鄭榮臣，李宏濤，史云清，肖開華

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石化海相油氣藏開發(fā)重點實驗室，北京 100083）

0 引言

近年來，四川盆地東北部元壩地區(qū)多口井在上三疊統(tǒng)須家河組三段（須三段）鈣屑砂巖測試獲中—高產(chǎn)商業(yè)氣流，如元陸12 井、元陸7 井測試產(chǎn)量分別為86.2 萬m3/d 和120.86 萬m3/d，展示了良好的勘探開發(fā)前景，已成為元壩地區(qū)中淺層天然氣藏勘探開發(fā)的重點對象［1-5］，然而對須三段儲層發(fā)育控制因素尚缺乏清晰的認識［6］，制約了其進一步的勘探開發(fā)部署。一般認為，有利的沉積相控制儲層的發(fā)育［6-10］，但該區(qū)沉積相類型、展布及如何控制儲層發(fā)育還有待深入研究；而且，鈣屑砂巖的碎屑顆粒以碳酸鹽巖巖屑為主，含少量硅質(zhì)碎屑巖巖屑或礦物，在成巖演化過程中更易受多類型、多期次成巖作用的改造和疊加［11-12］，因此，對于這種特殊類型的鈣屑砂巖，成巖作用也是控制儲層發(fā)育的重要因素之一［11-12］。相對而言，前人已做過大量關(guān)于碳酸鹽巖和碎屑巖的成巖作用的研究［10-13］，但對鈣屑砂巖成巖作用卻少有研究者提及［14-15］。具體到元壩地區(qū)須三段儲層成巖作用的研究，何曼如等［16］僅討論了成巖作用對儲層發(fā)育的影響，但未涉及成巖序列演化及其對孔隙發(fā)育影響的分析。針對元壩須三段儲層儲集空間類型、孔隙演化等方面的分析，唐自成等［17］認為微孔隙、溶孔和微裂縫為最重要的儲集空間類型，然而，如元陸7 井在須三段長期試采穩(wěn)產(chǎn)，累計產(chǎn)氣量均超過1.3 億m3，表明基質(zhì)儲層具有穩(wěn)定的供氣能力［18］，也有研究者認為元壩須三段鈣屑砂巖儲集空間以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及裂縫為主［6］，物性相對高的優(yōu)質(zhì)儲層和裂縫共同控制了天然氣的富集與氣井高產(chǎn)［18］。勘探開發(fā)實踐表明，鈣屑砂巖具有溶蝕孔隙比較發(fā)育的特征［19-20］。因此，通過儲層沉積和成巖作用研究，明確儲集空間類型，分析沉積、成巖對儲層物性的控制作用，尤其重要。

筆者在巖心、薄片詳細觀察和分析的基礎上，宏觀與微觀相結(jié)合，開展沉積學、巖石學、礦物學等多學科聯(lián)合攻關(guān)，即通過儲層沉積與成巖作用研究，開展儲層發(fā)育的控制因素分析，以期為該區(qū)進一步的儲層評價、地球物理解釋與預測提供地質(zhì)依據(jù)［20］，并為四川盆地或其他地區(qū)類似氣藏的勘探開發(fā)提供借鑒［13-15，21］。

1 地質(zhì)背景

元壩氣田構(gòu)造上位于龍門山背斜、池溪凹陷和蒼溪—巴中低緩構(gòu)造帶結(jié)合部位，整體為低緩負向構(gòu)造。西北部為構(gòu)造高部位，即九龍山背斜構(gòu)造西南翼部分，在元壩地區(qū)表現(xiàn)為近北東向鼻狀構(gòu)造侵末端，是鈣屑砂巖儲層測試效果最好的區(qū)域，南部為巴中低緩構(gòu)造帶的北側(cè)斜坡，東北部是池溪凹陷西南方向的末端，為北西走向的低幅度構(gòu)造（圖1）［2］。

圖1 川東北構(gòu)造區(qū)劃（a）、元壩地區(qū)須三段頂面構(gòu)造特征（b）Fig.1 Structural division of northeastern Sichuan（a），top structural characteristics of the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area（b）

中三疊世末期海水逐漸退出上揚子地臺，晚三疊世四川盆地須家河組逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ懡换ハ嗪秃喑练e，自下而上依次沉積了須一段—須五段地層。須三段主要為三角洲—濱淺湖沉積環(huán)境［2］。據(jù)前人物源分析研究結(jié)果，盆地邊緣西北部隆起區(qū)為元壩地區(qū)西部的須三段提供了大量碳酸鹽巖碎屑［22-25］。元壩地區(qū)須三段由北西向南東厚度分布變化較大（介于110～330 m），具有北西厚南東薄的特征［22-25］。

