一批井出现了不同程度的失利或难以稳产，因此，有必要对导致储层物性差异性的因素开展研究。笔者运用扫描电镜、高压压汞、恒速压汞、CT扫描等技术手段对致密储层孔隙结构特征进行了精细刻画，从孔隙结构这一决定储层物性的本质出发，结合储层岩石学、成岩作用、沉积相特征的差异，对储层物性差异性的控制因素开展了研究，为促进稳产、提高勘探成功率提供科学决策。
2. 区域地质概况
高邮凹陷位于苏北盆地南部，东台坳陷中部，南为通扬隆起，北接柘垛低凸起与建湖隆起相连，东部紧靠吴堡低凸起与溱潼凹陷相连，西接菱塘桥低凸起与金湖凹陷相隔，东西长约100 km，南北宽约25~30 km，面积达2670 km2，呈北东向长条形分布。凹陷受控于南部及东部的边界大断层，总体结构呈南断北超的箕状结构，构造上可划分为北部斜坡带，中央深凹带和南部断阶带 [3]。
高邮凹陷阜一段沉积时期主要发育三角洲沉积，砂体在垂向上连片发育、垂向上相互叠置，形成有利的储层体 [4] [5]；阜一段上覆层位阜二段为凹陷深层的主力烃源岩层，TOC介于1.0%~2.5%之间，S1值平均0.5 mg/g，形成高邮凹陷阜宁组“上生下储”的油气成藏特点 [1]。阜一段致密油藏主要分布在北部斜坡内侧以及南部断阶带的低台阶地区，究其原因是因为这两个地区的储层紧邻生油洼陷，油气成藏具有得天独厚的优势。
3. 储层基本特征
3.1. 储层岩石学特征
阜一段北部斜坡内带与南部断阶带致密储层岩石学特征基本相似，岩石粒度整体偏细，以粉砂岩、细砂岩为主。岩石类型基本相同，以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，石英含量介于50%~80%，平均含量为62.3%；长石含量介于10%~25%，平均含量为18.5%；岩屑含量介于10%~30%，平均含量为21.3%；杂基含量介于2%~7%，平均含量为4.1%；胶结物以碳酸盐胶结物占主导，(铁)方解石胶结物含量介于6.5%~15.2%，平均含量为10.8%；白云石胶结物含量介于4.1%~6.2%，平均含量为4.7%；硅质胶结物平均含量不到2%；粘土矿物含量介于2.1%~14%，平均含量6.5% (图1)。岩石颗粒分选中等，磨圆中等，多呈次圆状–次棱角状，成分成熟度和结构成熟度中等–好。
北部斜坡内带致密储层在灰质胶结物和粘土矿物含量上高于南部断阶带。
Figure 1. Histograms of rock composition content in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图1. 高邮凹陷阜一段岩石成分含量分布直方图
3.2. 储层成岩作用特征
高邮凹陷阜一段储层的成岩作用主要包括压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用等类型。其中破坏性成岩作用主要有压实作用和胶结作用。这些破坏性的成岩作用不仅使砂岩储集层的原始孔隙空间损失，而且进一步破坏次生溶孔，粒间的各种自生矿物的充填和胶结作用能堵塞孔喉而使渗透性变差；建设性成岩作用为溶蚀作用，它使砂岩的储集空间有所增加 [6] [7] [8] [9]。
1) 压实作用
高邮凹陷南断阶带与北斜坡内带阜一段埋深较大，加之储层粒度细，压实作用强烈，表现为颗粒紧密排列，线接触较多，可见颗粒长轴的定向排列(图2(a))。压实作用贯穿于成岩作用的始终，且早期的压实作用对储层孔隙影响最大，是本区储层致密化的主要成岩作用之一。
2) 胶结作用
高邮凹陷阜一段胶结作用主要有碳酸盐胶结、硅质胶结、粘土矿物胶结和少量黄铁矿胶结等类型。碳酸盐胶结物含量平均在15%以上，包括早期方解石、白云石以及晚期的铁方解石、铁白云石等(图2(b)~(d))，胶结方式多为孔隙式胶结，碳酸盐胶结是本区储层致密化的另一主要成岩作用；硅质胶结多以次生加大边形式出现(图2(b))；粘土矿物胶结以伊蒙混层和伊利石占主导，其次为绿泥石，粘土矿物对储层的影响就是堵塞孔隙和喉道，导致出现大量粘土矿物晶间孔。
