泌阳凹陷在构造上属于南襄盆地的一个次级构造单元，南襄盆地横跨河南、湖北两省，位于秦岭褶皱带和扬子地台北缘块断带上，是燕山晚期发育起来的中新生代陆相含油气盆地（图 1）。泌阳凹陷具有“南深北浅、南陡北缓和扇形楔状”特征。凹陷主体沿南部边界弧形断裂呈北东向展布，主要分为北部斜坡带、中部凹陷带和南部断超带^[1]。黑龙庙地区位于泌阳凹陷张店油田南部，面积约15 km²（图 1）。该区新南63井2 945.3~2 978 m，原油产量为3 t/d，目前还没投入开发。南32、龙17井原油产量均＜1 t/d。南94井3 199.6~3 227.0 m也见油气显示，其油气层主要分布于古近系核桃园组水下冲积扇相的碎屑岩储层之中。

1 沉积与岩石学特征

泌阳凹陷沉积地层最厚约5 500 m，主要为新生界地层。其中核桃园组是油气勘探的主要目的层系，中新生界发育的地层自老到新为：上白垩统的胡岗组；古近系的玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组；第四系-新近系的平原组、凤凰镇组。自下而上形成一个红粗（玉皇顶－大仓房组）－黑细（核桃园组）－红粗（廖庄组）的沉积旋回。泌阳凹陷核桃园沉积时期为湖相沉积，位于泌阳凹陷南部陡坡带的黑龙庙地区，发育小型的水下冲积扇砂体^[2]，砂体平面展布范围相对较小、垂向厚度较大；沉积构造主要为块状、递变、韵律、平行、水平、微波状等层理。粒度概率分布为一段式（图 2，扇中分支水道微相）、二段式，三段式（图 3，扇中主水道微相）。C-M图与浊流（长条形，与C=M线平行）相似（图 4），分布规律是C=2.508 9M^{0.998 6}，R²=0.868 2，C、M成指数相关，相关性好，计算得出Im（ϕ值）=1.2ϕ，介于牵引流－浊流（＜1ϕ）与泥流（＞6ϕ）之间，也就是说砂砾岩含泥，但泥质含量不是很高，从岩石薄片分析中也得到验证（本文1.2）。该水下冲积扇具有浊流－牵引流的双重沉积特性；扇根、扇中至扇端亚相，沉积物由砾岩/砂砾岩向粉砂岩过渡，粒度变细，厚度变薄，砂岩层数变少。

研究区古近系发育的岩性主要为大套碎屑岩，夹薄层湖湘碳酸盐岩，岩石类型主要为：泥岩类、砂岩类、砾岩类，少量白云岩类。核桃园组可进一步划分三段，核三段末至核二段中期是湖盆发育的全盛时期，在凹陷主体部位沉积了一套厚度上千米的较深湖相、以暗色泥岩为主的地层，成为泌阳凹陷的主要生油岩系；核二段晚期湖盆开始萎缩。已发现的油气储层主要为砂岩、砾岩类，仅在个别井的泥岩层发现裂缝性油层，因此主要讨论核桃园组中砂岩类、砾岩类油气储层的特征。

研究区核桃园组为凹陷稳定下沉—回返初级阶段的沉积，发育一套暗色泥岩和灰白色砾岩、砂岩、粉砂岩，最厚2 400 m，下部（核三段）以砂泥岩频繁交替。以岩屑石英砂岩、岩屑砂岩为主，基本不含或少含长石砂岩。粒度分选以中、好为主，颗粒以次棱状、线接触为主，支撑方式绝大多数为颗粒支撑，个别为杂基支撑，胶结类型以孔隙型为主，部分连晶型、基底型、凝块型。结构成熟度和成分成熟度中等^[3]。

1.1 碎屑岩骨架组分特征

石英类（包含燧石）：含量变化大，38%~92%，平均含量范围66%~80%。在陆相沉积盆地中属中~高含量。石英含量高的主要原因物源近、物源区单一，与搬运距离、沉积改造关系不大。

长石类：含量极低，0~19%，平均含量范围2%~9%。长石次生变化种类、程度不一，主要有被溶解、被碳酸盐交代、弱黏土化蚀变、弱加大和压裂等。

岩屑类：含量0~37%，平均范围7%~13%。岩屑种类以变质岩为主，常见石英岩、大理岩，另有少量花岗岩、变晶花岗岩、变余砂岩、板岩、片岩、硅质岩和喷出岩等。次生变化随岩屑内所含的矿物而异，除含铁镁矿物的岩屑发生强的黏土蚀变外，其它的岩屑变化较弱。

