引言

金湖凹陷位于苏北盆地东台拗陷西部，为晚白垩世发育起来的南断北超的箕状凹陷^[1-2]。凹陷北起建湖隆起，南至天长凸起，西邻张八岭隆起，东与菱塘桥-柳堡低凸起相连，面积约5 000 km²。金湖凹陷西斜坡自北向南分布着刘庄、高集、崔庄、南湖、范庄、安乐等油气田(图 1)。灰岩段属古近系阜宁组，是江苏油田重要的油气产层。灰岩段岩性以生物碎屑灰岩与砂岩、泥岩互层为主，其中，灰岩中生物碎屑含量变化大^[3-5]。灰岩段储层非均质性强，储层物性受多种因素制约。为了预测灰岩段储层分布规律，必须对储层特征进行分析。

1 灰岩段岩性

阜宁组灰岩段分布在砂岩段和泥岩段之间(图 2)。砂岩段岩性为棕红色中砂岩、细砂岩夹棕红色泥岩；灰岩段岩性包括生物碎屑灰岩、含生物碎屑灰岩、泥灰岩和泥岩等；泥岩段为深灰色泥岩、灰质泥岩和泥灰岩沉积。根据岩性组合特征，灰岩段可识别出3个亚段，由下而上分别是第1亚段、第2亚段和第3亚段。每个亚段的下部为灰色、深灰色薄层泥岩、泥灰岩(图 2a)，上部为灰色生物碎屑灰岩、含生物碎屑灰岩、砂岩等(图 2a)。生物碎屑灰岩中虫管生物屑含量30%~70%。虫管呈簇状分布，有的大致顺层分布，具有一定方向性。虫管内充填亮晶方解石(图 2a)、粉屑；管壁多黏结着球粒或粉屑，使管壳表面呈瘤状；有的虫管外均被藻包覆，使管壁形成增厚环。虫管直径0.5~2.5 mm，具有生物骨架结构。伴生颗粒有砾屑、砂屑以及藻屑等。虫管屑间多为泥晶方解石充填，也有被亮晶方解石充填。常见岩类为泥晶虫管灰岩、虫管泥晶灰岩，亮晶虫管岩或虫管亮晶灰岩^[6]。

灰岩段中砂岩常与生物碎屑灰岩互层沉积，形成混积层系，这种沉积特征在中国古近系灰岩中是独一无二的。砂岩常为灰色粉砂岩，并与泥岩叠置形成反韵律(图 2b)，另外，砂岩中常见波状层理和生物钻孔，为三角洲河口砂坝沉积。

2 灰岩段灰岩和砂岩储层物性对比 2.1 灰岩物性

根据实验测试数据，灰岩孔隙度ϕ < 5%占总样品的12.5%，5%≤ϕ < 10%占29.8%，10%≤ϕ < 15%占22.8%，15%≤ϕ < 20%占17.0%，20%≤ϕ < 25%占8.9%，ϕ>25%的占8.9%，所以灰岩孔隙度多集中在5%≤ϕ < 15%(图 3)，平均孔隙度为12.7%，属中孔型储层。灰岩渗透率小于1 mD的样品占70.5%，虽然平均渗透率高达21 mD，但高渗、特高渗储层(渗透率大于100 mD)所占比例很小，约为4.6%。总体来讲，根据储层评价标准，研究区灰岩属低孔低渗储层。

灰岩储层孔隙度与渗透率之间相关性差(图 4)，表明储层以次生孔隙为主，孔隙连通性差，储层非均质性强。根据储层评价标准，研究区灰岩段多属Ⅱ-Ⅲ类储层。

2.2 砂岩储层物性

灰岩段中砂岩平均厚度3.6 m，主要分布在2亚段。平面上，砂岩主要分布在安乐、高集和刘庄等地区，尤其在高集地区砂岩厚度较大，平均厚度达4.5 m。砂岩平均孔隙度为16.36%(图 3)，平均渗透率为47.11 mD左右，属中孔中渗型储层。总体来讲，灰岩段中砂岩储层物性好于灰岩(图 3)，另外从图中也可以看出砂岩孔隙呈正态分布，而灰岩呈非正态分布，表明砂岩储层较灰岩均一。砂岩储层孔隙度与渗透率相关性较灰岩好(图 4)，表明砂岩储层的孔隙和喉道较灰岩均质性好，这也是砂岩储层有别于灰岩的重要特征。

