Characteristics of Tight Sandstone Reservoirs and Their Controlling Factors of He-1 Member in Hangjinqi Block, Ordos Basin
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摘要: 鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒一段富含天然气，但储层致密、非均质性强，从而制约了该地区天然气的增储上产.利用岩心、铸体薄片和场发射扫描电镜观察、孔渗测试、X射线衍射分析、高压压汞及恒速压汞分析等，分析致密砂岩储层的特征及其主控因素.以此将储层划分为优势储层和差储层两类，优势储层主要以心滩和河道内的粗粒岩屑石英砂岩，岩屑砂岩为主，泥质含量低，溶蚀孔隙发育，差储层主要以河道间的细粒岩屑砂岩为主，泥质含量高，孔隙不发育.物源的差异导致了西部石英含量高于东部.水动力条件的强弱是决定储层优劣的初始条件，早期泥质充填导致差储层的原始孔隙度较低.优势储层中泥质含量较少，更能抵抗上覆压力，孔隙流体更活跃，能形成更多的溶蚀孔.Abstract: The He-1 Member of Hangjinqi block in Ordos basin is rich in natural gas, but the reservoir is dense and heterogeneous which restricts the increase of natural gas storage and production in this area. In this paper it makes full use of cores, casting thin section observation, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observation, porosity and permeability test, X-ray diffraction (XRD) analysis, high-pressure mercury injection and constant-rate mercury injection analysis to illustrate the reservoir characteristics and controlling factors of He-1 Member in the study area. Based on that, the reservoirs are divided into superior reservoirs and poor reservoirs. The superior reservoirs are mainly composed of coarse-grained sublitharenite and litharenite developed in diara with less matrix and developed dissolution pores. The poor reservoirs are mainly composed of fine-grained litharenite developed with much matrix and undeveloped pores. The difference of provenance resulted in higher quartz content in the west than in the east. The strength of hydrodynamic condition is the initial condition that determines the quality of reservoir. Early argillaceous filling results in lower original porosity in poor reservoirs. The superior reservoir is more resistant to overburden pressure due to the less matrix. And the pore fluid is more active in superior reservoir which is benefitial to the formation of disolutionpore.
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随着非常规资源勘探开发技术的不断提高，致密砂岩气已经成为世界上最重要的非常规油气资源之一（邹才能等，2010，2012；Wu et al.，2020；白卢恒等，2021）.特别是在鄂尔多斯、四川、松辽等盆地的勘探开发中取得了一系列重大突破（戴金星等，2012；张国生等，2012），其中在鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造带中相继发现了以苏里格气田、大牛地气田、榆林气田和米脂气田为代表的大型气田.近年来勘探成果显示，鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区上古生界具有较好的生储盖条件，油气成藏配置优越（薛会等，2010；纪文明等，2013），有望成为下一个油气勘探的突破口.然而前人对该地区的研究主要集中在烃源岩的生烃潜力、天然气的成藏模式等方面（薛会等，2009a，2009b；张杰等，2009；刘栋，2016）.对储层特征及其主控因素方面的研究则较为薄弱，曾先后有多位学者对杭锦旗地区下石盒子组一段致密砂岩储层进行了研究，但都止于储层特征描述和分类（张学例等，2001；李德敏和张哨楠，2003；曹敬华等，2007；谢润成等，2010），并没有对不同类型储层发育的主控因素进行比较和差异性分析.另外有多位学者（张琴等，2007；张哨楠，2008；雷涛等，2013；李婕，2013；邱隆伟等，2019a）对盒一段储层物性的主控因素进行了研究，但是或偏重于沉积作用的影响，或强调成岩作用的控制，没有将沉积作用和成岩作用作为一个整体进行研究，并且忽略了沉积作用的差异会导致成岩作用的差异.
本文聚焦于杭锦旗地区盒一段致密砂岩储层，利用铸体薄片和场发射扫描电镜观察、孔渗测试、X射线衍射分析、高压压汞及恒速压汞分析等研究手段，详细描述储层的岩石学特征，储集空间类型及储层物性特征，在总结储层特征的基础上，从沉积作用和成岩作用2个方面揭示其主控因素，为进一步理解储层物性与沉积和成岩作用的关系、深化对近源快速沉积背景下致密砂岩储层甜点区的认识提供理论依据，以及为国内具有相似地质条件的致密砂岩气勘探研究提供参考.
1. 区域地质概况
鄂尔多斯盆地在大地构造上属于华北地台，是一个稳定沉降、坳陷迁移、扭动明显的，具有多沉积旋回的克拉通盆地（杨俊杰，2002）.除盆地边缘发育边界断裂外，盆地内部断层不发育.根据构造特征将鄂尔多斯盆地划分为6个构造单元：伊盟隆起、西缘冲断带、天环向斜、伊陕斜坡、晋西挠折带和渭北隆起（图 1a）.杭锦旗探区位于鄂尔多斯盆地北部的伊盟隆起上（图 1）.研究区呈现东高西低，北高南低的地貌特征，根据基底起伏和断层分界可以将杭锦旗划分为什股壕、浩绕召、公卡汉、阿镇和十里加汉5个区带（图 1b）.研究区内发育3条主干断裂，分别是泊尔江海子断裂、乌兰吉林庙断裂和李家渠断裂.断层的分段连接过程控制了研究区的沉积充填，同时也在断裂带附近形成了一系列的低幅构造圈闭（Yang et al.，2013；Wang et al.，2018；Xu et al.，2018）.从晚古生代到早中生代，断裂带经历了两期挤压变形，晚中生代经历了一期张扭反转.上古生界沉积时，杭锦旗地区向东南倾伏，然后由于晚侏罗世的燕山运动发生掀斜，形成现今向西南倾伏的格局（薛会等，2009c）.
