准噶尔盆地西北缘中二叠统夏子街组至下三叠统百口泉组扇三角洲砂砾岩储集体一直是新疆油田公司勘探主战场,发现了众多的地层-岩性油气藏,具有良好的油气勘探潜力,寻找规模有效的砂砾岩储层一直是制约油气勘探的瓶颈问题,砂砾岩储层孔隙结构评价及成因机理一直以来都是油气勘探中的难点问题,其形成条件复杂,非均质性强,孔隙类型及孔隙结构变化大,目前对其成因机制及主控因素认识不足；同时,我国含油气砂砾岩分布普遍 但对其成因机制、控制因素及地质预测方法的研究较少,该选题对深化我国砂砾岩储层的地质认识和评价预测有指导意义。本论文研究核心是在表征砂砾岩孔隙结构的基础上,分析孔隙结构的成因类型及机制,明确相对优质砂砾岩储层的主控因素,建立定量或半定量的砂砾岩孔隙结构演化模式,预测有利砂砾岩储层的分布。紧紧围绕上述研究任务,采用沉积与成岩、微观岩石学特征与宏观成岩动力场、地质分析与实验测试技术相结合的研究思路,通过综合研究,得出如下主要成果和认识：1、进一步明确了夏子街组、乌尔禾组和百口泉组砂砾岩的沉积相类型及分布,深化研究了砂砾岩的沉积机制。中二叠统～下三叠统物源具有继承性,包括红山嘴、黄羊泉、夏子街三大物源体系；扇三角洲相和湖泊相是本区的主要沉积相类型,并周期性地出现在沉积序列中。牵引流、重力流和过渡型水动力沉积机制形成3种岩石结构的砂砾岩,即牵引流沉积形成的贫泥砂砾岩(即净砂砾岩)、重力流沉积形成的富泥砂砾岩(即杂砂砾岩),不同的泥杂基含量对储层孔隙结构演化产生重要影响。2、查明了砂砾岩岩石学特征。研究区砂砾岩成分成熟度和结构成熟度均较低,岩石类型以岩屑砂砾岩为主，其次为长石岩屑砂砾岩,岩屑组分为凝灰岩、安山岩等易于水化或水解的火山岩岩屑；自下而上,岩石成分成熟度呈增高趋势,百口泉组的石英和长石含量较下部夏子街组和乌尔禾组明显增高,较高刚性颗粒含量可以一定程度地抑制压实作用,有利于孔隙保存。3、查明了砂砾岩储集空间类型及其发育特点。砂砾岩储集空间类型包括原生孔、溶孔和裂缝,溶孔主要为火山碎屑和长石溶孔,次为沸石溶孔,裂缝有贯穿缝和粒内缝；另有少量粘土矿物转化或脱水成因的基质收缩微孔。垂向上,埋藏较浅的百口泉组和上马尔木组原生孔所占比例较高,分别为48%和43%,随埋深逐渐增大,下乌尔禾组和夏子街组原生孔所占比例逐渐减少至25%左右;其储集性能较差,主要为低孔低渗-特低孔特低渗储层,孔隙度为6%-13%,渗透率为0.1md-30md,其相对优质储集体主要为于扇三角洲前缘水下分流河道砂砾岩。4、结合勘探实践提出了4类砂砾岩孔隙结构属性类型,即划分出较优孔隙结构、中等孔隙结构、差孔隙结构及非储层类孔隙结构等。从较优孔隙结构储层到非储层类,砂砾岩的喉道逐渐变细、渗透率逐渐变小、孔隙结构逐渐变差,前3类在现有技术条件下可获工业油流,随着储层渗透率和孔喉半径的增大,油产量呈指数提高。5、揭示了影响砂砾岩孔隙结构的控制因素,包括砂砾岩的杂基含量、碎屑组分含量、胶结物量和压实量等,其中杂基含量是其主控因素,随着泥杂基含量的增加,孔隙结构逐渐变差。1)较优孔隙结构和中等孔隙结构的砂砾岩主要为贫泥砂砾岩,火山岩碎屑组分小于90.0%,压实量小于20.0%,胶结量小于5.0%,以原生孔型和溶孔型组合为主,孔隙组合在不同地区和层位有所变化,主要岩相为扇三角洲分流水道中上部的砂砾岩。2)差孔隙结构的砂砾岩属于贫泥—含泥砂砾岩,火山岩碎屑组分大于90.0%,压实量20.0%—27.0%,胶结量5.0%—10.0%,以原生孔—溶孔—微孔组合为主,主要岩相为扇三角洲平原、少量扇三角洲前缘水道滞留砂砾岩和碎屑流沉积。