2 須三段沉積特征

川東北地區(qū)須三段厚度為110～330 m，總體呈“（西）北厚（東）南薄”進積特征［圖2（a）］，自上而下可劃分為T3x35，T3x34，T3x33，T3x32，T3x31共5 個砂層組。須三段在北西—南東平行物源方向震剖面上可見明顯的三角洲沉積體前積的地震反射結(jié)構(gòu)［圖2（b）］。巖性組合主要為鈣質(zhì)礫巖、鈣質(zhì)含礫細砂巖、灰色鈣屑砂巖和深灰色泥巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖構(gòu)成的互層不等厚疊置，局部夾黑色薄煤層。本文所述的鈣屑砂巖是指主要由碳酸鹽巖巖屑所組成的碎屑巖［圖3（a）—（c）］［25-27］，其明顯區(qū)別于由石英、長石和硅質(zhì)巖屑所構(gòu)成的常規(guī)砂巖。

須三段沉積可見典型的沖刷-充填構(gòu)造的河道滯留（砂）礫巖［圖3（d）］發(fā)育于深灰色泥巖或細砂巖之上，礫巖、砂礫巖中礫石的磨圓、分選都相對較好，礫石間也可見方解石膠結(jié)、充填［圖3（e）］，表明其經(jīng)過了一定距離的搬運，表現(xiàn)出牽引流特征。（砂）礫巖之上常發(fā)育中、細粒鈣屑砂巖，分選中等，但磨圓較差，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主［圖3（f）］，反映河道載荷顆粒入湖后快速沉積的特征，也可見河道側(cè)向加積作用形成的交錯層理［圖3（g）］等，局部夾有厘米或毫米級薄煤層。顯然，其為河床亞相的滯留砂礫巖、心灘或邊灘沉積，明顯構(gòu)成河流或分流河道“二元結(jié)構(gòu)”的下部沉積，而“二元結(jié)構(gòu)”的上部沉積主要發(fā)育深灰色泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖，局部夾煤層、煤線、薄層粉細砂巖等，在泥巖巖心斷面處可見炭屑及植物莖葉化石，在部分砂泥巖中也可見蟲孔和同生變形構(gòu)造、生物擾動及陸上暴露結(jié)核等三角洲相的相標志［圖3（h），（i）］。

圖3 元壩地區(qū)須三段部分樣品巖石薄片和巖心照片（a）以碳酸鹽巖巖屑為主的鈣屑砂巖，石英顆粒分散分布，元壩101 井，T3x32，4 833.10 m，單偏光，普通薄片；（b）部分鈣屑砂巖中可見方解石膠結(jié)物，元陸12 井，T3x33，4 314.50 m，單偏光，染色普通薄片；（c）碳酸鹽巖礫，元壩101-1 井，T3x32，4 823.62 m，單偏光，普通薄片；（d）沖刷面河道滯留沉積物，元壩702 井，T3x32，4 443.60 m；（e）礫巖支撐，可見礫間方解石膠結(jié)，元陸702 井，T3x34，4 446.80 m；（f）塊狀鈣屑砂巖，元壩101-1 井，T3x32，4 826.00 m；（g）鈣屑砂巖槽狀交錯層理，元壩101 井，T3x32，4 823.00 m；（h）砂巖中碳屑及煤線較發(fā)育，元壩101-1 井，T3x32，4 831.00 m；（i）巖心斷面可見植物碳屑，元陸702 井，T3x34，4 451.00 mFig.3 Thin section and core photos of some samples from the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area

通過以上沉積特征分析，結(jié)合須三段沉積時期，元壩地區(qū)遠離盆地邊緣斷裂帶［21］，受米倉山、大巴山造山影響較弱，地形平緩；地震剖面上的席狀-前積地震反射結(jié)構(gòu)規(guī)?？蛇_30～50 km，規(guī)模較大。因而，須三段應主要為進積式辮狀河三角洲沉積［25，28-31］，而非扇三角洲沉積。

