川西坳陷沙溪廟組砂體特征與連通性評價
——以平落壩構造為例

劉柏，李洪林，辛榮躍，鄭超，謝格云，唐明,吳東勝，潘仁芳

1.中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621709 2.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100

油氣二次運移通道主要由滲透性巖體、斷層和不整合構成。滲透性砂巖是碎屑巖中最基本的滲流空間，砂巖輸導體常構成油氣側向運移通道，其輸導性能與巖性巖相有著密切的關系，受構造背景、沉積環(huán)境和成巖環(huán)境的控制[1-3]。幾何連通性是砂體在三維空間的接觸關系，可用砂巖體間幾何連通概率模型來表征，當砂地比低于某個閾值時砂體之間基本不連通。流體動力學連通性則是指砂巖體在油氣運移期是否發(fā)生過流體流動[4，5]。盆地尺度的砂巖輸導體研究應根據特定研究區(qū)的地質特征，劃分并確定具有流體相對獨立性的輸導層，分析砂體幾何連通性和流體動力學連通性，綜合評價和量化表征砂巖集合體的輸導性能[6-8]。沙溪廟組是川西坳陷的重要勘探層系且已發(fā)現多個氣藏，三角洲前緣的水下分流河道及河口壩砂體縱橫向上變化大，非均質性強，對天然氣運聚成藏有著重要的控制作用[9，10]。筆者應用平落壩構造沙溪廟組的砂地比、沉積相、物性和含油氣性等參數，開展儲層砂體特征及連通性的分析和空間分布評價，探討砂體連通性對天然氣運聚的影響，為川西坳陷沙溪廟組的天然氣勘探提供地質依據。

1 地質概況

四川盆地位于古揚子板塊的西緣，是上揚子克拉通基礎上發(fā)展起來的構造復合改造型疊合盆地，經歷了震旦紀至中三疊世拉張背景下的差異升降和被動大陸邊緣階段、晚三疊世至今擠壓背景下的沖斷隆升和前陸盆地階段。川西坳陷是印支期以來龍門山擠壓推覆所形成的前陸盆地，呈平行于龍門山造山帶的西陡東緩的不對稱箕狀形態(tài)[11，12]。平落壩構造處于川西坳陷南部前陸逆沖推覆帶與前陸盆地之間的區(qū)域，主體構造為北東走向的長軸背斜，平面上呈西南端略窄而東北端稍寬的梯形。區(qū)內發(fā)育多條近南北向和北東向斷裂，規(guī)模較大的斷層常貫穿所有層位并控制著構造形跡和規(guī)模(見圖1)。

圖1 川西坳陷構造樣式圖(據馬如輝，2009)Fig.1 Tectonic pattern of Western Sichuan Depression(According to MA R H，2009)

川西坳陷以海相碳酸鹽巖為沉積基底，其上充填的上三疊統至始新統總厚逾萬米，盆地西部的上三疊統下部馬鞍塘組和小塘子組為海相或海陸過渡相沉積，其上地層包括上三疊統馬鞍塘組、小塘子組和須家河組，下侏羅統白田壩組，中侏羅統千佛巖組和沙溪廟組，上侏羅統遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組，白堊系和新近系均為陸相地層。其中，沙溪廟組為一套厚度700～800m的砂泥巖頻繁不等厚互層沉積，由灰色、灰紫色厚層至塊狀粗-細粒砂巖、粉砂巖、泥巖組成的數個不等厚韻律層構成[13]。根據野外露頭剖面、鉆井巖性和電測曲線所揭示的地層巖性旋回特征，可將沙溪廟組劃分為5個沉積旋回或層段(沙Ⅰ段～沙Ⅴ段)，單個旋回下部一般為灰綠色厚層砂巖夾紫紅-灰綠色泥巖或砂巖與泥巖略等厚互層，向上逐漸過渡為大段紫紅色泥巖夾少量薄-中層淺灰綠色砂巖，由下向上砂巖厚度減薄且粒度變細，泥巖厚度增加。

