劉 喆 陳 禹 孫秋分，趙啟陽

(中石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023) (中石油西南油氣田分公司信息中心，四川 成都 610051) (中石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023)

川西北地區(qū)須二段儲層成巖作用及其對氣水分布的影響

劉 喆 陳 禹 孫秋分，趙啟陽

(中石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023) (中石油西南油氣田分公司信息中心，四川 成都 610051) (中石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023)

川西北部地區(qū)須二段為致密砂巖，成巖作用對有效儲層的發(fā)育具有控制作用。根據(jù)薄片、掃描電鏡、X-衍射以及包裹體特征分析，對川西北部地區(qū)須二段砂巖儲層的成巖作用及其對氣水分布的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該區(qū)主要成巖作用類型有壓實作用、膠結(jié)作用和壓溶作用，成巖演化已達(dá)到晚成巖階段；儲層成巖致密帶的形成是導(dǎo)致氣藏復(fù)雜氣水分布關(guān)系的主要因素。

氣水分布；成巖作用；致密帶；須二段；川西北部

川西地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲層屬致密砂巖儲層，川西北地區(qū)是川西北氣礦所屬的重要探區(qū)。目前已發(fā)現(xiàn)中壩、九龍山、文興場、老關(guān)廟、柘壩場、魏城、黎雅廟等含氣構(gòu)造。該研究區(qū)通常壓力系數(shù)高，最高可達(dá)2.0以上，勘探成效不理想，表明該地區(qū)須家河組儲層成因復(fù)雜、影響因素較多，因而嚴(yán)重影響了該區(qū)的勘探進(jìn)程［1-3］。為此，筆者對川西北地區(qū)須二段儲層成巖作用及其對氣水分布的影響進(jìn)行了研究，以期為下一步油氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

川西北含氣區(qū)位于川西前陸盆地西北隅，區(qū)域構(gòu)造位置上屬川北平緩構(gòu)造帶，西側(cè)緊鄰龍門山、米倉山山前斷褶構(gòu)造帶［4］。研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，局部構(gòu)造形成于印支期及喜山期，因多期構(gòu)造擠壓應(yīng)力場作用，儲層裂縫普遍較發(fā)育。川西地區(qū)須二段巖性為碎屑砂巖，粒度總體下部稍細(xì)，往上逐漸變粗，直至含礫石的反韻律出現(xiàn)［5-8］。內(nèi)部包含若干下粗上細(xì)的次級正韻律，根據(jù)巖心觀察，砂體內(nèi)部一般具大型板狀或槽狀斜層理，且每個砂體底部含礫，具沖刷侵蝕特征，其形成大多與三角洲有關(guān)。

2 主要成巖作用類型

2.1壓實作用

由于靜壓力的作用，任何沉積物在沉積之后將隨上覆沉積物的不斷堆積，發(fā)生孔隙度的減小，由松散變?yōu)橹旅埽w粒間變得緊密，并固結(jié)成巖［9］。在掃描電鏡下，塑性碎屑顆粒表現(xiàn)為變形，顆粒之間呈點、線和凹凸接觸(見圖1(a))，剛性碎屑顆粒表現(xiàn)為破裂或錯斷，片狀礦物與長軸顆粒緊密排烈，定向分布；云母類礦物緊貼著碎屑顆粒發(fā)生柔皺變形；隨壓實作用的加強，可見石英、長石、電氣石、綠簾石等有壓碎破裂形成裂紋(見圖1(b))，其中一些破裂紋成為油氣運移的通道。

2.2膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是使顆粒沉積物轉(zhuǎn)變成顆粒沉積巖的一種重要成巖方式。膠結(jié)作用是化學(xué)物質(zhì)不斷從孔隙流體中沉淀出來對碎屑進(jìn)行膠結(jié)、對粒間孔隙發(fā)生充填的過程。同時，早期膠結(jié)物的形成可抗機械壓實作用，使剩余原生粒間孔隙得以保存。膠結(jié)物中的易溶組分又為次生粒間孔隙的形成奠定基礎(chǔ)，這是膠結(jié)作用對碎屑巖儲層所起的建設(shè)性作用。通過薄片觀察，發(fā)現(xiàn)工區(qū)內(nèi)膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為石英和伊利石等自生礦物析出，另有少量自生方解石。

