馬立元，邱桂強(qiáng)，胡才志，徐士林，陳純芳，李松

1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100037

0 引言

我國(guó)中西部盆地碎屑巖儲(chǔ)層普遍致密，其中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，且在國(guó)家油氣資源構(gòu)成中占據(jù)重要地位。部分學(xué)者已在致密砂巖儲(chǔ)層成巖演化、有機(jī)質(zhì)生烴增壓、源儲(chǔ)壓差形成演變等方面開展了大量工作，并取得了豐富的成果[1￣6]。宋子齊等[1]對(duì)特低滲透砂巖沿成巖過程進(jìn)行孔隙演化推演，確定不同成巖作用導(dǎo)致的孔隙度損益率。郭秋麟等[2]在鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油成藏研究中提出了“膨脹流”的概念，認(rèn)為石油在生烴增壓產(chǎn)生的膨脹力驅(qū)動(dòng)下，緩慢擠入致密儲(chǔ)層內(nèi)，形成連續(xù)的致密油聚集。龐正煉等[3]認(rèn)為只有生烴增壓才能克服川中侏羅系致密砂巖油的成藏阻力。馬中良等[4]開展了不同源儲(chǔ)壓差下的生排烴模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為在盆地抬升剝蝕階段，源儲(chǔ)壓差的存在會(huì)促進(jìn)烴類的有效排出，且排烴效率與源儲(chǔ)壓差呈正比。目前，致密低滲油氣的成藏機(jī)理和富集規(guī)律仍然存在一些理論認(rèn)識(shí)問題亟待解決。其中，儲(chǔ)層致密化與油氣成藏的時(shí)間關(guān)系和運(yùn)移聚集的動(dòng)力學(xué)機(jī)制是諸多要論的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，尤其在地層壓力較小的沉積盆地，致密低滲砂巖的成藏動(dòng)力學(xué)機(jī)制分析更顯重要。本文選取中西部碎屑巖盆地中具有代表性的紅河油田上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組致密砂巖油藏，系統(tǒng)分析了儲(chǔ)層致密化歷史、油氣成藏期次和動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制，揭示了盆地地質(zhì)過程中的成巖—成藏動(dòng)態(tài)關(guān)系，提出了低幅超壓背景下的致密砂巖成藏新機(jī)制，闡釋了強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層的油氣差異成藏富集過程。

1 基本石油地質(zhì)特征

紅河油田位于甘肅省東南部鎮(zhèn)原、崇信和涇川等三縣交界處，構(gòu)造位置處在鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南部。該區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，整體呈現(xiàn)為一東高西低的西傾單斜，局部發(fā)育小型低幅度鼻狀隆起（圖1）。鉆井揭示鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)中生界自下而上主要發(fā)育上三疊統(tǒng)、中下侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)。其中，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組和中侏羅統(tǒng)延安組為研究區(qū)主要的目的層段。主要產(chǎn)油層為延長(zhǎng)組長(zhǎng)6、長(zhǎng)8油層組，其次為長(zhǎng)7、長(zhǎng)9油層組，在延安組和長(zhǎng)10油層組也發(fā)現(xiàn)零星分布的產(chǎn)油層。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置（a）與長(zhǎng)8段底面構(gòu)造（b）圖Fig.1 Structural location map of the study area (a) and bottom structural map of Chang 8 member (b)

紅河油田中生界主力烴源層為形成于深湖—半深湖相還原環(huán)境的長(zhǎng)7段底部的張家灘頁巖，油氣儲(chǔ)集層是致密低滲的延長(zhǎng)組水下分流河道砂體。烴源巖和儲(chǔ)集層緊鄰交錯(cuò)疊置，在空間上構(gòu)成了成藏條件優(yōu)越的近源成藏體系[7￣8]。

延長(zhǎng)組油藏為典型的巖性油藏，構(gòu)造對(duì)油藏分布的控制作用不明顯。儲(chǔ)層含油性受沉積相、巖性側(cè)向尖滅和砂體內(nèi)部物性等因素控制[9]。延長(zhǎng)組油藏的產(chǎn)層均為油水同層或含油水層，幾乎沒有不含水油層。

