川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層成巖作用及巖相類(lèi)型

川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層成巖作用及巖相類(lèi)型

近年來(lái)，四川中部素金河群巖性氣藏勘探取得了豐富的成果，實(shí)現(xiàn)了廣安氣田和川西南氣田的勘探和開(kāi)發(fā)。這兩個(gè)氣田的儲(chǔ)量超過(guò)1.11萬(wàn)米，勘探和開(kāi)發(fā)效果良好，表明研究區(qū)域內(nèi)徐家河群良好的勘探前景和潛力。川中須家河組儲(chǔ)層質(zhì)量較差,總體為一套低孔滲致密砂巖。成巖作用在砂巖埋藏過(guò)程中對(duì)其孔隙度和滲透率的改造起著關(guān)鍵作用。成巖相是在一定沉積和成巖環(huán)境下經(jīng)歷了一定成巖演化階段的產(chǎn)物,包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)和孔洞縫特征及其演化的綜合面貌。成巖相是現(xiàn)今儲(chǔ)層特征的直接反映,是表征儲(chǔ)層性質(zhì)、類(lèi)型和優(yōu)劣的成因性標(biāo)志,成巖相研究能更進(jìn)一步地確定與儲(chǔ)集性能直接相關(guān)的有利成巖儲(chǔ)集體,從而能更有效地指導(dǎo)油氣勘探。因此,成巖相的研究對(duì)研究區(qū)天然氣藏的勘探開(kāi)發(fā)具有重要的意義。1油相須家河組層序地層特征四川盆地是中國(guó)大型富含天然氣盆地之一,四周為高大山系所環(huán)繞,北為米倉(cāng)山、大巴山,南為大涼山,西為龍門(mén)山、邛崍山,東以七曜山為界,盆地面積約19×104km2。四川盆地是一個(gè)典型的多期構(gòu)造疊合盆地,經(jīng)歷了兩大構(gòu)造沉積旋回,即震旦紀(jì)—中三疊世被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造演化階段和晚三疊世—始新世前陸盆地及坳陷演化階段。其中,上三疊統(tǒng)須家河組以沖積扇、河流、湖泊、沼澤及三角洲相的煤系地層沉積為特征。川中須家河組縱向上劃分為須一段—須六段,其中,須一段、須三段、須五段為濱淺湖相粉砂質(zhì)泥巖,為泥質(zhì)烴源巖主要分布層段;須二段、須四段、須六段為大規(guī)模辮狀河三角洲廣泛發(fā)育形成的厚層砂巖,為研究區(qū)須家河組主要儲(chǔ)集層段。川中地區(qū)構(gòu)造形變相對(duì)較弱,總體上具斷層發(fā)育較少、褶皺平緩的特點(diǎn)(圖1)。2巖屑、儲(chǔ)層及滲透率對(duì)川中須家河組須二段、須四段、須六段46口取心井巖心粒度分析和449塊鑄體薄片的觀察鑒定表明,儲(chǔ)層以中—細(xì)砂巖為主,砂巖成分成熟度較低,巖石類(lèi)型主要為巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖。陸源碎屑主要見(jiàn)石英、長(zhǎng)石和巖屑,其中石英含量為37%～83%,平均為60.52%;長(zhǎng)石含量為1%～15%,平均為8.95%;巖屑含量為13%～62.5%,平均為30.53%。巖屑以火成巖巖屑為主,含量為5%～43%,平均為16.12%;其次為變質(zhì)石英巖屑,含量為3%～20%,平均為9.7%;另有少量千枚巖、泥巖、硅質(zhì)巖、砂巖巖屑。孔隙中雜基與膠結(jié)物共存,雜基以泥質(zhì)雜基為主,含量一般小于5%,膠結(jié)物以硅質(zhì)、方解石、白云石及一些自生黏土礦物為主,顆粒間多數(shù)為孔隙式和接觸式膠結(jié)。碎屑顆粒分選中等,磨圓度以次棱角—次圓為主,總體上結(jié)構(gòu)成熟度中等。