第1章 岩石物理相方法理论体系
　　1.1 岩石物理相概念的内涵与外延
　　20世纪 90年代以来，随着国内陆相含油气盆地油气勘探程度的不断提高，以岩性地层为主的隐蔽油气藏已经成为其增储上产、开拓油气勘探领域新局面的主要目标。勘探目标和理念的转变对碎屑岩储层的沉积、成岩和构造改造一体化研究提出了更深层次的要求，由于隐蔽油气藏中油气的分布与富集主要受有利储集相带的控制，是若干有利相耦合作用的产物，即“优相”控藏。因此在烃源岩、构造背景和输导体系等成藏地质条件基本明确的前提下，优选决定有效储集体形成和分布的有利沉积相、成岩相和裂缝相带等成为该阶段油气勘探的重点和核心。而在开发方面，多数油田相继进入开发中后期，呈现出油田高含水、高采出程度和剩余油高度分散的特征，且受储层非均质性的影响，地下仍残余相当一部分可动油，提高采收率和挖潜可动剩余油，是当前一些油田油气开发的主要任务。提高油气勘探的成功率和开发阶段的采收率，即如何成功地开发新油田和对老油田进一步挖潜以提高油气采收率，也是现今中国石油工业面临的两大主要课题。
　　近20年来，由于常规油气资源难以满足世界经济对能源持续增长的需求，加之油气勘探开发理论的不断发展和技术的不断创新，致密油气等非常规油气资源显示出巨大的潜力和前景。近十年，伴随我国经济的突飞猛进，对致密砂岩储层的勘探和研究进行得如火如荼，但致密砂岩超低孔、超低渗、低丰度及连续成藏的特点，为储层质量的评价提出了严峻的挑战。其中，致密砂岩储层通常是指孔隙度小于10%，常压下空气渗透率小于1×10–3μm2的砂岩储层，其岩性致密，喉道半径小，需要较大驱动压力，仅依靠常规技术难以开采，需要在经济可采背景下，利用必要的技术措施才可获得工业石油产能。随着全球常规油气资源产量的不断下降与能源需求的不断上升，具有巨大潜力的非常规油气资源受到越来越多的关注。中国致密油资源丰富，发展潜力大，致密砂岩油气分布的主要盆地有鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地、松辽盆地、柴达木盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、酒泉盆地。针对该类致密油气储集层，亟须阐明储集层品质主控因素并建立匹配的测井识别与评价方法。
　　1.1.1 岩石物理相的提出及发展历程
　　在油藏描述和复杂储层及致密储层评价的实践过程中，油气地质工作者们逐渐认识到储层属性的好坏往往不取决于单一的因素，而是各种地质条件，包括沉积作用、成岩作用和后期构造改造作用等因素综合作用的结果。鉴于此，熊琦华于1994年提出了储层岩石物理相概念，并将其定义为多种地质作用形成的储层成因单元，是沉积作用、成岩作用和后期构造改造作用的综合效应。岩石物理相充分考虑了储层的宏观岩性和物性特征，并高度概括了储层微观孔隙结构特征，它不仅反映岩石物理特征，还能体现一定的环境，把储层岩性、物性和孔隙结构这些宏观和微观特征紧密联系起来，使定量研究沉积、成岩和构造的综合作用对储层性能的影响成为可能，自其提出伊始，就在油气勘探开发的各个环节得到广泛应用。
　　徐建山（1990）将岩相称为岩石物理相，虽没有明确地对其加以定义，但指出未来的发展趋势将由单纯的沉积环境分析向沉积相与岩石物理相结合转化。
　　Spain（1992）以压汞曲线上进汞饱和度 35%时所对应的孔喉半径将得克萨斯州沃克县樱桃谷组斜坡扇-盆地扇砂岩相和粉砂岩相在单井剖面上划分出三种岩石物理岩类。
　　Amaefule（1993）将“孔隙几何形状相”定义为岩石物理相。
　　张一伟等（1994）认为，岩石物理相为沉积作用、成岩作用和后期构造作用的综合效应，它最终表现为现今的孔隙几何学特征—孔隙模型。
　　姚光庆等（1995）将其定义为一定规模储层岩石物理特征的综合，是流体流动单元的最基本岩石单元，是沉积作用、成岩作用及构造作用对岩石共同作用的综合反映。
　　杨华等（2003）认为，岩石物理相是具有相似的孔隙几何学特征的地层成因单元，是沉积、成岩和后期构造等作用对储层改造的综合响应。