沙溪廟組主要發(fā)育沖積扇、河流、三角洲和湖泊等4類沉積相，砂體縱向多層疊置，總體上具由淺變深再變淺的連續(xù)沉積演化特點。儲層主要為河流相及河湖交替環(huán)境下的砂泥巖互層沉積，以砂泥巖互層組合為主，由龍門山前向盆內礫石體積分數明顯減少，砂巖體積分數逐步降低，盆地中心部位發(fā)育灰綠、深灰色泥巖。

平落壩構造沙溪廟組氣層垂向上主要分布在沙Ⅱ段和沙Ⅲ段。平面上，沙Ⅱ段以氣層和含氣水層為主，主要分布于平落②號和平落④號斷層之間的背斜高部位。沙Ⅲ段則以氣層為主，分布于平落8井、平落4井、平落5井和平落12井之間。

2 砂體特征與連通性評價

2.1 砂體特征

平落壩構造沙溪廟組主要發(fā)育三角洲前緣亞相的水下分流河道和河口壩沉積，總體表現為多層薄砂體且縱橫向分布不夠穩(wěn)定。分段統計砂巖累計厚度最大40～60m，最小20～30m；砂地比最大30%～60%，最小10%～20%。如沙Ⅱ段砂厚20～50m,砂地比20%～40%(見圖2)。

圖2 平落壩構造沙Ⅱ段砂厚和砂地比等值線圖Fig.2 Isopleth map of sand thickness and sand-strata ratios in Sha Ⅱ Member of Pingluoba structure

沙溪廟組砂巖主要為巖屑長石砂巖和長石砂巖，次為長石巖屑砂巖及巖屑砂巖(見圖3)。長石以正長石為主，體積分數變化范圍大，為3%～55%。巖屑體積分數一般為5%～15%，以沉積巖巖屑為主，少量噴出巖及變質巖巖屑。膠結物主要為碳酸鹽，體積分數一般為5%～15%，次為綠泥石，體積分數為1%～5%；部分砂巖段見自生高嶺石和硅質膠結，體積分數為0.1%～4%；雜基主要為水云母，體積分數為1%～5%。顆粒分選較好，以次棱角狀為主，粒度以細-中粒為主。

沙溪廟組砂巖孔隙度最大13.24%，最小0.28%，平均5.29%；滲透率最大14.8mD，最小0.00287mD，平均0.023mD，主體分布于0.0001～0.1mD之間(見圖4)。較高的巖屑和碳酸鹽膠結物含量則導致孔隙不發(fā)育，進而影響儲層物性，平面上表現為砂巖物性與沉積微相展布一致(見圖5)。

砂巖儲集空間以粒間溶孔為主(65.5%～84.0%)，次為粒內溶孔(13.3%～31.5%)，并見少量雜基微孔(2.7%～3.8%)，微裂縫不發(fā)育。儲層孔隙結構較差，面孔率小且孔隙配伍參數值低，具有排驅壓力高和中值壓力高、孔隙喉道與連通有效孔隙體積小的“兩高兩小”特征。毛細管曲線上表現為高孔、細喉、歪度偏于細喉一邊，但分選較好。據取心井巖心裂縫觀察，裂縫類型以高角度縫為主，其中傾角大于85°的垂直縫和傾角為45°～85°的高角度斜交縫均為無充填的張開縫，低角度斜交縫多為方解石半充填，部分砂體發(fā)育的裂縫可改善其滲透性。

綜上，該區(qū)沙溪廟組屬多層組、多砂體、縱橫向分布不夠穩(wěn)定的裂縫-孔隙型儲層?？傮w上表現為低孔、低滲、小孔喉、非均質性強、物性較差。粒間孔及粒內溶孔是儲集天然氣的主要空間，裂縫改善了儲層的滲流特征。

