中國陸相湖盆細粒沉積巖巖石學(xué)特征及成巖演化表征
——以四川盆地元壩地區(qū)下侏羅統(tǒng)大安寨段為例

朱毅秀，金振奎，金 科，郭芪恒，王 歡，呂 品，王昕堯，師 源

[1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；3.中國石油 遼河油田公司 勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010]

目前非常規(guī)的致密油和頁巖油氣為油氣新增長點，將成為未來油氣的主要生產(chǎn)領(lǐng)域[1]。非常規(guī)致密儲層普遍以細粒沉積巖儲層為主，與常規(guī)碎屑巖和碳酸鹽巖儲層相比，在巖石學(xué)特征、物性特征和儲集空間類型等方面存在著很大的不同[2-5]。同時受超微觀實驗條件的限制，細粒物質(zhì)的沉積和成巖作用為油氣地質(zhì)學(xué)界研究相對薄弱的領(lǐng)域[2]。國內(nèi)外海相細粒沉積巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)豐富的油氣資源，因而研究主要集中在海相細粒沉積巖中[6-7]。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，四川盆地侏羅系湖相細粒沉積巖顯示出巨大的油氣勘探潛力，因此針對湖相細粒沉積巖的研究意義重大。

四川盆地作為中國非常規(guī)油氣的生產(chǎn)熱點地區(qū)，細粒巖儲層具有多領(lǐng)域、多層系和多類型的特點[8-9]。古生界五峰組-龍馬溪組海相頁巖已成為當(dāng)今頁巖氣勘探有利層系，已經(jīng)相繼在涪陵焦石壩、威遠和長寧及相鄰的昭通示范區(qū)實現(xiàn)海相頁巖氣商業(yè)開發(fā)[10-11]。同時四川盆地侏羅系自流井組大安寨段湖相細粒沉積巖有利的成藏條件及豐富的油氣資源已經(jīng)得到證實[12-15]。從最初的大安寨段一、三亞段以介殼灰?guī)r為致密油主要儲層到大安寨段二亞段高產(chǎn)頁巖氣的發(fā)現(xiàn),證實了四川盆地大安寨段湖相細粒巖具有非常規(guī)油與氣并舉生產(chǎn)的潛力[16-20]，經(jīng)歷了認為此套層序介殼灰?guī)r和灰?guī)r為儲層，頁巖為烴源巖到灰?guī)r為非儲層而頁巖為源儲同層的認識過程。在四川盆地元壩地區(qū)大安寨段地層中，已經(jīng)有5口井鉆獲中-高產(chǎn)工業(yè)氣流[21-22](表1)。巖石學(xué)特征的分析研究對細粒沉積巖儲層的勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[23]，巖石學(xué)研究證實了四川盆地五峰組和龍馬溪組富有機質(zhì)硅質(zhì)頁巖為最有利的頁巖氣儲集巖。與海相細粒沉積巖儲層相比，湖相細粒沉積巖受沉積環(huán)境影響更大，相變更快，巖性和成巖作用更加復(fù)雜，非均質(zhì)性更強，有機質(zhì)含量和成熟度也更低[24-26]。因此開展對湖相細粒沉積巖的巖石學(xué)特征及成巖研究至關(guān)重要。本文旨在明確元壩地區(qū)大安寨段陸相細粒沉積巖儲層的巖石學(xué)特征及成巖演化，為探尋細粒沉積巖作為非常規(guī)儲層的儲集機理及表征非均質(zhì)性典定基礎(chǔ)，尋找元壩地區(qū)大安寨段非常規(guī)油氣有利頁區(qū)提供理論支撐及對類似層段非常規(guī)油氣研究提供可借鑒的研究方法。

表1 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段二亞段頁巖高產(chǎn)氣井測試情況統(tǒng)計 (據(jù)文獻[21]修改)Table 1 Test statistics of high-production gas wells in the second sub-member of Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin (modified from reference[21])

1 區(qū)域地質(zhì)概況

元壩地區(qū)位于四川省廣元市蒼溪縣和巴中市境內(nèi)，面積達到3 200 km2。此區(qū)地表為白堊系覆蓋，構(gòu)造上主要位于九龍山背斜構(gòu)造帶和蒼溪-巴中低緩構(gòu)造帶內(nèi)(圖1)。

圖1 四川盆地元壩地區(qū)范圍和位置(a)及自流井地層綜合柱狀圖(b)(據(jù)文獻[11]修改)Fig.1 Sketch map showing the scope and location of Yuanba area (a) and stratigraphic column of the Ziliujing Formation(b),Sichuan Basin (modified from reference[11])