图 1 杭锦旗地区位置及构造分区a.鄂尔多斯盆地；b.杭锦旗区块Fig. 1. Location and structural division of Hangjinqi block研究区上古生界是一套由滨浅海向内陆湖泊环境过渡的碎屑沉积，盒一段的沉积受到加里东运动以来的古构造格局所控制，物源来自于北部剥蚀区的风化岩层.由于距物源区较近，地形坡度较大，总体上以阵发性洪水形成的冲积平原沉积为主（王涛等，2014）.沉积期的古地貌呈北西高南东低，导致河道呈南北向条带状展布.辫状河道在纵向上交互叠置，横向上连片发育，构成了有利的储集层.晚古生代开始的湖侵事件使得研究区从海相向湖相沉积环境过渡.太原组发育了一套以煤系和暗色泥岩为主的滨浅海沉积.山西组以三角洲前缘相的砂泥岩互层为主，局部地区发育煤线.研究层段盒一段为辫状河沉积相内的一套以浅灰色砂砾岩，粗砂岩为主的正粒序厚层砂岩，局部夹薄层棕褐色泥岩.下伏太原组的煤系地层是上古生界的气源岩，上覆上石盒子组广泛分布的灰紫色泥岩是主要的盖层（图 2）.
图 2 杭锦旗地区上古生界地层综合柱状图Fig. 2. Comprehensive stratum histogram of Upper Paleozoic in Hangjinqi block2. 储层差异性特征
基于铸体薄片和场发射扫描电镜观察、孔渗测试、X射线衍射分析、高压压汞及恒速压汞分析，从岩石学特征、储集空间类型、孔渗特征和孔喉结构特征4个方面识别出了两类储层，一类是以砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩为主的优势储层，另一类是以细砂岩和粉砂岩为主的差储层.
2.1 岩石学特征
岩心资料显示，研究区盒一段砂体十分发育，部分井段的砂地比达到90%以上，J105，J72，J84等井砂体厚度达到50 m以上.盒一段以灰白色含砾粗砂岩、砾岩、粗砂岩为主，夹薄层棕褐色泥岩.研究区盒一段的优势储层多发育大套的砂砾岩，砾石磨圆较好，分选较好，大的砾石直径可达5 cm，为河道底部滞留沉积的砾岩（图 3a、3b、3e）.同时盒一段砂体发育平行层理（图 3d）、冲刷面（图 3b、3e）、斜层理（图 3f），即为辫状河道沉积.差储层多发育在河道间的具水平层理的细粉砂岩（图 3c、3d），粒度较细，分选均匀，有的岩心端面有少许云母聚集（图 3c）.从岩心尺度可以直观地观察出，细砂岩等差储层比砂砾岩等优势储层更致密.
图 3 杭锦旗地区下石盒子组一段典型岩心照片a.J21井，2 836.05~2 836.29 m，浅灰色砂砾岩，砾石呈径向排列；b.J67井，2 504.80~2 504.93 m，浅灰色含砾粗砂岩与细砂岩呈突变接触，下部细砂岩具斜层理；c.J63井，3 500.77~3 500.92 m，浅灰色细砂岩，断面含少许云母；d.J122井，2 716.71~2 716.86 m，浅灰色中细砂岩（见水平层理）；e.J98井，3 082.71~3 082.98 m，浅灰色中砂岩、砂砾岩（见粒序层理）；f.J91井，取心井深：2 952.43~2 952.56 m，浅灰色中砂岩，具斜层理Fig. 3. Typical core photos of He-1 member of Hangjinqi block铸体薄片鉴定结果和矿物组分统计结果显示（图 4），杭锦旗地区盒一段储层的岩石类型以岩屑砂岩（图 5d、5g）为主，岩屑石英砂岩次之（图 5b、5i），显示出近物源高岩屑含量的特点.碎屑矿物以单晶石英为主，平均含量为67.13%，少见加大边（图 5b）；其次为岩屑，平均含量为30.91%，以变质岩岩屑为主（平均值为22.3%），远高于火山岩岩屑和沉积岩岩屑.此外，长石的平均含量较低，为1.96%，以钾长石为主.长石在全区很不均匀，在研究区东北的部分井，如J105井，J27井等，长石含量分别为5.2%和10.2%，普遍高于南部和西部.XRD测试结果显示，研究区盒一段黏土含量较高，平均值为21.71%，其中绿泥石的平均相对含量最高，达到了43.7%，呈针叶状附着于颗粒表面（图 11c），其次为高岭石25.8%，多以蠕虫状集合体充填孔隙（图 5a）.伊蒙混层和伊利石分别为18.6%和11.8%.其中优势储层的平均黏土含量为18.8%，差储层的平均黏土含量为40%.
