川西坳陷中部須家河組五段致密砂巖儲層特征及主控因素

林小兵，劉莉萍，田景春，彭順風，楊辰雨，蘇 林

(1.成都理工大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059； 2.中國石化 西南油氣分公司 勘探開發研究院，四川 成都 610041)

致密砂巖氣作為重要的非常規油氣資源類型，與頁巖氣、水溶氣、煤層氣等共同占據著油氣資源的重要位置。四川盆地致密砂巖氣資源量較為豐富，屬超深低-特低孔滲致密砂巖氣藏，致密砂巖儲層的研究工作已開展多年，并取得了一系列的成果，但主要集中在須家河組二段(T3x2)和四段(T3x4)[1-7]，而對主要作為蓋層和烴源層系的須家河組五段(T3x5)砂巖儲層，涉及較少，研究不多。川西地區中部90余口須五段過路井，其中81口鉆井鉆遇氣顯示，且2口井中途測試獲工業氣流，但仍未將其作為目的層進行研究及勘探開發。盡管有研究認為四川盆地須五段儲層物性較差，孔隙度主要分布在2%～5%[8]，并且氣水關系復雜[9]，然而2013年新場地區有6口鉆井在須五段砂巖層段獲大于3×104m3/d工業氣流，顯示須五段致密砂巖依然具有良好的勘探開發潛力。

隨著川西坳陷中段須五段勘探開發力度加大，對儲層特征的描述、相對優質儲層的識別及成因研究就顯得十分迫切。而目前，基于須五段儲層的研究幾乎處于空白階段，本文依據現有資料，利用巖心觀察、測井資料、物性分析、薄片鑒定、掃描電鏡等手段對研究區須五段致密砂巖儲層特征及相對優質儲層的影響因素進行探索，以期為新層位的井位部署、測試選層等提供地質依據。

1 須五段致密砂巖儲層砂體賦存狀態

須五段沉積期，四川盆地沉降-沉積中心的主體由川西坳陷帶遷移到川東北坳陷[10]，川西地區的物源供應遠不如須四時期充足，以發育濱-淺湖和沼澤相的雜色泥巖、暗色炭質泥巖夾薄煤層、粉砂巖的互層組合為主，其中廣泛發育的大套泥頁巖構成了區域性的烴源巖和蓋層，為侏羅系遠源氣藏的主力烴源巖[11-12]。

2 須五段致密砂巖儲層特征

2.1 致密砂巖儲層巖性特征

根據390余塊薄片鑒定資料統計表明，須五段主要發育的巖石類型包括砂礫巖、巖屑砂巖、石英砂巖、粉砂巖和泥巖等(圖2a)。粒度以細粒為主，也發育中、粗粒，其次為粉砂及泥。碎屑礦物成分以沉積巖巖屑、石英為主，偶見長石。膠結物以方解石、白云石為主，見少量硅質、菱鐵礦膠結。其中作為致密儲層的巖石類型主要為巖屑砂巖，包括鈣屑砂巖及含碳酸鹽巖屑砂巖。

鈣屑砂巖為碳酸鹽巖屑大于50%的巖屑砂巖，碎屑礦物成分以碳酸鹽巖屑為主，石英含量低，幾乎不含長石(圖2b)。含碳酸鹽巖屑砂巖碎屑礦物成分復雜，石英含量最高，平均為57%，巖屑含量平均為42%，其中以沉積巖巖屑的碳酸鹽巖屑為主，少量長石(圖2c)。

2.2 致密砂巖儲層物性特征

須五段砂巖層段298個物性數據統計表明(圖3)，砂巖孔隙度分布在0.89%～6.65%，平均為2.06%，滲透率分布在(0.00 2～12.528)×10-3μm2，平均為0.162×10-3μm2，孔滲相關性較差。

從孔滲關系圖上可以看出，孔隙度主要集中在兩個區間：①大部分樣品孔隙度為1%～2%，滲透率小于0.1×10-3μm2；②另一部分樣品集中分布在2.5%～4%，滲透率為(0.01～1)×10-3μm2，認為這一部分儲層品質相對較好，是須五段致密砂巖中的相對優質儲層，為研究的主要目的層。

