川西南部地區(qū)中侏羅統(tǒng)沙溪廟組優(yōu)質(zhì)儲層形成條件與控制因素

謝格云 田云英 劉 柏 樊世海 馬宇含 張祎蕾

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地西南部（以下簡稱川西南部地區(qū)）中侏羅統(tǒng)沙溪廟組氣藏是典型的致密砂巖氣藏，沙溪廟組不具生烴能力，氣藏?zé)N源來自下伏上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖，須家河組烴源巖生成的天然氣主要賦存在上三疊統(tǒng)和侏羅系碎屑巖地層中[1]。據(jù)2016年《第四次油氣資源評價》，川西南部地區(qū)須家河組天然氣資源總量為5 694×108m3，探明率僅6.29%，致密氣勘探潛力巨大，是天然氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

1977年在四川盆地大興西構(gòu)造發(fā)現(xiàn)沙溪廟組氣藏以來，川西南部地區(qū)沙溪廟組致密氣勘探雖不斷有所發(fā)現(xiàn)，但一直沒有取得重大突破，也未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；б婊_發(fā)。而且前人對沙溪廟組的研究也只是集中在各個構(gòu)造或者局部區(qū)塊，研究內(nèi)容主要集中在沉積特征、儲層特征等方面，并認(rèn)為沙溪廟組為河流—湖泊交替環(huán)境下沉積地層，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，為致密砂巖儲層，沉積微相、碎屑組分及成巖作用等對儲層物性具有明顯的控制作用[2-5]。總體來看，關(guān)于川西南部地區(qū)沙溪廟組研究的程度較低，特別是對優(yōu)質(zhì)儲層形成條件及其控制因素的認(rèn)識有待深化。為此，筆者在對川西南部地區(qū)沙溪廟組儲層巖石類型與儲集性能分析的基礎(chǔ)上，利用不同類型巖石在測井響應(yīng)特征上的差異，通過測井標(biāo)定建立巖屑類砂巖與長石類砂巖交會圖版，研究了儲集性能更優(yōu)的長石類砂巖縱橫向分布特征；再結(jié)合沉積微相、成巖作用與儲層物性分析，明確儲層控制的主要因素，落實(shí)優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)，以期為該區(qū)下一步致密氣勘探開發(fā)部署提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西南部地區(qū)位于四川盆地西南部，構(gòu)造位置屬于上揚(yáng)子地臺西緣的龍門山山前斷褶構(gòu)造帶、川西低緩構(gòu)造帶和峨眉—瓦山前緣斷褶構(gòu)造帶（圖1）。印支運(yùn)動導(dǎo)致川西地區(qū)的地殼運(yùn)動由古生代至中三疊世的拉張運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓褶皺運(yùn)動，由被動大陸邊緣淺海碳酸鹽巖為主的沉積轉(zhuǎn)化為龍門山山前前陸盆地碎屑巖為主的沉積[6-8]。由于龍門山的多期“幕”式推覆發(fā)展，形成了現(xiàn)今的龍門山山前斷褶構(gòu)造，沉積了巨厚的須家河組和侏羅系碎屑巖地層。沙溪廟期發(fā)育河流—湖泊相沉積體系[9-11]，河道砂體發(fā)育，縱向上多期次河道砂體相互疊置，是川西南部地區(qū)致密氣勘探開發(fā)的重要目標(biāo)砂體。根據(jù)沙溪廟組巖性組合特征、電性特征和地震標(biāo)定對比，沙溪廟組自下而上可劃分為沙一段、沙二段，其中沙二段自下而上又細(xì)分4個亞段，儲層主要分布在沙一段、沙二1亞段、沙二2亞段和沙二3亞段（圖1）。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置及沙溪廟組地層柱狀圖

