川中蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層巖性巖相類型及解釋方法

賴錦 ，王貴文 ，2，鄭懿瓊

（1．中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2．中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國石油新疆油田公司克拉瑪依采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

20世紀(jì)90年代以來，我國逐漸進(jìn)入以地層巖性等隱蔽油氣藏為主的油氣藏勘探階段［1］。巖性巖相對(duì)隱蔽油氣藏特別是巖性油氣藏的油氣水分布具有明顯的控制作用，因此，在此類油氣藏的勘探開發(fā)過程中，儲(chǔ)層巖性巖相特征的精細(xì)描述和刻畫尤為重要［2］。

對(duì)于巖石類型，目前已有比較成熟和公認(rèn)的劃分方案，巖相為巖石類型及其沉積構(gòu)造的綜合［3］，是沉積相中最重要和最本質(zhì)的組成部分［4］，也是沉積相序和儲(chǔ)層的最基本單元［5］。巖相的顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征能指示一定的沉積環(huán)境，可反映一定的水動(dòng)力條件及沉積物搬運(yùn)方式，因此，也將巖相稱之為沉積能量單元或者水力單元［6］。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于巖相的劃分主要依賴于巖性和巖石構(gòu)造特征，如塊狀層理細(xì)砂相［7-9］，也有根據(jù)測井曲線建立一定的模型來實(shí)現(xiàn)巖性巖相自動(dòng)劃分的，這樣劃分出的巖性巖相能體現(xiàn)一定的沉積特征和巖性特征。國外巖性巖相的劃分主要依賴于儲(chǔ)層不同的測井綜合響應(yīng)特征及古生物特征、地震響應(yīng)特征等，通過巖心以及測井資料分析，確定儲(chǔ)層形成的沉積環(huán)境以及相關(guān)的巖性巖相類型［10-11］。在資料充足的情況下，可根據(jù)沉積能量、巖相結(jié)構(gòu)和堆疊位置等將巖相進(jìn)一步分為更小的單元［2，12］。

相對(duì)于沉積相、成巖相等而言，國內(nèi)外關(guān)于儲(chǔ)層巖性巖相的研究相對(duì)較少，且多是針對(duì)火山巖類，專家學(xué)者通過對(duì)火山巖巖性的識(shí)別以及巖相模式的建立，在總結(jié)火山巖巖性巖相特征與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，優(yōu)選火山巖儲(chǔ)層中的有利儲(chǔ)集體，在火山巖巖性研究方面取得了較好成果［13-14］。

本文對(duì)沉積巖石微相所作的研究，是對(duì)沉積微相的進(jìn)一步細(xì)分和量化［15-16］。通常采用的方法是將沉積微相與巖石相相結(jié)合，以達(dá)到進(jìn)一步劃分沉積微相的目的，如在巖石相研究的基礎(chǔ)上，可將水下分流河道沉積微相進(jìn)一步劃分出水下分流河道細(xì)砂巖相、水下分流河道中砂巖相等［17］。

巖性巖相與單獨(dú)的巖性或者巖相概念相比，不僅僅考慮了巖石礦物成分特征，更重要的是考慮了巖石沉積、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其組合特征，并充分賦予了巖石特征的地質(zhì)“相”的涵義，提高了巖性、巖相研究的地質(zhì)預(yù)測能力。

通過對(duì)研究區(qū)須二段儲(chǔ)層巖性巖相特征的精細(xì)刻畫和描述，以及巖性巖相類型與儲(chǔ)層物性及油氣產(chǎn)能的匹配關(guān)系，一方面為研究區(qū)須二段儲(chǔ)層下一步成巖相和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體預(yù)測的研究奠定了基礎(chǔ)，驗(yàn)證了劃分儲(chǔ)層巖性巖相的實(shí)用價(jià)值，另一方面對(duì)其他具有相似地質(zhì)特征的地區(qū)或?qū)游坏难芯恳簿哂薪梃b意義，對(duì)推動(dòng)碎屑巖儲(chǔ)層巖性巖相研究，具有一定的理論價(jià)值。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

