川西前陸盆地南段須二段有利成巖相研究

曾 琪 馬華靈 王旭麗 李榮容 李 梅 李秀華 夏文杰

（1.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059）

0 引言

前人對(duì)川西地區(qū)須家河組的研究成果較為豐富，且多集中于儲(chǔ)層特征、成巖作用、構(gòu)造演化、沉積體系等方面［1-4］，對(duì)川西前陸盆地南段須家河組二段成巖相的研究則相對(duì)較少［5-6］。鄒才能等認(rèn)為成巖相是沉積物在沉積—成巖環(huán)境中的物質(zhì)表現(xiàn)，其核心內(nèi)容是現(xiàn)今的礦物成分和組構(gòu)面貌，是表征儲(chǔ)集體性質(zhì)、類型和優(yōu)劣的成因性標(biāo)志［7］。成巖相作為一種儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)的新方法［6］510，可以揭示陸源碎屑沉積物從沉積到成巖直至變質(zhì)之前所經(jīng)歷的成巖演化歷程，以及整個(gè)成巖過(guò)程中孔隙水物化性質(zhì)的演化歷史等，并最終影響優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育和展布。為此，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，利用薄片、物性及巖心等資料開(kāi)展有利成巖相研究，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的時(shí)空分布、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供重要的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

川西盆地被認(rèn)為是一個(gè)晚三疊時(shí)期由于松潘—甘孜海盆封閉產(chǎn)生的周緣前陸盆地［8］，即川西前陸盆地。研究區(qū)主體處在川西前陸盆地南段，西與龍門山推覆構(gòu)造帶相接，東到龍泉山，北起大邑，南抵華頭嘴、三蘇場(chǎng)構(gòu)造。須家河組二段為區(qū)內(nèi)天然氣的重點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)層位［9］，主要發(fā)育三角洲水下分流河道微相［10］。

2 儲(chǔ)層基本特征

須家河組二段沉積厚度約為50～400 m，具北厚南薄的特征。巖石類型為灰白、淺灰色細(xì)、中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑石英砂巖夾不穩(wěn)定薄層泥頁(yè)巖。碎屑顆粒分選較好、磨圓中等、點(diǎn)線接觸。碎屑組分石英含量約為50%～70%，石英顆粒主要為單晶石英，另有少量燧石；長(zhǎng)石含量約占碎屑總量的13%～19%，以鉀長(zhǎng)石為主，少量斜長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石，黏土化現(xiàn)象普遍，個(gè)別可見(jiàn)方解石化；巖屑含量為10%～30%，其成分以沉積巖屑和變質(zhì)巖屑為主，少量火山巖屑；雜基含量為1%～14%，主要為黏土礦物伊利石，次為綠泥石；膠結(jié)物以硅質(zhì)和方解石為主，其中硅質(zhì)多以加大邊的形式出現(xiàn)，含量一般為1%～12%，少數(shù)呈自生石英形式充填于孔隙中；方解石膠結(jié)物平均含量為4.16%，個(gè)別樣品或?qū)佣畏浇馐靠蛇_(dá)20%以上，呈基底式連晶膠結(jié)，推測(cè)其形成時(shí)間較早，在沉積物嚴(yán)重壓實(shí)之前已完成顆粒膠結(jié)。

區(qū)內(nèi)砂巖儲(chǔ)層在埋藏成巖過(guò)程中，原生孔隙幾乎消失殆盡，現(xiàn)今儲(chǔ)集空間為成巖、構(gòu)造等綜合作用的結(jié)果，主要有粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間微孔及微裂縫。據(jù)常規(guī)物性分析，孔隙度介于0.36%～9.64%，平均為3.55%，主頻分布在2%～5%；滲透率主頻分布在0.001～0.01 mD，平均滲透率為0.054 5 mD，屬特低孔滲致密砂巖儲(chǔ)層。

3 成巖相劃分

目前對(duì)成巖相沒(méi)有統(tǒng)一的分類和命名方案，筆者以碎屑巖中填隙物成分及成巖作用類型命名。通過(guò)對(duì)P2井等18口井2 949塊薄片的鑒定，將區(qū)內(nèi)須家河組二段劃分為5大類成巖相組合和13個(gè)成巖相類型。

