劉柏，李洪林，辛榮躍，鄭超，謝格云，唐明,吳東勝，潘仁芳

1.中國(guó)石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621709 2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100

油氣二次運(yùn)移通道主要由滲透性巖體、斷層和不整合構(gòu)成。滲透性砂巖是碎屑巖中最基本的滲流空間，砂巖輸導(dǎo)體常構(gòu)成油氣側(cè)向運(yùn)移通道，其輸導(dǎo)性能與巖性巖相有著密切的關(guān)系，受構(gòu)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(guān)系，可用砂巖體間幾何連通概率模型來(lái)表征，當(dāng)砂地比低于某個(gè)閾值時(shí)砂體之間基本不連通。流體動(dòng)力學(xué)連通性則是指砂巖體在油氣運(yùn)移期是否發(fā)生過(guò)流體流動(dòng)[4，5]。盆地尺度的砂巖輸導(dǎo)體研究應(yīng)根據(jù)特定研究區(qū)的地質(zhì)特征，劃分并確定具有流體相對(duì)獨(dú)立性的輸導(dǎo)層，分析砂體幾何連通性和流體動(dòng)力學(xué)連通性，綜合評(píng)價(jià)和量化表征砂巖集合體的輸導(dǎo)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(xiàn)多個(gè)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(zhì)性強(qiáng)，對(duì)天然氣運(yùn)聚成藏有著重要的控制作用[9，10]。筆者應(yīng)用平落壩構(gòu)造沙溪廟組的砂地比、沉積相、物性和含油氣性等參數(shù)，開(kāi)展儲(chǔ)層砂體特征及連通性的分析和空間分布評(píng)價(jià)，探討砂體連通性對(duì)天然氣運(yùn)聚的影響，為川西坳陷沙溪廟組的天然氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地位于古揚(yáng)子板塊的西緣，是上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的構(gòu)造復(fù)合改造型疊合盆地，經(jīng)歷了震旦紀(jì)至中三疊世拉張背景下的差異升降和被動(dòng)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(lái)龍門(mén)山擠壓推覆所形成的前陸盆地，呈平行于龍門(mén)山造山帶的西陡東緩的不對(duì)稱箕狀形態(tài)[11，12]。平落壩構(gòu)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(gòu)造為北東走向的長(zhǎng)軸背斜，平面上呈西南端略窄而東北端稍寬的梯形。區(qū)內(nèi)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(gòu)造形跡和規(guī)模(見(jiàn)圖1)。

圖1 川西坳陷構(gòu)造樣式圖(據(jù)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(tǒng)至始新統(tǒng)總厚逾萬(wàn)米，盆地西部的上三疊統(tǒng)下部馬鞍塘組和小塘子組為海相或海陸過(guò)渡相沉積，其上地層包括上三疊統(tǒng)馬鞍塘組、小塘子組和須家河組，下侏羅統(tǒng)白田壩組，中侏羅統(tǒng)千佛巖組和沙溪廟組，上侏羅統(tǒng)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(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖組成的數(shù)個(gè)不等厚韻律層構(gòu)成[13]。根據(jù)野外露頭剖面、鉆井巖性和電測(cè)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(gè)沉積旋回或?qū)佣?沙Ⅰ段～沙Ⅴ段)，單個(gè)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(guò)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(xì)，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(diǎn)。儲(chǔ)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(mén)山前向盆內(nèi)礫石體積分?jǐn)?shù)明顯減少，砂巖體積分?jǐn)?shù)逐步降低，盆地中心部位發(fā)育灰綠、深灰色泥巖。

平落壩構(gòu)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(hào)和平落④號(hào)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(píng)價(jià)

2.1 砂體特征

平落壩構(gòu)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(xiàn)為多層薄砂體且縱橫向分布不夠穩(wěn)定。分段統(tǒng)計(jì)砂巖累計(jì)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(jiàn)圖2)。