2.3 致密砂巖儲集空間特征

鑄體薄片、掃描電鏡觀察可見，須五段主要砂巖儲層，碳酸鹽巖屑、石英顆粒之間被方解石、白云石膠結(圖4a,b)、粘土礦物充填(圖4c,d)，僅在巖屑石英砂巖中，粒間孔充填硅質膠結(圖4e)，呈壓結-孔隙式、基底式膠結，巖性致密。但是，在巖性普遍致密的背景下，仍可見一定的儲集空間發育，其類型主要包括：粒間次生溶孔(圖4f—h)、長石粒內(鑄模)孔(圖4i)、殘余粒間孔(圖4j)及微裂縫(圖4k,l)等，微裂縫順顆粒邊緣發育，溝通孔隙。溶蝕孔隙周圍及裂縫內多見有機質浸染或充填。

3 須五段相對優質儲層發育控制因素

3.1 相對優質致密砂巖儲層識別

通過物性數據、普通巖石及鑄體薄片觀察，在單井上可以識別出物性較好或微觀孔隙發育帶，即相對優質儲層段。對現有資料統計表明(表1)，相對優質儲層主要發育于厚度大于4m、測井曲線為“箱形”、“鐘形”、“漏斗形”的中-細粒鈣屑砂巖及碳酸鹽巖屑砂巖段的內部，其中“平直箱形”河道砂體儲層品質最好。在典型的X884井中，發育一套厚度約8米的總體上呈箱形特征的河道砂體，從測井曲線形態、碎屑礦物組分含量均可以看出該砂體由多期河道及河口壩砂體疊加而成，砂體內部可以識別出3層厚1～2 m的相對優質儲層，共厚5.4 m(圖5)。

圖1 孝泉-新場地區須五段砂體縱、橫向分布特征Fig.1 Sandbodies correlation and distribution of T3x5 in Xiaoquan-Xinchang areaa.砂體對比；砂組單層厚度大于4 m砂巖累積厚度等值線砂組單層厚度大于4 m砂巖累積厚度等值線(m)

3.2 致密砂巖相對優質儲層發育控制因素

致密砂巖儲層發育到目前的狀態，首先是不同組合的礦物組分經過不同水動力條件的搬運堆積，再通過埋藏成巖演化，包括破壞性及建設性成巖作用的改造而最終定型，而相對優質儲層應是在建設性成巖作用主導下發育形成。因此分析致密砂巖發育主控因素，即是基于砂體沉積背景和沉積特征條件下，對有利于建設性成巖作用發生的控制因素的剖析。

圖2 川西坳陷中段須五段巖石類型及成分統計Fig.2 Statistics of rock types and composition of T3x5 in the central of Western Sichuan Depressiona.巖石類型統計；b.鈣屑砂巖中碎屑成分；c.含碳酸鹽巖屑砂巖中碎屑成分

圖3 川西坳陷中部須五段孔-滲相關性Fig.3 Relationship between porosity and permeability of T3x5 in the central of Western Sichuan Depression

1) 沉積水動力條件

沉積水動力條件決定了沉積物的顆粒大小和雜基含量等特征。對于須五段砂巖來說，相對低能水動力條件下，塑性顆粒(泥巖巖屑、變質巖巖屑)、粘土雜基等含量高，相對缺乏早期膠結支撐而呈強壓實狀態，其對壓實、壓溶作用的抵抗能力較差，最終形成堆積緊密的致密砂體，是導致須家河組砂巖致密化的重要因素(圖4c,d)。

同時，須五段亦發育水動力條件較強的三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體。(水下)分流河道砂體測井曲線主要呈“箱形”和“鐘形”特征(圖1a，圖5)，其中“箱形”曲線砂體沉積時水動力條件表現為持續較強，物質受到的沖刷、淘洗充分，粘土填隙物較少，利于原生孔隙的保存及溶蝕流體交換，形成相對優質儲層(圖4g)。“鐘形”曲線砂體，其沉積特征表明河道砂體沉積時水動力條件為從強變弱的過程，較粗粒砂先沉積，向上逐漸變細，同時泥質含量也逐漸增多。相對“箱型”曲線砂體而言，“鐘形”曲線砂體非均質性更強，有相對優質儲層發育，但單層厚度不大。

