牛永斌，荊楚涵，邵威猛，程怡高，李志遠(yuǎn)

1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003

2.河南省生物遺跡與成礦過(guò)程國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南焦作 454003

0 引言

生物擾動(dòng)指生物在生命活動(dòng)過(guò)程中對(duì)生存環(huán)境周?chē)某练e物顆粒所進(jìn)行的攪動(dòng)、混合和破壞，所形成的各類(lèi)生物成因沉積構(gòu)造[1]，它是一種典型的小規(guī)模但潛在的重要地質(zhì)過(guò)程，能改造或改變巖石的性質(zhì)[2-3]，比如巖石的孔隙度、滲透率和連通性[4]。這一過(guò)程會(huì)對(duì)原生沉積巖性造成破壞和蝕變，也是生物調(diào)節(jié)沉積物物理和化學(xué)特征的結(jié)果[5-6]。生物擾動(dòng)可增強(qiáng)或減弱油氣水儲(chǔ)層質(zhì)量及其流動(dòng)特性[7]。目前，生物擾動(dòng)對(duì)儲(chǔ)集層物性存在不同程度的影響[8]，一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)生物擾動(dòng)可以使砂泥混合物中的泥質(zhì)含量降低，使其儲(chǔ)集性能變好，從而提高油氣的可采率[9]；而另外一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)，生物擾動(dòng)初始提高了儲(chǔ)集層的孔隙度和滲透率，但在后期成巖過(guò)程中由于成巖流體的充注，產(chǎn)生多期次的膠結(jié)物，使得儲(chǔ)集層的巖石物性又變差[9]，并增加了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性或沉積物的均質(zhì)化[10]，從而導(dǎo)致油氣在運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生淤塞或沉淀。

目前，生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層研究主要集中在儲(chǔ)集空間和孔隙結(jié)構(gòu)特征、儲(chǔ)集層內(nèi)流體的傳輸特征、影響生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層滲透性的主控因素和生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層類(lèi)型劃分及其屬性特征等方面。在生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間和孔隙結(jié)構(gòu)研究方面，眾多研究學(xué)者采用了多種不同的方法表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)，比如鑄體薄片、掃描電鏡（SEM）、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）、核磁共振（NMR）、壓汞法（MIP）、低壓氣體吸附法（N2、CO2）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）和能量色散X 射線光譜（EDS）[11]等，這些方法可直接定性或定量分析巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，如孔隙半徑、孔隙幾何形狀、孔隙類(lèi)型等，或者通過(guò)計(jì)算參數(shù)來(lái)定量描述巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，如孔隙半徑、孔徑分布、孔喉大小、孔體積、比表面積、分形維數(shù)等[12]。但這些方法通常會(huì)對(duì)樣品有損傷，或者由于各種人為因素和儀器的原因造成的誤差可能比較大，或者無(wú)法獲得非連通孔隙的參數(shù)[13-15]。近年來(lái)，微納米CT（micro-CT、nano-CT）等新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)被用來(lái)三維可視化表征生物擾動(dòng)儲(chǔ)集空間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[16-20]，提高了相關(guān)資源量評(píng)估的準(zhǔn)確性和推動(dòng)制定出更合理的開(kāi)發(fā)方案[21]。然而，上述相關(guān)研究以野外露頭和巖心詳細(xì)觀測(cè)為基礎(chǔ)，難免受到野外露頭分布或井下取心數(shù)量的限制；因此，利用高精度電成像測(cè)井資料進(jìn)行生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層研究將可能成為最有潛力的手段之一[22]。

在綜合分析前人關(guān)于生物擾動(dòng)儲(chǔ)層相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，分別從生物擾動(dòng)碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類(lèi)型、孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層介質(zhì)類(lèi)型、流體傳輸特征、儲(chǔ)層類(lèi)型及其屬性特征等方面綜述生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層特征，這對(duì)了解這類(lèi)非常規(guī)油氣水儲(chǔ)集層的研究進(jìn)展，指導(dǎo)這類(lèi)油氣藏的遠(yuǎn)景勘探、儲(chǔ)量計(jì)算以及選擇合理的開(kāi)發(fā)方案具有重要的借鑒意義[23]。

1 生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間特征

生物擾動(dòng)已被證明可以改變沉積物的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)屬性[24-27]。在生物擾動(dòng)碎屑巖儲(chǔ)集層中，典型的儲(chǔ)集空間主要為原生粒間孔、次生溶蝕孔和生物鑄?？椎取＠鏣onkinet al.[28]在對(duì)Jeanne d’arc盆地白堊系Ben Nevis組研究發(fā)現(xiàn)，富泥的細(xì)粒砂巖巖石礦物組成以石英為主，含少量的長(zhǎng)石、方解石、巖屑、黏土礦物和有機(jī)碎屑，發(fā)育良好的原生粒間孔隙，這些原生粒間孔隙存于分選中等—良好、次角狀—次圓狀松散堆積的顆粒之間（圖1，2），孔隙度為4.9%～27.2%。Ophiomorpha生物潛穴是整口井最顯著的遺跡化石，Ophiomorpha生物潛穴降低了原始地層的孔隙度和滲透率，然而砂質(zhì)充填的Thalassinoides生物潛穴被認(rèn)為提高了巖石物性[28]。在其他生物擾動(dòng)碎屑巖儲(chǔ)層研究實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，早期的原生孔隙因?yàn)榻?jīng)歷了廣泛的成巖溶蝕后再被方解石膠結(jié)[29-30]，差異性充填方解石膠結(jié)物顯著降低了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率[31]。但若在隨后的成巖過(guò)程中這些方解石膠結(jié)物又被溶解，則又可以使得這些粒間孔隙得以保留[28]。此外，生物擾動(dòng)還可能通過(guò)分離物理分選的顆粒來(lái)增加各向同性，或者通過(guò)分選顆粒和創(chuàng)建潛穴系統(tǒng)來(lái)減少各向同性[28]。

