川東地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組一段儲(chǔ)層特征與形成模式

范建平，宋金民，江青春，劉樹(shù)根，3，葉玥豪，黃士鵬，王佳蕊，蘇 旺，李立基，金 鑫，馮宇翔

（1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.西華大學(xué)，四川 成都 610039）

四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組一段（茅一段）長(zhǎng)期被視為碳酸鹽巖類(lèi)烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度中總有機(jī)碳含量（TOC）介于0.35%～3.30%，平均為1.16%，烴源巖厚度介于60～110 m，大部分地區(qū)生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2［1-5］。近期JS1，YH1和TT1井茅一段分別試獲1.67×104，3.10×104和31.00×104m3的日產(chǎn)量，展示出良好的勘探潛力［6-7］。前人對(duì)四川盆地茅口組做過(guò)大量的研究工作，認(rèn)為中二疊世茅口期為碳酸鹽緩坡沉積，巖性主要為深灰色泥晶灰?guī)r、含泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖等，發(fā)育典型的“眼皮-眼球”構(gòu)造［6-10］，儲(chǔ)層發(fā)育主要受裂縫和巖溶作用控制［11-19］。目前的研究多聚焦在茅口組中上部的茅二段與茅三段，而針對(duì)茅一段的泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層特征的研究相對(duì)薄弱，其形成機(jī)制與主控因素尚不明確。鑒于此，本文通過(guò)對(duì)川東地區(qū)華鎣山剖面及S6，Z8，HS4，HB1，LJ1等鉆井的巖心觀察，結(jié)合鏡下薄片鑒定、物性分析、X射線衍射、核磁共振、掃描電鏡、TOC測(cè)定以及CT掃描等技術(shù)手段，對(duì)川東地區(qū)茅一段儲(chǔ)層特征展開(kāi)分析，揭示茅一段物性特征和孔隙結(jié)構(gòu)，探討該套富含有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層的主控因素，提出茅一段泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層的形成發(fā)育模式，為下一步勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

二疊紀(jì)是顯生宙全球格局轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期，泛大陸開(kāi)始裂解，古特提斯洋進(jìn)一步擴(kuò)張，上揚(yáng)子地臺(tái)位于古赤道附近，其東側(cè)為泛大洋，西側(cè)為古特提斯洋（圖1b）。該時(shí)期全球古氣候由冷轉(zhuǎn)暖，岡瓦納大陸冰蓋的推進(jìn)和消融形成了多個(gè)高頻變化的海平面升降旋回［20-21］。上揚(yáng)子地塊在茅口期是以碳酸鹽緩坡為主導(dǎo)的碳酸鹽臺(tái)地［22］，由外緩坡、中緩坡和內(nèi)緩坡亞相組成，構(gòu)成一個(gè)由海侵到緩慢海退的完整旋回，沉積厚度一般為200～340 m。依據(jù)巖性和電性特征差異，自下而上可將茅口組分為茅一段、茅二段、茅三段和茅四段。茅一段為第一個(gè)三級(jí)旋回的海侵體系域，處于較深水的外緩坡亞相，海域?qū)掗煟锓泵?，向上水體變淺，演變?yōu)橹?內(nèi)緩坡亞相［7-10，23］（圖1a），川東地區(qū)茅一段可分為泥晶灰?guī)r微相、泥晶生屑灰?guī)r微相、生屑泥晶灰?guī)r微相和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相。川東地區(qū)茅一段分為a，b和c三個(gè)亞段（圖1c），茅一a亞段（P2m1a）厚20～60 m，巖石類(lèi)型主要為生屑泥晶灰?guī)r，夾硅質(zhì)巖和泥頁(yè)巖；茅一b亞段（P2m1b）厚10～30 m，巖石類(lèi)型主要為瘤狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層頁(yè)巖；茅一c亞段（P2m1c）厚30～60 m，巖石類(lèi)型主要為（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r，夾少量泥晶灰?guī)r。其中，茅一a亞段和茅一c亞段孔隙和裂縫較發(fā)育，瀝青和有機(jī)質(zhì)富集［8，10，23］。

圖1 四川盆地茅一期構(gòu)造-沉積背景與茅一段地層綜合柱狀圖［24-25］Fig.1 Structural sedimentary setting and composite stratigraphic column of the Mao-1 Member in the Sichuan Basin［24-25］

2 巖石學(xué)、礦物學(xué)及有機(jī)地化特征

通過(guò)野外露頭、巖心觀察以及薄片鑒定并結(jié)合X射線衍射全巖分析，認(rèn)為研究區(qū)茅一段主要發(fā)育泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r等4種巖石類(lèi)型。其中泥晶生屑灰?guī)r構(gòu)成宏觀下的“眼球狀”灰?guī)r，生屑泥晶灰?guī)r或（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r構(gòu)成“眼皮狀”灰?guī)r?？v向上，茅一a亞段中生屑泥晶灰?guī)r占35.9%，（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r占38.5%，泥晶生屑灰?guī)r占2.6%，泥晶灰?guī)r占2.6%（樣品個(gè)數(shù)n=31）；茅一b亞段中生屑泥晶灰?guī)r占12.2%，（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r占7.3%，泥晶生屑灰?guī)r占75.6%，泥晶灰?guī)r占4.9%（n=41）；茅一c亞段中生屑泥晶灰?guī)r占46.3%，（含）泥質(zhì)生屑灰?guī)r占26.8%，泥晶生屑灰?guī)r占22%，泥晶灰?guī)r占4.9%（n=41）。

