沉積環(huán)境和層序地層對(duì)次生孔隙發(fā)育的影響——以川中地區(qū)須家河組碎屑巖儲(chǔ)集層為例

黃潔,朱如凱,侯讀杰,阮偉,4

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院;2.Bureau of Economic Geology,Jackson School of Geosciences,University of Texas at Austin,USA;3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院;4.Department of Geological Sciences,Jackson School of Geosciences,University of Texas at Austin,USA)

沉積環(huán)境和層序地層對(duì)次生孔隙發(fā)育的影響
——以川中地區(qū)須家河組碎屑巖儲(chǔ)集層為例

黃潔1,2,朱如凱3,侯讀杰1,阮偉1,4

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院;2.Bureau of Economic Geology,Jackson School of Geosciences,University of Texas at Austin,USA;3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院;4.Department of Geological Sciences,Jackson School of Geosciences,University of Texas at Austin,USA)

從受沉積環(huán)境控制的骨架顆粒粒度、成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度、自生礦物的析出和溶蝕等方面出發(fā),將成巖學(xué)與層序地層學(xué)結(jié)合,研究四川盆地川中地區(qū)須家河組儲(chǔ)集層次生孔隙發(fā)育程度的影響因素。研究認(rèn)為,沉積環(huán)境和層序地層格架對(duì)次生孔隙的發(fā)育有重要的影響,在水動(dòng)力強(qiáng)、砂巖成分成熟度較高的沉積環(huán)境,次生孔隙發(fā)育,物性較好;而水動(dòng)力較弱、成分成熟度低的砂巖,次生孔隙不發(fā)育,物性差;低位體系域砂體較高位體系域次生孔隙發(fā)育,特別是在三級(jí)層序界面上的砂體,次生孔隙發(fā)育,物性好。砂巖的厚度也對(duì)次生孔隙有較大的影響,厚度大的砂巖物性較好。粒度粗、成分成熟度高且處在低位體系域的厚層砂巖,次生孔隙較為發(fā)育,為研究區(qū)下一步勘探和開(kāi)發(fā)的有利區(qū)帶。圖14參18

四川盆地;次生孔隙;沉積環(huán)境;層序地層

1 研究區(qū)概況

中、新生代四川盆地經(jīng)歷了前陸盆地的前緣隆起和構(gòu)造抬升剝蝕2個(gè)階段,中三疊世華南板塊碳酸鹽巖沉積結(jié)束之后,受秦嶺海域關(guān)閉和太平洋板塊地質(zhì)作用的影響,在四川地區(qū)形成了瀘州—開(kāi)江古隆起[1-4]。川中地區(qū)位于該古隆起的西北翼,自晚三疊世開(kāi)始形成以來(lái),在長(zhǎng)達(dá)約150 Ma的陸相沉積過(guò)程中,盡管經(jīng)歷了多期次、多方向的構(gòu)造擠壓作用,但由于其結(jié)晶基底固化程度高,構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)平靜。在始新世中、晚期,由于受到華北構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,四川盆地總體上發(fā)生了強(qiáng)烈隆升和地層剝蝕,川中地區(qū)也從此進(jìn)入了以地層抬升和剝蝕為主的演化階段。川中地區(qū)須家河組發(fā)育大量褶皺構(gòu)造,主干河道疊置發(fā)育帶有利構(gòu)造、巖性圈閉普遍發(fā)育。

須家河組共分為6段,須一段、須三段、須五段沉積期,盆地周緣山系處于相對(duì)平靜期,物源供給速率小,盆地以湖泊相沉積為主,泥頁(yè)巖相對(duì)發(fā)育,砂巖較少;須二段、須四段、須六段沉積期為構(gòu)造活躍期,盆地周邊物源區(qū)向盆內(nèi)提供了大量沉積物,在盆地內(nèi)緣沉積了較厚砂巖。須家河組鏡質(zhì)體反射率 Ro值在1.0%～1.6%,總體上處于成熟—高成熟階段,烴源巖厚度大,暗色泥巖總厚度為110～280 m,炭質(zhì)泥巖厚5～30 m,煤層厚5～15 m,煤系有機(jī)質(zhì)豐度高,為天然氣的大量生成奠定了很好的基礎(chǔ)。儲(chǔ)集層主要分布在須六段和須四段,須二段儲(chǔ)集層發(fā)育條件較差,而且須六段儲(chǔ)集層主要集中分布在須六下亞段中上部。須六段氣藏平均埋深在2 000 m左右,屬中淺層巖性氣藏。