川中蓬萊地區(qū)位于四川盆地中部，面積約8500km2，構(gòu)造區(qū)域上位于川中古隆起平緩褶皺帶（見圖1）［18］，斷層不發(fā)育，褶皺平緩，總體為一地勢西南高、東北低的單斜構(gòu)造［19］。

蓬萊地區(qū)地表出露地層主要是上侏羅統(tǒng)遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組，鉆遇地層自上而下有中侏羅統(tǒng)涼高山組、沙溪廟組及下侏羅統(tǒng)自流井組等。上三疊統(tǒng)須家河組平行不整合于下伏的中三疊統(tǒng)雷口坡組及上覆的下侏羅統(tǒng)自流井組，根據(jù)巖性可將其自下而上劃分為須一—須六段，除須一段局部發(fā)育海陸交互相沉積外，其余各段均屬于陸相沉積。其中，須一、須三、須五段主要形成于水下分流間灣及濱、淺湖等環(huán)境，巖性主要為泥巖、灰黑色頁巖夾煤層，是須家河組主要的烴源巖及蓋層。而須二、須四、須六段沉積環(huán)境主要為水下分流河道和河口壩，巖性主要為灰白色中、細(xì)砂巖，是須家河組主要的儲(chǔ)集層及產(chǎn)層。蓬萊地區(qū)須二段現(xiàn)今埋藏深度約 2 400～3 000 m，厚度 160～240 m，總體為一形成于平緩構(gòu)造背景下局部裂縫發(fā)育的低孔低滲、非均質(zhì)性較強(qiáng)的砂巖儲(chǔ)層。

圖1 四川盆地構(gòu)造分帶及研究區(qū)位置

2 須二段儲(chǔ)層巖性巖相特征

2.1 沉積相特征

蓬萊地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組沉積時(shí)期位于前陸斜坡帶，物源主要位于東南方向，須二段發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積體系，沉積微相類型主要有水下分流河道、河口壩、水下分流間灣。水下分流河道形成的巖石巖性主要是灰白色中、細(xì)砂巖，測井剖面上自然伽馬曲線呈鐘形、箱形組合，砂體儲(chǔ)集物性通常下部較好、上部較差。河口壩主要由分選好、質(zhì)純凈的中細(xì)砂組成，是水下分流河道攜帶的沉積物受湖浪改造作用、在河口處形成的砂壩沉積。巖性主要為灰白色中、細(xì)砂巖，測井剖面上自然伽馬曲線呈漏斗形，砂體儲(chǔ)集物性通常是上部較好、下部較差。水下分流間灣砂體儲(chǔ)集物性較差。巖性主要為灰綠色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，自然伽馬值較高，曲線呈齒狀。

2.2 巖性巖相特征

根據(jù)巖心照片觀察、描述以及大量巖石薄片鑒定結(jié)果，須二段儲(chǔ)層巖性主要為長石巖屑質(zhì)石英砂巖，其次為長石質(zhì)巖屑砂巖、巖屑砂巖，部分層段含一定煤質(zhì)，另有部分層段為鈣質(zhì)膠結(jié)，形成鈣質(zhì)夾層。填隙物體積分?jǐn)?shù)較低且各薄片之間差異不大，基本在6.0%～8.0%，平均7.6%。其中，雜基體積分?jǐn)?shù)平均2.6%，主要是泥質(zhì)類型；膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均5.0%，類型較多，包括方解石、石英、伊利石和伊蒙混層。碎屑成分中的石英體積分?jǐn)?shù)主要分布在50%～70%，長石體積分?jǐn)?shù)在10%～20%，巖屑體積分?jǐn)?shù)20%～30%。

