车60井区齐古组（J₃q）油藏自2010年投入注水开发以来，油层压力保持在原始地层压力之上，但是油田含水上升很快。储层砂体分布较广，但砂体非均质性强，砂体之间的连通关系认识不足，对剩余油分布规律也认识不清，使得整个油藏储量动用程度较低。车606井岩心发育晶型完好、肉眼可见的黄铁矿富集层。黄铁矿的存在会影响测井响应特征，而前期研究依据测井响应特征将这些含黄铁矿的层段解释为泥岩层或隔夹层。车60井区齐古组油藏属辫状河三角洲沉积^[1]，岩性主要为砂岩、砂砾岩，泥质含量极低，储层上、下均与连片、富含有机质的泥岩直接接触。可见，由于对砂砾岩储层中黄铁矿分布规律认识不清，将导致储层连通性、剩余油分布等方面认识的错误，因此，建立黄铁矿砂岩储层的识别方法及明确砂岩储层中，黄铁矿分布与油气之间相互关系有助于指导油藏开发方案调整。

前人对黄铁矿与各种矿藏的关系进行了许多研究，并取得了大量认识，徐国风等^[2]认为其形成与金矿的分布有一定关系，姜冬冬等^[3]认为其与煤田的形成环境相关，沈明道等^[4]与徐祖新等^[5]均认为其在油气地质研究中是一类重要的还原环境标志矿物，Wilkin等^[6]认为沉积岩中的自生黄铁矿形成于深水还原环境。关于砂砾岩储层中黄铁矿与油气之间的关系尚未见报道，国内外对黄铁矿的研究主要集中在3个方面：① 成因机制。不同形状的黄铁矿形成于不同的沉积与成岩阶段^[7-8]，储层中硫化物的成因也各不相同^[9-10]，黄铁矿的形态与分布特征能够反映成岩阶段的不同^[11]。② 形态特征与沉积环境的关系。不同形态黄铁矿所处古环境的含氧条件具有差异^[12-13]，黄铁矿的矿物形态因环境而异^[14]。③ 形态特征与共生矿物的关系。可利用黄铁矿的形态特征来判断金矿或天然气等的分布^{[2, 15]}。在油气研究方面，有些学者通过研究黄铁矿来判断页岩的含油气性^[5]，或寻找富有机质页岩发育区^[16]，尚未见到对砂砾岩储层中黄铁矿与油气之间关系的研究。

大量黄铁矿的存在能使电阻率等测井曲线发生异常^[16-17]。笔者在岩心观察的基础上，对黄铁矿发育层段进行测井识别；利用三维地质建模技术，建立富黄铁矿砂体的空间分布模式；基于CIFlog测井解释平台，结合岩石等效体积模型对这些层段的储层物性提出新的解释，以期丰富对黄铁矿的认识及指导剩余油分布研究或注水开发方案的调整。

车60井区位于准噶尔盆地西北缘车排子凸起之上、红车断裂带的中部，东部为沙湾凹陷[图 1（a）]。齐古组油藏上覆清水河组（K₁q）砂岩，下接西山窑组（J₂x）砂砾岩；油藏被一条北东向的逆断层（车60井西断层）和两条北西向的正断层（车28井南断层和车28井北断层）控制，形成一个半封闭的整体向南东倾斜的断层圈闭[图 1（b）]；油藏上部的西南方向部分地层在侏罗纪末遭受剥蚀，沉积的砂体由北东向南西方向减薄，物性随之变差，形成岩性圈闭。车60井区齐古组为辫状河三角洲沉积体^[1]，齐三段（J₃q₃）为砂砾岩，齐二段（J₃q₂）上部为砂砾岩，中部主要为细砂岩、砾砂岩，下部为砾砂岩沉积，以分流河道为主[图 1（c）]，水动力较强；胶结类型主要为孔隙式，胶结程度中等—致密。

燕山期准噶尔盆地西缘主应力场方向为北北西向^[18]，齐古组油藏处于该主应力下的局部张扭性应力场之中，在此应力场中形成了车60井北断层、车60井断层和车60井南断层等多条北西向正断层，且与逆断层（车60井西断层）相连接。齐古组油藏在燕山运动中以贯穿二叠系与侏罗系的逆断层及侏罗系顶部的不整合面为运移通道^[19-20]，油源来自车排子凸起东部沙湾凹陷二叠系烃源岩^[20]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 车60井区位置及齐古组地层特征 F1.车60井南断层；F2.车60井断层；F3.车60井北断层；F4.车28井北断层；F5.车60井西断层；F6.车28井南断层 Fig. 1 Location of Che 60 well field and stratigraphic characteristics of Qigu Formation