2 儲層特征

2.1 儲層巖石類型

大量巖心、巖屑薄片鑒定成果表明，川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖類型可分為長石類砂巖（占分析樣品總數(shù)的75%）和巖屑類砂巖（占分析樣品總數(shù)的25%）兩大類，長石類砂巖主要有長石砂巖、巖屑長石砂巖，巖屑類砂巖主要為以碳酸鹽巖巖屑為主的巖屑砂巖、長石巖屑砂巖；砂巖儲層以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，次為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖，少量巖屑石英砂巖、長石石英砂巖（圖2）。長石砂巖粒度以中粒為主，細(xì)粒次之；長石含量較高，介于30.0%～45.0%，以正長石為主，少量斜長石及微斜長石，大多黏土化程度較深；少量變質(zhì)巖、火成巖巖屑，含量介于5.0%～10.0%；膠結(jié)物主要為方解石和綠泥石，方解石含量變化大，含量介于1.0%～15.0%，常呈帶狀分布，次為綠泥石，含量介于1.0%～5.0%，部分含量高達(dá)10.0%，少量硅質(zhì)，常為自生石英充填粒間，含量介于0.5%～1.5%；雜基主要為水云母，含量介于0.5%～2.0%，部分層段見少量高嶺石膠充填物（圖2-a、b）。巖屑砂巖粒度以中粒為主，細(xì)粒次之；巖屑含量變化大，介于30.0%～60.0%，主要為碳酸鹽巖巖屑，少量泥頁巖、粉砂巖巖屑，偶見千枚巖等淺變質(zhì)巖巖屑；長石含量介于1.0%～5.0%，以正長石為主，偶見斜長石及微斜長石，大多黏土化較深；膠結(jié)物主要為方解石，含量介于10.0%～30.0%；少量雜基，主要為水云母，含量介于0.5%～1.0%（圖2-c、d）。

圖2 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖儲層特征照片

2.2 儲集性能

據(jù)川西南部地區(qū)沙溪廟組871塊巖心樣品分析，長石類砂巖的儲集性能明顯優(yōu)于巖屑類砂巖。長石類砂巖平均孔隙度為13.03%，峰值介于12.00%～16.00%，巖屑類砂巖平均孔隙度為3.37%，峰值介于0～4.00%（圖3-a）；長石類砂巖平均滲透率為0.160 mD，峰值介于0.010～0.100 mD，巖屑類砂巖平均滲透率為0.040 mD，峰值介于0～0.001 mD（圖3-b）。兩類砂巖孔隙度與滲透率交會圖揭示，長石類砂巖的孔滲條件及儲集性能均優(yōu)于巖屑類砂巖，長石類砂巖儲層類型為孔隙型，巖屑類砂巖儲層類型為裂縫—孔隙型（圖3-c）。

圖3 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖物性特征圖

薄片鑒定結(jié)果顯示，長石類砂巖孔隙發(fā)育，面孔率一般介于6%～12%，主要孔徑介于0.1～0.2 mm，孔隙類型主要為殘余粒間孔和粒間溶孔為主，次為粒內(nèi)溶孔（圖2-a、b），少量黏土礦物晶間微孔（雜基微孔），殘余粒間孔一般介于4%～8%，粒間溶孔一般介于1%～3%。巖屑類砂巖孔隙不發(fā)育（圖2-c、d），面孔率一般小于1%，為粒間孔及粒內(nèi)溶孔。

壓汞及核磁共振分析化驗(yàn)結(jié)果揭示，儲層毛細(xì)管曲線特征表現(xiàn)為中孔、細(xì)喉，孔喉配位數(shù)0～3，儲層孔隙結(jié)構(gòu)較差，排驅(qū)壓力（1.33～9.02 MPa）、中值壓力（8.14～45.34 MPa）高，孔隙喉道、連通有效孔隙體積?。ū?）。

表1 川西南部地區(qū)沙溪廟組儲層分類參數(shù)統(tǒng)計表

3 儲層控制因素

3.1 物源對儲層巖石類型的控制作用

通過區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂地比特征、砂巖粒度變化趨勢、巖石組分平面分布特征及地震剖面結(jié)構(gòu)特征等分析，可以確定沙溪廟組沉積期具雙物源特征[12-14]。