其它矿物组份：有片状矿物、陆源碳酸盐颗粒、盆屑等。片状矿物颗粒十分常见（图 5），以白云母为主，次为黑云母，少量绿泥石类，含量范围为0~46%，而平均含量仅为0~13%，通常出现在沉积水动力条件中等－较弱的细砂岩、极细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、含泥或泥质砂砾岩中。云母与平均粒度有关，粒度粗，云母含量低，反之含量高；平均粒度大于0.45 mm，基本不含云母；平均粒度0.25~0.45 mm，云母含量0~15%；平均粒度小于0.25 mm，云母含量0~35%。由于片状矿物颗粒含量高，因而碎屑岩成岩演化程度不是很高，也就是说岩石还远没有达到变质或接近变质的情况。陆屑碳酸盐颗粒为陆源搬运沉积的单晶方解石、白云石，平均含量仅为2%~6%，次生变化弱，主要以加大、溶解为主。研究区盆屑主要为砂屑、表鲕，个别为生屑，矿物成分以泥晶白云石为主，不含或含少量黏土，平均含量仅为0~16%，盆屑的次生变化弱，以被弱溶解、弱压实变形为主。

1.2 填隙物特征 1.2.1 黏土

经薄片观察，平均含量范围0~5%，研究区黏土成因，绝大部分为陆源成因（杂基），小部分为云母、岩屑次生蚀变形成或自生成因形成的黏土。经砂岩X衍射黏土分析，研究区核桃园组砂岩不含蒙皂石；伊蒙混层含量0~77%（平均含量13%~70%）；伊利石含量2%~29%（平均含量12%~27%）；高岭石含量0~17%（平均含量1%~12%）；绿泥石含量6%~95%（平均含量7%~57%）；绿蒙混层含量0~27%（平均含量0~7%）。为混合型组合。伊蒙混层的混层比0~55%，一般为15%~40%；绿蒙混层的混层比一般为0~15%。研究区核桃园组砂岩中的伊蒙混层或绿蒙混层的蒙皂石比例0~55%，砂岩黏土矿物混层比随深度演化关系不明显，而且混层比由浅到深呈增加的趋势，属非正常演化。

1.2.2 胶结物

主要有：方解石（平均含量4%~5%）、白云石（平均含量2%~10%），局部层段可见石膏或硬石膏，偶见自生黏土、石英、黄铁矿、沸石等。

2 碎屑岩储层成岩作用与成岩阶段

研究区碎屑岩成岩作用主要包含压实-压溶作用、胶结作用、溶解作用、交代作用。

前者不可逆转，属正常成岩演化。研究区核桃园组砂岩胶结作用主要是碳酸盐胶结，但后期很少溶解，对储层起破坏作用。溶解作用主要为云母颗粒的溶解。研究区核桃园组砂岩交代作用主要有：碳酸盐交代碎屑或黏土矿物，黏土矿物或铁矿交代黑云母等。

研究区储层均经历过同生成岩阶段和早成岩A期。经显微观察成岩现象，研究区核一段地层中等强度压实－压溶，出现碳酸盐亮晶、石英加大、高岭石等，溶解作用明显增强，处于早成岩B期（成岩标志：古地温为65~85℃，R_o为0.35%~0.5%，有机质半成熟，沉积物为弱固结－半固结）。核二段处于中成岩A1亚期（成岩标志：古地温为85~110℃，R_o为0.5%~0.9%，有机质低成熟，岩石已固结）。核三段处于中成岩A2亚期（成岩标志：古地温为110~140℃，R_o为0.9%~1.3%，有机质成熟）。

3 储层储集空间特征 3.1 储层孔隙及孔隙组合类型

据岩石薄片观察及电镜分析，研究区核桃园组砂岩油气储层的孔隙成因类型为少量的原生粒间孔（孔径50~200 μm）和原生杂基微孔（孔径＜10 μm）以次生孔隙为主。次生孔隙包括粒间溶孔（不发育）、颗粒溶孔、杂基溶蚀微孔、隐晶白云石晶间孔（孔径＜10 μm）、构造微缝等。其中颗粒溶孔为长石、黑云母溶孔，在核二、三段，因长石含量低，则以黑云母溶孔为主，是构成该区储层储集空间重要类型之一。