2.2 砂體連通性評價

砂體之間連通的必要條件是在三維空間上的相互疊置或連接，可用砂地比在剖面上判定砂體連通程度[14]。存在一個砂地比閾值，低于該閾值時砂體之間相互孤立且基本不連通，隨著砂地比的增大，砂體之間開始相互疊置、截切而形成連通性砂體群，因此，砂地比達到閾值時就會有砂體連通從而形成輸導體[15，16]。空間上幾何連通的砂體能否成為油氣運移通道受孔隙度、滲透率等儲層物性參數的非均質性影響，砂體中是否發(fā)生過天然氣運聚過程可用氣測錄井和試氣成果等數據來判定[17]。

羅曉容等[18]提出利用常規(guī)物性參數進行砂體連通性的量化評價和表征方法：根據蓋層展布確定砂體輸導性能評價的地層基本單元，應用地層單元的沉積相模型及砂巖等厚圖、砂地比分布圖等資料評價砂體的幾何連通性，應用古今流體指標分析砂體的流體連通特征并修正幾何連通模型，最終應用儲層物性參數量化表征和描述砂體的輸導性能。通過對東營凹陷牛莊洼陷王家崗油田沙河街組的研究，建立了利用砂地比判別砂體連通性的數學關系模型。由于盆地構造與沉積地質條件的千差萬別，不同地區(qū)的砂體沉積類型、發(fā)育規(guī)模、展布形態(tài)、儲層物性以及非均質性等特征有著很大差異，砂體連通性評價難以套用已有標準。參考以上研究方法，筆者通過對研究區(qū)現有勘探成果及資料的統計和分析，確定砂體連通性評價標準，應用沉積相、砂巖厚度、砂地比、儲層物性等參數開展砂體連通性的平面綜合評價。

2.2.1 評價單元確定

沙溪廟組依據沉積旋回可分為5個層段，單個旋回從下向上由砂巖逐漸變?yōu)槟鄮r沉積為主，厚度較大的泥巖可構成該區(qū)廣泛分布的區(qū)域蓋層。因此，以地層段(沙Ⅰ段～沙Ⅴ段)為砂體連通性評價單元。

2.2.2 砂體連通性評價標準

筆者應用測井解釋、氣測錄井和試氣成果等數據確定砂層的含氣性，將鉆遇砂層分為含氣和不含氣兩類，進而標定沙溪廟組沙Ⅰ段～沙Ⅴ段砂體為含氣或不含氣：含氣意味著砂體是連通的且發(fā)生了天然氣的運移和聚集；不含氣則意味著砂體不連通，天然氣無法通過其發(fā)生運移，如砂體被泥巖所分隔導致不接觸，或致密砂巖物性太差導致流體無法流動。

提取鉆遇沙溪廟組砂巖孔隙度和分段砂地比等參數，分別統計含氣段和不含氣段各參數值的分布頻率(見圖6)，發(fā)現砂體連通的含氣段砂地比分布于10%～70%，主體區(qū)間為20%～40%?？紫抖确植加?%～14%，主體區(qū)間為4%～8%。不含氣段砂地比分布于10%～30%，孔隙度主體區(qū)間為1%～4%。因此，取含氣段各參數主體區(qū)間最低值作為閾值建立評價標準：砂地比≥20%、孔隙度≥4%的含氣段發(fā)育連通性砂體，砂體相互接觸且發(fā)生了天然氣的運移和聚集;砂地比<20%、孔隙度<4%的不含氣段則為不連通砂體。

圖6 沙溪廟組砂巖孔隙度和砂地比頻率直方圖Fig.6 Distribution frequency of porosity and sand-strata ratio of Shaximiao Formation

