川西新場地區(qū)須二段物源特征及其對儲層物性的控制

王志康，林良彪，余瑜，張俊法，王興龍

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室（成都理工大學），四川 成都 610059；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

川西新場地區(qū)須二段天然氣勘探開發(fā)歷經(jīng)20余年，近期研究顯示，須二段儲層動用率僅為6.39%[1]，顯示出巨大的勘探開發(fā)潛力。物源不僅是巖相古地理研究的基礎，對儲層儲集性能也有很強的控制作用[2-3]，前人通過輕礦物分析[4-7]、重礦 物 分析[4-5，7]、鋯石 測年[6]、微量元素和稀土元素分析[5，7-8]等手段，對川西地區(qū)須二段物源特征作了大量研究，認為須二段物源包括秦嶺大巴山、龍門山及康滇古陸[4-8]。須二段儲層屬于超低孔、超低滲型致密砂巖儲層[9]，但砂體內(nèi)部仍發(fā)育孔隙度大于4%、滲透率大于0.06×10-3μm2的相對優(yōu)質(zhì)儲層[10]。

優(yōu)質(zhì)儲層的形成受沉積與成巖兩大因素控制[11-13]。前人研究認為，水下分流河道及河口壩微相中砂巖的初始孔隙度較高，是須二段優(yōu)質(zhì)儲層形成的基礎[14-16]。巖相學研究進一步發(fā)現(xiàn)：平行層理砂巖相為須二段優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的最有利巖石相類型[1]；綠泥石薄膜[17]、長石及火山巖碎屑溶蝕[14-15]和破裂作用[15，18]則在后期改造儲層，是深埋藏條件下須二段砂巖具有異常高的孔隙度及滲透率的主要原因。雖然前人對須二段物源及儲層特征的研究頗豐，但鮮有文章涉及物源特征與儲層物性的關系，很大程度上制約了須家河組天然氣勘探開發(fā)的進度。

本文通過傳統(tǒng)物源分析方法（輕礦物分析、重礦物分析），對研究區(qū)13口鉆井的2 537個砂巖樣品進行物源分析，并結(jié)合巖心、巖石薄片、壓汞及測井資料對須二段儲層特征進行研究，在此基礎上，綜合分析物源與儲層物性的關系，以期為研究區(qū)油氣開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川西坳陷是晚三疊世以來四川盆地西部陸相沉積的深坳部分[18]，其形成演化主要受龍門山構(gòu)造活動的控制[19]。須二段沉積期秦嶺大巴山處于低幅隆升狀態(tài)，未發(fā)生逆沖推覆，而龍門山發(fā)生了加速隆升與逆沖推覆活動[20]。研究區(qū)新場構(gòu)造帶位于川西坳陷中段，是一個形成于安縣運動后的西高東低、南陡北緩的古今鼻狀復合隆起[21-22]（見圖1a）。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景及地層綜合柱狀圖

研究區(qū)須家河組層厚2 000 m以上，自下而上發(fā)育須一段—須五段（T3x1—T3x5）5套地層。須二段是研究區(qū)須家河組重要的儲氣層之一，埋深超過4 600 m，層厚超過400～600 m，巖性以大套砂巖為主，夾薄層泥、頁巖[23]，發(fā)育上、中、下 3 個亞段，進一步分為 10 套砂組[14]（見圖1b）。

研究區(qū)須二段處于辮狀河三角洲前緣亞相，發(fā)育辮狀河三角洲前緣分流間灣（DB）、水下分流河道（SDC）及河口壩（ED）沉積（見圖1b）。

2 物源特征

2.1 碎屑組合分析

研究區(qū)須二段廣泛發(fā)育巖屑砂巖，而長石巖屑砂巖主要分布在北部；自西向東石英質(zhì)量分數(shù)逐漸升高，長石質(zhì)量分數(shù)逐漸降低，巖屑質(zhì)量分數(shù)先降低后升高。新場地區(qū)東部砂巖成分成熟度平均值為2.50，中部較低，平均值為2.11，西部平均值為3.13（見圖2），可見自東部、中部向西部成分成熟度有先降低后升高的趨勢，表明物源搬運方向為自東向西。新場地區(qū)北部梓潼凹陷向新場地區(qū)，再向新場地區(qū)西南部（龍門山前斷褶帶）的成分成熟度逐漸升高（見圖2），平均值分別為1.63，2.37，2.85，進一步說明須二段物源主要來自東北方向。

