准噶尔盆地二叠系风二段凝灰岩储层孔隙多重分形特征

1. 引言

准噶尔盆地二叠系风城组二段凝灰岩储层作为重要的致密油气储层，其微纳米级孔隙结构对油气储集具有关键影响。该储层整体呈低孔低渗特征，局部因裂缝发育渗透性较好。本研究应用多重分形理论，系统分析凝灰岩孔隙结构的非均质性、分布特征及连通性，揭示其储集性能。研究成果可为优化钻井部署、预测油气分布及提高采收率提供理论依据，对类似盆地储层研究也具有参考价值。

2. 研究区地质概况

准噶尔盆地的多期构造演化（包括古生代裂谷、晚古生代—中生代造山及新生代定型）深刻控制了二叠系风城组二段（风二段）地层的形成。该时期盆地处于构造转换阶段，沉积环境多变且火山活动频繁，影响了风二段的分布、岩性及储层特性。风二段作为玛湖凹陷重要层系，主要由滨浅湖相灰色—黑色薄层泥质白云岩、白云质泥岩组成，夹凝灰岩及薄层砂岩，厚度50–200 米，具高盐度碱湖沉积特征[1]。其岩性组合与火山物质输入为研究储层孔隙特征提供了重要地质背景。

3. 凝灰岩储层孔隙类型

准噶尔盆地二叠系风二段凝灰岩储层的孔隙可划分为原生和次生两大类。原生孔隙形成于沉积过程中，如粒间和晶间孔隙，具有较高的连通性和规则性。次生孔隙则由成岩或后期改造形成，如溶蚀和裂缝孔隙，形态复杂不规则。根据大小，孔隙还可细分为微孔（ ⋅<2nm. ）、介孔（ 2-50nm ）和宏孔（ >50nm ）。研究表明，原生孔隙多为圆形或椭圆形，孔径集中在 0.33～0.38nm 、 0.50～0.68nm 及 0.72～0.86nm ，均匀分布，为油气储存提供空间。次生孔隙形态复杂，孔径从几纳米到数百纳米不等，介孔和宏孔主要分布在 2.94～16.09nm ，受成岩和构造应力影响，表现出强非均质性。扫描电镜图像和孔隙分布直方图显示，微孔多分布于凝灰质基质中，介孔和宏孔则多位于矿物颗粒边缘或裂缝周围，反映了孔隙形成机制的多样性及其对储层性质的影响。

4. 多重分形特征研究

4.1 多重分形理论及原理

多重分形理论是一种非线性数学工具，用于描述自然界的复杂现象，通过分形维数量化空间分布特征。在储层孔隙研究中，该理论能揭示孔隙结构的非均质性和多尺度特性。分形维数反映孔隙表面的不规则性和空间填充能力，广义分形维数（Dq）刻画不同尺度孔隙的分布及对整体结构的贡献。q 值变化时，Dq 的趋势反映孔隙系统的多重分形特征，提供更精细的信息。奇异分形谱通过形态特征（如对称性、宽度等）揭示孔隙结构的复杂性和连通性。

4.2 研究方法与数据获取

本研究采用低压 CO2 吸附、低温 N2 吸附和高压压汞实验等多种方法对凝灰岩储层孔隙结构进行表征，这些方法分别适用于微孔（ <2nm ）、介孔（ 2～50nm ）和宏孔（ >50nm ）的分析。数据获取过程为：选取准噶尔盆地哈山地区哈11 井的6 块凝灰岩样品，进行总有机碳含量和全岩矿物组分分析，通过实验获取孔隙体积、比表面积及孔径分布等关键数据，最后结合多重分形理论进行分析，提取孔隙结构的多重分形特征参数。

4.3 多重分形参数计算与图表展示

基于实验数据，本研究计算了广义分形维数（Dq）、奇异分形谱宽度（ Δa, ）及 Hurst 指数（H）等参数，并绘制图表展示孔隙分布及复杂性的多重分形特征。结果显示，凝灰岩样品的Dq 随 q 值增大而减小，表明孔隙系统具有多重分形特征。奇异分形谱呈非对称抛物线状，揭示孔隙结构的非均质性。微孔（ .0～2nm ）的△α较小且 H 较大，表明其结构均质且连通性好；而介-宏孔（ ）则△α较大、H 较

