结构性土固结不排水剪特性的一种描述方法

针对结构性土的固结不排水剪性状,提出一种基于扰动状态概念的描述方法。通过三轴固结不排水剪试验,分析了结构性土固结不排水剪切过程中的剪应力、孔隙水压力与轴向应变的关系特点。根据扰动状态概念的原理,采用邓肯-张的非线性弹性模型描述相对完整状态的应力-应变关系,用孔隙水压力作为参量定义了一个新的扰动函数,构建了一种描述结构性土固结不排水剪性状的本构关系。经验证,模型计算结果与试验数据吻合较好,可统一描述应变软化型和应变硬化型应力-应变关系。     

鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙特征及其控制因素

泥页岩孔隙特征是页岩气藏储集能力及可开采性评价的关键参数。以鄂尔多斯盆地南部铜川地区瑶科一井延长组泥页岩样品为研究对象,通过扫描电镜、低温氮气吸附等实验手段,对延长组各段泥页岩孔隙特征及影响孔隙发育的控制因素进行了研究。研究表明:鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙类型主要有粒间孔、粒内孔、黄铁矿晶间孔、溶蚀孔、微裂缝,其中黏土矿物粒间孔最发育,有机孔基本不发育。延长组不同段的纳米孔隙发育特征有明显的差异性,长9段微孔含量相对较高,BET比表面积较大,长8段中孔比例较高,孔隙形态都以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;长7段有最大的宏孔比例和最小的微孔比例,比表面积最小,孔隙含有相对较多的封闭型孔,还有一端或两端开口的楔V型孔;长6段孔隙比例、比表面积大小介于其他各段之间,以平行板状的狭缝型孔隙为主。黏土矿物含量、石英含量是控制孔隙发育的主要因素,而孔隙总体积、比表面积与TOC含量基本呈负相关关系,这主要是由于孔隙中的残留烃对孔隙的堵塞作用,抽提后可以发现样品孔隙总体积、比表面积都有所增加。     

太原市深层孔隙水的水化学分带性及其地球化学模拟

太原市深层孔隙水具有明显的水化学分带性,具体表现为由山前到盆地依次分布硫酸一重碳酸型水、重碳酸一硫酸型水、重碳酸型水,且各类地下水均大体在南北向上呈条带状展布,这与补给水的水化学状况密切相关．利用地球化学模拟软件PHREEQC建立一系列地下水混合模型对深层孔隙水的水化学形成过程进行模拟,结果显示：盆地北部的深层孔隙水受到北部边山岩溶水、盆地北部浅层孔隙水、汾河水的补给,其中北部边山岩溶水是最主要的补给源;盆地西部的深层孔隙水由西部边山岩溶水与盆地西部浅层孔隙水混合而成;盆地南部的深层孔隙水则由盆地北部与西部的深层水混合而成．混合作用是控制区域水化学状况的最重要的因素．     

Qualitative and Quantitative Characterization of Shale Microscopic Pore Characteristics Based on Image Analysis Technology

In order to evaluate the shale microscopic pore characteristics more economically and effectively in limited circumstances, the pore characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area, Sichuan Basin, were qualitatively observed and analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) with argon ion polishing method at the same time. Pore quantitative information were extracted from shale SEM and FESEM images with the help of a professional image analysis software IamgeJ2x, and combined with statistical methods, the whole pore size distribution as well as shale pore fractal dimension and the relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition and pore adsorption capacity and the corresponding pore structure characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area were analyzed. The study shows that under SEM, there are mostly micro pores of Longmaxi Formation in Pengshui area. The main pore types include intergranular pore, clay mineral layer pore, intragranular pore and micro cracks, etc. Through argon ion polishing FESEM, there mainly develop nanoscale pores. The main pore types contain organic pore, inorganic mineral pore (pyrite intergranular pore, intragranular pore, clay mineral layer pore and intergranular pore, etc.) and micro cracks. The use of both of the two methords is more advantageous to qualitatively analyze shale pore. The whole pore size distribution of shale pore has four main peaks and the main distribution range is 3~10 nm, 10~40 nm, 100~400 nm, 1~4 μm, respectively. The shape factor of shale organic matter pore is distributed between 0.9~1 and inorganic mineral pore is distributed between 0.5~0.7. It shows that the organic matter pore is circular, nearly circular and inorganic mineral pore shape is triangle, polygon, slit shape and so on. The inorganic mineral pore shape is relativly complex because of the different pore causes. The shale pore of Longmaxi Formation in Pengshui area conforms to the fractal features, and the organic pore fractal dimension is smaller than that of inorganic mineral pore, showing that the organic matter pore structure is relatively simple. There is a certain relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition, porosity, and adsorbed gas content. With the increase of the organic matter content, the shale pore fractal dimension increase, the pore structure characteristics become complicated. With the shale pore fractal dimension increasing, the biggest gas adsorption quantity increases and the ability of pore adsorption strengthens.     

