章順利，宋修章，呂正祥，楊　相，卿元華

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川　成都　610059)

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川西新場(chǎng)構(gòu)造須四段儲(chǔ)層特征及主控因素

章順利，宋修章，呂正祥，楊相，卿元華

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059)

利用巖心觀(guān)察、巖石薄片分析、陰極發(fā)光和掃描電鏡等方法對(duì)川西新場(chǎng)地區(qū)須四段儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間類(lèi)型及物性特征進(jìn)行分析，討論沉積環(huán)境、成巖作用及構(gòu)造作用等對(duì)儲(chǔ)層的影響。研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用等成巖作用。有利儲(chǔ)層主要發(fā)育在分選性中等-好、雜基含量低的中細(xì)粒砂巖中。主要儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主，其次為殘余粒間孔。高能環(huán)境下的分流河道和河口壩是形成有利儲(chǔ)層的先決條件，而后期長(zhǎng)石及巖屑溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙、裂縫的發(fā)育是形成有利儲(chǔ)層的關(guān)鍵。

川西；新場(chǎng)構(gòu)造；須家河組；有利儲(chǔ)層；主控因素

在砂巖的成巖過(guò)程中，隨著深度的不斷增加，砂巖孔隙度和滲透率普遍降低，巖石會(huì)變得越來(lái)越致密。然而，在世界各地的很多沉積盆地中都發(fā)現(xiàn)了深埋藏(>3500m)砂巖儲(chǔ)層具有異常高的孔隙度(>20%)和滲透率(100×10-3μm2)的現(xiàn)象[1-6]。國(guó)內(nèi)外對(duì)深部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成進(jìn)行了大量的研究并提出了多種成因機(jī)制，其中包括伊利石襯墊、表生期大氣淡水的淋濾作用和深埋后的溶蝕作用、物源區(qū)母巖性質(zhì)、沉積相和水動(dòng)力條件，以及裂縫在深埋藏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成過(guò)程中的作用等[7-11]。有利儲(chǔ)層一般發(fā)育于高能的分流河道和河口壩砂體中，而相對(duì)低能、粒度較細(xì)、厚度較薄的砂體由于埋深較大，均已致密化[12]。

川西拗陷新場(chǎng)氣田為多層、多類(lèi)型氣藏疊置的復(fù)式氣田，發(fā)育上三疊統(tǒng)須家河組、中侏羅統(tǒng)沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組等多個(gè)氣藏，其發(fā)現(xiàn)是我國(guó)致密碎屑巖含氣領(lǐng)域的重大突破[13]。由于受開(kāi)發(fā)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的影響，目前在針對(duì)低孔隙度、低滲透率砂巖氣藏的勘探與開(kāi)發(fā)中，備受關(guān)注的是物性較好并達(dá)到工業(yè)開(kāi)發(fā)要求的相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(有利儲(chǔ)層)[14]。新場(chǎng)地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組四段(簡(jiǎn)稱(chēng)須四段T3x4)儲(chǔ)層屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲(chǔ)層，其在整體低孔低滲致密的背景下發(fā)育一定的有利儲(chǔ)層。經(jīng)過(guò)前人艱苦努力的工作，該區(qū)域須四段油氣勘探取得了很大的進(jìn)展[15]，探明的400多億天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量主要富集在有利儲(chǔ)層中。本文通過(guò)川西新場(chǎng)地區(qū)須四段大量砂巖儲(chǔ)層的綜合分析，討論須四段砂巖儲(chǔ)層的主要特征，進(jìn)一步分析其中有利儲(chǔ)層的主控因素。本研究對(duì)須家河組天然氣的勘探和開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1　地質(zhì)概況

新場(chǎng)構(gòu)造帶是川西拗陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造位置位于川西拗陷中段，其南鄰成都凹陷，北靠梓潼凹陷，西南段與龍門(mén)山構(gòu)造帶相交，東南方向與知興場(chǎng)-龍寶梁構(gòu)造北傾末端相連?，F(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)整體表現(xiàn)為一系列NEE向的正向構(gòu)造(圖1)。

