川西新馬—什邡地區蓬萊鎮組三段JP23砂組沉積與儲層特征

胡向陽， 李宏濤， 郭艷東， 孫 兵， 魏修平

( 中國石化石油勘探開發研究院 海相油氣藏開發重點實驗室,北京 100083 )

0 引言

近年來，在川西新馬—什邡地區蓬萊鎮組三段(簡稱蓬三段)砂巖地層中，SF2、SF5等井獲得工業氣流，進而發現氣藏，探明儲量達數百億方，主要目的層3砂組JP23為川西地區中淺層天然氣藏開發評價的重點[1-2]。由于該氣藏砂體較薄、相變快，故精細地層對比和沉積相分析難度較大。沉積相是陸相碎屑巖儲層空間展布特征研究的重要基礎，但人們對該區沉積類型的認識并不統一[1-7]。武恒志等通過沉積物源、砂體厚度和含砂率等綜合分析，認為川西坳陷侏羅系蓬萊鎮組主要為三角洲相分流河道沉積，砂巖儲層具有低滲致密的特點[1]。劉君龍等綜合分析野外露頭、巖心、分析化驗和鉆井資料，認為川西坳陷上侏羅統主要屬于湖平面頻繁變化背景下淺水漫湖沉積體系[2]。陳恭洋等認為川西坳陷中段蓬萊鎮組沉積主要受來自北西向的龍門山短距離物源控制為主，從龍門山前至凹陷區依次發育沖積扇、沖積平原、辮狀河三角洲、湖泊相等沉積體系[5]。陳佩佩等認為川西坳陷沉積特征復雜，沉積相的解釋尚存較多爭議，通過穩定重礦物及巖屑組合確定沉積物來源，分析沉積識別標志和沉積特征，認為研究區屬于淺水三角洲沉積[6]。也有學者認為研究區屬于辮狀河三角洲[7]、水下三角洲[8]等，顯示該區沉積特征研究的復雜性。該氣藏儲層結構致密、非均質性強，儲層表征復雜[8-11]。中國石化整個川西探區的蓬三段氣藏探明未動用儲量近1 600億m3，需要對該氣藏儲層有利沉積巖相進行準確刻畫，分析儲層基本特征，為儲層準確精細描述與評價提供基礎。

筆者利用地質、測井、地震等資料，在對鉆井取心觀察和分析的基礎上，綜合運用地質學、測井學和地震地層學等理論，在等時地層格架內研究沉積演化、儲層特征與孔隙結構，為該類型氣藏的高效開發提供依據。

1 地質背景

川西新馬—什邡地區位于四川省廣漢—德陽一帶，工區面積約為840 km2(見圖1(b)紅色邊框構造線內面積)，三維地震覆蓋面積約為770 km2(去掉城區面積)。區域構造位置處于川西坳陷中段的成都凹陷北部斜坡及馬井構造的東北部，北為孝泉—豐谷北東東向構造帶西段的孝泉—新場背斜，西為龍門山前構造，東接知新場構造(見圖1(a))。新馬—什邡地區JP23砂組頂面構造西低東高、南低北高的斜坡構造特征明顯，構造落差大(近千米)(見圖1(b))，研究區少量斷層分布在與馬井構造、知新場構造結合部位，整體欠發育。

圖1 川西地區區域構造劃分及新馬—什邡區塊JP23砂組頂面構造特征Fig.1 Map showing tectonic unit division in west Sichuan basin and the tectonic characteristics of JP23 sandstone groups in Xinma-Shifang area

晚侏羅世蓬萊鎮組沉積時期，盆地西緣和北緣構造隆升和前緣盆地沉降強烈，物源主要來自盆地的西北部龍門山和米倉山地區，受沉積時期淺水湖盆地貌的影響，新馬—什邡地區沉積物主要呈北東向展布[3,8-9]。該地區蓬萊鎮組為一套三角洲—湖泊環境的碎屑巖砂泥巖互層沉積，沉積厚度為800～1 000 m。總體巖石組合以棕紅色、灰綠色泥巖與褐灰色、綠灰、紫灰色粉—細砂巖不等厚互層為主，夾黃灰、深灰色泥頁巖、泥灰巖薄層及透鏡體。