圖2 平落壩構(gòu)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(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖，次為長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑砂巖(見(jiàn)圖3)。長(zhǎng)石以正長(zhǎng)石為主，體積分?jǐn)?shù)變化范圍大，為3%～55%。巖屑體積分?jǐn)?shù)一般為5%～15%，以沉積巖巖屑為主，少量噴出巖及變質(zhì)巖巖屑。膠結(jié)物主要為碳酸鹽，體積分?jǐn)?shù)一般為5%～15%，次為綠泥石，體積分?jǐn)?shù)為1%～5%；部分砂巖段見(jiàn)自生高嶺石和硅質(zhì)膠結(jié)，體積分?jǐn)?shù)為0.1%～4%；雜基主要為水云母，體積分?jǐn)?shù)為1%～5%。顆粒分選較好，以次棱角狀為主，粒度以細(xì)-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(jiàn)圖4)。較高的巖屑和碳酸鹽膠結(jié)物含量則導(dǎo)致孔隙不發(fā)育，進(jìn)而影響儲(chǔ)層物性，平面上表現(xiàn)為砂巖物性與沉積微相展布一致(見(jiàn)圖5)。

砂巖儲(chǔ)集空間以粒間溶孔為主(65.5%～84.0%)，次為粒內(nèi)溶孔(13.3%～31.5%)，并見(jiàn)少量雜基微孔(2.7%～3.8%)，微裂縫不發(fā)育。儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較差，面孔率小且孔隙配伍參數(shù)值低，具有排驅(qū)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(xì)管曲線上表現(xiàn)為高孔、細(xì)喉、歪度偏于細(xì)喉一邊，但分選較好。據(jù)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(wú)充填的張開(kāi)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(chǔ)層?？傮w上表現(xiàn)為低孔、低滲、小孔喉、非均質(zhì)性強(qiáng)、物性較差。粒間孔及粒內(nèi)溶孔是儲(chǔ)集天然氣的主要空間，裂縫改善了儲(chǔ)層的滲流特征。

2.2 砂體連通性評(píng)價(jià)

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(gè)砂地比閾值，低于該閾值時(shí)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(kāi)始相互疊置、截切而形成連通性砂體群，因此，砂地比達(dá)到閾值時(shí)就會(huì)有砂體連通從而形成輸導(dǎo)體[15，16]?？臻g上幾何連通的砂體能否成為油氣運(yùn)移通道受孔隙度、滲透率等儲(chǔ)層物性參數(shù)的非均質(zhì)性影響，砂體中是否發(fā)生過(guò)天然氣運(yùn)聚過(guò)程可用氣測(cè)錄井和試氣成果等數(shù)據(jù)來(lái)判定[17]。

羅曉容等[18]提出利用常規(guī)物性參數(shù)進(jìn)行砂體連通性的量化評(píng)價(jià)和表征方法：根據(jù)蓋層展布確定砂體輸導(dǎo)性能評(píng)價(jià)的地層基本單元，應(yīng)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(píng)價(jià)砂體的幾何連通性，應(yīng)用古今流體指標(biāo)分析砂體的流體連通特征并修正幾何連通模型，最終應(yīng)用儲(chǔ)層物性參數(shù)量化表征和描述砂體的輸導(dǎo)性能。通過(guò)對(duì)東營(yíng)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(shù)學(xué)關(guān)系模型。由于盆地構(gòu)造與沉積地質(zhì)條件的千差萬(wàn)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(chǔ)層物性以及非均質(zhì)性等特征有著很大差異，砂體連通性評(píng)價(jià)難以套用已有標(biāo)準(zhǔn)。參考以上研究方法，筆者通過(guò)對(duì)研究區(qū)現(xiàn)有勘探成果及資料的統(tǒng)計(jì)和分析，確定砂體連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用沉積相、砂巖厚度、砂地比、儲(chǔ)層物性等參數(shù)開(kāi)展砂體連通性的平面綜合評(píng)價(jià)。

2.2.1 評(píng)價(jià)單元確定

沙溪廟組依據(jù)沉積旋回可分為5個(gè)層段，單個(gè)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(gòu)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(píng)價(jià)單元。

2.2.2 砂體連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

筆者應(yīng)用測(cè)井解釋、氣測(cè)錄井和試氣成果等數(shù)據(jù)確定砂層的含氣性，將鉆遇砂層分為含氣和不含氣兩類，進(jìn)而標(biāo)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(yùn)移和聚集；不含氣則意味著砂體不連通，天然氣無(wú)法通過(guò)其發(fā)生運(yùn)移，如砂體被泥巖所分隔導(dǎo)致不接觸，或致密砂巖物性太差導(dǎo)致流體無(wú)法流動(dòng)。