2) 巖石組分差異

前已述及，具有一定厚度的單層致密砂巖均是由多期河道疊加而成，即使是同一期河道由于水動力條件的改變也使得巖石組分包括碎屑礦物含量、膠結物類型及含量等出現較大差異。對致密砂巖儲層品質的影響主要體現在兩方面，一方面膠結物發育使儲層變得致密，另一方面不穩定礦物發育有利于溶蝕孔隙發育而形成相對優質儲層。

與須二段、須四段發育綠泥石(須二段發育于早期、須四段為晚期)、硅質礦物、碳酸鹽礦物膠結不同，須五段主要發育碳酸鹽礦物膠結作用(圖4a)，充填了大量的孔隙空間。硅質膠結主要在巖屑石英砂巖中發育(圖4e)，在鈣屑砂巖段或者含碳酸鹽巖屑砂巖段，可見具硅質膠結的再旋回石英，而不是沉積后發育的次生加大(圖4d)。

圖4 川西坳陷中部須五段儲層微觀及儲集空間特征Fig.4 Microscopic and reservoir space characteristics of T3x5 in the central of Western Sichuan Depressiona.方解石、白云石膠結，CG561,3 539 m，染色片;b.方解石晶體充填粒間孔隙，XYHF-1，3 048.76 m；c.粘土礦物充填，長石顆粒偶見，X884，3 101.4 m；d.含碳酸鹽巖屑砂巖，具次生加大的再旋回石英，粘土雜基填隙，X884,3 108；e.巖屑石英砂巖，見硅質次生加大膠結，CG561，3 267 m；f.灰色巖屑石英砂巖，粒間次生溶蝕孔隙，新頁HF-1，3 065.94 m；g.粒間溶孔，有機質浸染，X884，3 104.38 m，藍色鑄體片；h.粘土礦物與方解石晶間次生溶孔，XYHF-1，3 048.76 m；i.長石鑄模孔，X884,3 103.2 m,藍色鑄體片；j.殘余粒間孔，X884,3 107 m,藍色鑄體片；k.裂縫被有機質充填，X884，3 097.78 m；l.裂縫溝通鑄模孔，X884，3 095.84 m,藍色鑄體片

須五段巖石組分中長石含量極低(<1%)，因此相對缺乏與須二段、須四段長石溶孔類似的儲集空間類型。盡管目前統計須二段、須四段長石含量也不高，分別為8%～10%和1%～3%，但陰極發光分析表明大多數的碎屑長石是在埋藏成巖過程中溶解消失的,并最終形成了長石粒內溶孔、鑄模孔等[15]。因此，目前觀察到的須五的低長石特征，應該也是長石被溶蝕后的結果，并且形成了少量的溶蝕孔隙，孔徑在0.08～0.3 mm之間(圖4i)。

3) 生烴增壓作用

烴類侵位在儲層成巖演化的過程中具有重要作用[16]。鏡下薄片可以觀察到孔隙發育帶多見有機質浸染(圖4g)，微裂縫中多被有機質充填(圖4i)。須五段泥頁巖作為優質烴源巖，其生烴強度大，烴類成熟大量排烴時必將產生巨大的壓力，使得烴源巖周圍的砂巖順著顆粒邊緣產生微裂縫，大量有機酸進入膠結物未充滿的殘余粒間孔，再次發生溶蝕擴大。

并且生烴增壓縫將孤立的溶蝕孔隙連通(圖4l)，雖然多數被有機質充填，但在儲層改造過程中易于被壓開，有助于改善儲層的滲透能力。

表1 川西坳陷須五段相對優質儲層特征Table 1 Statistics of relatively favorable reservoir characteristics of T3x5 in the central of Western Sichuan Depression

圖5 X884井須五段相對優質儲層段綜合柱狀圖Fig.5 Composite histogram of relatively favorable reservoir of T3x5 in X884 well

