陳賢良，紀(jì)友亮，楊克明

(1.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都 610016)

0 引 言

致密砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖演化，造就了現(xiàn)今低孔低滲的儲(chǔ)層面貌，成巖相則是現(xiàn)今儲(chǔ)層品質(zhì)的直接反映[1-5]。基于成巖相研究成果開(kāi)展儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)，更準(zhǔn)確地指導(dǎo)有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，為制定合理的開(kāi)發(fā)方案提供地質(zhì)依據(jù)。

須四段為川西坳陷中段深層天然氣產(chǎn)出的重要層位之一，現(xiàn)今埋深大于3 500 m，處于中成巖B期-晚成巖階段，儲(chǔ)層孔隙度平均4.88%，滲透率小于1×10-3μm2，為致密儲(chǔ)層。ZHONG、呂正祥、張鼐等研究?jī)?chǔ)層成巖作用、成巖演化及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)制[6-8]，WANG等分析儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其成巖控制[9]，李嶸等開(kāi)展致密化機(jī)理研究[10]，林小兵等針硅質(zhì)碎屑顆粒溶蝕現(xiàn)象分析了溶蝕機(jī)理[11]，王亞男等研究了自生高嶺石的發(fā)育特征、形成機(jī)理及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響[12]。研究成果主要涉及成巖作用、孔隙演化、致密化機(jī)理等方面，較少涉及定量成巖相研究[13-16]，且多以須家河組為單元。利用巖石薄片、鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡等分析測(cè)試方法，結(jié)合定量成巖相研究成果，開(kāi)展川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步研究致密砂巖氣奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西坳陷又稱(chēng)川西前陸盆地，位于四川盆地西部，西以龍門(mén)山逆沖帶為界，東以龍泉山前陸隆起帶為界，呈北東—南西向展布，其中安縣—綿陽(yáng)以南、大邑—成都以北地區(qū)為川西坳陷中段，內(nèi)部可劃分出6個(gè)構(gòu)造單元(圖1)，面積約10 570 km2。須四段為晚三疊世周緣前陸盆地強(qiáng)烈活動(dòng)階段沉積充填，發(fā)育沖積扇-河流-三角洲-湖泊相沉積[17-18]，巖性由細(xì)、中砂巖與頁(yè)巖、煤層的不等厚互層組成。依據(jù)巖性特征可分為上、中、下3個(gè)亞段，其中上、下亞段巖性以砂巖為主，砂巖儲(chǔ)層發(fā)育。

圖1 川西坳陷中段區(qū)域地質(zhì)特征(據(jù)文獻(xiàn)[19]修改)Fig.1 Geological characteristics of the study area(modified by[19])a-川西坳陷位置；b-川西坳陷中段位置；c-構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

須四段儲(chǔ)層巖石類(lèi)型以巖屑砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖為主，碎屑成分以低長(zhǎng)石、高巖屑為特征(圖2，表1)；碎屑顆粒以中粒結(jié)構(gòu)為主，分選好，磨圓較差，以次棱角狀為主(圖3(a)、(b)、(c))；填隙物主要包括碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、黏土礦物和雜基(圖3(d))；顆粒間以線-凹凸接觸為主，以顆粒支撐為特征，膠結(jié)類(lèi)型以孔隙式膠結(jié)為主。須四段儲(chǔ)層碎屑成分和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。

表1 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層碎屑組分特征

圖2 川西坳陷中段四段儲(chǔ)層巖石類(lèi)型Fig.2 Classification of the sandstones of the forth member of Xujiahe formation in middle area of Western Sichuan Depression

圖3 川西坳陷中段四段儲(chǔ)層巖石結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Characteristics of rock structure of the forth member of Xujiahe Formation in middle area of Western Sichuan Depression

2.2 物性特征

須四段儲(chǔ)層孔隙度大小變化較大，其中下亞段儲(chǔ)層孔隙度分布在2%～8%之間，平均5.2%，上亞段儲(chǔ)層孔隙度分布在4%～10%之間，平均5.5%，滲透率小于1×10-3μm2，為致密儲(chǔ)層，局部發(fā)育低滲、特低滲儲(chǔ)層(圖4)。