四川盆地經(jīng)歷了早古生代克拉通坳陷、晚古生代克拉通裂陷和中新生代前陸坳陷多個演化階段[27]晚二疊世—晚三疊世印支構(gòu)造運動導(dǎo)致盆地海水退出，整體抬升，由海相沉積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e。自流井組大安寨段沉積期為伸展作用最弱，造山帶活動最穩(wěn)定的時期。盆地整體的拗陷速率遠大于陸源碎屑的堆積速率，導(dǎo)致了四川盆地早侏羅世最大湖盆的形成[28]。大安寨段沉積時期湖盆經(jīng)歷了擴展期—極盛期—收縮期一個完整的旋回。湖盆基底不對稱、南坡緩北坡陡，大安寨段從上而下分為大一亞段、大二亞段和大三亞段[29]。大安寨段沉積早期(大三沉積期)開始湖侵，并達到早侏羅世最大的一次湖侵，巖石以深灰-褐灰色介屑灰?guī)r為主，夾粉砂巖、泥巖及頁巖；到大安寨段中期(大二沉積期)，湖水范圍達到最廣，巖性為深灰-灰褐色頁巖(泥巖)和介屑灰?guī)r,有時頁巖與灰?guī)r呈互層狀或條帶狀；大安寨段晚期(大一沉積期)開始湖退，巖性以深灰色-灰黑色介屑灰?guī)r為主。元壩地區(qū)大安寨段沉積厚度在70～138 m,平均厚90 m左右。湖盆中心基本位于儀隴一帶，自中心向周邊依次為半深湖區(qū)、湖坡區(qū)、淺湖區(qū)、濱湖區(qū)和河流區(qū)[30]。大安寨段沉積亞相包括濱湖、淺湖和半深湖，由湖盆中心逐漸向淺湖和濱湖過渡[31]。

2 礦物組分

薄片分析、掃描電鏡分析(SEM)和X衍射分析(XRD)顯示細粒沉積巖的礦物組分包括石英、長石、粘土礦物、方解石、白云石、黃鐵礦和菱鐵礦等。XRD全巖元素分析顯示本區(qū)大安寨段的細粒沉積巖礦物成分為石英、粘土礦物和方解石(表2)，另有少量的長石和黃鐵礦(平均含量為4.33%)。

2.1 石英

石英含量介于15.30%～66.20%，平均含量為36.85%。石英顆粒結(jié)晶程度較高，自形程度較好。石英成因存在沉積型和成巖型，粒級多為泥粒級(本次巖性分類時把泥粒級硅質(zhì)放在粘土礦物單元)。成巖型石英礦物一部分由粘土礦物轉(zhuǎn)化而成(圖2a)，另一部分由硅質(zhì)交代介殼原有組分(圖2b，c)，形成一種自形程度較完好的石英晶體，成巖型石英分布受控于成巖條件與環(huán)境。成巖期粘土礦物轉(zhuǎn)化析出的石英呈微米級顆粒，嵌入在粘土基質(zhì)中，大小介于1～3 μm，晶體呈短鏈狀、小晶簇狀聚集，或者以斑片狀、小晶片狀形式存在，交代作用出現(xiàn)的石英微晶常存在于在生物介屑顆粒的接觸處，由邊緣分別向介殼內(nèi)部生長而形成齒狀結(jié)構(gòu)(圖2b，c)。沉積型石英包括粉砂級和泥粒級，在野外剖面上還見粉砂巖薄紋層，此類石英粒表多有磨圓與磨蝕特征，一部分呈現(xiàn)紋層狀或者顯微紋層狀，另外部分呈現(xiàn)分散狀。本段主要發(fā)育沉積型石英。

2.2 粘土礦物

粘土礦物SEM方法揭示其種類(圖 2a，d—g)，其總量不同分析方法含量稍有不同，薄片方法稍高是由于按粒度把長英質(zhì)粘土級的也計入粘土礦物，XRD基本代表了粘土礦物含量(表2)。XRD也揭示了此段粘土礦物種類及相對含量，其中伊蒙混層(圖2d)含量范圍在15%～56%，平均值為36.90%；伊利石含量(圖2a,e)介于16%～35%，平均值為21.87%；高嶺石含量(圖2f)9%～23%，平均值為15.93%；綠泥石含量(圖2g)介于15%～31%，平均值為22.60%，伊蒙混層中比蒙脫石含量12%～30%、多小于15%，為有序混層。多井和露頭樣品分析顯示細粒沉積巖中伊利石和綠泥石為主，伊蒙混層多為有序伊利石存在為主。

表2 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段細粒巖薄片分析組分Table 2 Compositions of fine-grained sedimentary rocks from the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin

圖2 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段石英及粘土礦物特征Fig.2 Characteristics of quartz and clay minerals in the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina.石英顆粒嵌入粘土基質(zhì)中，YL4井,埋深3 758.20 m；b.硅質(zhì)交代鈣質(zhì)，石英在介殼邊緣向介殼內(nèi)部生長形成齒狀結(jié)構(gòu)，正交光，YB16井，埋深3 966.89 m；c.硅質(zhì)和鈣質(zhì)互相交代，介殼邊緣硅化形成石英，方解石交代石英、局部出現(xiàn)殘留狀，正交光，YB16井，埋深3 746.68 m；d.粒間內(nèi)蜂窩狀伊蒙混層充填，YL4井，埋深3 757.52 m；e.重結(jié)晶的片狀伊利石及夾于顯微片狀晶間的有機質(zhì)，YL4井，埋深3 766.05 m；f.粒間孔內(nèi) 書頁狀高嶺石，YL4井，埋深3 780.50 m；g.針狀綠泥石，YL4井，3 766.05 m