須三段辮狀河三角洲河道由三角洲平原分流河道和前緣水下分流河道構(gòu)成［圖4（a）］。分流河道特征與河流相辮狀河沉積相似，即河道的底部滯留礫石沉積發(fā)育良好，厚度較大，礫石以碳酸鹽巖礫為主，與下伏泥巖突變接觸，之上亦有細砂巖發(fā)育，但厚度相對較小，巖相以塊狀層理細礫巖相（Gm）為主，在平面上，發(fā)育在研究區(qū)的西北部。三角洲前緣水下分流河道為平原分流河道入湖后的水下延伸，巖性以灰色細粒巖屑砂巖為主，局部含有礫石沉積，水下分流河道砂體巖相以塊狀層理細砂巖相（Sm）和交錯層理細砂巖相（St）為主，反映沉積速率較快，流水作用較強，在研究區(qū)大面積分布。總體上，為北西—南東向長條朵狀、發(fā)散狀分布，河道寬約1.5～8.0 km，溢岸砂則沿三角洲前緣水下分流河道道間分布，主要為被湖浪改造的結(jié)果，河口壩不發(fā)育［圖4（b）］。

3 儲層特征

川東北元壩地區(qū)須三段的巖石類型包括礫巖、砂礫巖、鈣屑砂巖、粉砂巖等。對元壩地區(qū)須三段氣藏10 口取心井156 塊巖心實測孔隙度、滲透率進行詳細地統(tǒng)計、分析，結(jié)果顯示，孔隙度為0.19%～6.42%，平均值為1.93%，表明儲層物性較差，孔隙度＞2%的樣品僅占43.6%（圖5）。滲透率為0.001～533.580 mD，變化范圍較大，平均值5.74 mD，但滲透率＜0.1 mD 的樣品可達總數(shù)的88.7%（圖5），為典型特低孔-致密的儲集巖特征。中細粒鈣屑砂巖和砂礫巖物性相對較好，孔隙度平均值分別為2.64%和1.98%。砂礫巖滲透率較其他巖性明顯升高1～2 個數(shù)量級，應該為微裂縫的影響。

圖5 元壩地區(qū)須三段儲層滲透率與孔隙度相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 Relationship between permeability and porosity of the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area

研究區(qū)須三段氣藏主要的儲集空間類型包括：①侵染狀粒間-粒內(nèi)溶蝕微孔?？紫吨睆蕉嗟陀?.05 mm，多呈侵染狀分布于（含礫）鈣屑砂巖的粒內(nèi)，少部分發(fā)育于鈣屑顆粒的粒間［圖6（a）］，約占總孔隙體積的25%～35%，多分布在（水下）分流河道鈣屑砂巖沉積的中上部，為較差儲層的重要儲集類型。②粒間溶孔。非選擇性溶蝕明顯切割了砂屑顆粒，孔隙直徑介于0.01～0.50 mm［圖6（b）］，約占總孔隙空間的20%～30%，多在物性好的儲集巖中發(fā)育。在測井曲線上，密度曲線突然降低，聲波時差加大，計算的三孔隙度曲線差異明顯，通常分布于（水下）分流河道鈣屑砂巖沉積的中下部。③黏土礦物及白云石晶間（溶）孔。在一些鈣屑砂巖粒間溶孔充填的自生高嶺石晶體之間常發(fā)育黏土礦物孔隙［圖6（b）］，少部分存在于伊利石黏土礦物中，約占總孔隙體積的15%～20%，通常分布于（水下）分流河道中部的中等物性儲層內(nèi)，盡管這部分孔隙類型相對前2 種孔隙類型少，但在以碳酸鹽巖成分為主的巖性中，自生高嶺石黏土礦物的存在一定程度指示了酸性流體（特別是有機酸）溶蝕作用的發(fā)生［32-37］；粉晶白云石晶間孔，大小相對均勻，部分經(jīng)酸性流體后期溶蝕擴大，形成大小不等的晶間溶孔［圖6（c）］，孔徑介于0.01～0.05 mm，這種類型孔隙相對較少，僅在少部分白云巖巖屑中發(fā)育，約占總孔隙空間的5%。④（微）裂縫。裂縫以低角度斜交縫（傾角＜45°）為主，占所觀察裂縫總數(shù)的80%左右；高角度斜交縫（傾角＞45°）相對較少。有效裂縫（未充填或半充填裂縫）與全充填裂縫數(shù)大致相當，裂縫有效率約為50%。微裂縫常發(fā)育于礫石邊緣，少部分發(fā)育于礫石內(nèi)部，因此在砂礫巖及礫巖中較發(fā)育［圖6（d）—（f）］，為砂礫巖儲層的重要儲集空間類型，也可見部分微裂縫切割礫石。（微）裂縫在鈣屑砂巖中較發(fā)育，常與薄煤層伴生，有效裂縫面孔率通常低于0.5%，約占總孔隙空間的5%～10%，（微）裂縫的存在可明顯提高樣品的滲透率。⑤溶洞。巖心上以孤立溶洞出現(xiàn)，僅局部發(fā)育，孔徑通常＜1.5 cm，＜總孔隙體積的5%，為次要的儲集空間類型。