　　熊琦华等（2009）进一步定义岩石物理相为具有一定岩石物理性质的储层成因单元，是沉积作用、成岩作用和后期构造改造作用的综合响应。
　　1.1.2 相关术语的辨析
　　前已述及，尽管上述众多专家学者对岩石物理相有不同的定义和理解，但有一点是明确的：储层岩石物理相应具有地质“相”的内涵，它既能反映储层岩石物理特征，又能体现形成于一定的环境，因而具备预测功能；相较而言，流动单元仅仅反映储层的岩石物理和流体渗流特征，但没有对其成因加以考虑，因此并不具有“相”的含义，这也是岩石物理相与流动单元的本质区别。熊琦华等（1994）研究指出，划分储层岩石物理相可以用于预测流动单元的分布，因此，岩石物理相研究应是流动单元研究的一部分甚至全部。总体而言，流动单元的边界与岩石物理相的边界并不总是一致，一个岩石物理相可包含几个流动单元，而同一类流动单元又可以是几个岩石物理相的叠加或复合。
　　岩石物理学与地震技术方法相结合，形成了一门新的学科 —地震岩石物理学，即研究岩石物理性质与地震响应之间关系的一门学科，成为把地震解释与油气藏特性参数相连接起来的桥梁，主要通过探讨不同温度压力条件下岩性、孔隙度和孔隙流体等对岩石弹性性质的影响，分析地震波传播规律，从而建立各岩性参数、物性参数与地震速度和密度等弹性参数之间的关系。由其定义可知，地震岩石物理与储层岩石物理相的区别主要在于二者的研究尺度（分辨率）和观测方式不同，地震岩石主要是通过地面地震的手段研究油田尺度的岩石物理特征，其纵向分辨率低，而储层岩石物理相主要依赖于井孔中的取心及测井资料，可在孔隙尺度上分析岩石的成分、结构、流体性质等对岩石物理特征的影响；纵向上分辨率高，通过地震岩石物理学研究有利于储层的横向预测。
　　要实现对不同规模储层的质量评价：第一，应充分利用岩心薄片等分析化验资料对岩石物理相进行地质分类，并结合测井资料，对已归类的岩石物理相进行测井响应特征的定性分析，选择与提取能够表征储层特征的敏感测井曲线组合。第二，分别利用作为地下地质信息载体的测井和地震资料来表征不同的储层岩石物理相。第三，以岩心资料检验刻度测井资料，并以测井资料刻度地震资料，最终确定油田规模、油组规模、小层规模乃至单砂体规模的储层岩石物理相，实现优质储集体的纵向和横向预测等目标。
　　上述众多专家学者从不同侧面对岩石物理相展开了深入研究，并对其有不同的定义和理解，但有一点是明确的，即岩石物理相具有地质“相”的内涵，它既能反映现今可观测到的储层宏观或微观岩石物理特征，同时又能指示形成这种岩石物理特征的地质成因机理，因而岩石物理相具备地质“相”的预测功能。相比较而言，概念上与岩石物理相有重叠的流动单元则仅仅反映储层的岩石物理和流体渗流特征，但没有对其成因加以考虑，因此并不具有“相”的含义，这也是岩石物理相与流动单元的本质区别。
　　笔者在对众多专家学者的定义深入理解基础上，认为岩石物理相应具有如下几个特征：①岩石物理相首先是一个成因单元，是沉积、成岩和后期构造等多种地质综合效应的结果，因而具备地质相的概念，有预测功能；②岩石物理相是可以根据其控制因素（沉积、成岩和构造）按照一定的准则细化的，区别和划分不同岩石物理相的基础是其岩石物理性质的差异，既包括岩石岩性、成分、结构和构造的差异等，也包含其孔隙度、渗透率和饱和度等的差异；③岩石物理相研究的目的应主要集中在储层参数计算、优质储集体和剩余油分布规律预测等方面，这需要充分利用岩心、测井资料并结合相关理论的指导，从而对岩石物理相进行剖面展开和平面成图。
　　1.2 致密油气储层