2.1 巖石學(xué)特征

2.1.1 泥晶灰?guī)r

泥晶灰?guī)r在茅一段發(fā)育較少，主要分布于茅一c亞段。巖石顏色整體較淺、物性較差、TOC低、脆性高，在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中較容易形成裂縫，但多被方解石充填或半充填，僅在局部可見(jiàn)溶孔（圖2a—c）。

2.1.2 泥晶生屑灰?guī)r

泥晶生屑灰?guī)r單層厚度較大，主要分布在茅一b亞段，生物碎屑含量在30%～50%，生屑粒徑在0.5～2.5 mm，泥質(zhì)含量低，生屑主要為海百合、藻類(lèi)、?類(lèi)、有孔蟲(chóng)、腕足類(lèi)和單體珊瑚等，保存較完整。巖石顏色較淺、物性一般、TOC低、脆性高，生物體腔孔大多被充填（圖2d—f）。

圖2 川東地區(qū)茅一段巖石結(jié)構(gòu)類(lèi)型照片F(xiàn)ig.2 Pictures showing the rock structure types of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

2.1.3 生屑泥晶灰?guī)r

生屑泥晶灰?guī)r中的生物碎屑含量在20%～30%，生屑粒徑介于0.1～2.0 mm，主要為藻類(lèi)、腕足類(lèi)和有孔蟲(chóng)，少見(jiàn)雙殼類(lèi)和腹足類(lèi)等，生物碎屑破碎，呈層狀分布。主要分布在茅一a亞段下部和茅一c亞段下部，顏色整體較深、物性較好、TOC較高、脆性一般。局部發(fā)育裂縫，多被瀝青和方解石所充填（圖2g—i）。

2.1.4（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r

這類(lèi)巖石中的生物碎屑含量在10%～20%，生屑粒徑介于0.1～1.5 mm，泥質(zhì)含量在10%～30%，生物以腕足類(lèi)和有孔蟲(chóng)為主，少見(jiàn)藻類(lèi)和介形蟲(chóng)，生物碎屑破碎，呈層分布。主要分布在茅一a亞段中上部和茅一c亞段，泥質(zhì)含量高，顏色較深。生物碎屑之間可見(jiàn)大量滑石充填，通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)滑石中存在大量成巖收縮縫（圖2j，k）。此外，在該類(lèi)巖石中可見(jiàn)白云石化現(xiàn)象，白云石晶間溶孔較為發(fā)育（圖2l）。

2.2 礦物學(xué)特征

X射線衍射全巖礦物組分分析表明，研究區(qū)茅一段主要由方解石、白云石、石英、粘土礦物以及黃鐵礦組成，方解石和白云石含量占主導(dǎo)地位，粘土礦物以滑石為主。生屑泥晶灰?guī)r中碳酸鹽礦物含量為70%～98%，石英含量為0～20%，粘土礦物含量為0～10%；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中碳酸鹽礦物含量為65%～90%，石英含量為0～9%，粘土礦物含量為5%～30%；泥晶生屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r中的碳酸鹽礦物含量超過(guò)90%，石英含量為0～3%，粘土礦物含量為0～1%（圖3）。縱向上，茅一a亞段碳酸鹽礦物含量為80%～90%，石英含量為0～20%，粘土礦物含量為0～20%，粘土礦物與石英含量由下至上呈先增后減的趨勢(shì)；茅一b亞段碳酸鹽礦物含量超過(guò)90%，石英含量為0～2%，粘土礦物含量為0～1%，該段粘土礦物含量極低，僅在其頂、底部含較少粘土礦物；茅一c亞段碳酸鹽礦物含量為60%～90%，石英含量為0～20%，粘土礦物含量為0～30%，該段粘土礦物含量整體較高。

圖3 川東地區(qū)茅一段礦物組分分布Fig.3 Mineral composition distribution of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

2.3 有機(jī)碳含量

研究區(qū)茅一段TOC為0.08%～1.26%，平均為0.45%。其中生屑泥晶灰?guī)rTOC為0.39%～1.10%，平均為0.72%；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)rTOC為0.40%～1.26%，平均為0.77%；泥晶生屑灰?guī)rTOC為0.15%～0.80%，平均為0.33%；泥晶灰?guī)rTOC為0.08%～0.56%，平均為0.28%?？v向上，茅一a亞段TOC最高，平均為0.58%；茅一b亞段TOC平均為0.28%；茅一c亞段TOC平均為0.43%，由下至上呈先減后增的趨勢(shì)，粘土礦物發(fā)育段為高TOC段。