圖6 元壩地區(qū)須三段鈣屑砂巖儲層巖性與儲集類型（a）侵染狀微孔不均勻分布，元壩2 井，T3x33 砂組，4 372.5 m，鑄體薄片（紅色），單偏光；（b）粒間溶孔普遍發(fā)育，可見書頁狀高嶺石充填于溶蝕孔隙中，元壩2 井，T3x33 砂組，4 380.0 m，鑄體薄片（紅色），單偏光；（c）碎屑顆粒粒間孔充填物中，晶間孔隙發(fā)育，元陸11 井，T3 x32，4 372.4 m，掃描電鏡；（d）礫內(nèi)中少量的侵染狀粒間溶孔及微裂縫，元陸702 井，T3 x32，4 410.7 m，鑄體薄片（藍色），單偏光；（e）巖心表面分布有高角度方解石充填—半充填縫，元陸7 井，T3x34，3 518.0 m，巖心直徑10 cm；（f）巖心表面分布有水平縫，切割礫石，元陸11 井，T3x33，4 356.0 m，巖心直徑10 cmFig.6 Lithology and reservoir types of calcarenaceous sandstones of the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area

須三段儲集巖樣品壓汞曲線的排驅(qū)壓力高，可達到10 MPa 以上，毛管壓力曲線呈向右略凹的緩坡狀，細歪度，最大進汞飽和度主要介于50%～70%，反映儲集性能、孔喉連通程度均較差，為微孔-微喉型為主的孔隙結(jié)構(gòu)類型。

須三段儲層樣品的孔隙度多介于2%～6%，以小孔—微孔-微喉為主，連通程度較差，局部發(fā)育中孔-中細喉的相對優(yōu)質(zhì)儲層。應說明的是，以上巖心分析樣品受到取心數(shù)量與取心位置等的限制，并不能完全反映整個儲層的物性特征，但作為基礎數(shù)據(jù)標定測井解釋［38］，仍具有重要意義。

4 成巖作用類型

川東北元壩地區(qū)須三段儲集層成巖類型包括壓實-壓溶、膠結(jié)充填、溶蝕、重結(jié)晶、破裂作用等。就對儲層物性的影響而言，溶蝕為孔隙型儲層最主要的建設性成巖作用，破裂作用對改善儲層滲透率效果更加明顯，壓實和方解石膠結(jié)則是主要的破壞性成巖作用。

（1）壓實-壓溶作用。該作用在研究區(qū)須三段鈣屑砂巖中普遍發(fā)育，是巖石孔隙度迅速降低的主要原因，灰?guī)r巖屑、石英顆粒之間多呈凹凸接觸或縫合接觸［圖7（a）—（b）］。

（2）膠結(jié)-充填作用。研究區(qū)鈣屑砂巖的膠結(jié)-充填作用也極其發(fā)育，特別是方解石膠結(jié)作用也是本區(qū)巖石致密的主要因素之一。以膠結(jié)物和充填物礦物成分為劃分依據(jù)，膠結(jié)充填類型可分為以下幾種：①碳酸鹽膠結(jié)作用。以方解石膠結(jié)為主，呈顆粒狀分布于巖屑或石英顆粒的粒間孔隙中，不同膠結(jié)期次所產(chǎn)生的多期世代結(jié)構(gòu)不明顯，陰極發(fā)光下較明亮［圖7（c）—（d）］，應為成巖早中階段的產(chǎn)物，早中期方解石膠結(jié)物膠結(jié)物占總方解石膠結(jié)物體積分數(shù)的90%以上。偶見深埋藏成巖時期方解石、鐵方解石或白云石膠結(jié)物［圖7（e）］，陰極發(fā)光昏暗或不發(fā)光［圖7（c）—（d）］［39］，占比通常低于方解石膠結(jié)物總體積分數(shù)的5%～10%。方解石膠結(jié)物可占總膠結(jié)充填物體積分數(shù)的90%～95%。②黏土礦物充填作用。以高嶺石充填為主，可占到黏土礦物總含量的80%～90%以上，多呈蠕蟲狀、書頁狀充填于粒間溶孔中［圖7（f）—（g）］，部分可見微弱的暗藍色陰極發(fā)光。雖然高嶺石體積分數(shù)占鈣屑砂巖總礦物組成的5%以下，但在以碳酸鹽成分為主的巖石類型中，它們的存在通常指示了酸性流體在地層中運移，并導致溶蝕和沉淀［32-37］，或是交代不穩(wěn)定長石或硅質(zhì)巖屑的產(chǎn)物。另外，伊利石、蒙脫石等其他少量黏土礦物在掃描電鏡下可以被發(fā)現(xiàn)，但整體占比一般不超過黏土礦物總體積分數(shù)的10%。③硅質(zhì)膠結(jié)作用。主要表現(xiàn)在少量石英顆粒邊緣可見自生加大［圖7（h）—（i）］，硅質(zhì)膠結(jié)所占總填隙物體積分數(shù)比例通常在3%以下。