研究區(qū)位于川中地區(qū),主要包括廣安和南充的部分區(qū)域(見(jiàn)圖1)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)須家河組儲(chǔ)集層段樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,儲(chǔ)集層巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖為主,其次為巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖,石英含量一般 30%～70%,最低 15%,最高 88%,平均57.97%;長(zhǎng)石含量一般1%～15%,最低0,最高16%,平均7.74%;巖屑含量一般8%～60%,最低0,最高79%,平均21.62%。巖屑組分以火成巖為主,火成巖又以凝灰?guī)r和酸性噴出巖居多,變質(zhì)巖屑以千枚巖和板巖為主,沉積巖屑以碳酸鹽巖屑為主。壓實(shí)作用、膠結(jié)作用使各儲(chǔ)集層段原生孔隙幾乎完全損失,大部分樣品沒(méi)有或只有少量殘余原生孔隙,主要以粒間、粒內(nèi)溶孔為主(見(jiàn)圖2)。橫向上,儲(chǔ)集層分布較穩(wěn)定,面積較大,目前勘探開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵問(wèn)題是“砂中找砂”,即在砂巖儲(chǔ)集層中尋找高孔滲的有利目標(biāo),因而,研究次生孔隙發(fā)育的影響因素和影響規(guī)律,對(duì)尋找有利儲(chǔ)集帶具有重大意義。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

圖2 川中地區(qū)須家河組儲(chǔ)集層孔隙類型統(tǒng)計(jì)圖

通過(guò)對(duì)須家河組儲(chǔ)集層樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),沉積相對(duì)儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能具有明顯控制作用。不同相帶的儲(chǔ)集層次生孔隙發(fā)育差異明顯,水下分流河道、河口壩和水上分流河道為最好,其平均孔隙度一般在7%以上,平均滲透率在0.1×10-3μm2以上,以水下分流河道物性最好(見(jiàn)圖3)。分流河道間、三角洲前緣遠(yuǎn)砂壩、席狀砂、砂泥坪物性較差,湖沼、砂泥坪為不利于儲(chǔ)集層發(fā)育的微相。因而,研究沉積相對(duì)次生孔隙發(fā)育的影響有利于預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層帶,提高勘探開(kāi)發(fā)成功率。

圖3 須家河組各沉積環(huán)境下砂體平均孔隙度柱狀圖

2 沉積環(huán)境對(duì)次生孔隙的影響

以往對(duì)儲(chǔ)集層次生孔隙的研究只注重了成巖過(guò)程各因素的作用,而忽略了早期沉積環(huán)境和層序地層學(xué)等因素的影響。Amthor等通過(guò)研究認(rèn)為,儲(chǔ)集層成巖作用受沉積環(huán)境等因素的影響,沉積環(huán)境影響次生孔隙的發(fā)育[5]。Khidir等把次生孔隙發(fā)育受沉積環(huán)境影響歸結(jié)于成巖早期孔隙水是開(kāi)放性的,孔隙水的成分和性質(zhì)受當(dāng)時(shí)的氣候和沉積環(huán)境影響,從而影響了次生孔隙的發(fā)育[6]。Dolbier和Pape等通過(guò)研究認(rèn)為次生孔隙分布受到沉積相的影響,主要是由于水動(dòng)力條件的不同導(dǎo)致了粒度差異造成的,在低能環(huán)境下,沉積物顆粒較細(xì),孔隙度、滲透率低,而高能環(huán)境下,沉積物較粗,孔隙度、滲透率較高,與外界流體流通性好,從而導(dǎo)致了次生孔隙的差異[7,8]。Morad等認(rèn)為沉積環(huán)境影響次生孔隙,是由于大氣水對(duì)長(zhǎng)石的淋濾程度與沉積相有關(guān),如淋濾作用多發(fā)生在淺水相,如潮道、濱岸,使得這些相帶次生孔隙發(fā)育,而在大陸架、瀉湖、潮坪相,淋濾作用不常見(jiàn),致使次生孔隙相對(duì)不太發(fā)育[9]。本文從受沉積環(huán)境控制的骨架顆粒的粒度、物理化學(xué)性質(zhì)以及自生礦物的析出和溶蝕出發(fā),研究這些因素與次生孔隙的關(guān)系,探討沉積環(huán)境對(duì)次生孔隙發(fā)育的影響機(jī)理。