2 儲(chǔ)層致密化與石油成藏的時(shí)間關(guān)系

儲(chǔ)層致密化與石油成藏的時(shí)間先后決定了成藏機(jī)制和油氣的運(yùn)聚過程，依托其中的關(guān)鍵事件或節(jié)點(diǎn)（如儲(chǔ)層物性、油氣成藏的多期次演變和調(diào)整），可研究?jī)?chǔ)層致密化與石油成藏的時(shí)間關(guān)系。

2.1 儲(chǔ)層致密化歷史

基于大量薄片觀察和分類統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)分析了紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層致密化的主要因素及其相關(guān)的成巖事件。根據(jù)成巖自生礦物共生組合關(guān)系，結(jié)合包裹體顯微巖相學(xué)分析和均一溫度測(cè)定，厘定研究區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)集巖的成巖演化序列。在此基礎(chǔ)上，采用鏡下回剝反推法統(tǒng)計(jì)成巖產(chǎn)物，通過面—體轉(zhuǎn)換、覆壓孔隙度校正和壓實(shí)模擬計(jì)算，定量分析關(guān)鍵成巖事件對(duì)砂巖孔隙度演變的影響，進(jìn)而形成研究區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層孔隙度演變曲線。

2.1.1 主要成巖事件序列和對(duì)砂巖孔隙度的影響分析

紅河油田延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層致密低滲，是各種成巖事件綜合作用的結(jié)果。據(jù)分析，機(jī)械壓實(shí)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用是導(dǎo)致紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層致密化的主要因素，硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物形成及部分層段的瀝青化可在一定范圍內(nèi)增加砂巖致密的程度，而綠泥石薄膜的形成、高嶺石析出和油氣充注等可在一定程度上抑制成巖作用的進(jìn)行。長(zhǎng)石、方解石、巖屑等的溶蝕作用和砂巖的破裂作用可大幅抵消各類破壞性成巖作用對(duì)砂巖物性降低的影響[10]。

機(jī)械壓實(shí)作用是紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層致密低滲的主因之一。隨著地層沉降深埋和上覆巖層增厚，壓實(shí)作用增強(qiáng)，致使碎屑顆粒定向排列，部分軟巖屑塑性變形，從而使得孔隙空間迅速減小。碎屑顆粒間呈線、凹凸或縫合線接觸（圖2a）。紅河油田延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了三期較大規(guī)模的壓實(shí)作用，分別發(fā)生于晚三疊世至早侏羅世的同沉積階段、晚侏羅世大幅沉降階段和早白堊世早中期的快速沉降階段。其中，前兩期壓實(shí)作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層孔隙度的減小影響最大，使得砂巖原始孔隙度減小了約12%~15%，第三期壓實(shí)作用導(dǎo)致砂巖孔隙度減小了5%~8%。

膠結(jié)作用是紅河油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層致密化的關(guān)鍵因素，其中最主要的膠結(jié)物類型為碳酸鹽（方解石和鐵方解石），其次為硅質(zhì)（石英次生加大）。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層共發(fā)生了5期碳酸鹽膠結(jié)作用，分 別 發(fā) 生 在212~208 Ma、175~160 Ma、135~125 Ma、112~100 Ma、88~82 Ma。其中，發(fā)生在112~100 Ma的碳酸鹽膠結(jié)作用規(guī)模最大，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度降低了5%~10%，部分成為致密儲(chǔ)層（圖2b）。硅質(zhì)膠結(jié)主要是以次生加大邊的形式發(fā)育在石英顆粒邊緣（圖2c）。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組共有5期硅質(zhì)膠結(jié)：215~202 Ma、175~172 Ma、145~128 Ma、118~112 Ma、95~86 Ma。相對(duì)于碳酸鹽膠結(jié)，硅質(zhì)膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的變化影響較小，僅發(fā)生在成巖中—晚期的石英次生加大規(guī)模較大，致使儲(chǔ)層孔隙度減小了2%左右。