（3）交代作用。主要表現(xiàn)為石英顆粒邊緣被方解石交代而形成的不規(guī)則形狀［圖7（j）——（k）］，研究區(qū)石英顆粒50%以上都有被交代的特征，結(jié)合前述膠結(jié)物以方解石為主，說明了整個埋藏成巖時期堿性流體較酸性流體占優(yōu)勢地位。

（4）溶蝕作用。根據(jù)溶蝕流體性質(zhì)以及溶蝕孔隙邊緣特征，可以看出，本區(qū)溶蝕作用以非選擇性埋藏溶蝕為主，而（準）同生期溶蝕作用基本不發(fā)育。表現(xiàn)在溶蝕作用切割顆粒或基質(zhì)特征明顯，或沿成巖中晚期微裂縫發(fā)育［圖7（l）—（n）］，而選擇性（準）同生期溶蝕不發(fā)育。部分埋藏非選擇溶蝕孔隙是對（準）同生期或埋藏早期的粒間孔隙的進一步溶蝕，因為這部分孔隙邊緣，早期方解石膠結(jié)物也被溶蝕，這部分孔隙約占總?cè)芪g孔隙的20%～30%。一些埋藏溶蝕孔隙則以長石或巖屑顆粒粒內(nèi)溶孔或鑄模孔的形式出現(xiàn)，或者以侵染狀微溶蝕孔隙出現(xiàn)［圖7（o）—（p）］，這部分孔隙約占總?cè)芪g孔隙的25%～5%，研究區(qū)大部分地區(qū)以這種孔隙類型為主。薄片觀察結(jié)果顯示，現(xiàn)今長石體積分數(shù)通常低于巖石礦物組成的5%，因此，也可能是部分被溶蝕的結(jié)果。

（5）重結(jié)晶作用。這種成巖作用類型通常在極差儲層或非儲層中出現(xiàn)，可能為方解石膠結(jié)作用極其發(fā)育，受其交代作用，以及壓實-壓溶作用、構(gòu)造應力和溫度壓力升高的影響下，原來的碳酸鹽巖巖屑邊界不清晰，顆粒中或顆粒間出現(xiàn)漸變過渡的粉—細晶或細—中晶斑塊，部分顆粒僅可以看到巖屑的殘余結(jié)構(gòu)。該作用的出現(xiàn)，表明了須三段溶蝕與沉淀作用的交替出現(xiàn)。

（6）破裂作用。研究區(qū)的構(gòu)造破裂而形成的構(gòu)造裂縫與微裂縫在（砂）礫巖中發(fā)育，（微）裂縫以低角度為主，少量高角度。本區(qū)構(gòu)造（微）裂縫至少發(fā)育3 期，早期多數(shù)被方解石充填，成為無效裂縫，成像測井多呈亮條帶狀，常規(guī)測井電阻率曲線則出現(xiàn)高阻的尖峰。中、晚期則絕大多數(shù)為半充填—未充填，從而成為儲集空間類型的一種［圖7（q）］。部分礫石內(nèi)部也可見未被充填的微裂縫發(fā)育［圖7（r）］。裂縫的形成和發(fā)育受到巖性、巖層厚度、構(gòu)造作用和斷層等多種因素控制，即鈣屑砂巖脆性大、巖層厚度較薄、構(gòu)造變形強烈和斷層發(fā)育帶，裂縫較為發(fā)育。

