元壩地區(qū)須家河組致密砂巖的孔隙演化研究

摘 要：元壩地區(qū)須家河組儲(chǔ)層砂巖以其埋深大、儲(chǔ)層致密、油氣分布規(guī)律復(fù)雜等一系列特點(diǎn)，使得油氣儲(chǔ)層預(yù)測變得十分困難，通過鑄體薄片、陰極發(fā)光等研究手段，研究元壩地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層成巖過程中孔隙演化。結(jié)果表明，元壩地區(qū)須家河組砂巖的初始孔隙度比較接近，一般在33%-36%，壓實(shí)作用是導(dǎo)致元壩地區(qū)須家河組儲(chǔ)層砂巖致密化的罪魁禍?zhǔn)?，元壩地區(qū)須家河組砂巖的平均壓實(shí)率超過了50%。

關(guān)鍵詞：須家河組；孔隙演化；元壩地區(qū)

引言

近年來，隨著我國油氣勘探程度的不斷加深，油氣勘探的重心發(fā)生了顯著的變化，以巖性圈閉為主的油氣藏成為我國未來油氣儲(chǔ)量增長的重要領(lǐng)域，松遼、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木、準(zhǔn)噶爾、四川等大型盆地均不同程度地顯示出這一趨勢，新增探明儲(chǔ)量中巖性圈閉地層油氣藏所占比例越來越高，早在2004年就已經(jīng)達(dá)到60%以上[1]。

位于川東北元壩地區(qū)的上三疊統(tǒng)須家河組主要?dú)獠仡愋途褪菐r性氣藏[2]。沉積微相是控制元壩地區(qū)須家河組儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道、河口壩等高能相帶[2]，孔隙度極低，以2%-6%最為常見，屬于致密砂巖儲(chǔ)層，致密砂巖的孔隙度（<10%）和滲透率（<1×10-3μm2）都比較低，屬于非常規(guī)油氣儲(chǔ)層范疇。

文章試圖通過鑄體薄片鑒定、陰極發(fā)光等手段，觀察砂巖中的孔隙類型，劃分巖石類型，研究元壩地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層成巖過程中孔隙演化，以便為提高該區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測精度提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地東北部的沿北西-南東向的米倉山-大巴山推覆體前緣發(fā)育的前緣凹陷帶內(nèi)（圖1）。在晚三疊世須家河期，經(jīng)歷了由松潘-甘孜褶皺帶的褶皺回返構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的龍門山造山系的強(qiáng)烈推覆以及由來自北西方向的米倉山-大巴山的逆沖推覆，兩大造山帶的非同步側(cè)向擠壓和逆沖是控制整個(gè)須家河沉積作用的主要構(gòu)造背景[3]。

安縣運(yùn)動(dòng)是存在于須家河組內(nèi)的一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成了T3x3 段和T3x4段之間的不整合接觸[4-5]。以該構(gòu)造不整合為界，可把沉積盆地分為須上盆（T3x1-3）和須下盆（T3x4-6）。在須下盆成盆期（即早須家河期）[6-8]。元壩地區(qū)須家河組不整合于下伏地層雷口坡組之上，頂界以印支晚幕運(yùn)動(dòng)不整合面為界與侏羅系分開。地層厚度為450-730m，完整的須家河組包括須一段-須六段，研究區(qū)的須六段因后期的剝蝕作用而缺失（圖2），其中須一段主要為潮控三角洲前緣沉積，須三段、須五段以湖相沉積為主，多見泥巖，須二段、須四段、須六段沉積環(huán)境主要是沖積扇、扇三角洲、即三角洲等，是物源供給的主要時(shí)期，地層厚度較大，以含礫砂巖、粗砂巖、中-細(xì)砂巖多見[9]。

圖2 須家河組綜合地層簡表[10]

2 須家河組儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

須家河組受構(gòu)造和沉積環(huán)境控制，由下到上沉積了一套海陸過度相的砂巖，主要巖石類型為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和石英砂巖，其次為長石巖屑砂巖。依據(jù)鑄體薄片觀察和陰極發(fā)光分析，表明須家河組儲(chǔ)層砂巖主要表現(xiàn)為低成分成熟度和中等結(jié)構(gòu)成熟度，局部層位表現(xiàn)為高成分成熟度，如須二段中亞段的石英砂巖。

從須一段到須五段，碎屑石英的整體含量趨于降低，但在須四段下亞段卻有所增加，通過石英含量和儲(chǔ)層孔隙度的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，石英的含量與儲(chǔ)層的孔隙度呈正相關(guān)，這主要是因?yàn)槭⒌目箟簩?shí)性比較強(qiáng)，從而能夠有效的保存原生孔隙。長石的總體含量都不高，一般都不超過10%，其中又以須一段、須二段和須四段較高，須三段較少見，研究表明，須家河組儲(chǔ)層的物性與長石的含量有很好的正相關(guān)關(guān)系[11]，主要原因是長石在化學(xué)上是相對不穩(wěn)定的，但是具有較強(qiáng)的物理抗壓能力，也可以有效的保存原生孔，另外長石的化學(xué)不穩(wěn)定性能夠?qū)е麻L石溶解形成次生孔。巖屑總體含量變化趨勢與石英相反，由須一至須五段逐漸增加，尤其在須三段和須四上亞段，巖屑的含量超過了40%。

填隙物主要包括泥質(zhì)、鐵質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜基以及方解石、白云石、硅質(zhì)和少量高嶺石、伊利石膠結(jié)物。