豫西地区山西组—太原组页岩孔隙结构及其影响因素——以ZXY1井为例

页岩孔隙结构是储层评价的关键,对页岩气的勘探、开发以及页岩储层改造等都具有十分重要的意义。本文以ZXY1井太原组—山西组页岩为例,利用低温氮吸—脱附实验、X衍射、扫描电镜等实验手段研究页岩孔隙结构及其影响因素。结果表明,太原组—山西组页岩孔隙复杂,发育有机孔、微裂缝和多种无机孔;孔隙孔径主要为2~50 nm,以介孔为主,其次为微孔;孔容和比表面几乎全部由微孔和介孔提供。有机质、黏土矿物及其组合对孔隙结构影响分析表明,孔容与TOC含量、孔容与黏土矿物含量、比表面积与TOC含量、比表面积与黏土矿物含量均具有较为显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量数值乘积与孔容、比表面积表现为非常显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量双参数回归孔容与比表面积,相关系数高,误差较小。综合分析认为,有机质和黏土矿物对孔隙结构的影响并非简单正线性相关关系,而是复杂的正向关系。     

南海神狐海域有孔虫与高饱和度水合物的储存关系

通过对神狐海域沉积物组分与水合物成藏关系的研究, 得到SH7B孔含水合物层(155~177 m)有孔虫丰度以及有孔虫壳体微结构与水合物饱和度的关系.结果表明, 有孔虫丰度与水合物饱和度有良好的对应关系, 有孔虫丰度高, 水合物饱和度也高; 反之亦然.有孔虫丰度与水合物饱和度二者的相关系数为0.72, 说明有孔虫与水合物的分布和富集有关.扫描电镜研究表明, 有孔虫成岩作用不明显, 有孔虫为有效孔隙, 有孔虫独特的壳体结构增加了沉积物的孔隙空间, 有利于水合物的储存和富集.大部分有孔虫壳体大小相当于砂粒级, 它的存在一方面增加沉积物粗组分砂的含量, 另一方面增加沉积物的孔隙度.沉积物中生物组分——有孔虫, 是南海神狐海域水合物富集的重要因素之一.      

济南岩溶含水介质孔隙结构特征

以济南泉域为例,基于2004-2019年济南岩溶泉域大气降水资料、地下水水位动态监测资料和岩芯的压汞实验结果,采用分形理论中孔隙分形维数法和数理统计的方法,探究含水岩层孔隙结构对泉水位动态的影响。结果表明:（1）炒米店组和三山子组2号样的孔隙发育均匀,孔喉分布集中,岩层储水性能好、储水空间较大;马家沟组北庵庄段的孔隙发育均匀,孔喉分布集中,岩层储水性能差,储水空间小;三山子组1号样和马家沟组东黄山段的孔隙发育不均匀,孔喉分布分散,岩石内部储水空间大;（2）岩层渗透率主要受孔喉分布的影响,济南泉域碳酸盐岩含水层的孔隙储水空间大、储水性能好,济南泉域独特的孔隙结构在维持趵突泉水位动态稳定中起到重要作用。      

