近年来，随着美国致密油勘探开发取得巨大的经济效益，对非常规能源致密油的勘探与开发已经成为了全球热点，非常规油气资源已在全球能源结构中占据重要地位^{[1, 2, 3, 4]}。中国的致密油资源丰富，主要分布于鄂尔多斯、准噶尔、松辽、四川等多个盆地^{[1, 2, 3, 4, 5]}，但其勘探开发目前仍处在起步和探索阶段。鄂尔多斯盆地为南北向近于矩形的大型内陆坳陷型沉积盆地，油气资源丰富^[6]，延长组长7油层组是鄂尔多斯盆地致密油勘探的重点目标层位，盆地致密油具有分布范围广，烃源岩条件优越，砂岩储层致密，孔喉结构复杂，物性差，含油饱和度高，原油性质好，油藏压力系数低的特点^[7]。对于整个盆地长7油层组的沉积相、烃源岩、储层特征及致密化原因等方面前人进行了较多的研究^{[8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]}，认为长7油层组主要为三角洲—湖泊相沉积^[10]，广泛发育的黑色页岩为一套优质的烃源岩，具备大量生排烃的能力^{[8, 9]}，三角洲前缘水下分支河道砂体和浊流砂体是主要的储集体^{[10, 11, 12, 14]}，压实作用和胶结作用是储层致密化的主要原因^{[12, 13, 14]}。2014年长庆油田分公司在新安边地区探明了致密油储量超亿吨级的新安边大油田，展示出了巨大的勘探潜力，但对于新安边地区致密储层的详细特征以及致密油藏大面积形成的控制因素需进一步开展研究，本文旨在通过对新安边地区长7致密油特征的总结，分析致密油在该区大面积成藏的主要控制因素，以期对致密油的勘探开发有一定的指导意义。

晚三叠世延长组沉积时，鄂尔多斯盆地为大型内陆湖泊，发育一套由湖进至湖退的沉积层系，自下而上可划分为长10~长1共十个油层组，长10至长7为湖盆扩张期，长7沉积期湖盆进入发育的鼎盛期，水体深度和范围均达到最大。以岩性与沉积旋回为依据，长7油层组从下至上进一步划分为长7₃、长7₂和长7₁三段，其中长7₃沉积期水体最深，主要发育一套半深湖—深湖相沉积，沉积了延长组最主要的一套优质烃源岩。长7₂沉积期至长7₁沉积期，主要以半深湖—深湖相沉积为主，向物源方向发育三角洲沉积，主要以泥质沉积为主，砂质沉积也开始发育。

新安边地区位于鄂尔多斯盆地中西部，行政区隶属于陕西省定边县、吴起县，研究区面积约5 000 km²，区域构造位于伊陕斜坡构造单元西部(图 1)。研究区长7沉积期由早期的半深湖—深湖沉积逐渐演变为中晚期的以三角洲前缘亚相沉积为主^[12]，长7₃沉积期该区主要为半深湖—深湖沉积，沉积了一套富含有机质的优质烃源岩，长7₃沉积后水体开始变浅，主要发育三角洲前缘沉积，水下分支河道砂体发育，沉积了研究区最为主要的一套储集砂体。该套储集砂体位于长7₃优质烃源岩上部，并由于长7₂至长7₁沉积期，水进水退仍有反复，储集砂体与黑色页岩呈间互分布，储层和烃源岩直接接触，但物性差，为典型的致密储层。

图 1 鄂尔多斯盆地构造区划分及研究区位置图 Fig. 1 Tectonic maps and location of the study area in Ordos Basin

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2.1 碎屑组分特征

储层的矿物组成、颗粒的胶结方式和排列方式常常决定储层物性的好坏。根据新安边油田长7₂段55口井122块样品的薄片资料进行统计，储层岩石类型以细粒岩屑长石砂岩为主，其次为长石砂岩和长石岩屑砂岩(图 2)。碎屑成分总体上刚性颗粒含量较高，具有高长石、低石英的东北物源特征，石英平均含量为25.20%，长石为39.44%，岩屑含量较高为19.95%，其中变质岩岩屑含量为7.19%，火成岩岩屑含量为3.35%，沉积岩屑含量极少为0.40%，其他类岩屑含量为9.01%。 填隙物含量为15.41%，以绿泥石、铁方解石、高岭石为主，其中绿泥石含量为3.65%，铁方解石含量为4.55%，高岭石含量为2.78%。

