川中地區(qū)侏羅系致密砂巖儲集層成因及“甜點”預(yù)測

鄒 娟，樂 園，金 濤，李秀清，李雪松，韋騰強

（1.中國石油 西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041；2.中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

根據(jù)中國石油第四次資源評價結(jié)果，四川盆地侏羅系石油資源量達16×108t，展現(xiàn)了巨大的油氣勘探開發(fā)潛力。自1958年以來，經(jīng)歷半個多世紀(jì)勘探開發(fā)，四川盆地發(fā)現(xiàn)了5個油田、18個含油區(qū)塊，累計生產(chǎn)原油超過500×104t.雖取得一定的勘探開發(fā)成效，但盆地原油年產(chǎn)量一直徘徊在10×104t左右，產(chǎn)量與實際資源量嚴重不匹配，未能實現(xiàn)大規(guī)模效益開發(fā)[1-2]。原因在于對四川盆地侏羅系油氣地質(zhì)認識及勘探理念存在偏差：一是受石油地質(zhì)學(xué)理論制約，非常規(guī)油氣理論提出以前，認為四川盆地侏羅系油藏主要是由自流井組大安寨段、涼高山組自生自儲型油藏和沙溪廟組次生砂巖油藏構(gòu)成的低孔低滲常規(guī)油藏，并沒有作為致密油藏對待；二是非常規(guī)概念提出之后，對盆地侏羅系油藏認識存在裂縫油藏與致密油藏之爭，侏羅系為受裂縫控制的常規(guī)油藏觀點占據(jù)主導(dǎo)，制約了勘探理念的變化。

近年來，特別是“十二五”期間，在致密油理論推動下，四川盆地侏羅系石油是典型非常規(guī)致密油逐步成為共識[1-3]。儲集層作為非常規(guī)油氣勘探的基礎(chǔ)，加強其成因機理的研究及“甜點”發(fā)育區(qū)的有效預(yù)測，必將對四川盆地侏羅系致密油藏勘探起到重要的作用?；诖耍P者針對四川盆地侏羅系涼高山組和沙溪廟組致密砂巖儲集層非均質(zhì)性強、“甜點”發(fā)育區(qū)預(yù)測難度大等勘探瓶頸[4-7]，通過系統(tǒng)的巖心觀察，以及鑄體薄片、熒光、掃描電鏡、X射線衍射等分析實驗，對四川盆地川中地區(qū)儲集層致密化過程中的成巖因素進行系統(tǒng)分析，力圖查明儲集層形成機制，并預(yù)測儲集層“甜點”有利區(qū)，以期為四川盆地致密油勘探提供參考。

1 致密砂巖儲集層特征

研究區(qū)位于四川盆地中部，處于川中古隆中斜平緩帶與川北低緩帶過渡區(qū)（圖1），區(qū)內(nèi)侏羅系致密砂巖儲集層主要發(fā)育在下侏羅統(tǒng)涼高山組和中侏羅統(tǒng)沙溪廟組。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

1.1 巖石學(xué)特征

四川盆地侏羅系總體為大型湖泊—平原河流相沉積[5]。川中地區(qū)涼高山組為濱淺湖沉積，灘壩砂和席狀砂為有利儲集體，灘壩砂主要分布在龍崗、營山、公山廟及蓮池—充西一帶，薄層席狀砂主要分布在龍崗、充西—廣安和營山地區(qū)。沙溪廟組沉積期，湖盆大范圍萎縮，發(fā)育濱淺湖—三角洲平原亞相，有利儲集體為沙一段底部薄層席狀砂和中—上部河道砂，底部席狀砂在川中地區(qū)均有分布，河道砂主要發(fā)育于龍崗、營山、公山廟和大成—廣安地區(qū)。

（1）碎屑成分 巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡分析結(jié)果表明，涼高山組砂巖的成分成熟度較低，以長石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，其次為巖屑砂巖。碎屑顆粒中石英平均含量約42%，巖屑平均含量約15%，斜長石平均含量約6%；碎屑顆粒以細粒為主，磨圓度中等，主要為線接觸，膠結(jié)類型以孔隙式為主。沙一段砂巖以中—細砂巖為主，中等結(jié)構(gòu)成熟度，以巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主，其次為長石石英砂巖，磨圓中等，顆粒之間以線接觸為主，膠結(jié)類型以接觸式和孔隙式為主（圖2a）。

圖2 研究區(qū)涼高山組和沙一段砂巖顯微特征

（2）填隙物 侏羅系砂巖儲集層填隙物含量較高，其中涼高山組填隙物體積分數(shù)高達19%，沙溪廟組約為10%.填隙物以黏土礦物、硅質(zhì)、碳酸鹽礦物為主，含少量瀝青質(zhì)，其中伊利石、方解石和硅質(zhì)含量較高，沙一段中見有濁沸石膠結(jié)。