提取鉆遇沙溪廟組砂巖孔隙度和分段砂地比等參數(shù)，分別統(tǒng)計(jì)含氣段和不含氣段各參數(shù)值的分布頻率(見(jiàn)圖6)，發(fā)現(xiàn)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(shù)主體區(qū)間最低值作為閾值建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：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(yùn)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(píng)價(jià)

在分析砂體沉積類型和縱橫向接觸關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用沙Ⅰ段～沙Ⅴ段的砂巖等厚圖和砂地比等值線圖對(duì)砂體幾何連通性進(jìn)行平面評(píng)價(jià)。應(yīng)用孔隙度等值線圖描述砂體的平面非均質(zhì)性，結(jié)合各層段鉆井顯示和試氣成果開(kāi)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(píng)價(jià)成果。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)所確定的砂體連通性評(píng)價(jià)參數(shù)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(jiàn)圖7)。

圖7 平落壩構(gòu)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(duì)天然氣運(yùn)聚的控制

平落壩構(gòu)造溝通烴源巖與儲(chǔ)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，F(xiàn)2斷層傾向南東。其中，與F1斷層面接觸的為沙Ⅱ段(J2s-Ⅱ)砂體，F(xiàn)2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，F(xiàn)3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(jìn)入斷層[19]并垂向運(yùn)移的天然氣可發(fā)生側(cè)向分配，經(jīng)砂體橫向運(yùn)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(yùn)聚和成藏。連通性砂體與斷層的斷砂匹配構(gòu)成了天然氣的輸導(dǎo)格架和運(yùn)聚通道(見(jiàn)圖8)。

圖8 平落壩構(gòu)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(gòu)造沙溪廟組天然氣經(jīng)歷了兩期運(yùn)移和調(diào)整過(guò)程。燕山末期烴源巖大量排烴沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移，天然氣以斷層為起始點(diǎn)進(jìn)入沙溪廟組連通性砂體并向上傾方向側(cè)向運(yùn)聚。喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造燕山末期古氣藏，天然氣以連通性砂體為通道，向構(gòu)造高部位調(diào)整運(yùn)移和聚集成藏(見(jiàn)圖8)。筆者應(yīng)用古構(gòu)造恢復(fù)方法構(gòu)建成藏期(燕山末)運(yùn)移動(dòng)力模型，依據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造構(gòu)建喜山期運(yùn)移動(dòng)力模型，基于砂體連通性評(píng)價(jià)成果構(gòu)建輸導(dǎo)格架模型，總結(jié)烴源巖評(píng)價(jià)和儲(chǔ)蓋組合研究成果并構(gòu)建烴源巖供烴模型,以GIS為信息集成平臺(tái)，綜合運(yùn)移動(dòng)力、輸導(dǎo)體系、烴源巖分布等參數(shù)，應(yīng)用空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)預(yù)測(cè)天然氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑分布。結(jié)果表明,沙Ⅱ段運(yùn)移最終指向?yàn)槠铰鋲螛?gòu)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(gè)運(yùn)移的匯聚點(diǎn)。沙溪廟組天然氣的運(yùn)聚和調(diào)整是以連通性砂體為輸導(dǎo)體系,向構(gòu)造高點(diǎn)運(yùn)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(jiàn)圖7)。

4 結(jié)論

1)平落壩構(gòu)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(jù)沉積旋回可劃分為5個(gè)層段并作為砂體連通性評(píng)價(jià)的基本單元。

2)基于砂巖儲(chǔ)層特征和疊置關(guān)系的分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)與分析砂巖沉積相、物性和含氣性等相關(guān)的參數(shù)，可建立砂體連通性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并確定參數(shù)閾值，進(jìn)而綜合應(yīng)用多項(xiàng)參數(shù)資料對(duì)砂體連通性進(jìn)行平面評(píng)價(jià)，確定連通性砂體的空間展布范圍。

3)連通性砂體構(gòu)成了天然氣運(yùn)移的淺層輸導(dǎo)格架，控制了天然氣沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移后的側(cè)向分配，也影響天然氣在構(gòu)造淺層沙溪廟組中的側(cè)向運(yùn)聚和后期調(diào)整。