圖7 元壩地區(qū)須三段成巖作用特征（a）灰?guī)r巖屑顆粒密集堆積，元陸12 井，4 402.00 m，染色薄片，正交偏光；（b）石英碎屑顆?？p合接觸，元陸10 井，4 146.00 m，染色薄片，單偏光；（c）方解石膠結(jié)作用強烈，元陸20 井，4 137.96 m，染色薄片，正交偏光；（d）方解石膠結(jié)作用強烈，元陸20 井，4 137.96 m，陰極發(fā)光照片，元陸20 井，4 137.96 m，普通薄片，單偏光；（e）方解石和白云石膠結(jié)物較均勻地分布，白云石具鐵云質(zhì)環(huán)邊，元陸7 井，3 516.10 m，染色薄片，單偏光；（f）書頁狀高嶺石集合體充填于粒間孔中，元陸20 井，4 139.92 m；（g）高嶺石充填于溶孔之中，元陸7 井，3 462.00～3 463.00 m，普通薄片，正交偏光；（h）石英自生加大，元陸20 井，4 138.35 m，普通薄片，單偏光；（i）石英自生加大，元陸20 井，4 138.35 m，陰極發(fā)光；（j）碳酸鹽膠結(jié)物交代碎屑，元陸7 井，3 516.30 m，水下分流河道微相，染色薄片，正交偏光；（k）方解石交代石英顆粒，元陸20 井，3 470.00 m，水下分流河道微相，染色薄片，單偏光；（l）粒間溶蝕孔隙發(fā)育，元壩2 井，4 380.00 m，水下分流河道微相，紅色鑄體薄片，單偏光；（m）高嶺石及溶孔，元壩2 井，4 380.00 m，水下分流河道微相，紅色鑄體薄片，單偏光；（n）沿微裂縫發(fā)育的溶孔及其中的高嶺石，元陸12 井，4 402.00 m，分流河道微相，普通薄片，正交偏光；（o）微孔呈侵染狀分布，元壩2 井，4 372.00 m，水下分流河道微相，紅色鑄體薄片，單偏光；（p）重結(jié)晶作用，元陸11 井，4 370.70 m，普通薄片，正交偏光；（q）高角度直立縫切割礫石，元陸702 井，4 412.00 m，分流河道微相，巖心直徑10 cm；（r）礫巖微裂縫發(fā)育，元陸11 井，4 357.00 m，分流河道微相，巖心直徑10 cmFig.7 Characteristics of diagenesis of the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area

5 成巖序列與孔隙演化討論

以古地溫、有機質(zhì)熱演化程度（鏡質(zhì)體反射率Ro）等為成巖階段劃分的主要參考因素，即以有機質(zhì)半成熟—成熟階段的Ro≈0.5%為界限，劃分為早成巖階段和晚成巖階段［40］。根據(jù)以上成巖類型及其定量描述，川東北元壩地區(qū)須三段鈣屑砂巖膠結(jié)作用最主要一期為顆粒間粒狀方解石膠結(jié)，多呈明亮陰極發(fā)光，應該形成于早中期埋藏成巖富錳還原環(huán)境，其鈣離子和碳酸根離子來源于鈣屑砂巖的壓溶及溶蝕作用；另一期主要為連晶方解石膠結(jié)，陰極發(fā)光通常昏暗或者不發(fā)光，可能是深埋成巖作用條件下Fe3+逐漸還原為Fe2+，然后進入方解石晶格的結(jié)果［39］。多數(shù)鈣屑砂巖膠結(jié)物以早中期粒狀方解石為主，晚期連晶狀方解石較少。方解石對石英的交代作用發(fā)生時間應與方解石膠結(jié)同期或稍晚于方解石膠結(jié)。

前述成巖作用類型描述表明，非選擇性深埋溶蝕是本區(qū)須三段最主要的溶蝕作用，須三段煤系烴源巖及部分薄煤層，隨著埋藏逐漸加深，在熱演化過程中釋放的有機酸等酸性流體為埋藏溶蝕作用提供了物質(zhì)來源。黏土礦物高嶺石則是埋藏溶蝕作用階段的重要產(chǎn)物［32-37］，因此，二者均主要形成于埋藏早成巖B 時期。重結(jié)晶作用常常為早成巖中晚期埋藏成巖作用的重要標志，因此通常在埋藏早成巖B 晚期及其以后發(fā)育。破裂作用也主要形成于埋藏成巖時期，早期破裂作用形成的裂縫基本被方解石充填，中期半充填，晚期則多未充填。巖心觀察和薄片鑒定結(jié)果顯示，中、晚期裂縫斷面見有機質(zhì)或黏土礦物富集，因此，部分（微）裂縫可能是油氣運移的通道。