在紅河油田長(zhǎng)8油層組砂巖中，鏡下常見生長(zhǎng)在巖石顆粒表面的綠泥石薄膜（圖2d）。同沉積階段產(chǎn)生的綠泥石薄膜對(duì)原生孔隙的保存具有積極貢獻(xiàn)，其可在一定程度上抵御機(jī)械壓實(shí)作用，同時(shí)，將巖石顆粒與孔隙流體隔離，從而抑制硅質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)作用的進(jìn)行[11￣14]。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層中，早期綠泥石膜的存在對(duì)儲(chǔ)層孔隙保護(hù)的貢獻(xiàn)度約為1.5%~2.0%。油氣充注到砂巖儲(chǔ)層中可適度抑制或減緩儲(chǔ)層成巖作用的進(jìn)行，這一認(rèn)識(shí)已被諸多學(xué)者認(rèn)可[14￣17]。紅河油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層中常見早期重質(zhì)油的充填（圖2e）。這種早期油氣充注對(duì)砂巖孔隙度保持的貢獻(xiàn)約為5%~6%。

研究區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖中，成巖演化早期階段發(fā)育的溶蝕作用較強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層物性演變產(chǎn)生了重要影響。在眾多易溶顆粒中，長(zhǎng)石的溶蝕現(xiàn)象較為常見，溶蝕作用通常發(fā)生在顆粒邊緣和解理面（圖2f）。方解石顆粒的溶蝕是由于后期孔隙流體的化學(xué)性質(zhì)改變而產(chǎn)生，部分溶蝕孔被其他次生礦物充填而形成方解石殘余環(huán)邊（圖2g）。紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層發(fā)生過4期規(guī)模較大的溶蝕作用，分別處于192~188 Ma、163~158 Ma、135~128 Ma、105~96 Ma。據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層中的各類溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的增加比率約為4%~6%。

破裂作用在紅河油田延長(zhǎng)組砂巖成巖過程中普遍存在，通常表現(xiàn)為剛性顆粒受壓破裂產(chǎn)生微裂縫，部分縫段存在溶蝕現(xiàn)象（圖2h）。裂縫的發(fā)育明顯地?cái)U(kuò)大和改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間與滲透性能，提高了油氣藏產(chǎn)能。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組中大致存在4期破裂作用，其發(fā)生時(shí)間基本與構(gòu)造抬升期相對(duì)應(yīng)，地質(zhì)年齡分別處于182~170 Ma、152~135 Ma、95~70 Ma、35~12 Ma，其中發(fā)生在152~135 Ma的破裂作用規(guī)模最大，導(dǎo)致大量微裂縫產(chǎn)生，有效地改善了儲(chǔ)層的物性，構(gòu)成石油運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道。

圖2 長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層主要成巖作用特征顯微照片（a）顆粒間呈線或凹凸接觸，黑云母變形，HH74井，2 349.16 m，×20（+）；（b）微晶方解石基底式膠結(jié)粒間孔，HH37井，1 995.02 m，×15（+）；（c）多期石英次生加大邊繼承性生長(zhǎng)，HH74井，2 354.3 m，×20（+）；（d）綠泥石在碎屑顆粒外呈包膜式生長(zhǎng)，SHU2井，2 152.89 m，SEM；（e）孔隙壁面殘留褐黑色瀝青，HH42井，1 712.43 m，×20（-）；（f）長(zhǎng)石被溶蝕形成鑄膜孔，HH42井，1 716.62 m，×40（-）；（g）早期方解石的溶蝕殘余，HH24井，1 824.3 m，×100（Y）；（h）切穿巖石顆粒的微裂縫，HH56井，2 018.06 m，×20（-）Fig.2 Micrographs showing the main diagenesis characteristics of the Chang 8 reservoir

根據(jù)前述關(guān)鍵成巖作用發(fā)生的時(shí)間和期次，結(jié)合成巖礦物共生組合關(guān)系，確定了紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組砂巖儲(chǔ)層的成巖演化序列：早期機(jī)械壓實(shí)→早期綠泥石膜形成→早期碳酸鹽膠結(jié)→早期硅質(zhì)膠結(jié)→長(zhǎng)石溶蝕→破裂作用→低熟油充注→長(zhǎng)石、方解石溶蝕→破裂作用→濁沸石溶蝕→長(zhǎng)石溶蝕→石油充注→石英次生加大→碳酸鹽膠結(jié)→石油充注→石英次生加大→晚期碳酸鹽膠結(jié)→破裂作用（圖3）。