2.1 骨架顆粒粒度對(duì)次生孔隙的影響

骨架顆粒粒度作為研究沉積環(huán)境的一個(gè)重要參數(shù)而被廣泛研究,骨架顆粒粒度受沉積環(huán)境特別是水動(dòng)力條件所控制,水動(dòng)力越強(qiáng),沉積物粒度往往越粗[10]。以廣安101井為例對(duì)須家河組儲(chǔ)集層砂巖進(jìn)行平均粒徑與孔隙度的相關(guān)性分析(見(jiàn)圖4,圖5)。由圖可見(jiàn)平均粒徑與孔隙度呈較好正相關(guān)關(guān)系,尤以中砂巖物性最佳,而且隨著深度的增加,砂巖粒徑與孔隙度的相關(guān)性變差。礫巖物性較差,是因?yàn)榈[巖儲(chǔ)集層往往分選差,雜基含量高,從而導(dǎo)致次生孔隙不發(fā)育。薄片觀察顯示粗骨架顆粒砂巖粒間溶蝕孔更為發(fā)育(見(jiàn)圖6a),以長(zhǎng)石、巖屑次生孔為主,殘余粒間孔也占有一定比例;細(xì)粒骨架砂巖粒間溶孔發(fā)育較差(見(jiàn)圖6b)。究其原因,認(rèn)為粗顆粒砂巖經(jīng)過(guò)壓實(shí)后,殘余孔隙較大,為次生溶蝕作用的發(fā)生提供了通道,溶蝕性流體容易進(jìn)入,從而使得次生孔隙較為發(fā)育。

2.2 結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度對(duì)次生孔隙的影響

沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)集層的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度也具有一定的影響,而結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度通過(guò)機(jī)械壓實(shí)差異和化學(xué)溶蝕差異影響次生孔隙發(fā)育。

2.2.1 抗機(jī)械壓實(shí)的差異

骨架顆粒按其物理性質(zhì)可劃分為剛性、半塑性和塑性3種類型。剛性顆粒包括石英、長(zhǎng)石、燧石、石英巖屑和花崗巖屑等,這些顆粒由于其硬度大,抗壓實(shí)能力強(qiáng)而不易發(fā)生變形、碎裂,顆粒呈點(diǎn)、線接觸,這類顆粒含量高的巖石在壓實(shí)過(guò)程中原生孔隙損失小。塑性顆粒包括泥巖屑、千枚巖屑、板巖屑、云母類碎屑等,主要由黏土礦物組成,顆粒硬度低,塑性大,易被壓實(shí)而發(fā)生塑性變形,顆粒呈凸凹接觸(見(jiàn)圖6c),甚至充填在剛性顆粒組成的原生粒間孔中,形成所謂的假雜基,原生粒間孔損失迅速,使得溶蝕性流體不能進(jìn)入儲(chǔ)集層,次生孔隙不發(fā)育。半塑性顆粒主要為各種火山巖屑,如凝灰?guī)r屑、玄武巖屑及灰?guī)r屑等,抗壓能力位于二者之間。

須家河組儲(chǔ)集層軟巖屑含量(主要包括千枚巖、云母片巖、陸源泥巖)與面孔率交會(huì)圖(見(jiàn)圖7)顯示,軟巖屑含量與面孔率呈負(fù)相關(guān),而抗壓顆粒(石英+長(zhǎng)石+石英巖)含量與面孔率呈正相關(guān)(見(jiàn)圖8)。軟巖屑含量高,則面孔率較低,軟巖屑含量低值時(shí),面孔率從低值到高值均有分布,指示軟巖屑含量是影響次生孔隙發(fā)育的一個(gè)重要因素,而非唯一因素。

2.2.2 化學(xué)溶蝕的差異

骨架顆粒按化學(xué)性質(zhì)分為易溶顆粒和難溶顆粒2類。前者主要包括長(zhǎng)石、火山巖屑、碳酸鹽巖屑及云母類碎屑顆粒。這些骨架顆粒能夠被酸性溶液(包括大氣水、黏土轉(zhuǎn)化析出的水溶液、有機(jī)質(zhì)成熟所排出的有機(jī)酸等)溶蝕,是產(chǎn)生次生孔隙的物質(zhì)基礎(chǔ)。難溶顆粒主要為石英等硅質(zhì)巖類顆粒,這些顆?；瘜W(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,在一般條件下不易溶解形成次生孔隙。對(duì)須家河組砂巖薄片鏡下觀察發(fā)現(xiàn),成巖早期碳酸鹽膠結(jié)不發(fā)育,溶蝕作用主要的物質(zhì)對(duì)象是長(zhǎng)石。長(zhǎng)石含量和面孔隙交匯圖(見(jiàn)圖9)顯示,長(zhǎng)石含量很低時(shí),可被溶蝕的物質(zhì)少,孔隙度低,次生孔隙不發(fā)育,長(zhǎng)石含量很高時(shí),往往成分成熟度低,軟巖屑含量較高,次生孔隙也不太發(fā)育。長(zhǎng)石石英砂巖次生孔隙一般較為發(fā)育,物性好。

