羅 龍 孟萬斌 馮明石 孫 茹 肖春暉

(1.成都理工大學油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059;2.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

成巖相是沉積物在一定沉積、構(gòu)造和成巖環(huán)境下經(jīng)歷一系列成巖作用及演化階段而成的產(chǎn)物，具有巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)、孔洞縫等綜合特征。它是現(xiàn)今儲層特征的直接反映，是表征儲層性質(zhì)、類型和優(yōu)劣的成因性標志［1-3］。通過成巖相分析，可以研究獲得儲集體形成機理、有利儲層的空間分布，并以此進行定量評價。目前對于油氣砂巖儲層的成巖相研究主要采用巖心樣品的相關(guān)測試分析方法，尤其是能夠反映巖心樣品微觀特征的掃描電鏡、鑄體薄片、陰極發(fā)光等分析方法［4-8］。這種常規(guī)方法除了存在取樣成本高、耗時長及巖心薄片資料有限等不足外，更重要的是無法反映成巖相在空間上的連續(xù)變化，給儲層預測評價帶來很大困難。近年來已有研究者嘗試利用測井資料進行成巖相分析［8-9］，但研究仍處于起步階段，其可行性和可靠性還需要更多實例來驗證。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新場構(gòu)造帶位于四川省德陽市以北，呈東西走向分布在成都凹陷向斜和梓潼凹陷之間，西南邊與龍門山斷裂相接，東南面與知興場 — 龍寶梁構(gòu)造北端相連，主要由孝泉、新場、合興場、高廟子、豐谷等局部構(gòu)造帶組成(圖1)。

本研究區(qū)為須家河組須4段，從T3X104砂組至T3X14砂組沉積相由辮狀河三角洲平原向辮狀河三角洲前緣轉(zhuǎn)變。合興場 —豐谷地區(qū)經(jīng)歷了由前三角洲沉積→水下分流河道→河口壩→水下分流河道沉積的過程，物源供給來自北東向區(qū)域。孝泉—新場地區(qū)則經(jīng)歷了由砂礫質(zhì)河道、砂質(zhì)河道→遠砂壩→水下分流河道→河口壩、遠砂壩的沉積過程，其物源供給主要來自北部區(qū)域。研究區(qū)須4段厚度一般為536～610 m，其中上亞段主要由3套砂巖夾泥頁巖組成，中亞段以泥頁巖為主，夾薄鈣屑砂巖，下亞段主要由礫巖、砂礫巖組成，夾少量的頁巖和砂巖。

2 儲層巖石學及成巖作用特征

2.1 儲層巖石學特征

根據(jù)約3 000個薄片鑒定統(tǒng)計結(jié)果和部分薄片觀察資料，判定新場地區(qū)須4段致密砂巖儲層主要的巖石類型為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和長石巖屑砂巖，其中巖屑砂巖分布最多。砂巖成分成熟度較低，膠結(jié)物以碳酸鹽(方解石和白云石)為主，含少量自生石英和黏土礦物(伊利石和高嶺石為主)。砂巖粒度以粗—中粒和細—中粒為主，分選度較好，磨圓中等—較差，膠結(jié)類型為孔隙式或孔隙—壓結(jié)式。

圖1 新場構(gòu)造帶位置圖

2.2 儲層成巖作用特征

薄片鑒定、掃描電鏡、巖心觀察、陰極發(fā)光等分析結(jié)果表明，研究區(qū)須4段致密砂巖主要成巖作用類型為壓實-壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、破裂作用，壓實-壓溶作用、膠結(jié)作用對儲層孔隙起破壞作用，包溶蝕作用和破裂作用是須4段致密砂巖儲層孔隙發(fā)育的重要成巖作用。