不同沉积环境中形成的黄铁矿，结构、构造等具有显著差异。黄铁矿形态特征研究对于了解沉积物早期成岩作用及沉积环境变迁具有理论和实践意义^[14-15]。车60井区有2口取心井，分别为车606井和车604井。其中车606井在第3筒岩心（归位深度：2 393.04~2 400.83 m）第26~28块（共43块）灰色油斑细砂岩、灰色油斑含砾泥质细砂岩和油迹细砂岩中发现有大量黄铁矿。

岩心中黄铁矿呈金黄色集中分布于颜色较深、含油饱和度较高的粉砂岩中，形态属于集块状，肉眼可见，粒径大小一般为几毫米，最大的可达1 cm [图 2（a）]，在荧光薄片中黄铁矿以胶结物的形式呈微粒或斑块状分布于砂岩颗粒之间[图 2（b）]，扫描电镜下黄铁矿呈十二面体晶体聚集在一起[图 2（c）]，该取心段岩心样品在荧光薄片下均可见到黄铁矿。根据以上形态特征，认为该储层中的黄铁矿形成时储层埋深较浅，压实、胶结作用均较弱，储层孔隙较大且连通性较好，属于成岩早期阶段形成的黄铁矿^[11]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 车606井中黄铁矿形态与分布特征（Py-黄铁矿） Fig. 2 Shape and distribution characteristics of pyrite in well Che 606

黄铁矿属于典型的导电矿物，其电阻率极低。关于导电矿物对砂岩储层电阻率的影响，有学者^[16-17]认为，电阻率测井中黄铁矿颗粒的激发极化作用能导致电阻率的明显异常。图 1（c）中1~3灰色小层为黄铁矿较富集的砂体，其在电阻率曲线、声波时差曲线及密度曲线上均有响应。前期通过对世界各地储层中发现的黄铁矿测井响应的研究，认为可以通过最大电导率、最大密度、高含铁量及其较大的平均原子数等特征来识别沉积储层中的黄铁矿^[21]。

储层中黄铁矿富集层段自然电位比相邻层段变高、电阻率变低、密度曲线变大及声波时差变小[参见图 1（b）]。因此，可以将黄铁矿发育层段与非黄铁矿发育层段的测井值进行交会，以此识别出砂岩储层中的黄铁矿发育层段。经岩心归位，将车606井第1筒取心的泥岩、砂砾岩及第2筒取心的砂砾岩、第3筒取心中不含黄铁矿岩心段与含黄铁矿岩心段的电阻率值、自然电位值、自然伽马值和声波时差值进行交会，得到黄铁矿发育层段的识别图版（图 3）。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 黄铁矿发育砂体识别图版 Fig. 3 Identification charts of pyrite-rich sandbodies

目前油田开发中将车60井区齐古组从上至下划分为3段：J₃q₃，J₃q₂和J₃q₁，其中J₃q₃划分为2个小层，J₃q₂和J₃q₁各划分为3个小层。根据识别条件，可在单井上解释出黄铁矿发育层段。图 1（c）灰色层段为油田生产所用的解释，认为2 386.8~2 388.8 m井段、2 395.0~2 396.0 m井段和2 398.0~2 400.2 m井段均为泥岩层，而2 395.0~2 400.0 m井段在射孔试油后由于日产油量较少，解释为水层。黄铁矿发育层段主要集中在J₃q₂²下部2 386.8~2 388.8 m井段和J₃q₁¹上部2 395.2~2 400.2 m井段，经过泥质含量计算，这些层段泥质含量均较低；声波时差、密度测井、电阻率的异常主要是由黄铁矿富集造成的，而非由泥岩层造成的；同时，黄铁矿的存在也可能影响自然电位的正常值。

