普光氣田須家河組綠泥石成因及其與儲(chǔ)層關(guān)系

顏其彬，陳培元，楊輝廷，謝清惠，楊新濤

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083;4.中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

致密砂巖作為一種非常規(guī)儲(chǔ)層，具有巨大的潛在資源量，近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)［1］。中國(guó)致密砂巖遠(yuǎn)景資源量為12×1012～100×1012m3，開發(fā)潛力大［2］。其中，四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖儲(chǔ)集砂體分布廣泛，是該盆地勘探的重點(diǎn)層位之一。近年來(lái)，在四川盆地中西部上三疊統(tǒng)須家河組中發(fā)現(xiàn)了新場(chǎng)、大邑、邛西等氣藏，顯示出良好的勘探前景與潛力［3－4］。然而，川東北地區(qū)須家河組埋藏深度大、鉆井資料少、儲(chǔ)層致密、油氣分布規(guī)律復(fù)雜，致使勘探目標(biāo)不明確［5］。普光氣田位于四川盆地東北部，主要以海相勘探為主，陸相勘探程度低。2008年3月以來(lái)，中原油田重點(diǎn)對(duì)普光氣田主體陸相進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為普光氣田主體陸相保存條件好，油氣顯示活躍，是陸相有利含氣區(qū)塊。然而，受沉積及成巖作用的影響，儲(chǔ)層致密，僅在局部發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層［6］。前人針對(duì)四川盆地其他地區(qū)須家河組儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，證明致密砂巖儲(chǔ)層的局部“甜點(diǎn)”發(fā)育可能與自生綠泥石的顆粒包膜有關(guān)［7－9］，且研究區(qū)須家河組儲(chǔ)集空間類型以綠泥石環(huán)邊膠結(jié)后的粒間孔隙和長(zhǎng)石溶蝕的粒內(nèi)溶孔為主［10］，為進(jìn)一步研究綠泥石與儲(chǔ)層間的關(guān)系提供了條件。

本文通過(guò)對(duì)普光氣田須家河組大量樣品的實(shí)測(cè)物性、鑄體薄片、包裹體以及掃描電鏡等資料綜合分析，試圖對(duì)須家河組地層中自生綠泥石的成因及形成時(shí)間進(jìn)行論證，同時(shí)探討自生綠泥石膠結(jié)與儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)系，為研究區(qū)下一步的油氣勘探提供支持。

1 地質(zhì)概況

普光氣田位于四川盆地東北部宣漢—達(dá)縣地區(qū)黃金口構(gòu)造雙石廟—普光構(gòu)造帶，為一大型構(gòu)造－巖性復(fù)合型氣藏［11］，氣藏北鄰鐵山坡氣田，東南與渡口河、羅家寨等氣田相鄰(圖1)。

研究區(qū)陸相與四川盆地基本相似，地層自上而下劃分為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組和三疊系須家河組。其中須家河組厚度為446～800 m，與下伏雷口坡組海相碳酸鹽巖呈不整合接觸［12］。根據(jù)區(qū)域地層特征可分為6個(gè)巖性段(圖1)、3個(gè)沉積旋回，分別對(duì)應(yīng)著須一—須二、須三—須四、須五—須六。其中，須一、須三、須五段及須六段上部主要為暗色泥巖夾煤層，須二、須四段及須六段下部主要為砂巖。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)野外典型地質(zhì)剖面、鉆井資料的分析，結(jié)合前人研究成果及區(qū)域沉積背景研究，認(rèn)為普光地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組屬于三角洲相與湖泊相沉積，其中，須家河組須一—須四段主要發(fā)育三角洲前緣沉積，須五—須六段發(fā)育濱淺湖相沉積［12］。

圖1 普光氣田區(qū)域位置和地層系統(tǒng)及氣層段示意圖

須家河組儲(chǔ)層為一套成分成熟度較低而結(jié)構(gòu)成熟度較高的陸源碎屑巖，以細(xì)—中粒巖屑砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖。儲(chǔ)層物性整體較差，平均孔隙度為2.02%，平均滲透率為0.036 5×10－3μm2，表明了須家河組儲(chǔ)層整體已經(jīng)致密—超致密化［13］，但存在部分相對(duì)高孔、高滲的“甜點(diǎn)”。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，相對(duì)高孔、高滲儲(chǔ)層區(qū)域，發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)，顯示了兩者之間具有密切的相關(guān)性。