图 2 新安边地区长72储层岩石类型三角分类图 Fig. 2 Triangle classification map of rock types in sandstones of Chang 72 Member,Xin’anbian area,Ordos Basin

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通过对新安边地区延长组长7砂岩铸体薄片及扫描电镜等资料分析，砂岩储集层的孔隙类型以长石溶孔、粒间孔为主，见少量的岩屑溶孔、微裂隙，总面孔率为2.05%(图 3)。其中，粒间孔隙是该区砂岩储集层的主要孔隙形式之一(图 4)，平均含量为0.72%，此类孔隙广泛分布于长石砂岩中，连通性较好；长石溶孔是长石颗粒内部部分溶蚀形成，为该区次生孔隙中最为主要的一种孔隙类型，平均含量为1.01%，常与粒间溶孔和粒间孔伴生分布(图 4)。

图 3 新安边地区长7储层砂岩孔隙类型直方图 Fig. 3 Histogram of pores in sandstones of Chang 7 Member, Xin’anbian area,Ordos Basin

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图 4 致密油储层孔隙尺度及孔隙类型分布 Fig. 4 Pore size and type of tight sandstone of Chang 7 Member,Xin’anbian area,Ordos Basin

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利用薄片、扫描电镜、微纳米CT等资料的统计分析，致密油储层主要发育小孔隙、微孔隙和纳米孔隙，孔隙类型主要为残余粒间孔、粒内溶孔、溶蚀微孔隙、微溶孔、晶间孔隙、晶内孔隙等，孔隙半径0.5~10 μm的孔隙数量多，成为有效孔隙体积的主要组成 部分(图 4)，纳米级孔隙数量很丰富，对孔隙体积的组成也有一定的贡献，但孔隙体积所占比例在25%左右，广泛发育的微米级孔隙构成了致密油有效储集空间。

本次研究中对致密储层微观储集空间表征方法包括二维图像观测法、三维体积重构法和定量体积评价法三类，其中二维图像观测法是利用光学显微镜、场发射扫描电镜分析等，实现对孔隙结构的二维精细表征，三维体积重构法是利用微米CT、纳米CT及聚焦离子束场发射扫描电镜分析等，实现对孔隙结构及连通性的三维刻画与评价，定量体积评价法是利用气体吸附法与高压压汞法，实现对孔隙结构与储集空间的定量评价。利用高压压汞对研究区致密储层样品进行测试，研究区储层属于中—小孔细喉型致密储层，孔喉半径主要分布于40~400 nm范围，微米孔隙及纳米喉道形成了由多个独立连通孔喉体构成的复杂孔喉网络，孔喉连通体积使得石油可在致密储层孔隙内流动。在此基础上，选取部分样品利用微米CT扫描重构岩石样品的三维孔隙系统，样品大小为2 mm，像素点分辨率为1.03 μm，因此只对直径大于1 μm的孔喉系统进行三维表征，从结果看，新安边地区长7油层组致密储层孔隙系统较好，孔喉整体发育程度好，连通性达到69%(图 5)。

图 5 致密油储层微米CT扫描三维孔喉系统 a.原始二维切片; b.三维孔隙系统; c.连通孔隙系统 Fig. 5 Micro-CT indicates 3D pore-throat system in Chang 7 Member,Xin’anbian area

