低渗透储集层是一个相对的概念，是相对中、高渗储集层而言，但储集层渗透率到底低到多少算低渗透储集层，至今国际上缺乏统一而明确的标准和界限 (蒋凌志等, 2004)。基于中国油气田实际地质背景与油气勘探开发实践，通常将空气渗透率为 (0.1×10^-3~50×10^-3)μm²的储集层称为低渗透储集层 (国家能源局, 2011)。低渗透储集砂体常常具有沉积物粒度较细、成熟度较低、物性差、孔喉半径小、成岩差异大以及非均质性强等特点，因而并非是最佳的勘探目标，但由于其广泛发育于中国各大含油气盆地 (杨华和张文正, 2005; 张小莉等, 2006; 操应长等, 2012)，油气资源占已探明储量的50%以上，并且随着油气勘探程度的加深，其所占比例将持续增大，因此加强低渗透储集层的勘探对于中国石油与天然气工业的发展具有十分重要的战略意义 (曾大乾和李淑贞, 1994; 杨晓萍等, 2007)。

长岭凹陷位于松辽盆地南部中央坳陷区，其上白垩统青山口组整体为一套河流-三角洲-湖泊沉积，发育多种成因储集砂体，油气藏类型以岩性油气藏为主 (石兰亭等, 2010)，是长岭凹陷油气勘探的重点层位。青山口期受基准面升降变化影响，湖盆周期性地扩张与退缩，使得湖相泥岩与前缘砂体频繁交互、错叠，形成优越的自生自储条件，且青三段沉积时期砂体最为发育，勘探潜力巨大 (李群, 2003; 袁选俊等, 2003; 沈武显等, 2011)。因此，开展青三段低渗透储集层特征与主控因素的研究，对于长岭凹陷油气勘探具有现实意义。此前有关乾北地区青三段的研究多集中于沉积相与石油地质特征方面，而缺乏针对该时期低渗透储集层特征与成因机理的详细研究 (李明等, 2009; 吴海瑞, 2011; 胡纯心等, 2013)。鉴于此，笔者通过系统地分析乾北地区青山口组三段储集层大量的普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光及压汞测试等资料，在明确其岩石学特征、孔隙结构与物性特征的基础上，进一步探讨了青三段低渗透储集层形成的主控因素，为该区下一步油气勘探提供科学依据。

1 研究区概况

乾北地区位于长岭凹陷乾安次凹以北、大安凹陷以南，西邻大安-红岗阶地、东接扶新隆起，面积约2430 km²(图 1)，为长岭凹陷内一个负向构造单元。中、新生代以来，该区长期发育在盆地沉积、沉降轴线上，地层发育齐全，钻遇的地层自下而上依次为下白垩统泉头组 (K₁q)，上白垩统青山口组 (K₂qn)、姚家组 (K₂y)、嫩江组 (K₂n)、四方台组 (K₂s)、明水组 (K₂m)。青山口组沉积时期松辽盆地整体快速沉降，物源主要来自西南部通榆-保康水系 (张本福和赵华升, 1989; 吉林油田石油地质编写组等, 1993；胡鹏等，2017)，青一、青二段 (K₂qn¹⁺²) 沉积时期水体最深，发育厚层暗色泥岩，至青三段 (K₂qn³) 沉积时期，基准面下降，三角洲向湖盆中心方向推进，于乾北地区形成大范围三角洲前缘储集砂体 (赵艳军等, 2011)。

该区油气勘探始于1978年，初期主要以寻找白垩系构造油藏为目标，20世纪60年代曾于上白垩统嫩江组见油气显示，至70~80年代，于乾安构造高台子油层 (青三段) 钻探获得工业油流，随后部署的多口探井进一步揭示了该区青三段具有良好的含油显示，自此拉开了本区及邻区高台子油层勘探的序幕。自1984~1990年，在重探该区并获高产工业油流的基础上进一步展开详探工作，控制含油面积，落实产能。1991年以来，在隐蔽性油气藏勘探理论的指导下，岩性储集砂体逐渐成为区域范围内油气勘探的主要对象，油气产量逐年递增，并基于勘探理论与实践明确了本区及邻区且具备形成大面积岩性油气藏的有利条件 (沈安江等, 2005; 赵志魁, 2009)。