2 綠泥石形成機(jī)制

2.1 綠泥石形成時(shí)間

圖2 普光氣田須家河組綠泥石賦存形式

通過(guò)對(duì)研究區(qū)取心井大量鏡下薄片的觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)綠泥石主要發(fā)育在須四、須三與須二段巖石樣品中，為以上層段中巖石樣品的主要黏土礦物種類，其含量最高可達(dá)15%，須六、須五段巖石樣品中基本上未觀察到綠泥石。巖石樣品中綠泥石形態(tài)多呈孔隙襯里的形式充填于顆粒之間(圖2a、b)，或呈顆粒包膜形式附著于顆粒表面(圖2c)。鏡下觀察顯示，綠泥石在巖石樣品中呈一種近于等厚的環(huán)邊，受沉積與搬運(yùn)水體的影響，其形成時(shí)間應(yīng)發(fā)生在沉積期后而不是沉積階段或沉積作用以前［14］。此外，孔隙襯里發(fā)育的綠泥石顆粒間以點(diǎn)—線接觸為主，接觸強(qiáng)度弱。一般情況下，早成巖作用A期形成的綠泥石呈包膜形式，早成巖B期—晚成巖A期(砂巖大量壓實(shí)之后至石英大量膠結(jié)之前)形成的綠泥石呈孔隙襯里形式［15］。結(jié)合研究區(qū)綠泥石的賦存方式及顆粒之間的接觸形式，分析認(rèn)為研究區(qū)綠泥石的形成時(shí)間相對(duì)較早，即在成巖作用早期。

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，綠泥石與顆粒之間未見其他膠結(jié)物，而相鄰未發(fā)育綠泥石的顆粒之間，常發(fā)育石英加大，顯示了綠泥石環(huán)邊發(fā)育時(shí)期應(yīng)在石英加大之前。通過(guò)對(duì)普光3011－5井須家河組須四段20個(gè)樣品進(jìn)行包裹體測(cè)溫(包裹體宿主礦物為石英顆粒)，可測(cè)包裹體214個(gè)，均一溫度范圍為71～150℃，集中分布在80～130℃。樣品中包裹體的最低溫度為71℃，表明最早一期石英加大發(fā)育時(shí)的地層溫度為71℃左右，故綠泥石開始發(fā)育時(shí)的地層溫度應(yīng)低于71℃，結(jié)合研究區(qū)古地溫梯度(33℃/km)，認(rèn)為綠泥石開始發(fā)育時(shí)處在早成巖A期。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)綠泥石形成于成巖作用早期。

2.2 綠泥石成因

綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成需要大量的鐵離子，通?；鹕綆r巖屑蝕變可以產(chǎn)生鐵離子［16］，三角洲前緣沉積環(huán)境，尤其是三角洲前緣環(huán)境(如遠(yuǎn)砂壩和河口砂壩)中也能提供大量的鐵離子［14］。

對(duì)研究區(qū)普陸1井重礦物分析表明，研究區(qū)重礦物類型較為簡(jiǎn)單，主要為磁鐵礦、鋯石，同時(shí)發(fā)育少量石榴石、電氣石、藍(lán)晶石等，反映出巖屑母巖為酸性噴出巖和變質(zhì)巖。此外，鏡下觀察統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)火成巖巖屑含量為7% ～16%，平均為12%。結(jié)合甘孜—理塘一帶晚三疊世火山活動(dòng)特征［17］以及研究區(qū)物源特征［18－20］分析，認(rèn)為甘孜—理塘陸間裂谷帶晚三疊世噴發(fā)的火山物質(zhì)已被輸至研究區(qū)，并可能影響到研究區(qū)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成。然而，由于須二—須四段巖石樣品含綠泥石，而須五、須六段巖石樣品不含綠泥石，該成因很難進(jìn)一步解釋綠泥石縱向發(fā)育特征(圖3)。