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在油气来源相同的条件下，砂体的含油饱和度受到储层物性的影响，物性好的层段孔隙喉道较大，毛细管压力小，油更易进入储层聚集成藏^[15]。根据岩芯分析资料统计，长7储层物性较差，孔隙度多分布在5.0%~11.0%之间，平均7.9%；渗透率多分布在0.04×10^-3 μm²~0.18×10^-3 μm²之间，平均0.12×10^-3 μm²，属致密砂岩储层。从长7₁与长7₂储层孔隙度和渗透率分布对比(图 6)来看，长7₁储层孔隙度以3%~9%为主， 渗透率主要分布在小于0.1×10^-3 μm²范围，而长7₂储层孔隙度主要分布在6%~12%，渗透率以0.05~0.3×10^-3 μm²为主。在长7₂储层中，孔隙度高于9%的样品占26.17%，而长7₁仅为14.86%； 长7₂渗透率高于0.1×10^-3 μm²的样品占38.76%，而长7₁仅为26.42%。虽然储层整体物性较差，但长7₂储集砂体物性相对要好于长7₁。

图 6 鄂尔多斯盆地新安边地区长71和长72物性分布 (a)孔隙度分布; (b)渗透率分布 Fig. 6 Porosity and permeability distribution of Chang 71 and Chang 72,Xin’anbian area,Ordos Basin

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新安边地区长7油层组中砂体分布相对稳定且较为发育的为长7₂段，为该区致密油主要的一套储集体，因此以长7₂段为例分析该区砂体分布特征。研究区长7₂段发育多条北东—南西向展布的砂带，砂体主要为多期三角洲水下分流河道砂体叠加连片，砂体延伸长度40~80 km，砂体宽3~20 km，砂岩厚度较大，单砂体厚度一般3~15 m，累计厚度一般为10~30 m，砂体连续性好(图 7)。

图 7 鄂尔多斯盆地新安边地区长72砂体展布图 (a)孔隙度分布; (b)渗透率分布 Fig. 7 Sandstone distribution of Chang 72,Xin’anbian area,Ordos Basin

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新安边地区长7储层原油性质较好，具有低密度、低黏度、低凝固点、不含硫、可流动性强。地面原油密度为0.839 g/cm³，黏度6.64 mPa·s(50℃条件下)，初馏点74.99℃，凝固点23.17℃。长7储层的高压物性分析结果表明，地层状态下原油性质更好，原油密度0.748 g/cm³，原油黏度为1.48 mPa·s，气油比68.83 m³/t，原油体积系数为1.22。新安边油田长7地层水总矿化度平均53.31 g/L，水型为CaCl₂型，表明油藏封闭性好，油藏保存条件好。

3.1 烃源岩

烃源岩是油气成藏的物质基础，尤其对于致密油来说，优质烃源岩大面积分布是成藏的关键^{[16, 17]}。长7油层组沉积期湖水分布范围广，沉积了一套分布广泛的富有机质页岩，研究区内主要发育长7₃与长7₂顶部两套烃源岩。其中，长7₃沉积的富有机质页岩分布面积大且稳定，厚度10~20 m，烃源岩母质类型以偏腐泥型为主，有机质丰度高，有机碳含量平均为13.75%，氯仿沥青“A”含量主要分布在0.3%~1.1%，最高可达到1.5%以上。烃源岩干酪根镜质体反射率Ro主要分布在0.75%~1.11%，是成熟阶段的产物，处于大量生油阶段，生烃规模较大。长7₂顶部泥岩，厚度5~12 m，有机碳含量和氯仿沥青“A”均较高，与长7₃泥岩有机质丰度基本一致，均达到很好的生油岩标准。
研究区发育长7底部和顶部两套烃源岩，长7₂储集砂体位于两套烃源岩之间，底部长7₃烃源岩所生成的油可垂向运移至长7₂储集砂体中聚集成藏，顶部长7₁烃源岩生成的烃类也可向下运移至长7₂砂体中，优越的烃源岩条件是位于其中的致密砂岩可形成大面积油藏的重要条件。