(1)壓實作用。塑性巖屑和云母發(fā)生彎曲變形，部分泥巖巖屑呈假雜基，壓實作用導致碎屑顆粒間呈線接觸至線 — 凹凸接觸，化學壓實表現(xiàn)為石英顆粒間壓溶形成的凹凸—縫合線接觸。薄片鑒定顯示，須4段以點 — 線接觸和點接觸為主，可見少量凹凸接觸，膠結(jié)類型主要為孔隙式和孔隙 —接觸式，須4下亞段甚至可見凹凸 — 縫合線接觸，說明下亞段壓實作用強于上段和中亞段。

(2)膠結(jié)作用。新場地區(qū)膠結(jié)作用類型以碳酸鹽、硅質(zhì)和黏土礦物等膠結(jié)作用為主，其中碳酸鹽膠結(jié)物占膠結(jié)物總量的73.8%，主要類型為方解石，其次為白云石。大多數(shù)方解石的鐵含量較低，沒有構(gòu)成鐵方解石，存在強陰極發(fā)光現(xiàn)象。硅質(zhì)膠結(jié)物主要為次生加大石英和孔隙充填的自生石英。自生黏土礦物主要包括伊利石、高嶺石和綠泥石，另外局部可見蒙脫石。

(3)溶蝕作用。研究區(qū)的溶蝕作用主要表現(xiàn)為長石和結(jié)晶巖屑被溶蝕而形成粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔，并構(gòu)成研究區(qū)須4段的主要儲集空間。

(4)破裂作用。須4段裂縫發(fā)育較差，主要發(fā)育在下亞段的T3X94和T3X104砂組，主要類型包括低角度裂縫、高角度裂縫和網(wǎng)狀裂縫。

3 新場構(gòu)造帶須4段成巖相類型及特征

3.1 主要成巖相類型

關(guān)于成巖相的分類命名，國內(nèi)外學者研究的側(cè)重點和劃分標準各有不同，但基本依據(jù)都是成巖礦物、成巖事件、成巖環(huán)境、地震和測井資料［1，10-11］。鄒才能等人將成巖相劃分為9類擴容性成巖相和7類致密化成巖相，提出了“孔滲級別+巖石類型+成巖作用類型”的成巖相命名方案［1］。應(yīng)鳳祥等人根據(jù)成巖環(huán)境和成巖類型劃分出5個主要成巖相及16 個亞相［12］。

大部分成巖相分類劃分方法考慮的因素和參數(shù)較多，種類復雜，不利于在生產(chǎn)實踐中推廣。為便于在實際生產(chǎn)中應(yīng)用推廣，本次研究采用單因素成巖相劃分方案，從控制儲層形成和演化的角度，將某一砂體的主要成巖作用或其組合作為成巖相類型。根據(jù)此原則，在對研究區(qū)須4段致密砂巖儲層巖石學分析的基礎(chǔ)上，主要通過鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光和巖心觀測等分析手段，并參考物性測試、錄井顯示、測井解釋、沉積相、生產(chǎn)測試等資料，將須4段成巖相類型分為碳酸鹽膠結(jié)相、溶蝕相、壓實相、破裂相等主要成巖相，以及溶蝕—壓實相、膠結(jié)—壓實相和溶蝕—膠結(jié)相等過渡類型。

3.2 主要成巖相基本特征

成巖相基本特征包括壓實相、溶蝕相、碳酸鹽膠結(jié)相和破裂相。表1為主要成巖相的巖石學和物性特征，圖2為各成巖相類型巖心、巖石薄片和掃描電鏡特征。

(1)壓實相。壓實相主要發(fā)育在軟性巖屑、云母和雜基等含量較高的砂巖中，碎屑組分分選度和磨圓度較差，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低。在較強壓力作用下砂巖中顆粒緊密接觸，接觸關(guān)系以線狀和凹凸狀為主，部分塑性巖屑和云母發(fā)生彎曲變形，可見假雜基，溶蝕孔很少，面孔率小于1%。成巖作用以壓實作用為主，壓溶作用、膠結(jié)作用相對較弱，物性測試顯示儲集性能較差 。在石英等剛性顆粒含量較高的砂巖中，壓實相進一步發(fā)育形成壓實—壓溶相，強壓實作用使部分碎屑顆粒發(fā)生壓溶作用，顆粒呈凹凸狀—縫合線狀接觸，基本沒有孔隙。

