四川盆地中西部地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征與成巖作用

劉 洋，百成鋼，徐芳艮

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地空學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

四川盆地中西部地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征與成巖作用

劉 洋1，百成鋼2，徐芳艮2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地空學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組是重要的天然氣勘探領(lǐng)域，其砂體分布廣泛而穩(wěn)定，但儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。為了揭示不同區(qū)域須家河組儲(chǔ)層特征的差異，通過(guò)鏡下鑄體薄片觀察，結(jié)合掃描電鏡、X衍射分析等技術(shù)手段，對(duì)區(qū)內(nèi)須家河組儲(chǔ)層微觀孔隙特征與成巖作用進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，須家河組儲(chǔ)層巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，孔隙類型由原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？缀土芽p構(gòu)成，其中粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔是最主要的孔隙類型，且各區(qū)域各層段巖石學(xué)特征及微觀孔隙特征表現(xiàn)出明顯的差異性；成巖作用包括破壞性成巖作用和建設(shè)性成巖作用，其中破壞性成巖作用主要為壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，建設(shè)性成巖作用為溶蝕作用和破裂作用，前者導(dǎo)致中西部地區(qū)須家河組儲(chǔ)層逐漸演變?yōu)橹旅苌皫r儲(chǔ)層，后者作用占主導(dǎo)則導(dǎo)致致密砂巖儲(chǔ)層中發(fā)育與保存相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層特征；成巖作用；須家河組；中西部地區(qū)；四川盆地

須家河組是四川盆地勘探的重點(diǎn)層位之一，目前國(guó)內(nèi)對(duì)該層位已有幾十年的研究歷史且取得了諸多成果，成為盆地內(nèi)又一重要的天然氣勘探領(lǐng)域。須家河組由先前的構(gòu)造氣藏勘探為主，逐漸向巖性氣藏勘探轉(zhuǎn)變，且展現(xiàn)出了良好的勘探勢(shì)頭，這對(duì)于擴(kuò)大盆地內(nèi)天然氣勘探具有重要意義。須家河組砂體分布廣泛而穩(wěn)定，但在縱向和橫向上儲(chǔ)層有較大的非均質(zhì)性，通過(guò)鏡下鑄體薄片觀察、結(jié)合掃描電鏡、X衍射分析等技術(shù)手段，對(duì)區(qū)內(nèi)須家河組微觀孔隙特征與成巖作用進(jìn)行研究，旨在揭示不同區(qū)域不同層段須家河組儲(chǔ)層特征的差異。

1 地質(zhì)背景

現(xiàn)今四川盆地的構(gòu)造格局是在經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)改造后才得以定形，西以龍門山斷裂為界、東以七曜山斷裂為界、北以城口斷裂為界、南以峨眉-瓦山斷裂為界，面積約為18×104km2[1-2]。須家河組沉積厚度多為數(shù)百米不等，巖性以黃灰色礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖和泥巖夾煤層為主，由下至上可劃分為須一段到須六段6個(gè)巖性段。四川盆地須家河組主要分布于川中和川西地區(qū)，為此，四川盆地中西部地區(qū)為須家河組重點(diǎn)勘探地區(qū)和天然氣主產(chǎn)區(qū)(圖1)。

圖1 四川盆地須家河組地層結(jié)構(gòu)與氣藏分布特征(據(jù)王紅軍，2011)

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

2.1 砂巖巖石成分特征

須家河組儲(chǔ)集層為一套陸源碎屑巖，石英含量相對(duì)較低，多低于75%，長(zhǎng)石和巖屑含量相對(duì)較高，雜基含量和膠結(jié)物含量均普遍小于7%，成分成熟度指數(shù)一般在1.6～4.0之間。同時(shí)其碎屑顆粒磨圓較好，分選較好，雜基含量較少?？梢?jiàn)其具有成分成熟度較低、結(jié)構(gòu)成熟度較高的特點(diǎn)[3]。