2.3 碳酸鹽礦物

碳酸鹽礦物主要為方解石(圖3a—g)，方解石含量介于0～95%，平均含量為20.87%，變化范圍大，在灰?guī)r中含量高。在大安寨段沉積時期，研究區(qū)發(fā)育多個生物介殼灘，主要以腹足類和瓣鰓類生物為主，這些生物的介殼為灰質(zhì)，是本區(qū)細粒沉積巖中碳酸鹽巖礦物的主要來源。生物介殼成巖時發(fā)生了碳酸鹽礦物間的轉(zhuǎn)化和重結(jié)晶，早先的文石多轉(zhuǎn)變?yōu)榈玩V方解石(圖3a)。

2.4 黃鐵礦

草莓狀黃鐵礦是元壩地區(qū)大安寨段細粒沉積巖的重要礦物組分，黃鐵礦晶體緊密堆積形成似草莓狀球形集合體、粒徑介于幾～幾十微米。草莓狀黃鐵礦顆粒大小和形成的氧化還原環(huán)境密切相關(guān)，在含氧的環(huán)境中形成的草莓狀黃鐵礦生長速率慢，生長時間長，形成粒徑較大顆粒[32]，反之靜水缺氧硫化環(huán)境中形成分布范圍窄粒徑小的黃鐵礦顆粒。本段的草莓狀黃鐵礦普遍大于10 μm，平均粒徑較大(圖3h，i)。Wilkin等[33]提出了缺氧環(huán)境和含氧環(huán)境下草莓體黃鐵礦的直徑分別多在1～18 μm(平均為5 μm)和1～50 μm(平均為10 μm)。因此與龍馬溪組海相深水陸棚相頁巖中的黃鐵礦(平均粒徑5 μm)相比[34-35]，自流井組大安寨段的黃鐵礦直徑較大，反映了其形成于含氧的陸相深湖-半深湖環(huán)境。

圖3 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段巖石介殼和黃鐵礦礦物微觀特征Fig.3 Microscopic features of the conchoidal rocks and pyrite minerals from the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina.方解石礦物的兩組解理，正交光，元壩273井，埋深4 071.83 m；b.方解石礦物的兩組解理和腹瓣鰓類生物化石，正交光，元壩273井，埋深4 080.02 m；c.方解石礦物，單偏光，元陸4井，埋深3 787.59 m；d.介殼泥巖，方解石膠結(jié)物，單偏光，元陸4井，埋深3 759.52 m； e.溶蝕孔隙，SEM，元陸4井，埋深3 758.20 m； f，g.介殼層受到壓實作用順層疊置，單偏光，元陸4井，埋深3 758.88 m；h.介殼泥巖中發(fā)育的草莓狀黃鐵礦， 直徑為14 μm ，SEM，元陸4井，埋深3 757.52 m；i.草莓狀黃鐵礦，SEM，元陸4井，埋深3 757.52 m

泥頁巖中的黃鐵礦可以分為同沉積黃鐵礦與成巖黃鐵礦，草莓狀黃鐵礦顆粒多是同沉積期特有的黃鐵礦類型，其一般形成于高硫化氫含量的還原閉塞的水體中[36]。四川盆地龍馬溪組頁巖中黃鐵礦就形成于這種水體環(huán)境。根據(jù)黃鐵礦的粒徑顯示，大安寨段黃鐵礦主要形成于含氧的水體中，而當(dāng)含氧界面在沉積物/水界面以上，草莓狀黃鐵礦也可以在埋藏前形成，這主要與大安寨段湖盆面積擴大，沉積水體加深密切相關(guān)。

3 細粒沉積巖巖石類型與組合

細粒沉積巖是由粒徑小于62 μm的細粒沉積物組成的巖石，也叫作泥狀巖。礦物成分為粘土礦物、長英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物和有機質(zhì)[37]。根據(jù)元壩地區(qū)巖心和野外露頭剖面為基礎(chǔ)，結(jié)合薄片和XRD分析(表2)結(jié)果，參考姜在興等[2]細粒沉積巖分類，以粘土礦物、粉砂級長英質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物含量作為三端元，將元壩地區(qū)大安寨段細粒沉積巖分為泥巖、粉砂巖和灰?guī)r3大類(圖4)。根據(jù)礦物含量，泥巖類可細分為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和灰質(zhì)泥巖；粉砂巖類分為粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖；灰?guī)r類可細分為灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r;另有少量為混積巖。

圖4 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段細粒沉積巖分類Fig.4 Fine-grained sedimentary rock classification scheme of the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin1.泥巖/頁巖；2.粉砂質(zhì)泥巖；3.灰質(zhì)泥巖/灰質(zhì)頁巖；4.灰?guī)r；5.泥質(zhì)灰?guī)r；6.粉砂質(zhì)泥巖；7.粉砂巖；8.灰質(zhì)粉砂巖；9.泥質(zhì)粉砂巖；10.泥質(zhì)細?；旌蠋r；11.灰質(zhì)細?；旌蠋r；12.粉砂質(zhì)細?；旌蠋r