图 4 杭锦旗地区盒一段砂岩类型分类Fig. 4. Sandstone type classification of He-1 member in Hangjinqi block
图 5 杭锦旗地区盒一段孔隙类型a.J89井，3 082.34 m，不等粒砂岩，自生高岭石部分晶间微孔隙相互连通；b.J103井，3 091.26 m，含泥质巨砂质粗粒岩屑石英砂岩，铸模孔发育，含石英破裂缝；c.J107井，3 205.27 m，含泥质细砂质中粒岩屑石英砂岩，塑性颗粒和基质堵塞孔隙，未见可测面孔率；d.J126井，2 973.03 m，粗砂质巨粒岩屑砂岩，颗粒破裂缝发育，溶蚀孔发育；e.J92井，3 066.1 m，中砂岩，粒间溶孔较发育，颗粒表面黏土化；f.J89井，3 082.34 m，不等粒砂岩，粒内溶孔发育；g. J33井，2 372.61 m，含泥质中砂质细粒长石岩屑砂岩，颗粒发生定向排列，岩屑发生塑性变形，孔隙不发育；h. J92井，3 073.88 m，弯曲状伊利石及少量高岭石充填孔隙，自生石英晶粒较少；i. J74井，2 711.18 m，含泥质粗粒岩屑石英砂岩，颗粒发生破裂，粒间溶孔和粒内溶孔发育Fig. 5. Pore types of He-1 member in Hangjinqi block2.2 储集空间类型
铸体薄片和扫描电镜观察结果显示，盒一段优势储层的储集空间类型多样，发育次生孔隙、微裂缝及晶间孔（图 5），其中以次生溶蚀孔隙为主，溶蚀的颗粒以岩屑和钾长石为主，包括粒间溶孔和粒内溶孔.粒间溶孔（图 5b、5e）沿颗粒边缘和填隙物溶蚀，呈港湾状，鸡骨状；粒内溶孔（图 5d、5f）主要是沿矿物的解理面或者岩屑的某些易溶矿物发生溶蚀，有些颗粒被部分溶蚀，有些颗粒被完全溶蚀形成铸模孔（图 5b，图 5d）.溶蚀孔隙的大小差异很大，大的铸模孔相互连通成复合孔，直径可达400 μm.除了次生溶孔以外，部分薄片可见大量的微裂缝（图 5b、5d），这些微裂缝的存在可以很好地沟通孔隙，很大程度上增大岩石的渗透率.颗粒间充填的高岭石晶间孔较发育，（图 5a），这些微孔虽然孔径小，但是连通性较好.盒一段差储层的孔隙基本不发育，在显微镜下难以观察到可测孔隙，可见塑性颗粒如云母发生弯曲变形（图 5c）.
2.3 孔渗特征
岩石的孔隙度和渗透率测试结果显示，研究区盒一段的平均孔隙度为8.33%，平均渗透率为0.609 4 mD，属于典型的致密砂岩储层.孔隙度主要分布在4%~12%（图 6a），渗透率主要分布在0.1~1 mD（图 6b）.不同储层的孔渗特征也存在差异，如图 5所示，研究区盒一段的孔渗与岩石粒度存在明显的正相关关系，即岩石的粒度越粗，储层的孔隙度和渗透率越高.优势储层的平均孔渗达到了8.64%和0.641 3 mD.其中含砾粗砂岩的储层物性最好，平均孔渗达到了9.37%，0.762 4 mD；而细砂岩的平均孔渗为4.81%，0.249 2 mD（图 6c）.
图 6 杭锦旗地区盒一段孔渗特征a.孔隙度分布；b.渗透率分布；c.孔渗与岩性的关系，N=1 366；d.不同沉积相带的孔渗分布Fig. 6. Characteristic of porosity and permeability of He-1 member2.4 孔隙结构特征
高压压汞和恒速压汞结合可以实现在大孔径区分孔喉，小孔径精细表征，大范围定量表征孔隙和喉道的目的.高压压汞的最大进汞压力为182 Mpa，而恒速压汞的最大进汞压力为6.2 Mpa，因此两者不能对比，本次研究不对比恒速压汞和高压压汞的结果，只对比不同储层的用同一种方法的测试结果.
由高压压汞的数据，可以得到毛细管压力曲线，从而总结出不同粒度砂岩的曲线特征（图 7）.总的来说，随着岩石颗粒的变细，进汞饱和度变低.含砾粗砂岩‒中砂岩的进汞饱和度较高，且随着粒度变细，最大进汞饱和度降低.而细粉砂岩的进汞饱和度低于25%，且粉砂岩的更低.另外排驱压力的大小与岩石粒度成负相关关系，即粒度越细的砂岩由于孔喉更细而排驱压力更大.根据Washburn公式（Washburn，1921）计算出典型样品的孔喉半径分布并作图比较，可以看出，含砾粗砂岩‒中砂岩的孔喉半径分布范围较宽且呈双峰分布，兼具大孔喉和小孔喉；而细砂岩的孔喉半径分布较窄且呈单峰分布，只存在小孔喉.