3 灰岩段储集空间类型

灰岩储层的孔隙类型以次生孔隙为主，少见原生孔隙。次生孔隙又可以分为粒内溶孔、粒间孔和铸模孔。

3.1 粒内溶孔

灰岩颗粒主要为生物虫管和鲕粒，灰岩铸体薄片中常见虫管和鲕粒内部溶蚀现象(图 5，图 6)。粒内溶孔是灰岩储层最主要的孔隙类型，统计表明粒内溶孔面孔率约为1.46%，比粒间溶孔的面孔率0.69%高出1倍多。根据铸体薄片资料，虫管内部多为亮晶方解石充填，且亮晶方解石容易发生溶蚀作用，所以虫管内部粒内溶蚀孔隙较发育，而粒内灰泥很少发生溶蚀作用，这也表明灰泥的溶蚀能力较亮晶胶结物弱。砂岩中粒内溶孔主要是由长石发生溶蚀产生的。

3.2 粒间孔

灰岩储层中原生粒间孔少见，以粒间溶孔为主，因此粒间孔是灰岩储层另外一种重要的孔隙类型，其面孔率仅次于粒内溶孔。研究区生物碎屑灰岩基本上全部为泥晶胶结，仅在残留的粒间原生孔隙内发育少量亮晶胶结物。由于灰泥不易溶蚀，所以粒间溶孔较少发育，粒间溶孔多是亮晶胶结物溶蚀形成的。砂岩储层中粒间孔是其主要储集空间，粒间孔以次生溶蚀粒间孔为主。

3.3 铸模孔

研究区灰岩段铸模孔少见，主要是生物、鲕粒或砂屑被完全溶蚀形成。这类溶蚀孔隙直径较大，但分布非常不均匀。除了孔隙研究区灰岩段还发育少量的裂缝，这些裂缝80%以上被完全充填或半充填。未被充填的裂缝既是有效的储集空间又是连接孔隙的喉道，可改善储层的连通性。

4 灰岩和砂岩储层孔喉特征对比分析 4.1 孔隙特征对比

铸体薄片参数可以更加准确地反映储层非均质性。铸体薄片参数较多，如面孔率、平均孔隙半径、平均比表面、平均形状因子、平均孔喉比、平均配位数、均质系数、分选系数等以及平均喉道宽度等^[8-9]。但在储层非均质性研究中常用到的参数为平均配位数、均值系数和分选系数等。

灰岩储层平均面孔率为2.17%，平均孔隙半径为93.05 μm，平均喉道半径为18.27 μm，灰岩的平均配位数0.74，表明与每个孔隙相联的喉道还不到1个，所以储层连通性较差，孔隙中的流体不能畅流，储层非均质性较强。均值系数越小，储层越均质，储层平均均质系数约为0.33，表明储层不均一。同样，分选系数越小，储层越均质。储层分选系数平均值为68.98，储层孔隙分选较差，非均质性较强。从孔隙直径频率曲线图可以看出，多数灰岩样品呈非正态分布，且呈多峰、多段式分布，表明储层孔隙大小分布不均，没有主流的孔隙度值(图 7)。根据孔隙直径概率累计曲线图可以看出其斜率较小，且曲线不平滑，每一段斜率变化较大(图 7)，表明孔隙分选性差，非均质性强。

灰岩储层物性在平面上的变化也较大，崔庄、南湖、范庄以及刘庄等地区的灰岩面孔率较高，平均为3.68%，而高集地区相对差些，平均为1.55%。这与崔庄、南湖、范庄等地区灰岩沉积环境有关，这些地区的灰岩多为生物滩坝沉积，厚度大，灰岩泥质含量低。高集地区处在构造低部位，多为灰泥坪含生物碎屑泥灰岩或泥质生物碎屑灰岩沉积，泥质含量明显较其他地区高，且层厚较小。