一般砂巖中成分成熟度可用穩(wěn)定組分體積分?jǐn)?shù)或穩(wěn)定與不穩(wěn)定組分之間的比值來定量描述，石英組分較穩(wěn)定，而長石和巖屑相對(duì)不穩(wěn)定，隨著搬運(yùn)距離增加，長石及巖屑體積分?jǐn)?shù)逐漸降低，石英體積分?jǐn)?shù)則相對(duì)升高。因此，可用石英組分與長石和碎屑組分體積分?jǐn)?shù)的比值（即石英/（巖屑-長石））來表示砂巖成分成熟度，該比值越大，砂巖的成分成熟度越高。但當(dāng)儲(chǔ)層中巖屑體積分?jǐn)?shù)比較高，且長石以相對(duì)穩(wěn)定的鉀長石、斜長石為主時(shí)，不同巖屑類型的抗風(fēng)化能力不同，長石的相對(duì)穩(wěn)定也會(huì)影響這一比值的變化，導(dǎo)致其不能準(zhǔn)確反映砂巖的成熟度。

蓬萊地區(qū)須二段巖屑體積分?jǐn)?shù)較高，且長石以較穩(wěn)定的鉀長石和斜長石為主，不穩(wěn)定的鈉長石體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，巖屑類型差異較大，導(dǎo)致用石英/（巖屑-長石）方法計(jì)算的成分成熟度不能準(zhǔn)確反映巖性變化，且各井之間可對(duì)比性差。因此，本文采用（（石英-長石）/巖屑）值——成分成熟度指數(shù)來刻畫儲(chǔ)層成分成熟度變化。由此計(jì)算的須二段儲(chǔ)層成分成熟度指數(shù)主要分布在2～4（見圖2），成分成熟度指數(shù)能在一定程度上反映儲(chǔ)層的物性變化，總體趨勢是成分成熟度越高，儲(chǔ)集物性越好。

圖2 須二段成分成熟度指數(shù)分布直方圖

結(jié)構(gòu)成熟度方面，須二段儲(chǔ)層粒度主要是中砂—細(xì)砂級(jí)別（0.10～0.50 mm）（見圖 3），顆粒分選性中等—好，磨圓度為次棱角狀—次圓狀，分選性和磨圓度在須二段范圍內(nèi)均差異不大。須二段儲(chǔ)層砂體經(jīng)歷一定的壓實(shí)作用，顆粒之間以點(diǎn)-線、線接觸為主，其中點(diǎn)-線接觸占50%。支撐類型為顆粒支撐型和雜基支撐型，膠結(jié)類型以孔隙式、鑲嵌式為主。

圖3 儲(chǔ)層粒度分布直方圖

以上分析結(jié)果表明，蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度均處于低到中等，反映出其較近物源、相對(duì)快速沉積的特征。

2.3 成分成熟度指數(shù)

在鑄體薄片資料齊全的條件下，文中采用的成分成熟度指數(shù)可直接利用薄片統(tǒng)計(jì)資料來計(jì)算。但是，由于取心井是有限的取心井段更加有限，所以為了獲得縱向上連續(xù)的成分成熟度指數(shù)值，必須要借助測井資料。

目前還沒有能直接計(jì)算石英、長石以及巖屑體積分?jǐn)?shù)的測井方法，但在實(shí)際統(tǒng)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，鑄體薄片中統(tǒng)計(jì)的石英、長石（包括鉀長石、斜長石）體積分?jǐn)?shù)總和，總是與相應(yīng)取心層段測井計(jì)算的巖石骨架體積分?jǐn)?shù)具有良好的相關(guān)性（見圖4），這主要是由于須二段總體為一低孔低滲儲(chǔ)層，孔隙度均小于10%，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)低，僅極少部分層段為泥巖。

圖4 （石英-長石）與測井計(jì)算巖石骨架體積分?jǐn)?shù)擬合關(guān)系

測井計(jì)算的骨架體積分?jǐn)?shù)中的砂質(zhì)體積分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)地質(zhì)上石英、長石及巖屑的體積分?jǐn)?shù)之和，即碎屑成分體積分?jǐn)?shù)。巖石骨架中石英體積分?jǐn)?shù)大都超過50%，長石體積分?jǐn)?shù)10%～20%，儲(chǔ)層密度變化主要決定于巖石骨架中的石英以及長石體積分?jǐn)?shù)之和，須二段部分層段雖因鈣質(zhì)膠結(jié)導(dǎo)致局部層段密度曲線呈現(xiàn)高值，但由于方解石膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)較少，不超過10%，因此，并沒有改變石英-長石體積分?jǐn)?shù)與密度之間的擬合關(guān)系。上述分析表明，通過統(tǒng)計(jì)可建立長石-石英體積分?jǐn)?shù)與骨架體積分?jǐn)?shù)之間的擬合關(guān)系，即可通過測井剖面中計(jì)算的巖石骨架體積分?jǐn)?shù)值求取須二段儲(chǔ)層巖石骨架中的石英-長石體積分?jǐn)?shù)之和。