3.1 泥巖類

3.1.1 泥巖/頁巖

泥巖中粘土礦物含量大于50%，碳酸鹽礦物含量小于25%，長英質(zhì)礦物含量小于25%。泥巖顏色較深，一般為黑色或灰黑色，可發(fā)育植物化石和黃鐵礦，局部見粉砂質(zhì)，具有水平層理。以毫米級或微米級水平紋理發(fā)育時稱為頁巖。大二段發(fā)育的泥巖中此水平紋理發(fā)育，其內(nèi)可見生物介殼，介殼含量大于10%時，定名為介殼頁巖(圖5a，b)。元壩地區(qū)YL4井大安寨段地層中泥巖中石英含量一般為15%左右，粒徑約為5 μm，方解石含量在5%左右，主要出現(xiàn)在生物碎屑中，生物碎屑邊界見石英微晶，粘土含量約為80%(圖5c，d)。有機質(zhì)含量大于1%的黑色頁巖，稱為富含有機質(zhì)頁巖。

圖5 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段泥巖/頁巖特征Fig.5 Characteristics of mudstone/shale from the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina.介殼頁巖，YL4井，埋深3 746.68～3 746.89 m；b.介殼頁巖，可見腕足類動物化石，介殼含量約為15%，正交光，YL4井，埋深3 746.68～3 746.89 m；c.泥巖，層面上發(fā)育介殼，YL4井，埋深3 752.40 m；d.泥巖，正交光，YL4井，埋深3 752.36 m；e.紋層狀粉砂質(zhì)介殼頁巖，YL4井，埋深3 748.88～3 749.05 m；f.粉砂質(zhì)介殼泥巖，正交光， YL4井，埋深3 752.65 m；g.介殼頁巖中灰質(zhì)紋層或介殼紋層，腹足類生物，正交光，3 YB10井，埋深963.94 m；h.介殼頁巖中灰質(zhì)紋層或介殼紋層，瓣鰓類生物化石，正交光，3 963.94 m，YB10井；i.介殼頁巖中灰質(zhì)紋 層或介殼紋層，瓣鰓類生物化石，正交光， YL4井，埋深3 757.52 m

3.1.2 粉砂質(zhì)泥巖

粉砂質(zhì)泥巖中粘土礦物含量大于50%，碳酸鹽含量小于25%，粉砂級長英質(zhì)礦物含量介于25%～50%。研究段發(fā)育的粉砂質(zhì)泥巖為灰色或灰黑色，見植物碎屑化石。粉砂質(zhì)泥巖中可見生物介殼，介殼顆粒的主要成分為方解石，鑄體薄片中可見方解石被茜素紅染成紅色，顆粒邊緣可見石英顆粒，元陸4井3 748.88～3 749.05 m處的粉砂質(zhì)泥巖中，介殼含量達到15%，長英質(zhì)礦物含量30%左右，粘土礦物含量55%左右，故定名為粉砂質(zhì)介殼泥巖(圖5e，f)。

3.1.3 灰質(zhì)泥巖/介殼頁巖

灰質(zhì)泥巖中粘土礦物或非碳酸鹽礦物泥粒級組分含量大于50%，碳酸鹽含量介于25%～50%，石英及粉砂級礦物含量小于25%?；屹|(zhì)泥巖中的碳酸鹽礦物，主要為生物介殼顆粒中的方解石，因此也稱為介殼泥巖；當(dāng)此類組份細粒沉積巖內(nèi)毫米級或微米級水平紋理發(fā)育時就是介殼頁巖，大二段主要發(fā)育介殼頁巖。此介殼頁巖中富含多種生物，主要有瓣鰓類、腕足類、介形蟲和腹足類(圖5g—i)。部分介殼頁巖中見大量顯微紋層狀微米級硅質(zhì)(石英微晶，石英微粒20～50 μm)組分，XRD顯示硅質(zhì)(石英)含量達40%以上。

3.2 粉砂巖類

粉砂巖類巖石在元壩地區(qū)大安寨段發(fā)育較少，主要類型為含泥/泥質(zhì)粉砂巖，并且多以與泥巖互層的形式發(fā)育。此處主要指長英質(zhì)組分大于50%的巖石，從粒級上主要包含細粉砂級和泥級2個細粒組分。含泥粉砂巖中石英等顆粒含量大于50%，顆粒大小均一，粒度為20 μm左右，分選好，次棱角狀，顆粒之間以點接觸為主，結(jié)晶程度較高，基底膠結(jié)，雜基支撐；方解石含量5%左右，為生物碎屑的主要成分，泥質(zhì)含量介于10%～25%(圖6a，b)。

圖6 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段粉砂巖及灰?guī)r特征Fig.6 Characteristics of siltstone and limestone from the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina.泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層，YB16井，埋深3 970.11～3 970.40 m；b.含泥粉砂巖，正交光，YB16井，埋深3 970.11 m；c.介殼灰?guī)r與介殼頁巖互層，YL4井，埋深3 758.20～3 758.48 m；d.介殼頁巖，介殼順層疊置，正交光，YL4井，埋深3 758.20 m；e.泥質(zhì)介殼灰?guī)r，YL4井，埋深3 760.50～ 3 760.75 m；f.泥質(zhì)介殼灰?guī)r，正交光，YL4井，埋深3 760.50 m；g.泥質(zhì)介殼灰?guī)r，介殼順層疊置，YL4井，埋深3 760.50 m