高邮凹陷阜一段北斜坡带致密储层胶结作用强于南断阶带，其碳酸盐胶结物含量、粘土矿物含量明显多于南断阶带储层。
Figure 2. Characteristics of diagenesis and reservoir space of tight reservoir in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图2. 高邮凹陷阜一段致密储层成岩作用特征及储集空间特征
3) 溶蚀作用
高邮凹陷阜一段溶蚀作用较为发育，发育有长石、岩屑和石英的粒间溶蚀、粒内溶蚀，甚至可见长石铸模孔隙，溶蚀后在镜下可见颗粒的不规则边缘(图2(d)~(f))，在氩离子抛光扫描电镜下可见粒内及粒间的溶蚀微孔(图2(g)~(k))。碳酸盐胶结物的溶蚀多为方解石和铁方解石的溶蚀，溶蚀规模小于长石和岩屑的溶蚀。整体而言，南部断阶带储层溶蚀作用强于北部斜坡带，表现在南部断阶带储层溶孔的体积相对较大，而北部斜坡带储层溶孔体积明显较小(图2(h)~(j))。
高邮凹陷阜一段储层整体致密背景下，局部储层的物性较好与溶蚀作用关系密切。
4) 交代作用
高邮凹陷阜一段溶蚀作用交代作用也较为常见，主要是碳酸盐胶结物之间的交代(图2(c))、碳酸盐胶结物对颗粒的交代，以及黄铁矿与颗粒、碳酸盐胶结物之间的交代(图2(f))。
3.3. 储层物性特征
阜一段储层物性整体较差，储层平均孔隙度为7.86%，平均渗透率0.25 × 10−3 μm2，其中孔隙度小于10%的储层占63.7%，孔隙度小于12%的占85.7%，渗透率小于1 × 10−3 μm2的储层占79.5% (图3)，因此高邮凹陷阜一段储层属致密储层。从图2中不难发现南部断阶带储层物性明显优于北部斜坡带，前者平均孔隙度达10.32%，平均渗透率为0.43 × 10−3 μm2，而后者平均孔隙度仅6.98%，平均渗透率为0.25 × 10−3 μm2。
Figure 3. Histograms of physical property of tight reservoir in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图3. 高邮凹陷阜一段储层物性分布直方图
3.4. 储层孔隙结构特征
高邮凹陷阜一段致密储层孔隙类型多样，其中长石、岩屑的溶蚀孔隙较为发育，占总孔隙的57.6% (图2(d)~(f)、图2(k))，石英和碳酸盐胶结物溶蚀孔隙约占5.5%，原生孔隙相对约占16.4% (图2(g)~(i))，另外还发育大量粘土矿物晶间孔，约占20.5% (图2(h)、图2(i)、图2(l))；喉道类型有缩颈型、片状、弯片状和管束状等类型，由于颗粒间接触关系以线接触为主，少量呈点-线接触，因此喉道类型以片状或弯片状占主导，其次为缩颈型喉道和管束型喉道。
高压压汞分析显示高邮凹陷阜一段致密储层发育大量纳米级孔喉，超过74.5%储层平均孔喉半径小于0.5 μm；孔喉半径分布呈现一个主峰、多个次峰的形态，物性越好的储层，主峰分布的孔喉半径越大。不难发现，南部断裂带致密储层孔喉半径分布明显大于北部斜坡带储层，表明前者的孔隙结构明显优于后者(图4)。
Figure 4. Distribution of pore-throat radius of tight reservoir in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图4. 高邮凹陷阜一段致密储层孔喉半径分布图