川西拗陷上三疊統(tǒng)自下而上依次發(fā)育了馬鞍塘組(T3m)、小塘子組(T3t)和須家河組(T3x)3套地層。須家河組以陸相碎屑巖沉積為主，自下而上發(fā)育須二、須三、須四、須五等4段地層，其中須三、須五段以泥巖、頁(yè)巖和煤等為主，與小塘子組、馬鞍塘組一起構(gòu)成該區(qū)域的烴源巖段；須二和須四段以發(fā)育砂巖為主，為須家河組的儲(chǔ)層段。須四段以發(fā)育扇三角洲沉積體系為主，其中扇三角洲前緣亞相發(fā)育的水下分流河道、河口壩為研究區(qū)主要的儲(chǔ)層砂體類(lèi)型[16]。

圖1研究區(qū)構(gòu)造位置圖

Fig.1Tectonic setting of the Xinchang structural zone, western Sichuan

2　儲(chǔ)層特征

2.1巖石學(xué)特征

儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征對(duì)成巖作用具有重要的影響，而碎屑顆粒成分主要通過(guò)影響成巖作用而影響儲(chǔ)層物性[17]。研究區(qū)須四段砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度中等，主要為中粒，細(xì)粒、中細(xì)粒次之，少量中粗粒、粗粒等；顆粒分選以好為主，中等分選次之；顆粒磨圓度中等-較差，以次棱角狀為主；膠結(jié)類(lèi)型以孔隙式為主，孔隙-壓結(jié)式和壓結(jié)式次之，少量壓結(jié)-孔隙式膠結(jié)。

研究區(qū)須四段巖石類(lèi)型包括石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑砂巖和鈣屑砂巖等。按巖石基本名稱(chēng)統(tǒng)計(jì)，石英砂巖(石英砂巖、巖屑石英砂巖)樣品數(shù)占總樣品數(shù)的36.41%，巖屑砂巖(長(zhǎng)石巖屑砂巖)占總樣品數(shù)的63.5%，而長(zhǎng)石砂巖(巖屑長(zhǎng)石砂巖)僅占總樣品數(shù)的0.09%。總的來(lái)說(shuō)極富巖屑而中低長(zhǎng)石含量是研究區(qū)須四段砂巖儲(chǔ)層骨架顆粒構(gòu)成的主要特征(圖2)。而從巖屑成分來(lái)看，巖屑整體以沉積巖-變質(zhì)巖巖屑組合為特征，巖漿巖巖屑含量極低。

圖2新場(chǎng)地區(qū)須四段砂巖儲(chǔ)層巖性組分三角圖

I.石英砂巖；II.長(zhǎng)石石英砂巖；III.巖屑石英砂巖；IV.長(zhǎng)石砂巖；V.巖屑長(zhǎng)石砂巖；VI.長(zhǎng)石巖屑砂巖；VII.巖屑砂巖

Fig.2Triangular diagram for the sandstone reservoirs in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

2.2儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)大量巖石鑄體薄片鑒定、掃描電鏡分析可知，研究區(qū)須四段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型有粒間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？?圖3a)以及粘土礦物晶間孔，而該套儲(chǔ)層埋深大，現(xiàn)今埋深普遍在3.5～4km之間，原生粒間孔損失較大，含量較低，大部分不超過(guò)1%。儲(chǔ)集空間主要以次生的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄模孔為主。儲(chǔ)層中也有較發(fā)育的裂縫(圖3d)，對(duì)儲(chǔ)層的滲透性起了明顯的改善作用。

2.3物性特征

根據(jù)須四段巖心物性分析資料可知(圖4)，儲(chǔ)層孔隙度平均值為6.21%，中值6.62%，主要分布在6%～9%之間，占總樣品數(shù)的45.94%；砂巖滲透率平均值為0.278×10-3μm2，中值0.08×10-3μm2，主要分布在(0.08～0.16)×10-3μm2、(0.04～0.08)×10-3μm2和(0.16～0.32)×10-3μm2三個(gè)區(qū)間中，其出現(xiàn)的頻率分別26.35%、22.6%和16.22%。因而從儲(chǔ)層物性總體特征來(lái)看，研究區(qū)須四段儲(chǔ)層屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲(chǔ)層。

