致密砂巖中綠泥石對儲層孔隙的影響

仙永凱

(成都理工大學能源學院，四川 成都 610051)

0 引 言

致密氣藏產(chǎn)氣量在我國天然氣總產(chǎn)量中占有重要地位，但是其氣藏分布復(fù)雜、儲層預(yù)測難度大。自生綠泥石廣泛分布于我國各含油氣盆地，尤其是中新生代陸相含油氣盆地的砂巖類儲層中。其產(chǎn)狀有多種類型，但大多數(shù)是以顆粒環(huán)帶方式產(chǎn)出的。該文通過大量樣品統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)含有綠泥石環(huán)帶的致密砂巖孔隙度和滲透率相對較高。綠泥石環(huán)帶是一種建設(shè)性的成巖作用還是一種破壞性的成巖作用，部分學者認為是負面的，如劉林玉等(1998)認為：綠泥石作為包裹碎屑的黏土，降低了原生孔隙度，堵塞孔隙喉道；然而，也有學者認為自生綠泥石對砂巖孔隙的保存是積極的，綠泥石多呈針狀和針頁狀集合體沿碎屑顆粒呈環(huán)狀分布，形成薄膜式膠結(jié)，阻礙碎屑顆粒與孔隙接觸，從而減少了其它膠結(jié)物的沉淀，使壓實的三角形粒間孔得以保留。

1 地質(zhì)概況

川西前陸盆地位于四川盆地西部，其中須一段、須三段和須五段水(海)侵體系域以泥質(zhì)巖沉積為主，為區(qū)域性烴源巖層；須二段、須四段發(fā)育有大套河流一三角洲體系的塊狀砂巖，為區(qū)域性儲集層。目前獲工業(yè)氣流的儲層主要集中在須二段和須四段。須家河組砂巖均經(jīng)歷了強烈的成巖作用，普遍致密化，孔滲物性差，儲氣層多為裂縫一孔隙型的低孔滲非常規(guī)儲層。本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，探討綠泥石對致密砂巖儲層孔隙度和滲透率的影響。

2 綠泥石的成因

關(guān)于自生綠泥石環(huán)帶的形成目前仍有較多爭議，有研究認為綠泥石環(huán)帶是早期的富鐵粘土包殼成巖轉(zhuǎn)化的結(jié)果，也有人認為綠泥石環(huán)帶是孔隙水新生沉淀產(chǎn)生的。然而在川西坳陷或四川盆地范圍內(nèi)的須家河組中從未發(fā)現(xiàn)綠泥石 /蒙皂石或蒙皂石/綠泥石的間層礦物；而且，粘土礦物轉(zhuǎn)化的綠泥石會存在遺留的蜂巢狀特征，從須家河組的綠泥石環(huán)帶特征來看，并未發(fā)現(xiàn)此特征，這說明本區(qū)綠泥石環(huán)帶的主要是以新生沉淀形式形成，見表1。

表1 川西坳陷CG561并自生綠泥石電子探針數(shù)據(jù)

須家河組的綠泥石環(huán)帶是富含鐵元素，從表1可以看出綠泥石中 FeO 的含量大多數(shù)在 25% 以上，綠泥石黏土膜的形成需要有大量的鐵離子。在研究區(qū)內(nèi)砂巖巖石成分中，巖屑以火山巖巖屑為主，巖屑的蝕變?yōu)榫G泥石提供了大量的鐵離子；巖石中云母含量較高，基本以黑云母為主，其水解可能產(chǎn)生大量的鐵離子。據(jù)四川省區(qū)域地質(zhì)志記載，位于川西坳陷西側(cè)的義敦 - 理塘地區(qū)，在晚三疊世火山活動十分強烈，火山巖廣泛分布。在研究區(qū)須家河組巖石薄片中，也發(fā)現(xiàn)了大量與甘孜—理塘陸間裂谷帶火山巖巖石類型相似的同沉積火山碎屑。并且在馬井、溫江的鉆井中，須五段發(fā)現(xiàn)了 2～3 層凝灰?guī)r薄層。因此從研究區(qū)的地質(zhì)情況來看，認為Fe 離子的來源主要來自火山巖蝕變和黑云母水解過程。

