元壩地區須家河組砂巖儲層成巖作用類型研究

摘 要：通過對四川盆地元壩地區須家河組砂巖儲層的薄片鑒定和陰極發光分析，表明該地區儲層巖性主要經歷了壓實作用、膠結作用、溶蝕交代作用和破裂作用幾種成巖作用。壓實作用和碳酸鹽膠結作用為主的破壞性成巖作用，幾乎破壞了全部的原生孔隙；溶蝕作用和微裂縫的發育為建設性成巖作用，提高了儲集性能。

關鍵詞：元壩地區；須家河組；成巖作用

砂巖的儲層質量顯著受成巖作用的控制，成巖過程中發生的壓實作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用等對儲層物性影響較大[1-2]。不同成因機制的砂巖儲層成巖作用，其孔滲性不相同[3]，原生孔隙的保存、次生孔隙的形成和演化也有較大差異[4-5]。砂巖成巖作用類型的正確認識和分析對于儲層質量的評價和預測至關重要。

1 地質背景

元壩地區位于四川盆地東北部，該地區須家河組地層廣泛發育，其巖性主要為灰、深灰色泥巖、泥質粉砂巖、黑色碳質泥巖與灰色砂礫巖互層，縱向上可劃分為五段，其中一、三、五段以泥巖為主，二、四段以砂巖為主（圖1）。四川盆地發育多物源大型三角洲砂體、多期疊置，大面積分布，盆內已發現的大中型氣田主要分布在三角洲前緣有利相區。而元壩地區位于龍門-米倉山前三角洲前緣，發育須二、須三及須四水下分流河道沉積，都為元壩地區重要的儲層，而須二和須四儲層段發育相對較好。

圖1 元壩地區須家河組巖性縱向分布示意圖

2 樣品和實驗方法

樣品采自四川盆地元壩地區，埋藏深度主要在3800-5000m，分布地層包括須家河組的須二段、須三段和須四段，主要巖性為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑石英砂巖。

對采集樣品進行了普通薄片和鑄體薄片的觀察和鑒定分析（包括茜素紅染色分析）研究其主要的巖石學特征，包括巖石類型、巖石成分以及礦物的占位關系等。利用成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室的CL8200MK5陰極發光儀（配以Leica偏光顯微鏡）進行陰極發光分析，根據各礦物的Mn、Fe含量的不同，其發光性不同這一原理，進一步分析驗證各礦物成分及其相互關系，并結合普通薄片鑒定結果，綜合分析其成巖作用類型。

3 成巖作用類型

元壩地區的儲集砂巖主要經歷了壓實作用、壓溶作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用，破裂作用（主要是指微裂縫）等。

3.1 壓實作用

通過薄片觀察，該研究區壓實作用比較強烈，是導致元壩地區須家河組砂巖低孔-低滲，致密性的主要破壞性成巖作用之一，主要表現為：①云母的彎曲變形；②長石、石英、粉砂質泥巖巖屑以及低級變質巖巖屑等碎屑顆粒的定向排列；③碎屑顆粒的點-線接觸，且主要以線接觸為主，局部見凹凸接觸和縫合線接觸，局部還可以看到石英顆粒間鋸齒狀縫合線處的壓溶作用；④石英、長石等剛性顆粒呈碎裂狀⑤低級變質巖巖屑（如千枚巖、板巖和片巖）和粉砂質泥巖巖屑等的擠壓變形形成假雜基，薄片中呈長條狀甚至呈啞鈴狀。

3.2 膠結作用

通過薄片觀察，在元壩地區須家河組砂巖儲層中，主要發育硅質、自生粘土礦物、碳酸鹽等膠結，并且以硅質、泥質和鈣質膠結為主。膠結物總量平均值約為8.65%，其中儲集層的主要膠結物為硅質膠結物和碳酸鹽膠結物，其平均值約為1.45%和6.3%，此外，還有少量的粘土質膠結物等。

3.2.1 碳酸鹽膠結

從薄片觀察，在該研究區，碳酸鹽膠結物較為發育，但含量變化比較大，且以方解石膠結物居多，其平均值約為4.41%，白云石膠結物平均含量僅占0.866%左右。大部分的碳酸鹽膠結物都呈鑲嵌狀分布于石英次生加大邊周圍，由此可以推斷碳酸鹽膠結物形成于石英次生加大之后，為早期形成；而其來源可能為壓溶作用帶來的碳酸鹽膠結物，也可能為流動的孔隙水（主要為有機酸）沉淀形成，通過對薄片進行茜素紅和鐵氰化鉀溶液染色發現，早期形成的碳酸鹽膠結物主要為普通的方解石和白云石膠結物，晶粒較小，細粒狀，結晶程度差，晚期形成的碳酸鹽膠結物主要為含鐵方解石和含鐵白云石膠結物，呈鑲嵌狀和櫛殼狀，結晶程度好。須三段、須四段早期碳酸鹽膠結作用較為明顯，且以方解石膠結為主。