2.1.1 碎屑顆粒特征

2.1.1.1 石英

石英含量大多為30.3%～69.8%，平均57.9%。石英顆粒多為單晶石英，除少部分石英是強(qiáng)波狀消光外，大部分無(wú)波狀消光，可見(jiàn)石英大部分來(lái)自火成巖，部分來(lái)自深變質(zhì)巖。

2 .1 .1.2 長(zhǎng)石

長(zhǎng)石含量大多為1.1%～15.3%，平均為7.9%，總體上含量較低，部分長(zhǎng)石被溶蝕。長(zhǎng)石以正長(zhǎng)石為主，另有斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石。長(zhǎng)石中常見(jiàn)蝕變現(xiàn)象，尤以正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石最為發(fā)育，長(zhǎng)石常被方解石交代。

2 .1 .1.3 巖屑

巖屑含量較高，一般為8%～60%之，平均22%，組分較為復(fù)雜，但以火成巖巖屑為主?；鸪蓭r屑中主要為凝灰?guī)r和酸性噴出巖，變質(zhì)巖屑中主要為千枚巖和板巖，沉積巖屑中主要為碳酸鹽巖。

2.1.2 填隙物特征

填隙物包括雜基及膠結(jié)物。砂巖中的雜基主要由絹云母、水云母、伊利石、綠泥石等粘土礦物組成；礫巖中的雜基主要為粉細(xì)砂。須家河組砂巖中雜基含量大多為0.1%～15.0%，平均2.6%，總體上雜基含量較少。

2 .2 砂巖巖石類型及分布特征

1.石英砂巖；2.長(zhǎng)石石英砂巖；3.巖屑石英砂巖；4.長(zhǎng)石砂巖；5.巖屑長(zhǎng)石砂巖；6.長(zhǎng)石巖屑砂巖；7.巖屑砂巖

圖2 中西部地區(qū)須家河組巖石類型三角圖

須家河組儲(chǔ)層巖石類型主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石石英砂巖及巖屑石英砂巖也普遍存在(圖2)。主要儲(chǔ)層段須二段、須四段、須六段的巖性特征在不同區(qū)域上存在較大的差異[4-5]。

2.2.1

川中及川中～川南過(guò)渡帶地區(qū)，巖性以長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石巖屑砂巖次之，少量長(zhǎng)石砂巖與巖屑石英砂巖(圖3A)；大巴山前緣地區(qū)巖性主要為巖屑砂巖(圖3B)；川西地區(qū)北部?jī)?chǔ)層巖性則以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，另有少量長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑砂巖(圖3C)；川西地區(qū)南部?jī)?chǔ)層巖性則主要為長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖與巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖3D)。

2.2.2 須四段

川西地區(qū)北部須四段巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主(圖4A)，石英和長(zhǎng)石含量較低，巖屑以碳酸鹽巖巖屑為主，雜基含量較高，這與該區(qū)須四期龍門山北段抬升隆起成為盆地新的物源系統(tǒng)有關(guān)，川西北地區(qū)以沖積扇沉積體系為主，近源沉積，砂巖成熟度低；川西地區(qū)南部巖性主要為長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑石英砂巖與巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖4B)，相對(duì)于同地區(qū)須二段巖屑含量明顯增高；川中及川中～川南過(guò)渡帶須四段巖石類型主要為長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖與巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖4C)；大巴山前緣地區(qū)巖石類型主要為巖屑砂巖(圖4D)，巖屑含量相對(duì)較高，與須二段相比，石英和長(zhǎng)石含量都有所降低，而巖屑含量有所增高，表明物源供給較充足，供給速率大，碎屑為近源沉積。

圖3 中西部地區(qū)須二段巖石類型三角圖

圖4 中西部地區(qū)須四段巖石類型三角圖

2.2.3 須六段

圖5 川中地區(qū)須六段巖石類型三角圖

川中及川中～川南過(guò)渡帶地區(qū)，須六段儲(chǔ)層巖性主要為巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖與巖屑砂巖，少量長(zhǎng)石石英砂巖與巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖5)；大巴山前緣地區(qū)離物源很近，其儲(chǔ)層特征主要為石英、長(zhǎng)石含量低、變質(zhì)巖屑和雜基含量高；川中及川中～川南過(guò)度帶則以長(zhǎng)石含量高、碳酸巖屑和雜基含量很低為特征。綜上所述，根據(jù)平面上不同地區(qū)須家河組儲(chǔ)層巖性的變化，推測(cè)其沉積物源來(lái)自盆地的四個(gè)方向，東邊為江南古陸，西邊為龍門山古陸和康滇古陸，南邊為黔中古陸，北邊為大巴山古陸。