2 蓬三段內部砂組劃分

根據川西區域常用的3個標志層(倉山頁巖、梨樹灣頁巖、景福院頁巖)，將整個蓬萊鎮組劃分為蓬一段、蓬二段、蓬三段和蓬四段[8]。蓬三段以景福院頁巖或與之相當的泥巖、梨樹灣頁巖作為蓬三段頂底的標志層，界面上下，多條電測井曲線呈突變接觸。在蓬三段內部，利用巖心上巖性突變面、河道沖刷面等次級層序界面標定測井曲線，對全井段四級層序界面進行識別，進一步將蓬三段劃分成5個四級層序。以自然伽馬(GR)曲線為例，在蓬三段內部，自然伽馬曲線呈由低到高規律性的變化(見圖2(b))，對應四級層序的底界面為河道沖刷面，頂界面為次級湖泛面。確定砂層組的界限，自上而下依次為JP21、JP22、JP23、JP24、JP25五個砂層組(見圖2(b))。

圖2 SF2井蓬三段井震標定、層序劃分和單井沉積相Fig.2 Seismic section, sequence division, sedimentary facies of Peng3 member from SF2 well

在單井砂組劃分的基礎上，將砂組界限標定地震剖面上，JP21-JP25反射波組：相當于侏羅系蓬三段JP21砂組底至JP25砂組底界面反射，位于波峰—波谷間的零相位處(見圖2(a))。這與該界面基本為上砂下泥的巖性界面一致，特別是JP21、JP22砂組表現為連續反射的特征(見圖2(a))，全區橫向上厚度分布穩定，可為追蹤解釋提供較好參照，確保全區一致性。JP23-JP25反射波組為蓬三段JP23砂組、JP24砂組和JP25砂組底界面的地震反射同相軸，受河道砂體厚度及河道侵蝕切割等作用影響，導致局部相對不清晰或相位發生變化，但總體橫向較穩定，表現為中強振幅、中等—較連續反射特征(見圖2(a))，在井上砂組區內厚度變化較小，易于全區的追蹤對比。根據四級層序及體系域界面在地震剖面上的響應特征，建立SF2井地層對比的標準井(見圖2)，通過井震結合進行層位地震解釋；根據地震同相軸的相對等時關系對地質層位進行驗證與約束，避免穿軸，達到地震—地質層位統一[12]。根據過井地震剖面及地層對比結果(見圖3)，蓬三段內部整體為相對均勻的沉積特征，反映湖盆地勢平坦，無論是平行或垂直物源方向，蓬三段地層很穩定，厚度介于240～260 m，每個砂組厚度約為50 m。

3 JP23砂組沉積微相分析與優勢相帶精細描述

3.1 垂向相序與測井相特征

對蓬三段內以JP23砂組為主的多口取心井巖心和薄片進行觀察。結果表明，5個砂組具有相似的沉積特征，巖性主要為細砂巖、泥巖及其過渡類型(見圖4)，砂巖碎屑顆粒粒度相對均勻，反映經過一定距離的搬運和篩選。對取心井段的巖石相和垂向相序進行分析(見圖5(a))，進而總結測井相，為單井相劃分提供依據。

在垂向相序上，典型的巖石微相組合類型有：

(1)河口壩、分流河道、天然堤型(見圖5(a))。分流河道巖性以砂巖為主，砂巖累計厚度為6～8 m，但單期河道砂巖厚度常小于2 m，河道多期疊置特征明顯，發育典型的砂巖河道沖刷面而形成泥礫滯留沉積(見圖4(a-b))，局部斷面可見少量植物炭屑；沉積構造以塊狀層理為主(見圖4(c-d))，見交錯層理、斜層理、平行層理及少量浪成砂紋層理(見圖4(e-f))，反映三角洲河道載荷顆粒入湖后快速沉積，為水下分流河道特征；部分分流河道之下,發育厚度較薄(通常小于1 m)的逆粒序粉砂巖至砂巖沉積，巖性漸變，為河口壩雛形；部分分流河道之上，發育砂紋層理(細)粉砂巖與薄層粉砂質泥巖互層沉積，為三角洲沉積河口處受河流與湖浪雙重作用形成的[5](見圖4(f))，為天然堤特征，厚度通常為1～2 m，相對較薄。