圖2 新場地區(qū)須二段成分成熟度平面分布特征

研究區(qū)須二段以變質(zhì)巖巖屑為主，在研究區(qū)廣泛分布，沉積巖巖屑次之（見圖3，圖中彩色圓代表巖石占比）。沉積巖主要分布在川孝93井—德陽1井—川合100井—高廟4井—川豐563井以南、高廟3井以北。分布廣泛的變質(zhì)巖巖屑特征與研究區(qū)東北方向秦嶺大巴山震旦系—志留系的淺變質(zhì)巖、硅質(zhì)巖特征相似[24-25]，而沉積巖巖屑特征與研究區(qū)西北方向龍門山泥盆紀—晚三疊世地層中的沉積巖特征相似[25]，表明須二段物源主要來自秦嶺大巴山，其次為龍門山。

圖3 新場地區(qū)須二段巖屑平面分布特征

2.2 重礦物

新場地區(qū)西部須二段鑒別出鋯石、黃鐵礦、電氣石、白鈦礦、尖晶石及少量的磷灰石、金紅石、銳鈦礦、輝石等重礦物組合（見表1），東部重礦物組合則為電氣石、鋯石、銳鈦礦、金紅石、白鈦礦、磷灰石及少量的方鉛礦、獨居石、黃銅礦等（見表1）。值得注意的是，新場地區(qū)東部須二段無磁部分及電磁部分銳鈦礦質(zhì)量分數(shù)分別達26.0%，15.0%，不含黃鐵礦、尖晶石及輝石；而西部地區(qū)無磁部分及電磁部分銳鈦礦質(zhì)量分數(shù)分別僅為3.4%，0，無磁部分及電磁部分黃鐵礦質(zhì)量分數(shù)分別達25.2%，30.6%，不含方鉛礦、獨居石、黃銅礦。研究區(qū)西部須二段重礦物組合與東部的差異說明西部和東部存在不同的物源區(qū)。

表1 新場地區(qū)須二段主要重礦物質(zhì)量分數(shù) %

3 物源與儲層的關系

3.1 儲層物性特征

須二段主要發(fā)育巖屑砂巖、長石巖屑砂巖及巖屑石英砂巖3類儲層，儲層孔喉半徑偏?。ǘ嘈∮? μm）（見圖4）。根據(jù)壓汞參數(shù)將須二段儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為3種類型：Ⅰ型（長石巖屑砂巖儲層）的孔喉分布最為均勻，平均孔喉半徑最大；Ⅱ型（巖屑石英砂巖儲層）的次之；Ⅲ型（巖屑砂巖儲層）的最差，平均孔喉半徑最?。ㄒ妶D4）。Ⅰ型與Ⅱ型、Ⅲ型的孔隙度及滲透率分布特征類似（見圖5），孔隙度峰值均為2%～4%（見圖5a，5d，5g，圖中N為樣品個數(shù)，下同），但Ⅰ型滲透率大于0.1×10-3μm2的比例最高，Ⅱ型次之，Ⅲ型最低（見圖5b，5e，5h）。不同地區(qū)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲層的劃分標準不同[26]，新場地區(qū)須二段致密砂巖相對優(yōu)質(zhì)儲層的劃分標準為：孔隙度大于 4%，滲透率大于 0.06×10-3μm2[10]。按照該標準，Ⅰ—Ⅲ型，相對優(yōu)質(zhì)儲層占比逐漸降低（見圖5c，5f，5i）。

圖4 新場地區(qū)須二段儲層毛細管壓力進汞曲線特征

圖5 新場地區(qū)須二段不同類型儲層孔隙度、滲透率分布特征及孔滲關系

3.2 物源及其遠近對儲層物性的控制作用

3.2.1 物源

根據(jù)碎屑組合及重礦物分析，新場地區(qū)須二段物源主要來自東北方向的秦嶺大巴山，其次為西北方向的龍門山。與秦嶺大巴山物源控制的須二段相比，龍門山物源控制的須二段巖屑砂巖儲層較為發(fā)育，秦嶺大巴山物源控制的須二段則發(fā)育長石巖屑砂巖儲層 （見表2）；2個物源控制的須二段粒度、分選性、磨圓度等相差不大，但龍門山物源控制的須二段相對貧長石、富沉積巖巖屑，而秦嶺大巴山物源控制的須二段則相對富長石、富變質(zhì)巖巖屑及火山巖巖屑（見表2）。