總之,成分成熟度較高的砂巖,一般石英含量高,抗壓實(shí)能力較強(qiáng),含有適量的長(zhǎng)石礦物,早期孔隙度損失較小,更容易使得溶蝕性流體進(jìn)入,致使其最終物性較好。

2.3 膠結(jié)物對(duì)次生孔隙的影響

圖6 廣安101井須家河組巖心薄片照片

膠結(jié)物是成巖過(guò)程中的產(chǎn)物,其種類、含量、產(chǎn)生期次不但受成巖環(huán)境的影響,而且還受沉積環(huán)境的影響,沉積環(huán)境還通過(guò)影響膠結(jié)物來(lái)影響次生孔隙的發(fā)育。研究區(qū)膠結(jié)作用不強(qiáng),填隙物總量主要在5%～6%。膠結(jié)物類型主要有石英次生加大、碳酸鹽、黏土礦物。從薄片觀察分析可以得出,本區(qū)主要的膠結(jié)物形成順序如下:一期石英加大→綠泥石薄膜→二期石英加大→碳酸鹽膠結(jié)、交代(見(jiàn)圖10),在成巖早期,壓實(shí)作用是孔隙損失的主要因素,碳酸鹽膠結(jié)物不發(fā)育,這是受沉積環(huán)境的影響所致,由于研究區(qū)須家河組整體處在潮濕環(huán)境,含煤地層發(fā)育,為弱酸性環(huán)境,使得早期碳酸鹽膠結(jié)物不發(fā)育。早成巖期到中成巖晚期,有兩次較重要的溶蝕作用,分別對(duì)應(yīng)于兩期石英加大。由于方解石形成較晚,沒(méi)有被大量溶蝕,次生孔隙主要來(lái)源于長(zhǎng)石的溶解(見(jiàn)圖6d,圖6e,圖6f)。一般認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)物是在酸性環(huán)境下形成的。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),石英膠結(jié)物受沉積環(huán)境的影響,如 Amthor[5]、Khidir[6]等研究發(fā)現(xiàn),在水面以下沉積的砂體(如河道砂體)和濕潤(rùn)氣候下沉積的砂體硅質(zhì)膠結(jié)物含量較高,而在干燥環(huán)境下沉積的砂體(如風(fēng)成沙丘)硅質(zhì)膠結(jié)物含量較低。本區(qū)自生石英多以次生加大方式沉淀。根據(jù)包裹體均一溫度測(cè)定,第二期石英次生加大溫度主要在90～120℃,反映主要形成于中成巖期。

圖10 須家河組儲(chǔ)集層成巖演化圖

由于石英膠結(jié)形成較早,強(qiáng)烈的石英膠結(jié)使孔隙損失嚴(yán)重,阻礙了溶蝕性流體的進(jìn)入,不利于次生孔隙的發(fā)育,從石英膠結(jié)物含量和面孔率交會(huì)圖可以看出,隨著石英膠結(jié)物含量的增加,面孔率減少,二者呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量較低時(shí),多對(duì)應(yīng)方解石膠結(jié)嚴(yán)重,使得次生孔隙不發(fā)育,面孔率也較低(見(jiàn)圖 11)。