圖4 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層物性分布直方圖(N-樣品數(shù)量)Fig.4 Physical property distribution of the reservoir in forth member of Xujiahe Formation in middle area of Western Sichuan Depression

2.3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)鑄體薄片鑒定分析，結(jié)合掃描電鏡和陰極發(fā)光觀察，須四段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間發(fā)育較差，原生孔隙基本消失殆盡，次生孔隙發(fā)育，以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主(圖5(a)～(c))，裂縫較發(fā)育；孔隙結(jié)構(gòu)為微-細(xì)孔、微-細(xì)喉型，平均孔隙直徑小于10 μm，最大進(jìn)汞飽和度為2.9%～51.6%，分選系數(shù)為1.09～12.02，最大連通孔喉半徑處于0.03～3 μm。整體上，上亞段儲(chǔ)層較下亞段儲(chǔ)層溶蝕孔更發(fā)育。

2.4 儲(chǔ)層成巖特征

須四段儲(chǔ)層經(jīng)歷了多種成巖變化，形成了現(xiàn)今的儲(chǔ)層面貌，其中壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕成巖作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量起著絕對(duì)的控制作用。

2.4.1 壓實(shí)作用

須四段儲(chǔ)層壓實(shí)作用強(qiáng)，顆粒之間以線-凹凸接觸為主，出現(xiàn)壓實(shí)定向排列現(xiàn)象，可見(jiàn)長(zhǎng)條狀的云母等塑性巖屑等被壓彎甚至折斷(圖5(d)、(e))；壓溶作用分布不均勻，僅在局部石英含量高的儲(chǔ)層中發(fā)育。

2.4.2 膠結(jié)作用

須四段儲(chǔ)層主要膠結(jié)作用包括碳酸鹽、硅質(zhì)和黏土礦物膠結(jié)。其中碳酸鹽膠結(jié)物是最常見(jiàn)的膠結(jié)物類(lèi)型，主要包括方解石、鐵方解石以及少量白云石、菱鐵礦等，以方解石含量最高，主要以斑狀、連晶狀2種形式產(chǎn)出于孔隙間(圖5(f)～(h))，早期以方解石膠結(jié)為主，晚期以含鐵碳酸鹽膠結(jié)為主；硅質(zhì)膠結(jié)物含量一般較低，主要以次生加大邊的形式產(chǎn)出于石英顆粒的邊緣，主要為II～I(xiàn)II級(jí)次生加大(圖5(i)、(j))；黏土礦物主要包括伊利石、綠泥石和少量高嶺石，含量低，主要以孔隙襯邊和充填孔隙為主(圖5(k)、(l))。

圖5 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層顯微特征Fig.5 Microscopic characteristics of reservoir in the forth member of Xujiahe Formation in middle area of Western Sichuan Depression

2.4.3 溶蝕作用

溶蝕作用是須四段砂巖儲(chǔ)層中非常普遍的一種成巖作用類(lèi)型。在酸性地層水作用下長(zhǎng)石、沉積巖巖屑、巖漿巖巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等發(fā)生部分、甚至全部的溶解，形成次生孔隙(圖5(a)～(c)、(m)～(o))。長(zhǎng)石、巖屑常被溶蝕形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔，甚至形成鑄模孔等，常見(jiàn)長(zhǎng)石沿解理縫溶解呈蜂窩狀、條帶狀，膠結(jié)物的溶解作用相對(duì)比較微弱。

3 定量成巖相

為定量表征3種主控成巖作用的成巖強(qiáng)度，采用視壓實(shí)率、視膠結(jié)率、視溶蝕率進(jìn)行定量表征[5，20-23]，建立須四段儲(chǔ)層成巖強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層成巖強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)成巖強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知，整體以中強(qiáng)-強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)膠結(jié)、弱溶蝕為主(圖6)，下亞段壓實(shí)與膠結(jié)強(qiáng)度高于上亞段、溶蝕強(qiáng)度弱于上亞段。建立測(cè)井響應(yīng)并優(yōu)選響應(yīng)特征明顯的聲波、電阻率和密度輔助成巖相判別(表3)，開(kāi)展全井段成巖相分析，完成平面成巖相劃分[24-28]。