3)非储层类孔隙结构的砂砾岩可分2大类,一类是富泥砂砾岩,胶结量小于3.0%,压实量大于27.0%,以粒间和晶间微孔为主,属于沉积控制型;另一类是贫泥砂砾岩,或胶结量大于10.0%,或压实量大于27.0%,以粒间或胶结物间微孔为主,属于成岩控制型。6、利用高精度成像扫描CT进行微纳米级孔喉结构表征,建立了4种三维孔喉结构数值模型：1)较优孔隙结构类型：较高孔隙体积连通比,以原生孔为主,次为溶孔—原生孔;2)中等孔隙结构类型：中等孔隙体积连通比,以溶孔为主,次为原生孔—溶孔,孔隙半径和喉道半径有所偏大；3)差孔隙结构类型：低孔隙体积连通比,以溶孔和微孔为主；4)非储层类孔隙结构类型：极低孔隙体积连通比,以溶孔和微孔为主。7、查明了砂砾岩成岩作用特征,研究区砂砾岩经历了复杂的成岩作用,除了正常的上覆载荷压实,也有构造压实；溶蚀作用除酸性水溶蚀外,还有多套碱性水和多期大气水溶蚀,碱性水溶蚀奠定了砂砾岩溶孔发育程度的基础,而大气水和酸性水溶蚀发生于局部地区；下乌尔禾组及以下地层普遍为碱性水溶蚀流体,成岩早中期有大气水侵入,成岩晚期有酸性水混入。上乌尔禾组为碱性水溶蚀流体,成岩早期有大气水侵入,成岩晚期可能有酸性水混入。百口泉组主要为偏酸性溶蚀流体,局部有碱性水溶蚀流体,成岩晚期可能有酸性水混入。8、明确了影响砂砾岩成岩作用的主控因素。砂砾岩沉积机制、热流大小、流体活动和构造变形是影响成岩作用及孔隙结构变化的主要因素,是砂砾岩孔隙结构成因分类和成因机制研究的基础和主要依据。砂砾岩孔隙结构成因类型主要包括净砂砾岩保存型、净砂砾岩改造型和杂砂砾岩同生型3类,并进一步划分为净砂砾岩热保存型、净砂砾岩构造-热保存型、净砂砾岩胶结保存型、净砂砾岩溶蚀改造型、净砂砾岩构造改造型和杂砂砾岩同生型6亚类,详细分析了各因素对孔隙结构演化的影响程度,并建立了相应的定量或半定量演化模式。1)净砂砾岩保存型孔隙结构主要受控于埋藏成岩过程中砂砾岩经受的热成熟度大小、构造侧向挤压应力和胶结作用程度,主要表现为原生孔隙的减少程度。(1)净砂砾岩热保存型：热成岩作用越强,原生孔隙保存越少,该类型主要发育于构造活动和流体溶蚀作用较弱地区或层段。演化大致可分3个阶段：①TTI约小于8时(深度约小于2000m),孔隙体积随TTI增加而快速减小,砂砾岩孔隙度的平均减小率约为1.6%/TTI,孔隙结构也相应地较快变差,渗/孔比值从约100md/%变为2.7md/%。②TTI从8至约100时(深度为2000m—3500m),孔隙体积随TTI增加而较慢减小,砂砾岩孔隙度的平均减小率约为0.1%/TTI,渗/孔比值从约2.7md/%减小至0.02 md/%。③TTI从100至约400时(深度为35004200m),孔隙体积随TTI增加而缓慢减小,砂砾岩孔隙度的平均减小率约为0.007%/TTI,渗/孔比值从0.02 md/%变为0.003 md/%,而TTI大于400时(深度为4200m),渗/孔比值小于0.003 md/%,变为非储层了。演化过程中,TTI小于8为较优孔隙结构发育阶段,TTI从8增至约80时为中等孔隙结构发育阶段,TTI从80增至约400时为较差孔隙结构发育阶段,TTI大于400时进入非储层发育阶段。(2)净砂砾岩构造—热保存型：在经受热成岩作用基础上叠加了构造成岩作用,使砂砾岩孔隙体积及孔隙结构加快变小或变差。