圖1 壓實作用圖解

圖2 膠結(jié)作用圖解

1)硅質(zhì)膠結(jié) 硅質(zhì)膠結(jié)鏡下表現(xiàn)為3種方式，即共軸加大邊生長膠結(jié)、充填于原生孔隙(在環(huán)邊綠泥石發(fā)育的井段表現(xiàn)尤為明顯)和半自形它形晶體方式生長膠結(jié)。硅質(zhì)可能來源于蒙脫石～伊利石混層粘土向伊利石轉(zhuǎn)化釋放的SiO2以及大量長石蝕變釋放的SiO2。根據(jù)薄片觀察，中壩構(gòu)造石英含量平均約3.7%，石英次生加大邊表現(xiàn)為多期加大現(xiàn)象(見圖2(a))。在陰極發(fā)光顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)自生石英常發(fā)深褐色光及不發(fā)光，深褐色光石英常見于顆粒邊緣，而絕大多數(shù)自生石英則不發(fā)光；在掃描電鏡下，發(fā)現(xiàn)自生石英具有多期性生長的特征。根據(jù)硅質(zhì)膠結(jié)物和自生石英的包裹體測溫(見表1)，石英加大邊包體溫度在64～78℃之間變化，自生石英的包體溫度在76～85℃之間變化，自生石英的形成溫度總體上要高于加大邊石英，而脈石英的包體溫度則更高，在100～132℃之間變化。石英形成溫度顯然與其形成先后、形成時埋深有關(guān)。取工區(qū)地溫梯度平均值為2.6℃/100m，則石英加大的深度范圍在1500～2500m。但是在石英加大邊處并未見到包體，則石英加大的深度可能更淺，結(jié)合地層埋藏史的恢復(fù)，石英加大形成時間可能發(fā)生在晚三疊世未期或早侏羅世早期，大致相當(dāng)于早成巖階段B期到晚成巖階段A期。

表1 研究區(qū)須二段砂巖包裹體特征

2)粘土礦物膠結(jié) 自生粘土礦物在須二段砂巖中較發(fā)育，據(jù)薄片、電鏡及X-衍射分析，發(fā)現(xiàn)有伊利石、綠泥石等自生粘土礦物，其中伊利石是工區(qū)內(nèi)最主要的粘土礦物，在該區(qū)砂巖中含量最高且分布最廣(見圖2(b)、(c)、(d))，粘土礦物主要以孔隙襯邊存在、孔隙充填物存在和交代礦物3種狀態(tài)產(chǎn)出。

2.3溶蝕作用

溶蝕作用是該區(qū)重要而又普遍發(fā)育的一種成巖作用，據(jù)薄片鏡下觀察，須家河組儲層中溶蝕作用發(fā)育的期次多，多數(shù)已被后來的自生礦物充填，只能依據(jù)自生礦物的分布形式和礦物顆粒邊緣形狀加以判別。常見的溶蝕作用包括長石沿解理縫溶解(見圖3(a))、不穩(wěn)定組分的溶解(見圖3(b))、粘土礦物溶解、碳酸鹽礦物溶解和顆粒的溶蝕。另外，顆粒的溶蝕也見于石英顆粒中(見圖3(c))。溶蝕作用在縱、橫向表現(xiàn)為明顯的不均勻性。巖屑顆粒的溶蝕表現(xiàn)出更大的不均勻性，多數(shù)巖屑的表面常見綠泥石化，少數(shù)酸性噴出巖巖屑則溶蝕強烈，被溶蝕呈蜂窩狀，估計其大部分長石微晶被溶蝕，而殘余石英質(zhì)部分從表面特征看比較光滑，可能伴有SiO2沉淀。石英的溶蝕比較微弱，在掃描電鏡下，石英加大部分的表面存在一些溶蝕坑且大小不一，說明在溶蝕作用后期，水介質(zhì)由酸性變?yōu)閴A性，使得石英表面被溶蝕，溶蝕作用的發(fā)生與白云石及方解石的沉淀有關(guān)。