表1 主要成巖相的巖石學和物性特征

圖2 各成巖相類型巖心、巖石薄片和掃描電鏡特征

(2)溶蝕相。溶蝕相主要發(fā)育在雜基、塑性巖屑、碳酸鹽巖屑的含量少，長石含量高的較成熟砂巖中，被溶蝕礦物主要包括長石和少量火山巖巖屑。巖石顆粒接觸關(guān)系主要為點 — 線接觸，溶蝕作用相對發(fā)育，壓實作用為弱 — 中等，可見少量膠結(jié)物;溶蝕孔較發(fā)育，主要以粒內(nèi)溶蝕孔為主，殘余原生粒間孔和粒間溶孔次之，面孔率大于3%，物性測試孔隙度大于6%，滲透率為0.04×10-3～32×10-3μm2，滲透率平均值為 0.14 ×10-3μm2，儲集性好(參見表1)。

(3)碳酸鹽膠結(jié)相。碳酸鹽膠結(jié)相主要發(fā)育在細—中粒、中 — 粗粒巖屑砂巖、鈣屑砂巖或含鈣巖屑砂巖砂巖中，石英含量為20% ～71%，長石含量為0～1%，巖屑含量為27% ～96%，物性測試孔隙度值小于1%，滲透率為0 ～0.04 ×10-3μm2，儲集性極差。膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，局部為基底式膠結(jié)，膠結(jié)物含量一般大于10%。碳酸鹽膠結(jié)物平均含量約為5.89%，占膠結(jié)物總量的74%，所以本次研究以碳酸鹽膠結(jié)相代表膠結(jié)相。

(4)破裂相。破裂相在巖心上表現(xiàn)為低角度、高角度或網(wǎng)狀等宏觀破裂縫，薄片中則表現(xiàn)為各種形態(tài)的微裂縫，錄井顯示和測井解釋為裂縫性儲層，生產(chǎn)測試為氣層。物性測試孔隙度較小，但是滲透率較大，滲透率平均值約為 24.94×10-3μm2，儲集性好。破裂相主要通過巖心觀測和成像測井資料進行識別。

4 成巖相測井及識別方法

測井技術(shù)獲取的地層信息主要是地層巖石各種宏觀物理性質(zhì)的反映，如密度、電阻率、含氫指數(shù)、聲波傳播速度、元素或礦物組分、與顆粒大小相關(guān)的泥質(zhì)含量等［8］。成巖作用使沉積物在粒度、形狀、表面結(jié)構(gòu)、取向、礦物成分、孔隙度、滲透率等方面發(fā)生變化，這些變化在常規(guī)測井及成像測井資料上都能得到響應(yīng)，而測井具有連續(xù)記錄鉆遇地層各種巖石物理信息的技術(shù)特點［13-16］，可以彌補薄片資料的局限性。

4.1 成巖相與測井響應(yīng)模型的建立

4.1.1 各成巖相的測井響應(yīng)特征

分析利用薄片鑒定、掃描電鏡、巖心觀察、陰極發(fā)光和成像測井等資料劃分的成巖相與測井曲線的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)常規(guī)測井曲線對不同成巖相具有一定的響應(yīng)特征。

圖3 各主要成巖相電性特征

主要成巖相電性特征圖顯示，對碳酸鹽膠結(jié)相、壓實相和溶蝕相最敏感的測井曲線為聲波時差(AC)、補償密度(DEN)、真電阻率(RT)、測井有效孔隙度(PHIE)和測井滲透率(PERM_M)等。成巖相的差異導致測井曲線值明顯變化:聲波時差(AC)曲線在碳酸鹽膠結(jié)相呈現(xiàn)明顯的相對低值，在溶蝕相呈現(xiàn)明顯的相對高值，在壓實相呈相對中值;補償密度(DEN)隨著致密性的增強逐漸增高，因此碳酸鹽膠結(jié)相的補償密度明顯大于壓實相，壓實相大于溶蝕相。