2 储集层岩石学特征

乾北地区青三段砂岩类型以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主 (图 2a)，砂岩成分成熟度为0.45~0.74，平均为0.55；碎屑组分主要为石英、长石和岩屑，石英体积分数为22.73%~42%，平均为30.45%，其中单晶石英占绝对优势；长石含量最高，体积分数34%~63.9%，平均值约为42.4%，主要为钾长石和斜长石；岩屑体积分数为12.05%~37.35%，平均为27.15%，其中岩浆岩岩屑贡献率在95%以上，其次为变质岩岩屑，沉积岩岩屑含量极少 (图 2b)。储集层岩性以粉砂岩、细砂岩为主。填隙物主要为杂基，碳酸盐胶结物、硅质胶结物及自生黏土矿物，碎屑颗粒分选中等，磨圆中等，多呈次棱角状-次圆状。

3 储集空间类型和结构特征 3.1 孔隙类型

铸体薄片与SEM图像综合鉴定分析表明，乾北地区青三段储集层储集空间类型多样，根据其发育产状特征与成因的不同，将储集空间划分为粒间孔、粒内孔、杂基微孔、晶间孔及微裂缝。青三段储集层孔隙直径整体较小，主要分布范围在20~124 μm (表 1)。

粒间孔根据成因不同可进一步划分为残余粒间孔与溶蚀扩大孔。残余粒间孔是原始粒间孔受后期成岩作用改造，被部分压实与充填后残余的孔隙空间 (图 3a)，充填胶结物多为石英次生加大、自生高岭石及伊利石；而溶蚀扩大孔的形成则与颗粒边缘或胶结物被溶蚀有关，薄片下溶蚀扩大孔边缘多不规则 (图 3b、3c)，该类孔隙直径一般较大 (18~118 μm)，连通性较好，但分布不均一，具有较强的非均质性。

杂基微孔广泛分布于与碎屑颗粒同沉积下来的细小杂基微粒之间，多为杂基颗粒相互支撑而形成的微小孔隙，该类孔隙直径较小，连通性差，对储集层物性贡献很小。

粒内孔主要为长石、不稳定岩屑颗粒内部被溶蚀而形成的孔隙，长石的溶蚀多沿其解理面或双晶面发生，当溶蚀作用较强，内部被完全溶蚀而仅保留原始颗粒的轮廓形态，则形成铸模孔 (图 3d)。

晶间孔主要是自生高岭石、伊利石、绿泥石晶体之间的微小孔隙 (图 3e)。

微裂缝为岩石发生机械破裂而产生的储集空间，且以在应力作用下产生的构造缝为主，缝宽2~22 μm，多呈不规则长条状延伸 (图 3f)。

3.2 孔隙结构

储集层的孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系 (罗蛰潭和王允诚, 1986)。通过对研究区青三段25口取心井共计121个压汞样品进行分析，除有5个分析样品因微裂缝发育使得测试结果不具有代表性外，其余样品压汞曲线的排驱压力通常分布在0.14~38.2 MPa，平均为2.63 MPa；分选系数为0.81~2.92，平均为1.78；最大进汞饱和度分布区间为16.1%~94.1%，平均为82.1%。根据压汞测试所得毛细管压力曲线形态与特征参数，结合铸体薄片、物性数据等相关资料将青三段储集层孔隙结构划分为4种典型类型 (表 2)。

Ⅰ类：毛细管压力曲线形态为低排驱压力-中-细喉道型 (图 4a)，排驱压力低，平均为0.35 MPa，饱和度中值压力平均为1.45 MPa，孔隙度平均为16.6%，渗透率平均为1.71×10^-3μm²。孔隙类型以粒间孔、粒内孔为主，喉道类型以缩颈型喉道、孔隙缩小喉道为主，见少量片状喉道。孔喉半径分布频率直方图呈单峰粗态型，偏粗的喉道对渗透率贡献最大。分选系数均值为2.23，最大进汞饱和度平均为89.4%，储集性能好。

Ⅱ类：毛细管压力曲线形态为中排驱压力-细喉道型 (图 4b)，排驱压力中等，平均为1.23 MPa，饱和度中值压力平均为4.72 MPa，孔隙度平均值为12.1%，渗透率均值为0.28×10^-3μm²。孔隙类型以残余粒间孔、粒内孔为主，喉道类型以片状喉道、点状喉道为主。孔喉半径分布频率直方图呈单峰细态型，部分呈双峰细态型。分选系数均值为1.83，最大进汞饱和度平均为74.1%，储集性能较好。