圖3 溶蝕作用圖解

3 成巖模式分析

砂巖中的成巖作用在一定的溫度、壓力條件下，受鄰層泥巖中有機質(zhì)和粘土礦物影響，該研究區(qū)成巖模式主要體現(xiàn)次生孔隙發(fā)育帶和致密帶的形成與演化，具體內(nèi)容如下［10-12］。

3.1次生孔隙源巖中有機質(zhì)演化

有機質(zhì)進(jìn)入半成熟演化階段時泥巖排出粘土脫出的淡水，有機質(zhì)脫羧形成CO2和有機酸，對砂巖中的可溶組分具有較強的溶解能力，古構(gòu)造低處是匯水區(qū)，溶蝕程度相對高些，被溶解的組分部分向上遷移，其余則滯留在孔隙中。

3.2碳酸鹽膠結(jié)致密帶形成

烴類沿孔滲性好的儲層以游離相注入圈閉，將構(gòu)造頂部礦化度較高的孔隙溶液驅(qū)替，隨著烴類聚集量的增加，氣-水界面逐漸下移。在氣藏中部開始飽和礦物質(zhì)，當(dāng)天然氣的聚集量繼續(xù)增大時，孔隙水對礦物的溶解能力下降并趨于過飽和，當(dāng)酸性條件過渡到中性～偏堿性條件，就可以沉淀出碳酸鹽礦物，從而形成碳酸鹽礦物膠結(jié)致密帶。

3.3碳酸鹽巖中的流體通過斷層向上遷移，析出并膠結(jié)砂巖

須二段下部方解石的δ13C偏重，可能與須二段下伏碳酸鹽巖層中的流體運移有關(guān)，當(dāng)溫度壓力下降便在須二段砂巖中析出。顯然，這種機制形成的方解石越靠近須二段底部，δ13C越重。另外，鉆遇斷層附近的中62井，其須二段地層厚度為109m，取水樣分析發(fā)現(xiàn)Cl-含量為24147mg/L，Ba2+含量為360mg/L，總礦化度41.628g/L，屬CaCl2型。生產(chǎn)過程中水量雖很少，但總礦化度不斷上升，并間歇有H2S氣味，說明斷層是下部流體向上運移的通道。

3.4氣藏主體部位溶蝕加強，向氣藏邊緣程度減弱

須二段埋深最大約4500m，溫度120℃左右，在這樣的溫壓條件下，水蒸汽彈性力使水在氣體中的溶解度增大，形成單相氣-水流體，在凝析作用下形成淡化水。已知須二段氣藏中凝析水的總礦化度為0.5g/L，不含Mg2+、Ba2+等離子，Ca2+無或微量。地層水的礦化度一般為50～60g/L，最高不超過100g/L，且含Ba2+，為CaCl2型。須二段凝析氣藏經(jīng)歷最大埋深后，抬升并使上覆層遭受剝蝕，溫度、壓力降低，從氣相中可凝析出淡水，這種淡水從氣藏頂部向下移動，溶解長石和碳酸鹽礦物并遷至氣藏下部沉淀出來。

4 氣水分布的演化

以中壩構(gòu)造須二段為例，通過成巖作用特征分析，能夠較明確地恢復(fù)須二段氣藏氣水分布的演化歷史。中壩構(gòu)造須二段高點海拔-1660m，主要高點閉合面積9.31km2，閉合高280m，沿軸線北東的中深1井附近被香水?dāng)鄬忧懈?，斷層遮擋形成的閉合面積為61.3km2，閉合高730m,傾角東南翼28°左右，西北翼20°左右，與下伏雷口坡頂面的構(gòu)造形態(tài)基本符合。

