川西前陸盆地南段須二段有利成巖相研究

曾 琪 馬華靈 王旭麗 李榮容 李 梅 李秀華 夏文杰

（1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700；2.成都理工大學能源學院，四川 成都 610059）

0 引言

前人對川西地區須家河組的研究成果較為豐富，且多集中于儲層特征、成巖作用、構造演化、沉積體系等方面［1-4］，對川西前陸盆地南段須家河組二段成巖相的研究則相對較少［5-6］。鄒才能等認為成巖相是沉積物在沉積—成巖環境中的物質表現，其核心內容是現今的礦物成分和組構面貌，是表征儲集體性質、類型和優劣的成因性標志［7］。成巖相作為一種儲集體預測的新方法［6］510，可以揭示陸源碎屑沉積物從沉積到成巖直至變質之前所經歷的成巖演化歷程，以及整個成巖過程中孔隙水物化性質的演化歷史等，并最終影響優質儲層的發育和展布。為此，筆者在前人研究的基礎上，利用薄片、物性及巖心等資料開展有利成巖相研究，為優質儲層的時空分布、評價和預測提供重要的地質依據。

1 地質背景

川西盆地被認為是一個晚三疊時期由于松潘—甘孜海盆封閉產生的周緣前陸盆地［8］，即川西前陸盆地。研究區主體處在川西前陸盆地南段，西與龍門山推覆構造帶相接，東到龍泉山，北起大邑，南抵華頭嘴、三蘇場構造。須家河組二段為區內天然氣的重點勘探開發層位［9］，主要發育三角洲水下分流河道微相［10］。

2 儲層基本特征

須家河組二段沉積厚度約為50～400 m，具北厚南薄的特征。巖石類型為灰白、淺灰色細、中粒長石巖屑砂巖、長石石英砂巖、巖屑石英砂巖夾不穩定薄層泥頁巖。碎屑顆粒分選較好、磨圓中等、點線接觸。碎屑組分石英含量約為50%～70%，石英顆粒主要為單晶石英，另有少量燧石；長石含量約占碎屑總量的13%～19%，以鉀長石為主，少量斜長石和條紋長石，黏土化現象普遍，個別可見方解石化；巖屑含量為10%～30%，其成分以沉積巖屑和變質巖屑為主，少量火山巖屑；雜基含量為1%～14%，主要為黏土礦物伊利石，次為綠泥石；膠結物以硅質和方解石為主，其中硅質多以加大邊的形式出現，含量一般為1%～12%，少數呈自生石英形式充填于孔隙中；方解石膠結物平均含量為4.16%，個別樣品或層段方解石含量可達20%以上，呈基底式連晶膠結，推測其形成時間較早，在沉積物嚴重壓實之前已完成顆粒膠結。

區內砂巖儲層在埋藏成巖過程中，原生孔隙幾乎消失殆盡，現今儲集空間為成巖、構造等綜合作用的結果，主要有粒內溶孔、粒間溶孔、晶間微孔及微裂縫。據常規物性分析，孔隙度介于0.36%～9.64%，平均為3.55%，主頻分布在2%～5%；滲透率主頻分布在0.001～0.01 mD，平均滲透率為0.054 5 mD，屬特低孔滲致密砂巖儲層。

3 成巖相劃分

目前對成巖相沒有統一的分類和命名方案，筆者以碎屑巖中填隙物成分及成巖作用類型命名。通過對P2井等18口井2 949塊薄片的鑒定，將區內須家河組二段劃分為5大類成巖相組合和13個成巖相類型。

3.1 環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相組合

除蓮花山、張家坪外，該成巖相組合在區內廣泛分布，多發育于粗、中粒長石巖屑砂巖中，可進一步細分為泥基—環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相、環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相及環邊綠泥石—硅質膠結—剩余原生孔成巖相3種類型，以前兩者較為常見。