恒速压汞分析表明，不同物性的致密储层，孔道半径分布范围和峰值比较接近，主要分布于100~150 μm左右，而喉道半径分布区间较大，介于0.2~2.5 μm之间(图5)；储层渗透率越大，喉道半径分布范围越宽，大喉道含量越高，喉道连通的孔隙越多，这表明喉道是控制储层物性的主要因素。
对比南部断阶带与北部斜坡内带致密储层的高压压汞孔喉分布和恒速压汞喉道分布，前者的孔喉分布和喉道半径分布均明显大于后者，同样表明南部断阶带致密储层孔隙结构优于后者。
Figure 5. Distribution of pore-throat radius of rate-controlled mercury penetration technique in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图5. 高邮凹陷阜一段储层恒速压汞孔喉半径分布图
4. 致密储层物性的控制因素
致密储层的形成与沉积作用、成岩作用、构造作用等地质因素密切相关。通过分析高邮凹陷阜一段致密储层的岩石学、成岩作用、储集空间等特征分析，认为影响研究区储层物性的因素主要有以下四个方面：
4.1. 沉积作用对储层物性的控制
沉积相控制了储层岩性、岩石成分、储层厚度等特征，是储层发育的物质基础，直接影响储层的质量。高邮凹陷阜一段主要为三角洲沉积，储集砂体以三角洲粉砂岩和细砂岩为主，沉积微相主要有水下分流河道、河口坝、席状砂、水下分流间湾等类型，对各微相砂体物性统计分析发现，不同沉积微相砂体物性具有较大的差异(图6)，有利沉积相带具有较好的物性，尤其是水下分流河道微相，河口坝微相次之，席状砂与间湾的物性最差，从而表现出了明显的相控储层的特征。这是因为水下分流河道、河口坝比席状砂和水下分流间湾砂体发育更粗的粒度、更好的分选以及更高的成分成熟度，具有更高的原始物性和抗压实减孔能力 [8]。因此，对于阜一段而言，优势沉积相带更有利于高物性致密储层的发育。
Figure 6. Physical property histograms of different sedimentary facies in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图6. 高邮凹陷阜一段不同沉积微相储层物性分布直方图
4.2. 构造作用对储层物性的控制
高邮凹陷在阜宁组至戴南组沉积时期，处于相对持续稳定的持续埋藏阶段，三垛组沉积时期盆地达到最大埋深，之后由于构造作用抬升遭受强烈剥蚀，随后在盐城组沉积时期盆地的沉降中心由南部转移到东部，东部北斜坡新近系以来的地层沉积厚度最厚超过1500 m，而南断阶带不到500 m，导致南部断阶带储层现今的埋藏深度小于其最大埋深，储层在油气充注前已经致密 [2]，溶蚀作用发生后油气充注成藏，之后再次埋藏的深度小于之前构造抬升的幅度，其物性受成岩作用影响不大，镜下仍可观察到大量溶蚀孔隙存在(图2(d)~(f))；北部斜坡带致密储层现今埋深即最大埋深，储层在油气充注后埋藏至今，属成藏后致密，储层致密程度较高，强烈的压实和胶结作用大大破坏了储层的储集空间，虽然在孔隙中仍可见沥青残余(图2(c))，但孔隙细小、孔喉连通性差，从而也导致储层物性较差。
4.3. 成岩作用对储层物性的控制
成岩作用对储层的储集空间类型、孔隙结构、填隙物成分都起着决定性影响，是影响储层物性的重要途径 [10] [11] [12]。高邮凹陷阜一段储层成岩作用目前主要处于中成岩A–中成岩B期 [2] [6] [7]，高邮凹陷阜一段致密储层经历了压实作用–石英次生加大–早期碳酸盐胶结–长石/岩屑/碳酸盐溶蚀–油气充注–晚期碳酸盐胶结–黄铁矿胶结的成岩序列 [6] [13] [14]。南部断阶带致密储层胶结作用相对较弱，溶蚀作用强烈，储层溶蚀孔隙大量发育，大大改善了储层的储集性能，为油气充注提供了储集空间；而北部斜坡带致密储层胶结作用强烈，溶蚀作用相对较弱，对储层物性的改善能力较为有限，而且由于碳酸盐胶结物和粘土矿物相对发育，占据孔隙和喉道空间，降低了储层的储集性能(图7)。