3.1 環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相組合

除蓮花山、張家坪外，該成巖相組合在區(qū)內(nèi)廣泛分布，多發(fā)育于粗、中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖中，可進(jìn)一步細(xì)分為泥基—環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相、環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相及環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)膠結(jié)—剩余原生孔成巖相3種類型，以前兩者較為常見(jiàn)。

泥基—環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相（圖1a）形成于三角洲平原河道、河口壩及前緣分流河道沉積環(huán)境。泥基含量一般為1%～8%，以伊利石較為常見(jiàn)；綠泥石多以環(huán)邊膠結(jié)方式產(chǎn)出，綠泥石膜厚約0.01～0.02 mm，含量為2%～6%，形成于偏堿性環(huán)境，在后期酸性水作用下發(fā)生不同程度的溶蝕，部分環(huán)邊綠泥石僅有殘跡或臟線；第三期硅質(zhì)膠結(jié)多以石英加大邊方式產(chǎn)出，硅質(zhì)含量為4%～12%，在長(zhǎng)石、巖屑、云母粒緣則呈晶粒石英產(chǎn)出；局部見(jiàn)含鐵方解石、含鐵白云石充填，或二者共同充填（以這種類型居多），含鐵碳酸鹽含量為0～9%。在早期酸性水及晚期有機(jī)酸作用下，長(zhǎng)石、泥板巖屑、黏土雜基、環(huán)邊綠泥石等經(jīng)溶蝕，形成粒內(nèi)、粒間溶孔及晶間微孔等（圖1b、1c），面孔率之和為2%～10%，溶蝕強(qiáng)度總體屬弱偏中等。若缺乏雜基充填，則形成環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相。若膠結(jié)致密，則無(wú)溶蝕成巖相（圖1d）。個(gè)別井段未見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)，形成環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)膠結(jié)—剩余原生孔成巖相或環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)膠結(jié)成巖相（圖1e），屬該成巖相組合中的特殊成巖相。

圖1 川西前陸盆地南段須家河組二段成巖相顯微特征圖

3.2 硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相組合

此成巖相組合缺乏綠泥石環(huán)邊膠結(jié)，以硅質(zhì)膠結(jié)較為常見(jiàn)，主要分布在蓮花山—張家坪一帶，巖性以細(xì)、中粒長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，可細(xì)分為以下5種成巖相類型。

3.2.1 泥基—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相

該成巖相主要形成于三角洲平原河道中上部、前緣分流河道底部及河口壩局部位置，是蓮花山—張家坪一帶較為常見(jiàn)的成巖相類型。第一世代為泥基充填，含量為3%～14%；第二世代為硅質(zhì)膠結(jié)物膠結(jié)，含量一般為1%～5%；在成巖中后期發(fā)生第三期膠結(jié)，即碳酸鹽膠結(jié)，以含鐵白云石較為常見(jiàn)，含量為1%～4%，個(gè)別可達(dá)7%，局部可見(jiàn)少量含鐵方解石。在蓮花山—張家坪一帶常見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)物、黏土雜基、長(zhǎng)石及酸性噴出巖巖屑被溶蝕，且溶蝕作用較強(qiáng)，孔隙類型以粒間溶孔、晶間微孔為主，次為粒內(nèi)溶孔，偶見(jiàn)殘余原生孔，各類孔隙面孔率之和為5%～13%（圖1f）。

3.2.2 硅質(zhì)—瀝青—碳酸鹽膠結(jié)成巖相

根據(jù)薄片鑒定，瀝青在蓮花山—張家坪地區(qū)的含量、規(guī)模均大于川西南部其他地區(qū)，常充注于第一期硅質(zhì)膠結(jié)物形成之后的殘余原生粒間孔隙（圖1g）、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及晶間微孔中，其含量一般為0.5%～9%。根據(jù)物性資料統(tǒng)計(jì)，瀝青對(duì)儲(chǔ)層的滲透率影響較大，含瀝青的深色砂巖滲透率均小于0.01 mD，平均滲透率為0.000 600 5 mD，不含瀝青的淺色砂巖平均滲透率為0.010 649 mD，二者相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。部分未被瀝青充注的粒間孔隙則被含鐵方解石、含鐵白云石充填，形成硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)成巖相（圖1h）。在硅質(zhì)膠結(jié)較發(fā)育的巖石中偶見(jiàn)孤立分布的剩余原生粒間孔，面孔率約為0.5%～1%，形成特有的硅質(zhì)膠結(jié)—剩余原生粒間孔成巖相（圖1i），屬該成巖相組合中的特殊成巖相。