黔南、黔北及南盘江坳陷古生代碳酸盐岩储层特征

黔南、黔北及南盘江坳陷发育有相当规模的古生代海相碳酸盐岩沉积,沉积厚度大;重要储层岩性为微晶-亮晶生物碎屑灰岩、藻礁-生物礁灰岩和生物碎屑叠层泥晶灰岩;储集空间类型为原生和次生孔隙:原生孔隙有生物体腔孔、生物骨架孔和原生粒间孔,次生孔隙有晶间孔、粒内溶孔、铸模孔、溶蚀孔和微孔,以及缝合线孔隙和裂隙。本区溶蚀作用形成的次生孔隙增大了储层储集空间,使面孔率达到8.7%,而后期形成的构造裂缝又改善了储层的连通性,提高了储层的渗透能力;从储集空间的配置关系角度对碳酸盐岩储层进行油气资源评价分析,得出黔南坳陷碳酸盐岩储层为I类储集层;南盘江坳陷和黔北坳陷碳酸盐岩储层为II类储集层。     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

准中4区块致密砂岩孔隙结构特征研究

致密砂岩孔隙结构是影响储层物性、储集性能和渗流特性的主要因素,准确表征岩石的孔隙结构特征是储层评价的重要内容之一。为此通过岩心观察、CT扫描成像及其图像处理等对准噶尔盆地中部4区块董11井致密砂岩储层孔隙结构特征进行了定性及定量综合研究。研究结果表明,采用USM锐化、阈值选取及中值滤波法对微CT扫描灰度图像进行图像处理,可以更好地区分岩石内部骨架和孔隙的边界,提高了图像的分割精度;当数字岩心立方体模型边长在450体素时,孔隙度趋近定值;研究区致密砂岩储层储集空间主要以粒间孔隙和微裂隙为主,伴有少量的解理裂隙,孤立孔隙较多,孔隙形状复杂,分布不均匀;研究区致密砂岩连续截面面孔率分布不均匀,离散性强,在连续截面上面孔率频繁出现极大值与极小值（跳跃性较大）,容易在流体流动的过程中产生压降过大,造成部分孔隙喉道堵塞;研究区致密砂岩储层孔隙大小分布不均匀,孔隙直径在15~35 μm之间,占总孔隙数的60%左右,其面积占18%;直径在50~200 μm的孔隙数量占总孔隙数的20%,其面积占比达60%,为油气赋存提供了有利的储集空间。      

鄂尔多斯盆地姬源—陇东地区三叠系延长组长7段致密储层成岩作用

鄂尔多斯盆地姬源—陇东地区三叠系延长组长7段致密储层主要为发育在深湖亚相中的浊积岩,部分为三角洲前缘亚相中的水下分流河道砂体。前人对致密储层成岩作用的研究较少,需弄清成岩作用对致密储层孔隙发育的影响。通过铸体薄片与扫描电镜对大量钻井取心样品进行观察与分析,认为影响研究区长7段致密储层孔隙类型与规模的成岩作用主要包括压实压溶作用、胶结作用与溶解作用3种类型,压实作用是储层致密的主要因素,特别是发育在三角洲前缘分流间湾和浊积扇边缘的薄层砂体,在压力作用下更易受到泥岩排出孔隙水的影响,形成方解石胶结。伊利石胶结与方解石胶结进一步使得储层致密。少量的绿泥石薄膜成为残余粒间孔保留与包裹岩屑颗粒后期溶蚀的基础,溶蚀作用是研究区储层孔隙形成的主要作用。成岩作用的研究为储层物性的研究提供了进一步依据。     

塔里木盆地巴麦地区泥盆系储层非均质性及其主控因素

塔里木盆地的巴楚-麦盖提地区是已知的油气富聚区,先后在多口钻井的泥盆系储层中见油气显示.但由于有利储层的形成条件及分布规律不清,阻碍了该区进一步的勘探开发工作.通过对区内8口井的钻井岩心、岩石薄片及铸体薄片观察,结合压汞分析及物性测试等资料,研究了该区泥盆系储层的孔隙特征及非均质性.结果表明：储层砂体孔隙类型以溶蚀粒间孔为主,其次为原生粒间孔;孔隙总体上表现为中小孔微细喉,分选差的结构特点.另外,砂岩密度及渗透率变异系数等定量参数表明研究区泥盆系储层层间及层内均具有强非均质性.其非均质程度主要受控于砂体成因类型、成岩作用,早期油气的充注仅对部分区域的物性具有间接的控制作用.     