前文已述，川東北地區(qū)須家河組須一—須四段主要發(fā)育三角洲前緣沉積，須五—須六段發(fā)育濱淺湖相沉積。三角洲前緣水體中含有大量電解質(zhì)，并呈現(xiàn)弱堿性和弱還原性，河水中溶解的鐵離子(Fe2+)會(huì)在這種條件下發(fā)生絮凝而形成含鐵沉積物，從而為成巖過(guò)程中綠泥石環(huán)邊的形成提供豐富的鐵來(lái)源。因此，研究區(qū)綠泥石主要發(fā)育在須四、須三與須二段巖石樣品中，須六、須五段巖石樣品中基本上不發(fā)育綠泥石。

圖3 普陸1井須家河組綠泥石及重礦物縱向發(fā)育規(guī)律

綜上所述，研究區(qū)綠泥石的發(fā)育主要是受沉積環(huán)境的影響，火山巖巖屑并未影響到綠泥石的發(fā)育。砂巖中以孔隙環(huán)邊襯里方式產(chǎn)出的綠泥石在三角洲前緣最為發(fā)育，主要分布在須二—須四段巖石樣品中。

3 綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響

3.1 綠泥石與儲(chǔ)層的相關(guān)性

砂巖儲(chǔ)層中自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響一直是個(gè)具有爭(zhēng)議的問(wèn)題，一部分學(xué)者認(rèn)為是負(fù)面的［16，19］，然而也有部分學(xué)者研究認(rèn)為自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保存具有積極的一面［14，20］。前文已述，研究區(qū)綠泥石主要分布在須二—須四段，總體上含量不太高，為0.5%～15.0%。通過(guò)建立綠泥石含量與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系(圖4)，可以看出綠泥石含量和儲(chǔ)層物性之間存在著較好的正相關(guān)性，說(shuō)明了綠泥石環(huán)邊對(duì)原生粒間孔的保存起到了保護(hù)作用。此外，通過(guò)對(duì)普陸1井須家河組實(shí)測(cè)儲(chǔ)層物性縱向發(fā)育規(guī)律分析(表1)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層物性縱向變化規(guī)律與綠泥石含量縱向變化規(guī)律具有相似性，進(jìn)一步顯示了綠泥石對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育具有積極作用。

圖4 普陸1井須家河組綠泥石含量與儲(chǔ)層物性關(guān)系

表1 普陸1井須家河組孔隙度、滲透率縱向分布特征

3.2 綠泥石對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響

前人認(rèn)為，綠泥石對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的積極作用主要是由于綠泥石環(huán)邊對(duì)石英膠結(jié)的抑制，導(dǎo)致儲(chǔ)層的孔隙能夠得到有效的保護(hù)。一般說(shuō)來(lái)，孔隙襯里的環(huán)邊綠泥石是通過(guò)分隔孔隙水與石英顆粒的表面來(lái)阻止自生石英膠結(jié)物在碎屑石英表面成核，從而導(dǎo)致在綠泥石發(fā)育的地方，很少有自生石英生長(zhǎng)的現(xiàn)象。自生石英產(chǎn)出形態(tài)多樣，其中石英顆粒的次生加大是一種重要的產(chǎn)出形式。根據(jù)普陸1井陰極發(fā)光顯示(圖5)，石英次生加大自上而下逐漸減弱，其中須六段普遍發(fā)育石英次生加大，至須二段基本不發(fā)育，而綠泥石含量自上而下逐漸增加，顯示了兩者之間具有明顯的相關(guān)性。由此可知，綠泥石環(huán)邊抑制了石英的次生加大，是綠泥石對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有積極性的一個(gè)原因。

綠泥石對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育積極性的另一面主要表現(xiàn)在，作為早期壓實(shí)作用較弱時(shí)沉淀的自生礦物能夠顯著地提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力。根據(jù)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)育環(huán)邊襯里自生綠泥石的砂巖顆粒接觸強(qiáng)度弱，以點(diǎn)—線接觸為主(圖5)。黃思靜等［14］認(rèn)為這種產(chǎn)狀的綠泥石之所以能顯著提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，與埋藏成巖過(guò)程中綠泥石的繼續(xù)生長(zhǎng)有關(guān)，綠泥石繼續(xù)生長(zhǎng)所增加的機(jī)械強(qiáng)度平衡了埋藏成巖過(guò)程中不斷增加的上覆載荷。

圖5 普陸1井須家河組陰極發(fā)光特征

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)綠泥石主要發(fā)育在須二—須四段，須五、須六段不發(fā)育，巖石樣品中綠泥石形態(tài)多呈孔隙襯里的形式充填于顆粒之間，或呈顆粒薄膜形式附著于顆粒表面，孔隙襯里發(fā)育的綠泥石顆粒間以點(diǎn)—線接觸為主。