圖11 廣安101井須四段硅質(zhì)含量與面孔率交會(huì)圖

根據(jù)薄片觀察,由于河間湖沼、遠(yuǎn)沙壩等環(huán)境靠近煤層,石英膠結(jié)嚴(yán)重,物性較差。

碳酸鹽膠結(jié)物形成的環(huán)境為堿性環(huán)境,酸性環(huán)境下易被溶蝕。碳酸鹽膠結(jié)物在本研究區(qū)分布不均勻,通常含量小于1%,個(gè)別可達(dá)40%以上。碳酸鹽膠結(jié)物以方解石為主,含少量白云石、菱鐵礦。在成巖早期,特別是高位體系域,煤層普遍發(fā)育,孔隙水呈酸性,碳酸鹽膠結(jié)物很少出現(xiàn),當(dāng)?shù)販剡_(dá)到120℃時(shí)(Ro值為1.0%～1.3%),有機(jī)質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入過(guò)成熟階段,生成豐富的凝析油和濕氣,有機(jī)質(zhì)脫羧基作用已經(jīng)很微弱,孔隙水介質(zhì)條件由酸性向堿性轉(zhuǎn)化,最終導(dǎo)致砂巖從酸性成巖環(huán)境進(jìn)入堿性成巖環(huán)境,在酸性成巖環(huán)境中非?；钴S的硅質(zhì)膠結(jié)、石英次生加大、各種溶蝕作用趨于停止。由于堿性成巖介質(zhì)中含豐富的CO32-,它與孔隙介質(zhì)中所攜帶的不同陽(yáng)離子進(jìn)行成巖反應(yīng)可以生成各種碳酸鹽礦物。這些碳酸鹽礦物可以強(qiáng)烈交代砂巖骨架顆粒及填隙物,充填早期形成的部分粒內(nèi)、粒間溶蝕孔隙和原生殘留孔隙,從而降低了砂巖的孔隙度和滲透率,使儲(chǔ)集層物性變差,因此屬于破壞性成巖作用。研究區(qū)須家河組儲(chǔ)集層面孔率與碳酸鹽含量交會(huì)圖(見(jiàn)圖12)顯示,碳酸鹽含量越高,面孔率越低,即二者之間具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明砂巖中碳酸鹽膠結(jié)(交代)物在未遭受溶蝕時(shí)主要起堵塞孔隙的作用,所以碳酸鹽的含量對(duì)儲(chǔ)集層質(zhì)量影響很大。對(duì)比其他膠結(jié)物,方解石膠結(jié)較次生石英等其他膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)集層物性破壞性更大。

圖12 碳酸鹽含量與面孔率關(guān)系交會(huì)圖

3 層序地層對(duì)次生孔隙的影響

雖然傳統(tǒng)觀點(diǎn)把成巖學(xué)和層序地層學(xué)看作獨(dú)立的學(xué)科分支,但是把二者結(jié)合起來(lái),卻可以更好地解釋和預(yù)測(cè)成巖作用的時(shí)空分布和演化規(guī)律[9]。黃思靜等研究認(rèn)為,砂巖次生孔隙發(fā)育程度受層序界面的影響,層序界面上的砂體次生孔隙發(fā)育,孔滲值高,物性好[11];Dolbier通過(guò)對(duì)Lower Congo盆地 Albian Pinda組砂巖儲(chǔ)集層研究認(rèn)為,海平面的變化引起孔隙流體條件的改變,從而導(dǎo)致次生孔隙的發(fā)育狀況與層序界面位置有關(guān)[7]。Lefticariu研究認(rèn)為層序界面位置主要影響早期成巖作用,而在成巖晚期,次生孔隙主要受孔隙流體成分、骨架顆粒成分等因素的影響[12]。Ketzer等研究認(rèn)為低位體系域砂巖成巖早期鈣質(zhì)膠結(jié)不強(qiáng),主要形成硅質(zhì)膠結(jié)以及伊利石和黃鐵礦,綠泥石主要形成于高位和海侵體系域[13]。層序地層對(duì)成巖作用和次生孔隙影響的研究越來(lái)越受到學(xué)者的重視。國(guó)外研究者主要通過(guò)對(duì)海相地層研究認(rèn)為層序地層學(xué)與成巖作用有很好的相關(guān)性,而中國(guó)儲(chǔ)集層多為陸相,陸相儲(chǔ)集層的成巖作用與層序地層是否也有類似關(guān)系?目前中國(guó)國(guó)內(nèi)關(guān)于將成巖作用與層序地層學(xué)結(jié)合研究的報(bào)道還很少,筆者試圖進(jìn)行一些嘗試性研究,希望能夠起到拋磚引玉的作用。

綠泥石多形成于高位和海侵體系域,低位體系域發(fā)育較少。大量薄片資料表明,須家河組儲(chǔ)集層中的綠泥石薄膜形成時(shí)間晚于第一期石英加大(見(jiàn)圖6g),包裹體測(cè)試顯示綠泥石形成溫度為90～120℃,為中成巖期的產(chǎn)物,并不是同沉積期形成的[14-17]。由于綠泥石薄膜的形成晚于石英次生加大,所以并未抑制石英的次生加大,而且綠泥石含量與次生孔隙的發(fā)育并沒(méi)有直接的關(guān)系,因此,次生孔隙與層序地層的關(guān)系紐帶并非綠泥石。同時(shí),在一些物性好的砂巖中,綠泥石含量相對(duì)較高,這并不是因?yàn)榫G泥石抑制了石英的加大從而保存了孔隙,而是綠泥石發(fā)育說(shuō)明儲(chǔ)集層有(或曾經(jīng)有)較多孔隙,利于流體運(yùn)移,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的存在為綠泥石的形成提供了條件。