2.1.2 儲(chǔ)層孔隙度演變分析

紅河油田延長(zhǎng)組自沉積以來，在機(jī)械壓實(shí)的成巖背景下，多期次的膠結(jié)、溶蝕和破裂作用等交替發(fā)生，形成了致密低滲的儲(chǔ)層物性特征。受沉積環(huán)境和水動(dòng)力變化等因素的影響，紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組砂巖的巖性變化快、物性差異大、巖石學(xué)特征復(fù)雜，其不同類型砂巖的成巖演化過程存在較大差異，且呈一定的階段性。自晚三疊世以來至中侏羅世中晚期（約160 Ma），隨著盆地沉降，延長(zhǎng)組沉積物被深埋而遭受快速壓實(shí)，部分雜基含量較高的沉積物孔隙度迅速減小而成為致密砂巖，一部分砂體邊部和薄層砂巖被碳酸鹽膠結(jié)而孔隙度急劇下降，最終成為致密低滲透層。中侏羅世晚期至晚白堊世中期（約160~80 Ma），長(zhǎng)8油層組砂巖在機(jī)械壓實(shí)的成巖背景下經(jīng)歷了多期碳酸鹽膠結(jié)作用和溶蝕、破裂作用的改造，最終演變?yōu)橹旅軆?chǔ)層。

受石油充注、邊緣致密和通道隔擋等影響，長(zhǎng)8油層組砂巖存在多種成巖演化過程。通常情況下，厚砂體邊部的顆粒粒度較小，泥質(zhì)含量較高，在壓實(shí)作用下孔隙度減小較快而更容易致密，另外，碳酸鹽膠結(jié)作用通常首先沿著砂體的邊部進(jìn)行，繼而由外向內(nèi)推進(jìn)[10]。但在有石油充注的砂體中，由于有機(jī)酸對(duì)易溶顆粒及膠結(jié)物的溶蝕和烴類對(duì)水巖作用的抑制，致使砂巖物性相對(duì)較好。此階段，一般砂巖的孔隙度已低于儲(chǔ)層低孔的上限（Φ=15%），而高于超低孔的下限（Φ=7%）（根據(jù)《石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》DZ/T0217—2005，中孔與低孔的孔隙度界線為15%，而特低孔與超低孔的孔隙度界線為7%），故將此階段稱之為“致密化窗口期”。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組一般砂巖的致密化窗口期在123~83 Ma。發(fā)生于112~100 Ma和88~82 Ma的兩期碳酸鹽膠結(jié)是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密的主要原因。晚白堊世晚期以來，研究區(qū)差異抬升，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，部分巖石破裂而產(chǎn)生裂縫，同時(shí)，溶蝕和膠結(jié)作用交替進(jìn)行。此階段的儲(chǔ)層成巖演化總體表現(xiàn)為砂體內(nèi)部膠結(jié)作用的持續(xù)推進(jìn)和溶蝕孔、破裂縫的產(chǎn)生及對(duì)部分裂縫的充填，儲(chǔ)層物性得以小幅度調(diào)整，但砂巖物性整體屬于致密—低滲的范疇（圖3）。

圖3 長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層成巖序列與孔隙度演變圖Fig.3 Diagenetic sequence and porosity evolution map of the Chang 8 reservoir

2.2 油氣成藏期次

油氣成藏年代學(xué)分析是成藏富集規(guī)律研究中的關(guān)鍵點(diǎn)，但也存在較大的難度。目前，地質(zhì)年齡的界定方法較多，但均不同程度地存在缺點(diǎn)和局限性，因此，確定地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)間，需要將多種方法結(jié)合進(jìn)行綜合分析，才能得出相對(duì)可靠的地質(zhì)年齡[18]?；谘芯繀^(qū)中生代以來的地層剝蝕厚度計(jì)算和溫壓場(chǎng)演變分析，恢復(fù)了重點(diǎn)鉆井的埋藏史和烴源巖熱演化史。通過儲(chǔ)層油氣包裹體顯微巖相學(xué)分析和均一溫度測(cè)定，厘定并統(tǒng)計(jì)包裹體被捕獲的地質(zhì)年齡。結(jié)合儲(chǔ)層自生伊利石K-Ar同位素測(cè)年數(shù)據(jù)和烴源巖生排烴數(shù)值模擬結(jié)果，綜合分析紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組石油成藏的時(shí)間和期次。