岩心观察发现，第3筒岩心的下部可见粗大的泥质砾石，砾石定向排列，形成板状交错层理；上部为细砂岩与粉砂岩，砂岩内发育波状层理、含黄铁矿自形颗粒，沿层面分布。自然电位曲线在2 390.0~2 395.0 m井段为较好的钟形[参见图 1（c）]，可以判断黄铁矿发育层段属于河口坝微相或水下分流河道微相。经过岩心相和测井相分析，可利用Petrel建模软件对研究区进行三维地质建模^[22]。收集整理了44口井的井位坐标数据、测井数据、地震解释的断层数据及储层相关参数数据，垂向上划分为3段5个小层；平均井距为270 m，为满足生产需要，三维建模网格精度为25 m × 25 m × 0.25 m。通过岩心观察和测井曲线分析，将研究区划分为2个亚相3个微相[参见图 1（c）]，在此基础上，在沉积相模型的约束下建立黄铁矿发育砂体的三维分布模型。

建模结果如图 4所示，含黄铁矿的砂岩自下而上主要分布于J₃q₁¹，J₃q₂¹，J₃q₂²，J₃q₂³和J₃q₃¹小层，并且集中分布在车60井断层和车60井南断层附近。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 黄铁矿发育砂体在齐古组储层中的分布情况 F1.车60井南断层；F2.车60井断层；F3.车60井北断层；F4.车28井北断层；F5.车60井西断层；F6.车28井南断层 Fig. 4 Distribution of pyrite-rich sandbodies in Qigu Formation

综上所述，车60井区齐古组油藏中的黄铁矿发育在河口坝微相或水下分流河道微相的砂体中，与断层的分布有关。车60井区齐古组油藏中的3条正断层均形成于燕山期，规模小，不能直接连通烃源岩。油气的运移通道是贯穿二叠系与侏罗系的逆断层^[19-20]，因此研究区内逆断层（车60井西断层）是该油藏的油气运移通道，车60井北断层、车60井断层和车60井南断层等多条北西向正断层与其相连。

关于黄铁矿的成因，可以是细菌硫酸盐还原作用（BSR）、热化学硫酸盐还原作用（TSR）、或者是有机质脱硫与Fe²⁺结合而成^[9-10]。纵观研究区地质历史，二叠系以来缺乏岩浆活动^[18]，因此黄铁矿不会是热化学硫酸盐作用下形成的。王晓洁等^[11]认为，烃类的活动可以影响黄铁矿的形成；有机质成熟后向油气转化，油气中含有丰富的有机质和有机酸，而储层中多含铁的白云石；含铁白云石溶蚀释放出Fe²⁺，油气中的有机质成为硫元素的来源，在还原环境中发生反应形成黄铁矿。

因此，车60井区齐古组油藏中的黄铁矿可用运移模式（图 5）来解释：① 二叠系富含有机质的油气沿着逆断层向上运移；② 油气进入齐古组后首先沿着车60井北断层、车60井断层和车60井南断层方向向储层扩展；③ 再由断层向储层渗透。在这过程中砂岩储层具有渗虑作用，将有机质滞留在断层附近，离断层越远，有机质含量越低，相应的在断层附近硫元素就相对富集；同时有机酸溶蚀含铁白云石，释放Fe²⁺，这就解释了黄铁矿沿断层分布的现象。其次，在储层中油气首先富集在优质储层的上部，有机质中的硫元素与Fe²⁺在这些部位发生反应形成黄铁矿，而储层下部油气聚集较少，含水较高，不会产生黄铁矿。这就是车606井2 390.0~2 395.0 m井段射孔测试有油却解释为水层（平均日产油0.3 t，平均日产水7.9 t）的原因[参见图 1（c）]。下部黄铁矿发育层段（2 395.2~2 400.2 m）可能与射孔井段之间存在物性夹层有关，导致该黄铁矿发育层段的图 5齐古组储层中黄铁矿的形成模式Fig. 5 Formation model of pyrite in Qigu Formation油气未能进入射孔井段。因此，研究区砂砾岩中黄铁矿的形成与油气运移有关，其分布受断层和物性夹层控制。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 齐古组储层中黄铁矿的形成模式 Fig. 5 Formation model of pyrite in Qigu Formation

岩心观察发现车606井黄铁矿发育层段为细砂岩与砂砾岩，其含油性为油斑；取心出筒时，局部外渗褐色轻质原油，油气味浓、油脂感弱，不染手，含油面积10%~20%，含油不均匀，斑块状分布，含油饱和度较高。