按照未固結(jié)砂地表條件下的分選系數(shù)與孔隙度的關(guān)系，砂巖原始孔隙度計算公式［41-42］為

式中：Φo為砂體原始孔隙度，%；So為分選系數(shù)。

薄片鏡下觀察表明，須三段鈣屑砂巖的分選系數(shù)約為2.5，相對較小。因此，研究區(qū)須三段原始孔隙度約為30%。

恢復壓實作用使孔隙度減小的量可利用下列關(guān)系式［43］表示

式中：Φ壓為壓實作用使孔隙度減小的量，%；Φ粒為壓實后粒間剩余孔隙度，%；Φ粒=Φ膠損+Φ膠粒，其中Φ膠損=膠結(jié)損失的孔隙度，約等于膠結(jié)物的體積分數(shù)，%；Φ膠粒=膠結(jié)后原始粒間孔隙度，%；Φ現(xiàn)今為巖石現(xiàn)今孔隙度，%；Φ溶蝕為溶蝕孔隙度，%；Rsp溶孔為溶孔面孔率，%；P溶孔為溶孔體積分數(shù)，%。

根據(jù)巖石薄片觀察分析數(shù)據(jù)，研究區(qū)壓實作用使孔隙度減小15.6%～24.7%，平均減小18.9%。

進一步根據(jù)粒間方解石膠結(jié)充填物所占礦物的體積分數(shù)，計算膠結(jié)充填作用減小的孔隙度約為6.1%～13.4%，平均減小10.2%。

通過壓實-壓溶與膠結(jié)充填成巖作用，原生孔隙度幾乎損失殆盡。晚成巖早期階段，發(fā)生有機酸的溶蝕，增加孔隙度0.5%～4.6%，平均增加1.9% 左右；后期構(gòu)造作用產(chǎn)生裂縫增加孔隙度約0.1%～0.4%，平均增加0.2%。

根據(jù)以上各個成巖類型的先后順序判斷，結(jié)合自生礦物間的相互切割、交代關(guān)系［44-45］，元壩地區(qū)須三段的成巖序列及孔隙的演化規(guī)律如圖8 所示。可以看出，對儲層發(fā)育具有重要建設性成巖作用主要為溶蝕作用，破裂作用產(chǎn)生的（微）裂縫對儲層質(zhì)量，無論是對儲層儲集空間的增加，還是滲透性的改善都具有重要的積極意義。

圖8 元壩地區(qū)須三段鈣屑砂巖成巖序列及孔隙演化特征Fig.8 Diagenetic sequence and pore evolution characteristics of calcarenaceous sandstones of the third member of Xujiahe Formation in Yuanba area

6 沉積、成巖對儲層發(fā)育的控制

從成巖序列與孔隙演化的關(guān)系可以看出，鈣屑砂巖經(jīng)歷的強烈壓實-壓溶作用不僅可以直接減少孔隙空間，而且在壓溶過程中產(chǎn)生的過飽和鈣離子、碳酸根離子，在孔隙空間流體中重新結(jié)合，形成大量的方解石膠結(jié)物［33］，進一步使孔隙度降低。這是因為，鈣屑砂巖主要由碳酸鹽巖巖屑組成，在溶蝕與壓實-壓溶作用下，鈣離子、碳酸根離子的來源顯然較常規(guī)硅質(zhì)砂巖更加豐富。因此，鈣屑砂巖經(jīng)早成巖早中期的壓實-壓溶與方解石膠結(jié)后，原始孔隙度快速降低。