(2)根據(jù)綠泥石賦存方式、顆粒間接觸形式、膠結(jié)物發(fā)育位置以及包裹體測(cè)試溫度綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)綠泥石形成于成巖作用早期。

(3)普光氣田須家河組儲(chǔ)層中綠泥石的發(fā)育與三角洲沉積環(huán)境有關(guān)，須二—須四段處于三角洲前緣環(huán)境，河口壩和遠(yuǎn)砂壩中的含鐵沉積物為綠泥石的形成提供了豐富的鐵來(lái)源。

(4)綠泥石環(huán)邊襯里對(duì)研究區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層具有積極作用，一方面可以抑制次生石英加大，另一方面可以提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，有效地保存了砂巖的原生孔隙。

［1］劉吉余，馬志欣，孫淑艷.致密含氣砂巖研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19(3):316－319.

［2］康竹林.中國(guó)深層天然氣勘探前景［J］.天然氣工業(yè)，2000，20(5):124.

［3］憔述蓉，張虹，趙爽.川西DY地區(qū)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用效果分析［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2008，29(6):774 －780.

［4］易士威，林世國(guó)，楊威，等.四川盆地須家河組大氣區(qū)形成條件［J］.天然氣地球科學(xué)，2013，24(1):1－8.

［5］印峰，盤昌林，杜紅權(quán).川東北元壩地區(qū)致密砂巖油氣地質(zhì)特征［J］.特種油氣藏，2012，19(2):16－20.

［6］顏其彬，陳培元，楊輝廷，等.川東北普光3011－5井須家河組黏土礦物及膠結(jié)物特征［J］.特種油氣藏，2013，20(3):8 －12.

［7］Billault V，Beaufort D，Baronnet A，et al.a nanopetrographic and textural study of grain－coating chlorites in sandstone reservoirs［J］.Clay Minerals，2003，38(3):315－328.

［8］Worden R H，Needham S J，Cuadros J，et al.The worm gut:A natural claymineral factory and a passible cause of diagenetic grain coats in sandstones［J］.Journal of Geochemical Exploration，2006，89(1 －3):428 －431.

［9］孫治雷，黃思靜，張玉修，等.四川盆地須家河組砂巖儲(chǔ)層中自生綠泥石的來(lái)源與成巖演化［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26(3):459 －468.

［10］劉樹根，羅志立，戴蘇蘭，等.龍門山?jīng)_斷帶的隆升和川西前陸盆地的沉降［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，1995，9(3):205－213.

［11］趙文智，汪澤成，王一剛.四川盆地東北部飛仙關(guān)組高效氣藏形成機(jī)理［J］.地質(zhì)論評(píng)，2006，52(5):708－718.

［12］盤昌林，劉樹根，馬永生，等.川東北須家河組儲(chǔ)層特征及主控因素［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，33(3):27 －34.

［13］胡明姣，鄧軍強(qiáng).普光氣田主體須家河組儲(chǔ)層特征研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，21(16):141－142.

［14］黃思靜，謝連文，張萌，等.中國(guó)三疊系陸相砂巖中自生綠泥石的形成機(jī)制及其與儲(chǔ)層孔隙保存的關(guān)系［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，31(3):273－281.

［15］田建鋒，陳振林，凡元芳，等.砂巖中自生綠泥石的產(chǎn)狀、形成機(jī)制及其分布規(guī)律［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2008，27(2):200 －205.

［16］曾偉.張強(qiáng)凹陷上侏羅統(tǒng)成巖作用及儲(chǔ)層分布［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，18(4):9－15.

［17］戴宗明，孫傳敏.松潘原甘孜造山帶義敦島弧中段三疊紀(jì)火山沉積盆地的演化［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，27(6):799－813.

［18］謝繼榮，李國(guó)輝，唐大海.四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組物源供給體系分析［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2006，29(4):1－4.

［19］管宏林，蔣小瓊，王恕一，等.普光氣田與建南氣田長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組儲(chǔ)層對(duì)比研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010，32(2):(130 －135.

［20］王恕一，蔣小瓊，管宏林，等.川東北普光氣田下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層成巖作用研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010，32(4):366 －372.