小，反映其结构复杂和非均质。

4.4 不同区域、层段多重分形特征对比

通过对不同区域和层段凝灰岩储层孔隙多重分形特征的对比，发现其孔隙结构存在明显差异。例如，哈山地区哈11 井的样品表现出显著的多重分形特征，而其他区域的可能因沉积环境和成岩作用不同而呈现不同的特点。沉积环境可能导致孔隙形态和大小的多样性，成岩作用则通过溶蚀、胶结等改变孔隙结构。有机质丰度也影响孔隙结构，尤其是在微孔和介孔尺度上，其热演化可增加孔隙体积和比表面积[2]。这些因素导致凝灰岩储层孔隙多重分形特征的多样性，为储层评价和油气勘探提供参考。

5. 案例分析

5.1 典型井段选取

本研究选取准噶尔盆地哈山地区哈11 井的典型井段作为研究目标，主要基于该井段在二叠系风二段凝灰岩储层中具有代表性。哈11 井位于盆地核心区域，其地层完整性和沉积特征的典型性使其成为研究凝灰岩储层孔隙多重分形特征的理想对象。此外，该井段在前期勘探中已表现出一定的油气显示，为进一步分析其孔隙结构与油气产能的关系提供了重要依据。

5.2 典型井段孔隙多重分形特征剖析

通过对哈11 井典型井段的6 块凝灰岩样品进行实验分析，发现其孔隙结构呈现出显著的多重分形特征。具体而言，微孔主要发育在0.33～0.38nm 、 0.50～0.68nm 及 0.72～0.86nm 三个孔径区间内，而介-宏孔则集中分布于 2.94-16.09nm 的孔径范围内。结合 CO₂ ₂和 N₂ 吸附实验数据，计算得到广义分形维数（Dq）随 q 值增大而减小，奇异分形谱呈非对称抛物线状，这表明凝灰岩储层孔隙具有高度的非均质性与复杂的连通性。

5.3 与油气产能关系分析

典型井段的孔隙多重分形特征与其实际油气产能之间存在密切关系。研究表明，微孔区域较小的奇异谱谱宽（ Π.Δq ）和较大的 Hurst指数（H）表明孔隙结构相对均匀且连通性较好，这为油气储存提供了有利条件。相比之下，介-宏孔区域的复杂孔隙结构虽然增加了储层的总孔隙度，但也可能导致流体渗流路径的复杂化，从而对油气产能产生一定影响[3]。通过对哈11 井的实际产能数据进行对比分析，发现孔隙多重分形参数的优化组合能够有效提升油气产能，这一结果为后续油气勘探开发提供了重要的理论支持与实践指导。

6. 结论

对准噶尔盆地哈山地区二叠系风二段凝灰岩储层的研究揭示了其孔隙具显著多重分形特征。样品 TOC 平均为 0.931% ，矿物以长石、石英、黏土和白云石为主。微孔（ 0.33～0.86nm ）表现出更高的均质性与连通性；而介-宏孔（ ）则复杂性及非均质性更强。广义分形维数Dq 随 q 值增大而减小，奇异谱呈非对称抛物线形态，共同证实了孔隙系统的多重分形结构。

参考文献：

[1]朱根根；赵妍菲；胡海燕；王大兴.准噶尔盆地二叠系风二段凝灰岩储层孔隙多重分形特征[J].油气地质与采收率，2024，31（2）：17-28.

[2]柳忠泉；曾治平；胡海燕；赵乐强；朱根根；李松涛；李凌.准噶尔盆地乌尔禾组凝灰岩孔隙特征及其主控因素[J].科学技术与工程，2023，23（35）：14964-14978.

[3]贾春明；潘拓；余海涛；岳喜伟；张洁；况昊；于景维.准噶尔盆地沙湾凹陷风城组储层特征及物性控制因素分析[J].西北地质，2023，56（4）：49-61.