非常规（致密）碳酸盐岩储层孔隙网络表征的数字岩石物理与特种岩心分析——以伊朗扎格罗斯褶皱冲断带阿巴丹平原古近系石油系统（Sarvak组）为例 **注**：该标题指在伊朗扎格罗斯褶皱冲断带的阿巴丹平原，以克瓦塞系统（Sarvak组）为案例，采用数字岩石物理与特种岩心分析方法，对非常规（致密）碳酸盐岩储层的孔隙网络进行表征研究

《Journal of African Earth Sciences》：Digital rock- and special core analyses for pore-network characterization in unconventional (tight) carbonate reservoirs; a case from Cretaceous petroleum system (Sarvak Formation) in the Abadan Plain, Zagros Fold-Thrust Belt, Iran

　　

摘要：紧密碳酸盐岩储层是全球能源资源中至关重要却极具挑战性的组成部分，其中孔隙网络的复杂性（而非总孔隙度）决定了储层性能。本研究调查了伊朗西南部扎格罗斯褶皱冲断带白垩纪Sarvak组的孔隙网络特征，重点关注阿巴丹平原的白垩纪含油气系统。数据集包括来自五个井的全岩和剖开岩心，共1860块薄片、255个SEM-EDS样品、230次MICP测试、25项XRD分析以及来自五个烃类油气田的218个岩心岩样的CT扫描。研究结果揭示了一系列孔隙网络，划分为六种基于CT的岩石类型（CT-RT）和四种MICP衍生的孔隙相。分析表明，储层质量主要受孔隙-喉道连通性和迂曲度控制，而非绝对孔隙度。例如，某些成岩作用增强的孔隙相具有中等孔隙度（如约21-25%），但由于良好连通的溶洞和晶间孔隙而表现出高渗透率（最高达482.5 mD），而其他孔隙度相似甚至更高的孔隙相由于孔隙孤立而显示出显著较低的渗透率（<1 mD）。Sarvak组上部一般表现出更优的储层质量（最高39%孔隙度和76 mD渗透率），由普遍的大气水溶蚀和缝合线相关白云石化驱动。相比之下，该组下部由于以埋藏成岩作用为主（包括压实和胶结），其特征是更为受限的孔隙系统。在该层段中，富泥质微晶主导的微相提供高储集空间（最高20%孔隙度），但低渗流能力（通常<0.1 mD），表明为致密碳酸盐岩储层。本研究认为，沉积微相与成岩历史的相互作用是孔隙系统非均质性的根本控制因素。集成的CT-RT/孔隙相工作流程为识别致密碳酸盐岩储层中的候选甜点区提供了物理基础的筛选框架，将孔隙网络特征与储层质量指标联系起来。这些发现对于优化阿巴丹平原及全球类似复杂碳酸盐岩储层的勘探和生产策略具有直接意义。