1.2 孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

（1）孔隙類型 川中地區(qū)涼高山組和沙一段儲集層孔隙主要有殘余原生粒間孔、雜基內(nèi)微孔隙、粒間（內(nèi)）溶孔、晶間孔和微裂隙等（圖2b，圖2c，圖2d）?？紫督M合類型多為原生孔隙和次生孔隙組成的復(fù)合型，如粒間孔-粒間（內(nèi)）溶孔型和裂縫-孔隙型（圖2d）。

（2）孔隙結(jié)構(gòu) 侏羅系砂巖儲集層孔隙喉道類型主要為片狀喉道和縮頸喉道（圖2e，圖2f）。壓汞分析表明，涼高山組排驅(qū)壓力高，為0.14～51.43 MPa，平均 10.50 MPa；中值半徑 0.003 8～0.508 0 μm，平均0.067 0 μm，主要為微細喉道。分選系數(shù)0.56～5.87，平均2.10；變異系數(shù)0.034 2～3.184 3，平均0.281 6，表明儲集層孔喉分選差，分布不均，非均質(zhì)性強。沙一段排驅(qū)壓力相對較低，為0.34～44.98 MPa，平均3.53 MPa；中值半徑0.005 8～0.730 7 μm，平均0.151 0 μm，以小喉道為主。分選系數(shù)0.76～5.34，平均2.74；變異系數(shù)0.063 7～1.330 9，平均0.288 0，同樣表現(xiàn)出孔喉分選差、非均質(zhì)性強的特征。

1.3 物性特征

涼高山組和沙一段儲集層均屬于典型的致密砂巖儲集層[8-9]。涼高山組儲集層孔隙度0.10%～9.60%，平均1.84%，滲透率0.000 1～29.400 0 mD，平均0.270 0 mD.沙一段儲集層孔隙度0.23%～9.60%，平均3.71%，滲透率0.000 1～35.700 0 mD，平均0.380 0 mD.

侏羅系砂巖儲集層在整體超低孔滲的背景下，局部也存在相對高滲區(qū)。如在公山廟地區(qū)，涼高山組和沙一段砂巖儲集層平均孔隙度分別為2.57%和3.89%，平均滲透率分別為0.798 mD和0.404 mD，物性好于西充、南充等地區(qū)，反映了侏羅系砂巖儲集層平面非均質(zhì)性較強、橫向差異性明顯的特征。

2 成巖作用對儲集層物性的影響

影響儲集層發(fā)育的因素有沉積環(huán)境、成巖作用及埋藏史等，其中成巖作用是影響儲集層物性的關(guān)鍵因素之一。通過顯微薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡等分析，壓實（壓溶）、膠結(jié)、交代、溶蝕等成巖作用對四川盆地侏羅系涼高山組和沙一段砂巖儲集層有重要影響。

2.1 壓實作用

壓實作用是儲集層致密的主要因素。研究區(qū)侏羅系砂巖儲集層經(jīng)歷了強烈的壓實作用，主要表現(xiàn)有：碎屑顆粒間的凹凸接觸和縫合接觸，云母定向排列及壓彎變形，泥巖巖屑的塑性變形或擠入粒間孔成為假雜基（圖2g）。壓實作用是侏羅系砂巖致密化的主要因素之一，導(dǎo)致儲集層原生孔隙大幅度減小。如涼高山組儲集層，壓實作用致其孔隙度損失率普遍在75%以上，最高可達97%（圖3）。

圖3 川中不同地區(qū)涼高山組壓實作用孔隙度損失率

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)侏羅系砂巖膠結(jié)作用較強，發(fā)育有3類膠結(jié)物，分別為碳酸鹽礦物、黏土礦物和硅質(zhì)。碳酸鹽膠結(jié)主要為兩期方解石膠結(jié)，早期方解石呈孔隙式和連晶式產(chǎn)出，中—晚期多呈分散狀充填于粒間孔及粒內(nèi)溶孔中（圖2a）。黏土礦物主要為自生綠泥石、高嶺石和伊利石，綠泥石主要以顆粒包殼、孔隙襯墊形式存在（圖2h），形成于早期成巖階段[10]；高嶺石呈假六方片狀，集合體呈書頁狀，富含晶間孔隙，主要以充填粒間孔、粒內(nèi)溶孔的形式存在；伊利石呈絲發(fā)狀、卷曲片狀、搭橋狀充填于孔隙和喉道（圖2i）。硅質(zhì)膠結(jié)物主要為自生石英，以孔隙充填、次生加大邊的形式出現(xiàn)（圖2j）。