3.1.1 物源特征

沉積相平面展布特征研究結(jié)果揭示，川西南部地區(qū)沙溪廟組由北至南分別發(fā)育河流—三角洲平原相、三角洲前緣相、前三角洲—淺湖相。砂巖粒度整體上表現(xiàn)為由北部的中—粗粒砂巖向南逐漸變化為細(xì)粒砂巖、粉粒砂巖，各亞段砂地比整體具北高南低的變化趨勢，高值區(qū)多呈指狀由北西、北東向南延伸匯聚，反映出川西南部地區(qū)具北西、北東向兩個物源（圖4）。

圖4 川西南部地區(qū)沙二1亞段砂地比平面分布圖

川西南部地區(qū)4條野外剖面和10口井的巖心薄片分析結(jié)果表明，龍門山山前地區(qū)沙溪廟組砂巖具有富石英（50%～70%）、多巖屑（10%～40%）、貧長石（1%～15%）特征，巖屑以碳酸鹽巖巖屑為主，次為變質(zhì)巖巖屑，偶見火成巖巖屑、石英巖巖屑及粉砂巖巖屑。盆內(nèi)沙溪廟組砂巖具有貧石英（40%～50%）、富長石（20%～40%）、少巖屑（10%～20%）特征[15-16]，長石以正長石為主，少量斜長石，巖屑成分中沉積巖巖屑和火成巖巖屑含量相當(dāng)，變質(zhì)巖巖屑較少，與龍門山山前地區(qū)不同的是沉積巖巖屑以粉砂巖巖屑、泥巖巖屑及火成巖巖屑較多，碳酸鹽巖巖屑極少見（圖5）。

圖5 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖碎屑組分特征及其分布圖

區(qū)內(nèi)多條地震剖面分析結(jié)果表明，川西南部地區(qū)沙溪廟組具北西至南東向和北東至南西向兩個方向的前積結(jié)構(gòu)特征（圖6），前積反射結(jié)構(gòu)具有物源運(yùn)移指向意義[17]，說明沙溪廟組沉積時有來自北西、北東兩個方向的物源。

圖6 川西南部地區(qū)沙溪廟組前積反射結(jié)構(gòu)特征圖

沉積相展布特征、砂巖碎屑組分分布特征、粒度變化分布特征及地震前積反射結(jié)構(gòu)特征綜合分析結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)沙溪廟組沉積受到雙物源影響，以碳酸鹽巖為主的龍門山剝蝕區(qū)，控制了巖屑類砂巖分布范圍，盆地北部的米倉山—大巴山火成巖剝蝕區(qū)控制了長石類砂巖的展布特征[18]。其中龍門山山前的雅安—大邑地區(qū)發(fā)育巖屑類砂巖，東部簡陽—彭山—青神地區(qū)發(fā)育長石類砂巖，中部郫縣—邛崍—洪雅地區(qū)受雙物源共同影響，為巖屑類砂巖與長石類砂巖過渡區(qū)（圖5）。

3.1.2 長石類砂巖測井識別及分布特征

鑒于長石類砂巖儲集性能明顯優(yōu)于巖屑類砂巖，明確長石類砂巖縱橫向分布特征，對確定勘探有利區(qū)分布具重要作用。因兩類砂巖在巖石組分、膠結(jié)物方解石含量及孔隙發(fā)育程度等存在差異，其測井響應(yīng)特征也存在明顯差異[19]，其中以電阻率（RT）和聲波時差（AC）特征表現(xiàn)最為明顯。根據(jù)川西南部地區(qū)10口井沙溪廟組巖屑、巖心薄片巖石類型鑒定成果，通過測井標(biāo)定，建立了巖屑類砂巖與長石類砂巖交會圖版，圖版揭示長石類砂巖RT≤30 Ω·m、AC≥ 65 μs/ft（1 ft=0.304 8 m，下同）（圖7）。