圖3 川西新馬—什邡地區蓬三段分流典型微相地震反射特征與連井剖面相(剖面位置見圖1中AB線)Fig.3 Typical microfacies seismic reflection characteristics and across microfacies of Peng3 member in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin(profile location of fig.1 AB line)

圖4 川西新馬—什邡地區蓬三段三角洲沉積典型的沉積構造

(2)分流間灣、遠砂壩型。厚層泥巖夾薄層砂巖和粉砂巖，巖性可在米級范圍內出現泥巖—粉砂巖—砂巖—泥巖的變化，呈漸變特征，泥巖中常見蟲孔、變形構造、生物擾動、蟲孔和泄水構造等(見圖4(h-i))，以及淺褐色泥巖中發育氣脹構造，測井曲線呈低幅齒狀。

(3)前三角洲、分流間灣型。厚層泥巖夾薄層粉砂巖，深灰色泥巖代表還原環境的較深水沉積(見圖4(g))，測井曲線具高伽馬(GR)、低電阻(LLD)，可能為前三角洲沉積；分流間灣的紅褐色和灰綠色(粉砂質)泥巖代表弱氧化—弱還原環境沉積。

根據巖相標志和垂向相序特征，研究區蓬三段JP23砂組總體具有河控三角洲沉積特征，蓬三段地層厚度穩定，未見吉爾伯特型三角洲前緣典型前積砂體引起的地層厚度較大變化，分流河道與分流間灣為主要的沉積微相，河口壩及其他微相相對不發育，且規模較小，主要為淺水湖盆平緩毯式河控三角洲前緣沉積[2]。通過巖石微相與測井曲線相互標定，建立水下分流河道、天然堤、河口壩、遠砂壩、分流間灣及前三角洲泥6種微相相應的測井相模型(見圖5(b))，為單井沉積微相分布特征分析提供依據(見圖2(b))。

3.2 分流河道優勢相帶邊界刻畫

由于河道側向遷移頻繁，單砂體厚度薄，砂體展布規律復雜，井控程度低，河道砂體相帶邊界刻畫難度大。利用三維地震資料橫向分辨率較高的優勢，采用巖心標定測井、測井標定地震，以及地震相、地震屬性等方法，相互約束，進行分流河道砂體邊界精細刻畫[13-22]。

圖5 川西新馬—什邡地區SF19井JP23砂組典型的垂向相序與蓬三段典型沉積微相測井響應特征Fig.5 Lithofacies vertical sequence of SF19 well of JP23 sandstone groups and typical logging facies characteristics from Peng3 memberl in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

通過對新馬—什邡氣田蓬萊鎮組地層地震反射特征研究，在蓬三段地層中識別2種主要微相的地震標志：分流河道呈低頻強波峰—中強波谷中短軸狀反射(見圖3(a))，分流間灣呈中—弱振幅連續、平行—亞平行反射(見圖3(a))。根據地震剖面2種主要微相的響應特征，通過單井相標定地震相，完成沉積微相連井對比分析(見圖3(b))[13-15]，總體顯示為“泥包砂”的河控三角洲前緣沉積結構的特征。其中，JP23砂組分流河道砂體厚度較大，橫向上相對連續，為主要目的砂組。

新馬—什邡地區蓬萊鎮組巖石類型相對簡單，利用波谷振幅屬性、波阻抗反演和波形分類屬性綜合反映砂巖、泥巖的巖性橫向變化，最終精細刻畫分流河道砂體沉積優勢相展布形態[16-22](見圖6(a-c)中藍色和白色虛線輪廓)。這些屬性值在一定程度上反映水動力條件的強弱，如粒度通常較粗河道砂巖，在該區波阻抗值通常較低，平均波谷振幅屬性較高，主要由于水動力條件較強、儲層物性較好，因而與圍巖形成強的地震反射界面[1，16]。以主要目的層JP23砂組波形分類為例，地震波形反射結構特征能夠反映地層巖性橫向上的變化特征，具有較高的橫向分辨率，結合單井沉積特征,可以將地震相轉為相應的優勢沉積相[19]。