鑄體薄片統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，將石英（包括燧石）、長石（鉀長石、斜長石）和巖屑（沉積巖碎屑、變質(zhì)巖碎屑、巖漿巖碎屑）作為陸源碎屑，統(tǒng)計(jì)其中石英-長石所占比例。陸源碎屑體積分?jǐn)?shù)減去上述計(jì)算出的石英-長石體積分?jǐn)?shù)就是巖屑體積分?jǐn)?shù)，即可按上述公式計(jì)算出成分成熟度指數(shù)。

利用測井資料計(jì)算時(shí)，首先計(jì)算出巖石骨架體積分?jǐn)?shù)以及骨架中的砂質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，然后利用擬合公式即可計(jì)算骨架中的石英-長石體積分?jǐn)?shù)：

式中：y為（石英-長石）體積分?jǐn)?shù)；x為測井計(jì)算的巖石骨架體積分?jǐn)?shù)。

巖屑體積分?jǐn)?shù)等于巖石骨架中的砂質(zhì)體積分?jǐn)?shù)減去（石英-長石）體積分?jǐn)?shù)，在測井剖面中分別計(jì)算出石英、長石、巖屑體積分?jǐn)?shù)值后，即可在縱向上連續(xù)計(jì)算成分成熟度指數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，須二段成熟度指數(shù)以2～4為主，與取心井段的鑄體薄片統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算結(jié)果一致，說明模型準(zhǔn)確可靠。

2.4 粒度中值

粒度中值是累積概率曲線上顆粒體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，能夠反映平均水動(dòng)力大小，并可以判斷來源物質(zhì)的原始大小［4］。須二段儲(chǔ)層分選性基本處于好—中等級(jí)別，粒度上中砂占據(jù)了50%以上，粒度中值基本能反映沉積物的粒度特征；不考慮其他因素，在須二段以中、細(xì)砂為主且分選較好的前提下，巖石粒度中值越大，儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性越好；因此，結(jié)構(gòu)成熟度對(duì)須二段儲(chǔ)層巖性巖相的影響主要體現(xiàn)在粒度上，并以粒度中值這一參數(shù)來定量表示，而對(duì)于分選系數(shù)或者磨圓度等則不作重點(diǎn)考慮。

粒度中值可由據(jù)篩析記錄繪制的粒度累積概率曲線獲得，受條件限制，本文采用測井方法計(jì)算［20］。前人研究結(jié)果表明，自然伽馬曲線及自然電位曲線均可以用來計(jì)算巖石顆粒的粒度中值［20-23］，其中，自然伽馬曲線與巖石顆粒的粒度中值相關(guān)性最好，通過自然伽馬測井曲線可較精確地計(jì)算粒度中值，經(jīng)典算法為［23］

其中

式中：Md為粒度中值，mm；c0，c1為通過統(tǒng)計(jì)獲得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；ΔGR為自然伽馬相對(duì)值，API；GR為自然伽馬讀數(shù)，API；GRmax，GRmin分別為自然伽馬最大、 最小值，API。

本文以取心薄片資料為依據(jù)，通過巖石顆粒粒度中值與自然伽馬值統(tǒng)計(jì)關(guān)系及回歸分析，建立的用測井曲線計(jì)算粒度中值的回歸公式為

計(jì)算結(jié)果表明，須二段儲(chǔ)層粒度中值0.12～0.24 mm，這符合須二段儲(chǔ)層以中砂、細(xì)砂為主的粒度特征，泥巖層段自然伽馬值一般大于100 API，計(jì)算出的粒度中值為 0.05～0.09 mm。