圖1 Ben Nevis L-55 巖心樣品1，2，3 切片和薄片詳細(xì)信息（2 475～2 388 m）（據(jù)文獻(xiàn)[28]修改）（a）樣品1的巖心切片（2 475 m），具有強(qiáng)烈的生物擾動(dòng)（＞90%）和蛇形洞穴；（b）過(guò)大的孔隙集中在Ophiomorpha 生物潛穴的邊緣；（c）大的藍(lán)色超大孔隙的特寫(xiě)；（d）粒間孔隙率藍(lán)色、被溶蝕的顆粒和顆粒狀孔洞。樣品孔隙率為20.3%；（e）樣品2巖心切片（2 460 m），具有強(qiáng)烈的生物擾動(dòng)（＞90%）和Ophiomorpha生物潛穴；（f）生物潛穴斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)；（g）富含石英的極細(xì)砂巖；（h）粒間孔隙度（藍(lán)色）和充填孔隙的黏土礦物；樣品孔隙度為27.2%；（i）樣品3巖心切片（2 388 m），具有強(qiáng)烈的生物擾動(dòng)（＞90%）、Ophiomorpha和Thalassinoides；（j）清潔的沙子，Thalassinoides 生物潛穴暈圈和泥質(zhì)的Ophiomorpha生物潛穴襯壁；（k）Thalassinoides生物潛穴邊緣特寫(xiě)；（l）粒間孔隙（藍(lán)色）、黏土次生加大和充填孔隙的黏土礦物集中在生物潛穴襯壁中；樣品孔隙度為23.4%；薄片（b～d、f～h和j～l）中注入了藍(lán)色的環(huán)氧樹(shù)脂，藍(lán)色顯示孔隙，灰白色為石英顆粒，深色為有機(jī)質(zhì)、黏土礦物或黃鐵礦；圖a、圖e和圖i中的黑色虛線矩形表示獲取薄片樣本的位置，圖b、c、f、g、j和k中的黑色虛線框表示拍攝單偏振光顯微照片的位置Fig.1 Porosity and petrographic details of samples 1,2,and 3 from bioturbated sandstone from Ben Nevis L-55 (2 475-2 388 m) (modified from reference [28])(a) core-slab sample 1 (2 475 m) with intense bioturbation (＞90%) and Ophiomorpha burrows;(b) oversized pores are concentrated at Ophiomorpha burrow margins;(c) close-up of large gray over-sized pores;(d) interparticle porosity (gray),corroded grains,and grain-shaped voids.sample porosity is 20.3%;(e) core-slab sample 2 (2 460 m) with intense bioturbation (＞90%) and Ophiomorpha burrows;(f) burrow-mottled texture;(g) quartz-rich very fine sandstone;(h) interparticle porosity (gray) and porefilling clay minerals.Sample porosity is 27.2%;(i) core-slab sample 3 (2 388 m) with intense bioturbation (＞90%),Ophiomorpha and Thalassinoides;(j) clean sand Thalassinoides burrow halo and mudstone-rich Ophiomorpha burrow lining;(k) close-up of Thalassinoides burrow margin;(l) interparticle porosity (gray),clay overgrowths,and pore-filling clay minerals concentrated in burrow lining.Sample porosity is 23.4%;Thin sections (b-d,f-h,and j-l) are impregnated with blue epoxy,gray shows pore space,off-white is quartz grains,and dark colors are organic matter,clay minerals,or pyrite;Dashed black rectangles in panels a,e,and i delineate where thin-section samples were taken,and dashed black boxes in panels b,c,f,g,j,and k delineate where plane-polarized light photomicrographs were taken

圖2 Ben Nevis L-55 巖心樣品4，5 切片和薄片詳細(xì)信息（2 357～2 356 m）（據(jù)文獻(xiàn)[28]修改）（a）樣品4巖心切片（2 357 m），具有低生物擾動(dòng)（5%～30%）、垂直定向的Ophiomorpha生物潛穴和紋層；（b）分散的紋層和模糊的生物潛穴；（c）黏土豐富的生物潛穴襯壁的特寫(xiě)；（d）顆粒間孔隙（灰色）和充填孔隙的黏土、方解石和黏土膠結(jié)物，封堵了可用的孔隙空間；樣品孔隙度為4.9%；（e）樣品5巖心切片（2 356 m），具有中等生物擾動(dòng)（30%～60%）、Ophiomorpha生物潛穴、Chondrites生物潛穴和紋層；（f）泥巖充填的Chondrites在粉細(xì)砂巖中形成生物潛穴；（g）Chondrites特寫(xiě)；（h）Chondrites生物潛穴中的粒間孔隙度（藍(lán)色）和充填孔隙的黏土礦物。樣品孔隙度為16.8%；薄片（b～d、f～h）注入了藍(lán)色的環(huán)氧樹(shù)脂，藍(lán)色為孔隙，灰白色為石英顆粒，深色為有機(jī)質(zhì)、黏土礦物和黃鐵礦。圖a和圖e中的黑色虛線矩形表示采集薄片樣品的位置，圖b、c、f和g中的黑色虛線框表示拍攝單偏振光顯微照片的位置Fig.2 Porosity and petrographic details of samples 4,5 from bioturbated sandstone from Ben Nevis L-55 (2 357-2 356 m) (modified from reference [28])(a) core-slab sample 4 (2 357 m) with low bioturbation (5%-30%),vertically oriented Ophiomorpha burrow,and laminations;(b) diffuse laminations and indistinct burrow;(c) close-up of clay-rich burrow lining;(d) interparticle porosity (blue) and pore-filling clay,calcite,and clay cements occluding available pore space.Sample porosity is 4.9%;(e) core-slab sample 5 (2 356 m) with moderate bioturbation (30%-60%),Ophiomorpha burrow,Chondrites burrows,and laminae;(f) mudstone-filled Chondrites burrows in mud-rich,diffusely laminated very fine sandstone;(g) close-up of Chondrites;(h) Interparticle porosity (gray) and pore-filling clay minerals in Chondrites burrow;Sample porosity is 16.8%

在生物擾動(dòng)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中，典型的儲(chǔ)集空間為原生粒間孔、晶間孔和溶蝕孔等。如柴達(dá)木盆地南緣石炭系碳酸鹽巖中的Chondrites潛穴多被方解石充填，而方解石質(zhì)的潛穴充填物后期又多被溶蝕，形成了有效的儲(chǔ)集空間[32]。生物潛穴充填物的孔隙類(lèi)型還有白云石晶間孔、晶間次生溶孔和晶內(nèi)次生溶孔[33-34]。白云巖填充的潛穴中存在硫酸鹽還原細(xì)菌、還原條件和海洋有機(jī)物[35-36]。溶蝕作用是生物擾動(dòng)儲(chǔ)集層形成有效儲(chǔ)集空間的重要作用[37-44]，且同生期—早成巖期溶蝕作用是儲(chǔ)集空間發(fā)育的關(guān)鍵因素；白云化作用也對(duì)儲(chǔ)集性能具有積極意義[45-47]。眾多研究表明儲(chǔ)集空間差異化的保存，取決于埋藏膠結(jié)強(qiáng)度、白云化程度與烴類(lèi)充注程度[48-49]。生物通常通過(guò)諸如沉積物壓實(shí)、沉積物分選和向沉積物中添加胞外多糖（即EPS或黏液）等活動(dòng)來(lái)改變基質(zhì)的物理和化學(xué)組成[50]。

在不同的地質(zhì)時(shí)期，伴隨著生物演化和沉積環(huán)境變化的影響生物擾動(dòng)構(gòu)造也發(fā)生變化，總體形態(tài)上呈現(xiàn)由簡(jiǎn)到繁，分布范圍由小到大。在寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期，開(kāi)始出現(xiàn)具有垂向分量的生物潛穴；到奧陶紀(jì)生物大輻射時(shí)期，海相遺跡化石的分布得到擴(kuò)展，逐漸從濱、淺海擴(kuò)展至半深海和深海；而中生代海洋革命時(shí)期，海相和陸相遺跡化石同時(shí)增多，形態(tài)類(lèi)型多樣，生物對(duì)生態(tài)空間的利用也增強(qiáng)[51]。這些遺跡化石或生物擾動(dòng)構(gòu)造的變化又會(huì)改造原始地層的儲(chǔ)集空間，進(jìn)而在不同程度上影響地層的儲(chǔ)集能力。