3 儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)氬離子拋光掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)茅一段儲(chǔ)集空間主要為粒緣孔（縫）、滑石收縮孔（縫）、有機(jī)質(zhì)孔和裂縫、溶孔（縫）。其中，滑石收縮孔（縫）、裂縫和溶孔（縫）對(duì)儲(chǔ)集性能的貢獻(xiàn)較大。

3.1.1 粒緣孔（縫）

粒緣孔（縫）是方解石（白云石）、石英、有機(jī)質(zhì)和粘土礦物之間的孔（縫），一般具有一定的弧度，在茅一段均可見(jiàn)發(fā)育?？讖椒秶橛?0～1 000 nm；縫寬大多數(shù)在50 nm，連通性好（圖4a）。

3.1.2 滑石收縮孔（縫）

X射線衍射測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中含有滑石?；趩纹庀鲁蕼\褐色，正交偏光下最高干涉色可以達(dá)到Ⅲ級(jí)橙色。掃描電鏡下，滑石多為羽狀集合體，其成巖收縮孔（縫）發(fā)育。滑石收縮孔（縫）寬介于10～1 000 nm，連通性好，主要發(fā)育于粘土礦物含量較高的茅一a亞段和茅一c亞段中（圖4b，c）。

3.1.3 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)含量較高的生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中，縱向上多發(fā)育于茅一a亞段和茅一c亞段中。與頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)孔相似，孔隙大小介于1～500 nm，形狀不規(guī)則，連通性差（圖4d，e）。

3.1.4 裂縫

茅一段巖石中脆性礦物含量高，容易受構(gòu)造作用形成裂縫。裂縫長(zhǎng)度一般介于1 000～5 000 nm，寬度介于100～200 nm。茅一段主要發(fā)育低角度裂縫，也有少量高角度裂縫，多被泥質(zhì)和方解石半充填-全充填，（圖4f，g）。

圖4 川東地區(qū)茅一段主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM images showing main reservoir space types in the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

3.1.5 溶孔（縫）

溶孔（縫）是方解石（白云石）在沉積過(guò)程中及成巖后由于溶蝕作用所形成的孔（縫）。研究區(qū)溶孔（縫）多沿裂縫發(fā)育。溶孔（縫）寬約5 000～10 000 nm，溶孔（縫）連通性好，可作為有效的儲(chǔ)集空間（圖4h，i），主要發(fā)育于茅一a亞段和茅一c亞段中。

3.2 儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)茅一段孔隙度為0.33%～5.73%，平均為1.57%，孔隙度大于2%的樣品數(shù)占22.2%；滲透率為0.001×10-3～1.540×10-3μm2，平均為0.113×10-3μm2，滲透率介于0.010×10-3～0.100×10-3μm2的樣品數(shù)占30.4%。其中，生屑泥晶灰?guī)r孔隙度為0.62%～5.33%，平均為1.97%，滲透率為0.001×10-3～1.360×10-3μm2，平均為0.146×10-3μm2；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔隙度為1.16%～5.73%，平均為2.70%，滲透率為0.003×10-3～1.540×10-3μm2，平均為0.233×10-3μm2；泥晶生屑灰?guī)r孔隙度為0.33%～1.18%，平均為0.79%，滲透率為0.001×10-3～0.210×10-3μm2，平均為0.060×10-3μm2；泥晶灰?guī)r孔隙度為0.39%～1.39%，平均為0.69%，滲透率為0.002×10-3～0.820×10-3μm2，平均為0.070×10-3μm2（圖5a，b）?？v向上，茅一a亞段孔隙度為0.33%～3.13%，平均為1.23%，滲透率為0.001×10-3～0.336×10-3μm2，平均為0.032×10-3μm2；茅一b亞段孔隙度為0.33%～0.97%，平均為0.80%，滲透率為0.001×10-3～0.013×10-3μm2，平均為0.002×10-3μm2；茅一c亞段孔隙度為0.39%～5.73%，平均為1.74%，滲透率為0.002×10-3～1.547×10-3μm2，平均為0.154×10-3μm2（圖5c，d）。研究區(qū)茅一段整體表現(xiàn)為低孔、低滲的致密灰?guī)r儲(chǔ)層。

圖5 川東地區(qū)茅一段孔隙度和滲透率頻率分布直方圖Fig.5 Histograms of porosity and permeability of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