在對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)鉆井延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組716個(gè)儲(chǔ)層包裹體顯微巖相學(xué)分析的基礎(chǔ)上，從中篩選324個(gè)基本可反映油氣成藏期形成的含油包裹體（GOI>5%），測(cè)定與其伴生的鹽水包裹體的均一溫度，借助鉆井埋藏史確定包裹體形成的地質(zhì)年齡并作相應(yīng)統(tǒng)計(jì)（圖4）。整體來看，紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組油藏基本為一期石油充注的產(chǎn)物，充注時(shí)間較長(zhǎng)，可從153 Ma持續(xù)到106 Ma，其中可劃分兩個(gè)接近連續(xù)的成藏階段：153~149 Ma和143~106 Ma。第二階段又包含三次較大規(guī)模的成藏，地質(zhì)時(shí)間分別在143~127 Ma、124~118 Ma、116~110 Ma。

圖4 長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層含油包裹體年齡分布圖Fig.4 Age distribution of oil￣bearing inclusions in the Chang 8 reservoir

學(xué)者普遍認(rèn)為，砂巖儲(chǔ)層中的自生伊利石僅在流動(dòng)的富鉀水介質(zhì)中形成，烴類的介入會(huì)改變地下流體的化學(xué)性質(zhì)，致使伊利石停止生長(zhǎng)[19￣21]。因此，利用含油砂巖儲(chǔ)層自生伊利石K-Ar同位素測(cè)年可確定烴類充注的最早時(shí)間。此次共采集了5件研究區(qū)長(zhǎng)8油層組自生伊利石發(fā)育的含油砂巖樣品，并進(jìn)行自生伊利石分離及其K-Ar同位素測(cè)年，時(shí)間大致在116 Ma、103 Ma和82 Ma，記錄了三期油氣充注事件。

研究區(qū)烴源巖生排烴過程的模擬結(jié)果顯示（圖5），長(zhǎng)7段張家灘頁巖自中侏羅世即已開始生成少量低熟油，到晚侏羅世中期（約145 Ma）烴源巖開始排油，但排油量很有限。早白堊世，盆地急劇沉降，烴源巖深埋致使有機(jī)質(zhì)迅速成熟，自早白堊世早期（約125 Ma）始，長(zhǎng)7烴源巖生烴量和排烴量陡增。晚白堊世以來，受盆地抬升的影響，烴源巖有機(jī)質(zhì)生烴近乎停止，排烴也隨即停止。從模擬結(jié)果來看，長(zhǎng)7烴源巖的排烴期可從150 Ma一直持續(xù)到95 Ma，其中，125~95 Ma為烴源巖排烴高峰期。

圖5 HH109井長(zhǎng)7段烴源巖熱演化史模擬Fig.5 Thermal evolution history of source rock in the Chang 7 member of well HH109

綜上所述，結(jié)合研究區(qū)地層埋藏史，可以確定研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組存在基本連續(xù)的一期成藏，其中包含三個(gè)成藏階段，分別對(duì)應(yīng)晚侏羅世早期、晚侏羅世晚期至早白堊世末期、晚白堊世至中新世。其中，第一成藏階段是發(fā)生于晚侏羅世早期（153~149 Ma）的低熟油成藏，成藏規(guī)模較小，范圍很局限。晚侏羅世晚期至早白堊世是盆地快速沉降期，延長(zhǎng)組成藏作用持續(xù)進(jìn)行，此期是研究區(qū)長(zhǎng)8油層組第二個(gè)油氣成藏階段，也是最主要的成藏階段，可劃分出四次較大規(guī)模的成藏，分別發(fā)生在143~127 Ma、124~118 Ma、115~110 Ma、104~95 Ma，其 中，124~110 Ma（K1中期）是石油成藏的主要時(shí)期。晚白堊世以來，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，地層快速抬升，原先油氣藏調(diào)整而形成次生油氣藏，構(gòu)成研究區(qū)第三個(gè)油氣成藏階段。