泥基—環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相（圖1a）形成于三角洲平原河道、河口壩及前緣分流河道沉積環境。泥基含量一般為1%～8%，以伊利石較為常見；綠泥石多以環邊膠結方式產出，綠泥石膜厚約0.01～0.02 mm，含量為2%～6%，形成于偏堿性環境，在后期酸性水作用下發生不同程度的溶蝕，部分環邊綠泥石僅有殘跡或臟線；第三期硅質膠結多以石英加大邊方式產出，硅質含量為4%～12%，在長石、巖屑、云母粒緣則呈晶粒石英產出；局部見含鐵方解石、含鐵白云石充填，或二者共同充填（以這種類型居多），含鐵碳酸鹽含量為0～9%。在早期酸性水及晚期有機酸作用下，長石、泥板巖屑、黏土雜基、環邊綠泥石等經溶蝕，形成粒內、粒間溶孔及晶間微孔等（圖1b、1c），面孔率之和為2%～10%，溶蝕強度總體屬弱偏中等。若缺乏雜基充填，則形成環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相。若膠結致密，則無溶蝕成巖相（圖1d）。個別井段未見碳酸鹽膠結，形成環邊綠泥石—硅質膠結—剩余原生孔成巖相或環邊綠泥石—硅質膠結成巖相（圖1e），屬該成巖相組合中的特殊成巖相。

圖1 川西前陸盆地南段須家河組二段成巖相顯微特征圖

3.2 硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相組合

此成巖相組合缺乏綠泥石環邊膠結，以硅質膠結較為常見，主要分布在蓮花山—張家坪一帶，巖性以細、中粒長石石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，可細分為以下5種成巖相類型。

3.2.1 泥基—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相

該成巖相主要形成于三角洲平原河道中上部、前緣分流河道底部及河口壩局部位置，是蓮花山—張家坪一帶較為常見的成巖相類型。第一世代為泥基充填，含量為3%～14%；第二世代為硅質膠結物膠結，含量一般為1%～5%；在成巖中后期發生第三期膠結，即碳酸鹽膠結，以含鐵白云石較為常見，含量為1%～4%，個別可達7%，局部可見少量含鐵方解石。在蓮花山—張家坪一帶常見碳酸鹽膠結物、黏土雜基、長石及酸性噴出巖巖屑被溶蝕，且溶蝕作用較強，孔隙類型以粒間溶孔、晶間微孔為主，次為粒內溶孔，偶見殘余原生孔，各類孔隙面孔率之和為5%～13%（圖1f）。

3.2.2 硅質—瀝青—碳酸鹽膠結成巖相

根據薄片鑒定，瀝青在蓮花山—張家坪地區的含量、規模均大于川西南部其他地區，常充注于第一期硅質膠結物形成之后的殘余原生粒間孔隙（圖1g）、粒間溶孔、粒內溶孔及晶間微孔中，其含量一般為0.5%～9%。根據物性資料統計，瀝青對儲層的滲透率影響較大，含瀝青的深色砂巖滲透率均小于0.01 mD，平均滲透率為0.000 600 5 mD，不含瀝青的淺色砂巖平均滲透率為0.010 649 mD，二者相差兩個數量級。部分未被瀝青充注的粒間孔隙則被含鐵方解石、含鐵白云石充填，形成硅質—碳酸鹽膠結成巖相（圖1h）。在硅質膠結較發育的巖石中偶見孤立分布的剩余原生粒間孔，面孔率約為0.5%～1%，形成特有的硅質膠結—剩余原生粒間孔成巖相（圖1i），屬該成巖相組合中的特殊成巖相。

3.2.3 硅質、高嶺石—瀝青—碳酸鹽膠結成巖相

該成巖相最大的特點是硅質加大邊形成之后有高嶺石沉淀或晶粒石英與高嶺石同時沉淀，形成硅質、高嶺石填隙物。高嶺石晶形較好，呈書頁狀或蠕蟲狀，但含量低，常見含鐵方解石、含鐵白云石交代高嶺石現象。剩余粒間孔隙、高嶺石晶間微孔隙多被瀝青充注（圖1j）。該成巖亞相僅分布在L1井局部井段內，屬特殊成巖相。