圖7 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖類型交會圖

通過測井識別沙溪廟組長石類砂巖，邛崍及其西南地區(qū)長石類砂巖主要分布在沙二1亞段；彭山—簡陽地區(qū)長石類砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段，其次是沙一段及沙二3亞段。川西南部地區(qū)沙溪廟組長石類砂巖在簡陽—彭山—青神及其東部地區(qū)最發(fā)育，厚度介于80～170 m，新津—邛崍—丹棱地區(qū)相對發(fā)育，厚度介于10～80 m，龍門山山前及工區(qū)西南部地區(qū)欠發(fā)育，厚度小于10 m（圖8）。

圖8 川西南部地區(qū)沙溪廟組長石類砂巖厚度圖

3.2 沉積作用對儲層的影響

沙溪廟組砂巖以中—細(xì)砂巖為主，其次為粉砂巖，少量粗砂巖。區(qū)內(nèi)大量巖心薄片鑒定和物性的統(tǒng)計結(jié)果表明，中砂巖孔隙度最好，其次是細(xì)砂巖，細(xì)砂巖孔隙度又普遍好于粉砂巖和粗砂巖，滲透率也有相同的特征。一般隨著粒度增大物性變好，但粗砂巖物性卻很差。分析認(rèn)為，粗砂巖一般形成于河道底部，屬于河道滯留，分選較差，后期的成巖作用特別是鈣質(zhì)膠結(jié)作用，導(dǎo)致粗砂巖更致密。中粒和細(xì)粒砂巖形成于較強(qiáng)的水動力環(huán)境，分選相對較好，雜基較少，因此物性較好。

沙溪廟組砂巖儲層發(fā)育在多種沉積微相中，其中以三角洲前緣相水下分流河道和河口壩砂巖的儲集性能最好[20]，其次為三角洲平原相分流河道砂巖（表2）。河道形成的單層砂體厚度大，一般大于5.0 m，粒度以細(xì)粒、中粒砂巖為主，泥質(zhì)含量低，孔隙發(fā)育，孔隙結(jié)構(gòu)好，儲層物性好。區(qū)內(nèi)河口壩發(fā)育較少，單層砂體厚度較薄。決口扇等沉積環(huán)境形成的砂體單層厚度較小，介于0.5～3.0 m，粒度較細(xì)，以粉砂巖為主，泥質(zhì)含量高，孔隙欠發(fā)育，砂體平面分布僅存在于局部小范圍。總體上，區(qū)內(nèi)曲流河河道、分流河道及水下分流河道砂巖儲層分布廣、規(guī)模大。

表2 川西南部地區(qū)沙溪廟組沉積微相與砂體孔隙度關(guān)系表

3.3 成巖作用對儲層的影響

成巖過程中，與砂巖孔隙演化密切相關(guān)的主要有壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代等成巖作用，前兩者具負(fù)面作用，溶蝕作用是建設(shè)作用，交代作用則對砂巖孔隙的影響不大[21-23]。

壓實(shí)作用在區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為塑性碎屑的形變、顆粒緊密接觸及定向排列、孔隙度減?。▓D9-a）。該成巖作用主要發(fā)育在分流河道間低能微環(huán)境的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖中，表現(xiàn)為泥質(zhì)或雜基含量高，膠結(jié)物含量少，孔隙不發(fā)育，偶見粒內(nèi)溶孔。沙溪廟組儲層砂巖的壓實(shí)作用屬中—強(qiáng)，壓實(shí)損失孔隙度介于10%～23%，平均值為17%。

圖9 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖成巖作用特征照片

區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂巖儲層中發(fā)育碳酸鹽類、硅質(zhì)類、綠泥石等膠結(jié)物。碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石（圖9-b），少量白云石和菱鐵礦，呈細(xì)—中晶沿孔隙內(nèi)緣生長，形成連晶狀膠結(jié)，導(dǎo)致砂巖孔隙大量喪失。綠泥石膠結(jié)物有兩種產(chǎn)出形式：①以碎屑環(huán)邊方式產(chǎn)出，厚度介于0.01～0.02 mm；②以淀晶雜基充填于孔隙中。區(qū)內(nèi)東部高長石含量區(qū)綠泥石膠結(jié)較為發(fā)育（圖9-c），綠泥石環(huán)邊的形成有抑制石英次生加大邊形成的作用。硅質(zhì)膠結(jié)常以石英加大邊形式出現(xiàn)（圖9-d），少量為自生石英充填粒間，石英含量高的砂巖硅質(zhì)膠結(jié)相對發(fā)育。