在成熟的烃源岩大面积分布的前提条件下，大范围致密储层连续展布，是形成致密油的根本原因^[18]。长7₃至长7₁为水退过程，三角洲向湖盆中心进积，三角洲前缘水下分支河道侧向迁移速度加快，使得河道频繁迁移改道，河道砂体相互叠覆，砂体规模增大，且横向连通性也得到增强，整体构成大范围的储集体展布。研究区三角洲前缘砂体发育，具有砂体厚度大、分布面积广、复合连片等特点。其中，紧邻主力生油层长7₃底部和长7₂顶部暗色泥岩的砂体，在横向上大面积复合连片，为油气的侧向运移提供了良好的通道(图 8)。纵向上长7₂砂体厚度大，分布稳定，规模及连通性好于长7₁，相互叠置的砂体为油气垂向运移提供了通道。这为石油向长7₂短距离垂向运移以及侧向运移提供了更有利的条件，使得长7₂含油砂体分布面积更大，因此长7₂含油面积分布范围相对长7₁更广。

图 8 鄂尔多斯盆地新安边地区长7砂体连井剖面(剖面位置见图 7剖面AA') Fig. 8 Sandstone profile of Chang 7 Member,Xin’anbian area,Ordos Basin

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油气聚集成藏的过程是在驱动力作用下选择最有利地质储集空间的过程，驱动力性质决定着油气运移的方向和强度。对于以微米级孔隙为主的致密储层来说，过剩压力是油气运移和保存的主要控制因素之一。鄂尔多斯盆地延长组长7油层组的过剩压力，普遍研究认为盆地大部分地区过剩压力达到12 MPa以上，总体的规律是油页岩厚度较大的地方，过剩压力较大^{[19, 20]}。研究区长7过剩压力主要分布在8~16 MPa^[20]，纵向上过剩压力高值区主要分布在黑色页岩较厚的部位，长7₂致密储层位于多套黑色页岩之间，生成的烃类在异常高压的驱动下满足向致密储层运移聚集的动力条件^[19]，因此在邻近烃源岩分布的储集砂体中形成了大面积分布的油藏。成藏期较高的过剩压力是致密储层中大面积含油和具有较高的含油饱和度的主要控制因素，过剩压力控制了致密油藏的形成和分布。

油气聚集成藏是生、储、盖等地质因素在时间与空间上配合的一个动态过程，尤其对于致密储层，油以垂向短距离运移为主，难以进行长距离的运移，因此烃源岩与储集砂体之间的接触关系显得格外重要^{[21, 22]}。湖盆演化决定了沉积相组合及砂体发育特征，鄂尔多斯盆地在延长组长7₃沉积时期湖盆面积最大，之后湖盆范围逐渐萎缩，砂体不断向湖盆中心推进。在长7期经历了多次小规模的湖盆震荡，湖平面产生周期性湖进、湖退，沉积发育了多套砂—泥岩互层的有利储盖组合，致密砂岩是油气储集的良好场所，而泥岩则是很好的盖层。储集砂体与烃源岩互层共生，具有“近水楼台先得月”的优势，生成的油气经过短距离运移便可聚集(图 9)，有利储盖组合为形成大面积致密油聚集奠定了基础。

图 9 鄂尔多斯盆地新安边地区延长组长7成藏组合图(剖面位置见图 7剖面BB') Fig. 9 Source-reservoir configuration of Chang 7 Member,Xin′anbian area,Ordos Basin

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(1) 新安边地区延长组致密油储层以长7₂为主，砂体发育，储集空间以微米级孔隙为主，微米孔隙及纳米喉道形成了由多个独立连通孔喉体构成的复杂孔喉网络，孔喉连通体积使得石油可在致密储层孔隙内流动。

(2) 新安边地区长7原油性质好，地面原油密度为0.839 g/cm³，50℃时黏度6.64 mPa·s，凝固点23.17℃，具有低密度、低黏度、低凝固点、不含硫、可流动性强的特点，原油充注程度高，具备形成致密油大面积分布的优越条件。

(3) 长7₂致密储层紧邻优质烃源岩，厚层的烃源岩与较厚的砂层互层共生形成了近源运聚的有利配置关系，生烃增压力为石油运聚提供了充足动力，连片叠置发育的砂体和裂缝是油气运移的主要通道，良好的成藏配置形成了大面积展布的致密油区。