3 巖性巖相劃分及定量表征

區(qū)域研究表明，細(xì)砂巖粒度中值一般為0.12～0.16 mm，中砂巖一般為0.16～0.24 mm，而泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖粒度中值一般為0.03～0.09 mm，因此在沉積微相劃分的基礎(chǔ)上，利用測井計(jì)算的粒度中值即可確定巖性巖相類型。分類結(jié)果表明，須二段儲(chǔ)層巖性巖相類型有：河口壩中、細(xì)砂巖相，水下分流河道中、細(xì)砂巖相，水下分流間灣泥巖相。

成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度能較好地指示巖性巖相變化。本文基于工區(qū)的地質(zhì)特征，選定成分成熟度指數(shù)來定量描述須二段儲(chǔ)層成分成熟度變化，采用粒度中值來表征儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度變化。綜合考慮成分成熟度指數(shù)、粒度中值對(duì)巖性巖相的控制作用，采用二者的乘積作為定量刻畫巖性巖相變化的指標(biāo)，這里稱之為巖性巖相系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果表明，須二段儲(chǔ)層巖性巖相系數(shù)大致為0.1～1.8，水下分流河道砂體下部以及河口壩砂體上部一般具有較高的巖性巖相系數(shù)值，而這二者對(duì)應(yīng)的物性通常也是相對(duì)較好的地方。因此，巖性巖相系數(shù)值與儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)關(guān)系，一般巖性巖相系數(shù)值越高，儲(chǔ)層物性越好。

4 應(yīng)用

單一的巖性或者巖相類型均無法實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)集物性的控制，而巖性巖相不僅反映了巖石的沉積環(huán)境、沉積水動(dòng)力的變化，也考慮了巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，更重要的是由于充分考慮了影響巖石儲(chǔ)集物性的成分成熟度以及結(jié)構(gòu)成熟度，可在一定程度上指示儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性的變化。不同巖性巖相的儲(chǔ)集層形成于不同的水動(dòng)力環(huán)境，其巖石組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征［24］的差異控制了埋藏后成巖作用的類型，進(jìn)而控制了儲(chǔ)層物性。所以通過巖性巖相的研究，可為后期優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)試氣資料，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的巖性巖相系數(shù)均表現(xiàn)為高值，這主要是由于巖石成分成熟度越高、粒度越大，石英等穩(wěn)定抗壓實(shí)能力較強(qiáng)顆粒的含量越高，對(duì)儲(chǔ)層原生孔隙的保存越有利。

綜上所述，如不考慮成巖及其后生作用的影響，在大的構(gòu)造、沉積背景下，以巖性油氣藏為主的須二段氣藏巖性巖相對(duì)儲(chǔ)層油氣聚集具有一定的控制作用，含油氣有利層段一般形成于具有較高成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度的巖性巖相帶。微觀上，巖性巖相類型通過影響沉積后期成巖作用、成巖相帶的分布控制著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體縱向與平面上的分布。

5 結(jié)論

1）巖性巖相既反映現(xiàn)今的巖石組合面貌，又體現(xiàn)一定的沉積環(huán)境，是對(duì)沉積微相的進(jìn)一步細(xì)分和量化。

2）巖性巖相控制著油氣的聚集和富集，表現(xiàn)為巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度越高，對(duì)于油氣的聚集越有利。

3）蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層發(fā)育水下分流河道及河口壩等3種微相，巖性主要為灰白色長石巖屑質(zhì)石英砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖、巖屑砂巖，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均處于低—中等。

4）選取成分成熟度指數(shù)及粒度中值來分別表征須二段儲(chǔ)層成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度的變化，總體趨勢是成分成熟度越高、粒度中值越大，儲(chǔ)集物性越好。

5）須二段儲(chǔ)層巖性巖相類型主要有河口壩中、細(xì)砂巖相，水下分流河道中、細(xì)砂巖相，水下分流間灣泥巖相5種。水下分流河道微相砂體下部以及河口壩微相砂體上部一般具有較高的巖性巖相系數(shù)值，通常也是儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性最好的地方。

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