3.3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

3.3.1 孔隙體積與比表面積

氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，茅一段泥晶灰?guī)rBET比表面積介于0.812 7～0.879 3 m2/g，平均為0.846 0 m2/g；孔隙體積介于0.001 9～0.003 0 cm3/g，平均為0.002 6 cm3/g；平均孔徑介于13.371 0～14.582 6 nm。泥晶生屑灰?guī)rBET比表面積介于0.445 2～0.515 8 m2/g，平均為0.480 5 m2/g；孔隙體積介于0.002 6～0.003 0 cm3/g，平均為0.002 8 cm3/g；平均孔徑介于19.804 2～26.829 1 nm。生屑泥晶灰?guī)rBET比表面積介于1.360 6～1.431 6 m2/g，平均為1.396 1 m2/g；孔隙體積介于0.009 9～0.010 2 cm3/g，平均為0.010 0 cm3/g；平均孔徑介于27.464 5～29.984 3 nm。（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)rBET比表面積介于1.243 3～1.686 7 m2/g，平均為1.465 0 m2/g；孔隙體積介于0.008 8～0.008 9 cm3/g，平均為0.008 8 cm3/g；平均孔徑介于21.043 5～28.115 2 nm?？傮w來(lái)看，（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔隙體積、微孔比表面積及孔隙孔徑均相對(duì)較大，可以提供豐富的吸附點(diǎn)位，儲(chǔ)集性能好；生屑泥晶灰?guī)r次之，儲(chǔ)集性能較好；泥晶生屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r相對(duì)較小，孔隙發(fā)育程度低，孔隙間連通性差，儲(chǔ)集性能差。

3.3.2 孔徑分布

茅一段孔隙形態(tài)不規(guī)則，呈狹縫狀-似圓狀。為了表征不同形狀孔隙的類(lèi)型，以當(dāng)量圓直徑將茅一段孔隙分為3類(lèi)：孔徑小于100 nm為小孔，小孔又可進(jìn)一步細(xì)分為微孔（＜2 nm）、介孔（2～50 nm）和宏孔（50～100 nm）；孔徑介于100～1 000 nm為中孔；孔徑大于1 000 nm為大孔［26-28］。納米CT掃描結(jié)果顯示：體積為1 cm3的生屑泥晶灰?guī)r樣品，其孔隙數(shù)量為13 670個(gè)，孔徑為80～11 291 nm，其中小孔數(shù)量為1 976個(gè)，中孔數(shù)量為11 625個(gè)，大孔數(shù)量為69個(gè)；體積為1 cm3的泥晶生屑灰?guī)r樣品，其孔隙數(shù)量為77 367個(gè)，孔徑為80～9 384 nm，其中小孔數(shù)量8 051個(gè)，中孔數(shù)量為69 226個(gè)，大孔數(shù)量為90個(gè)（圖6）。隨著孔徑的增加，孔隙數(shù)量具有先增后降的趨勢(shì)。盡管孔徑200 nm以下的孔隙數(shù)量較多，但其體積占比較?。?%～6%），孔徑在1μm以上的孔隙雖然數(shù)量較少，但其體積占比很大（生屑泥晶灰?guī)r為90%，泥晶生屑灰?guī)r為50%）。

圖6 川東地區(qū)茅一段孔隙頻率分布直方圖Fig.6 Histogramof pore distribution of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

茅一段樣品氮?dú)馕矫摳角€整體均呈反S型，吸附量隨相對(duì)壓力（p/p0）（其中p為吸附平衡時(shí)氣相的壓力，MPa；p0為氣體在吸附溫度時(shí)的飽和蒸氣壓，MPa）升高而增多，主要包含3個(gè)階段：低壓階段（0＜p/p0≤0.4），等溫吸附曲線緩慢上升；相對(duì)壓力升高階段（0.4＜p/p0≤0.8），等溫吸附曲線上升速率提高，出現(xiàn)回滯環(huán)；高壓階段（p/p0＞0.8），等溫吸附曲線急劇上升，相對(duì)壓力接近1時(shí)也未出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，表明樣品中含有一定量的中孔和大孔（圖7）。茅一段吸附脫附曲線在形貌上均與IUPAC（國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)）提出的Ⅳ型等溫吸附線相似［29］，反映孔隙發(fā)育集中在2～50 nm孔徑區(qū)間內(nèi)。泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r回滯環(huán)類(lèi)型與IUPAC提出的四分回滯環(huán)類(lèi)型［29］中的H3型接近，兼有H4型特征，表明泥晶灰?guī)r與泥晶生屑灰?guī)r納米級(jí)孔隙主要為一些狹縫狀孔與楔狀半封閉孔，該類(lèi)型孔隙對(duì)應(yīng)前文所提的脆性礦物間孔隙（粒緣孔）；生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r與H2型接近，兼有H1與H3型特征，表明孔隙形態(tài)以四周開(kāi)放的片狀孔隙與兩端開(kāi)放的管狀孔為主，該類(lèi)型孔隙對(duì)應(yīng)前文所提的滑石收縮孔以及有機(jī)質(zhì)生烴形成的類(lèi)管狀孔。

圖7 川東地區(qū)茅一段等溫氮?dú)馕?脫附曲線Fig.7 Isothermal nitrogen adsorption/desorption curves of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