圖6 川西新馬—什邡地區蓬三段JP23砂組地震屬性及優勢沉積相平面Fig.6 Seismic attributes and sedimentary facies of JP23 sandstone groups from Peng3 member in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

研究區的地震相圖主要表現出5種色彩，利用單井相對工區的地震波形進行標定與分析，發現3-5類波形代表的橙黃綠色反映強—較強波峰、波谷特征，呈條帶狀展布，1-2類波形代表的深、淺藍色區域呈片狀間互分布(見圖6(c))；結合連井剖面相分析，橙黃綠色主要為水動力條件較強的分流河道沉積，深、淺藍色區域主要為水動力條件較弱的分流間灣沉積(見圖6(c))。對反映砂體展布的地球物理屬性進行綜合標定，逐步融合，獲得蓬三段JP23砂組最終的分流河道砂體優勢相展布圖[12](見圖6(d))，即呈北東—南西向發散狀、長條朵狀分布，反映淺水河控三角洲沉積特征。

4 JP23砂組儲層特征

4.1 儲層巖性

巖心、鑄體薄片和掃描電鏡觀察顯示，蓬三段JP23砂組的儲集巖主要為細粒巖屑砂巖，少量巖屑石英細砂巖(見圖7(a-f))，主要在波阻抗值較低、平均波谷振幅較強的水動力分流河道微相中發育。碎屑組分以石英為主，質量分數變化較大，為40.0%～80.0%，但多數小于70.0%，呈不規則粒狀，顆粒表面較干凈。巖屑質量分數次之，為20.0%～50.0%，多數為25.0%～40.0%，以變質巖巖屑、泥巖巖屑為主，少量為碳酸鹽巖巖屑(泥晶狀集合體)；在河口壩、天然堤等微相粉細砂巖中云母較常見，巖心上呈薄層狀分布，與沉積相研究中三角洲前緣分流河道載荷顆粒入湖后，水動力銳減快速沉積的特征吻合，通常為儲集物性較差的儲層。長石質量分數相對較低，一般為10.0%～25.0%，多數小于20.0%，呈粒狀、柱狀，偶見聚片雙晶，長石顆粒表面多有泥化。各碎屑顆粒一般在0.1～0.3 mm之間，分選相對中等，但磨圓較差，呈次棱角狀，形狀不規則。充填物主要為膠結物和雜基，膠結物主要為方解石(見圖7(d、f))，不均勻分布，多數質量分數通常低于6.0%，少部分可達10.0%～15.0%，反映方解石膠結作用的不均勻性；其次為自生黏土礦物，以蒙脫石為主，常呈襯墊或充填式膠結(見圖7(h))，研究區較普遍存在；也可見少量石英及長石次生加大邊(見圖7(g))、白云石及鐵質礦物膠結等。雜基也以黏土礦物為主，質量分數總體介于0.5%～4.0%，多數低于2.0%。

圖7 蓬三段JP23砂組儲集巖巖性及孔隙類型

4.2 儲集空間類型

JP23砂組儲層儲集空間類型包括粒間孔、粒間溶孔、粒內溶孔、鑄?？?見圖7)。粒間孔是該區儲層砂巖中最為發育的孔隙類型，占總孔隙類型的55%～65%，孔徑為0.060～0.200 mm，以中—小孔為主，分布不均，部分顆粒邊界因溶蝕而呈港灣狀，從而形成粒間溶孔(見圖7(a、c、e、h))。粒內溶孔或鑄模孔也較常見，占總孔隙類型的10%～20%，溶蝕的顆粒多為長石、中酸性火山巖巖屑和灰巖巖屑，部分溶蝕或完全溶蝕，形狀多不規則。鑄?？卓讖较鄬^大，為0.100～0.250 mm(見圖7(a、c、e、k))；粒內溶孔孔徑相對較小，通常小于0.150 mm(見圖7(a、c、e、i))。此外，粒內溶孔中還包括一些粒內溶蝕微孔(見圖7(j、l))，主要為部分長石或巖屑顆粒內的選擇性溶蝕，或沿長石結晶的薄弱面溶蝕，或將部分巖屑中不穩定易溶礦物溶蝕，通常呈侵染狀微孔隙，孔徑通常小于0.015 mm。