以廣安101井為例(見(jiàn)圖13),在三級(jí)層序界面上的砂體,方解石膠結(jié)物不發(fā)育,儲(chǔ)集層呈高孔高滲,物性好。而四級(jí)層序界面上的砂體,膠結(jié)物以方解石為主,膠結(jié)物含量高,使得孔隙度低,儲(chǔ)集層物性較差(見(jiàn)圖6g)。造成這種差異的原因可能是由于三級(jí)層序界面之上的砂體呈大規(guī)模連片分布,連通性好,而且處在相對(duì)干旱的沉積環(huán)境,早期硅質(zhì)膠結(jié)不發(fā)育,加之長(zhǎng)期的淋濾作用使得早期鈣質(zhì)膠結(jié)也很缺乏,為后來(lái)有機(jī)質(zhì)成熟伴生的大規(guī)模酸性流體進(jìn)入和長(zhǎng)石顆粒溶蝕提供了條件,使得三級(jí)界面上砂體次生孔隙發(fā)育,膠結(jié)物含量低,儲(chǔ)集層物性好。而在四級(jí)層序界面之上的砂體由于連片規(guī)模和暴露接受淋濾作用的時(shí)間和程度遠(yuǎn)小于三級(jí)層序界面上的砂體,使得溶蝕性流體不能大規(guī)模進(jìn)入,砂體碳酸鹽膠結(jié)嚴(yán)重,次生孔隙不發(fā)育,物性差。

同時(shí),砂巖層頂?shù)撞坑捎谂c泥巖毗鄰,泥巖受壓排出大量攜帶Ca2+等離子的流體進(jìn)入到砂巖中,使得砂巖頂?shù)赘浇妓猁}膠結(jié)強(qiáng)烈,形成“鈣帽”和“鈣底”,而在砂體中部,由于遠(yuǎn)離這些可以產(chǎn)生碳酸鹽膠結(jié)物的流體,使得膠結(jié)不強(qiáng)烈,因而砂巖厚度越大,則物性越好(見(jiàn)圖14)。

此外,次生孔隙的發(fā)育還受體系域的影響,低位域時(shí),砂體發(fā)育,泥巖含量低,砂巖多呈厚層或相互切割狀,與泥巖直接接觸的砂體少,砂體內(nèi)部遠(yuǎn)離泥巖因而碳酸鹽膠結(jié)物含量較低,物性較好。再者,低位域時(shí)受大氣水淋濾作用相對(duì)較強(qiáng),這些因素使得低位域時(shí)溶蝕作用強(qiáng)烈,次生孔隙較為發(fā)育[18]。

圖13 廣安101井須六段沉積、物性與層序柱狀圖

圖14 廣安地區(qū)須家河組砂巖厚度與面孔率關(guān)系

在高位和海侵體系域,泥巖所占比例大,多為厚層大套泥巖夾薄層席狀砂。由于煤層分布廣泛,早期成巖過(guò)程中,大量細(xì)菌分解作用使得成巖早期處在酸性環(huán)境,抑制了早期的碳酸鹽膠結(jié),故早期以石英加大為主。方解石主要形成于成巖晚期,晚于大量有機(jī)酸生成和排出時(shí)期。在有機(jī)質(zhì)成熟、大量有機(jī)酸生成和排出時(shí)期,由于早期的石英加大作用,使得孔隙不易被溶蝕擴(kuò)大,次生孔隙不發(fā)育,儲(chǔ)集層物性較差。而且這些砂巖往往處于大量泥巖包圍中,易發(fā)育鈣質(zhì)膠結(jié)。砂巖多為致密層,膠結(jié)強(qiáng),儲(chǔ)集層物性差,次生孔隙不發(fā)育(見(jiàn)圖 13,圖 6h) 。