Ⅲ类：毛细管压力曲线形态为较高排驱压力-微细喉道型 (图 4c)，排驱压力较高，平均为8.43 MPa，饱和度中值压力平均为31.25 MPa，孔隙度平均值为6.18%，渗透率平均值为0.11×10^-3μm²。孔隙类型以残余粒间孔、粒内孔为主。孔喉半径分布频率直方图呈单峰细态型，分选系数均值为1.42，最大进汞饱和度均值为56.8%，储集性能中等。

Ⅳ类：毛细管压力曲线形态为高排驱压力-微细喉道型 (图 4d)，排驱压力高，平均为14.43 MPa，饱和度中值压力平均为56.43 MPa，孔隙度平均值为5.18%，渗透率平均值为0.06×10^-3μm²。孔喉半径分布频率直方图呈单峰细态型，分选系数均值为1.11，最大进汞饱和度均值24.7%，退汞效率较低，平均值为25.9%，储集性能差。

4 储集层物性特征

通过对研究区青三段25口井、364个砂岩样品的常规物性测试结果统计表明，青三段储集层物性变化较大，孔隙度为0.1%~26.5%，平均为11.9%，且主要集中分布在5%~20%之间，约占样品总数的87.41%；渗透率为0.001×10^-3~52.3×10^-3μm²，平均为2.8×10^-3μm²，主体分布在0.1×10^-3~10×10^-3μm²之间，属于典型低孔、特低渗储集层。同时不同岩性储集层孔隙度、渗透率分布有所差异，泥质粉砂岩的物性普遍较差，在相对低孔渗区间 (孔隙度0.1%~10%，渗透率0~0.1×10^-3 μm²) 的样品所占比例较大，随着孔渗区间的增大，其样品贡献比例逐渐减少；细砂岩物性整体较好，在相对高孔渗区间 (孔隙度15%~25%，渗透率10^-3~100×10^-3 μm²) 的样品所占比例较大，随着孔渗区间的增大，其贡献率也逐渐增大；粉砂岩储集层物性分布区间较广，其在相对中等孔渗区间贡献率普遍较大 (图 5)。

青三段储集层孔渗相关性统计表明，孔隙度与渗透率呈现出良好的正相关性 (图 6)，相关系数R²=0.71，表明青三段砂岩属于孔隙型储集层，孔隙空间是主要的渗透通道，此外部分偏离拟合趋势线的异常点则代表了少量孔洞或裂缝的存在。

5 低渗透储集层主控因素

低渗透储集层的形成是沉积作用、成岩改造、构造作用等多种因素综合作用的结果，其中沉积作用是基础，先天控制着储集层的质量，并决定了后期成岩作用类型和强度 (蒋凌志等, 2004; 操应长等, 2012)。成岩作用是形成低渗透储集层的关键因素，特别是埋藏阶段的压实作用和胶结作用改造使得储集层物性进一步变差，孔隙结构趋于复杂化；构造成因裂缝可一定程度改善储集层的孔渗性。

5.1 沉积作用奠定物质基础

沉积作用的影响体现在2方面：一方面控制着储集层的厚度、规模、空间分布等宏观地质条件，另一方面也决定着岩石的成分、结构、填隙物含量等微观特征，因而强烈地控制了储集层的原始物性，并进一步影响后期成岩作用和孔隙演化过程，是控制储集层物性以致其低渗透化的根本原因 (刘伟等, 2009; 李易隆等, 2013)。青三段沉积时期乾北地区整体为三角洲前缘沉积且靠近末端，水动力条件较弱，碎屑颗粒粒径较小，填隙物含量较高 (为2%~40%，平均15.2%)，成分以黏土杂基为主。较强水动力条件下沉积的颗粒粒径相对较粗，岩性以细砂岩、粉砂岩为主，杂基含量较低，储集层质量较好，而当水动力较弱时，则沉积物颗粒粒径相对较细，岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，储集层物性相对较差 (图 5)。此外，颗粒的磨圆、分选程度也是影响储集性能的重要因素，青三段储集砂体碎屑分选中等，部分分选较好-好，其平均孔隙度、渗透率分别为17.6%、8.1×10^-3μm²；局部分选较差储集砂体，其平均孔隙度、渗透率分别为3.8%、0.07×10^-3μm²；磨圆多为次棱角状-次圆状，部分砂岩磨圆程度好，达圆状，其平均孔隙、渗透度分别为16.5%、13.2×10^-3μm²；而局部分选为棱角状砂岩，其平均孔隙度、渗透率分别为7.2%、0.2×10^-3μm²；即整体呈现分选、磨圆相对较好的砂岩，储集层孔隙度、渗透率也相对较高 (图 7)。总之储集层砂岩粒度较细、泥质含量较高及中等程度的磨圆与分选是造成青三段储集层原始储集性能较差主要原因。细粒径砂岩和较高的泥质含量不仅造成储集层原始储集性能较差，还加剧了压实作用对储集层的破坏，从根本上奠定低渗透储集层的物质基础 (赵艳军等, 2011)。