储层往往由多种孔隙类型组合而成，研究区核桃园组碎屑岩储层孔隙组合类型主要有：颗粒溶蚀微孔型、颗粒溶孔－杂基溶蚀微孔－颗粒溶蚀微孔型。缺少粒间孔和粒间溶孔，缺乏连通性孔隙，对碎屑岩储层是不利的。

3.2 储层孔隙结构特征

根据岩石薄片观察，研究区核桃园组砂岩面孔率0.05%~2.24%，平均0.24%~1.56%，孔隙很不发育，均质性差。平均孔隙直径2.02~43.48 μm，属细孔型。平均分选系数0.80~1.1，分选性中等。

根据压汞分析，研究区核桃园组砂岩平均孔喉半径为0.05~0.32 μm，属微细喉型；分选系数0.03~0.22，孔喉分选性差；有效体积百分数19.9%~46.6%，平均31.1%，有效孔隙比例属中等偏低。

3.3 储层物性特征

孔隙度2.2%~11.7%，算术平均值6.02%；主要分布在10%以下，占52个样品的98.1%；为特低孔、超低孔型（图 6）。渗透率（0.09~2.98）×10^-3 μm²，对数平均值0.23×10^-3 μm²，算术平均值0.38×10^-3 μm²；主要分布区间（0.1~1）×10^-3 μm²，占39个样品的79.5%；为超低渗、特低渗型（图 7）。

4 储层影响因素分析及保护与改造意见

碎屑岩油气储层特性包括储层的分布面积、厚度、矿物组成以及储层物性。前两者主要受区域地质条件和沉积条件的控制。矿物组成主要受区域母岩性质、沉积作用控制，也受后期成岩的影响。储层物性条件受母岩区岩石的性质、沉积作用以及埋藏成岩作用的综合控制，沉积是碎屑岩储层储集物性的基础，成岩是决定碎屑岩储层储集物性的最终因素。

4.1 区域地质及沉积作用对碎屑岩储层的影响

从岩石薄片分析来看，黑龙庙地区核桃园组砂岩主要母岩为来自邻近元古界的变质岩，风化产物主要为变质岩岩屑、石英、云母、黏土，缺乏“易被溶解”的长石颗粒，导致溶解的对象大多仅限于黑云母。

黑龙庙地区位于泌阳凹陷南侧陡坡，既紧靠盆地的沉积或沉降中心，又近邻物源区，容易形成水下冲积并且沉积厚度大。这样压实-压溶作用就强，对储层物性损害较大。但离生油中心近，泥岩压实排出的地层水、有机质成熟时期排出的酸性地层水，对储层中碱性沉淀的胶结物进行溶解，利于提高孔渗，不过由于该区储层缺乏“易被溶解”的长石颗粒，碳酸盐胶结物又不多，溶解作用就不发育。再加上后期弱的构造作用，不能形成低孔—微裂缝的理想组合。据岩心和薄片观察，宏观裂缝基本没有，局部可见微型断层和微裂缝，但断距小，裂缝具闭合性。

一般来讲，水下冲积扇储层从优到劣为：扇根微相—扇中微相—扇缘微相，理论上讲扇根砂层厚度大，碎屑物颗粒粗，抗压实—压溶作用的能力强，渗透性好，水道微相优于水道间微相。这种规律在黑龙庙地区基本体现不出来。因为虽然水道微相砂砾岩、砂岩不含泥，但被碳酸盐胶结而形成致密隔层；没有胶结的，被压实—压溶作用改造成孔渗性差的储层；水道间微相含泥、含云母，原本储集性不好经过压实—压溶作用改造，储集层孔渗性更差。所以黑龙庙地区微相对储层储集性的控制影响是具有独特性。

4.2 成岩作用对碎屑岩储层的影响

成岩作用对黑龙庙地区核桃园组砂岩储层的形成、发展具有重要的控制作用。最主要的控制作用是压实—压溶作用、碳酸盐和黏土矿物胶结作用、黑云母溶解作用。

压实作用主要发生在早成岩期，压溶作用则主要发生在中晚成岩期，并伴生。研究区临近沉降中心，近物源，沉积厚度大。随着埋深增加，颗粒接触更趋紧密，颗粒支撑点发生溶解，颗粒呈镶嵌接触，接近压嵌式胶结，基本不发育原始孔隙。压实—压溶作用对研究区含油气储层损害很大。