砂岩储层平均面孔率为11.69%，平均孔隙半径为30.71 μm，平均喉道半径为8.95 μm，平均配位数1.5，孔隙平均均值系数0.21，分选系数19.11。孔隙特征参数表明，砂岩储层均质性明显较灰岩储层好，即灰岩储层的非均质性强于砂岩。另外，砂岩孔隙半径呈正态分布(图 8)，表明孔隙均质性好。

4.2 喉道特征对比

喉道是孔隙流体运移的通道，所以喉道的多少和形态控制着储层的非均质性。通过铸体薄片参数可以准确分析储层非均质性。反映喉道特征的参数包括喉道总数、最大值、最小值、平均值、分选系数、偏度、尖度和变异系数等^[10-11]。其中，经常用到的参数为喉道总数、分选系数和变异系数。喉道总数是一个铸体薄片内所有喉道的总和，数量越大，非均质性越小。

根据铸体薄片参数统计，研究区灰岩储层喉道数分布不均(图 9)，有些样品喉道数为0，有些样品喉道数大于20个，表现出很强的非均质性。总体来讲，灰岩样品平均喉道数为12.2个。这些喉道的最大直径为80.8 μm，最小直径为11.3 μm，平均喉道直径为32.3 μm。喉道的分选系数为0.59，平均变异系数为0.15。铸体薄片喉道参数表明，灰岩段储层非均质性较强，其形态多为片状或管束状。

根据平均孔隙半径评价标准：R>2.00 μm为粗喉储层，0.50 μm < R≤2.00 μm为中喉储层，0.04 μm < R≤0.50 μm为细喉储层，R≤0.04 μm为微喉储层。根据灰岩段压汞资料，灰岩储层中粗喉储层占19%，中喉储层占33%，细喉储层占32%，微细喉储层占16%。

砂岩储层平均喉道数46.3个，喉道基本呈正态分布(图 10)，表明喉道均质性好。喉道的最大直径为51.6 μm，最小直径为1.87 μm，平均喉道直径为10.3 μm。喉道的分选系数为0.23，平均变异系数为0.11。铸体薄片喉道参数表明，砂岩储层非均质性较灰岩弱，其形态多为片状。

5 灰岩段储层影响因素 5.1 沉积环境对储层的影响

依据压汞资料、铸体薄片资料对储层喉道形态、孔喉半径进行分析，研究储层微观特征。通过铸体薄片分析认为，灰岩储层溶蚀孔洞主要分布在虫管内部。由于沉积期水体混浊，灰岩中泥质成分含量较高，虫管间多被泥质充填，所以原生粒间孔不太发育。生物间的原生孔隙也被方解石充填。有机酸对灰岩的溶蚀作用主要针对亮晶胶结物，镜下很少发现对泥质的溶蚀作用，这与灰岩的溶蚀规律一致，即亮晶胶结物较泥质易溶。这种溶蚀作用一般在虫管内部和生物粒间孔常见，而生物管壁和管壁外侧泥质成分较少发生溶蚀作用(图 6)，所以生物虫管内部的孔洞与生物粒间孔不连通，从而造成灰岩的非均质性强。

在铸体薄片中还可见到由沉积韵律形成的纵向非均质性，从微观角度也可说明储层的非均质性。如G7井1 798.67 m处下部为生物碎屑灰岩，向上变为泥晶灰岩。下部生物碎屑灰岩的沉积水动力较大，且自下而上生物颗粒灰岩沉积水动力逐渐增强，所以生物颗粒灰岩的粒度向上变大(图 11)。而生物碎屑灰岩上部的灰泥质沉积水动力明显较弱。根据铸体薄片中溶蚀孔隙的分布规律可以看出，下部颗粒较细的生物颗粒灰岩溶蚀孔隙不发育，但上部颗粒较粗的生物颗粒灰岩溶蚀孔隙较发育。这种溶蚀孔隙的分布规律表明，水动力越强，生物颗粒粒度越粗，生物碎屑灰岩的物性越好。水动力一般在准层序或米级旋回甚至更小韵律层的上部-顶部最强，下部最弱，所以各准层序的上部地层物性较好，是优质储层。