膠結(jié)物在儲集層演化過程中總體呈現(xiàn)出充填孔隙、破壞儲集層作用，但特定的膠結(jié)物也對儲集層形成和保存有一定的建設(shè)性作用。如早期方解石膠結(jié)可提高砂巖的抗壓實能力，利于原生孔隙保存；綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物可提高巖石抗壓能力，抑制石英加大，促進溶蝕作用[11-12]；高嶺石與長石溶蝕相伴生，有利于次生孔隙的發(fā)育。

2.3 交代作用

研究區(qū)侏羅系砂巖儲集層交代作用十分普遍（圖2k）。涼高山組為方解石交代石英、長石等；沙一段為濁沸石、方解石交代碎屑顆粒，主要沿碎屑顆粒邊緣或解理縫交代，使被交代顆粒的邊緣不規(guī)則。從交代作用對儲集層孔隙的影響看，研究區(qū)侏羅系主要為方解石交代石英、方解石交代碎屑顆粒等，表現(xiàn)為交代礦物體積小于被交代的礦物，孔隙體積增大，但新增孔隙有限，主要貢獻在于沿顆粒邊緣形成新的不規(guī)則喉道。

2.4 溶蝕作用

溶蝕作用發(fā)育是侏羅系砂巖儲集層次生孔隙形成的關(guān)鍵。四川盆地侏羅系自流井組大安寨段和涼高山組自身烴源巖發(fā)育，早白堊世，烴源巖進入生烴高峰期[13]，與烴類伴生的有機酸進入侏羅系砂巖儲集層，對長石、巖屑、方解石膠結(jié)物等進行溶蝕改造[14]，形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等次生孔隙（圖2d，圖2h），提高了儲集層的儲集性能。同時，烴類流體進入儲集層，可以阻礙自生膠結(jié)礦物的形成，有利于孔隙的保存（圖2l）。

3 儲集層形成機理

基于儲集層特征及其成巖作用，結(jié)合區(qū)域埋藏史、烴類充注史分析認為，四川盆地侏羅系致密砂巖儲集層為相控型砂體疊加中成巖期溶蝕成因，中后期構(gòu)造裂縫改造有效保持和改善了儲集層儲集能力。通過泥巖鏡質(zhì)體反射率、自身礦物成巖溫度、包裹體均一溫度和礦物組合特征等綜合分析，建立了侏羅系砂巖成巖序列及儲集層演化模式（圖4）。研究認為，川中地區(qū)侏羅系涼高山組砂巖儲集層經(jīng)歷的最晚成巖階段是中成巖階段B期，沙溪廟組經(jīng)歷的最晚成巖階段為中成巖階段A期，儲集層經(jīng)歷了如下演化過程。

圖4 研究區(qū)涼高山組、沙一段砂巖成巖序列與孔隙演化

早成巖階段A期，埋深大致在1 500 m，屬埋藏初期，碎屑顆粒邊緣綠泥石膜形成。在該成巖階段，川中地區(qū)快速沉降，進入深埋藏階段，機械壓實作用強烈，原生孔隙快速減少。涼高山組濱淺湖灘壩砂和席狀砂體孔隙度由37.3%減小為10.0%左右，孔隙損失率約73%（圖4a）；沙一段濱淺湖—三角洲平原席狀砂體和河道砂體孔隙度由37.8%減小至約7.0%，孔隙損失率達81%（圖4b）。

早成巖階段B期，埋深2 500 m左右，強烈壓實，表現(xiàn)為云母變形，此成巖階段石英出現(xiàn)次生加大，高嶺石、伊利石開始沉淀膠結(jié)。膠結(jié)作用可使后期壓實變緩，儲集層早期致密化過程基本完成。涼高山組儲集層剩余孔隙度減少到1.0%～2.0%（圖4a），沙一段儲集層剩余孔隙度減少到2.0%～3.0%（圖4b）。

中成巖階段A期，埋深約3 500 m，壓實作用減弱，膠結(jié)作用持續(xù)，但伴隨著烴源巖的成熟及排烴，溶蝕作用逐步加強，形成長石、巖屑溶孔。該階段，儲集層原生孔隙減少，次生溶蝕孔增加，儲集層孔隙度總體有所增大，涼高山組儲集層孔隙度達到2.0%～3.0%（圖4a），沙一段儲集層孔隙度增加到3.0%～4.0%（圖4b）。

中成巖階段B期，埋深大于3 500 m，溶蝕作用減弱，膠結(jié)作用持續(xù)，但受前期烴類充注的影響，膠結(jié)作用減緩。該階段，儲集層孔隙度總體再次減小，涼高山組儲集層孔隙度約為2.0%（圖4a）。但伴隨著晚期構(gòu)造裂縫的發(fā)育，有效改善和保持了致密化后儲集層的儲集能力，最終形成了現(xiàn)今侏羅系致密砂巖儲集層。