2.3 致密化與成藏的時(shí)間序列

基于前述延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層致密化歷史和油氣成藏期次的分析，明確了儲(chǔ)層致密化與油氣成藏的時(shí)間關(guān)系（圖6）。前已述及，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖儲(chǔ)層的致密化窗口期在早白堊世早期至晚白堊世中期（123~83 Ma），其中發(fā)生于112~100 Ma和88~82 Ma的兩期碳酸鹽—硅質(zhì)膠結(jié)是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密的關(guān)鍵成巖事件。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組的石油成藏窗口期在晚侏羅世晚期至晚白堊世早期（143~95 Ma），其中主成藏期在早白堊世中期（124~110 Ma）。整體而言，研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組砂巖儲(chǔ)層致密化與石油成藏協(xié)同發(fā)生，儲(chǔ)層致密化窗口晚于石油成藏窗口，關(guān)鍵致密化事件的發(fā)生晚于主成藏期（圖6）。

圖6 長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層致密化與成藏的時(shí)間關(guān)系Fig.6 Time relationship between densification and formation of the Chang 8 reservoir

砂巖儲(chǔ)層致密化與石油成藏的時(shí)間關(guān)系是由巖石成分、烴源巖品質(zhì)、地層埋藏過程及源儲(chǔ)配置關(guān)系共同決定。紅河油田延長(zhǎng)組儲(chǔ)層屬于水下分流河道砂體，巖性主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖，少量為長(zhǎng)石砂巖。砂巖中長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定組分含量較高，成分成熟度低，砂巖的溶蝕改造易于發(fā)生。研究區(qū)主力烴源巖為長(zhǎng)7段底部的張家灘頁巖，其中有機(jī)碳含量高，生烴母質(zhì)類型好，為I型或II1型，具有生排烴早的熱演化特點(diǎn)。同時(shí)，自晚侏羅世至早白堊世末期，盆地大幅沉降，地層深埋，促使烴源巖有機(jī)質(zhì)迅速成熟，也加劇了生排烴過程的進(jìn)行。另外，長(zhǎng)7段主力烴源巖與長(zhǎng)8段河道砂體緊鄰，源儲(chǔ)就近配置，易于近源成藏。

3 低幅超壓下的石油成藏機(jī)制

前人研究普遍認(rèn)為，致密低滲儲(chǔ)層中油氣運(yùn)聚的主要?jiǎng)恿κ浅瑝?，浮力和?gòu)造力在致密砂巖油氣成藏過程中的作用甚微[22￣25]。前期研究結(jié)果表明，紅河油田上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組現(xiàn)今處于正常地層壓力或微弱負(fù)壓狀態(tài)，但在主成藏期（早白堊世中晚期），長(zhǎng)7段泥巖由于欠壓實(shí)而存在較小幅度的超壓，剩余壓力約在3~4 MPa之間，壓力系數(shù)為1.1~1.3[26]。因此，這種低幅超壓構(gòu)成了延長(zhǎng)組致密低滲儲(chǔ)層的成藏動(dòng)力學(xué)背景。

在鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)，長(zhǎng)7段上部是有機(jī)碳含量較低的泥巖，下部是主力烴源巖張家灘頁巖，長(zhǎng)8段砂巖的成藏需要長(zhǎng)7段烴源巖向下排烴。張家灘頁巖與長(zhǎng)8段有效儲(chǔ)層之間存在一套5~40 m厚的泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖，構(gòu)成了油氣運(yùn)移的隔層。前期研究結(jié)果顯示，主成藏期存在較小的源儲(chǔ)壓差，分布在0.8~1.35 MPa[26]。這種較小的源儲(chǔ)壓差很難滿足突破隔擋層向下運(yùn)聚成藏的動(dòng)力要求。因此，單一的壓差驅(qū)動(dòng)機(jī)制不能完全解釋低動(dòng)力背景下的成藏問題，應(yīng)該還存在其他的機(jī)制。