2 生物擾動(dòng)儲(chǔ)層介質(zhì)類(lèi)型及流體的傳輸特征

前人眾多研究表明生物擾動(dòng)可以影響儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度[10,52-53]。根據(jù)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的物性特征和流體傳輸特征。Pembertonet al.[54]和Gingraset al.[55-56]將生物擾動(dòng)儲(chǔ)層劃分兩種類(lèi)型：雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)和雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)。雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)是指潛穴滲透率與基質(zhì)滲透率之間的差異小于兩個(gè)數(shù)量級(jí)的層段[55-56]，生物擾動(dòng)可以施加較小對(duì)比的滲透場(chǎng)。雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)是指基質(zhì)滲透率與地層滲透率相差3 個(gè)數(shù)量級(jí)以上的層段[55]，生物擾動(dòng)可以形成顯著的、高度對(duì)比的滲透場(chǎng)。兩種生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)都影響含流體巖石的儲(chǔ)層質(zhì)量[56-57]，它們可以存在于同一生物擾動(dòng)層內(nèi)，也可以發(fā)育在不同的區(qū)域[35]。

在雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)中，巖石體積的大部分用于導(dǎo)流[56]。盡管通過(guò)高滲透率區(qū)域的流體通量較大，但生物潛穴與基質(zhì)之間的流動(dòng)相互作用非常廣泛（圖3）。這對(duì)儲(chǔ)層行為有三點(diǎn)重要影響：（1）更大的孔隙體積有助于產(chǎn)液或產(chǎn)氣；（2）由于毛細(xì)管效應(yīng)，在多相流動(dòng)中，不同流體相可能發(fā)生分離（油可能被分離在儲(chǔ)層的細(xì)粒部分）；（3）平流作用大于擴(kuò)散作用（資源在地層中的流動(dòng)響應(yīng)于水力梯度）。Knaustet al.[58]對(duì)Gullfaks 油田馬斯特里赫特的分析表明，孔隙度在基質(zhì)中提供了一個(gè)連通域，形成了開(kāi)放的生物潛穴和裂縫，從而提高了油氣產(chǎn)量[58]。一般來(lái)說(shuō)，在雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)中輸送的流體不可能均勻運(yùn)動(dòng)，因此生物潛穴直徑和彎曲度就顯得很重要[59]。流體優(yōu)先沿著高滲透率地層流動(dòng)，其中流動(dòng)路徑根據(jù)生物潛穴形態(tài)可以變得彎曲[56]。

圖3 雙重孔隙度生物成因儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)行為（據(jù)文獻(xiàn)[56]修改）（a）包裹在砂巖基質(zhì)中的砂質(zhì)充填的潛穴的巖心切片圖像（Ophiomorpha和模糊的類(lèi)Thalassinoides是不可見(jiàn)的）；（b）帶有生物擾動(dòng)的沉積巖示意圖顯示為深灰色；（c）在雙重孔隙流動(dòng)介質(zhì)中，流體通過(guò)基質(zhì)和生物潛穴充填物進(jìn)行平流；在生物潛穴滲透率較高的地方，存在更大的流體流動(dòng)通量Fig.3 Fluid-flow behavior in dual-porosity biogenic reservoir (modified from reference [56])(a) slabbed core image of sand-filled burrows encased in a sandstone matrix (Ophiomorpha and vague Thalassinoides are discernible);(b) schematic sedimentary rock with bioturbation shown as darker gray;(c) within dual-porosity flow media,fluid is advected through both the matrix and the trace-fossil fill;Where the trace-fossil permeability is higher,a greater flux exists in the burrows

雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)指的是基質(zhì)和裂縫相互連通的儲(chǔ)層，因此兩者都對(duì)流體流動(dòng)有重要貢獻(xiàn)[60]。在雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)中（圖4），基質(zhì)相對(duì)于生物潛穴具有較差的流體流動(dòng)特性（盡管生物潛穴可能提供良好的氣藏）[56]。雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層和含水層的影響包括：（1）只有巖石的高滲透部分有助于流動(dòng)；（2）基質(zhì)主要通過(guò)擴(kuò)散與流動(dòng)管道相互作用；（3）高度對(duì)比的滲透場(chǎng)可能導(dǎo)致油藏“水竄”或降低二次采油技術(shù)（如水驅(qū)）的有效性[56,61]。另一方面，雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)的存在可能不影響產(chǎn)氣。這是因?yàn)闅怏w比液體更容易通過(guò)彎曲的網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)，并且氣體可以?xún)?chǔ)存在基質(zhì)中并通過(guò)滲透條紋輸送。雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)是生物潛穴通過(guò)粗顆粒被動(dòng)充填、粗粒物質(zhì)主動(dòng)回填或碳酸鹽地層中與潛穴有關(guān)的成巖作用形成[56]。

圖4 雙滲透生物成因儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)行為（據(jù)文獻(xiàn)[56]修改）（a）巖心切片圖像顯示石灰?guī)r基質(zhì)中的生物潛穴相關(guān)的白云石；（b）生物擾動(dòng)沉積介質(zhì)示意圖顯示為深灰色；（c）在雙重滲透儲(chǔ)層介質(zhì)中，流體通過(guò)生物潛穴和基質(zhì)進(jìn)行平流；滲透率較低的基質(zhì)僅通過(guò)擴(kuò)散來(lái)促進(jìn)流動(dòng)Fig.4 Fluid-flow behavior in dual-permeability biogenic reservoir (modified from reference [56])(a) slabbed core image showing trace-fossil-associated dolomite in a limestone matrix;(b) schematic sedimentary medium with bioturbation shown as darker gray;(c) within dual-permeability flow media,fluid is advected through both the trace fossils and the matrix (dominantly by advection);The lower permeability matrix contributes to flow only via diffusion

關(guān)于生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的傳輸特征研究，目前主要有物理（實(shí)驗(yàn)）模擬和數(shù)值（實(shí)驗(yàn)）模擬兩種研究思路。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的優(yōu)點(diǎn)是巖樣直接源于真實(shí)地層，給人感官上更可信；它的缺點(diǎn)是花費(fèi)成本比較高，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，巖心分析技術(shù)會(huì)受到一定的限制（主要是因?yàn)楸┞侗砻妾M窄），并且涉及巖心時(shí)技術(shù)性質(zhì)的表征比較復(fù)雜[62]，由于各種人為因素和儀器的原因造成的誤差可能比較大。而數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)M的優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)低廉，人為和儀器原因造成的誤差?。蝗秉c(diǎn)是由于數(shù)據(jù)不是直接來(lái)源于真實(shí)地層，給人的感官?zèng)]那么可靠[18]。

在物理模擬方面，加拿大學(xué)者Gingraset al.[57]做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用便攜式探針滲透率儀（CoreLabs PP-250型），以氮?dú)庾鳛榭紫读黧w對(duì)流體傳輸特征進(jìn)行測(cè)量。使用分散儀來(lái)測(cè)定體積滲透率和分散特性（圖5）。在樣品中建立N2氣體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，并在出口端測(cè)量氣體體積。有效滲透率采用達(dá)西定律計(jì)算，該定律針對(duì)可壓縮氣體輸運(yùn)進(jìn)行了修正。將一定濃度的O2作為示蹤氣體引入穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)，然后，使用手持式探測(cè)計(jì)隨時(shí)測(cè)量出口處O2濃度（該儀器分辨率為千萬(wàn)分之一，精度為±1.5%）。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)比較樣本之間的相對(duì)分散程度[57,63]。