根據(jù)巖心實(shí)測(cè)物性資料,川中須家河組孔隙度為0.68%～15.4%,平均為6.7%,主要分布在3%～8%;滲透率為(0.001～100)×10-3μm2,平均為0.362×10-3μm2,主要分布在(0.01～10)×10-3μm2,且滲透率與孔隙度總體上具良好的相關(guān)性,隨著孔隙度的增大,滲透率呈明顯上升趨勢(shì)。按照儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分級(jí),川中須家河組為一套低孔滲致密砂巖儲(chǔ)層,西南油氣田公司將孔隙度為6%、滲透率為0.1×10-3μm2定為其有效儲(chǔ)層下限。3儲(chǔ)層成巖作用及演化特征經(jīng)鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光等資料綜合分析,川中須家河組儲(chǔ)集層埋藏過(guò)程中經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)、交代、溶蝕等多種成巖作用,最終形成了現(xiàn)今儲(chǔ)層演化的綜合面貌。3.1巖漿巖的主要類(lèi)型和特點(diǎn)3.1.1柔性顆粒塑性變形川中須家河組常見(jiàn)的壓實(shí)現(xiàn)象有:碎屑顆粒線(xiàn)-凹凸緊密接觸,出現(xiàn)壓實(shí)定向排列現(xiàn)象;千枚巖、板巖、火山巖屑等柔性顆粒的塑性變形,云母類(lèi)片狀礦物的彎曲變形、破裂、褶皺;石英及石英巖屑局部破裂與錯(cuò)位等;火山巖屑、沉積巖屑、淺變質(zhì)巖屑被壓實(shí)呈假雜基狀,堵塞了粒間孔隙,原生孔隙近乎喪失殆盡[圖2(a)和(b)]。強(qiáng)壓實(shí)作用是研究區(qū)須家河組巖石密度增大、原生孔隙度大幅降低、儲(chǔ)層致密的最重要原因,且砂巖粒度越細(xì),壓實(shí)作用越強(qiáng)。3.1.2石英含量的影響川中須家河組儲(chǔ)集層硅質(zhì)膠結(jié)物主要呈石英加大邊的形式[圖2(c)],加大邊厚度通常為0.05～3mm,掃描電鏡中可以觀察到石英加大III級(jí)現(xiàn)象。石英增生含量一般為0.1%～3%,最高可達(dá)12%,且硅質(zhì)膠結(jié)物和石英含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,隨石英含量增加,硅質(zhì)膠結(jié)物含量增高。研究區(qū)須家河組物性較好的砂巖(孔隙度大于6%)硅質(zhì)膠結(jié)物含量為1%～2.5%。當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量大于2.5%時(shí),石英加大現(xiàn)象顯著,強(qiáng)硅質(zhì)膠結(jié)作用下顆粒凹凸接觸,孔隙不發(fā)育,僅見(jiàn)微小的粒內(nèi)微溶孔及泥質(zhì)雜基微溶孔,儲(chǔ)層物性變差[圖2(d)]。3.1.3儲(chǔ)層材料組成川中須家河組碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石、鐵白云石。須家河組厚層砂巖常發(fā)育一些灰質(zhì)砂巖夾層?；屹|(zhì)砂巖中碎屑顆粒呈點(diǎn)狀或懸浮狀分布,方解石連晶膠結(jié)物呈基底式充填,含量為15%～35%,平均為23.17%,混合液(茜素紅-S溶液和鐵氰化鉀溶液以3:2混合)染色呈紅色[圖2(e)],陰極射線(xiàn)下發(fā)桔紅光[圖2(f)]。儲(chǔ)層中鐵白云石膠結(jié)物也很普遍,含量為0.5%～2%,常呈斑塊狀充填在自生綠泥石沉淀后的溶蝕孔隙中[圖2(g)]。