图 7 盒一段毛管曲线及孔径分布直方图Fig. 7. Capillary curve and histogram of pore diameter distribution of He-1 member对高压压汞的参数进行分粒度统计（表 1），结果显示随着粒度的变细，各个参数也呈现减小的趋势，表现为最大孔喉半径、平均孔喉半径、中值孔喉半径的减小，并伴随着孔喉半径的分选趋于均一.
表 1 盒一段高压压汞参数均值Table Supplementary Table The mean values of high pressure mercury injection parameters in He-1 member岩性（样品数） 孔隙度
（%）渗透率
（mD）最大孔喉半径
（μm）平均孔喉半径
（μm）中值孔喉半径
（μm）分选系数 含砾粗砂岩（39） 10.57 1.70 1.71 0.21 0.13 0.24 粗砂岩（26） 10.55 1.68 1.43 0.17 0.09 0.20 中砂岩（15） 8.38 0.86 1.10 0.13 0.07 0.13 细砂岩（8） 4.11 0.33 0.61 0.07 0.06 0.07 恒速压汞测试可以在压汞时保持汞液的流速恒定，近乎稳态的条件下，根据测得压力的变化来反映孔喉结构的特征，其最大的优势是可以区分孔隙和喉道（高辉等，2011；Zhao et al.，2015）.基于此，可以分别计算出孔隙和喉道的半径，并且得出不同半径的孔喉占比.选取具有代表性的5个样品的测试结果绘制成孔喉半径分布图（图 8），另外将测试的11个样品的参数分粒度求取平均值（表 2），可以看出不同粒度的岩石，其孔渗差别很大，但是其孔隙平均半径差距很小，在150 μm左右，而喉道平均半径差别则很大，尤其是细砂岩的喉道很细.此外，细砂岩的孔隙结构最差，除了喉道的平均半径较细以外，孔喉比均值很大，总孔/喉体积比也很小.由于孔喉半径比大，使得天然气从大孔进入细喉时会产生贾敏效应而降低渗透率.总孔/喉体积小体现了细砂岩的孔隙度小.
图 8 盒一段恒速压汞孔喉半径分布Fig. 8. The distribution of pore throat by constant rate mercury injection in He-1 member表 2 盒一段恒速压汞参数均值Table Supplementary Table The mean values of constant rate mercury injection parameters in He-1 member岩性（样品数） 孔隙度
(%)渗透率
(mD)孔隙平均半径
(μm)喉道平均半径
(μm)孔喉半径比均值 总孔/喉体积比 砾岩（2） 12.92 0.80 147.65 1.051 173.647 0.118 含砾粗砂岩（2） 10.04 0.75 158.56 1.264 158.555 0.220 粗砂岩（3） 7.52 1.07 155.02 0.869 205.674 0.205 中砂岩（2） 3.97 0.33 158.13 1.178 184.038 0.192 细砂岩（1） 2.33 0.024 154.00 0.379 351.750 0.026 根据恒速压汞过程绘制的毛细管曲线可以显示汞液分别进入孔隙和喉道的过程.四个典型样品的毛管压力曲线显示（图 9），汞液在进入岩样时，是先进入到孔隙，所以在初始阶段总体的进汞曲线与孔隙的进汞曲线贴合，随着较大的孔隙被占据之后，汞液开始占据喉道，在达到一定饱和度时，喉道的贡献又不再变化.在不同砂岩中，由于孔隙结构差异，会在以下几个方面存在差异：（1）岩样总体、孔隙和喉道各自的进汞饱和度存在差异，即含砾粗砂岩‒中砂岩中三者的进汞饱和度较高，而细砂岩中三者的进汞饱和度较低；（2）岩样总体、孔隙和喉道的排驱压力存在差异，即含砾粗砂岩‒中砂岩中三者的排驱压力较低，而细砂岩中三者的排驱压力较高.
图 9 盒一段典型恒速压汞毛管曲线Fig. 9. The typical capillary curves of constant rate mercury injection in He-1 member基于以上的测试分析的结果，可以将研究区盒一段的砂岩储层分为两类，一类为粗粒岩屑石英砂岩，粗粒岩屑砂岩，定义为优势储层；另一类为细粒岩屑砂岩，定义为差储层.具体的参数见表 3.
表 3 杭锦旗地区盒一段储层分类标准Table Supplementary Table Standard for reservoir classification of He-1 member in Hangjinqi block储层类别 岩性 孔隙度
（%）渗透率
(10‒3μm2)平均孔喉半径
（μm）最大进汞饱和度（%） 泥质含量
（%）优势储层 粗粒岩屑石英砂岩，岩屑砂岩 > 5 > 0.5 > 0.1 > 25 < 25 差储层 细粒岩屑砂岩 < 5 < 0.5 < 0.1 < 25 > 25 3. 控制因素分析
3.1 沉积作用
沉积作用主要从物源和沉积相上控制了致密砂岩储层的差异性，其中物源的差异会导致形成致密砂岩储层的物质组分存在差异，而沉积相的差异体现在不同水动力条件下沉积的致密砂岩储层的结构不同.