2.4儲(chǔ)層成巖特征

2.4.1壓實(shí)壓溶作用

研究區(qū)須四段軟性顆粒較發(fā)育的層段表現(xiàn)出較強(qiáng)的壓實(shí)作用，而在軟性顆粒較不發(fā)育層段以及長(zhǎng)石、碳酸鹽巖巖屑(鈣屑)、碳酸鹽膠結(jié)物相對(duì)發(fā)育層段，壓實(shí)作用影響則相對(duì)較弱，原始孔隙度在這些層段有一定程度的保存。當(dāng)砂巖中具較多被伊利石包裹的石英顆?；?和)具有較低碳酸鹽和石英膠結(jié)物時(shí)，化學(xué)壓實(shí)作用較為普遍。須四段砂巖顆粒伊利石粘土薄膜較為普遍，能進(jìn)一步促進(jìn)石英的溶解和溶出物的擴(kuò)散。而在綠泥石襯邊相對(duì)發(fā)育層段，壓溶作用明顯減弱。壓溶作用一方面使顆粒進(jìn)一步緊密接觸，另一方面溶出物質(zhì)沉淀充填粒間孔或?yàn)槭⒓哟蠹肮栀|(zhì)膠結(jié)提供大量硅質(zhì)，所以對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育不利。

圖3新場(chǎng)地區(qū)須四段主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型

a.長(zhǎng)石強(qiáng)烈溶蝕形成鑄模孔(上)，巖屑粒內(nèi)溶孔。X202井，3844.1m，單偏光；b.右邊為具有六方板狀形態(tài)的高嶺石集合體，左邊從高嶺石轉(zhuǎn)化的伊利石。XC23井，3570m，SEM；c.右上角鉀長(zhǎng)石顆粒被方解石強(qiáng)烈交代，僅剩余少量殘晶，粒間方解石膠結(jié)物發(fā)橘黃色光。X5井，3606.04m，CL；d.礫巖中發(fā)育的微裂縫系統(tǒng)。XC22井，3772.98m，單偏光

Fig.3Reservoir space types in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

圖4新場(chǎng)地區(qū)須四段儲(chǔ)層孔隙度、滲透率頻率分布直方圖

Fig.4Bar charts of the porosity and permeability of the sandstone reservoirs in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

2.4.2膠結(jié)作用

研究區(qū)須四段的膠結(jié)作用主要包括粘土礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)作用(圖3b、c)。其中碳酸鹽膠結(jié)作用是造成儲(chǔ)層砂巖儲(chǔ)集空間變小、儲(chǔ)層物性變差的重要因素之一，對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響以破壞性作用為主。碳酸鹽膠結(jié)物的主要類(lèi)型為方解石，其次為白云石，平均含量高達(dá)5.14%，占膠結(jié)物總量的86.57%，是含量最高的自生礦物。常見(jiàn)的自生粘土礦物主要包括伊利石、高嶺石和綠泥石，另外局部可見(jiàn)蒙脫石。在粘粒中伊利石和綠泥石總量分別為52.33%和33.37%，高嶺石含量很低，在巖石中的平均含量為0.74%(在粘粒中含量為13.51%)。硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英次生加大現(xiàn)象，加大邊寬以0.05～0.1mm最為常見(jiàn)，含量多小于2%。

2.4.3溶蝕作用

研究區(qū)須四段溶蝕作用常表現(xiàn)為顆粒邊緣溶蝕擴(kuò)大、巖屑或長(zhǎng)石不完全溶蝕(圖3a、c)，在研究區(qū)內(nèi)各井段均可見(jiàn)到，特別發(fā)育于中-細(xì)粒巖屑石英砂巖、中-細(xì)粒巖屑砂巖中，多數(shù)為長(zhǎng)石和巖屑顆粒溶蝕形成。其形態(tài)主要為斑點(diǎn)狀、串珠狀和蜂窩狀，部分長(zhǎng)石沿解理溶蝕形成梳狀孔隙。當(dāng)溶蝕作用強(qiáng)烈時(shí)，長(zhǎng)石顆?？杀煌耆芪g，形成鑄?？紫?，僅保留長(zhǎng)石顆粒的假象，在長(zhǎng)石含量相對(duì)較高的中-細(xì)粒巖屑砂巖中可見(jiàn)。