　　致密砂岩气是指储集于低孔隙度（小于10%）和低渗透率（小于0.1×10–3μm2）砂岩中的非常规油气资源，通常其含气饱和度低（小于60%），含水饱和度高（大于40%），依靠常规技术难以开采，但在一定经济和技术措施下可获得工业天然气产能。作为一种非常规油气藏，致密砂岩气以其巨大的资源潜力和可观的规模储量，已经成为 21世纪最有希望而又最现实的油气勘探目标，在现今常规天然气储量不断递减的全球能源格局中扮演着愈来愈重要的角色，致密砂岩气也因此受到世界范围内人们的广泛关注。众多专家学者对致密砂岩气藏的烃源岩、储层成因特征与致密演化史、成藏机理与过程等进行了深入研究和探讨，并根据其成藏机理、资源潜力和储层特征等将致密砂岩气藏划分出不同的类型，有时致密砂岩气藏甚至也被称为深盆气、盆地中心气、连续气和根源气等。但总体而言，这些气藏均具有大面积低丰度普遍含气、浮力作用有限、分布不受构造控制、异常地层压力和气水分布复杂的共同特征。此外，该类气藏储层还具有分布面积广、埋藏深度大、成岩作用强度高、岩性致密、物性差、孔隙结构复杂和非均质性强的基本特点。致密砂岩气藏虽大面积普遍含气，但其富集程度主要受有利相带、优质储层、裂缝发育程度及局部构造控制，呈现出局部富集的特点。寻找致密背景条件下具有工业开采价值的高孔渗砂岩体，即“甜点”是致密砂岩气勘探与开发的重中之重。
　　库车拗陷是在海西晚期晚二叠世开始发育，经历了多期次构造运动叠加的在古生代被动大陆边缘基础之上发育起来的中、新生代叠合前陆盆地。根据库车拗陷构造变形特点及形成时代，可将其自北而南分为北部单斜带、克拉苏-依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带共7个二级构造单元。大北、克深气田是继克拉2、迪那2大气田发现并建成投产后库车深层致密砂岩储层中又相继发现的两个储量超千亿立方米的大型致密砂岩气田，克深气田所处的克拉苏构造带油气成藏地质条件优越，紧邻拜城生烃凹陷，且发育优质的储盖组合，具有良好的油气勘探前景和潜力。研究区白垩系上统缺失，下统由卡普沙良群（K1kp）和巴什基奇克组（K1bs）组成，卡普沙良群自下而上又可分为亚格列木组（K1y）、舒善河组（K1s）和巴西盖组（K1b），气田主力产层即研究目的层巴什基奇克组与下伏巴西盖组整合接触，与上覆古近系则呈角度不整合接触。根据岩性巴什基奇克组自下而上可分为巴三段、巴二段和巴一段，其中巴二段和巴一段为研究区内最主要的含气储层。库车拗陷巴什基奇克组沉积期北山南盆的沉积古地理格局决定了其物源主要来自南天山造山带，拗陷北部发育的多个扇体在平面上相互连接而叠置成多个物源出口，形成大面积分布的稳定砂体，构成一套优质天然气储层。
　　库车拗陷大北克深气田为典型的深层背斜构造圈闭型致密砂岩气藏，其天然气主要分布在背斜构造高部位，气藏具高温、高压、高产、高丰度、高生烃强度、规模储层、巨厚盖层与构造圈闭发育、产量受裂缝和有效储层控制的基本特征。库车拗陷深层中下侏罗统和中上三叠统广覆式高生烃强度的煤系烃源岩全天候生烃且连续不断供气，为大型致密砂岩气藏的形成奠定了坚实的资源基础。而白垩系巴什基奇克组纵向上相互叠置、平面上连片分布的辫状河三角洲及扇三角洲水下分流河道、河口坝砂体为大型致密砂岩气田提供了良好的储集空间。形成于干旱盐湖环境的古近系库姆格勒木群和新近系吉迪克组两套膏盐层、膏泥岩，几乎覆盖了整个库车拗陷，是优质的区域性盖层。印度板块与欧亚板块碰撞的远距离效应导致在山前发育的大量成排成带的构造圈闭为天然气聚集提供了有利的场所。库车拗陷具有两期成藏特征，即早期聚油（17～24Ma）、晚期聚气（2～5Ma），沟通烃源岩与储集层且处于活动时期的断裂是深部天然气往浅部圈闭运移聚集的主要通道。
　　致密油是指未经过大规模的运移，以游离态或吸附态存在于烃源岩或与烃源岩紧邻的致密砂岩或致密碳酸盐岩等储集岩中的石油资源。致密油具有如下特点：
　　①分布范围广，横向分布连续性好，烃源岩分布广，油源条件优越；②砂岩储层致密，物性差，非均质性强，孔喉类型多样且结构复杂；③含油饱和度高，原油性质好，油藏压力系数低。其孔隙度平均值最大一般不超过 12%，渗透率平均值*大一般不超过 1.5×10–3μm2。与国外尤其是北美典型的致密油储层相比，国内的储层更致密，孔隙度和渗透率均较低，横向分布变化快，非均质性强，源储配置好，国外致密油储层孔隙度较高，致密油横向分布连续且稳定，连通性好。