胶结作用对含油气储层具有建设性，早期形成的碳酸盐胶结，抵御了早期的成岩压实—压溶，在有机质成的成熟期，又被溶解，形成较好的储集孔隙即溶蚀粒间孔；而在黑龙庙地区，早期形成的碳酸盐胶结，由于粒间碳酸盐胶结物没有发生溶解，变成了损害储层的又一主要因素。黏土矿物由于其自身特性、晶形、形成时期、含量多少的不同，对储层影响也不同，例如高岭石、伊利石/绿泥石、混层、蒙脱石依次对储层越来越不利。

黑云母的溶解在黑龙庙地区核桃园组砂岩较发育，是构成该区储层孔隙的主要类型。但均为沿其边缘发生较弱的溶解，所产生的次生孔隙因量小而不会对储层有很大的改善。并且由于压实强烈，形成的次生孔隙之间的连通性要差一些。

4.3 地层水、烃类等流体介质对碎屑岩储层的影响

研究区地层水基本呈弱碱性，在深埋的温度和压力条件下，碳酸盐溶解不发育，黑云母发生溶解、黑云母黏土化。烃类流体进入碎屑岩储层后，极大地阻碍了储层矿物的变化。研究区的伊/蒙混层随埋藏深度增加而含量增加，这与黏土矿物的正常演化趋势相反，这可能与油气的进入有关。由于伊/蒙混层中的蒙脱石层具有很强的吸附作用，使得烃类物质将其包裹，阻止黏土矿物与水溶液中的离子进行交换，使其能够很好的被保存下来。

4.4 储层保护与改造

主要从储层的敏感性方面提出改造意见。碎屑岩储层的敏感性通常分为速敏、水敏、碱敏、盐敏和酸敏，简称为“五敏”^[5]。经分析，该区储层具弱的速敏性、中等水敏性、弱的盐敏性、中等酸敏性、弱的碱敏性。黑龙庙地区储层由于属低孔—特低孔，低渗—超低渗储层，储层含有大量黏土矿物：绿泥石、黑云母、蒙脱石—绿泥石混层矿物，情况复杂，储层改造较难。以下提出几点建议：

一是该区储层为中等或中偏强水敏性储层，应避免清水作业，改用高盐度流体，或添加黏土防膨剂。

二是钻井液损害及酸化解堵试验评价试验表明，常规酸化效果不明显或损害加重。因此应当采用压力平衡钻井；同时配置出低界面张力、作用距离短、反排能力强的酸液，来解决钻井液对研究区地层的损害。

三是重视储层的不均一性。从岩芯分析化验得出，黑龙庙地区实际含油气的砂岩储层一般含泥低，隔层为碳酸盐胶结致密砂岩、泥质充填砂岩，前者影响不大，后者影响大。如果压裂遵循先弱后强，首先被压开的是相对最为疏松的泥质充填砂岩隔层，然后才是含油气的不含杂基黏土的砂岩层，大套层段实施压裂的效果会降低，应该注意针对性。

四是通常由于成岩作用的改造，砂岩在垂直方向的渗透性低于水平方向的渗透性。再则研究区砂岩含云母，通常具水平方向排列，更加会造成砂岩在垂直方向的渗透性极差，建议压裂造缝以垂直方向为好。

五是压裂层位的选取：储层物性好、泥质含量低；储层的顶底均为高压应力层，有利于垂直压裂缝在储层中延伸。

5 结语

（1）泌阳凹陷黑龙庙地区碎屑岩储层岩石类型主要为岩屑石英砂岩、岩屑砂岩，结构成熟度和成分成熟度中等。为一套水下冲积扇相沉积物。压实—压溶作用和胶结作用使储层物性变差，而溶解作用使物性稍改善。

（2）研究区储层经历了早成岩B期、中成岩A1亚期、中成岩A2亚期演化阶段。

（3）储层储集空间有：颗粒溶蚀微孔型、颗粒溶孔—杂基溶蚀微孔—颗粒溶蚀微孔组合型。为特低孔—超低孔型、超低渗—特低渗型储层。

（4）研究区储层不均一，具中等的水敏性、酸敏性，具弱的速敏性、盐敏性、碱敏性，在油层保护与改造中要采取针对性措施。