由于茅一段巖石孔隙形態(tài)復(fù)雜多樣，為了準(zhǔn)確表征茅一段孔徑分布，本文采用BJH模型與NLDFT模型進(jìn)行對(duì)比分析。從BJH模型得出的dV"/dD"孔徑分布圖（V"為孔隙體積，cm3；D"為BJH模型孔徑，nm）來(lái)看，泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r孔徑分布呈寬緩單峰型（圖8a），微孔和介孔發(fā)育數(shù)量少。這兩類(lèi)巖石有機(jī)質(zhì)含量（TOC＜0.5%）與滑石含量（＜1.0%）低，低有機(jī)質(zhì)豐度無(wú)法提供大量的有機(jī)質(zhì)生烴所產(chǎn)生的微孔，而低滑石含量無(wú)法提供大量的成巖轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的部分介孔。生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔徑呈一個(gè)主峰和一個(gè)次峰的雙峰形態(tài)，微孔占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且含有9.0～10.0 nm的介孔峰（圖8b）。這兩類(lèi)巖石具有高TOC（＞0.8%）與高滑石含量（＞5.0%），說(shuō)明有機(jī)質(zhì)與滑石對(duì)微孔和介孔貢獻(xiàn)較大，這兩類(lèi)巖石以有機(jī)質(zhì)生烴演化形成的微孔與滑石成巖轉(zhuǎn)化形成的介孔為主。從NLDFT模型得出的dV"/dW孔徑分布圖（W為NLDFT孔徑，nm）來(lái)看，泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r孔徑分布呈雙峰型，分別位于1.0～1.6 nm和2.0～3.0 nm，且峰值低（圖8c），表明這兩類(lèi)巖石微孔、介孔發(fā)育數(shù)量少，僅發(fā)育少量粒緣孔。生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔徑分布呈三峰型，分別為1.0～1.6，2.0～2.4和3.0～6.0 nm，且峰值相對(duì)較高（圖8d），表明有機(jī)質(zhì)與滑石給兩類(lèi)巖石提供了大量的微孔及2.0～6.0 nm的介孔。

圖8 川東地區(qū)茅一段BJH模型與NLDFT模型孔徑分布曲線Fig.8 Pore size distribution curvesbased on BJH and NLDFTmodels in the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

3.3.3 孔隙分形特征

分形維數(shù)是孔隙結(jié)構(gòu)分形特征的重要表征參數(shù)［30］，本文采用最常用的FHH模型計(jì)算分形維數(shù)，計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）［28］。

式中：V是平衡壓力為p時(shí)所吸附氣體體積，cm3/g；K為分形參數(shù)，無(wú)量綱；C為常數(shù)，無(wú)量綱。

分形維數(shù)D（無(wú)量綱）與分形參數(shù)K關(guān)系見(jiàn)公式（2）［31］。

因此，通過(guò)最小二乘法擬合得到相關(guān)關(guān)系曲線，獲得斜率K，利用公式（2）求取分形維數(shù)D（圖9）。

根據(jù)p/p0比值范圍，將茅一段孔隙分形維數(shù)分為兩部分：高壓區(qū)（p/p0≥0.5），以滲流孔為主，對(duì)應(yīng)分形維數(shù)D1（無(wú)量綱）；低壓區(qū)（p/p0＜0.5），以吸附孔為主，對(duì)應(yīng)分形維數(shù)D2（無(wú)量綱）。泥晶灰?guī)rD1介于2.591 79～2.600 82，D2介于2.460 17～2.465 44（圖9a，b）；泥晶生屑灰?guī)rD1介于2.414 23～2.494 04，D2介于2.546 91～2.567 93（圖9c，d）；生屑泥晶灰?guī)rD1介于2.422 67～2.450 29，D2介于2.405 01～2.410 57（圖9e，f）；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)rD1介于2.444 94～2.525 86，D2介于2.418 03～2.459 76（圖9g，h）。泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r滲流孔分形維數(shù)（D1）大于吸附孔分形維數(shù)（D2），說(shuō)明滲流孔分形特征更顯著，其空間復(fù)雜程度更高，微觀非均質(zhì)性更強(qiáng)，泥晶生屑灰?guī)r正好相反。整體來(lái)看，生屑泥晶灰?guī)r與（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r的D1和D2相對(duì)較小，說(shuō)明其孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度相對(duì)較低，孔隙間連通性更好。

3.3.4 孔隙連通性

孔隙連通域是評(píng)價(jià)微觀儲(chǔ)集空間連通性的一種有效手段。根據(jù)孔隙之間的連通程度，可以將孔隙連通域劃分為Ⅰ級(jí)連通域（相鄰兩個(gè)孔隙組成）、Ⅱ級(jí)連通域（兩個(gè)以上孔隙匯聚形成）、Ⅲ級(jí)連通域（大量孔隙匯聚呈網(wǎng)狀）［32-35］。生屑泥晶灰?guī)r以Ⅲ級(jí)連通域?yàn)橹?，其次為Ⅱ?jí)連通域，發(fā)育少量Ⅰ級(jí)連通域，可動(dòng)流體飽和度為30%～50%，孔隙連通性好（圖10a，b）；泥晶生屑灰?guī)r以Ⅱ級(jí)連通域?yàn)橹?，其次為Ⅰ?jí)連通域，發(fā)育少量Ⅲ級(jí)連通域，可動(dòng)流體飽和度小于40%，孔隙連通性一般（圖10c，d）；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔隙分形特征簡(jiǎn)單（圖9g，h），可動(dòng)流體飽和度為40%～60%，孔隙連通性好；泥晶灰?guī)r孔隙分形特征復(fù)雜（圖9a，b），可動(dòng)流體飽和度小于20%，孔隙連通性差?？v向上，茅一a亞段中主要發(fā)育Ⅲ級(jí)連通域，可動(dòng)流體飽和度高，孔隙連通性好；茅一b亞段中主要發(fā)育Ⅰ級(jí)連通域，孔隙連通性差；茅一c亞段中主要發(fā)育Ⅱ-Ⅲ級(jí)連通域，可動(dòng)流體飽和度高，孔隙連通性好。