3.3 灰?guī)r類

3.3.1 介殼灰?guī)r

介殼灰?guī)r中碳酸鹽含量大于50%，粘土礦物含量小于25%，長英質(zhì)含量小于25%。介殼灰?guī)r中灰?guī)r的質(zhì)地純，巖性致密；礦物組分主要為方解石，含量一般大于90%，生物介殼多為瓣鰓類、雙殼類和腹足類；生物介殼含量一般大于60%，介殼顆粒內(nèi)大多被方解石充填，邊界多被石英顆粒交代。元陸4井大安寨段3 758.20～3 758.48 m，石英含量為2%左右，顆粒細小，主要分布在生物碎屑的邊界，方解石含量為90%，泥質(zhì)含量為8%，部分成巖轉(zhuǎn)化為細小的硅質(zhì)顆粒。生物顆粒長度主要在4 mm左右，部分長達15 mm，呈板條狀疊置，順層分布(圖6c，d)。

3.3.2 泥質(zhì)介殼灰?guī)r

泥質(zhì)(含泥)介殼灰?guī)r與介殼灰?guī)r相比，泥質(zhì)介殼灰?guī)r中灰?guī)r的質(zhì)地不純，巖性較為疏松，主要為薄層或條帶狀與介殼泥巖互層共生，厚度介于幾厘米到幾十厘米不等。礦物成分也以方解石和泥質(zhì)為主，方解石體積分數(shù)為50%～80%，低于介殼灰?guī)r中方解石體積分數(shù)。泥質(zhì)體積分數(shù)比介殼灰?guī)r高，為10%～40%。生物介殼呈水平定向疊置，類型與介殼灰?guī)r中基本一致，介殼間主要被泥質(zhì)和方解石充填，介殼體積分數(shù)介于35%～65%(圖6e—g)。

3.4 細粒沉積巖巖石組合

圖7 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段地層巖石組合類型Fig.7 Rock assemblage types of the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina.頁巖與介殼灰?guī)r互層，元陸4井，埋深3 763.08～3 763.18 m，大二亞段；b.介殼灰?guī)r夾薄層泥頁巖, 元陸4井，埋深3 793.28～3 793.60 m，大三亞段；c.泥頁巖夾薄層介殼灰?guī)r, 元陸4井，埋深3 740.22～3 740.50 m，大一亞段；d.泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，YB16井，埋深3 970.11～ 3 970.50 m，大二亞段

3.4.1 泥巖與介殼灰?guī)r互層

此種巖性組合中，泥地比(巖心層段中泥巖和頁巖所占長度比)介于50%～70%，頁巖中介殼富集，頁巖層的厚度大于灰?guī)r厚度，反映沉積環(huán)境為碳酸鹽湖坡風(fēng)暴灘微相沉積，在元陸4井大二亞段3 762.05～3 784.70 m發(fā)育。頁理、水平裂縫和高角度裂縫均發(fā)育，孔隙連通性和滲透率較好。脆性礦物的含量高，有利于壓裂改造。

3.4.2 厚層介殼灰?guī)r夾薄層介殼泥巖

薄層介殼泥巖中介殼層密集，灰?guī)r的厚度遠大于泥巖厚度，泥地比小于50%，沉積環(huán)境為淺湖亞相的介殼灘微相，元陸4井大一亞段3 735.00～3 746.60 m發(fā)育。

3.4.3 厚層泥巖/頁巖夾薄層介殼灰?guī)r

泥巖的厚度遠大于介殼灰?guī)r厚度，泥地比介于70%～90%，沉積環(huán)境為半深湖亞相半深湖泥微相，在大三亞段3 793.00～3 804.00 m和大一亞段3 711.00～3 735.00 m發(fā)育。粘土礦物含量高，脆性礦物含量低，可壓性較差。

3.4.4 泥巖與粉砂質(zhì)泥巖互層

其次，出于民事訴訟經(jīng)濟原則的考慮。一項制度的設(shè)計還必須考慮其經(jīng)濟成本，經(jīng)濟成本過高就會影響當(dāng)事人的選擇成本，制約當(dāng)事人的權(quán)利救濟。當(dāng)事人申請執(zhí)行依據(jù)的做出機關(guān)進行補正的救濟機制相對來說，最具有經(jīng)濟性，可以免去重新訴訟的繁瑣以及大量成本的浪費。

泥質(zhì)粉砂巖厚度大于泥巖厚度，泥地比小于50%，沉積環(huán)境為淺湖亞相砂泥坪微相，元陸4井大二亞段3 746.60～3 752.20 m發(fā)育。