4.3 儲層物性

根據主要目的JP23砂組儲集層段272個巖心樣品的常規物性分析結果，孔隙度分布在2.90%～19.33%之間，平均孔隙度為11.15%，多數樣品的孔隙度小于15.00%(見圖8(a))，占總儲層樣品數的86%，且多數樣品孔隙度為10.00%～15.00%(占分析樣品總數的50%左右)。參照碎屑巖儲層孔隙度分類評價標準[23]，孔隙度以25%、15%、10%為界，劃分為高孔、中孔、低孔和特低孔，因而總體為特低孔—低孔儲層。滲透率分布在(0.009～14.610)×10-3μm2之間，平均為1.260×10-3μm2。參照碎屑巖儲層滲透率分類評價標準[18]，滲透率以(100、10、1)×10-3μm2為界，劃分為高滲、中滲、低滲和特低滲。JP23砂組多數樣品的滲透率小于1×10-3μm2，占分析樣品總數的64%(見圖8(a))，主要為低滲—特低滲儲層。由特低孔—低孔—低滲—特低滲儲層樣品的孔隙度和滲透率的相關分析結果顯示，R2=0.769 2(見圖8(b))，表明相關關系較好，儲集空間類型主要為孔隙型，與儲集空間類型以溶蝕孔隙為主的分析結果一致。

圖8 川西新馬什邡地區蓬三段JP23砂組儲層樣品孔隙度、滲透率分布與不同巖性孔—滲關系Fig.8 Porosity and permeability distribution and correlation of reservoir rocks from JP23 sandstone group of Peng3 member gas pool in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

4.4 孔隙結構特征

儲層孔隙結構主要指巖石具有的孔隙和喉道的大小、分布等，儲層孔隙結構及其相互配置關系，是認識和評價儲層的關鍵因素之一[24-29]。

根據川西新馬—什邡地區JP23砂組砂巖物性和常規壓汞參數統計，孔隙度介于3.62%～15.81%，平均為11.75%，滲透率介于(0.010～3.920)×10-3μm2，平均為0.980×10-3μm2，與儲層物性分析數據相近，表明通過壓汞參數分析基本能代表該區的砂巖孔隙結構特征。

最大進汞飽和度平均為89.27%，特別是孔隙度5%以上樣品的最大進汞飽和度多數大于90%，表明束縛水飽和度較低，儲集巖中孤立的、無效的孔隙相對較少，即孔喉連通性相對較好[24-25](見表1、圖9)。樣品的排替壓力介于0.36～6.56 MPa，平均為1.72 MPa，中值壓力介于1.50～37.49 MPa，平均為9.40 MPa(見圖9)，相對較高，說明喉道半徑偏小，最大喉道半徑介于0.11～2.07 μm，平均為1.07 μm，中值喉道半徑介于0.02～0.50 μm，平均為0.22 μm，總體為中—細喉道的特征，表明滲流能力中等—較差[30-31](見表1)?？缀矸诌x因數平均為2.84，分選差—中等，歪度因數平均為0.34(見表1)，相對較小，表明喉道分布總體具有差—中等分選、中—細歪度特征[24-25](見圖9)。

表1 研究區JP23砂組儲集巖物性和壓汞參數

圖9 JP23砂組不同孔隙度儲集巖的壓汞曲線分布特征Fig.9 Intrusive mercury curve characteristics of different porosity reservoir rocks from JP23 sandstone groups

根據喉道特征參數分析，結合儲集空間類型分析結果，溶蝕孔隙以中孔、小孔為主，該區儲集巖孔喉組合總體具有中—小孔—中—細喉的特征。

5 沉積作用對儲層的影響

沉積環境和沉積相控制儲集體的形成與分布，不同相帶的碎屑巖沉積水動力條件不同，儲集體巖石的礦物成分、粒度、填隙物等方面存在差異，影響砂巖儲層物性、孔隙結構和滲流特征，導致不同相帶儲層的儲集性能變化很大[32-33]。因此，沉積相是控制儲層儲集性能的關鍵因素。