圖9 川東地區(qū)茅一段氮?dú)馕紽HH模型分形特征Fig.9 Nitrogen adsorption fractal characteristics of FHH model in the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

3.4 儲(chǔ)層展布特征

川東地區(qū)茅一段沉積厚度穩(wěn)定、連續(xù)性好、測(cè)井曲線特征明顯?？v向上，茅一段儲(chǔ)層多發(fā)育于茅一a亞段和茅一c亞段中，茅一b亞段中儲(chǔ)層不發(fā)育，儲(chǔ)層巖性主要為生屑泥晶灰?guī)r與（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r。儲(chǔ)層段表現(xiàn)出較高TOC、高GR值、高AC值、低電阻率的特征，并且儲(chǔ)層發(fā)育部位粘土礦物與白云石含量往往增加（圖1c，圖2）；平面上，儲(chǔ)層主要發(fā)育于外緩坡生屑泥晶灰?guī)r微相和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相，在研究區(qū)西南部?jī)?chǔ)層厚度較大，為25～40 m，東北部?jī)?chǔ)層厚度較小，為10～15 m，具有向東北方向逐漸減薄的趨勢(shì)。

4 儲(chǔ)層主控因素

研究區(qū)茅一段泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層是多種因素綜合作用的產(chǎn)物［36-38］。綜合研究發(fā)現(xiàn)，巖相、粘土礦物轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)豐度、白云石化作用和溶蝕作用對(duì)其優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成和分布具有重要控制作用。

4.1 巖相是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)

研究區(qū)茅一段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層縱向上主要發(fā)育在茅一a亞段和茅一c亞段，外緩坡生屑泥晶灰?guī)r微相和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相為有利儲(chǔ)集巖相。綜合來(lái)看，泥晶灰?guī)r微相生物碎屑顆粒沉積較少，原生孔隙不發(fā)育；生屑泥晶灰?guī)r微相或（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相以生物碎屑顆粒沉積為主，生物碎屑之間為灰泥支撐，原生孔隙較發(fā)育；泥晶生屑灰?guī)r微相生物碎屑發(fā)育，但生物碎屑之間以顆粒支撐為主，原生孔隙不發(fā)育。生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r原始孔、滲較好；當(dāng)粘土礦物含量為5%～20%時(shí)，孔、滲性能最好，此時(shí)孔隙度為1.98%～5.73%（平均為3.65%），滲透率為 0.016×10-3～1.547×10-3μm2，平 均 為 0.375×10-3μm2。一方面，茅一段粘土礦物以滑石為主，而滑石又是由海泡石轉(zhuǎn)化而來(lái)。海泡石具有極強(qiáng)的吸附性，可以大量吸附有機(jī)質(zhì)，這也是茅一段粘土礦物含量與TOC呈正相關(guān)性的原因（圖11），前文已述茅一段有機(jī)質(zhì)中發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔隙（圖4d）；另一方面有機(jī)質(zhì)會(huì)抑制方解石沉淀，TOC低時(shí)（＜0.5%），方解石晶粒較大（10～40μm），原生孔隙不發(fā)育（圖2f）；TOC較高時(shí)（0.5%～1.2%），方解石晶粒較小（1～10μm），原生孔隙發(fā)育（圖2k，l）。這兩方面都會(huì)保護(hù)原生孔隙，使生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中原生孔隙發(fā)育。同時(shí)，在深埋藏期差異壓實(shí)作用下，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r由于原始孔滲發(fā)育更易產(chǎn)生壓溶縫，進(jìn)一步改善其儲(chǔ)集性能，使其成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。平面上，外緩坡生屑泥晶灰?guī)r微相和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相分布穩(wěn)定，厚度多集中在20～40 m。

4.2 有機(jī)質(zhì)孔是有效儲(chǔ)集空間

通過(guò)掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)茅一段有機(jī)質(zhì)中存在大量納米孔隙，孔徑大多分布在25～50 nm（圖4d，e），氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)生烴演化產(chǎn)生了大量有機(jī)質(zhì)微孔。由圖11可見(jiàn)TOC與小孔體積呈中度正相關(guān)，與中孔體積呈中度負(fù)相關(guān)，與大孔體積無(wú)明顯相關(guān)性，與孔隙度、滲透率呈中度正相關(guān)。生屑泥晶灰?guī)rTOC較高，孔隙度為0.62%～5.33%（平均為1.97%），滲透率為0.001×10-3～1.360×10-3μm2（平均為0.146×10-3μm2），孔、滲性能好；（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)rTOC含量最高，孔隙度為1.16%～5.73%（平均為2.70%），滲透率為0.003×10-3～1.540×10-3μm2（平均為0.233×10-3μm2），孔、滲性能最佳。因此，TOC越高，巖石的孔隙度、孔隙體積、滲透率均越大，有機(jī)質(zhì)生烴演化產(chǎn)生的大量微孔（粒徑＜2.0 nm）、宏孔（粒徑50.0～100.0 nm）和少量介孔（粒徑2.0～2.4 nm）為茅一段泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層提供了部分儲(chǔ)集空間。