4 結(jié)論

儲(chǔ)集層物性不僅受控于成巖過(guò)程中流體的溫度、壓力、p H值、Eh值等因素,早期的沉積環(huán)境也對(duì)次生孔隙的發(fā)育具有重要影響。儲(chǔ)集層次生孔隙發(fā)育受沉積環(huán)境和層序地層格架的影響,在水動(dòng)力強(qiáng)、砂巖成分成熟度較高的沉積環(huán)境,如水下分流河道、河口壩等處,次生孔隙發(fā)育,物性較好;而水動(dòng)力較弱、成分成熟度低的砂巖,如三角洲前緣遠(yuǎn)壩砂、席狀砂、砂泥坪等相帶的砂巖,次生孔隙不發(fā)育,物性差。層序地層也對(duì)次生孔隙的發(fā)育有影響和控制作用,低位體系域砂體更發(fā)育,而且單層砂體較厚,泥巖壓實(shí)排水帶來(lái)的碳酸鹽膠結(jié)物較少,而高位體系域早期成巖環(huán)境偏酸性,主要的自生礦物為成巖晚期形成的碳酸鹽,所以低位體系域較高位體系域更易產(chǎn)生次生孔隙。層序界面也對(duì)次生孔隙有一定的影響,尤其是三級(jí)層序界面上的砂體,由于連片分布,聯(lián)通性好,界面上部的砂體普遍次生孔隙發(fā)育。當(dāng)然,次生孔隙的預(yù)測(cè)也要結(jié)合成巖期等諸多因素,次生孔隙的發(fā)育是沉積環(huán)境及成巖期等諸多因素共同作用的結(jié)果。

[1] 侯方浩,蔣裕強(qiáng),方少仙,等.四川盆地上三疊統(tǒng)香溪組二段和四段砂巖沉積模式[J].石油學(xué)報(bào),2005,26(2):30-37.

Hou Fanghao,Jiang Yuqiang,Fang Shaoxian,et al.Sedimentary model of sandstone in second and fourth members of Xiangxi Formation in the Upper Triassic of Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2005,26(2):30-37.

[2] 陳宗清.四川盆地長(zhǎng)興組生物礁氣藏及天然氣勘探[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2008,35(2):148-156,163.

Chen Zongqing.Changxing Formation biohermal gas pools and natural gas exploration, Sichuan Basin [J]. Petroleum Exploration and Development,2008,35(2):148-156,163.

[3] 汪澤成,趙文智,李宗銀,等.基底斷裂在四川盆地須家河組天然氣成藏中的作用[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2008,35(5):541-547.

Wang Zecheng,Zhao Wenzhi,LiZongyin,etal.Role of basement faults in gas accumulation ofXujiahe Formation,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2008,35(5):541-547.

[4] 朱如凱,趙霞,劉柳紅,等.四川盆地須家河組沉積體系與有利儲(chǔ)集層分布[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2009,36(1):46-55.

Zhu Rukai,Zhao Xia,Liu Liuhong,et al.Depositional system and favorable reservoir distribution ofXujiahe Formation in Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(1):46-55.

[5] Amthor JE,Okkerman J.Influence of early diagenesis on reservoir quality of Rotliegende sandstones,northern Netherlands[J].AAPGBulletin,1998,82(12):2246-2265.

[6] Khidir A,Catuneaun O.Sedimentology and diagenesis of the Scollard sandstones in the Red Deer Valley area,central Alberta[J].Bulletin of Canadian Petroleum Geology,2003,51(1):45-69.

[7] Dolbier R A.Origin,distribution,and diagenesis of clay minerals in the Albian Panda Formation,offshore Cabinda,Angola[D].Reno:University of Nwvada,2001.

[8] Pape H,Clauser C,Iffland J,et al.Anhydrite cementation and compaction in geothermal reservoirs:Interaction of pore-space structure with flow,transport,P-T conditions,and chemical reactions[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2005,42(7-8):1056-1069.

[9] Morad S,Ketzer JM,De Ros L F.Spatial and temporal distribution of diagenetic alterations in siliciclastic rocks:implications for masstransferin sedimentary basins[J].Sedimentology,2000,47:95-120.

[10] Scherer M.Parameters influencing porosity in sandstone:A model for sandstone porosity prediction[J].AAPG Bulletin,1987,7(5):485-491.

[11] 黃思靜,武文慧,劉潔,等.大氣水在碎屑巖次生孔隙形成中的作用——以鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組為例[J].地球科學(xué),2003,28(4):419-424.

Huang Sijing,Wu Wenhui,Liu Jie,etal. Generation of secondary porosity by meteoric water during time of subaerial exposure:An example from Yanchang Formation sandstone of Triassic of Ordos Basin[J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences),2003,28(4):419-424.

[12] Lefticariu L.Geochemical constraints on the evolution of the fluid-rock system in the salt-detached nuncios fold complex,Mexico[D].Illinois:Northern Illinois University,2004.