表3 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層成巖相類(lèi)型及強(qiáng)度、測(cè)井響應(yīng)特征

圖6 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層成巖強(qiáng)度Fig.6 Intensity of the forth member of Xujiahe Formation in middle area of Western Sichuan Depression

上、下亞段儲(chǔ)層成巖相展布特征相似，龍門(mén)山前地區(qū)主要發(fā)育強(qiáng)膠結(jié)成巖相，新場(chǎng)構(gòu)造帶以中強(qiáng)壓實(shí)中溶蝕成巖相為主，中江-回龍至洛帶地區(qū)以強(qiáng)壓實(shí)中溶蝕成巖相為主，大邑地區(qū)以強(qiáng)膠結(jié)弱溶蝕成巖相為主，什邡、馬井及廣漢地區(qū)以強(qiáng)壓實(shí)弱溶蝕成巖相為主，溫江、成都地區(qū)以強(qiáng)壓實(shí)成巖相為主(圖7)。中溶蝕成巖相主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道主體、砂體厚度大于10 m、長(zhǎng)石等溶蝕組分含量較高的地區(qū)，且上亞段儲(chǔ)層溶蝕程度大于下亞段。

4 儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

須四段儲(chǔ)層整體巖屑含量高，埋藏深、壓實(shí)作用強(qiáng)，儲(chǔ)集空間發(fā)育較差。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層物性最好，但僅在局部深度范圍內(nèi)發(fā)育，以發(fā)育Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層為主，其中Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層溶蝕作用較強(qiáng)，物性較好，為有利儲(chǔ)層(表4)。

表4 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)

須四段下亞段Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層主要發(fā)育在新場(chǎng)構(gòu)造帶和中江-洛帶地區(qū)(圖7)，屬中壓實(shí)中溶蝕和中強(qiáng)壓實(shí)中溶蝕成巖相。須四段上亞段Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層展布特征與下亞段相似，僅中江-洛帶地區(qū)有利儲(chǔ)層分布面積有所增大。由于上亞段儲(chǔ)層埋藏淺且砂體發(fā)育程度高，溶蝕強(qiáng)度大于下亞段、物性好于下亞段儲(chǔ)層。

圖7 川西坳陷中段須四段儲(chǔ)層成巖相平面展布Fig.7 Distribution of the diagenetic facies of the forth member of Xujiahe Formation in middle area of Western Sichuan Depression

5 結(jié) 論

1)須四段儲(chǔ)層主要由中粒巖屑砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖組成，孔隙類(lèi)型以粒內(nèi)和粒間溶孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)為微-細(xì)孔、微-細(xì)喉型，孔隙度、滲透率低，屬致密儲(chǔ)層。

2)依據(jù)壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕3種主要成巖強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，須四段儲(chǔ)層以中強(qiáng)-強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)膠結(jié)、弱溶蝕為主要特征，發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)壓實(shí)弱溶蝕、強(qiáng)壓實(shí)中溶蝕、中強(qiáng)壓實(shí)中溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)、強(qiáng)膠結(jié)弱溶蝕6種主要成巖相類(lèi)型。

3)縱向上，下亞段壓實(shí)與膠結(jié)強(qiáng)度高于上亞段、溶蝕程度弱于上亞段；平面上，上、下亞段儲(chǔ)層成巖相展布特征相似。

4)須四段儲(chǔ)層分為4類(lèi)，其中II類(lèi)儲(chǔ)層物性較好，為有利儲(chǔ)層，分布在新場(chǎng)構(gòu)造帶和中江-洛帶地區(qū)，且上亞段儲(chǔ)層物性好于下亞段儲(chǔ)層。