研究區內不同微相巖性的孔隙度、滲透率分布特征顯示(見圖8(b))，儲層物性與沉積微相密切相關。分流河道砂巖平均孔隙度為12.70%，滲透率為1.670×10-3μm2；河口壩孔隙度平均為8.90%，滲透率為0.450×10-3μm2；天然堤孔隙度為8.70%，滲透率為0.350×10-3μm2；遠砂壩孔隙度為6.97%，滲透率為0.340×10-3μm2。(水下)分流河道物性最好，河口壩、天然堤、遠砂壩的物性較差(見圖8(b))。水動力作用較強的分流河道，受高能穩定水流沖刷作用，砂體沉積厚度較大，砂巖粒度較大，巖屑、雜基含量少，分選相對較好，加之成巖期易受溶蝕改造[34-36]，粒間溶孔、粒內溶孔發育(見圖7(a-c、e))，易形成物性好的砂巖儲層。河口壩、遠砂壩砂巖粒度相對較細，厚度薄，更易受到碳酸鹽膠結物含量的強烈影響(見圖7(d))。天然堤等微相遠離河床，泥質增多，紋層發育(見圖4(f))，其儲層泥質巖屑、云母等塑性顆粒和雜基含量較高(見圖7(g))，儲集物性變差。因此，分流河道微相是勘探開發的有利儲集相帶。

儲層巖石微觀孔隙結構影響流體儲集及滲流能力[37]，是儲層有效性評價的關鍵因素。分流河道砂巖儲層孔隙度多數大于10%(見圖8(b))，最大進汞飽和度超過90%，排替壓力在0.9 MPa以下，中值喉道半徑多數超過0.20 μm(見表1、圖9)，表明孔喉結構相對較好；盡管分流河道砂巖分選因數較大(相對其他微相砂巖)，儲層非均質性增強，但溶蝕作用發育(見圖7(a-c、e))，較大喉道的數量也相應增加，反映儲層滲流能力增強、物性變好。盡管河口壩、遠砂壩、天然堤砂巖分選相對較好，但沉積物多為粉砂巖、粉細砂巖，砂體粒度較小，極易形成小孔隙、細喉道，以殘余粒間孔、長石粒內溶孔為主(見圖7(i-l))，儲層孔隙結構較差。

6 結論

(1)川西新馬—什邡地區蓬三段及內部砂組地層厚度穩定，反映地勢平緩、均勻沉積的特征，可劃分5個砂組，界面上下常規測井曲線與地震剖面突變響應特征明顯。JP23砂組砂體厚度較大，分布相對穩定，連續性好，為主要目的層，沉積模式屬于淺水湖盆平緩毯式河控三角洲前緣沉積，水下分流河道是砂體發育的最有利沉積微相，巖石相—測井相—地震相結合是刻畫復雜河道砂體邊界的有效方法。

(2)JP23砂組儲集巖巖性以細粒巖屑細砂巖為主，儲集空間類型主要為粒間孔，粒間及粒內溶孔、鑄?？滓草^發育，為典型特低孔—低孔—低滲—特低滲的孔隙型儲層。多數砂巖樣品的最大進汞飽和度較大，孔喉連通性相對較好，但最大和中值喉道半徑也較小，孔喉組合相對較差，總體為中—小孔—中—細喉，導致滲流能力中等—較差。

(3)JP23砂組分流河道水動力條件強，砂體沉積厚度大，砂巖粒度相對較粗，原始孔隙度高，雜基含量少，疊加有利的溶蝕成巖作用，孔隙結構好，從而形成優質儲層，而河口壩、天然堤、遠砂壩微相相對較差。沉積微相是控制JP23砂組儲層發育的關鍵因素，并控制儲層厚度、巖性粒度和充填物成分，導致儲層物性和孔隙結構等差異。