渝东南下志留统龙马溪组页岩岩相特征及其对孔隙结构的控制

目前对优势页岩岩相的划分尚缺乏明确的标准.另外,合理连接不同孔隙测试方法的结果,实现页岩的全孔径孔隙结构定量化表征,成为现阶段亟待解决的关键问题.基于页岩的有机质丰度和矿物组分建立了岩相划分方案,查明了渝东南下志留统龙马溪组页岩发育硅质页岩、混合质页岩和粘土质页岩3类,根据有机质丰度将每类页岩细分为富、含和贫有机质等共计9种岩相,在此基础上开展了低压N₂吸附和高压压汞实验.研究区龙马溪组中富有机质页岩孔径呈现多峰分布特征,主要孔径峰值位于2~3nm、70~90nm和200~300nm,页岩的孔体积主要来源于中孔（2~0nm）和宏孔（>0nm）,比表面积主要来自中孔和微孔（ < 2nm）;对于孔体积贡献,微孔最高可占12%,中孔占3%,宏孔占2%.对于孔面积贡献,微孔最高占47%,中孔占7%,宏孔占11%.随着粘土矿物含量升高,在200~400nm范围内孔体积显著升高.中孔和宏孔贡献了超过90%的孔体积,微孔和中孔贡献了超过90%的比表面积.富有机质硅质页岩微孔比例高,对比表面积贡献高,孔体积和比表面积最大,有利于页岩气富集,是最有利的页岩岩相.      

颗粒形状对粗粒土孔隙特征和渗透性的影响

粗粒土的颗粒级配、形状和密实度都是影响其孔隙结构,进而影响其渗透特性的重要因素。但长期以来,对颗粒形状影响的关注度较少,其主要原因在于不容易定量描述颗粒形状及其影响的孔隙结构特征。选取已获取长宽比和圆形度的不规则形状碎石、规则形状的球和八面体颗粒分别装填试样,针对颗粒级配和颗粒形状的差异,开展孔隙结构特征和渗透性的对比研究。通过CT扫描试样内部结构图像,重构试样的三维孔隙结构并计算孔隙比表面积。通过渗透试验测得试样的渗透系数。结果表明：试样孔隙比表面积是表达孔隙结构特征的有效参数,在相同级配和孔隙率的条件下,试样孔隙比表面积随颗粒圆形度和趋近球形程度的增加而减小;相同级配和孔隙率的条件下,渗透系数随孔隙比表面积的减小而增大,随颗粒圆形度增大而增大;球形颗粒试样的渗透性最强,试样颗粒越偏离球形,孔隙系统中水流阻力越大,试样渗透性越弱。     

川东南地区龙马溪组页岩孔隙结构全孔径表征及其对含气性的控制

页岩气主要赋存于页岩孔隙中,研究页岩孔隙结构特征是深入认识页岩气富集机理的关键。通过CO2吸附、N2吸附、CH4等温吸附和高压压汞实验,对川东南地区龙马溪组页岩的孔隙结构进行了全孔径表征,并阐明了孔隙结构对页岩含气性的控制作用。页岩的微孔(＜2.0 nm)、中孔(2.0~50.0 nm)和宏孔(＞50.0 nm)都十分发育,且分布特征变化较大。在孔体积方面,中孔提供的孔体积最多,约40.8%,其次是微孔,约34.7%,宏孔的孔体积最少,只提供24.5%。在孔隙比表面积方面,微孔占有绝对优势,约提供76.87%,其次是中孔,约23.05%,宏孔只有0.07%。中孔和微孔提供了页岩中主要的孔体积,控制了游离气的含量。微孔的比表面积与CH4最大吸附量具有很好的正相关关系,且提供了页岩中主要的比表面积,控制了吸附气的含量。宏孔提供的孔体积和比表面积在页岩中不占优势,对吸附气和游离气含量的影响较弱,但可作为页岩气渗流的主要运移通道。因此,明确页岩的微孔、中孔和宏孔的分布特征,尤其是微孔对页岩中吸附气和游离气富集的贡献,对页岩气勘探与开发具有重要指导意义。     