岩心分析该段颗粒密度均值为2.25 g/cm³，然而密度测井DEN均值为2.49 g/cm³，造成由密度-孔隙度公式计算的孔隙度值在黄铁矿发育段偏小。

因此，车60井区上报储量时，孔隙度计算采用的是声波时差与孔隙度的拟合关系^[23]

式中：φ为孔隙度，%；Δ t为声波时差，μs/m。

一直以来，利用岩石等效体积模型计算储层物理参数都受到人们的关注^[24]，他们根据不同地区岩石组分差异不断改进模型，取得了较大的进步。考虑到黄铁矿发育层段中黄铁矿含量是不可忽略的因素，本文采用岩石等效体积模型对这些层段的孔隙度进行重新解释。根据等效体积模型，岩石可划分为孔隙、泥质、黄铁矿和岩石骨架等4个部分，因此，根据密度测井和声波测井可以分别构建式（2）和式（3）

式中：ρ为测井密度，g/m³；ρf为地层流体密度，g/m³，取值1.01；ρ_sh为泥岩密度，g/m³，取值2.2；ρ_ma为岩石骨架密度，g/m³，取值2.65；ρ_Py为黄铁矿密度，g/m³，取值4.9；k为黄铁矿体积分数，%；V_sh为泥质体积分数，%；Δ t为声波时差测井值，μs/m；Δt_f为地层流体声波时差，μs/m，取值590.4；Δt_sh为泥岩声波时差，μs/m，取值492；Δ t_Py为黄铁矿声波时差，μs/m，取值139.8；Δ t_ma为岩石骨架声波时差，μs/m，取值180.4。

由式（2）和式（3）联立可得到式（4）

在测井曲线上，每一个深度点可以读取一对密度测井和声波时差测井值(ρ, Δ t)，通过式（4）可计算出岩石孔隙度φ和黄铁矿含量k。分别利用式（1）和式（4）对车606井2 395.2~2 400.2 m取心井段（黄铁矿发育段）的孔隙度进行计算，解释结果如图 6所示。等效体积模型解释孔隙度（PORe）与原模型解释孔隙度（POR）的对比结果，将岩心分析数据POR_core投点对比，反映出等效体积模型解释的孔隙度更加靠近岩心分析孔隙度，黄铁矿体积分数小于11%（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 等效体积模型与原解释模型处理成果对比 Fig. 6 Comparison of the porosity calculated by equivalent volume model and old interpretation model

对砂岩储层中的黄铁矿，应结合岩心观察、测井响应及生产测试等资料分析其在储层中的地质意义。受黄铁矿的影响，地层电阻率值偏低，导致含油饱和度计算偏低，然而岩心观察和试油资料都证明了黄铁矿发育层段有油气存在这一事实。虽然通过阿尔奇公式不能准确地计算出这些层段的含油饱和度，但是将这些层段解释为泥岩隔夹层是明显错误的。车606井2 390.0~2 395.0 m井段的试油结果说明该层段有油，只是未达到目前经济效益下的工业产量；岩心观察发现，油气的分布受储层非均质性影响，黄铁矿主要集中在含油饱和度高的砂体中。同一块岩心不含黄铁矿的部位也无油气显示[参见图 2（a）]，因此准噶尔盆地车60井区储层中出现的黄铁矿可以指示含油砂体的分布。经等效体积模型对孔隙度重新解释，发现这些砂体孔隙度为13%~24%，属于中—低孔储层。其中2 386.8~2 388.8 m井段和2 395.2~2 400.2 m井段具有补孔试油的潜力，这些黄铁矿发育层段就是很好的含油砂体，是未来滚动勘探、剩余油开采的潜力区。

（1）砂砾岩储层中，黄铁矿在电阻率曲线、密度曲线、声波时差曲线上均有响应；基于岩心观察，结合交会图版可识别出储层中的黄铁矿发育层段。

（2）车60井区齐古组储层中黄铁矿发育层段并非泥岩隔夹层，而是含油饱和度较高的储层；黄铁矿的形成与油气运移有关，分布受断层控制。在黄铁矿发育层段，采用等效体积模型计算的孔隙度值比原解释模型更接近岩心分析数据；其孔隙度值表明，该层段为物性较好的储层。

（3）砂砾岩储层中的黄铁矿能指示含油砂体的分布，结合车606井第3筒岩心及试油数据，表明黄铁矿富集的储层具有补孔测试的潜力。