筆者注意到，在顯微鏡下，研究區(qū)長(zhǎng)8段砂巖儲(chǔ)層中原油早期充注的現(xiàn)象較為常見，后期又有不同期次（熒光）的烴類充注（圖7）。圖7a、b為HH37井長(zhǎng)8段（2 003.41 m）砂巖孔隙內(nèi)瀝青及不同熒光石油的充注現(xiàn)象，其中黑色碳質(zhì)瀝青（紅色箭頭處）充填于粒間孔內(nèi)，在單偏光（圖7a）和紫外光（圖7b）下均呈不透明的黑色。在粒間孔內(nèi)同時(shí)充填黃綠色和藍(lán)白色熒光的石油（綠色箭頭處），代表了不同期次的石油充注。

在單井上，多數(shù)油層的不同部位均檢測(cè)到早期石油充注的情況，預(yù)示在研究區(qū)內(nèi)這是一種普遍的機(jī)制。已有研究表明，早期充注的低成熟度原油中含有大量有機(jī)極性分子，可改變長(zhǎng)石、石英、方解石等礦物顆粒表面的潤(rùn)濕性而具有親油傾向[10]。筆者通過自吸實(shí)驗(yàn)分析了研究區(qū)部分砂巖儲(chǔ)層樣品的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明，紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組巖石潤(rùn)濕指數(shù)介于-0.18~0.61，以弱親油—親水為主。對(duì)相關(guān)樣品的測(cè)井解釋含油飽和度統(tǒng)計(jì)表明，巖石含油飽和度與潤(rùn)濕指數(shù)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)為含油飽和度越高，巖石潤(rùn)濕指數(shù)越小，巖石潤(rùn)濕性越趨向于親油（圖8）。同時(shí)，對(duì)自吸實(shí)驗(yàn)樣品的高壓壓汞測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，巖石排驅(qū)壓力與潤(rùn)濕指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系（圖8），表明巖石的親油性越強(qiáng)，其排驅(qū)壓力越小，油氣在其中越易發(fā)生運(yùn)移。烴類充注造成儲(chǔ)層排替壓力大幅下降，從而減小了石油運(yùn)移的阻力，即便在較小的源儲(chǔ)壓差下石油也能運(yùn)移成藏[10]。因此，普遍存在的早期石油充注是低動(dòng)力背景下致密砂巖中石油運(yùn)移成藏的重要機(jī)制。

圖8 長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層含油飽和度、排驅(qū)壓力與潤(rùn)濕指數(shù)關(guān)系圖Fig.8 Relationship between oil saturation, displacement pres￣sure, and wettability index of the Chang 8 reservoir

在致密砂巖油氣成藏中，除了源儲(chǔ)壓差驅(qū)動(dòng)和早期原油充注外，裂縫的發(fā)育也是低動(dòng)力背景下石油運(yùn)移的重要因素。在研究區(qū)長(zhǎng)8段巖心和顯微鏡下均可觀察到重質(zhì)油沿著微裂縫分布的現(xiàn)象（圖7c，d）。筆者對(duì)部分鉆井巖心中觀察到的裂縫產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并采用渝滲模型計(jì)算其滲透率，結(jié)果顯示裂縫的滲透率在（0.046 8~85.88）×10-3μm2之間，平均滲透率可達(dá)9.85×10-3μm2（表1）?？梢?，裂縫具有很好的滲透性能，在石油運(yùn)移中起著優(yōu)勢(shì)通道的作用。

表1 鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)延長(zhǎng)組中的裂縫滲透率計(jì)算值Table 1 Calculation value of fracture permeability in the Yanchang Formation of the Zhenyuan?Jingchuan area

從前面的論述中可知，在低動(dòng)力背景下，源儲(chǔ)壓差驅(qū)動(dòng)、早期原油充注、裂縫優(yōu)勢(shì)路徑等多種機(jī)制共同作用，控制了致密低滲砂巖中石油的運(yùn)移成藏過程。