4 成巖演化

研究區(qū)細粒巖經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、重結(jié)晶作用及交代作用、粘土礦物的轉(zhuǎn)化及自生礦物形成作用以及有機質(zhì)演化作用的共同改造，最終形成特低孔-低滲致密儲層。不同類型巖石致密受改造的成巖作用類型不同，灰?guī)r類主要經(jīng)受膠結(jié)作用改造，粉砂巖類主要經(jīng)受壓實作用改造，泥巖或頁巖壓實作用改造強。頁巖為主的細粒巖，巖性組合存在多種正常碎屑巖(粉砂巖和灰?guī)r)夾層或互層，這種粗細巖性組合具有相同的、整體的成巖溫壓場，近于相似的成巖流體演化歷程和成巖環(huán)境，因而對其成巖階段劃分可依據(jù)《碎屑巖成巖階段劃分》(SY/T5477—2003)中淡水-半咸水水介質(zhì)成巖階段劃分標(biāo)志，依據(jù)大安寨段細粒沉積巖伊蒙混層比、有機質(zhì)鏡質(zhì)體反射率(Ro)、最高熱解峰溫(Tmax)和粘土礦物組合類型和孔隙發(fā)育狀況(表3)，認為研究區(qū)內(nèi)自流井組大安寨段儲層經(jīng)歷了早成巖階段和中成巖階段，現(xiàn)今處于中成巖階段B亞期(圖8)。

表3 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段成巖階段劃分依據(jù)Table 3 Basis for diagenetic stage division of the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin

研究區(qū)大安寨段Ro反映其處于凝析油-濕氣的高成熟階段，Tmax值和有序混層比都反映其處于高成熟階段，對應(yīng)中成巖B期。大安寨段原生孔隙少，發(fā)育重結(jié)晶和自生形成的粘土礦物自生晶間孔(復(fù)雜線狀微孔)、微裂縫和溶蝕孔隙。這些成巖特征與指標(biāo)顯示，元壩地區(qū)大安寨段細粒沉積巖成巖演化經(jīng)歷早成巖階段A期和B期、中成巖階段A期和B期(圖8)。本段伊蒙混層經(jīng)歷過無序到有序，高嶺石出現(xiàn)與轉(zhuǎn)化，無機酸與有機酸先后出現(xiàn)，孔隙由原生到次生，沉積物由疏松到固結(jié)再到致密，目前處于中成巖階段B期。

圖8 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段成巖演化階段與序列Fig.8 Diagenetic evolution stages and sequences of the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin

大安寨段經(jīng)過同生期—早成巖期—中成巖期的演化，經(jīng)歷早成巖階段A期的壓實作用，孔隙度大幅度降低；相對砂巖和灰?guī)r，泥頁巖壓實作用更強，是最主要的成巖作用，泥巖原始孔隙由近70%到10%～15%；頁巖紋層縫為主的頁理縫強烈壓縮而致密。到早成巖階段B期，壓實作用仍是頁巖減少孔隙的主要因素(減少孔隙5%左右)，細粒巖開始出現(xiàn)次生溶蝕孔隙，此時頁巖總孔隙度約5%～10%。中成巖階段A期，有機酸大量生成，有機質(zhì)孔和溶蝕孔大量發(fā)育，頁理縫局部因溶蝕而稍微擴寬，此時孔隙度總體保持不變；局部有機物不發(fā)育區(qū)域，壓實作用仍存在，頁巖孔隙緩慢減少、減孔達1%～2%；中成巖階段B期，頁巖中各種成巖作用仍不均勻進行，巖石脆性增強，巖石易破裂，形成微裂縫，頁巖孔隙度基本保持不變，總孔隙度約5%左右。經(jīng)過以上成巖階段，形成了晶間孔、溶蝕孔、有機質(zhì)孔、頁理縫和微裂縫等次生孔縫類型，粉砂巖和介殼灰?guī)r經(jīng)歷壓實作用和強膠結(jié)作用幾乎不保存原生孔隙而致密。本研究段細粒巖經(jīng)歷一系列成巖作用，主要以粘土礦物晶間孔及有機質(zhì)演化孔隙為主，發(fā)育少量的溶蝕孔隙，介殼灰?guī)r由于發(fā)生強烈的膠結(jié)作用，物性普遍比泥頁巖差(圖9)。

圖9 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段細粒巖成巖演化模式Fig.9 Diagenetic evolution model of the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basina1—a4.介殼頁巖(泥巖)和粉砂巖；b1—b4.介殼灰?guī)r和灰?guī)r

5 有利儲層

統(tǒng)計顯示大安寨段不同巖性的儲層物性不同，泥巖和介殼頁巖物性整體較好，粉砂巖和灰?guī)r相對致密，孔滲(氦氣法)相對更差(表4)。大二亞段密閉取心試氣實驗顯示頁巖與介殼灰?guī)r互層、厚層頁巖夾薄層介殼灰?guī)r2種巖性組合中，產(chǎn)氣的是頁巖和介殼頁巖，而不是灰?guī)r與介殼灰?guī)r，5～10 m厚的介殼頁巖層產(chǎn)氣量好于中薄層介殼頁巖層；厚層介殼灰?guī)r夾薄層介殼頁巖組合段，產(chǎn)氣很少或不產(chǎn)氣。細粒巖有利儲層主要受到沉積和成巖的雙重控制，沉積對細粒巖儲層物性的影響歸結(jié)于礦物組分及有機質(zhì)對儲層物性的影響，成巖作用對細粒巖儲層孔隙的保存、發(fā)展和演化具有重要影響，二者共同作用形成的富有機質(zhì)頁巖和富有機質(zhì)介殼頁巖為本區(qū)有利儲層。