圖5 分散儀的工藝及儀表示意圖，入口和出口氣流由壓力調(diào)節(jié)器控制，示蹤氣體O2 在裝置氣體出口處測(cè)量（據(jù)文獻(xiàn)[57]修改）Fig.5 Process and instrumentation schematic of the dispersometer.Inlet and outlet gas streams are controlled with pressure regulators.The tracer gas,O2,is measured at the outflow of the device (modified from reference [57])

分散儀測(cè)量結(jié)果顯示為示蹤劑濃度（y 軸）和充注氣體的突破曲線（圖6）。突破曲線顯示了示蹤氣體（O2）濃度在出口處的增加速率。突破的發(fā)生是因?yàn)镺2取代了最初用于充注孔隙的N2。突破曲線的形狀與示蹤劑波及的效率有關(guān)，也與巖石中滲透系統(tǒng)的性質(zhì)有關(guān)。

圖6 分散儀流動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：示蹤氣體相對(duì)濃度（C/C0）與交換的總孔隙體積（V*）附圖顯示了更大的孔隙體積交換范圍，以更好地說(shuō)明裂縫性和含生物潛穴碳酸鹽巖所表現(xiàn)出的領(lǐng)先性（據(jù)文獻(xiàn)[57]修改）Fig.6 Results from the dispersometer flow experiments: relative tracer-gas concentration (C/C0) vs.gross pore volumes exchanged (V*).The inset shows a broader range for pore volumes exchanged to better illustrate the leading exhibited by the fractured and the burrowed carbonate rocks (modified from reference [57])

該物理實(shí)驗(yàn)表明：生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的流動(dòng)路徑是彎曲的，流體在生物潛穴和圍巖基質(zhì)之間的交互作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于裂縫型碳酸鹽巖和砂巖儲(chǔ)層。識(shí)別這種流體路徑尤為重要，因?yàn)檫@類(lèi)儲(chǔ)層的油氣生產(chǎn)受儲(chǔ)層介質(zhì)的非均質(zhì)性影響很大，特別是對(duì)油氣二次回采方案的選取具有重要影響[56,64]，這個(gè)模擬結(jié)果對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)具有重要意義，可以很好地說(shuō)明目前生物潛穴儲(chǔ)層采收率低的主要原因[65]。

除了物理模擬，目前還常用數(shù)值模擬研究生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的傳輸特征。數(shù)值模擬是對(duì)生物擾動(dòng)地層的生物潛穴豐度、孔隙度和滲透率進(jìn)行模擬[66]，數(shù)值模擬可以分為宏觀模擬傳輸特征和微觀數(shù)值模擬流體的傳輸特征。在宏觀數(shù)值模擬的流體傳輸特征實(shí)驗(yàn)方面，Eltomet al.[67]利用Petrel 軟件模擬Thalassinoides潛穴網(wǎng)絡(luò)（ThalassinoidesBurrowNetworks，TBN）的流體傳輸特征，依據(jù)的是英國(guó)英格蘭地區(qū)Birdsall 露頭上侏羅統(tǒng)的砂屑灰?guī)r中的TBN。Eltom 的數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)M了三種情況：（1）關(guān)掉TBN的孔隙度（設(shè)置TBN的孔隙度設(shè)為0%），確保氣流只能從潛穴的宿主圍巖基質(zhì)中產(chǎn)出；（2）關(guān)掉TBN宿主圍巖基質(zhì)的孔隙度（將潛穴基質(zhì)的孔隙度設(shè)為0%），確保氣體只能從TBN中產(chǎn)出；（3）將TBN和宿主圍巖基質(zhì)的孔隙度設(shè)置為一定的值，確保氣體從TBN 和潛穴基質(zhì)中產(chǎn)出。

三種模擬情況下不同TBN 強(qiáng)度（生物潛穴所占比例）累計(jì)產(chǎn)氣的情況（圖7），從a，b 兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)條件2 和條件3，隨著TBN 強(qiáng)度（生物潛穴所占比例）的增加產(chǎn)氣量都有較大的變化，確保氣流只能從生物潛穴的宿主圍巖基質(zhì)中產(chǎn)出的模擬情況下，累計(jì)產(chǎn)氣量變化不大。并且在氣體僅從TBN 內(nèi)產(chǎn)出下，TBN 的強(qiáng)度達(dá)到30%的時(shí)候才出現(xiàn)具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的產(chǎn)氣量（＞10 SM3），而在氣體從TBN和基質(zhì)中都產(chǎn)出情況下，TBN 的生物擾動(dòng)強(qiáng)度到10%的時(shí)候，就可以達(dá)到具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的產(chǎn)氣量（＞10 SM3）[67]。

圖7 三種模擬條件下的累積產(chǎn)氣量（GPC）結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)[67]修改）實(shí)驗(yàn)條件1：僅從潛穴基質(zhì)（BM）生產(chǎn)；實(shí)驗(yàn)條件2：僅從TBN 生產(chǎn)；實(shí)驗(yàn)條件3：BM和TBN同時(shí)生產(chǎn)；（a）條形圖，顯示三種模擬條件下GPC之間的變異性；（b）三種實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件的產(chǎn)氣量百分比繪制的GPCFig.7 Cumulative gas production (GPC) results for the three simulation conditions (modified from reference [67])condition 1: production from burrow matrix (BM) alone;condition 2: production from TBN (Thalassinoides Burrow Networks) alone;condition 3: production from both BM and TBN;(a) bar chart showing variability among GPC of the three simulation conditions;(b) GPC plotted based on TBN percentages for each simulation condition

三維TBN 模型表明：潛穴的連通性取決于生物潛穴占比[68]，一個(gè)完善的、連通的生物潛穴網(wǎng)絡(luò)可以在只有12%的生物潛穴占比下建立起來(lái)。TBN的流體流速主要由TBN連通性和基質(zhì)滲透率控制。宿主圍巖基質(zhì)與TBN之間的相互作用似乎連接了更多孤立的TBN 體積，可能有助于氣體從圍巖基質(zhì)擴(kuò)散到TBN[67]。這些連通性模式?jīng)Q定了生物潛穴相關(guān)儲(chǔ)層的滲透率是各向同性還是各向異性[68]。數(shù)值模擬為研究生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的傳輸特征提供富有成效的方法[69-71]。

在微觀數(shù)值模擬的流體傳輸特征實(shí)驗(yàn)方面，牛永斌等[19]選取塔河油田奧陶系生物擾動(dòng)儲(chǔ)層樣品，使用X 射線對(duì)巖石進(jìn)行掃描成像[19,67,72]，利用數(shù)字巖心軟件三維重構(gòu)出生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)模型，再進(jìn)行生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的微觀滲流數(shù)值模擬（圖8，9）。微觀滲流數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，隨著樣品尺寸的增大，樣品孔隙度降低，滲透率也隨之降低，這是因?yàn)閹r心樣品尺寸越大，潛穴的圍巖基質(zhì)就越多，這些圍巖基質(zhì)沒(méi)有滲透性。樣品尺寸越大，其孔隙度與滲透率越低，因?yàn)槭艿搅藝鷰r基質(zhì)的影響。通過(guò)對(duì)滲流模擬得到的迂曲度與絕對(duì)滲透率的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析能看出，滲透率與樣品尺寸為負(fù)相關(guān)關(guān)系，迂曲度與樣品尺寸呈正相關(guān)關(guān)系，從迂曲度和滲透率兩者相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，樣品模型的迂曲度和滲透率是具有一定的相關(guān)性的?？紫队厍群蜐B透率呈反比關(guān)系且相關(guān)性較強(qiáng)（圖10）。