5.2 成岩作用是关键因素

岩石薄片、扫描电镜、X衍射等资料分析表明：乾北地区青三段储集层压实作用较强，颗粒多呈点-线接触发育，常见Ⅰ~Ⅱ级石英加大；自生黏土矿物以伊利石、绿泥石、伊/蒙混层为主，伊利石体积分数平均为66.6%；最高热解温度 (t_max) 范围为437~447℃，平均为441.6℃；镜质体反射率 (R_o) 为0.53~0.72。据以上成岩标志，综合判断乾北地区青三段储集层处于中成岩A期。储集层演化至今经历了相对漫长而复杂的成岩改造，其中压实作用、胶结作用和溶蚀作用对储集层物性具有显著影响。

5.2.1 压实作用主导储集层低渗透

碎屑岩的抗压效果与其矿物成分密切相关，一般石英颗粒的抗压能力强，长石次之，岩屑的抗压能力最弱 (李文厚等, 2002)。研究区青三段储集层中石英含量较低，一般在50%以下，长石和岩屑的含量较高，岩石整体抗压强度较弱，不利于原生孔隙的保存 (禚喜准等, 2015)。储集层总体经历了快速沉降 (早期)、缓慢抬升 (中期) 和稳定沉降 (晚期) 的埋藏过程 (图 8)，其现今顶面主体埋深1350~1700 m，压实作用较强。薄片下常见碎屑颗粒接触紧密，以线接触为主 (图 9a)；云母碎片发生的弯曲变形 (图 9b)，质软的泥岩岩屑被挤入孔隙形成假杂基，阻塞孔喉。压实作用是研究区青三段储集层经历的最重要的成岩事件之一，其结果一方面使得原生粒间孔大量减少，储集层的孔隙度降低，另一方面在压实作用的驱动下，颗粒之间通过不断调整其相互位置以达到位能最低的紧密堆积状态，接触方式由不接触逐渐转变为点-线接触，喉道逐渐缩小，孔隙结构复杂化 (图 3a)、渗透率降低。根据大量薄片与扫描电镜观察综合判断，青三段储集层砂岩压实程度相当于Ⅱ级 (Lenz, 2002)，同时参考松辽盆地相似岩性砂岩成岩岩石减孔率 (刘媛等, 2010)，其孔隙度损失11%~23%。

5.2.2 胶结作用强化储集层低渗透

地层在埋藏过程中由于温、压等物化条件的改变，溶解于孔隙流体中的组分达到饱和而在颗间沉淀以胶结颗粒并固结岩石。胶结物的形成不仅使得岩石中有效储集空间大量减少，而且缩小甚至阻塞喉道，很大程度降低了储集层的渗流能力。青三段储集层胶结作用主要为自生黏土矿物胶结、碳酸盐胶结及硅质胶结。

(1) 自生黏土矿物胶结青三段储集层自生黏土矿物胶结主要包括自生高岭石、伊利石、绿泥石胶结、伊/蒙混层，其中伊利石含量最高，相对百分含量主要分布在35.2%~90.1%，平均为66.6%；绿泥石次之，平均为14.1%；高岭石、伊/蒙混层含量相对较少。扫描电镜下，伊利石多呈弯曲片状、搭桥状充填粒间孔产出 (图 9c)，绿泥石多呈针叶状、绒球状包裹于颗粒表面或充填孔喉 (图 3e)；高岭石则多呈书页状、手风琴状充填粒间孔，常与自生石英晶粒共生，多为长石溶蚀的产物 (图 9d，9e)。青三段砂岩中较多的黏土矿物胶结使得储集层孔隙和喉道被大量分割和阻塞，致使储集层孔渗性进一步变差。

(2) 碳酸盐胶结碳酸盐胶结作用在研究区发育较普遍，主要为方解石胶结，其多呈粒状或嵌晶状，充填原生孔隙、溶蚀孔，或交代石英、长石等碎屑颗粒 (图 9f，9g)。通过对研究区青三段38口取心井物性数据统计分析，发现随着碳酸盐胶结物含量的增加，储集层孔隙度和渗透率明显降低 (图 10)，表明青三段储集层中碳酸盐胶结程度是控制其物性的重要因素。