從其產(chǎn)狀和含鐵狀況看,形成時(shí)間較晚,應(yīng)為中成巖A2期產(chǎn)物,其形成可能主要與埋藏成巖過(guò)程中有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物的溶解和黏土礦物的轉(zhuǎn)化有關(guān)。3.2巖漿巖的主要類(lèi)型和特點(diǎn)3.2.1充填孔隙類(lèi)型須家河組砂巖孔隙類(lèi)型有次生溶蝕孔隙、殘留原生孔隙以及微裂縫,其中次生溶蝕孔隙是主要孔隙類(lèi)型[圖2(h)]。鏡下觀察被溶組分主要是火山巖屑[圖2(i)]以及長(zhǎng)石,常見(jiàn)顆粒邊緣被溶解成港灣狀,顆粒內(nèi)部被溶解成蜂窩狀,以及有些顆粒被完全溶蝕形成鑄模孔[圖2(j)],長(zhǎng)石常沿其解理縫或邊緣溶蝕。孔隙類(lèi)型主要為顆粒溶孔(粒內(nèi)溶孔、鑄?？?及顆粒與填隙物溶蝕形成的溶蝕擴(kuò)大孔?？紫锻ǔ７植疾痪?大多呈斑塊狀或孤立狀,鑄?？?、粒間溶孔較大,而粒內(nèi)溶孔、雜基內(nèi)微孔較小。溶蝕作用改善了儲(chǔ)集層物性,形成了致密砂巖背景下的低孔特低滲或特低孔超低滲有效儲(chǔ)層。3.2.2不發(fā)生綠泥石膜的原因須家河組溶蝕孔隙發(fā)育的砂巖富含綠泥石膠結(jié)物,含量一般為1%～3%,孔隙中呈纖維狀垂直顆粒及石英次生加大邊生長(zhǎng)[圖2(k)和(l)],厚約3～5μm,而顆粒呈點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸處不發(fā)育綠泥石膜。統(tǒng)計(jì)分析表明,自生綠泥石含量與孔隙度為正相關(guān)關(guān)系,即在孔隙發(fā)育較好的砂巖中綠泥石膠結(jié)物含量也較高。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究都證實(shí)了該種形式產(chǎn)出的綠泥石膜對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的積極意義[17,18,19,20,21,22,23],作為孔隙環(huán)邊的綠泥石能夠通過(guò)分隔孔隙水與石英顆粒的表面來(lái)阻止石英次生加大,因此在綠泥石膜形成以后,自生石英的生長(zhǎng)受到抑制。而在一些石英含量高、綠泥石膜不發(fā)育的砂巖中,石英次生加大達(dá)到III級(jí)以上,顆粒凹凸接觸,孔隙不發(fā)育,形成致密砂巖。3.3須家河組砂巖根據(jù)以上各成巖礦物共生組合關(guān)系以及成因分析,可以初步確定川中須家河組儲(chǔ)集層主要成巖作用次序?yàn)?機(jī)械壓實(shí)→早期方解石(泥晶菱鐵礦)→石英次生加大→火山巖屑、長(zhǎng)石顆粒溶蝕及綠泥石膠結(jié)物生成→白云石、含鐵白云石沉淀及自形石英生成。研究區(qū)須家河組砂巖普遍經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用,顆粒接觸緊密,砂巖中原生孔隙大量喪失,次生溶蝕孔隙發(fā)育,并有少量裂縫發(fā)育;石英次生加大強(qiáng)烈,達(dá)Ⅲ級(jí)以上,包裹體均一溫度檢測(cè)結(jié)果表明其形成溫度為90～140℃;孔隙中充填有鐵白云石膠結(jié)物;泥質(zhì)巖中干酪根鏡質(zhì)體反射率為0.82%～1.34%,平均為1.19%;黏土礦物X-射線(xiàn)衍射分析表明伊/蒙混層礦物混層比為30%～10%。根據(jù)自生礦物的發(fā)育特征、Ro、伊/蒙混層比等,對(duì)照碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范,研究區(qū)須家河組儲(chǔ)集層目前成巖演化階段處于中成巖A2期。