4 石油差異成藏富集模式與動(dòng)阻力耦合機(jī)制

沉積作用導(dǎo)致的砂體復(fù)雜疊置關(guān)系和巖石組構(gòu)有序變化，決定了埋藏過程中砂巖的有序、差異致密，儲(chǔ)層呈“結(jié)構(gòu)型”非均質(zhì)。受其約束，油氣成藏也表現(xiàn)出一定的差異性（圖9）。在紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段成巖—成藏系統(tǒng)中，對(duì)于原生孔隙保持較好或溶蝕、破碎等形成的高滲帶而言，早期如有重質(zhì)油選擇性充注則成為含油層，后期的繼承性充注呈現(xiàn)浸染式擴(kuò)展的特點(diǎn)。而在邊緣致密和通道隔擋的情況下，盡管原油無法進(jìn)入，但由于保持了相對(duì)較高的孔滲而成為水層，后期如果改善溝通后有原油充注也可成為油層。這兩種情況形成的油藏在晚期的構(gòu)造抬升活動(dòng)中得以調(diào)整，表現(xiàn)為壓力散失和含油飽和度的變化（圖9）。

圖9 長(zhǎng)8油層組石油成藏過程綜合解釋圖Fig.9 Comprehensive interpretation chart of the petroleum accumulation process for the Chang 8 reservoir

與上述差異成藏過程相對(duì)應(yīng)，不同類型砂巖的成藏動(dòng)阻力耦合機(jī)制也呈現(xiàn)不同的演變特點(diǎn)（圖10）。富含軟巖屑砂巖或河道邊部泥質(zhì)含量較高的砂巖在成巖演化的早期就已致密，其排替壓力遠(yuǎn)大于源儲(chǔ)壓差，油氣不能充注其中。在正常條件下，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組致密砂巖的排替壓力較大，在地質(zhì)歷史中，源儲(chǔ)壓差始終小于致密砂巖的排替壓力，不能滿足油氣充注成藏的動(dòng)力需求。而在原生孔隙保持較好的高滲帶，晚侏羅世發(fā)生的早期原油充注波及的部位，其排替壓力大幅下降，在后期的演化過程中，排替壓力雖有小幅增大，但仍維持了較小的值。對(duì)于次生孔隙發(fā)育帶而言，在溶蝕、破裂等作用下砂巖物性得以改善，其排替壓力有所下降，在后期的演化過程中排替壓力呈較小幅度的增大。上述原生孔隙保持較好的高滲帶和次生孔隙發(fā)育帶這兩種類型的砂巖儲(chǔ)層，在主成藏期（早白堊世中晚期）的源儲(chǔ)壓差均大于排替壓力，即成藏動(dòng)力大于阻力，具備油氣運(yùn)移的動(dòng)力學(xué)條件，油氣運(yùn)聚就有可能發(fā)生（圖10）。

圖10 HH103井長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層排替壓力與源儲(chǔ)壓差耦合關(guān)系演變圖Fig.10 Evolution of the coupling relationship between displacement pressure and source￣reservoir pressure difference in the Chang 8 reservoir of well HH 103

5 結(jié)論

（1） 紅河油田延長(zhǎng)組自沉積以來，在機(jī)械壓實(shí)的成巖背景下，多期次的膠結(jié)、溶蝕和破裂作用等交替發(fā)生，形成了致密低滲的儲(chǔ)層物性特征。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組一般砂巖的致密化窗口期在123~83 Ma，發(fā)生于112~100 Ma和88~82 Ma的兩期碳酸鹽膠結(jié)是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密的主要因素。

（2） 紅河油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組存在基本連續(xù)的一期成藏，其中包含三個(gè)成藏階段，分別對(duì)應(yīng)J3早期、J3晚期-K1末期、K2-N1，其中，K1中期（124~110 Ma）為石油成藏的主要時(shí)期。整體而言，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組砂巖儲(chǔ)層致密化與石油成藏協(xié)同發(fā)生，儲(chǔ)層致密化窗口晚于石油成藏窗口，關(guān)鍵致密化事件的發(fā)生晚于主成藏期。

（3） 紅河油田延長(zhǎng)組石油成藏是在低動(dòng)力背景下早期充注、優(yōu)勢(shì)通道、壓差驅(qū)動(dòng)等多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出早期選擇性充注、后期繼承性充注和浸染式擴(kuò)展的特點(diǎn)。不同類型砂巖的成藏動(dòng)、阻力耦合關(guān)系演變決定了強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層的差異成藏富集。