源区母岩是形成沉积岩的物质基础，研究区的碎屑来源于北部阿拉善和阴山古陆（汪正江等，2001；窦伟坦等，2009），从重矿物组合和岩屑类型可以看出，研究区有来自2个方向的物源（图 10），一个是来自西北的富石英物源区，以石英岩和变质砂岩为主；另一个是来自东北的富长石物源区，以变质砂岩和片麻岩为主（刘凯等，2021）.物源的分区性会导致矿物组分上的差异，西部地区各碎屑组分的平均含量分别为：石英77.26%、长石2.7%、岩屑19.78%，主要岩石类型为岩屑石英砂岩和岩屑砂岩（图 10）；东部地区各碎屑组分的平均含量分别为：石英66.46%、长石4.94%、岩屑27.89%，主要岩石类型为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩（图 10）.
图 10 杭锦旗地区盒一段物源分区及沉积相图Fig. 10. Provenance distribution and sedimentary facies of He-1 member in Hangjinqi block物源的差异同时还会造成岩屑类型的差异，根据邱隆伟的研究（邱隆伟等，2019b），研究区的岩屑类型分为3类，分别是增孔型（变质石英岩屑，变质砂岩岩屑，石英砂岩岩屑）（图 11e）、保孔型（脉石英岩屑和燧石岩屑）（图 11e）和减孔型（板岩岩屑，片岩岩屑，千枚岩岩屑和泥岩岩屑）（图 11f）.其中增孔型岩屑可以抵抗压实并能发生溶蚀，保孔型岩屑可以抵抗压实，减孔型岩屑在压实作用下发生塑性变形而减孔.可以看出增孔型岩屑主要来自于西部富石英物源区，而减孔型岩屑主要来自于东部富长石物源区（图 10）.物源的差异导致研究区东部和西部沉积岩岩性存在差异，因此物源差异是导致研究区盒一段储层差异性的原始因素.
图 11 盒一段胶结物类型和岩屑类型a. J92井，3 061.25 m，中砂岩，颗粒溶蚀部分黏土化生成伊利石，粒内微孔少；b. J72井，2 951.47 m，含泥质巨砂质粗粒岩屑砂岩，方解石胶结物；c.J76井，2 693.72 m，中砂岩，颗粒间堆积自生高岭石，粒表分布针叶状自生绿泥石等；d.J102井，2 724.74 m，含泥质中砂质细粒岩屑砂岩，由于泥质和塑性岩屑含量较高在压实只有呈半定向排列且孔隙不发育；e.J107井，3 201.67 m，含泥质中砂质粗粒岩屑砂岩，增孔型岩屑发生粒内溶蚀，留下溶蚀残余；f.J98井，3 086.12 m，中砂质粗粒岩屑砂岩，减孔型岩屑堵塞粒间孔，保孔型岩屑支撑粒间孔Fig. 11. Cement and lithic fragment of He-1 member统计了研究区东西部的物性差异，西部地区的平均孔渗为9.26%，0.881 mD，东北部地区的平均孔渗为11.61%，3.149 mD.但是西部地区的平均埋深3 302.7 m比东北部的2 411.8 m要深近900 m，而且东北部的断层较发育，可能形成构造微裂缝，使得东北部的孔隙度略高于西部，而渗透率远高于西部.
根据岩心观察和砂体厚度统计做出杭锦旗地区的沉积相图（图 10），并对典型井的孔渗进行了统计（表 4）.结果显示，杭锦旗地区的储层物性受到了强烈的沉积相控制，无论是泊尔江海子断裂南部还是北部，心滩的物性最好，河道的次之，河道间最差.具体的，在断层北部位于心滩的J33井，孔渗的均质最高达到了11.24%，0.322 mD；位于河道间的J46井，平均孔渗为4.21%，0.149 mD；位于河道的J82井，孔渗均质为8.85%，0.519 mD.而在断层以南，位于心滩J74井，平均孔渗为11.70%，0.724 mD；位于河道间的J69井，平均孔渗为4.01%，0.166 mD；位于河道的J21井，平均孔渗为9.50%，0.091 mD.