圖8 塔河油田奧陶系典型巖心樣品孔隙結(jié)構(gòu)定量表征工作流程Fig.8 Workflow for the quantitative characterization of the pore structure of typical Ordovician core samples from Tahe oilfield

圖9 塔河油田奧陶系典型巖心樣品孔隙空間網(wǎng)絡(luò)模型的提?。╝）樣品1孔隙分割模型；（b）樣品1球棍模型；（c）樣品2孔隙分割模型；（d）樣品2球棍模型Fig.9 Pore space network model of typical Ordovician core samples in Tahe oilfield(a) sample 1 pore segmentation model;(b) sample 1 ball-and-stick model;(c) sample 2 pore segmentation model;(d) sample 2 ball-and-stick model

圖10 塔河油田奧陶系典型巖心樣品迂曲度與絕對(duì)滲透率的數(shù)據(jù)（a）樣品邊長(zhǎng)體素與絕對(duì)滲透率交會(huì)圖；（b）樣品邊長(zhǎng)體素與迂曲度交會(huì)圖；（c）樣品邊長(zhǎng)體素與絕對(duì)滲透率、迂曲度交會(huì)圖；（d）迂曲度與絕對(duì)滲透率交會(huì)圖Fig.10 Tortuosity and absolute permeability of typical Ordovician core samples in Tahe oilfield(a) cross plot of sample length voxels and absolute permeability;(b) cross plot of sample length voxels and tortuosity;(c) cross plot of sample side length voxels with absolute permeability and tortuosity;(d) cross plot of tortuosity and absolute permeability

生物擾動(dòng)的影響也在核磁共振巖心柱塞尺度上被識(shí)別出來(lái)。以大孔喉類(lèi)為主導(dǎo)的兩種不同孔喉類(lèi)的雙峰特征行為表明：生物潛穴提升了儲(chǔ)層的孔喉連通性[12]。前人研究表明許多因素直接影響生物擾動(dòng)油藏的體積流量參數(shù)。這些特征包括生物潛穴和基質(zhì)之間的滲透性比值、生物擾動(dòng)強(qiáng)度、潛穴連通性、潛穴表面積和潛穴結(jié)構(gòu)，將整體滲透率估計(jì)與生物擾動(dòng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)時(shí)，應(yīng)考慮生物潛穴連通性[73]。要進(jìn)行全面綜合的研究（包括沉積學(xué)、開(kāi)發(fā)技術(shù)、巖石物理分析和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模）來(lái)了解儲(chǔ)層質(zhì)量[61]。

在計(jì)算地層滲透率中，有三個(gè)計(jì)算公式可以使用。它們分別適用于三種生物擾動(dòng)儲(chǔ)層介質(zhì)[74]（圖11）。在潛穴低連通性的情況下，整體滲透率可以使用調(diào)和平均值來(lái)表征。然而，隨著潛穴網(wǎng)絡(luò)連通性越來(lái)越好，需要應(yīng)用一種改進(jìn)的算術(shù)平均值。在潛穴網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡性情況下，流體可滲透的生物潛穴結(jié)構(gòu)只是零星連接，則廣泛采用幾何平均值，加權(quán)體積（di/d）以潛穴所占體積表示，與生物潛穴占比成正比[74]。

圖11 滲透率算術(shù)平均值、調(diào)和平均值、幾何平均值的模型示意圖（據(jù)文獻(xiàn)[74]修改）Fig.11 Schematic showing how the averaging of permeability data (arithmetic,harmonic,geometric)from different layers can be applied to achieve an equivalent representative volume (modified from reference [74])

（1）在平行于地層總滲透率，高潛穴連通性的條件下[75-76]，確定沿連續(xù)平行滲透率域的平均體滲透率（K）由算術(shù)平均值（式（1））表示[56,77-78]：

式中：Ki為巖性滲透率，d為地層厚度，di/d為加權(quán)體積（即各巖性所占體積的比例）。

（2）在低潛穴連通性的條件下，垂直地層的總滲透率（K），由調(diào)和平均值（式（2））表示[75,79]：

（3）用于過(guò)渡性情況，即可滲透的潛穴結(jié)構(gòu)僅局部相連的非層狀地層的總滲透率（K），由體積加權(quán)幾何平均值（式（3））表示[75,80]：

3 生物擾動(dòng)儲(chǔ)層類(lèi)型及其屬性特征

對(duì)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層進(jìn)行分類(lèi)及其屬性研究，對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層表征具有重要意義。Gingraset al.[55]根據(jù)沉積學(xué)、遺跡學(xué)、成巖作用和地層背景將生物擾動(dòng)儲(chǔ)層介質(zhì)分為五大類(lèi)：（1）界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（SCD）；（2）非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（NCD）；（3）邊界弱清晰的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（WDH）；（4）隱蔽性生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（CBH）；（5）成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（DTH）[54-56]（圖12）。

圖12 五類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層特征及其分布，它們受強(qiáng)烈沉積環(huán)境的影響（據(jù)文獻(xiàn)[74]修改）界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層不均勻沿堅(jiān)硬底和硬底暴露面是常見(jiàn)的，圖片來(lái)自美國(guó)華盛頓州Willapa灣的露頭，代表了一個(gè)Glossifungities遺跡相例子；非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在淺海和潟湖環(huán)境中很常見(jiàn)，圖片來(lái)自挪威海上白堊統(tǒng)Lysing組的巖心，顯示粉砂巖基質(zhì)中充滿(mǎn)砂巖的Thalassinoides和Planolites。邊界不清晰的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在濱海下部和富砂的淺海沉積中很常見(jiàn)，圖片來(lái)自挪威北海上侏羅統(tǒng)Ula組的巖心，顯示了一組重復(fù)排列的垂Ophiomorpha nodosa橫切面，包含Ophiomorpha irregulaire和Palaeophycus的斑狀組構(gòu)；隱蔽性的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在河道（河口灣和分支河道）和近岸岸線沉積（前濱、臨濱上部、三角洲前緣）中很常見(jiàn)，圖片來(lái)自加拿大艾伯塔省下白堊統(tǒng)Clearwater組的巖心，照片顯示了一塊隱蔽性生物擾動(dòng)的斑狀砂巖；成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層，從潟湖環(huán)境到近海環(huán)境均可發(fā)現(xiàn)，反映了同沉積到沉積后過(guò)程，圖片來(lái)自加拿大薩斯喀徹溫省一座政府大樓上露出的晚奧陶世Tyndall巖（紅河組Selkirk段）照片，顯示了白云化的生物洞穴Fig.12 Characteristics and distribution of five types of bioturbated reservoirs, is highly influencedby the depositional environment (modified from reference [74])Surface?constrained bioturbated reservoirs are common along firmground and hardground exposure surfaces; Outcrop photo from Willapa Bay, Washington, USA repre?sents an example of aGlossifungities ichnofacies. Nonsurface?constrained bioturbated reservoirs are common in offshore and lagoonal settings; Core photo example from the Upper Cretaceous Lysing Formation, Norwegian Sea, showing sandstone?filled Thalassinoides and Planolites in a siltstone matrix. Weakly defined bioturbated reser?voirs are common in lower shoreface and sand?rich proximal offshore deposits; Core photo example from the Upper Jurassic Ula Formation, Norwegian North Sea, showing an assemblage of heavily lined vertical Ophiomorpha nodosa cross?cutting a burrow mottled fabric containing Ophiomorpha irregulaire and Palaeophycus;Cryptic biotur?bated reservoirs are common within channels (estuarine and distrib-utary) and paralic shoreline deposits (foreshore, upper shoreface, delta front); Core photo example from the Lower Cretaceous Clearwater Formation, Alberta, Canada showing a cryptic mottled sandstone; Diagenetic bioturbated reservoirs can be found from lagoonal to offshore settings and are a reflection of syn?to post?depositional processes; Photo example of an outcropping Late Ordovician Tyndall Stone (Selkirk member of the Red River Formation) from a government building in Saskatchewan, Canada showing dolomitized burrows