阿尔金山前中、下侏罗统页岩气成藏地质条件

柴西阿尔金山前经历了早期断陷、中期拗陷和晚期隆升的多期改造叠合,其中早、侏罗世断陷期发育陆相湖盆泥页岩。地堑半地堑同沉积断裂控制沉积格局,断陷湖盆长轴为北东向,在小梁山凹陷、七个泉断鼻带和铁木里克凸起构造带沉积半深湖深湖相的泥页岩夹薄层砂岩、粉砂岩。泥页岩空间展布受沉积相控制,因此呈北东向带状连续稳定分布,由阿尔金山前七个泉-红沟子-小梁山构造带向盆地内部厚度逐渐减薄,累积厚度超过300 m,有效厚度在50～70 m,是阿尔金山前中、下侏罗统工业性页岩气聚集成藏必备的物质保障。研究证实,阿尔金山前中、下侏罗统泥页岩干酪根显微组分腐泥组、镜质组、惰性组的平均含量分别为60.7％、33.1%和6.2%,依据Tissot和Welte分类标准,有机质干酪根类型以Ⅱ型为主。 对25个野外样品进行岩石热解测试,TOC含量稳定分布在1%～4%,Ro在0.8%～2.5%,泥页岩有机质含量高,处于成熟过成熟阶段,生气条件优越。与北美和四川盆地海相页岩相比,阿尔金山前中、下侏罗统陆相泥页岩的黏土矿物含量相对较高,平均含量为52.51%;含硅质脆性矿物含量相对较低,平均含量为37.42%。泥页岩中发育大量裂缝、微裂缝、粒间孔、粒内孔和有机质孔,有利于页岩气富集和吸附。泥页岩比表面积在9.13～18.14 m2/g,平均值为13.43 m2/g;孔体积在0.026 6～0.088 7 cm3/g,平均值0.065 41cm3/g,平均孔径在25.76～72.48 nm,平均值为47.87 nm。比表面积和孔径呈负相关,孔体积和孔径呈正相关;孔径越小,泥页岩的比表面积越大。TOC和Ro与泥页岩表面积呈正相关,表明随着有机质成熟生烃形成的有机质孔对比表面有重大影响,比表面越大为页岩气吸附提供的吸附位越多,储集性能优越。上覆灰泥岩、泥灰岩和膏盐岩盖层区域广泛分布,早期浅埋-中期深埋、多次排烃-晚期抬升有利于页岩气藏的保存。综合页岩气成藏实际地质参数,优选出小梁山凹陷、七个泉断鼻带、洪水沟断鼻带和铁木里克凸起4个有利区带。     