表4 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段不同巖性孔滲特征Table 4 Porosity and permeability features of different lithologies in the Da’anzhai Member in Yuanba area,Sichuan Basin

5.1 礦物組分及有機質(zhì)對有利儲層的影響

元壩地區(qū)大安寨段細粒巖的孔隙度與粘土礦物及TOC(總有機碳)含量呈現(xiàn)出很好的正相關(guān)性(圖10a—d)，而與方解石及長英質(zhì)礦物含量相關(guān)性不大(圖10e,f)，反映粘土礦物及有機質(zhì)含量是控制大安寨段細粒巖儲層質(zhì)量的重要因素之一。大安寨段陸相頁巖的平均TOC較低為1.05%，有機質(zhì)孔隙較少，但粘土礦物結(jié)晶度高，伊利石片發(fā)育，粘土礦物晶間孔縫發(fā)育，出現(xiàn)含中高碳介殼頁巖孔滲普遍高于介殼灰?guī)r。海相頁巖硅質(zhì)多為自生石英，此種高脆性礦物含量有利于后期壓裂改造，容易形成產(chǎn)能；而陸相頁巖中的硅質(zhì)-石英為沉積成因礦物，多以棱角狀不規(guī)則狀散布于粘土礦物之中，較高的長英質(zhì)含量并不能直接作為工程壓裂形成工業(yè)性產(chǎn)能的有利指標(biāo)，具有層狀或紋層狀構(gòu)造、壓裂薄弱面發(fā)育的介殼頁巖才可能成為相對有利非常規(guī)儲層。大安寨段頁巖及介殼頁巖頁理發(fā)育，同時沉積型泥粒級石英顆粒多呈現(xiàn)微米級紋層平行狀排列，容易形成微裂縫，有利于后期壓裂，因此受原始沉積環(huán)境控制的中高有機質(zhì)豐度、高片狀粘土含量、頁理面發(fā)育的頁巖及介殼頁巖成為研究區(qū)大安寨段有利的非常規(guī)油氣儲集層。相同礦物成分和含量的細粒沉積巖，相同組分具不同微排列和微聚集方式形成的微孔縫不同，后期改造效果也不同。因而在細粒沉積巖顯微鏡觀察時一定要關(guān)注是否有顯微紋層存在。

圖10 四川盆地元壩地區(qū)大安寨段細粒巖礦物類型與物性關(guān)系Fig.10 Relationship between mineral types and physical properties of the fine-grained sedimentary rocks in the Da’anzhai Member of Yuanba area,Sichuan Basina.粘土礦物含量與孔隙度關(guān)系；b.TOC含量與孔隙度關(guān)系；c.TOC含量與孔隙體積關(guān)系；d.粘土礦物含量與TOC關(guān)系；e.長英質(zhì)礦物與孔隙度關(guān)系；f.方解石與孔隙度關(guān)系

5.2 成巖作用類型對有利儲層的影響

5.2.1 壓實作用

壓實作用伴生細粒沉積物在固結(jié)成巖過程的各個階段，粘土礦物組成的純泥巖和頁巖原始孔隙90%減少由此造成。它是控制本段頁巖和泥巖儲集空間是否保留的最重要成巖作用。大安寨段粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖受到壓實作用改造也很明顯，這是由于沉積和成巖原因形成的以石英為主的碎屑多以分散狀分布于粘土中，石英質(zhì)和粘土質(zhì)相互穿插和混合，壓實固結(jié)更強，后期改造也更難。

5.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用會造成脆性礦物為主的細粒沉積巖儲層的孔隙度和滲透率降低，大安寨段主要有鈣質(zhì)膠結(jié)和硅質(zhì)膠結(jié)。硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英的自生加大和自生石英晶充填。大安寨段石英自生加大僅在泥質(zhì)粉砂巖中出現(xiàn)，自生石英微晶在泥頁巖和介殼灰?guī)r中可見，多為粘土礦物的成巖轉(zhuǎn)化晶出和石英對方解石質(zhì)介殼交代結(jié)晶，少量見自生石英晶體充填微孔。介殼灰?guī)r和介殼頁巖中粒間普遍發(fā)育方解石膠結(jié)物呈亮晶狀和嵌晶狀產(chǎn)出，部分交代介殼。強烈膠結(jié)作用是本區(qū)介殼灰?guī)r致密的主要因素，中等程度膠結(jié)保證了本區(qū)介殼頁巖可以儲集油氣。