溶蝕作用是明顯的有利于儲層物性增加的成巖作用。鈣屑砂巖巖心或薄片鏡下觀察均未發(fā)現(xiàn)（準）同生期早期溶蝕作用的標志，早成巖階段早中期以壓實-壓溶和方解石膠結(jié)充填作用為主，而溶蝕作用主要發(fā)生于早成巖晚期和晚成巖早期的中深埋藏階段。溶蝕作用所需要的酸性流體主要與須三段的煤系地層有機質(zhì)的埋藏熱演化相關(guān)，有機質(zhì)在大規(guī)模生排烴之前或排烴過程中均可生成大量各種類型的有機酸等酸性流體，而且煤系烴源巖中沉積的腐殖型有機質(zhì)，為Ⅲ型干酪根的形成提供了主要來源，而Ⅲ型干酪根在生烴演化過程中可形成比Ⅰ，Ⅱ型干酪根更多的有機酸，是產(chǎn)生大量有機酸最有利的干酪根類型［46］。有機酸等酸性流體進入鈣屑砂巖孔隙空間后，碳酸鹽成分的鈣屑更易被溶蝕［47-51］，形成粒間及粒內(nèi)溶孔，不穩(wěn)定的長石、硅質(zhì)巖屑等礦物也可被溶蝕形成新的孔隙，如部分溶孔中常見高嶺石分布。自生高嶺石通常是含油氣酸性流體與砂巖中堿性長石發(fā)生水巖反應的產(chǎn)物［32，37］，而成巖流體始終保持酸性也是形成自生高嶺石的必要和有利條件［36］。因此，元壩地區(qū)須三段鈣屑砂巖溶蝕孔隙中大量充填的自生高嶺石，應該為有機酸等酸性流體溶蝕的重要證據(jù)［參見圖7（c）］［32-33］。

破裂作用也是本區(qū)的建設性成巖作用之一。破裂作用不僅形成少量的儲集空間，而且破裂作用形成的（微）裂縫也是酸性流體和天然氣重要的運移通道［51］。這種致密鈣屑砂巖溶孔和微裂縫相互溝通，往往是本區(qū)測試獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

從沉積角度來看，辮狀河三角洲沉積的（水下）分流河道過渡位置不僅是煤系地層發(fā)育的有利場所，也是鈣屑砂巖發(fā)育的有利場所。這是因為，辮狀河三角洲（水下）分流河道處的鈣屑砂巖砂體厚度相對較大，水動力相對較強，沉積物粒度較粗，原始粒間孔隙度較高；在該位置的鈣屑砂巖儲集層中薄煤層和煤線相對發(fā)育［52］，有利于在其中形成裂縫，進而可形成裂縫-孔隙型儲層，如元陸7 井、元陸12 井須三段鈣屑砂巖儲層中經(jīng)測試，均獲得80萬m3/d 以上的高產(chǎn)工業(yè)氣流，而研究區(qū)西北部的三角洲平原的粗礫砂礫巖更加發(fā)育，有利的鈣屑砂巖儲層厚度減小，導致儲集體相對欠發(fā)育；研究區(qū)東南部位于水下分流河道的下游，遠離物源，鈣屑砂巖中鈣屑等巖屑和相對不穩(wěn)定礦物的含量降低，而穩(wěn)定礦物石英等含量增加，水動力變?nèi)鯇е骂w粒粒度變細，而且從須三段頂面構(gòu)造圖上［參見圖1（b）］也可以看出，該地區(qū)目的層埋藏深度更大，受壓實-壓溶、膠結(jié)、重結(jié)晶等成巖作用影響更加強烈，因此儲集體亦欠發(fā)育。

7 結(jié)論

（1）川東北元壩地區(qū)須三段主要沉積環(huán)境為辮狀河三角洲，鈣屑砂巖主要沉積于（水下）分流河道微相，控制儲層的分布與發(fā)育；儲層主要為特低孔-特低滲鈣屑砂巖，儲集性能較差，儲集空間類型主要為溶孔、微溶孔，以及黏土礦物晶間微孔，粒間溶蝕孔隙是本區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層重要的孔隙類型之一。

（2）川東北元壩地區(qū)須三段儲層的主要成巖作用包括壓實-壓溶、膠結(jié)充填、交代作用、溶蝕作用、重結(jié)晶和破裂作用等。其中鈣屑砂巖儲層溶蝕孔隙的發(fā)育主要與煤系地層烴源巖埋藏熱演化相關(guān)的溶蝕作用有關(guān)，也是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的關(guān)鍵。

（3）辮狀河三角洲（水下）分流河道沉積微相是須三段鈣屑砂巖孔隙發(fā)育的基礎，埋藏溶蝕、破裂作用等成巖作用有利于儲層孔隙的形成和改善。因此，（水下）分流河道中薄煤層或煤層夾層相對發(fā)育區(qū)，以及斷裂、裂縫相對發(fā)育區(qū)為川東北元壩地區(qū)須三段儲層發(fā)育有利區(qū)。