3.3 碳酸鹽膠結成巖相組合

此成巖相組合在全區均有分布，縱向上主要分布在須家河組二段中部，頻繁呈夾層產出，厚度為0.5～2 m，多形成于分流河道側翼等環境，巖性以中、細粒長石巖屑砂巖為主。可分為方解石膠結成巖相（圖1k）和白云石膠結成巖相（圖1l），以前者最為常見，方解石含量高達18%～28%，多呈基底式膠結。在方解石膠結物內部不具世代性，重結晶強，可形成連晶膠結。砂巖中孔隙空間被碳酸鹽膠結物全充填，屬破壞性成巖作用，不利于儲集空間的保存。

3.4 黏土雜基充填成巖相組合

黏土雜基充填成巖相組合在全區均有分布，多形成于分流河道間灣、側翼邊灘部等能量較低的環境中，巖性以細粒巖屑砂巖、長石砂巖為主。填隙物主要為水云母或綠泥石，含量為10%～14%，個別可達14%以上，孔隙欠發育，形成雜砂巖特有的雜基支撐成巖相（圖1m、1n）。

3.5 壓實—壓溶成巖相

機械壓實作用是使孔隙體積縮小、孔隙度不斷降低的一種作用，不利于儲層發育。全區砂巖壓實強度中—強，在巖石學特征上表現為塑性顆粒被擠壓成填隙狀充填于顆粒之間、碎屑顆粒被壓裂等。隨著顆粒間有效應力不斷增加，使顆粒間接觸關系由點接觸→線接觸→凹凸接觸→縫合接觸，最終形成壓溶型無膠結物式膠結類型，致使粒間孔隙完全消失。

4 有利與不利成巖相劃分

4.1 有利與不利成巖相劃分

成巖相研究最終要落實到儲層和非儲層的評估上。結合巖心物性分析，不僅不同成巖相之間儲層物性有明顯差別，而且同一成巖相中儲層物性差別也較大。統計發現，在泥基—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相、泥基—環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相中既有物性條件較好的優質儲層，也有物性條件較差的非儲層。以P2井須家河組二段泥基—環邊綠泥石—硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相為例，該成巖相共計284個物性樣品，孔隙度最大為6.76%，最小為1.12%，兩者相差近6倍。滲透率最大為8.06 mD，最小為0.001 27 mD，兩者相差幾個數量級。對比分析認為，同一成巖相中雖然主要成巖作用類型相同，但成巖作用強度、礦物成分及含量、沉積環境、溫度、壓力、埋深等條件并不一致，致使現今保留下來的儲集空間、粒間填隙物含量等各不相同，這是同一成巖相中物性差異較大的主要原因。因此，不能簡單地將某類成巖相劃為有利或不利成巖相。

鑒于本區實際情況，筆者根據面孔率、粒間填隙物成分及含量并結合物性等資料，提出如下標準作為劃分有利與不利成巖相的依據：① 在普通巖石薄片鑒定中面孔率之和大于3%的砂巖成巖相類型、鑄體薄片鑒定中面孔率在4%以上的成巖相類型以及砂巖實測孔隙度值大于3%的成巖相類型，均為有利成巖相。② 由于強烈的壓實、壓溶作用和膠結作用不利于有效孔隙的形成和保存，故雜基含量在5%以上、瀝青含量在3%以上，硅質膠結物含量在10%以上的成巖相類型，以及碳酸鹽膠結成巖相、壓實 — 壓溶成巖相均屬不利成巖相。

4.2 成巖相與物性的關系

根據P2井448個物性樣品分析（圖2），有利與不利成巖相平均孔隙度分別為4.05%、2.15%，成巖相與物性符合率在89%以上。因此前述劃分方案較為合理，其劃分結果能在一定程度上反映儲層儲集性好壞，將其作為儲層和非儲層的鑒別標志之一，具有較高的可信性、可行性。