2.2.3 綜合評價

在分析砂體沉積類型和縱橫向接觸關系的基礎上，應用沙Ⅰ段～沙Ⅴ段的砂巖等厚圖和砂地比等值線圖對砂體幾何連通性進行平面評價。應用孔隙度等值線圖描述砂體的平面非均質性，結合各層段鉆井顯示和試氣成果開展流體連通性分析，修正砂體幾何連通性模型并獲得綜合連通性評價成果。依據上述標準所確定的砂體連通性評價參數和閾值，確定各層段連通性砂體的平面分布。如沙Ⅱ段連通性砂體分布較為廣泛，由北往南呈舌狀延伸至平落16井-平落6井-平落17井一線，主河道沿平落3井-平淺11井-平落4井-平落8井-平落10井呈北東-南西向展布(見圖7)。

圖7 平落壩構造沙Ⅱ段連通性砂體分布平面圖Fig.7 Distribution map of connected sand bodies in Sha Ⅱ Member of Pingluoba structure

3 連通性砂體對天然氣運聚的控制

平落壩構造溝通烴源巖與儲集層的烴源斷層為北東走向的F1、F2和F3斷層， F1、F3斷層傾向北西，F2斷層傾向南東。其中，與F1斷層面接觸的為沙Ⅱ段(J2s-Ⅱ)砂體，F2斷層面接觸的砂體主要分布于沙Ⅱ段(J2s-Ⅱ)和沙Ⅲ段(J2s-Ⅲ)砂體，F3斷層面接觸的砂體則分布于沙Ⅲ段(J2s-Ⅲ)和沙Ⅳ段(J2s-Ⅳ)。以沙Ⅱ段為例，在連通性砂體與斷層接觸部位，由須家河組(T3x)烴源巖生排烴進入斷層[19]并垂向運移的天然氣可發(fā)生側向分配，經砂體橫向運移并聚集成藏。反之，不連通砂體中則不可能發(fā)生天然氣的運聚和成藏。連通性砂體與斷層的斷砂匹配構成了天然氣的輸導格架和運聚通道(見圖8)。

圖8 平落壩構造沙溪廟組天然氣成藏演化剖面圖Fig.8 Natural gas accumulation evolution profile of Shaximiao Formation in Pingluoba structure

平落壩構造沙溪廟組天然氣經歷了兩期運移和調整過程。燕山末期烴源巖大量排烴沿斷層垂向運移，天然氣以斷層為起始點進入沙溪廟組連通性砂體并向上傾方向側向運聚。喜山期構造運動改造燕山末期古氣藏，天然氣以連通性砂體為通道，向構造高部位調整運移和聚集成藏(見圖8)。筆者應用古構造恢復方法構建成藏期(燕山末)運移動力模型，依據現今構造構建喜山期運移動力模型，基于砂體連通性評價成果構建輸導格架模型，總結烴源巖評價和儲蓋組合研究成果并構建烴源巖供烴模型,以GIS為信息集成平臺，綜合運移動力、輸導體系、烴源巖分布等參數，應用空間數據分析技術預測天然氣優(yōu)勢運移路徑分布。結果表明,沙Ⅱ段運移最終指向為平落壩構造背斜軸部，在連通性砂體分布區(qū)形成了平落1井東、平落10井-平落8井區(qū)、平淺16井-平淺17井區(qū)等3個運移的匯聚點。沙溪廟組天然氣的運聚和調整是以連通性砂體為輸導體系,向構造高點運移和聚集，因而氣層多位于連通性砂體分布區(qū)，不連通區(qū)域油氣顯示較差(見圖7)。

4 結論

1)平落壩構造沙溪廟組發(fā)育三角洲沉積的水下分流河道和河口壩砂體，依據沉積旋回可劃分為5個層段并作為砂體連通性評價的基本單元。

2)基于砂巖儲層特征和疊置關系的分析，通過統計與分析砂巖沉積相、物性和含氣性等相關的參數，可建立砂體連通性評價標準并確定參數閾值，進而綜合應用多項參數資料對砂體連通性進行平面評價，確定連通性砂體的空間展布范圍。

3)連通性砂體構成了天然氣運移的淺層輸導格架，控制了天然氣沿斷層垂向運移后的側向分配，也影響天然氣在構造淺層沙溪廟組中的側向運聚和后期調整。