4巖相類(lèi)型和特征4.1儲(chǔ)集層類(lèi)型劃分根據(jù)449塊鑄體薄片觀察鑒定及陰極發(fā)光、掃描電鏡等分析測(cè)試資料,結(jié)合成巖特征及孔滲級(jí)別,將川中須家河組儲(chǔ)集層劃分為5種成巖相類(lèi)型:低孔特低滲溶蝕相、特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相、致密強(qiáng)壓實(shí)相、致密硅質(zhì)膠結(jié)相、致密方解石膠結(jié)相(表1)。(1)特低砂巖的組分多為中粗粒、中粒巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,石英含量為50%～69%,平均為60.7%,特低砂巖分選較好,泥質(zhì)含量小于1%。低孔特低滲溶蝕相次生溶蝕孔隙發(fā)育,孔隙度為10%～16%,滲透率主要分布在(0.5～50)×10-3μm2(圖3),主要發(fā)育于辮狀河三角洲水下分支河道、水上分支河道沉積環(huán)境。(2)砂巖選取與儲(chǔ)相多為中粒、粗中粒巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,石英含量為45%～65%,平均57.5%,砂巖分選不及低孔特低滲溶蝕相。該種成巖相類(lèi)型次生溶蝕孔隙較發(fā)育,孔隙通常分布不均,孔隙度為6%～10%,滲透率分布在(0.1～2)×10-3μm2(圖3),主要發(fā)育于辮狀河三角洲水下分支河道、水上分支河道、河口砂壩沉積環(huán)境。(3)砂巖分選差導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化為中細(xì)粒、不等粒巖屑砂巖與長(zhǎng)石巖屑砂巖,石英含量為40%～63%,平均53.3%。粒度細(xì)或砂巖分選差使得強(qiáng)壓實(shí)作用成為導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化的關(guān)鍵因素。強(qiáng)壓實(shí)作用下原生孔隙喪失殆盡,次生孔隙不發(fā)育,僅發(fā)育少量粒內(nèi)和泥質(zhì)雜基微溶孔,孔隙度為2%～6%,滲透率分布在(0.01～1)×10-3μm2(圖3)。致密強(qiáng)壓實(shí)相主要發(fā)育于分支河道間、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂等沉積環(huán)境。(4)巖屑及膠結(jié)物為中粗粒巖屑石英砂巖、巖屑砂巖,石英含量是5種成巖相類(lèi)型中最高的,為60%～78%,平均為68.2%,且?guī)r屑多為剛性的石英巖屑。石英次生加大強(qiáng)烈,硅質(zhì)膠結(jié)物含量達(dá)到3.5%～12%,顆粒凹凸接觸,僅見(jiàn)微小的粒內(nèi)及泥質(zhì)雜基微溶孔,孔隙度為3%～6%,滲透率分布在(0.1～1)×10-3μm2(圖3)。主要發(fā)育于辮狀河三角洲水下分支河道、水上分支河道沉積環(huán)境。(5)儲(chǔ)層致密的原因?yàn)橹屑?xì)粒、不等粒巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,該種成巖相中方解石膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層致密的最關(guān)鍵因素,方解石呈連晶形式充填,且交代碎屑顆?，F(xiàn)象普遍,含量為11%～28%,平均為16.3%。巖石基本無(wú)孔隙,僅個(gè)別樣品見(jiàn)少量的粒間孔和溶蝕孔,孔隙度小于1%,滲透率小于0.1×10-3μm2(圖3)。4.2響應(yīng)特性分析不同類(lèi)型成巖相在結(jié)構(gòu)、成分、物性上的差異,導(dǎo)致了它們?cè)跍y(cè)井曲線(xiàn)上具有不同的響應(yīng)特征。