引言：孔隙系统表征是储层评价的基础，因为孔隙构造和连通性控制流体储集、传质和整体储层质量（Qing等，2021；Nabawy等，2024；Darvishi和Mehrabi，2025；Mollaali等，2025）。在碳酸盐岩储层中，这些性质受沉积结构和随后成岩改写的综合影响控制，两者共同在多个尺度上产生高度非均质的孔隙网络（Zhang等，2018；Mehrabi等，2019；Ranjbar-Karami等，2021；Mehrabi和Bagherpour，2022）。这种复杂性在碳酸盐岩系统中尤为突出，因为成岩覆盖可以显著改变原生孔隙结构，即使在具有相似沉积起源的地层内部也可产生显著的非均质性（Hollis等，2010；Rahimpour-Bonab和Aliakbardoust，2014；Henglai等，2025；Mehrabi等，2025a, b）。这些问题在致密碳酸盐岩储层中尤为突出，这些储层随着常规烃类资源的减少和能源需求的持续而日益受到关注（Garland等，2012；Ling等，2015；Li等，2018；Mehrabi等，2020, 2024；Talebi等，2025a）。通常以孔隙度低于10%和渗透率低于0.1 mD为特征，致密碳酸盐岩具有连通性差的孔隙系统、复杂的孔隙-喉道构造以及微裂缝的频繁影响（Xu等，2018；Kang等，2022）。因此，其储层质量受沉积环境、相非均质性、成岩作用、裂缝和矿物组成的相互作用控制（Esteban和Taberner，2003；Hollis等，2010；Radwan等，2021；Mehrabi等，2021）。结果，预测此类系统中的储集能力和流体流动行为仍是一项重大挑战（Ehrenberg和Nadeau，2005；Lucia，2007；Bahrehvar等，2021；Talebi等，2025a）。从含油气系统角度看，致密碳酸盐岩储层的演化反映了盆地地层和构造框架内源岩、储层、盖层、圈闭和时间的综合效应（Atashbari等，2018）。在伊朗西南部，该框架由扎格罗斯褶皱冲断带代表，其中邦甘斯坦群的白垩纪碳酸盐岩序列构成主要储层段，并经历了复杂的埋藏、变形和成岩历史（Abdollahie Fard等，2006）。在此背景下，孔隙系统表征不仅对于评价储层质量至关重要，而且对于在白垩纪含油气系统内识别流动单元和划定有利的甜点区也至关重要（Atashbari等，2018）。尽管具有重要性，传统分析方法往往不能充分解析致密碳酸盐岩中孔隙系统的三维复杂性（Mondal和Singh，2023；Zhang等，2025）。因此，可靠的表征需要一种多尺度和多学科的方法，整合岩相学、岩石物理和数字岩心数据（Soete等，2020；Ríos等，2025）。薄片岩相学、扫描电子显微镜（SEM）、常规岩心分析、压汞毛细管压力（MICP）和基于CT的数字化岩心分析的综合应用为重建孔隙构造并评估其对储层行为的控制提供了更坚实的基础（Nafisi和Tavakoli，2023；Chen等，2024；Papia等，2025）。阿巴丹平原位于伊朗西南部的扎格罗斯褶皱冲断带（ZFTB），是该地区最富产的烃类盆地之一，拥有世界上一些最大的烃类储量（Baniasad等，2021）（图1A）。其地下以厚碳酸盐岩序列为主，基质性质和天然裂缝对烃类储集和流动行为均起强控制作用（Ezati等，2018；Mehrabi，2023）。其中，邦甘斯坦群的白垩纪Sarvak组和Ilam组构成主要储层段，被广泛认为是具有丰富微孔隙和复杂成岩覆盖的非均质致密碳酸盐岩储层（Khodaei等，2021；Sabouhi等，2022a, b, 2023；Azadivash等，2023；Mehrabi等，2023a；Mehrabi和Bagherpour，2022；Mollaali等，2025）。鉴于其战略经济重要性，需要对它们的孔隙系统进行更系统的表征（Mehrabi等，2020；Talebi等，2025a）。先前的研究已确立伊朗的Sarvak和相关的白垩纪碳酸盐岩储层受相构造、层序地层学和成岩作用相互作用强控制。Sabouhi等（2022a, b, 2023）记录了阿巴丹平原Sarvak组的孔隙类型分布和储层分区，并表明成岩孔隙（包括溶洞、模孔、晶间孔隙和裂缝孔隙）在多个储层段中起主导作用。他们的结果还强调了层序地层学对孔隙分布的强控制作用，特别是在暴露面附近。同样，Khodaei等（2021）强调了Ilam储层的显著非均质性，并证明了相和成岩覆盖在控制ZFTB储层质量方面的重要性。其他区域研究也类似地研究了Sarvak组的微相、成岩演化和储层质量，一致认为孔隙系统演化反映了沉积结构和沉积后改造的联合影响（Mehrabi等，2023a；Mollaali等，2025）。全球碳酸盐岩储层中也得出了类似结论，其中储层质量被广泛认为是相组织、压实、胶结、溶蚀、白云石化和裂缝化相互作用的产物（Hollis等，2010；Ehrenberg和Nadeau，2005；Lucia，2007）。这些过程既可以通过产生次生孔隙增强连通性，也可以通过孔隙堵塞降低渗流能力。因此，最近的研究越来越多地提倡集成的多尺度工作流程，结合岩相学、岩石物理和数字成像，以比任何单一方法单独所能实现的更好地捕捉孔隙系统复杂性（Soete等，2020；Chen等，2024；Ríos等，2025）。尽管先前的工作大幅提高了对Sarvak组的认识，但仍存在重要缺口。特别是，来自岩相学、SEM、MICP和CT的孔隙尺度观测很少被整合在单一的解释框架内，以在阿巴丹平原的多个油气田建立孔隙相和孔隙网络构造。因此，对于这一关键白垩纪储层系统，仍然缺乏一个直接将结构、矿物学、岩石物理和数字化岩心观测与储层非均质性联系起来的综合框架。为解决这一缺口，本研究提供了阿巴丹平原白垩纪致密碳酸盐岩孔隙系统的综合多尺度表征。研究目标是：（i）分类和量化主要孔隙类型和孔隙网络构造；（ii）评估多个观测尺度上的孔隙-喉道尺寸分布和连通性；（iii）开发孔隙相模型以解释储层非均质性和烃类产能。本研究的创新之处在于其集成工作流程，将岩相学观测、常规和特殊岩心分析以及数字化岩心技术（包括SEM和CT成像）相结合，构建三维的、定量上可知的孔隙网络组织模型。研究结果为理解ZFTB的孔隙演化和储层质量提供了精细化的框架，并为其他地方非均质致密碳酸盐岩储层的表征提供了可转移的方法论。