3.2.3 硅質(zhì)、高嶺石—瀝青—碳酸鹽膠結(jié)成巖相

該成巖相最大的特點(diǎn)是硅質(zhì)加大邊形成之后有高嶺石沉淀或晶粒石英與高嶺石同時(shí)沉淀，形成硅質(zhì)、高嶺石填隙物。高嶺石晶形較好，呈書頁(yè)狀或蠕蟲狀，但含量低，常見(jiàn)含鐵方解石、含鐵白云石交代高嶺石現(xiàn)象。剩余粒間孔隙、高嶺石晶間微孔隙多被瀝青充注（圖1j）。該成巖亞相僅分布在L1井局部井段內(nèi)，屬特殊成巖相。

3.3 碳酸鹽膠結(jié)成巖相組合

此成巖相組合在全區(qū)均有分布，縱向上主要分布在須家河組二段中部，頻繁呈夾層產(chǎn)出，厚度為0.5～2 m，多形成于分流河道側(cè)翼等環(huán)境，巖性以中、細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主?？煞譃榉浇馐z結(jié)成巖相（圖1k）和白云石膠結(jié)成巖相（圖1l），以前者最為常見(jiàn)，方解石含量高達(dá)18%～28%，多呈基底式膠結(jié)。在方解石膠結(jié)物內(nèi)部不具世代性，重結(jié)晶強(qiáng)，可形成連晶膠結(jié)。砂巖中孔隙空間被碳酸鹽膠結(jié)物全充填，屬破壞性成巖作用，不利于儲(chǔ)集空間的保存。

3.4 黏土雜基充填成巖相組合

黏土雜基充填成巖相組合在全區(qū)均有分布，多形成于分流河道間灣、側(cè)翼邊灘部等能量較低的環(huán)境中，巖性以細(xì)粒巖屑砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主。填隙物主要為水云母或綠泥石，含量為10%～14%，個(gè)別可達(dá)14%以上，孔隙欠發(fā)育，形成雜砂巖特有的雜基支撐成巖相（圖1m、1n）。

3.5 壓實(shí)—壓溶成巖相

機(jī)械壓實(shí)作用是使孔隙體積縮小、孔隙度不斷降低的一種作用，不利于儲(chǔ)層發(fā)育。全區(qū)砂巖壓實(shí)強(qiáng)度中—強(qiáng)，在巖石學(xué)特征上表現(xiàn)為塑性顆粒被擠壓成填隙狀充填于顆粒之間、碎屑顆粒被壓裂等。隨著顆粒間有效應(yīng)力不斷增加，使顆粒間接觸關(guān)系由點(diǎn)接觸→線接觸→凹凸接觸→縫合接觸，最終形成壓溶型無(wú)膠結(jié)物式膠結(jié)類型，致使粒間孔隙完全消失。

4 有利與不利成巖相劃分

4.1 有利與不利成巖相劃分

成巖相研究最終要落實(shí)到儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的評(píng)估上。結(jié)合巖心物性分析，不僅不同成巖相之間儲(chǔ)層物性有明顯差別，而且同一成巖相中儲(chǔ)層物性差別也較大。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在泥基—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相、泥基—環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相中既有物性條件較好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，也有物性條件較差的非儲(chǔ)層。以P2井須家河組二段泥基—環(huán)邊綠泥石—硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相為例，該成巖相共計(jì)284個(gè)物性樣品，孔隙度最大為6.76%，最小為1.12%，兩者相差近6倍。滲透率最大為8.06 mD，最小為0.001 27 mD，兩者相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)比分析認(rèn)為，同一成巖相中雖然主要成巖作用類型相同，但成巖作用強(qiáng)度、礦物成分及含量、沉積環(huán)境、溫度、壓力、埋深等條件并不一致，致使現(xiàn)今保留下來(lái)的儲(chǔ)集空間、粒間填隙物含量等各不相同，這是同一成巖相中物性差異較大的主要原因。因此，不能簡(jiǎn)單地將某類成巖相劃為有利或不利成巖相。