(3) 硅质胶结硅质胶结作用常表现为石英次生加大，即自生石英以规则或不规则2种方式围绕原有石英颗粒边缘生长，二者之间有时可见明显的“尘迹线”(图 9h)。次生加大的发育程度与杂基含量存在一定的消长关系，当杂基含量较高时，石英次生加大受到一定程度抑制，加大边较薄且多不连续。此外，溶解态的SiO₂在原生孔隙中直接沉淀并呈自生石英晶粒的形式单层展布或多层叠盖以阻塞喉道也是青三段储集层中硅质胶结的一种重要的表现形式 (图 9i)。

5.2.3 溶蚀作用改善储集层物性

溶蚀作用属于建设性成岩作用，孔隙流体通过对原生粒间孔附近易溶矿物或杂基进行溶解，形成次生孔隙，可在一定程度上改善储集层的物性 (操应长等, 2012; 席胜利等, 2013)。青三段储集层溶蚀作用类型有长石、岩屑等碎屑颗粒及方解石胶结物的溶蚀，其中碎屑长石、岩屑颗粒内部与边缘因溶蚀而产生大量次生孔隙，自生方解石晶粒被溶蚀成浑圆状 (图 11a~11c)。鉴于研究区青三段沉积水动力环境较弱，储集层杂基含量较高，储集层原始孔渗较差，不利于酸性流体的进入和溶解物质的转移，溶蚀作用对储集层物性的影响有限。

5.3 构造作用是有利条件

岩石由于其本身特性，在构造作用力和非构造作用力影响下产生各种成因裂缝。构造成因的裂缝作为低渗透储集层的主要类型，对低渗透储集层的勘探与开发起着重要作用 (曾大乾等, 2003; 曾联波, 2004)。前人研究表明松辽盆地的发育过程中存在2期规模较大的区域性构造运动，即盆地形成初期的张性裂开运动和湖盆萎缩期发生的挤压-剪切运动 (窦立荣和李建忠, 1995；张功成等, 1996)。嫩江组沉积之后，盆地受东南方向的强烈挤压与剪切作用，于其先存地层中产生大量构造裂缝，研究区青山口组中的裂缝主要为该时期形成 (刘子良和梁春秀, 1999)。

基于岩心、薄片、扫描电镜资料分析表明，青三段储集层裂缝以垂直缝和高角度缝为主 (曾联波等，1998)，多位于低幅隆起部位，为典型构造裂缝。裂缝一般无泥质充填，只有少量被沥青、方解石充填 (图 11d、11e、11f)。裂缝发育程度与岩石类型有关，钙质砂岩及含钙粉砂质泥岩刚性强，裂缝最发育；较纯的砂岩或粉砂岩裂缝也比较发育，而质纯的泥岩塑性强，裂缝最少 (刘子良和梁春秀，1999)。裂缝所起的储集作用有限，但裂缝的发育可以较好地沟通原本孤立的孔隙，改善储集层的孔隙连通性，同时作为流体的运移优势通道，有利于有机酸等对储集层的溶蚀改造，从而在一定程度地改善储集层的渗流能力 (Beard and Weyl, 1973；曾联波，2004；杨帆等，2005)。

6 结论

(1) 乾北地区青三段储集层岩石类型以长石砂岩、岩屑质长石砂岩为主，整体具有成分、结构成熟度较低的特点，储集层平均孔隙度、渗透率分别为11.9%、2.8×10^-3μm²，为典型低孔、低渗储集层。

(2) 岩石微观鉴定表明，青三段储集层主要储集空间类型为粒间孔、粒内孔，孔隙直径较小，吼道较窄，孔喉分选性较差，整体属于小孔-细喉道型孔隙结构，依据压汞所得毛细管压力曲线形态特征与特征参数，结合铸体薄片、储集层物性资料等相关资料将其进一步细分为4种亚类型。

(3) 研究区青三段低渗透储集层的现今面貌是沉积、成岩、构造作用的综合结果：①三角洲前缘末端含有较多杂基的细粒径储集层砂岩的广泛发育奠定了低渗透储集层的物质基础；②埋藏阶段储集层所经历的压实作用与胶结作用改造，使得原生孔隙大量损失，孔喉阻塞，孔隙结构复杂化，整体物性变差，是形成低孔-低渗储集层的关键因素；③低渗透背景下，局部溶蚀作用与构造成因微裂缝的相对发育是形成优质储集层的有利条件。