表 4 杭锦旗地区盒一段不同沉积亚相的物性统计Table Supplementary Table Physical property statistics of different subfacies of He-1 member in Hangjinqi block区域 相类型 井号 深度（m） 孔隙度（%） 平均值 渗透率（mD） 平均值 北部 心滩 J33 2 356.15 11.40 11.24 0.408 0 0.322 2 356.36 11.10 0.309 0 2 356.57 11.00 0.433 0 2 356.83 12.20 0.241 0 2 357.05 11.30 0.252 0 2 357.28 12.50 0.297 0 2 357.50 9.20 0.314 0 河道间 J46 2 556.99 5.58 4.21 0.209 9 0.149 2 557.15 5.12 0.191 4 2 557.50 4.68 0.063 7 2 558.32 3.37 0.075 1 2 558.79 2.94 0.051 3 2 559.07 3.58 0.301 5 河道 J82 2 557.91 11.77 8.85 0.937 8 0.519 2 558.21 3.91 0.107 7 2 558.48 12.35 0.938 1 2 559.04 7.32 0.228 4 2 559.28 8.90 0.382 3 南部 心滩 J74 2714.33 14.30 11.695 0.830 0 0.724 2 711.40 11.54 0.721 7 2 711.65 10.38 0.675 3 2 711.78 10.56 0.669 4 河道间 J69 2 970.73 4.53 4.01 0.173 2 0.166 2 970.98 3.50 0.170 0 2 971.38 5.71 0.207 1 2 971.56 5.80 0.296 9 2 971.83 6.17 0.183 0 2 972.15 0.97 0.047 8 2 972.41 1.39 0.083 6 河道 J21 2 836.73 11.65 9.50 0.114 2 0.091 2 837.05 9.65 0.069 9 2 837.29 9.68 0.142 6 2 837.51 6.77 0.055 4 2 837.72 9.74 0.072 2 沉积相的差异性控制显示在不同沉积微相的水动力条件不一样，岩心观察和测井相识别显示研究区为近源辫状河沉积.优势储层以砂砾岩、含砾粗砂岩和粗砂岩为主，差储层以细砂岩为主.据统计（表 4），优势储层主要为河道沉积，尤其是心滩沉积（图 6d）.差储层主要为河道间沉积.在弱水动力条件下（如河道间）的差储层，颗粒细，颗粒间孔隙小，加之泥质包裹，充填原生孔隙，是岩石致密的初始原因（图 11d）.而优势储层形成于强水动力条件下（如河道、心滩），沉积时由于颗粒较大，泥质含量少，原生孔隙会较为发育.减孔型岩屑主要是呈片状的变质岩岩屑，多在弱水动力条件下沉降，而保孔和增孔型岩屑主要是颗粒状的变质岩岩屑，多在强水动力条件下沉降（图 11e）.
3.2 成岩作用
成岩作用是在沉积物堆积之后，在固结成岩的过程中对其物性进行改造.研究区成岩作用强烈且类型多样，包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用.同时，原始沉积时产生的差异也会影响成岩作用的强度.
研究区的压实作用很强烈，颗粒之间呈现线接触，压实作用为储层减孔的主要控制因素.前人研究证实，压实作用导致的储层平均相对孔隙度减少率约为20.25%（邱隆伟等，2019a）.优势储层的颗粒较粗，泥质及塑性颗粒较少，能够起到强烈的支撑作用，保留部分原生粒间孔隙，当上覆压力过大时，局部的岩屑等刚性颗粒发生破裂而产生微裂缝（图 5d）.而差储层的颗粒较细，泥质及塑性颗粒较多，受到压实作用时会发生假杂基化充填粒间孔隙，堵塞本来就欠发育的粒间孔（图 5c，图 11d）.因此优势储层的压实减孔要小于差储层.溶蚀孔隙是研究区盒一段主要的储集空间，其经历的溶蚀作用强度也存在差异.优势储层经历的溶蚀作用强烈，被溶蚀的多为长石和岩屑颗粒，而且溶蚀作用多沿着微裂缝带发生（图 5b），说明压实作用产生的微裂缝有效地促进了溶蚀作用.溶蚀产生了大量的溶蚀孔隙，溶蚀孔复合形成超大孔，溶蚀作用极大地改善了致密砂岩储层的孔渗性（图 5b，图 5d）.差储层粒间孔隙被早期的杂基充填，颗粒表面被泥质包裹，致使颗粒难以和孔隙水接触而发生溶蚀.研究区盒一段不同储层的胶结作用类型也不同，优势储层的胶结物较少，颗粒呈现接触式胶结，或者溶蚀沉淀的黏土充填孔隙呈现出孔隙式胶结.优势储层的胶结物以自生黏土为主，包括高岭石、绿泥石，其次为方解石（图 11a、11b、11c）.差储层中，胶结作用不明显，但是随碎屑颗粒沉积的基质含量较高，颗粒多漂浮在杂基中呈现基底式胶结.虽然优势储层的胶结作用比差储层要强，但是差储层中的基质含量要远高于优势储层.
如图 12所示，盒一段储层的孔隙度随着粒度的变细而变差，泥质与粒度成负相关，说明储层的孔隙度受到沉积时泥质含量的影响（Wang et al.，2020）；但是自生黏土却呈现先增加后减少的现象，主要是因为随着粒度的变细，溶蚀产物不易运移出系统，另外，粗碎屑砂岩中的泥质含量也低，因此转化形成的自生黏土含量也较少，所以自生黏土含量与岩石粒度成负相关.而细砂岩中的孔隙流体不活跃，少有颗粒溶蚀沉淀而形成的自生黏土，仅早期沉积的泥质发生黏土矿物转化.因此储层物性受到自生黏土与泥质的双重影响，也反映了沉积‒成岩作用对于储层的控制作用.