2.4.4交代作用

研究區(qū)須四段砂巖中交代作用明顯，其中以碎屑顆粒的碳酸鹽化作用最為發(fā)育(圖3b、c)。包括方解石、鐵方解石、鐵白云石對(duì)碎屑顆粒石英、巖屑、粘土礦物尤其是長(zhǎng)石的交代作用。偏光顯微鏡下觀(guān)察，交代作用往往沿顆粒邊部或長(zhǎng)石的解理進(jìn)行。

3　有利儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素

根據(jù)研究區(qū)須四段儲(chǔ)層的物性特征、含氣量及其儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、沉積特征、成巖特征等的對(duì)比分析，獲得控制須四段氣藏中有利儲(chǔ)層發(fā)育的主要因素包含4個(gè)方面：(1)沉積環(huán)境；(2)巖石碎屑及結(jié)構(gòu)組分；(3)裂縫發(fā)育狀況；(4)溶蝕作用。

3.1沉積環(huán)境

新場(chǎng)地區(qū)須四段主要為辮狀河三角洲沉積，從不同沉積環(huán)境中的儲(chǔ)層物性特征統(tǒng)計(jì)分析可知，水下分流河道砂體儲(chǔ)層孔隙度平均值為6.3%左右，其次為砂質(zhì)的辮狀河道，儲(chǔ)層孔隙度也在5%以上，為最有利的沉積微相。較為有利的沉積微相為辮狀三角洲前緣河口砂壩，其水動(dòng)力相對(duì)較弱，砂巖粒度較細(xì)，多為細(xì)、中砂，分選差，雜基含量高，易受后期成巖作用改造變得致密，儲(chǔ)層平均孔隙度為4.23%左右。而遠(yuǎn)砂壩、礫質(zhì)辮狀河道和分流間灣形成于低能環(huán)境，砂巖粒度細(xì)，多為細(xì)砂和粉砂，分選差，雜基含量高，經(jīng)成巖作用改造變?yōu)橹旅軐樱瑑?chǔ)層孔隙度一般在2%以下，為不利的沉積微相(圖5)。

圖5新場(chǎng)地區(qū)須四段不同沉積環(huán)境孔隙度值

Fig.5Distribution of the porosities in various sedimentary environments in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

3.2碎屑組分及結(jié)構(gòu)特征

3.2.1碎屑組分

通過(guò)分析研究區(qū)須四段有利儲(chǔ)層及較差儲(chǔ)層與砂巖碎屑組分含量(石英、長(zhǎng)石、巖屑，以及各種類(lèi)型巖屑等)的關(guān)系可知，有利儲(chǔ)層石英含量明顯較高(平均含量達(dá)77.49%)，巖屑含量低(平均含量為9.13%)，較差儲(chǔ)層巖屑平均含量幾乎是相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的5倍。兩者長(zhǎng)石含量絕對(duì)值相差不大，但有利儲(chǔ)層長(zhǎng)石平均含量幾乎是較差儲(chǔ)層的3倍，這也表明長(zhǎng)石的溶蝕作用使得儲(chǔ)層物性變好。在巖屑組成上，有利儲(chǔ)層和較差儲(chǔ)層在變質(zhì)巖巖屑和巖漿巖巖屑含量上無(wú)明顯差異，但沉積巖巖屑的含量相差很大，較差儲(chǔ)層沉積巖巖屑平均含量是有利儲(chǔ)層的4倍(含量分別為30.9%和7.04%)(圖6)。

圖6新場(chǎng)地區(qū)須四段巖屑組分分布圖

Fig.6Distribution of the rock fragments in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

3.2.2巖石結(jié)構(gòu)特征

通過(guò)研究區(qū)須四段砂巖孔隙度與粒級(jí)、顆粒分選的關(guān)系可知，中粒砂巖孔隙性最好，孔隙度主要分布在6.3%～8.4%的范圍內(nèi)，平均為7.73%；中細(xì)粒砂巖次之，孔隙度主要為3.3%～7.8%，平均6.42%；粗粒砂巖總體孔隙性較好，但樣品較少，代表性不強(qiáng)；其它粒級(jí)砂巖儲(chǔ)集性都較差[15](圖7)。