5 有利儲集相帶展布

考慮到微裂縫對改善致密砂巖儲層孔滲性、提高單井產能具有十分重要的作用，筆者以成巖相為基礎，結合儲層和裂縫發育程度等地質因素，預測有利儲集相帶展布范圍（圖3），將區內須家河組二段儲層劃分為3類，Ⅰ類儲層位于邛崍—蒲江—雅安一帶，以有利成巖相為主，構造破裂縫發育，取心裂縫線密度大于2條／m，發育優質儲層且靠近烴源；Ⅱ類儲層位于大邑—寶興以及邛崍—蒲江—新津一帶，以有利成巖相為主，裂縫線密度多小于2條／m，為較好儲層發育區；Ⅲ類儲層位于雅安—洪雅以及龍泉山一帶，以不利成巖相為主，砂巖膠結作用強，溶蝕作用弱，不利于形成高品質儲層。

圖3 川西前陸盆地南段須家河組二段儲層分類圖

6 結論

1）根據川西前陸盆地南段須家河組二段碎屑巖填隙物成分及成巖作用類型，劃分出5大類13個成巖相。蓮花山—張家坪一帶未見綠泥石膠結，形成其特有的硅質—碳酸鹽膠結—溶蝕成巖相。

2）為能更加準確地識別儲層，需綜合分析面孔率、粒間填隙物成分及含量、成巖作用類型及強度、物性等資料，并建立它們與成巖相之間的關系，進而劃分出有利與不利成巖相，以此結果區分儲層和非儲層才具有較高的可信性。

3）根據有利成巖相及裂縫發育情況，將該區儲層劃分為3類，Ⅰ類儲層位于邛崍—蒲江—雅安一帶，具備優質儲層發育的基礎，且靠近烴源；Ⅱ類儲層位于大邑—寶興以及邛崍—蒲江—新津一帶，為較好儲層發育區；Ⅲ類儲層位于雅安—洪雅以及龍泉山一帶，以不利成巖相為主，不利于形成高品質儲層。劃分結果與勘探實踐基本吻合。

［1］胡明毅，李士祥，魏國齊，等.川西前陸盆地上三疊統須家河組致密砂巖儲層評價［J］.天然氣地球科學，2006，17（4）：456-458.

［2］張鼎，田作基，吳勝華，等.川西須家河組儲層成巖演化［J］. 巖石學報，2008，24（9）：2 179-2 184.

［3］胡明毅，李士祥，魏國齊，等.川西前陸盆地上三疊統須家河組沉積體系及演化特征［J］.石油天然氣學報，2008，30（5）：5-10.

［4］周文，戴建文.四川盆地西部坳陷須家河組儲層裂縫特征及分布評價［J］. 石油實驗地質，2008，30（1）：20-25.

［5］杜業波，季漢成，朱筱敏.川西前陸盆地上三疊統須家河組成巖相研究［J］.吉林大學學報：地球科學版，2006，36（3）：358-364.

［6］蔣裕強，刁昱翔，王 猛，等.川西南部須二段儲層成巖作用與成巖相研究［J］.礦物巖石地球化學通報，2014，33（4）：509-516.

［7］鄒才能，陶士振，周慧，等.成巖相的形成、分類與定量評價方法［J］. 石油勘探與開發，2008，35（5）：526-540.

［8］連麗霞，尹太舉，王磊，等.晚三疊世川西前陸盆地形成及沉積充填［J］. 石油天然氣學報，2011，33（3）：12-17.

［9］劉柏，張豫，楊華，等.蘇碼頭構造須二段儲集層特征及勘探方向［J］. 天然氣技術與經濟，2015，9（5）：10-14.

［10］陳塵，韓嵩.川西南部須家河組勘探潛力再評價［J］.天然氣勘探與開發，2016，39（3）：11-15.