柴达木盆地西南区古近系及新近系砂岩储层

根据40余口钻井的岩石学资料,较系统地描述了柴达木盆地西南区古近系及新近系的砂岩储层特征：（1）砂岩储层的岩石（矿）成分在时空上呈现规律性的变化。在研究区东南和西北两侧,砂岩成分成熟度和结构成熟度均比中部地区明显偏低;从古近系到新近系,砂岩的成分成熟度和结构成熟度均逐渐降低,这与区域上由早到晚构造活动逐渐增强是一致的。砂岩储层岩石学的这种变化明显地影响到其储集性质,本区东南和西北两侧砂岩储层性质比中部地区变差即与此有关。（2）砂岩储层的孔隙类型以原生孔隙为主。前人大都认为本区砂岩储层的孔隙类型以次生孔隙为主,尤其是下干柴沟组,主要发育次生孔隙。本文认为古近系及新近系砂岩储层以原生孔隙为主,其次为胶结物溶孔和碎屑颗粒溶孔,次生孔隙仅在有限程度上改善了砂岩的储集性质。因此研究砂岩储层的原生孔隙的发育规律是比较重要的。（3）压实作用的差异是造成储集性质变化比较大的主要因素,其次为胶结作用。压实作用的大小受到埋藏深度和岩性的影响,也与储层所经历的埋藏方式有关。本区砂岩储层中的胶结物以方解石和硬石膏为主,也见少量方沸石。不同层段砂岩中的碳酸盐胶结物含量为4.0%～16.0%,局部地区硬石膏胶结物含量可达11.5%～28.0%,成为影响储集性质的主要因素。     

鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气储层孔隙特征及影响因素

为了研究鄂尔多斯盆地石炭—二叠系海陆过渡相页岩气储层孔隙特征,选取页4井、页1井和DT803井海陆过渡相泥页岩样品进行了扫描电镜、低温液氮吸附实验以及相关的地球化学实验,分析了海陆过渡相页岩气储层的孔隙类型、特征及其影响因素。实验结果表明:研究区页岩孔隙以粒间孔和有机质孔最为发育;页岩孔形态以狭窄的平行板状为主,孔隙微观孔径分布范围为1~60 nm,主孔径分布介于1~6 nm和40~60 nm,介孔为孔体积和比表面积的主要贡献者,但微孔对比表面积的贡献不容忽视;有机碳和黏土矿物含量是海陆过渡相页岩孔隙发育的主要影响因素,脆性矿物对孔隙发育影响不明显。     

准噶尔盆地乌夏地区二叠系储集层特征及影响因素分析

根据40余口钻井的岩石学资料, 较系统地描述了乌夏地区二叠系储集层特征及其主要影响因素。乌夏地区二叠系储集层类型多样,主要包括陆源碎屑岩、白云（质）岩、火山碎屑岩和火山岩4大类。乌夏地区二叠系储集空间类型以次生孔隙为主,碎屑岩储集层以粒内溶孔、填隙物内溶孔、压裂缝最为发育;白云岩储集层主要发育裂缝,火山碎屑岩储集空间类型则主要为气孔和裂缝,火山岩储集层在乌夏地区分布较少,储集空间主要为气孔。二叠系储集层孔隙结构均属小孔细喉、微孔微细喉、微孔微喉,储集性能中等-差,整体为中、低孔渗储集层。研究认为岩性、粒度、成岩压实、溶蚀及破裂作用是本区储集层质量的主要影响因素：岩性、粒度主要影响储集层性质;压实作用是孔隙损失的主控因素,平均压实减孔量高达23.65％;溶蚀及破裂作用则对改善储集层物性起重要作用;断裂活动也使断裂带附近储集层物性发生明显的改善。根据储集层储集性能及其控制因素,将储集层划分为5种类型,乌夏地区以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类为主。

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白音查干凹陷桑合地区腾格尔组储层特征及主控因素分析

白音查干凹陷桑合地区腾格尔组碎屑岩储层岩性主要为长石砂岩、岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩,填隙物以钙质胶结物为主,孔隙式胶结。储集空间类型主要为原生孔隙,以点状、片状喉道为主,具有喉道半径差别大,分选差,孔隙连通性差等孔隙结构特征。沉积环境及成岩作用为该区储层发育的主控因素。扇三角洲平原和前缘过渡带为有利储层发育区。压实及胶结作用通过减小孔隙空间及填充喉道对储层起破坏性作用;溶蚀作用则通过形成次生溶孔对储层起建设性作用。纵向上,发育两个储层物性异常带;平面上,扇三角洲平原与前缘相的过渡带为近物源、多物源、快速堆积模式,压实作用占主导地位,沉积相带与成岩相带共同作用形成平衡带。多种控制因素的综合效应,是该平衡带储层物性变好的主要原因。