破裂相在薄片觀察中較少見，其類型主要根據(jù)成像測井解釋結(jié)果進行劃分。在砂礫巖常規(guī)測井中聲波時差(AC)、補償密度(DEN)、真電阻率(RT)等曲線表現(xiàn)出膠結(jié)相或者壓實相的特征，且│RT-RS│值較高，有效孔隙度(PHIE)呈現(xiàn)相對低值的同時滲透率(PERM_M)相對較高。

4.1.2 成巖相測井響應(yīng)模型

為了更加準確地利用測井資料進行成巖相劃分，需要統(tǒng)計不同類型的成巖相所對應(yīng)的相關(guān)測井值，對各成巖相的測井曲線響應(yīng)特征進行定量化分析，從而建立成巖相劃分的測井相解釋模型。具體方法是:選擇各種巖心樣品分析資料較為完整并且測井資料可靠的已知成巖相井段，統(tǒng)計該井段的相關(guān)測井值，讀取其變化范圍并求取平均值。密度測井(DEN)、聲波時差(AC)、真電阻率(RT)和有效孔隙度(PHIE)對成巖相最敏感，成巖相測井解釋模板如表2所示。在此，據(jù)測井數(shù)據(jù)平均值繪制交會圖，分析其中分異性最好且具代表性的交會圖(圖4、圖5)。

表2 成巖相常規(guī)測井解釋模板

圖4 成巖相DEN—RT交會圖

圖5 成巖相DEN—AC交會圖

4.2 測井響應(yīng)模型可靠性驗證

將豐谷23、新場22等井通過測井解釋模板劃分的成巖相與利用巖心樣品分析資料和錄井生產(chǎn)測試資料劃分的結(jié)果進行對比，以此來驗證成巖相測井劃分方法的可靠性。

豐谷23井上亞段3 645—3 665 m井段，密度測井(DEN)值呈高值，平均為2.655 g/cm3;聲波時差(AC)呈低值，平均為187.66 μs/m;真電阻率(RT)呈高值，平均為1 560 Ω·m;有效孔隙度(PHIE)呈低值，平均為1.7% 。根據(jù)常規(guī)測井解釋模板可以劃分為碳酸鹽膠結(jié)相，3 658—3 662 m井段的巖心樣品測試資料確定為碳酸鹽膠結(jié)相，與常規(guī)測井解釋模板識別結(jié)果一致。

新場22井3 398—3 418 m井段，聲波時差(AC)呈相對高值，平均為 230.64 μs/m;真電阻率(RT)呈相對低值，平均為10.8 Ω·m;有效孔隙度(PHIE)呈相對高值，平均為8.97%。根據(jù)常規(guī)測井解釋模板將此井段劃分為溶蝕相，與對應(yīng)的巖心測試分析結(jié)果基本相同。

在成巖相劃分的研究當中，測井解釋模板具有較高的可靠性和準確度，可以作為成巖相劃分方法的重要補充內(nèi)容。

5 結(jié)語

研究區(qū)須4段致密砂巖所經(jīng)歷的破壞性成巖作用主要包括壓實作用、壓溶作用、膠結(jié)作用等，建設(shè)性成巖作用主要包括溶蝕作用和破裂作用。研究區(qū)須4段的主要成巖相類型有碳酸鹽膠結(jié)相、壓實相、溶蝕相、破裂相以及它們的過渡類型溶蝕 — 膠結(jié)相、膠結(jié) — 壓實相和溶蝕 — 膠結(jié)相。密度測井(DEN)、聲波時差(AC)、真電阻率(RT)和有效孔隙度(PHIE)等測井曲線對不同的成巖相響應(yīng)較好，利用它們建立的測井成巖相解釋模型在非取心井段成巖相識別中效果顯著。利用各種巖心樣品測試資料和測井成巖相解釋模型建立的成巖相綜合判別標準可用于研究區(qū)的成巖相研究。

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