溶蝕作用在區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂巖儲層中較普遍，以長石和巖屑的溶蝕作用為主[24]，主要出現(xiàn)在分流河道和河口壩中—細(xì)粒長石砂巖、巖屑長石砂巖中，形成以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主的孔隙類型（圖9-e、f），孔隙度增加3%～6%，最大增加可達(dá)10%。

4 天然氣勘探有利區(qū)

川西南部地區(qū)沙溪廟組優(yōu)質(zhì)儲層形成條件與控制因素研究結(jié)果表明，長石類砂巖是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于后期溶蝕作用對儲層孔滲條件的改善，優(yōu)質(zhì)儲層受沉積作用控制明顯，三角洲前緣沉積微相中以河口壩、水下分流河道沉積的細(xì)—中粒長石砂巖物性最佳，河流—三角洲平原相河道和分流河道砂巖儲層分布廣，規(guī)模大。沙溪廟組致密氣藏為下生上儲、烴源斷層提供油氣上移通道、河道砂體儲層提供油氣聚集場所的次生巖性氣藏[25]，氣藏受發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的長石類砂巖、有利沉積相帶及保存條件等多重因素控制。

依據(jù)長石類砂巖發(fā)育程度、有利沉積相類型、儲蓋組合完整性及斷層保存條件，對川西南部地區(qū)沙溪廟組勘探有利區(qū)進(jìn)行了綜合評價。評價標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。評價結(jié)果表明，Ⅰ類有利區(qū)分布在熊坡斷裂東側(cè)的彭山—簡陽地區(qū)，面積為7 744 km2；Ⅱ類有利區(qū)分布在邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區(qū)，面積為3 739 km2；Ⅲ類有利區(qū)分布在研究區(qū)西北及西南地區(qū)，面積為4 263 km2；Ⅳ類有利區(qū)分布在通天斷層發(fā)育、沙溪廟組上覆地層剝蝕殆盡及長石類砂巖缺失地區(qū)，面積為6 805 km2（圖10）。Ⅰ類有利區(qū)長石類砂巖發(fā)育，處于砂體儲集性能優(yōu)越的有利沉積相帶內(nèi)，保存條件好，是區(qū)內(nèi)最有利的勘探區(qū)。

表3 川西南部地區(qū)沙溪廟組勘探有利區(qū)分級劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖10 川西南部地區(qū)沙溪廟組有利區(qū)帶綜合評價圖

5 結(jié)論

1）川西南部地區(qū)沙溪廟組沉積受雙物源控制，砂巖巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，次為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖，巖屑類砂巖物源來自西部龍門山碳酸鹽巖剝蝕區(qū)，長石類砂巖物源來自東北部米倉山—大巴山火成巖剝蝕區(qū)。

2）長石類砂巖儲集性能明顯優(yōu)于巖屑類砂巖，邛崍及其西南地區(qū)長石類砂巖主要分布在沙二1亞段，彭山—簡陽地區(qū)長石類砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段，其次是沙一段及沙二3亞段；平面上簡陽—彭山—青神及其東部地區(qū)長石類砂巖最發(fā)育。

3）區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層受沉積作用控制明顯，物性以河口壩、水下分流河道沉積的細(xì)—中粒長石砂巖最佳，河道和分流河道砂巖儲層分布廣，規(guī)模大；溶蝕作用是孔隙增大的主要成巖作用，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是儲層致密化、孔隙減小的主要因素，綠泥石環(huán)邊膠結(jié)對原生孔隙具一定的保護(hù)作用。

4）川西南部地區(qū)沙溪廟組三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道及河口壩等相帶的長石砂巖發(fā)育區(qū)是優(yōu)質(zhì)儲層分布有利區(qū)；最有利勘探區(qū)分布在熊坡斷裂東側(cè)的彭山—簡陽地區(qū)，較有利的勘探區(qū)為邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區(qū)。