3.2.2 硅質膠結-自生石英

在該研究區硅質膠結較為發育，主要為圍繞石英顆粒邊緣生長的石英次生加大，平均含量為2.41%，須二、須四含量相對較高，偶爾見到石英的多期加大邊，此外，還有沿長石解理縫或由于擠壓產生的破裂縫充填的石英脈。

通過薄片鑒定分析表明，硅質膠結物SiO2的主要來源可能有兩個，第一，石英顆粒間的壓溶作用帶來的SiO2；第二，在須二、四段儲層中，可見到孔隙充填物中有伊利石化現象，甚至有自生礦物伊利石的產出，須三段孔隙中有自生高嶺石的沉淀，并且長石含量極低，根據長石溶解方式：

（1）同生到埋藏成巖作用初期

KAlSi3O8（鉀長石）+Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）=KAl3Si3O10（OH）2（伊利石）+2SiO2+H2O；3Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）+2K+=2KAl3Si3O10（OH）2（伊利石）+2H++3H2O；

CaAl2Si2O8（鈣長石）+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）+Ca2+。

（2）埋藏成巖作用初期到120-140度古地溫以前

2KAlSi3O8（鉀長石）+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）4SiO2（硅質）+2K+。

蒙脫石+4.5K++8Al3+→KAl3Si3O10（OH）2（伊利石）+Na++2Ca2++2.5Fe3++2Mg2++3Si4+；2NaAlSi3O8（鈉長石）+2H++H2O=Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）+4SiO2（硅質）+2Na+。

由上述反應可以看出，伴隨著長石等的溶解以及高嶺石和伊利石的沉淀，將造成次生孔隙形成和SiO2的多次過飽和，硅質膠結物可能會伴隨著長石等的溶解一直沉淀，這與在深埋藏的須二段也見到石英的次生加大甚至多期加大現象相符。

3.2.3 自生粘土礦物

在該研究區，自生粘土礦物含量較少，1%-2%左右，主要有伊利石、高嶺石，偶見綠泥石，其中，綠泥石主要以綠泥石包膜和彎曲變形的片狀綠泥石產出；伊利石主要在須二段、須四段均可見到，以孔隙充填物為主，分布在粒內溶孔和粒間溶孔中，呈網狀、纖維狀和孔隙襯邊產出，高嶺石主要分布在須三段和須二段，沉淀于粒內和粒間溶孔中，呈蠕蟲狀或手風琴狀產出。

3.3 溶蝕交代作用

溶蝕作用和交代作用是元壩地區須家河組儲層中的一種比較常見的現象，也是形成儲集空間的最重要的作用之一。在該研究區，被溶蝕的碎屑有長石、以中基性火山巖為主的火山巖巖屑、泥巖和粉砂巖巖屑，粘土和碳酸鹽雜基也有被溶蝕的現象。其中以長石的溶蝕最為普遍，其次是火山巖巖屑的溶蝕，主要分布在須二段和須四段，但大部分的溶蝕孔都已被碳酸鹽充填交代，局部被碳酸鹽交代的長石仍保留了其雙晶的特性；而粒內溶蝕孔主要沿長石的解理縫和雙晶縫、巖屑中的顆粒邊緣；在形成的少量的次生溶蝕孔中，可以見到比較明顯的伊利石化現象。

3.4 破裂作用

薄片觀察發現，該研究區微裂縫較為發育，是元壩地區須家河組低孔-低滲砂巖成為儲層的十分重要的成巖作用。構造破裂作用形成的裂縫和微裂縫主要沿解理面，溶蝕作用形成的裂縫，大部分沿粒間孔隙形成，微裂縫的寬度約為0.03-0.06mm，局部有切穿顆粒的現象。

4 結束語

元壩地區須家河組儲層主要為須二段、須三段、須四段，須家河組儲層砂巖在成巖過程中，主要經歷了壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和破裂作用等成巖作用。壓實作用和碳酸鹽的膠結作用為該地區主要的破壞性成巖作用；溶蝕作用和微裂縫的發育，改善了儲集空間和儲集性能，屬于十分重要的建設性成巖作用。

參考文獻

[1]朱筱敏.沉積巖石學，第四版[M].北京石油工業出版社，2008.

[2]劉寶 .沉積巖石學[M].地質出版社，1980.

[3]傅強.成巖作用對儲層孔隙的影響-以遼河盆地榮37塊氣田下第三系為例[J].沉積學報，1998，16（3），92-96.

[4]Scherer M.Paramcters influencing porosity in Sandstone：A Model for Sandstone porosity prediction. AAPG Bulletin，1987，71（5）：489～491.

[5]Lomando A J.The influence of solik reservoir bitumen on reservoir quality.AAPG Bulletin，1992，76（8）：1 137～1 152.

作者簡介：袁桃（1989-），男，四川江油人，碩士研究生，成都理工大學沉積地質研究院，巖石學、礦物學、礦床學專業。