3.1 界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（SCD）

界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在固底和硬底暴露表面上很常見(jiàn)。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的最常見(jiàn)特征包括無(wú)襯里的潛穴，從單一表面下降到堅(jiān)固的沉積物（壓實(shí)基質(zhì)），生物潛穴包含與圍巖基質(zhì)巖性不同的物質(zhì)[81-82]，并且通常不會(huì)在整個(gè)界面上普遍存在[83-84]。由于充填砂的生物潛穴位于泥巖基質(zhì)中（或充填白云石的生物潛穴位于灰?guī)r基質(zhì)中），界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層介質(zhì)通常為雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)[56,74]。

界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在碎屑巖中常見(jiàn)，碳酸鹽巖極少。這類(lèi)儲(chǔ)層受控于沉積不連續(xù)面（海侵面/潮到侵蝕面），一般生物潛穴發(fā)育在低滲透基質(zhì)中后被粗粒沉積物充填，比如泥巖中的生物潛穴被砂質(zhì)充填；生物潛穴類(lèi)型一般與Glossifugites遺跡相關(guān)系密切，常見(jiàn)Skolithos，Diplocraterion等生物潛穴，常與Thalassinoides和Zoophycos交切。此外，深海濁積扇短期置居窗內(nèi)廣泛發(fā)育的生物潛穴也屬于這一類(lèi)。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層一般為雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)；儲(chǔ)層滲透率大小受控于潛穴滲透率與圍巖基質(zhì)滲透率的比值、潛穴連通性和潛穴密度。一般生物潛穴直徑為0～10 cm，長(zhǎng)度為0～70 cm，極端情況下可達(dá)3 m，平面延伸100 m 至數(shù)千米。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的沉積環(huán)境有泥質(zhì)潮坪、泥質(zhì)濱岸和淺海陸棚等[56,74]。

Gingraset al.[56]對(duì)美國(guó)華盛頓州Willapa灣更新統(tǒng)的巖石進(jìn)行測(cè)試，確定了三個(gè)變量控制Glossifungites遺跡相界面的流動(dòng)特征：（1）潛穴滲透性（Kb）和基質(zhì)滲透性（Km）之間的對(duì)比程度；（2）潛穴互滲量；（3）潛穴密度。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明，主要影響因素是滲透率對(duì)比（Kb/Km）和生物潛穴連通性[76,85]。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的典型案例還有：沙特阿拉伯Ghawar 油氣田侏羅系Hanifa 組和加拿大英屬哥倫比亞省三疊系Baldonnel組[56,74]。

3.2 非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（NCD）

非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層在碎屑巖常見(jiàn)，碳酸鹽巖也有。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層不受沉積界面控制，生物潛穴在低滲透沉積基質(zhì)中形成后被粗粒沉積物充填（如泥巖基質(zhì)中的生物潛穴被砂質(zhì)沉積物充填），一般受風(fēng)暴、濁流沉積影響；常與Cruziana遺跡相和Zoophycos遺跡相關(guān)系密切，有時(shí)在Nereites遺跡相中也可見(jiàn)到。常見(jiàn)的生物潛穴類(lèi)型有Thalassinoides，Planolites，Chondrites，Palaeophycus和Zoophycos等。這類(lèi)儲(chǔ)層一般呈現(xiàn)為雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)；儲(chǔ)層滲透率受控于生物潛穴與圍巖基質(zhì)的比值、潛穴連通性和潛穴密度。生物擾動(dòng)程度可非常高，一般潛穴直徑為0～5 cm，長(zhǎng)度不等，厚10～100 m；平面延伸1～10 km。這類(lèi)儲(chǔ)層的形成沉積環(huán)境有淺海與淺海過(guò)渡帶、潟湖、海灣、碳酸鹽巖臺(tái)地等[56,74]。

非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的離散非均質(zhì)性由被包裹在細(xì)?；|(zhì)中的生物潛穴組成，但并不局限于單個(gè)地層界面。這些生物潛穴結(jié)構(gòu)在橫向和縱向上是連續(xù)的，在近海、潟湖和海灣沉積環(huán)境中都很常見(jiàn)。由于生物潛穴與基質(zhì)的巖性差異較大，通常存在雙孔隙度與雙滲透率混合生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)。在近海和潟湖環(huán)境中，生物擾動(dòng)強(qiáng)度可能相當(dāng)高，潛穴占沉積物體積的30%～90%。垂直和水平潛穴的混合結(jié)構(gòu)在Cruziana和Zoophycos遺跡相中典型發(fā)育。因此，盡管生物潛穴和基質(zhì)之間的巖性差異很大，這類(lèi)儲(chǔ)層介質(zhì)卻可以變得非常各向同性[76]。高滲透區(qū)域受到生物擾動(dòng)的位置和性質(zhì)的影響，生物擾動(dòng)改變了原始沉積物。

印度尼西亞?wèn)|Java 海域Sirasun-Sirasum 氣田新近系Paciran組發(fā)育這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層[86]。Paciran組分為下部砂巖段和上部有孔蟲(chóng)石灰?guī)r段。Nobleet al.[87]的研究表明，Paciran 灰?guī)r段是一個(gè)深海中上層碳酸鹽巖礦床，由伊利石—蒙脫石黏土基質(zhì)和球狀有孔蟲(chóng)試驗(yàn)組成。研究還發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r段的垂直滲透性高于水平滲透性，證實(shí)了Zoophycos生物潛穴網(wǎng)絡(luò)具有更高的滲透性[54]。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的典型案例還有：挪威海域白堊系Lysing 組、東爪哇海新近系的Paciran 組和中國(guó)南海瓊東南盆地的三亞組儲(chǔ)層等[22,56,74]。

3.3 邊界弱清晰的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（WDH）

邊界弱清晰的生物擾動(dòng)型儲(chǔ)層在碎屑巖中常見(jiàn)，碳酸鹽巖中少有。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層是砂質(zhì)基質(zhì)發(fā)育生物潛穴后被粗粒沉積物充填（如砂巖基質(zhì)中的生物潛穴被更粗砂質(zhì)充填，生物潛穴充填物質(zhì)分選性一般比基質(zhì)要好）；常見(jiàn)生物潛穴類(lèi)型有Planolites，Thalassinoides，Ophiomorpha，Skolithos，Phycosiphon和一些Macaronichnus等。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層一般呈現(xiàn)雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)；儲(chǔ)層滲透率與基質(zhì)粒度、潛穴連通性和潛穴密度有關(guān)，生物擾動(dòng)程度可非常高。一般潛穴直徑為0～10 cm，長(zhǎng)度不等，厚度達(dá)10 m；平面延伸100 m 至數(shù)千米。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的沉積環(huán)境有前濱下部、臨濱上部、三角洲和砂質(zhì)海灣[56,74]，生物潛穴充填物的分選性和堆積方式一般比圍巖基質(zhì)的要好。然而，由于巖性的相似性，潛穴和基質(zhì)之間的滲透率差異通常小于兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此屬于典型的雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)[74]。