4 結論

1) 川西坳陷須家河組五段烴源層系中發育單層厚2～25 m的三角洲前緣水下分流河道、河口壩砂體，縱向上主要發育于上、下亞段，中亞段局部地區發育；在孝泉-新場地區平面上呈三角洲前緣朵葉體特征，水動力較強的主河道呈鳥足狀、由北向南延伸，河道寬2～3 km，橫向展布范圍有限。

2) 作為致密儲層的巖石類型主要為巖屑砂巖，包括鈣屑砂巖及含碳酸鹽巖屑砂巖。為特低孔低滲儲層，孔隙度平均為2.06%，滲透率平均為0.162×10-3μm2，孔滲相關性較差。塑性顆粒(泥巖巖屑、變質巖巖屑)、粘土雜基的高含量，碳酸鹽礦物膠結物的大量發育，是須五儲層巖性致密主要因素。在巖性普遍致密的背景下，仍可見一定的粒間次生溶孔、長石粒內(鑄模)孔、殘余粒間孔及微裂縫等發育。

3) 相對強水動力條件沉積的中-細粒鈣屑砂巖、含碳酸鹽巖屑砂巖利于原生孔隙的保存及溶蝕流體交換，形成相對優質儲層；易溶礦物長石含量極低，應是長石被溶蝕后的結果，并形成少量的溶蝕孔隙；烴源層系中獨有的生烴增壓縫利于大量有機酸進入膠結物未充滿的殘余粒間孔，再次發生溶蝕擴大。

4) 從儲集性能的角度考慮，與生氣強度大的優質烴源相鄰的具有一定厚度的三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體更有利于相對優質儲層發育，即是川西坳陷中段須五段鉆探的首選目標。

參 考 文 獻

[1] 董貞環.四川盆地西部須家河組致密砂巖成巖作用與孔隙演化模式[J].巖相古地理，1994，14(2)：33-41.

Dong Zhenhuan.Model for diagenesis and porosity evolution of the dense sandstones form the Xujiahe Formation in western Sichuan basin[J].Journal Article.1994,14(2) :33-41.

[2] 張哨楠.四川盆地西部須家河組砂巖儲層成巖作用及致密時間討論[J].礦物巖石，2009，29(4)：33-38.

Zhang Shaonan.discussion on the diagenesis and timing of tight sandstone reservoir in Xujiahe Formation,western Sichuan basin[J].Journal of Mineralogy and Petrology.2009，29(4)：33-38.

[3] 呂正祥，劉四兵.川西須家河組超致密砂巖成巖作用與相對優質儲層形成機制[J]，巖石學報，2009，25(10)：2373-2383.

Lü Zhengxiang,LiuSibing.Ultra-tight sandstone diagenesis and mecha-nism for the formation of relatively high-quality reservoir of Xujiahe Group in western Sichuan[J].ActaPetrologicaSinica.2009，25(10)：2373-2383.

[4] 曾小英,張小青,鐘玉梅.川西坳陷中段須家河組四段鈣屑砂巖氣層的成因[J]，沉積學報，2007，26(6)：896-901.

Zeng Xiaoying,ZhangXiaoqing,ZhongYumei,et al.Origin of Calcare-naceous Sandstone Gas Formation of the 4th Member of Xujiahe Formation in the Middle Part of Western Sichuan Depression[J].ActaSedimentologica Sinica.2007，26(6)：896-901.

[5] 曾小英，張娟，劉遠洋,等.沉積期火山作用對川西坳陷須家河組優質儲層的意義[J],石油與天然氣地質，2012，33(1)：50-60.

Zeng Xiaoying,Zhang Juan,LiuYuanyang,et al.Significance of syndepositional volcanism to high quality reservoirs in the Xujiahe Formation,the western Sichuan Depression[J]Oil & Gas Geology,2012,33(1)：50-60.

[6] 羅文軍，彭軍，杜敬安,等.川西坳陷須家河組二段致密砂巖儲層成巖作用與孔隙演化——以大邑地區為例[J].石油與天然氣地質，2012，33(2)：287-295.

Luo Wenjun,PengJun,DuJingan,etal.Diagenesis and porosity evolution of tight sand reservoirs in the 2nd member of Xujiahe Formation,western Sichuan Depression:an example from Dayi region[J].Oil & Gas Geology,2012,33(2) :287-295.