3 儲(chǔ)層微觀孔隙特征

四川盆地中西部地區(qū)須家河組儲(chǔ)層孔隙類型按成因可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫，原生孔隙包括原生粒間孔，次生孔隙包括粒間溶孔，粒內(nèi)溶孔和鑄?？?，其中粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔是最主要的孔隙類型。

3 .1 原生粒間孔

薄片鏡下觀察原生粒間孔多呈三角形，大多為早期綠泥石充填后的剩余粒間孔(圖6A、B)，川中及川西北部較為發(fā)育這類孔隙。綠泥石的生長(zhǎng)使顆粒形成包殼，能夠有效地阻止石英加大，以及起到抗壓實(shí)的作用。

3.2 粒間溶孔

粒間溶孔是溶蝕作用發(fā)育于顆粒之間，在原有粒間孔隙基礎(chǔ)上對(duì)顆粒進(jìn)行溶蝕形成的孔隙(圖6C)[6]。研究區(qū)粒間溶孔主要由長(zhǎng)石和巖屑被溶蝕而形成，孔中常見(jiàn)未被完全溶蝕的殘留物，孔隙邊緣不規(guī)則。

3.3 粒內(nèi)溶孔和鑄模孔

粒內(nèi)溶孔是顆粒內(nèi)部被酸性流體溶蝕時(shí)形成的孔隙(圖6D)。粒內(nèi)溶孔是研究區(qū)最常見(jiàn)的孔隙類型。粒內(nèi)溶孔尺寸較小，且沿節(jié)理溶蝕現(xiàn)象明顯，為主要的儲(chǔ)集空間之一。鑄?？诪樗樾碱w粒被完全溶蝕僅保留其外形輪廓或少量殘余物的孔隙(圖6E)。研究區(qū)儲(chǔ)層可見(jiàn)長(zhǎng)石和巖屑鑄?？?，主要為長(zhǎng)石顆粒被溶蝕，并可見(jiàn)被溶蝕后殘余的綠泥石粘土膜。溶蝕孔隙主要發(fā)育在川西南部和川中及川中～川南過(guò)渡帶。

3.4 微裂縫

微裂縫是地層在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的裂縫(圖6F)，地下流體可沿裂縫進(jìn)行溶蝕，使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。裂縫在儲(chǔ)集空間中所占比例雖然不大，但對(duì)于改善儲(chǔ)集物性，提高滲透率起著重要的作用。

A：剩余原生粒間孔，綠泥石膜，合川1井，2151.57m，須二段，10×4，(-)；B：剩余原生粒間孔，合川1井，2190.71m，須二段，10×20，(-)；C：粒間溶孔，潼南104井，2181.11m，須二段，10×4，(-)；D：粒內(nèi)溶孔，粒間微孔，廣安101井，2070.09m，須六段，10×4，(-)；E：鑄?？?，合川1井，2120.5m，須二段，10×20，(-)；F：粒內(nèi)破裂縫，潼南104井，2179.82m，須二段，10×10，(-)。

圖6 中西部地區(qū)須家河組儲(chǔ)層孔隙類型

4 儲(chǔ)層成巖作用

4.1 破壞性成巖作用

4.1.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是地層隨埋深的增加逐漸致密化的過(guò)程。對(duì)薄片的觀察結(jié)果表明，研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖經(jīng)受的壓實(shí)作用屬中等-強(qiáng)壓實(shí)，碎屑點(diǎn)-線接觸及凹凸-縫合線接觸在砂巖中均有出現(xiàn)，部分塑性巖屑及云母發(fā)生彎曲變形(圖7A)。各地區(qū)視壓實(shí)率(視壓實(shí)率=(原始孔隙度-粒間體積)/原始孔隙度×100%)在78%～96%之間，平均82%，也就是說(shuō)砂巖中80%以上的孔隙損失是由壓實(shí)作用引起的。