圖7新場(chǎng)地區(qū)須四段砂巖孔隙度與粒級(jí)及分選關(guān)系圖

Fig.7Relationship between porosity, grain size and sorting of the sandstones in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

顆粒分選是影響砂巖孔隙度的另一個(gè)因素(圖7)。分選好的砂巖孔隙性度明顯較好，孔隙度主要分布在5.2%～8.6%，平均7.01%；分選中等砂巖孔隙性變差，孔隙度主要分布在1.3%～6.2%之間，平均為3.73%。總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)須四段有利儲(chǔ)層主要以分選性中等-好、雜基含量低的中細(xì)粒砂巖中。

3.3裂縫發(fā)育

研究區(qū)須四段下部砂礫巖儲(chǔ)層中裂縫發(fā)育，且裂縫類(lèi)型以穿?？p為主。穿?？p通常穿越數(shù)粒礦物，顯定向性，其開(kāi)度一般小于40μm，此類(lèi)裂縫溶蝕現(xiàn)象普遍，溶蝕以后的開(kāi)度可達(dá)40μm以上，其成因與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、斷層發(fā)育有關(guān)，故對(duì)改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能的有非常重要的作用。研究區(qū)獲得較好產(chǎn)能的新3、新856、新851、川孝560、聯(lián)150等井在須四下部的砂礫巖儲(chǔ)層中此類(lèi)微裂縫較發(fā)育(圖3d)。

3.4溶蝕作用

溶蝕作用對(duì)本區(qū)須四段砂巖儲(chǔ)層的改善起著重要的作用，在須四段砂巖中普遍發(fā)育。絕大部分的骨架有被溶蝕的現(xiàn)象，包括碎屑長(zhǎng)石、巖屑等，特別是微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石和不穩(wěn)定巖屑普遍被溶蝕，形成粒間溶孔，鑄?？缀头涓C狀溶孔等粒內(nèi)溶孔。這些溶孔的形成有效改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性。

4　結(jié)論

(1)研究區(qū)須四段砂巖主要發(fā)育富巖屑和中低長(zhǎng)石的中粒及中細(xì)粒砂巖，顆粒分選好-中等，磨圓度中等-較差。

(2)研究區(qū)須四段儲(chǔ)層孔隙度平均值為6.21%，滲透率平均值0.278×10-3μm2，屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲(chǔ)層。主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。

(3)研究區(qū)須四段有利儲(chǔ)層的形成，主要受沉積環(huán)境、巖石組分與結(jié)構(gòu)特征、溶蝕作用和裂縫等因素的影響。有利的沉積環(huán)境下的中等-好、雜基含量低的中細(xì)粒砂巖是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的前提，而后期長(zhǎng)石及巖屑的溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙及裂縫的發(fā)育是形成有利儲(chǔ)層的關(guān)鍵。

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Reservoir characteristics and controlling factors in the 4th member of the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan

ZHANG Shun-li， SONG Xiu-zhang， LU Zheng-xiang， YANG Xiang， Qing Yuan-hua

(CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China)

With the aid of core observation, thin section examination, CL and SEM, the present paper deals with petrology, reservoir space types and physical properties, and the effects of sedimentary environments, diagenesis, tectonism on reservoir potential of the reservoir rocks in the Xujiahe Formation in the Xinchang structural zone, western Sichuan. The diagenetic processes of the reservoir rocks in the study area include compaction, cementation, dissolution and replacement. The favourable reservoir rocks occur in the medium- to fine-grainded sandstones with moderate to good sorting and low matrix contents. The reservoir space types contain intergranular and intragranular solution openings. The distributary channels and channel mouth bars are believed to be favourable sites, and secondary porosity and fissures may improve the reservoir quality of the reservoir rocks in the study area.

western Sichuan; Xinchang structural zone; Xujiahe Formation; favourable reservoir; controlling factor

1009-3850(2016)01-0098-06

2015-06-07； 改回日期： 2015-06-18

章順利(1991-)，男，碩士研究生。研究方向：儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail:1205799554@qq.com

國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05002-004-001)

TE122.2+3

A