[13] Ketzer J M,Morad S,Evans R,et al.Distribution of diagenetic alterations in fluvial,deltaic,and shallow marine sandstone within a sequence stratigraphic framework:Evidence from the Mullaghmore Formation(Carboniferous),NW Ireland[J].Journal of Sedimentary Research,72(6):760-774.

[14] 秦建中,孟慶強(qiáng),付小東.川東北地區(qū)海相碳酸鹽巖三期成烴成藏過(guò)程[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2008,35(5):548-556.

Qin Jianzhong, Meng Qingqiang, Fu Xiaodong. Three hydrocarbon generation and accumulation processes of marine carbonate rocks in northeastern Sichuan Basin,China[J].Petroleum Exploration and Development,2008,35(5):548-556.

[15] 鄒才能,陶士振,朱如凱,等.“連續(xù)型”氣藏及其大氣區(qū)形成機(jī)制與分布——以四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組煤系大氣區(qū)為例[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2009,36(3):307-319.

Zou Caineng,Tao Shizhen,Zhu Rukai,et al.Formation and distribution of“continuous”gas reservoirs and their giant gas province:A case from the Upper Triassic Xujiahe Formation giant gas province,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(3):307-319.

[16] 張水昌,米敬奎,劉柳紅,等.中國(guó)致密砂巖煤成氣藏地質(zhì)特征及成藏過(guò)程——以鄂爾多斯盆地上古生界與四川盆地須家河組氣藏為例[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2009,36(3):320-330.

Zhang Shuichang,Mi Jingkui,Liu Liuhong,et al.Geological features and formation of coal-formed tight sandstone gas pools in China:Cases from Upper Paleozoic gas pools,Ordos Basin and Xujiahe Formation gas pools,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(3):320-330.

[17] 李偉,楊金利,姜均偉,等.四川盆地中部上三疊統(tǒng)地層水成因與天然氣地質(zhì)意義[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2009,36(4):428-435.

Li Wei,Yang Jinli,Jiang Junwei,et al.Origin of Upper Triassic formation water in middle Sichuan Basin and its natural gas significance[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(4):428-435.

[18] Mansurbeg H,El-ghali M A K,Morad S,et al.The impact of meteoric water on the diagenetic alterations in deep-water,marine siliciclastic turbidites[J].Journal of Geochemical Exploration,2006,89(1-3):254-258.

Influences of depositional environment and sequence stratigraphy on secondary porosity development:A case of the Xujiahe Formation clastic reservoir in the central Sichuan Basin

Huang Jie1,2,Zhu Rukai3,Hou Dujie1,Ruan Wei1,4

(1.School ofEnergy Resources,China University of Geosciences,Beijing100083,China;2.B ureau of Economic Geology,J ackson School of Geosciences,University ofTexas at A ustin,A ustin,Texas78733-8924,USA;3.PetroChina Research Institute ofPetroleum Ex ploration&Development,Beijing100083,China;4.Department of Geological Sciences,J ackson School of Geosciences,University ofTexas at A ustin,A ustin,Texas78712,USA)

The influence factors on secondary porosity of the Xujiahe Formation clastic reservoir in the central Sichuan Basin were studied from the aspects of grain size,compositional maturity,textural maturity,authigenic mineral precipitation and dissolution under control of sedimentary environment,combined with the sequence stratigraphy.The sedimentary environment and sequence stratigraphy framework have significant influences on secondary porosity.High energy sedimentary setting and high compositional maturity are in favor of the secondary porosity development.The lowstand systems tract,especially sandstone overlying the 3rdorder sequence boundary,is more favorable for the secondary porosity development than the highstand systems tract.The thickness of sandstone has important effect on secondary porosity,and thicker sandstone strata tend to have good physical property.In summary,the sandstone of coarse grain size,high compositional maturity,and thick layer in the lowstand systems tract is ideal for the secondary porosity development and favorable for exploration and development.

Sichuan Basin;secondary porosity;depositional environment;sequence stratigraphy

國(guó)家留學(xué)基金委資助項(xiàng)目;教育部重點(diǎn)項(xiàng)目(104040);中國(guó)石油天然氣股份有限公司“十一五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(06-01C-01)

TE122.1

A

1000-0747(2010)02-0158-09

黃潔(1977-),女,河北張家口人,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)和University of Texas at Austin,USA聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生,主要從事石油地質(zhì)學(xué)研究。地址:北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號(hào),中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,郵政編碼:100083。E-mail:huangjie1@126.com

2008-09-17

2010-01-19

(編輯 黃昌武 繪圖 李秀賢)