图 12 盒一段储层不同岩石孔隙度与黏土关系Fig. 12. Diagram of relationship between porosity and clay of different rocks in He-1 member4. 结论
本文对鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒一段储层进行薄片分析、扫描电镜、黏土XRD测试、普通孔渗测试、高压压汞及恒速压汞测试，并且结合前人的研究工作可以得出以下结论：
（1）杭锦旗地区盒一段存在两类储层，一种是以粗粒岩屑石英砂岩，岩屑砂岩为主的优势储层，平均孔渗为8.64%，0.641 3 mD；另一种是以细粒岩屑砂岩为主的差储层，平均孔渗为4.81%，0.249 2 mD.优势储层的平均孔喉较粗，平均值大于0.1 μm，以溶蚀孔隙为主；差储层的平均孔喉半径较细，平均值小于0.1 μm，孔隙较不发育.致密砂岩储层物性的差异体现在喉道半径的差异，而优势储层的喉道半径较粗，差储层的喉道半径较细.
（2）沉积作用从物源和沉积相上控制了研究区盒一段储层的差异性.东西物源的差异导致了东部的储层石英含量和含石英的岩屑高于西部.沉积相的差异致使不同水动力条件下沉积的砂岩的结构，组分不一样.在强水动力条件下沉积的优势储层，颗粒较粗，泥质含量较低，导致原始物性较好；在弱水动力条件下沉积的差储层，颗粒较细，泥质含量较高，导致原始物性较差.
（3）成岩作用在沉积作用的基础上控制了研究区盒一段储层的差异性.差储层的泥质等塑性颗粒含量较高，由压实作用导致的减孔更强烈.优势储层的地层流体更活跃，致使其溶蚀孔更发育.优势储层的胶结作用发育，多为黏土胶结，差储层以杂基支撑为主，胶结作用不明显.成岩作用的差异对储层的影响程度不同，对优势储层有改善作用，对差储层有破坏作用.
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图 1 杭锦旗地区位置及构造分区
a.鄂尔多斯盆地；b.杭锦旗区块
Fig. 1. Location and structural division of Hangjinqi block
图 2 杭锦旗地区上古生界地层综合柱状图
Fig. 2. Comprehensive stratum histogram of Upper Paleozoic in Hangjinqi block
图 3 杭锦旗地区下石盒子组一段典型岩心照片
a.J21井，2 836.05~2 836.29 m，浅灰色砂砾岩，砾石呈径向排列；b.J67井，2 504.80~2 504.93 m，浅灰色含砾粗砂岩与细砂岩呈突变接触，下部细砂岩具斜层理；c.J63井，3 500.77~3 500.92 m，浅灰色细砂岩，断面含少许云母；d.J122井，2 716.71~2 716.86 m，浅灰色中细砂岩（见水平层理）；e.J98井，3 082.71~3 082.98 m，浅灰色中砂岩、砂砾岩（见粒序层理）；f.J91井，取心井深：2 952.43~2 952.56 m，浅灰色中砂岩，具斜层理
Fig. 3. Typical core photos of He-1 member of Hangjinqi block
图 4 杭锦旗地区盒一段砂岩类型分类
Fig. 4. Sandstone type classification of He-1 member in Hangjinqi block
图 5 杭锦旗地区盒一段孔隙类型
a.J89井，3 082.34 m，不等粒砂岩，自生高岭石部分晶间微孔隙相互连通；b.J103井，3 091.26 m，含泥质巨砂质粗粒岩屑石英砂岩，铸模孔发育，含石英破裂缝；c.J107井，3 205.27 m，含泥质细砂质中粒岩屑石英砂岩，塑性颗粒和基质堵塞孔隙，未见可测面孔率；d.J126井，2 973.03 m，粗砂质巨粒岩屑砂岩，颗粒破裂缝发育，溶蚀孔发育；e.J92井，3 066.1 m，中砂岩，粒间溶孔较发育，颗粒表面黏土化；f.J89井，3 082.34 m，不等粒砂岩，粒内溶孔发育；g. J33井，2 372.61 m，含泥质中砂质细粒长石岩屑砂岩，颗粒发生定向排列，岩屑发生塑性变形，孔隙不发育；h. J92井，3 073.88 m，弯曲状伊利石及少量高岭石充填孔隙，自生石英晶粒较少；i. J74井，2 711.18 m，含泥质粗粒岩屑石英砂岩，颗粒发生破裂，粒间溶孔和粒内溶孔发育
Fig. 5. Pore types of He-1 member in Hangjinqi block
图 6 杭锦旗地区盒一段孔渗特征
a.孔隙度分布；b.渗透率分布；c.孔渗与岩性的关系，N=1 366；d.不同沉积相带的孔渗分布
Fig. 6. Characteristic of porosity and permeability of He-1 member
图 7 盒一段毛管曲线及孔径分布直方图
Fig. 7. Capillary curve and histogram of pore diameter distribution of He-1 member
图 8 盒一段恒速压汞孔喉半径分布
Fig. 8. The distribution of pore throat by constant rate mercury injection in He-1 member
图 9 盒一段典型恒速压汞毛管曲线
Fig. 9. The typical capillary curves of constant rate mercury injection in He-1 member
图 10 杭锦旗地区盒一段物源分区及沉积相图
Fig. 10. Provenance distribution and sedimentary facies of He-1 member in Hangjinqi block
图 11 盒一段胶结物类型和岩屑类型