Figure 7. The relationship between carbonate cement content & clay mineral content and physical property in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图7. 高邮凹陷阜一段碳酸盐胶结物含量及粘土矿物含量与物性关系图
4.4. 孔隙结构对储层物性的控制
大量研究表明，孔隙结构是导致储层物性差异的直接原因 [15] [16] [17]。高邮凹陷阜一段南部断阶带储层以粒间溶孔、原生孔隙为主，孔隙孔径较大，以缩颈型、片状或弯片状喉道相互连通，连通性较好；而北部斜坡带储层以粒间溶孔、颗粒溶蚀微孔、晶间微孔和原生孔隙为主，储层中含有大量微孔隙，这些微孔隙大多以管束状喉道与孔隙相连通，连通性较差，不利于流体的渗流。
例如方4-1井2050 m孔隙类型为粒间溶蚀孔隙，孔喉分布区间较大，恒速压汞显示具有较高的孔隙进汞饱和度，占总进汞饱和度的50%；微米CT扫描也显示储层孔隙和喉道发育，孔隙和喉道喉具有良好的匹配关系(图8)；而花X33井3204.4 m孔隙类型为粒间溶孔、晶间微孔和原生孔隙，孔喉分布区间明显较小，恒速压汞显示其孔隙进汞饱和度极低，喉道进汞饱和度占总进汞饱和度的93%以上，表明储层的储集能力主要由喉道贡献，较差的喉道连通性导致大量孔隙成为孤立孔隙，难以发挥储集流体的作用，从而导致了两个储层物性上的巨大差异。
高压压汞和恒速压汞定量分析表明北部斜坡带致密储层无论孔喉大小、孔喉分布区间整体上均不及南部断阶带致密储层，这也是南部断阶带致密储层物性好于北部斜坡内带的直接原因。
综上看来，高邮凹陷阜一段致密储层物性受沉积作用、构造作用、成岩作用和孔隙结构四个因素的综合影响。整体而言，研究区储层具有明显的相控特征，沉积作用通过控制砂体的物质组成和相带分异决定储层的宏观物性分布，这是致密储层物性差异的基础；构造作用通过控制储层的埋藏方式影响储层的成岩作用，南部断阶带致密储层与北部斜坡内带致密储层由于不同的埋藏方式，进而导致发生了不同强度的成岩作用类型，前者以溶蚀强、胶结弱为特征，有利于改善储层物性，后者以胶结强、溶蚀弱为特征，储层物性改善有限；在不同成岩作用下储层形成了不同的孔隙结构类型，最终导致了南部断阶带致密储层与北部斜坡内带致密储层物性的差异。
Figure 8. Characteristics of reservoir space and pore structure in the 1st member of Funing Formation, Gaoyou Sag
图8. 高邮凹陷阜一段致密储层储集空间及孔隙结构特征
5. 结论
1) 高邮凹陷阜一段北部斜坡内带与南部断阶带致密储层在岩石学类型、成岩作用类型、储集空间类型等特征基本相似，但在胶结物类型及含量、成岩作用强度、储集空间类型及物性等特征上具有较明显的差异，北部斜坡内带致密储层灰质胶结物和粘土矿物含量高于南部断阶带，且孔隙结构及储集空间类型劣于南部断阶带，储层物性则以南部断阶带优于北部斜坡内带。
2) 沉积作用、构造作用、成岩作用相互耦合控制了高邮凹陷阜一段致密储层孔隙结构的发育，进而形成了南部断阶带与北部斜坡带储层物性的差异。沉积作用控制了不同相带储层矿物成分及结构的差异，形成了成岩作用物质基础的差异；构造作用通过控制北部斜坡带与南部断阶带储层的埋藏方式进而控制成岩作用演化的差异，在不同成岩作用类型和成岩作用强度差异下形成了两个地区储层孔隙结构的差异，并最终导致了储层物性的差异。