3 綠泥石與膠結(jié)作用的關(guān)系

薄片觀察發(fā)現(xiàn)，具有綠泥石環(huán)帶的砂巖，其孔隙后期膠結(jié)物含量少。在含有綠泥石環(huán)帶的砂巖中，粒間不發(fā)育方解石膠結(jié)作用，但是晚期方解石能夠交代部分長石。

然而對于硅質(zhì)膠結(jié)作用來說，其主要包括兩種形式，及石英的次生加大作用和自生石英的形成。石英的次生加大一般從早成巖階段開始，而自生石英則主要出現(xiàn)在晚成巖A期，兩者的形成都需要弱酸性介質(zhì)(pH 值為5～6)、富含硅離子(Si+)，并且有較高的溫度。綠泥石環(huán)帶與硅質(zhì)膠結(jié)所生成的酸堿性條件不同是影響石英此生加大的主要因素。而綠泥石所形成在壓實作用較弱、顆粒以點接觸為主的成巖作用早期，占據(jù)石英次生加大的所需要的生長基底或成核表面，進一步抑制了石英的次生加大作用。然而對于連通性不同的砂巖來講，多余的SiO2會隨著流體運移出去，在別處形成石英的次生加大或者以自生石英的形式形成。但是對于封閉的體系來講，多余的SiO2會雛晶的形式出現(xiàn)。綠泥石對石英次生加大也是有條件的，溫度達到160℃以上，綠泥石環(huán)帶之下可見生長的次生石英(圖1A，圖1B)，占據(jù)綠泥石晶間孔的20%～40%。所以說綠泥石對硅質(zhì)膠結(jié)作用是有條件的，并且是抑制而非阻止。

4 綠泥石與砂巖儲集性的關(guān)系

在砂巖儲層發(fā)育與演化過程中，自生綠泥石的作用一直是一個有爭議的問題，有相當數(shù)量國內(nèi)學者認為自生綠泥石的存在對孔隙發(fā)育不利。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在綠泥石含量小于2%時綠泥石含量對孔滲的影響不大；當含量介于2%～4%的時候可以發(fā)現(xiàn)砂巖孔隙度的改善不是特別明顯，但是砂巖的滲透率得到明顯的提高；當綠泥石的含量大于4%，其與孔隙度的相關(guān)性不大，并且隨著綠泥石含量的增加，其滲透率反而減小，見圖2。因此綠泥石含量與儲層的好壞具有一定的統(tǒng)計規(guī)律。

綠泥石環(huán)帶與砂巖儲集性的關(guān)系通過鑄體薄片分析發(fā)現(xiàn)，研究層位中儲集砂巖的主要孔隙為粒內(nèi)溶孔和殘余原生粒間孔，并以殘余原生粒間孔為主，見圖3。前人研究指出，綠泥石環(huán)帶是分流河道等高能沉積環(huán)境的反映。

圖1 綠泥石環(huán)帶下的適應(yīng)次生加大

圖2 綠泥石含量與孔滲關(guān)系圖

圖3 儲集砂巖中主要孔隙類型及面孔率

綠泥石環(huán)帶的存在也是與這種高能環(huán)境相匹配的砂巖原生粒間孔發(fā)育的指示，因此綠泥石環(huán)帶發(fā)育的砂巖形成良好的儲層的主要原因是組成儲層本身的碎屑物質(zhì)的分選性好，粘土礦物相對較少，原生孔隙發(fā)育；其次是綠泥石對儲層原生孔隙起到了一定的保護作用(主要還是原生礦物本身)，這是這兩者的結(jié)合才使得含有一定量綠泥石的砂巖的儲層性質(zhì)較好。

5 結(jié) 語

1)從須家河組的綠泥石環(huán)帶特征來看，說明本區(qū)綠泥石環(huán)帶的主要是以新生沉淀形式形成，并認為Fe離子的來源主要來自火山巖蝕變和黑云母水解過程。

2)綠泥石對硅質(zhì)膠結(jié)作用是有條件的，只是在一定的程度上阻止了硅質(zhì)膠結(jié)作用，并不能夠完全阻止。

3)綠泥石只是在一定的程度上改善了砂巖儲層的儲集性，對砂巖儲層儲集性好壞的關(guān)鍵因素還在于砂巖本身的性質(zhì)。