a. J92井，3 061.25 m，中砂岩，颗粒溶蚀部分黏土化生成伊利石，粒内微孔少；b. J72井，2 951.47 m，含泥质巨砂质粗粒岩屑砂岩，方解石胶结物；c.J76井，2 693.72 m，中砂岩，颗粒间堆积自生高岭石，粒表分布针叶状自生绿泥石等；d.J102井，2 724.74 m，含泥质中砂质细粒岩屑砂岩，由于泥质和塑性岩屑含量较高在压实只有呈半定向排列且孔隙不发育；e.J107井，3 201.67 m，含泥质中砂质粗粒岩屑砂岩，增孔型岩屑发生粒内溶蚀，留下溶蚀残余；f.J98井，3 086.12 m，中砂质粗粒岩屑砂岩，减孔型岩屑堵塞粒间孔，保孔型岩屑支撑粒间孔
Fig. 11. Cement and lithic fragment of He-1 member
图 12 盒一段储层不同岩石孔隙度与黏土关系
Fig. 12. Diagram of relationship between porosity and clay of different rocks in He-1 member
表 1 盒一段高压压汞参数均值
Table 1. The mean values of high pressure mercury injection parameters in He-1 member
岩性（样品数） 孔隙度
（%）渗透率
（mD）最大孔喉半径
（μm）平均孔喉半径
（μm）中值孔喉半径
（μm）分选系数 含砾粗砂岩（39） 10.57 1.70 1.71 0.21 0.13 0.24 粗砂岩（26） 10.55 1.68 1.43 0.17 0.09 0.20 中砂岩（15） 8.38 0.86 1.10 0.13 0.07 0.13 细砂岩（8） 4.11 0.33 0.61 0.07 0.06 0.07 
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表 2 盒一段恒速压汞参数均值
Table 2. The mean values of constant rate mercury injection parameters in He-1 member
岩性（样品数） 孔隙度
(%)渗透率
(mD)孔隙平均半径
(μm)喉道平均半径
(μm)孔喉半径比均值 总孔/喉体积比 砾岩（2） 12.92 0.80 147.65 1.051 173.647 0.118 含砾粗砂岩（2） 10.04 0.75 158.56 1.264 158.555 0.220 粗砂岩（3） 7.52 1.07 155.02 0.869 205.674 0.205 中砂岩（2） 3.97 0.33 158.13 1.178 184.038 0.192 细砂岩（1） 2.33 0.024 154.00 0.379 351.750 0.026
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表 3 杭锦旗地区盒一段储层分类标准
Table 3. Standard for reservoir classification of He-1 member in Hangjinqi block
储层类别 岩性 孔隙度
（%）渗透率
(10‒3μm2)平均孔喉半径
（μm）最大进汞饱和度（%） 泥质含量
（%）优势储层 粗粒岩屑石英砂岩，岩屑砂岩 > 5 > 0.5 > 0.1 > 25 < 25 差储层 细粒岩屑砂岩 < 5 < 0.5 < 0.1 < 25 > 25
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表 4 杭锦旗地区盒一段不同沉积亚相的物性统计
Table 4. Physical property statistics of different subfacies of He-1 member in Hangjinqi block
区域 相类型 井号 深度（m） 孔隙度（%） 平均值 渗透率（mD） 平均值 北部 心滩 J33 2 356.15 11.40 11.24 0.408 0 0.322 2 356.36 11.10 0.309 0 2 356.57 11.00 0.433 0 2 356.83 12.20 0.241 0 2 357.05 11.30 0.252 0 2 357.28 12.50 0.297 0 2 357.50 9.20 0.314 0 河道间 J46 2 556.99 5.58 4.21 0.209 9 0.149 2 557.15 5.12 0.191 4 2 557.50 4.68 0.063 7 2 558.32 3.37 0.075 1 2 558.79 2.94 0.051 3 2 559.07 3.58 0.301 5 河道 J82 2 557.91 11.77 8.85 0.937 8 0.519 2 558.21 3.91 0.107 7 2 558.48 12.35 0.938 1 2 559.04 7.32 0.228 4 2 559.28 8.90 0.382 3 南部 心滩 J74 2714.33 14.30 11.695 0.830 0 0.724 2 711.40 11.54 0.721 7 2 711.65 10.38 0.675 3 2 711.78 10.56 0.669 4 河道间 J69 2 970.73 4.53 4.01 0.173 2 0.166 2 970.98 3.50 0.170 0 2 971.38 5.71 0.207 1 2 971.56 5.80 0.296 9 2 971.83 6.17 0.183 0 2 972.15 0.97 0.047 8 2 972.41 1.39 0.083 6 河道 J21 2 836.73 11.65 9.50 0.114 2 0.091 2 837.05 9.65 0.069 9 2 837.29 9.68 0.142 6 2 837.51 6.77 0.055 4 2 837.72 9.74 0.072 2
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