4.3 成巖作用

4.3.1 粘土礦物轉(zhuǎn)化是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵

根據(jù)X射線衍射結(jié)果，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r段為滑石發(fā)育段（圖4），可見(jiàn)滑石與孔隙度、滲透率呈中度正相關(guān)性（圖12a，d）。一方面，在中-深埋藏期，海泡石［Mg8Si12O30（OH）4·4H2O］會(huì)向滑石［Mg3Si4O10（OH）2］轉(zhuǎn)化［38-39］，海泡石是三八面體鏈狀粘土礦物，而滑石是層狀粘土礦物，由鏈狀礦物向?qū)訝畹V物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，形成了大量的成巖收縮縫，這些成巖收縮縫可以作為茅一段這套致密地層的有效儲(chǔ)集空間，并且滑石的晶體小于原始的海泡石晶體，隨著轉(zhuǎn)化程度的增加，晶間孔會(huì)更加發(fā)育。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些成巖收縮縫孔徑大多在100～200 nm，少部分介于50～100 nm，氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)表明粘土礦物轉(zhuǎn)化還貢獻(xiàn)了大量3～6 nm的介孔。由于海泡石具有強(qiáng)吸附性，其吸附的大量有機(jī)質(zhì)會(huì)在海泡石成巖轉(zhuǎn)化的同時(shí)產(chǎn)生大量的有機(jī)質(zhì)孔（圖4d，e）；另一方面，海泡石在成巖轉(zhuǎn)化過(guò) 程 中 會(huì) 發(fā) 生 溶 解［Mg4Si6O15（OH）2·6H2O+8H+→4Mg2++6SiO2+11H2O］［40-41］，釋放出富鎂離子的成巖水流體，這些成巖水流體會(huì)與層內(nèi)灰?guī)r接觸，引發(fā)白云石化，形成灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r，改善巖石儲(chǔ)集性能。

4.3.2 白云石化作用改善儲(chǔ)集性能

目前對(duì)中二疊統(tǒng)茅口組白云巖成因的研究，認(rèn)為其白云石化流體多為海源流體，其成因機(jī)制為埋藏環(huán)境下與峨眉地裂運(yùn)動(dòng)相關(guān)的異常地溫驅(qū)動(dòng)下熱對(duì)流白云石化作用［42］。海泡石成巖轉(zhuǎn)化釋放的富Mg2+流體可以作為一種白云石化流體，使灰?guī)r白云石化形成灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r?？梢?jiàn)白云石含量與孔隙度、滲透率呈現(xiàn)中度正相關(guān)性（圖12b，e），方解石含量與孔隙度、滲透率呈現(xiàn)中度負(fù)相關(guān)性（圖12c，f），說(shuō)明白云石化作用對(duì)茅一段儲(chǔ)層具有改善作用。一方面，白云石相對(duì)于方解石具有較小的摩爾體積，白云石化交代過(guò)程中，白云石的沉淀體積小于方解石的溶解體積［43］，巖石孔隙度增加；另一方面，形成的白云石晶間孔可以為后期流體活動(dòng)提供高孔滲通道，后期酸性流體進(jìn)入地層時(shí)會(huì)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行溶蝕改造，進(jìn)一步加大巖石孔隙度。其中，受白云石化作用影響較大的生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r，白云石含量為0.98%～10%（平均為4.22%），白云石孔隙發(fā)育，以中-大孔隙為主，且孔隙間以大吼道連通，孔隙連通性好（圖10），改善了茅一段儲(chǔ)層物性。

圖12 川東地區(qū)茅一段滑石、白云石、方解石含量與物性相關(guān)性分析Fig.12 Correlation between talc，dolomite and calcite contents and physical properties of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

4.3.3 溶蝕作用改善儲(chǔ)集性能、提供流體通道

茅一段不同巖性的原始組構(gòu)存在差異。生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r由于文石和高鎂方解石的溶解而變得疏松多孔，泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r由于CaCO3再沉淀而更加致密［7］。這些溶蝕孔隙可以作為流體通道（圖4f），有利于白云石化作用改造儲(chǔ)層物性，并且后期油氣進(jìn)入地層時(shí)會(huì)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行溶蝕改造，產(chǎn)生有機(jī)酸溶蝕孔（圖4h，i）。

