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《沉積與特提斯地質雜志》2016年第1期

摘要:

利用巖心觀察、巖石薄片分析、陰極發光和掃描電鏡等方法對川西新場地區須四段儲層的巖石學特征、儲集空間類型及物性特征進行分析，討論沉積環境、成巖作用及構造作用等對儲層的影響。研究區儲層經歷了壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代作用等成巖作用。有利儲層主要發育在分選性中等－好、雜基含量低的中細粒砂巖中。主要儲集空間以次生孔隙為主，其次為殘余粒間孔。高能環境下的分流河道和河口壩是形成有利儲層的先決條件，而后期長石及巖屑溶蝕產生的次生孔隙、裂縫的發育是形成有利儲層的關鍵。

關鍵詞:

川西;新場構造;須家河組;有利儲層;主控因素

在砂巖的成巖過程中，隨著深度的不斷增加，砂巖孔隙度和滲透率普遍降低，巖石會變得越來越致密。然而，在世界各地的很多沉積盆地中都發現了深埋藏(＞3500m)砂巖儲層具有異常高的孔隙度(＞20%)和滲透率(100×10-3μm2)的現象［1-6］。國內外對深部優質儲層的形成進行了大量的研究并提出了多種成因機制，其中包括伊利石襯墊、表生期大氣淡水的淋濾作用和深埋后的溶蝕作用、物源區母巖性質、沉積相和水動力條件，以及裂縫在深埋藏優質儲層形成過程中的作用等［7-11］。有利儲層一般發育于高能的分流河道和河口壩砂體中，而相對低能、粒度較細、厚度較薄的砂體由于埋深較大，均已致密化［12］。川西拗陷新場氣田為多層、多類型氣藏疊置的復式氣田，發育上三疊統須家河組、中侏羅統沙溪廟組、上侏羅統蓬萊鎮組等多個氣藏，其發現是我國致密碎屑巖含氣領域的重大突破［13］。由于受開發技術和經濟效益的影響，目前在針對低孔隙度、低滲透率砂巖氣藏的勘探與開發中，備受關注的是物性較好并達到工業開發要求的相對優質儲層(有利儲層)［14］。新場地區上三疊統須家河組四段(簡稱須四段T3x4)儲層屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲層，其在整體低孔低滲致密的背景下發育一定的有利儲層。經過前人艱苦努力的工作，該區域須四段油氣勘探取得了很大的進展［15］，探明的400多億天然氣地質儲量主要富集在有利儲層中。本文通過川西新場地區須四段大量砂巖儲層的綜合分析，討論須四段砂巖儲層的主要特征，進一步分析其中有利儲層的主控因素。本研究對須家河組天然氣的勘探和開發具有重要意義。

1地質概況

新場構造帶是川西拗陷的一個次級構造單元，構造位置位于川西拗陷中段，其南鄰成都凹陷，北靠梓潼凹陷，西南段與龍門山構造帶相交，東南方向與知興場-龍寶梁構造北傾末端相連。現今構造形態整體表現為一系列NEE向的正向構造(圖1)。川西拗陷上三疊統自下而上依次發育了馬鞍塘組(T3m)、小塘子組(T3t)和須家河組(T3x)3套地層。須家河組以陸相碎屑巖沉積為主，自下而上發育須二、須三、須四、須五等4段地層，其中須三、須五段以泥巖、頁巖和煤等為主，與小塘子組、馬鞍塘組一起構成該區域的烴源巖段;須二和須四段以發育砂巖為主，為須家河組的儲層段。須四段以發育扇三角洲沉積體系為主，其中扇三角洲前緣亞相發育的水下分流河道、河口壩為研究區主要的儲層砂體類型［16］。

2儲層特征

2.1巖石學特征

儲層的巖石學特征對成巖作用具有重要的影響，而碎屑顆粒成分主要通過影響成巖作用而影響儲層物性［17］。研究區須四段砂巖的結構成熟度中等，主要為中粒，細粒、中細粒次之，少量中粗粒、粗粒等;顆粒分選以好為主，中等分選次之;顆粒磨圓度中等-較差，以次棱角狀為主;膠結類型以孔隙式為主，孔隙-壓結式和壓結式次之，少量壓結-孔隙式膠結。研究區須四段巖石類型包括石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑砂巖和鈣屑砂巖等。按巖石基本名稱統計，石英砂巖(石英砂巖、巖屑石英砂巖)樣品數占總樣品數的36.41%，巖屑砂巖(長石巖屑砂巖)占總樣品數的63.5%，而長石砂巖(巖屑長石砂巖)僅占總樣品數的0.09%。總的來說極富巖屑而中低長石含量是研究區須四段砂巖儲層骨架顆粒構成的主要特征2.2儲集空間類型通過大量巖石鑄體薄片鑒定、掃描電鏡分析可知，研究區須四段儲層儲集空間類型有粒間孔、粒內溶孔、鑄模孔(圖3a)以及粘土礦物晶間孔，而該套儲層埋深大，現今埋深普遍在3.5～4km之間，原生粒間孔損失較大，含量較低，大部分不超過1%。儲集空間主要以次生的粒間溶孔、粒內溶孔和鑄模孔為主。儲層中也有較發育的裂縫(圖3d)，對儲層的滲透性起了明顯的改善作用。