4.1.2 膠結(jié)作用

砂巖中常見(jiàn)的膠結(jié)物有碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物和粘土礦物膠結(jié)物。碳酸鹽膠結(jié)是須家河組砂巖中常見(jiàn)的膠結(jié)作用，硅質(zhì)膠結(jié)主要以次生加大為主，并有少量以自生石英的形式充填于孔隙中(圖7B)。粘土礦物膠結(jié)則以環(huán)邊式和孔隙式為主要膠結(jié)類型，常見(jiàn)的粘土礦物有綠泥石和伊利石，它們可以是自生的，也可以由成巖過(guò)程中演化而成。

4 .2 建設(shè)性成巖作用

4.2.1 溶蝕作用

溶蝕作用是碎屑顆粒和填隙物在成巖時(shí)期發(fā)生溶解的過(guò)程，溶蝕作用是碎屑巖儲(chǔ)層次生孔隙形成的主要原因，區(qū)內(nèi)不同地區(qū)的溶蝕強(qiáng)度不等，溶蝕孔隙對(duì)砂巖孔隙度的貢獻(xiàn)也不相同(圖7C)[7]。須家河組儲(chǔ)層溶蝕作用主要有埋藏溶蝕和地表溶蝕兩種類型，以埋藏溶蝕為主。

4.2.2 破裂作用

須家河組地層在三疊紀(jì)末晚印支運(yùn)動(dòng)和侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)末的燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)主要遭受抬升剝蝕，而晚白堊世以來(lái)的喜山運(yùn)動(dòng)使其褶皺抬升，形成大量背斜，并產(chǎn)生了諸多對(duì)改善儲(chǔ)層連通性起到積極作用的構(gòu)造裂縫。(圖7D)。

A：壓實(shí)、壓溶作用中等偏強(qiáng)，顆粒線接觸，潼南104井，2172.81m，須二段，10×4，(-)；B：石英次生加大，廣安101井，2078.92m，須六段，10×20，(-)；C：粒內(nèi)溶孔，合川7井，2190.71m，須二段，10×20，(-)；D：粒內(nèi)破裂縫，潼南102井，2251.36m，須二段，10×4，(-)。

圖7 中西部地區(qū)須家河組儲(chǔ)成巖作用類型

5 結(jié)論

(1)須家河組儲(chǔ)層巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，川西南地區(qū)主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖，川西北地區(qū)的長(zhǎng)石含量減少，巖性主要為巖屑砂巖，川西中部地區(qū)則主要為巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖，川中地區(qū)主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，自西向東巖屑含量減少、石英含量增加。

(2)須家河組儲(chǔ)層孔隙類型有原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔和裂縫，其中粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔是最主要的孔隙類型。川西北部以粒間孔為主，溶蝕孔隙不發(fā)育。川西南部則以溶孔為主，少見(jiàn)粒間孔。川中及川中～川南過(guò)渡帶則以粒間孔及粒內(nèi)溶孔均普遍發(fā)育。

(3)按照成巖作用類型對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，須家河組儲(chǔ)層中發(fā)生的成巖作用可以分為破壞性成巖作用和建設(shè)性成巖作用。其中破壞性成巖作用包括壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，建設(shè)性成巖作用包括溶蝕作用和破裂作用，前者導(dǎo)致四川盆地中西部地區(qū)須家河組儲(chǔ)層逐漸演變?yōu)橹旅苌皫r儲(chǔ)層，后者作用占主導(dǎo)則導(dǎo)致密砂巖儲(chǔ)層中發(fā)育與保存相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

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(本文文獻(xiàn)格式：劉 洋，百成鋼，徐芳艮.四川盆地中西部地區(qū)須家河組砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙特征與成巖作用[J].山東化工，2016，45(02)：96-98.)

2015-12-03

P618.13

A

1008-021X(2016)02-0096-03