表2 新場地區(qū)須二段不同物源控制下的儲層特征

長石、沉積巖及火山巖巖屑的質(zhì)量分數(shù)差異導致秦嶺大巴山物源控制的須二段儲層長石溶蝕作用、綠泥石薄膜對原生孔隙的保護較龍門山物源控制的儲層強，而碳酸鹽膠結(jié)作用則弱于龍門山物源控制的儲層，加之龍門山物源控制的儲層巖屑質(zhì)量分數(shù)更高，導致其壓實作用強于秦嶺大巴山物源控制的儲層（見表2）。

龍門山與秦嶺大巴山物源控制的須二段儲層孔隙度與滲透率分布特征類似（見圖6），孔隙度分布峰值均為2%～4%（見圖6a，6d），滲透率分布峰值均包括0.02×10-3～0.04×10-3μm2及 0.1×10-3～1×10-3μm22 個區(qū)間（見圖6b，6e），但秦嶺大巴山物源控制的須二段相對優(yōu)質(zhì)儲層占比更高（見圖6c，6f）。

圖6 新場地區(qū)須二段不同物源控制的儲層孔隙度、滲透率分布特征及孔滲關系

3.2.2 物源遠近

以須二段的薄片及壓汞資料為基礎，分析秦嶺大巴山物源遠近對儲層物性的控制作用。隨搬運距離增加，遠物源端砂巖的粒度、分選性、磨圓度變好，并且石英質(zhì)量分數(shù)升高、巖屑質(zhì)量分數(shù)降低（見表3），砂巖的成分成熟度不斷升高。

表3 新場地區(qū)須二段秦嶺大巴山遠物源端及近物源端儲層特征

值得注意的是，遠物源端砂巖樣品較近物源端具有“富長石，貧沉積巖巖屑”的特征；遠物源端砂巖儲層長石質(zhì)量分數(shù)更高造成其溶蝕作用更強，沉積巖巖屑質(zhì)量分數(shù)低導致碳酸鹽膠結(jié)作用更弱，這與遠物源端碳酸鹽膠結(jié)物的質(zhì)量分數(shù)（5.22%）較近物源端質(zhì)量分數(shù)（6.75%）更低一致（見表3）。

與近物源端相比，遠物源端砂巖樣品的孔喉分布較為均勻，平均孔喉半徑更高，孔隙結(jié)構(gòu)更好（見表4）；遠物源端砂巖樣品與近物源端孔隙度分布峰值均為2%～4%，滲透率分布峰值均為0.02×10-3～0.04×10-3μm2，但遠物源端相對優(yōu)質(zhì)儲層占比較近物源端更高（見圖7）。

表4 新場地區(qū)須二段秦嶺大巴山遠物源端及近物源端孔隙結(jié)構(gòu)差異

圖7 新場地區(qū)須二段秦嶺大巴山遠物源端及近物源端孔隙度、滲透率分布特征及孔滲關系

因此，壓汞與薄片資料分析均表明遠物源端儲層物性更好。

4 結(jié)論

1）碎屑組分及重礦物分析顯示，研究區(qū)須二段存在西北及東北2個方向的物源，主要物源來自東北方向的秦嶺大巴山，其次為西北方向的龍門山。

2）研究區(qū)須二段主要發(fā)育巖屑砂巖、長石巖屑砂巖及巖屑石英砂巖，長石巖屑砂巖儲層的物性最好，巖屑石英砂巖次之，巖屑砂巖最差。

3）研究區(qū)秦嶺大巴山物源控制的須二段儲層與龍門山物源控制的儲層相比，粒度、分選性、磨圓度相差不大，前者以長石巖屑砂巖及巖屑砂巖為主，富長石，富火山巖巖屑，后者以巖屑砂巖及巖屑石英砂巖為主，貧長石，富沉積巖巖屑。秦嶺大巴山物源控制的須二段儲層長石溶蝕作用、綠泥石薄膜對孔隙的保護作用強于龍門山，但碳酸鹽膠結(jié)作用弱于龍門山，導致秦嶺大巴山物源控制的須二段儲層相對優(yōu)質(zhì)儲層占比更高。

4）與近物源端相比，遠物源端砂巖的粒度、分選性、磨圓度更好；遠物源端砂巖富長石，貧沉積巖巖屑導致其溶蝕作用更強，碳酸鹽膠結(jié)作用更弱；遠物源端砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)更好，相對優(yōu)質(zhì)儲層占比更高。