4 儲集層“甜點”控制因素與分布預(yù)測

4.1 儲集層“甜點”控制因素

“甜點”是指在普遍低孔隙度、低滲透率背景中發(fā)育的物性較好的有效儲集層[15]。如前所述，四川盆地侏羅系致密砂巖儲集層為相控型砂體疊加中成巖期溶蝕成因，中后期構(gòu)造裂縫改造有效保持和改善了儲集層儲集能力。因此，儲集層“甜點”發(fā)育主要受沉積砂體、成巖溶蝕和構(gòu)造裂縫控制。

（1）沉積因素 在壓實作用普遍較強的背景下，抗壓實作用強的巖相為優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育的基本前提[16]。四川盆地侏羅系儲集層受沉積微相控制，主要發(fā)育于灘壩、分流河道、河口壩、天然堤等微相砂體中，不同微相砂體儲集層的發(fā)育程度存在差異。根據(jù)已有勘探開發(fā)成果，侏羅系含油氣砂巖儲集層孔隙度一般大于2.7%，滲透率大于0.217 mD，可以此作為相對優(yōu)質(zhì)儲集層的下限。從相對優(yōu)質(zhì)儲集層在不同沉積微相發(fā)育頻率來看，相對優(yōu)質(zhì)儲集層主要受灘壩、分流河道和河口壩微相控制。

（2）成巖因素 四川盆地侏羅系致密砂巖成巖相可劃分為6大類，即壓實相、膠結(jié)相、膠結(jié)—壓實相、溶蝕相、裂縫相和烴類充注相。不同成巖相中相對優(yōu)質(zhì)儲集層分布頻率分析表明，相對優(yōu)質(zhì)儲集層主要發(fā)育在溶蝕相、硅質(zhì)和黏土礦物膠結(jié)相、烴類充注相。

（3）裂縫因素 巖心、薄片和掃描電鏡分析表明，四川盆地侏羅系涼高山組和沙一段儲集層裂縫發(fā)育，主要為構(gòu)造縫，局部裂縫周邊出現(xiàn)長石、巖屑和膠結(jié)物的擴溶。多數(shù)裂縫為未充填或半充填的有效縫，裂縫平直，縫寬多小于50 μm，縫寬1 μm左右的微縫大量發(fā)育（圖2d，圖2i）。大規(guī)模裂縫發(fā)育能形成縫網(wǎng)，溝通孔隙，有效提高了致密砂巖儲集層儲滲能力。已有鉆井資料統(tǒng)計表明，侏羅系涼高山組和沙一段工業(yè)油井幾乎都能見到裂縫響應(yīng)特征。

4.2 儲集層“甜點”有利區(qū)分布預(yù)測

以灘壩、分流河道和河口壩微相砂體，溶蝕相、烴類充注相和裂縫發(fā)育作為儲集層“甜點”預(yù)測關(guān)鍵指標(biāo)，對川中地區(qū)侏羅系涼高山組和沙一段儲集層“甜點”有利區(qū)進行了預(yù)測。通過多因素綜合分析認為，川中地區(qū)涼高山組砂巖儲集層“甜點”有利區(qū)主要分布在公山廟、龍崗—營山和蓮池—充西地區(qū)，面積約6 000 km2（圖5a）；沙一段砂巖儲集層“甜點”有利區(qū)分布在公山廟地區(qū)、龍崗9井區(qū)、稅家槽和大成—廣安地區(qū)，面積約4 000 km2（圖5b）。

圖5 研究區(qū)涼高山組和沙一段儲集層“甜點”有利區(qū)預(yù)測

5 結(jié)論

（1）川中地區(qū)侏羅系砂巖儲集層主要發(fā)育在下侏羅統(tǒng)涼高山組和中侏羅統(tǒng)沙一段，屬于典型的致密砂巖儲集層，平面非均質(zhì)性較強，局部發(fā)育儲集層“甜點”。

（2）川中地區(qū)侏羅系致密砂巖儲集層為相控型砂體疊加中成巖期溶蝕成因，中后期構(gòu)造裂縫改造有效改善和保持了儲集層儲集能力。

（3）川中地區(qū)侏羅系致密砂巖儲集層“甜點”發(fā)育主要受沉積砂體、成巖溶蝕和構(gòu)造裂縫控制。灘壩、分流河道和河口壩微相砂體，溶蝕相、烴類充注相和裂縫發(fā)育的疊合區(qū)為儲集層“甜點”有利區(qū)。

（4）川中地區(qū)涼高山組儲集層“甜點”有利區(qū)分布在公山廟、龍崗—營山和蓮池—充西地區(qū)，面積約6 000 km2；沙一段儲集層“甜點”有利區(qū)分布在公山廟、龍崗9井區(qū)、稅家槽和大成—廣安地區(qū)，面積約4 000 km2.