另外，根据Y1井也可以得出相似的结论。Y1井1 809.2 m处铸体薄片的右边为旋回顶部的生物碎屑灰岩，溶蚀孔隙非常发育(图 12)，虫管内部和虫管间的灰泥全被溶蚀。生物碎屑灰岩上部为湖侵面(在该面上波浪对下伏沉积物产生破碎作用)，从该照片可以看出湖侵面实际不是一个面，而是一个带。而且该带中还含有生物碎屑，生物碎屑为泥质支撑，发育大量的微孔隙。湖侵面之上为泥灰岩，以灰泥成分为主，是另外一个微旋回下部水动力较弱条件下形成的。照片中可以看出泥灰岩中不发育孔隙，这也从另外一方面证实了准层序或米级旋回的下部为水动力较弱的灰泥沉积，向上变为生物碎屑灰岩。下部的灰泥质由于泥质含量高，不易形成溶蚀孔隙，但上部生物碎屑灰岩多为亮晶胶结物，所以易于溶蚀，从而物性较好。所以每个微旋回的下部物性较差，向上物性逐渐变好，至微旋回的顶部物性最好。

5.2 米级旋回对储层的控制作用

米级旋回中生物碎屑灰岩的铸体薄片特征存在明显的差别。以F13井为例，米级旋回下部为含生物碎屑泥灰岩，上部为生物碎屑灰岩。在铸体薄片中，含生物碎屑泥灰岩孔隙概率累计曲线的斜率较小，分选性较差。而米级旋回上部的生物碎屑灰岩概率累计曲线斜率较大(图 13)，物性也较好，孔隙的分选性较好，孔隙较均一，储层非均质性较弱。

5.3 成岩作用对储层的影响

灰岩段成岩作用包括压实作用、胶结作用、溶解作用以及交代作用。

压实作用对储层的储集空间来讲是一种最大的破坏作用。压实作用从灰岩段被埋藏开始就对原生孔隙起到破坏作用，压实作用对储层的破坏作用是一种持续的作用^[12]。从灰岩段孔隙度和渗透率深度变化曲线可以看出，随着深度增加，孔隙度和渗透率是逐渐减小的，表明压实作用对灰岩段储层的影响是非常显著的。根据铸体薄片资料，压实作用常表现为生物介壳或其他灰岩颗粒的变形和生物介壳的破裂。

胶结作用对储层既有破坏作用也有建设性作用。对储层的破坏作用主要体现在充填原生孔隙，使孔隙度减小。由于胶结作用形成的亮晶胶结物减弱了压实作用对储层储集空间的破坏作用，后期的溶蚀作用使亮晶胶结物形成次生孔隙，所以灰岩段胶结作用是一种建设性作用。根据铸体薄片资料，灰岩段储层常见灰质胶结。虽然灰岩段沉积期也有碎屑成分加入(如含石英颗粒鲕粒灰岩)，但并未见到硅质胶结作用。

溶蚀作用对储集空间来讲是建设性作用，有利于形成次生孔隙和喉道的扩颈。可以说溶蚀形成的次生孔隙是研究区灰岩段最主要的储集空间。

研究区灰岩段常见的交代作用为白云岩交代灰岩。铸体薄片中常见白云石交代亮晶方解石，白云石呈不规则条带状或蠕虫状。交代作用在灰岩段成岩过程中的作用很微弱，仅在部分井中见到。白云石的交代作用对储层的溶蚀改造作用是不利的，这主要是因为有机酸对白云石的溶蚀能力较弱，而对方解石的溶蚀能力较强。另外，从已有的资料来看交代作用主要为白云石交代亮晶胶结物，很少见到白云石交代生物颗粒间的灰泥。

6 结论

(1) 灰岩储层孔隙度和渗透率均较低，总体属低孔低渗型储层。储层以次生孔隙为主，由于压实作用和胶结作用使原生孔隙损失殆尽。砂岩储层总体属中孔中低渗储层，储层以粒间孔为主。虽然同为阜宁组沉积，但砂岩储层比灰岩储层物性好，储层均一性远比灰岩好。

(2) 灰岩储集空间以粒内溶孔为主，粒间溶孔和铸模孔较少。由于裂缝多为全充填和半充填，所以对储层连通性改善有限，储层非均质性较强。

(3) 灰岩段储层在构造高部位和米级旋回的上部生物碎屑灰岩较发育，泥质含量少，物性好，非均质性弱。另外，储层还受到成岩作用的影响。