利用統(tǒng)計(jì)方法建立了5種成巖相聲波、電阻率、自然伽馬、密度測(cè)井曲線(xiàn)特征,在交會(huì)圖上可以看到利用測(cè)井曲線(xiàn)能夠較好地將不同類(lèi)型成巖相區(qū)分開(kāi)來(lái)(表2和圖4)。5巖相分布和主要控制因素5.1須家河組巖相特征筆者利用鑄體薄片分析資料,結(jié)合各類(lèi)成巖相測(cè)井曲線(xiàn)特征,進(jìn)行了研究區(qū)須家河組單井、連井及平面成巖相分布研究。研究表明,低孔特低滲溶蝕相及特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相形成有利儲(chǔ)層,主要分布在須二段、須四段、須六段下部;致密強(qiáng)壓實(shí)相、致密硅質(zhì)膠結(jié)相、致密方解石膠結(jié)相在縱向及橫向上封隔有利成巖相,形成巖性圈閉(圖5和圖6)。平面上將研究區(qū)須家河組主要?jiǎng)澐譃榈涂滋氐蜐B溶蝕相分布區(qū)、特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相分布區(qū)及致密強(qiáng)壓實(shí)相分布區(qū)。低孔特低滲溶蝕相分布區(qū)為低孔特低滲溶蝕相厚度百分含量達(dá)到15%以上地區(qū),須二段分布于合川、潼南、安岳、磨溪、遂寧等地區(qū)(圖7),須四段分布于廣安-充西、八角場(chǎng)、磨溪、遂寧地區(qū),須六段位于廣安地區(qū)。特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相分布區(qū)為低孔特低滲溶蝕相厚度百分含量小于15%,而特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相厚度百分含量達(dá)到15%以上的地區(qū),川中大部分地區(qū)屬于該類(lèi)成巖相區(qū);致密強(qiáng)壓實(shí)相分布區(qū)為致密強(qiáng)壓實(shí)相厚度百分含量達(dá)到70%以上地區(qū),主要分布在川中地區(qū)周緣。5.2儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)及成因研究表明,研究區(qū)須家河組碎屑巖儲(chǔ)層成巖相的分布主要受沉積環(huán)境控制,如低孔特低滲溶蝕相及特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相主要形成于三角洲水下分流河道、河口砂壩,水上分支河道環(huán)境形成的中粗粒砂巖或中粒砂巖中,砂巖的分選較好,泥質(zhì)含量較低。它們?cè)谟袡C(jī)酸性水形成的時(shí)期保留了較多的原生孔隙,酸性水容易進(jìn)入并溶解其中易溶組分,產(chǎn)生大量次生溶蝕孔隙,從而形成相對(duì)優(yōu)質(zhì)的有效儲(chǔ)集層。而分支河道間、席狀砂、遠(yuǎn)砂壩沉積環(huán)境的細(xì)粒砂巖及分選差、泥質(zhì)含量較高的砂巖抗壓實(shí)能力較差,埋藏后孔隙度和滲透率迅速下降,酸性流體失去流通通道,溶蝕孔隙不發(fā)育。成巖相的平面展布除受沉積環(huán)境影響外,構(gòu)造作用也是重要的控制因素之一。如低孔特低滲溶蝕相分布區(qū)及特低孔超低滲壓實(shí)-溶蝕相分布區(qū)主要位于研究區(qū)中部,遠(yuǎn)離盆緣造山帶,受壓實(shí)作用較弱;而致密強(qiáng)壓實(shí)相主要分布在川中地區(qū)周緣,由于靠近盆緣受較強(qiáng)壓實(shí)作用形成。6儲(chǔ)集層類(lèi)型劃分(1)川中地區(qū)須家河組儲(chǔ)集層經(jīng)歷了機(jī)械壓實(shí)、硅質(zhì)膠結(jié)、方解石膠結(jié)破壞性成巖作用及溶蝕作用、綠泥石膠結(jié)建設(shè)性成巖作用,目前成巖演化階段處于中成巖A2期。(2)將儲(chǔ)集層劃分為低孔特低滲溶蝕相、