5.2.3 溶蝕作用

大安寨段碳酸鹽質(zhì)介殼和填隙物溶蝕作用發(fā)育，存在早期溶蝕和晚期溶蝕，以早期溶蝕為主。介殼灰?guī)r主要發(fā)育在淺湖亞相的介殼灘微相中，波浪作用強烈造成其滲透性好，成巖流體豐富。早期介殼灰?guī)r溶蝕強烈，形成早期次生孔隙及其內(nèi)易于流動的成巖流體，出現(xiàn)多期的溶蝕與充填，但后期孔縫多被充填物愈合，孔隙不易保存而致密。晚期介殼灰?guī)r很難和鄰近泥頁巖構(gòu)成更大的滲透循環(huán)體系，含有機酸等成巖流體很難滲入介殼灰?guī)r中，很難見到介殼灰?guī)r的晚期溶蝕，而這些成巖流體只能在近酸源、顯微紋層發(fā)育的介殼頁巖中局部小范圍內(nèi)循環(huán)。細粒沉積巖孔隙比常規(guī)儲層的孔隙小、滲透率低且流體交換不明顯，是一個相對細小且網(wǎng)格化的封閉成巖系統(tǒng)，而有機酸引起的溶蝕作用在介殼頁巖較普遍。

5.2.4 交代作用

研究區(qū)大安寨段介殼泥巖和介殼灰?guī)r中，普遍可以見到石英交代方解石(圖2d，e)。早期石英對碳酸鹽介殼的交代，形成一個相對更不易溶蝕和抗壓實的介殼外殼，對介殼是一種保護，此類被保護的介殼也不易被溶蝕。方解石和SiO2的溶解度隨溫度和pH值的變化呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律，石英交代方解石主要發(fā)生在淺埋藏條件下。本段交代作用降低了細粒沉積巖的孔隙度。

5.2.5 粘土礦物的轉(zhuǎn)化作用

隨埋藏深度增加,溫度和壓強也相應(yīng)升高，層狀粘土礦物會發(fā)生粘土礦物之間的轉(zhuǎn)化作用，無序混層向有序粘土礦物轉(zhuǎn)化，形成了本段含蒙脫石小于10%的有序混層，強烈的轉(zhuǎn)化也形成了高結(jié)晶度和高有序度的厚片狀伊利石，伴生大量粘土礦物片狀孔與收縮縫；轉(zhuǎn)化排出大量層間水及含鐵鎂物質(zhì),有利于細粒沉積巖微觀孔隙的形成和生烴催化。粘土礦物轉(zhuǎn)化及重結(jié)晶增強了抗壓實能力,改善了微孔隙結(jié)構(gòu)并稍增加了微孔隙，對改善本段頁巖微孔喉儲集具建設(shè)性意義。

5.2.6 有機質(zhì)的成巖演化

本段細粒沉積巖中，剩余有機碳含量(TOC)介于0.15%～3.52%，平均含量為1.05%，含量大于0.5%的占比76.9%；有機質(zhì)類型主要為腐泥-腐殖型(Ⅱ2)，兼有腐殖型-腐泥型(Ⅱ1)和腐殖型(Ⅲ)；Ro處于成熟-高成熟演化階段(表2)，這些有機質(zhì)特征為本段有機孔發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。隨著成熟度增加，有機質(zhì)大量排烴也有助于微裂縫的發(fā)育，溶蝕孔隙的產(chǎn)生也主要受控于有機質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的有機酸。因此，大安寨段細粒巖有利的有機質(zhì)類型和熱成熟度，提供了豐富的納米孔隙，也改善了細粒沉積巖的儲層物性。

綜上所述，頁巖及介殼頁巖儲層物性較好主要是因為這類巖石擁有微紋層、高有序的粘土礦物及較高有機質(zhì)含量，再加上成巖演化過程中粘土礦物轉(zhuǎn)化及有機質(zhì)的演化對儲層孔隙度的建設(shè)性作用，導(dǎo)致其儲集性能優(yōu)于相同層段的灰?guī)r及泥質(zhì)粉砂巖。本段壓實作用和膠結(jié)作用是細粒沉積巖儲層物性變差的最主要的成巖作用，溶蝕作用對儲層有一定影響，交代作用和重結(jié)晶作用對儲層物性影響較小。

6 結(jié)論

1) 元壩地區(qū)大安寨段細粒沉積巖主要為泥巖或頁巖、介殼泥巖或介殼頁巖和介殼灰?guī)r，有機質(zhì)含量不均勻，相對含量較高，脆性礦物含量較高，處于中成巖B期。

2) 巖性和成巖作用控制了細粒沉積巖的儲集性。本區(qū)地層中紋層與微紋層發(fā)育程度和脆性礦物(石英和方解石等)是否有序排列成顯微紋層狀對細粒沉積巖儲層影響重大；壓實作用是頁巖改造中最主要成巖作用，膠結(jié)作用是灰?guī)r類儲層致密的主要原因。富有機質(zhì)的頁巖和介殼頁巖為本段有利儲集巖。

致謝:感謝研究過程中得到專項課題承擔(dān)方中國石化勘探開發(fā)研究院胡宗全、劉光祥、馮動軍、朱彤、劉忠寶和王鵬威等領(lǐng)導(dǎo)專家的大力支持與指導(dǎo)，感謝研究過程中先后參與工作的研究生李新、肖勁光、李眾、李碩和劉振宇等同學(xué)，感謝前期工作的趙建華博士后，特別感謝后期論文審稿專家和編輯的辛勤勞動。