加拿大薩斯喀徹溫省西南部的白堊系Hatton 氣田的Alderson 段，主要由泥質(zhì)單元內(nèi)連續(xù)的、橫向廣泛的薄層細(xì)粒砂巖組成，沉積環(huán)境為三角洲[88]。該儲(chǔ)層單元發(fā)育許多砂質(zhì)充填的生物潛穴。Lemiskiet al.[88]使用點(diǎn)滲透率分析儀對(duì)該儲(chǔ)層進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果表明該段生物擾動(dòng)儲(chǔ)層為典型的雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)，生物擾動(dòng)對(duì)Alderson段天然氣總體儲(chǔ)量和產(chǎn)量的貢獻(xiàn)巨大。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的典型案例還有：美國(guó)阿拉斯加州三疊系的Sag River組、挪威西部外海侏羅系的Ula組、加拿大紐芬蘭島白堊系的Ben Nevis 組、Albert 省白堊系的Niobrara 組Medicine Hat 段、中國(guó)塔里木盆地泥盆系的東河塘砂巖段、中國(guó)南海珠江口盆地的珠江組等[20,56,74]。

3.4 隱蔽性的生物擾動(dòng)型儲(chǔ)層（CBH）

隱蔽性的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層主要發(fā)育在碎屑巖中（砂巖中最常見(jiàn)）。一般為較小動(dòng)物群擾動(dòng)沉積層（殘余和全部）；最常見(jiàn)的生物就是Macaronichnus生物潛穴的造跡生物[7,89-90]；因此，最常見(jiàn)的生物潛穴為Macaronichnus等。這類(lèi)儲(chǔ)層一般為雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)；儲(chǔ)層滲透率與圍巖基質(zhì)、潛穴充填物粒度相關(guān)，生物擾動(dòng)程度極高。儲(chǔ)層厚10～100 m；平面延伸100 m 至數(shù)千米。這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的形成沉積環(huán)境有障壁島、三角洲內(nèi)分流河道和臨濱上部砂體等[56,74]。

隱蔽性生物擾動(dòng)產(chǎn)生的巖石組構(gòu)可能對(duì)儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度產(chǎn)生重大影響[74,91-93]。在一些生物擾動(dòng)儲(chǔ)層系統(tǒng)中，既存在隱蔽性的生物擾動(dòng)砂巖，也存在未被生物擾動(dòng)的砂巖，微型滲透率分析儀測(cè)試結(jié)果研究表明：未被生物擾動(dòng)砂巖中保留了較強(qiáng)非均質(zhì)性，導(dǎo)致了更廣泛的滲透率值區(qū)間。相比之下，隱蔽性的生物擾動(dòng)砂巖段非均質(zhì)性就不那么明顯。隱蔽性生物擾動(dòng)作用可能不會(huì)導(dǎo)致滲透率增強(qiáng)，但會(huì)降低儲(chǔ)層內(nèi)部的非均質(zhì)性，導(dǎo)致滲透率值分布更加均勻[74,93]。

Gordonet al.[92]在研究加拿大Albert 省下白堊統(tǒng)Bluesky 組儲(chǔ)層時(shí)發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)層受到了Macaronichnusseggregatus的強(qiáng)烈生物擾動(dòng)。薄片和掃描電子顯微鏡（SEM）分析顯示，Macaronichnus seatus的造跡生物建造潛穴時(shí)避開(kāi)了富含鐵的巖石碎屑，在這個(gè)過(guò)程中導(dǎo)致了砂質(zhì)沉積物的重新排序，生物潛穴充填物中含有較高的硅質(zhì)成分（主要為石英），并且這些硅質(zhì)顆粒邊緣沒(méi)有形成封堵孔隙的石英次生加大邊，因此孔隙度和滲透率相對(duì)于宿主圍巖基質(zhì)較高（Macaronichnus發(fā)育區(qū)現(xiàn)場(chǎng)滲透率測(cè)量值比相似粒度的層狀砂巖高出4 倍），該生物擾動(dòng)儲(chǔ)層為雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)。隱蔽性的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的典型案例還有：挪威西部外海侏羅系的Ula 組、英國(guó)北海油田Bruce 區(qū)塊中侏羅統(tǒng)Tabert 組儲(chǔ)層和埃及法雍地區(qū)的上始新統(tǒng)儲(chǔ)層等[56,74,94]。

3.5 成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（DTH）

成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層主要發(fā)育在碳酸鹽巖中（尤其在白云質(zhì)斑狀灰?guī)r中發(fā)育），在碎屑巖中比較少（僅在結(jié)核狀砂巖中有該類(lèi)儲(chǔ)層的記錄）。這類(lèi)儲(chǔ)層的形成主要與生物潛穴誘導(dǎo)的白云化作用、溶蝕作用和膠結(jié)作用有關(guān)；常見(jiàn)遺跡化石有Thalassinoides，Ophiomorpha，Balanoglossites，Chondrites等。一般為雙滲透率或雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)；該類(lèi)儲(chǔ)層滲透率與成巖特征、潛穴連通性和潛穴密度有關(guān)，生物擾動(dòng)程度非常高。儲(chǔ)層內(nèi)一般潛穴直徑為0～30 cm，長(zhǎng)度不等，厚10～100 m；平面延伸1 km至數(shù)千米。該類(lèi)儲(chǔ)層形成的沉積環(huán)境主要為碳酸鹽巖臺(tái)或碳酸鹽巖斜坡[56,74]。

成巖作用對(duì)生物潛穴相關(guān)碳酸鹽巖層序的影響通常是極端的，可能包括許多不同的礦物（如菱鐵礦、白云石、方解石、黃鐵礦等）[74]。成巖蝕變生物潛穴的共同特征包括：（1）生物潛穴壁被膠結(jié)；（2）生物潛穴充填物的沉淀或溶解；（3）原始生物潛穴周?chē)嬖诔蓭r暈；（4）潛穴內(nèi)充填物的固結(jié)[3,36,95-96]。在某些情況下，生物潛穴充填物的礦化作用可以經(jīng)歷多個(gè)階段，直至形成普遍膠結(jié)[58]?？紤]到生物潛穴和圍巖基質(zhì)之間存在成巖作用的極大差異，該類(lèi)生物擾動(dòng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層很容易在很短的橫向和垂直距離內(nèi)從雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)變?yōu)殡p滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)[97]。