在演化过程,孔隙体积减小速率或孔隙结构变差速率要大于净砂砾岩热保存型,尤其在成岩早期阶段。该类型同样可分为3个演化阶段：①TTI约小于5时(深度约小于1600m),孔隙体积平均减小率约为2.6%/TTI,渗/孔比值降低至0.17md/%;②TTI从5至约10时(深度为1600m—2200m),孔隙体积平均减小率约为1.1%/TTI,渗/孔比值减至0.06 md/%；③TTI大于10时(深度为大于2200 m),孔隙体积平均减小率约为0.03%/TTI,渗/孔比值为0.003md/%,而TTI大丁约200时(深度为3700m),渗/孔比值小于0.003 md/%,变为非储层了。TTI小于3为较优孔隙结构发育阶段,TTI3-8时为中等孔隙结构发育阶段,TTI从8-200时为较差孔隙结构发育阶段,TTI大于200时进入非储层发育阶段。(3)净砂砾岩胶结保存型：其影响程度取决于胶结作用程度。该类型在孔隙结构演化大致可分2个阶段,一是早期孔隙体积或孔隙结构快速减小或变差阶段,其减小或变差速率要大于净砂砾岩热保存型,并且胶结物含量越高,其减小或变差速率越高；二是晚期孔隙体积或孔隙结构缓速减小或缓速变差阶段。在弱构造区(无或弱构造挤压影响)TTI为2-3时开始进入中等孔隙结构类型,TTI为11时开始进入差孔隙结构类型,TTI为23-170时开始进入非储层：强构造挤压区(古构造应力约75MPa)TTI为1.5时开始进入中等孔隙结构类型,TTI为2时开始进入差孔隙结构类型,TTI为6时开始进入非储层阶段。2)净砂砾岩改造型孔隙结构指在经受热成岩作用的基础上,受到溶蚀作用或构造侧向挤压作用的影响,改善了砂砾岩的孔隙结构。(1)净砂砾岩溶蚀改造型：指成岩期间,溶蚀作用使砂砾岩孔隙体积孔隙体积增加,孔隙结构变好,由于溶蚀作用的差异性,平面非均质性会趋丁增强,经历的溶蚀期次也有差异,该类型主要发育于流体作用比较活跃的地区或层段；经历三期溶蚀的砂砾岩在TTI为50时开始进入中等孔隙结构类型,TTI为130时开始进入差孔隙结构类型,TTI为500时开始进入非储层孔隙结构类型：经历二期溶蚀的砂砾岩在TTI为30时开始进入中等孔隙结构类型,TTI为100时开始进入差孔隙结构类型,TTI为400时便开始进入非储层孔隙结构类型。该类型进入某一类型孔隙结构演化的TTI值要明显大于热保存型,说明溶蚀作用既有效改善了储层物性,也加大了有效储层的保存深度。(2)净砂砾岩构造改造型：指埋藏成岩作用基础上叠加了构造活动,产生裂缝,裂缝主要提高砂砾岩的渗透率,而对孔隙体积增加的影响不大,可形成低孔高渗储层,该类型主要发育于构造作用较强地区或层段。在同深度范围内,压碎缝对孔隙度的贡献量平均在1.4%-3.4%之间；发育粒内缝的样品的平均渗透率是不发育粒内缝样品的20倍,说明粒内缝发育对储层渗透性的巨大改善作用。3)杂砂砾岩同生型孔隙结构主要发育于重力流形成的杂砂砾岩中,该类型的孔隙结构从沉积作用开始即基本定型,因而在成岩早期、甚至同生期便成为非储层类孔隙结构。9、总结了砂砾岩储层的成因模式,查明了断裂带、斜坡带、凹陷带、前陆隆起带4个带的成岩作用及储层差异；并明确了形成相对优质砂砾岩储层的基本要素,指出砂砾岩储层是在沉积动力作用、热动力作用、构造动力作用和流体动力作用下综合产物,净砂砾岩是形成相对优质储层的物质基础；较详细地分析了砂砾岩储层的发育规律,并分层系预测了相对优质储层的有利分布区。