2.2 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

通過對研究區(qū)15口井的178張鑄體薄片以及掃描電鏡觀察分析，元壩地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間由主到次依次為溶蝕次生孔隙、裂縫和殘余粒間孔。薄片中能夠看到的次生孔隙主要是長石溶孔（須二段和須四段下亞段）和巖屑溶孔，還有少量雜基微孔、粘土礦物晶間孔和膠結(jié)物溶蝕孔。在須二段的石英砂巖段、須三段的鈣屑砂巖和須四段上亞段發(fā)育有構(gòu)造微裂縫。通過鑄體薄片觀察得知，川東北元壩地區(qū)須家河組的儲(chǔ)層中，大部分原生孔隙已經(jīng)消失，鏡下很難看到原生孔隙，只有在須二段可以零星看到。須家河組砂巖孔隙度和滲透率均較低，孔隙度一般為都小于8%，薄片中可見面孔率更低，在儲(chǔ)層分類上屬于致密砂巖儲(chǔ)層。

3 須家河組儲(chǔ)層孔隙演化

儲(chǔ)層特征不僅受到沉積期的構(gòu)造背景、沉積盆地特征、以及物源的影響，沉積物在沉積期后經(jīng)歷的一系列成巖作用對儲(chǔ)層的改造作用更是不可小覷。研究區(qū)須家河組的主要成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用等。通過鑄體薄片、陰極發(fā)光分析以及掃描電鏡等資料研究表明，元壩地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層的物理成巖作用比較常見，化學(xué)成巖作用相對不發(fā)育，主要是碳酸鹽礦物的膠結(jié)作用。

儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間尤其是次生孔隙的形成、保存都與成巖作用密切相關(guān)，但并不是所有的成巖作用都能使儲(chǔ)集空間增加，在砂巖成巖作用研究中，有些成巖作用可以使孔隙度增加，稱為建設(shè)性成巖作用，有些成巖作用會(huì)使孔隙減少，稱為破壞性成巖作用，還有一些成巖作用，它們雖然不能增加新的孔隙，但它們可以使已有的孔隙（主要是原生孔隙）在成巖過程中得以保存，稱作保持性成巖作用。

壓實(shí)作用是在上覆沉積及水體的負(fù)荷壓力的作用下，沉積物發(fā)生脫水、壓縮、固結(jié)等，包括機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)（壓溶）。針對砂巖的壓實(shí)成巖作用，許多學(xué)者做了大量的有關(guān)砂巖壓實(shí)的實(shí)驗(yàn)，研究表明，在石英砂體的壓實(shí)實(shí)驗(yàn)過程中，在承載壓力的作用下，其孔隙度由初始的46. 59%減少到38. 81%，壓實(shí)減孔量為7. 78%。大量研究表明，壓實(shí)作用可以使孔隙減少5%～32%，有的地方甚至達(dá)到50%以上[10]。

研究區(qū)巖屑的整體含量都比較高（須二中亞段除外），局部超過40%，是導(dǎo)致該地區(qū)壓實(shí)作用整體極為強(qiáng)烈的先決條件，元壩地區(qū)須家河組各個(gè)層位均可以見到強(qiáng)烈的壓實(shí)作用。薄片下可以見到顆粒間的接觸類型主要為點(diǎn)線接觸和凹凸接觸，甚至出現(xiàn)由壓溶作用產(chǎn)生的縫合線接觸，長石等剛性顆粒的破碎和泥巖巖屑、低變巖巖屑的塑性變形、定向排列以及云母的扭折變形。

對各個(gè)層位的初始孔隙度進(jìn)行恢復(fù)以及壓實(shí)率的計(jì)算，初始孔隙度依據(jù)Bread等[11]的初始孔隙度與Trask分選系數(shù)關(guān)系：

Φ1=20.91+22.90/Sd

式中，Φ1為初始孔隙度；Sd為Trask分選系數(shù)，Sd=（P25/P75）。

壓實(shí)作用后的孔隙度，包括以膠結(jié)物占位保存和殘余粒間孔隙度兩部分，依據(jù)膠結(jié)物含量和殘余粒間孔可以計(jì)算出壓實(shí)作用后的孔隙度，進(jìn)而計(jì)算壓實(shí)作用減少的孔隙率[12]。

Φ2=w+（P1×PM/PT）

Pcomp=（Φ1-Φ2）/Φ1×100%

式中，Φ2為壓實(shí)作用后的孔隙度，w為膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；P1為殘余粒間孔面孔率；PM為實(shí)測平均孔隙率；PT為總面孔率；Pcomp壓實(shí)作用減少的空隙率。

通過計(jì)算結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)須家河組在經(jīng)歷了超強(qiáng)度的壓實(shí)作用后，須三段至須五段孔隙度已經(jīng)降至10%-15%，而埋藏更深的須一段和須二段更是降至10%以下?？梢哉J(rèn)為壓實(shí)作用是導(dǎo)致元壩地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層致密化的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

表1 元壩地區(qū)須家河組壓實(shí)率和面孔率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

元壩地區(qū)須家河組砂巖的初始孔隙度比較接近，一般在33%-36%左右，元壩地區(qū)須家河組砂巖的平均壓實(shí)率超過了50%，壓實(shí)作用是元壩地區(qū)須家河組儲(chǔ)層砂巖致密化的罪魁禍?zhǔn)?，塑性巖屑含量多導(dǎo)致須家河組砂巖的抗壓實(shí)性比較差，不能有效的支撐高強(qiáng)度的壓實(shí)。

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作者簡介：胡博（1988-），男，在讀碩士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。