[7] 孫全力，孫晗森，賈趵，等.川西須家河組致密砂巖儲層綠泥石成因及其與優質儲層關系[J].石油與天然氣地質，2012，33(5)：751-757.

[8] Sun Quanli,SunHansen，JiaBao,et al.Genesis of chlorites and its relationship with high-quality reservoirs in the Xujiahe Formation tight sandstones,western Sichuan depression[J].Oil& Gas Geology,2012，33(5)：751-757.

[9] 劉莉萍，林小兵，李麗平.四川盆地孝泉-豐谷構造帶須家河組氣藏氣水分布控制因素及勘探潛力[J].天然氣工業,2013,33(6):16-22.

Liu Liping,Lin Xiaobing,Li Liping.Factors controlling gas water contact and the exploration potential of the XujiaheFm gas reservoirs in the Xiaoquan—Fenggu structural zone,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry.2013,33(6):16-22.

[10] 鄭榮才,戴朝成,朱如凱等.四川類前陸盆地須家河組層序—巖相古地理特征[J].地質論評,2012,55(4):484-495.

Zheng Rongcai,Dai Caocheng,Zhu Rukai,etal.Sequence based Lithofacies and Paleogeographic Characteristics of Upper Triassic Xujiahe Formation in Sichuan Basin[J].Geological Review.2012,55(4):484-495.

[11] 王君澤,劉四兵,陳婷等.川西坳陷孝-新-合地區須家河組烴源巖地化特征對比及評價[J].四川文理學院學報,2011,21(5):67-69.

Wang Junze,Liu Sibing,Chen Ting,et al.Comparison and Evaluation on the Characteristics of Geochemistry on Xujiahe Formation Hydrocarbon Source Rocks in Xiao-Xin-He Region of Western Sichuan Depression[J]Sichua University of Arts and Science Journal.2011,21(5):67-69.

[12] 馬立元,周總瑛.川西坳陷中段上三疊統須家河組天然氣資源潛力分析[J].天然氣地球科學,2009,20(5):730-737.

Ma Liyuan,Zhou Zongying.Analysis of Natural Gas Resource Potentiality for Upper Tertiary Xujiahe Formation in the Middle Part of West Sichuan Depression[J].Natural Gas Geoscience.2009,20(5):730-737.

[13] 付冠,張良華,袁志華等.四川盆地上三疊統須家河組沉積環境分析[J].重慶科技學院學報(自然科學版),2010,12(6):17-21.

Fu Guan,Zhang Lianghua,Yuan Zhihua,etal.Sedimentary Environment Research for Xujiahe Formation of the Upper Triassic Series in Sichuan Basin[J].Journal Of Chongqing University of Science And Technology(Natural Sciences Edition.2010,12(6):17-21.

[14] 林小兵,田景春,劉莉萍等.等時格架及地震反演雙重約束的精細砂體對比研究.[J].中國礦業大學學報,2011,40(3):417-423.

Lin Xiaobing,Tian Jingchun,Liu Liping,etal.Research on fine sandbody correlation method under the double constraints of isochronous framework and seismic inversion[J].Journal of China University of Mining & Technology.2011,40(3):417-423.

[15] 黃思靜,佟宏鵬,黃可可等.陰極發光分析在恢復砂巖碎屑長石含量中的應用——鄂爾多斯盆地上古生界和川西凹陷三疊系須家河組的研究[J].地球科學進展,2008,23(10):1013-1019.

Huang Sijing,TongHongpeng,HuangKeke,etal.Application of CathodoluminescenceAnalyse to the Recovery of Feldspar Content in Sandstone—A Case Study of Upper Paleozoic of Ordos Basin and Xujiahe Formation of Western Sichuan Depression,Sichuan Basin[J].Advances In Earth Science.2008,23(10):1013-1019.

[16] Wilkinson M,Haszeldine R S,Ellam R M,et al.Hydrocar-bon filling history from diagenesisevidence:BrentGroup,UK North Sea[J].Marine and Petroleum Geology,2004,21:443-455.