5 儲(chǔ)層形成模式

本文基于川東地區(qū)茅一段灰?guī)r宏、微觀特征，結(jié)合茅一段儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素，并綜合茅一段沉積期的構(gòu)造-沉積地質(zhì)背景，提出川東地區(qū)茅一段泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育模式：茅一段沉積期為二疊紀(jì)最大海侵期，周?chē)o(wú)古陸，此時(shí)為文石海沉積期，加之火山運(yùn)動(dòng)頻發(fā)，海水中富含大量鎂離子和溶解態(tài)SiO2，滿足海泡石沉淀?xiàng)l件。海泡石隨方解石一起沉淀，形成了茅一段這套具“眼皮眼球”狀構(gòu)造的獨(dú)特泥質(zhì)灰?guī)r［生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r］-灰?guī)r（泥晶生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r）韻律層。由于灰?guī)r層、泥質(zhì)灰?guī)r層原始組構(gòu)存在差異，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中文石和高鎂方解石溶解形成了部分溶蝕孔隙。該時(shí)期茅一段孔隙主要為一些方解石粒緣孔和基質(zhì)溶孔；中-深埋藏期，由于埋藏深度增加，溫度壓力加大，海泡石逐漸向滑石轉(zhuǎn)化，并且在此過(guò)程中海泡石會(huì)發(fā)生溶解，釋放大量富鎂離子成巖水流體。該過(guò)程中會(huì)形成大量的粘土微孔（滑石收縮孔），其吸附的有機(jī)質(zhì)也會(huì)同時(shí)形成大量有機(jī)質(zhì)孔。生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r孔、滲性能好，受富鎂成巖水流體交代，部分發(fā)生白云石化，形成晶間孔。該時(shí)期為茅一段儲(chǔ)層發(fā)育的重要時(shí)期，形成的有機(jī)質(zhì)孔和粘土微孔為茅一段主要儲(chǔ)集空間；深埋藏期，酸性流體進(jìn)一步改造儲(chǔ)層，形成有機(jī)酸溶孔，加之差異壓實(shí)作用，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r由于孔、滲性能好而更易產(chǎn)生壓溶縫，進(jìn)一步改善其儲(chǔ)集性能，使其最終發(fā)育為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（圖13）。

圖13 川東地區(qū)茅一段儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.13 Reservoir development model of the Mao-1 Member in the eastern Sichuan Basin

6 結(jié)論

1）川東地區(qū)茅一段巖石類(lèi)型主要為泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r，主要發(fā)育粒緣孔（縫）、有機(jī)質(zhì)孔、溶孔（縫）、裂縫、滑石收縮孔（縫）等5類(lèi)儲(chǔ)集空間。

2）川東地區(qū)茅一段為一套低孔、低滲型致密灰?guī)r儲(chǔ)層，其中泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)rTOC均值分別為0.28%和0.33%，孔隙度均值分別為0.69%和0.79%，氮?dú)馕交販h(huán)類(lèi)型均為H3型，僅發(fā)育少量粒緣孔（粒徑1～3 nm），孔隙分形特征復(fù)雜，主要發(fā)育Ⅱ級(jí)連通域，孔隙連通性差；生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)rTOC均值分別為0.77%和0.72%，孔隙度均值分別為1.97%和2.70%，氮?dú)馕交販h(huán)類(lèi)型均為H2型，發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔（粒徑1.0～2.4 nm和25.0～50.0 nm）、滑石收縮孔（粒徑3.0～6.0 nm和100.0～200.0 nm），孔隙分形特征簡(jiǎn)單，主要發(fā)育Ⅲ級(jí)連通域，孔隙連通性好。

3）川東地區(qū)茅一段儲(chǔ)層的形成與分布受巖相、有機(jī)質(zhì)豐度、粘土礦物轉(zhuǎn)化、白云石化作用、溶蝕作用綜合控制。外緩坡生屑泥晶灰?guī)r微相和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r微相是茅一段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)，以生物碎屑顆粒沉積為主（灰泥支撐），原生孔隙發(fā)育；粘土礦物含量高（5%～20%），會(huì)吸附大量有機(jī)質(zhì)，抑制方解石沉淀，保護(hù)原生孔隙。茅一段粘土礦物轉(zhuǎn)化是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，該過(guò)程會(huì)形成大量的粘土微孔和有機(jī)孔，同時(shí)釋放的富鎂離子成巖水流體使灰?guī)r白云石化，改善儲(chǔ)層物性。溶蝕作用為茅一段儲(chǔ)層提供了額外的儲(chǔ)集空間和流體通道，進(jìn)一步改造儲(chǔ)層。

4）茅一段沉積期，生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑泥晶灰?guī)r中文石和高鎂方解石溶解，形成溶孔并為后期流體改造提供了通道，該時(shí)期茅一段孔隙主要為一些方解石粒緣孔和基質(zhì)溶孔；中-深埋藏期，海泡石發(fā)生成巖轉(zhuǎn)化，形成大量粘土微孔和有機(jī)質(zhì)孔，同時(shí)釋放出富鎂離子成巖水流體，使生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑灰?guī)r發(fā)生白云石化，改善儲(chǔ)層物性；深埋藏期，酸性流體進(jìn)一步改造儲(chǔ)層，加之差異壓實(shí)作用下形成的壓溶縫，使生屑泥晶灰?guī)r和（含）泥質(zhì)生屑灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。