2.3物性特征

根據須四段巖心物性分析資料可知(圖4)，儲層孔隙度平均值為6.21%，中值6.62%，主要分布在6%～9%之間，占總樣品數的45.94%;砂巖滲透率平均值為0.278×10-3μm2，中值0.08×10-3μm2，主要分布在(0.08～0.16)×10-3μm2、(0.04～0.08)×10-3μm2和(0.16～0.32)×10-3μm2三個區間中，其出現的頻率分別26.35%、22.6%和16.22%。因而從儲層物性總體特征來看，研究區須四段儲層屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲層。

2.4儲層成巖特征

2.4.1壓實壓溶作用

研究區須四段軟性顆粒較發育的層段表現出較強的壓實作用，而在軟性顆粒較不發育層段以及長石、碳酸鹽巖巖屑(鈣屑)、碳酸鹽膠結物相對發育層段，壓實作用影響則相對較弱，原始孔隙度在這些層段有一定程度的保存。當砂巖中具較多被伊利石包裹的石英顆粒或(和)具有較低碳酸鹽和石英膠結物時，化學壓實作用較為普遍。須四段砂巖顆粒伊利石粘土薄膜較為普遍，能進一步促進石英的溶解和溶出物的擴散。而在綠泥石襯邊相對發育層段，壓溶作用明顯減弱。壓溶作用一方面使顆粒進一步緊密接觸，另一方面溶出物質沉淀充填粒間孔或為石英加大及硅質膠結提供大量硅質，所以對儲層的發育不利。

2.4.2膠結作用

研究區須四段的膠結作用主要包括粘土礦物、硅質和碳酸鹽膠結作用(圖3b、c)。其中碳酸鹽膠結作用是造成儲層砂巖儲集空間變小、儲層物性變差的重要因素之一，對儲層質量的影響以破壞性作用為主。碳酸鹽膠結物的主要類型為方解石，其次為白云石，平均含量高達5.14%，占膠結物總量的86.57%，是含量最高的自生礦物。常見的自生粘土礦物主要包括伊利石、高嶺石和綠泥石，另外局部可見蒙脫石。在粘粒中伊利石和綠泥石總量分別為52.33%和33.37%，高嶺石含量很低，在巖石中的平均含量為0.74%(在粘粒中含量為13.51%)。硅質膠結主要表現為石英次生加大現象，加大邊寬以0.05～0.1mm最為常見，含量多小于2%。

2.4.3溶蝕作用

研究區須四段溶蝕作用常表現為顆粒邊緣溶蝕擴大、巖屑或長石不完全溶蝕(圖3a、c)，在研究區內各井段均可見到，特別發育于中-細粒巖屑石英砂巖、中-細粒巖屑砂巖中，多數為長石和巖屑顆粒溶蝕形成。其形態主要為斑點狀、串珠狀和蜂窩狀，部分長石沿解理溶蝕形成梳狀孔隙。當溶蝕作用強烈時，長石顆粒可被完全溶蝕，形成鑄模孔隙，僅保留長石顆粒的假象，在長石含量相對較高的中-細粒巖屑砂巖中可見。

2.4.4交代作用

研究區須四段砂巖中交代作用明顯，其中以碎屑顆粒的碳酸鹽化作用最為發育(圖3b、c)。包括方解石、鐵方解石、鐵白云石對碎屑顆粒石英、巖屑、粘土礦物尤其是長石的交代作用。偏光顯微鏡下觀察，交代作用往往沿顆粒邊部或長石的解理進行。

3有利儲層發育的主控因素

根據研究區須四段儲層的物性特征、含氣量及其儲層巖石學特征、沉積特征、成巖特征等的對比分析，獲得控制須四段氣藏中有利儲層發育的主要因素包含4個方面:(1)沉積環境;(2)巖石碎屑及結構組分;(3)裂縫發育狀況;(4)溶蝕作用。