地层小片段：地质背景：扎格罗斯褶皱冲断带（ZFTB）由阿拉伯板块和欧亚板块的汇聚作用形成，经典地自西南向东北划分为简单褶皱带、扎格罗斯高带、Sanandaj-Sirjan带和Urumieh-Dokhtar岩浆弧（Alavi，2007）。这些构造-结构域记录了从前陆褶皱带向造山带内部变质和岩浆带的渐进变形。研究区域位于阿巴丹平原的。

数据集：本研究采用集成的多尺度分析工作流程来表征白垩纪Sarvak组的孔隙网络。数据集包括全岩和剖开岩心、岩心岩样、薄片以及岩心孔隙度-渗透率测量、SEM-EDS、X射线衍射（XRD）、压汞毛细管压力（MICP）和CT分析的结果。总计684米岩心、1860块薄片、255个SEM-EDS样品、230次MICP测试、25项XRD分析以及来自218个的CT扫描图像。

微相与成岩作用：Sarvak组的微相分析、古环境重建和成岩历史已在先前研究中被广泛调查（例如，Adabi和Asadi Mehmandosti，2008；Ghabeishavi等，2009；2010；Mehrabi和Rahimpour-Bonab，2014；Mehrabi等，2014；2015a；Kiani等，2022；Assadi等，2023）。在本研究中，对这些组的微相特征和成岩改造进行了简要概述，作为。

致密碳酸盐岩中的孔隙网络复杂性：非常规储层的研究，特别是其微观孔隙构造，在致密油气资源的评估和开发中起着关键作用（Chalmers等，2012；Jiao等，2014；Ma和Holditch，2015；Ge等，2016；Rahner等，2018；Goral等，2019；Radwan等，2021）。本研究整合了详细的微相分析（从潟湖到开阔海环境识别了九种不同的沉积环境，表1），并结合先进的孔隙尺度。

结论：本研究提供了伊朗西南部阿巴丹平原白垩纪Sarvak致密碳酸盐岩储层中孔隙网络构造的综合多尺度表征。通过整合岩相学、常规岩石物理、压汞毛细管压力（MICP）和数字化岩心分析（微CT和SEM），我们超越了传统的孔隙度-渗透率相关性，对储层非均质性有了更细致的理解。主要结论如下：

CRediT作者贡献声明：Hamzeh Mehrabi：写作——审阅与编辑，写作——原稿撰写，监督，方法论，资金获取，概念化。Elham Talebi：写作——原稿撰写，可视化，软件，调查，概念化。Javad Honarmand：写作——原稿撰写，监督，资源，项目管理，数据整理。

未引用参考文献：Adabi和Mehmandosti，2008；Aliakbardoust和Rahimpour-Bonab，2013；Beydoun等，1992；Bustin等，2008；Ehrenberg，2006；Esfandyari等，2023；Fard等，2006；Fernandes da Silva de Souza等，2024；Hojat等，2023；Hongjun等，2016；Jafari等，2020；James和Wynd，1965；Kalanat等，2021；Li等，2024；Li等，2022；Loucks等，2012；Lucia，1992；Machel，2005；Mehmandosti等，2013；Mehrabi等，2025；Mehrabi等，2023；Mehrabi等，2015。

利益冲突声明：? 作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢：感谢德黑兰大学和伊朗国家石油公司（NIOC）的数据和科研设施支持。感谢期刊编辑（Prof. Damien Delvaux）和两位尊敬的匿名审稿人的详细和建设性意见。本研究基于伊朗国家科学基金会（INSF）资助的项目No. 4032183。

Elham Talebi | Hamzeh Mehrabi | Javad Honarmand

德黑兰大学理学院地球科学学院，德黑兰，伊朗