鑒于本區(qū)實(shí)際情況，筆者根據(jù)面孔率、粒間填隙物成分及含量并結(jié)合物性等資料，提出如下標(biāo)準(zhǔn)作為劃分有利與不利成巖相的依據(jù)：① 在普通巖石薄片鑒定中面孔率之和大于3%的砂巖成巖相類型、鑄體薄片鑒定中面孔率在4%以上的成巖相類型以及砂巖實(shí)測(cè)孔隙度值大于3%的成巖相類型，均為有利成巖相。② 由于強(qiáng)烈的壓實(shí)、壓溶作用和膠結(jié)作用不利于有效孔隙的形成和保存，故雜基含量在5%以上、瀝青含量在3%以上，硅質(zhì)膠結(jié)物含量在10%以上的成巖相類型，以及碳酸鹽膠結(jié)成巖相、壓實(shí) — 壓溶成巖相均屬不利成巖相。

4.2 成巖相與物性的關(guān)系

根據(jù)P2井448個(gè)物性樣品分析（圖2），有利與不利成巖相平均孔隙度分別為4.05%、2.15%，成巖相與物性符合率在89%以上。因此前述劃分方案較為合理，其劃分結(jié)果能在一定程度上反映儲(chǔ)層儲(chǔ)集性好壞，將其作為儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的鑒別標(biāo)志之一，具有較高的可信性、可行性。

5 有利儲(chǔ)集相帶展布

考慮到微裂縫對(duì)改善致密砂巖儲(chǔ)層孔滲性、提高單井產(chǎn)能具有十分重要的作用，筆者以成巖相為基礎(chǔ)，結(jié)合儲(chǔ)層和裂縫發(fā)育程度等地質(zhì)因素，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集相帶展布范圍（圖3），將區(qū)內(nèi)須家河組二段儲(chǔ)層劃分為3類，Ⅰ類儲(chǔ)層位于邛崍—蒲江—雅安一帶，以有利成巖相為主，構(gòu)造破裂縫發(fā)育，取心裂縫線密度大于2條／m，發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層且靠近烴源；Ⅱ類儲(chǔ)層位于大邑—寶興以及邛崍—蒲江—新津一帶，以有利成巖相為主，裂縫線密度多小于2條／m，為較好儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)；Ⅲ類儲(chǔ)層位于雅安—洪雅以及龍泉山一帶，以不利成巖相為主，砂巖膠結(jié)作用強(qiáng)，溶蝕作用弱，不利于形成高品質(zhì)儲(chǔ)層。

圖3 川西前陸盆地南段須家河組二段儲(chǔ)層分類圖

6 結(jié)論

1）根據(jù)川西前陸盆地南段須家河組二段碎屑巖填隙物成分及成巖作用類型，劃分出5大類13個(gè)成巖相。蓮花山—張家坪一帶未見(jiàn)綠泥石膠結(jié)，形成其特有的硅質(zhì)—碳酸鹽膠結(jié)—溶蝕成巖相。

2）為能更加準(zhǔn)確地識(shí)別儲(chǔ)層，需綜合分析面孔率、粒間填隙物成分及含量、成巖作用類型及強(qiáng)度、物性等資料，并建立它們與成巖相之間的關(guān)系，進(jìn)而劃分出有利與不利成巖相，以此結(jié)果區(qū)分儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層才具有較高的可信性。

3）根據(jù)有利成巖相及裂縫發(fā)育情況，將該區(qū)儲(chǔ)層劃分為3類，Ⅰ類儲(chǔ)層位于邛崍—蒲江—雅安一帶，具備優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)，且靠近烴源；Ⅱ類儲(chǔ)層位于大邑—寶興以及邛崍—蒲江—新津一帶，為較好儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)；Ⅲ類儲(chǔ)層位于雅安—洪雅以及龍泉山一帶，以不利成巖相為主，不利于形成高品質(zhì)儲(chǔ)層。劃分結(jié)果與勘探實(shí)踐基本吻合。

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