3.1沉積環境

新場地區須四段主要為辮狀河三角洲沉積，從不同沉積環境中的儲層物性特征統計分析可知，水下分流河道砂體儲層孔隙度平均值為6.3%左右，其次為砂質的辮狀河道，儲層孔隙度也在5%以上，為最有利的沉積微相。較為有利的沉積微相為辮狀三角洲前緣河口砂壩，其水動力相對較弱，砂巖粒度較細，多為細、中砂，分選差，雜基含量高，易受后期成巖作用改造變得致密，儲層平均孔隙度為4.23%左右。而遠砂壩、礫質辮狀河道和分流間灣形成于低能環境，砂巖粒度細，多為細砂和粉砂，分選差，雜基含量高，經成巖作用改造變為致密層，儲層孔隙度一般在2%以下，為不利的沉積微相(圖5)。

3.2碎屑組分及結構特征

3.2.1碎屑組分

通過分析研究區須四段有利儲層及較差儲層與砂巖碎屑組分含量(石英、長石、巖屑，以及各種類型巖屑等)的關系可知，有利儲層石英含量明顯較高(平均含量達77.49%)，巖屑含量低(平均含量為9.13%)，較差儲層巖屑平均含量幾乎是相對優質儲層的5倍。兩者長石含量絕對值相差不大，但有利儲層長石平均含量幾乎是較差儲層的3倍，這也表明長石的溶蝕作用使得儲層物性變好。在巖屑組成上，有利儲層和較差儲層在變質巖巖屑和巖漿巖巖屑含量上無明顯差異，但沉積巖巖屑的含量相差很大，較差儲層沉積巖巖屑平均含量是有利儲層的4倍(含量分別為30.9%和7.04%)(圖6)。

3.2.2巖石結構特征

通過研究區須四段砂巖孔隙度與粒級、顆粒分選的關系可知，中粒砂巖孔隙性最好，孔隙度主要分布在6.3%～8.4%的范圍內，平均為7.73%;中細粒砂巖次之，孔隙度主要為3.3%～7.8%，平均6.42%;粗粒砂巖總體孔隙性較好，但樣品較少，代表性不強;其它粒級砂巖儲集性都較差［15］(圖7)。顆粒分選是影響砂巖孔隙度的另一個因素(圖7)。分選好的砂巖孔隙性度明顯較好，孔隙度主要分布在5.2%～8.6%，平均7.01%;分選中等砂巖孔隙性變差，孔隙度主要分布在1.3%～6.2%之間，平均為3.73%。總的來說，研究區須四段有利儲層主要以分選性中等-好、雜基含量低的中細粒砂巖中。

3.3裂縫發育

研究區須四段下部砂礫巖儲層中裂縫發育，且裂縫類型以穿粒縫為主。穿粒縫通常穿越數粒礦物，顯定向性，其開度一般小于40μm，此類裂縫溶蝕現象普遍，溶蝕以后的開度可達40μm以上，其成因與構造運動、斷層發育有關，故對改善儲層的儲集性能的有非常重要的作用。研究區獲得較好產能的新3、新856、新851、川孝560、聯150等井在須四下部的砂礫巖儲層中此類微裂縫較發育(圖3d)。

3.4溶蝕作用

溶蝕作用對本區須四段砂巖儲層的改善起著重要的作用，在須四段砂巖中普遍發育。絕大部分的骨架有被溶蝕的現象，包括碎屑長石、巖屑等，特別是微斜長石、條紋長石和不穩定巖屑普遍被溶蝕，形成粒間溶孔，鑄模孔和蜂窩狀溶孔等粒內溶孔。這些溶孔的形成有效改善了儲層的儲集性。

4結論

(1)研究區須四段砂巖主要發育富巖屑和中低長石的中粒及中細粒砂巖，顆粒分選好-中等，磨圓度中等-較差。

(2)研究區須四段儲層孔隙度平均值為6.21%，滲透率平均值0.278×10-3μm2，屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲層。主要儲集空間類型為粒間溶孔和粒內溶孔。

(3)研究區須四段有利儲層的形成，主要受沉積環境、巖石組分與結構特征、溶蝕作用和裂縫等因素的影響。有利的沉積環境下的中等-好、雜基含量低的中細粒砂巖是形成優質儲層的前提，而后期長石及巖屑的溶蝕產生的次生孔隙及裂縫的發育是形成有利儲層的關鍵。

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作者:章順利 宋修章 呂正祥 楊相 卿元華 單位:成都理工大學能源學院