Baniaket al.[17]在對(duì)加拿大Albert 省上泥盆統(tǒng)Wabamun 群的研究表明：白云化生物潛穴與非白云質(zhì)灰泥—碎屑巖之間的邊界非常清晰，并常常以低振幅的縫合線分界。生物潛穴充填物是以結(jié)晶程度較高的自形、半自形白云石晶體為主，它形白云石較為少見(jiàn)，晶體之間普遍可見(jiàn)基質(zhì)灰?guī)r殘留；圍巖基質(zhì)則多為微晶方解石；這些白云化的潛穴充填物相對(duì)于周?chē)幕規(guī)r基質(zhì)具有明顯更高的滲透率[53]。目前，有一些學(xué)者試圖用數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)M來(lái)探索這類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層滲透率分布和流體的運(yùn)移特征[10,79]。成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的典型例子還有：加拿大Manitoba省的Red River組[98]、Saskatchewan 省Tyndall 灰?guī)r中的Selkirk段[99-100]、加拿大Williston 盆地內(nèi)奧陶系的Yeoman 組、加拿大西北部泥盆系的Lonely Bay 組、Albert 省泥盆系的Palliser 組以及中國(guó)塔河油田奧陶系鷹山組生物擾動(dòng)儲(chǔ)層等[18-19,56,74]。

4 展望

近年來(lái)，隨著新技術(shù)和新方法正在遺跡學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用，必將推動(dòng)遺跡學(xué)在油氣水儲(chǔ)層領(lǐng)域應(yīng)用的快速發(fā)展。如劉航宇等[101]通過(guò)自然伽馬測(cè)井（GR）、侵入帶電阻率測(cè)井（RHOB）、聲波測(cè)井（DT）、補(bǔ)償中子測(cè)井（NPHI）、側(cè)向電阻率測(cè)井（RILD）和微球聚焦電阻率測(cè)井（MSFL）聯(lián)合識(shí)別了生物擾動(dòng)高滲透帶（HPZ），并建立了基于RHOBnor/DTnor、RILD*MSFL 和GR 三個(gè)參數(shù)的測(cè)井識(shí)別模型。此外，通過(guò)對(duì)生物擾動(dòng)高滲透帶（HPZ）的巖性、孔隙類(lèi)型、巖石物性、孔隙結(jié)構(gòu)、層序地層學(xué)和早期成巖特征的研究，還揭示了生物擾動(dòng)高滲透帶（HPZ）的綜合特征和地質(zhì)演化過(guò)程。因此，將多源測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用于生物擾動(dòng)儲(chǔ)層研究，識(shí)別出生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的空間展布，能夠更精確地確定整個(gè)油田的橫向范圍和垂向厚度。另外，將生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的多源測(cè)錄井資料與數(shù)字建模相聯(lián)系，建立評(píng)價(jià)潛在儲(chǔ)集巖質(zhì)量、模擬盆地和含油氣系統(tǒng)的地質(zhì)模型，可以改善產(chǎn)量預(yù)測(cè)和提高采收率作業(yè)；而對(duì)生物擾動(dòng)油氣儲(chǔ)層的多物理場(chǎng)、多化學(xué)場(chǎng)、多尺度和多相態(tài)的滲流模擬，可更好地理解油氣水等流體在多孔儲(chǔ)層介質(zhì)中的滲流機(jī)理，這可為油田制定完井/穿孔決策和開(kāi)發(fā)方案優(yōu)選等方面提供高質(zhì)量的指導(dǎo)。

值得說(shuō)明的是，將能夠表征大范圍遺跡學(xué)信息的遺跡相和表征精細(xì)遺跡學(xué)信息的遺跡組構(gòu)進(jìn)行綜合分析，比進(jìn)行單方面的分析更能夠產(chǎn)生一個(gè)好的、可信的結(jié)果；而將遺跡相和沉積相研究相結(jié)合，可提高生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的空間分布預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。眾多研究表明，將多種物理成因、化學(xué)成因和生物成因的沉積構(gòu)造相聯(lián)系是精確重建（古）環(huán)境的有效方法[52,94,102-105]；通過(guò)識(shí)別巖石記錄中的底棲生物行為可大大提升環(huán)境解譯的準(zhǔn)確性；而將生物擾動(dòng)的演變特征、生物擾動(dòng)模式和古生態(tài)參數(shù)的記錄相結(jié)合，可以深刻揭示（古）生物／沉積的交互作用與后期的成巖改造過(guò)程，這可為沉積環(huán)境和成巖機(jī)理分析提供重要的相標(biāo)志和生物學(xué)信息。上述多方面的綜合研究毫無(wú)疑問(wèn)對(duì)豐富儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)理論、實(shí)現(xiàn)油氣增儲(chǔ)、上產(chǎn)和提高采收率等方面具有重要意義。

5 結(jié)論

（1）生物擾動(dòng)完全可以形成有效的油氣水儲(chǔ)層。生物擾動(dòng)碎屑巖儲(chǔ)集層中，典型的儲(chǔ)集空間主要為原生粒間孔、次生溶蝕孔和生物鑄?？椎龋缙诘脑紫兑?yàn)榻?jīng)歷了廣泛的成巖蝕變被方解石膠結(jié)，差異型充填方解石膠結(jié)物顯著降低了孔隙度和滲透率，但在隨后的成巖過(guò)程中方解石膠結(jié)物又被溶解，使得粒間孔隙空間得以保留。生物擾動(dòng)碳酸巖巖儲(chǔ)集層中，典型的儲(chǔ)集空間主要為原生粒間孔、晶間孔和溶蝕孔等，同生期—早成巖期溶蝕作用是生物擾動(dòng)碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間發(fā)育的關(guān)鍵因素，后期的白云化作用也對(duì)改善生物擾動(dòng)碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能具有積極意義。

（2）根據(jù)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的傳輸特征，生物擾動(dòng)形成的巖石組構(gòu)可以劃分為兩類(lèi)儲(chǔ)層介質(zhì)：雙孔隙度生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)和雙滲透率生物成因儲(chǔ)層介質(zhì)。生物潛穴充填物和基質(zhì)滲透率比、生物擾動(dòng)強(qiáng)度和連通性、潛穴表面積、潛穴的構(gòu)型（結(jié)構(gòu)與空間形態(tài)）特征是影響生物擾動(dòng)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的主要因素。目前，關(guān)于生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中流體的傳輸特征研究主要有物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)M兩種研究思路。

（3）根據(jù)沉積學(xué)、遺跡學(xué)、成巖作用和地層背景將生物擾動(dòng)儲(chǔ)層介質(zhì)分為五大類(lèi)：界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（SCD），非界面控制的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（NCD），邊界弱清晰的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（WDH），隱蔽性的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（CBH），成巖成因的生物擾動(dòng)儲(chǔ)層（DTH）。各類(lèi)生物擾動(dòng)儲(chǔ)層中生物潛穴充填物和基質(zhì)滲透率比、生物擾動(dòng)強(qiáng)度、潛穴連通性、潛穴表面積、潛穴的構(gòu)型特征是影響儲(chǔ)層物性的主要因素。

（4）目前，盡管生物擾動(dòng)儲(chǔ)層的共同特征已被充分記錄，但國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物擾動(dòng)油氣水儲(chǔ)層的研究還處于初級(jí)階段?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，將沉積學(xué)、古生物地層學(xué)、地球物理學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和地質(zhì)建模結(jié)合起來(lái)，對(duì)生物擾動(dòng)地層的生物潛穴豐度、孔隙度和滲透率等進(jìn)行物理和數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可以幫助確定影響生物擾動(dòng)油氣水儲(chǔ)層滲透率和產(chǎn)能的關(guān)鍵參數(shù)和變量，這對(duì)豐富儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)理論，實(shí)現(xiàn)油氣增儲(chǔ)、上產(chǎn)和提高采收率具有重要意義。

致謝 非常感謝編輯和審稿專(zhuān)家的指導(dǎo)和幫助。