喜山運動后，構(gòu)造的隆起幅度增加到730m，出現(xiàn)新的氣水分異現(xiàn)象。抬升過程中的溫壓下降，凝析水析出淋濾砂巖，在原始含氣部位儲層物性得以改善，閉合度的增加也使含氣范圍擴大。砂巖越致密，產(chǎn)純氣所需的過渡帶也越厚，甚至大于閉合高度，這是致密夾層中含水的原因，砂巖的這種非均質(zhì)性導(dǎo)致氣井產(chǎn)出微量的地層水。

須二段砂巖產(chǎn)氣層的分布基本反映古構(gòu)造的形態(tài)，成巖致密帶形成有效的側(cè)向遮擋，過渡帶和自由水面以下的砂巖致密，裂縫不發(fā)育，因而水驅(qū)能力不高，邊水不活躍。

5 結(jié) 論

1)川西北部地區(qū)須二段儲層為三角洲環(huán)境下沉積的一套砂巖，砂巖致密，成因類型復(fù)雜多樣。

2)研究區(qū)主要的成巖作用類型包括壓實作用、膠結(jié)作用和壓溶作用。壓實作用是主要的破壞性成巖作用，是造成儲層孔隙度降低到主要原因；壓溶是主要的建設(shè)性成巖作用；儲層成巖演化已進(jìn)入晚成巖階段。

3)成巖致密帶形成的儲層物性封堵是造成氣水分布關(guān)系復(fù)雜的重要原因，是造成研究區(qū)復(fù)雜氣水分布關(guān)系的主要因素。

［1］呂正祥,劉四兵.川西須家河組超致密砂巖成巖作用與相對優(yōu)質(zhì)儲層形成機制［J］.巖石學(xué)報,2009,25(10):2373-2383.

［2］馮明石,劉家鐸,孟萬斌,等.四川盆地中西部須家河組儲層特征與主控因素［J］.石油與天然氣地質(zhì),2009,30(6):713-719.

［3］呂正祥.川西孝泉構(gòu)造上三疊統(tǒng)超致密儲層演化特征［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,32(1):22-26.

［4］陳竹新,賈東,魏國齊，等.川西前陸盆地南段薄皮沖斷構(gòu)造之下隱伏裂谷盆地及其油氣地質(zhì)意義［J］.石油與天然氣地質(zhì),2006,27(4):460-474.

［5］陶曉風(fēng).龍門山雙石推覆構(gòu)造的形成機制探討［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報,1995,22(2):27-30.

［6］陶曉風(fēng).龍門山南段推覆構(gòu)造與前陸盆地演化［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報,1999,26(1):73-77.

［7］鄭浚茂,龐明.碎屑儲集巖的成巖作用研究［M］.武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1989.

［8］劉娜,牛中寧.川西坳陷大邑構(gòu)造上三疊統(tǒng)須家河組儲層成巖效應(yīng)研究［J］.四川地質(zhì)學(xué)報,2011,31(1):20-24.

［9］ Houseknecht D W.Assessing the relative importance of compaction process and cementation to reduction of porosity in sandstones［J］.AAPG Bulletin,1987,71(6):633-642.

［10］徐樟有,吳勝和，張小青，等.川西坳陷新場氣田上三疊統(tǒng)須家河組須四段和須二段儲集層成巖-儲集相及其成巖演化序列［J］.古地理學(xué)報,2008,10(5): 447-457.

［11］張鼎,田作基.川西須家河儲層成巖演化［J］.巖石學(xué)報,2008,24(9): 2179-2184.

［12］ 高崗,剛文哲,范泓澈,等. 含油氣盆地異常低壓成因研究現(xiàn)狀［J］.天然氣地球科學(xué),2008,19(3): 311-315.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.010

P618.13

A

1673-1409(2012)07-N027-04

2012-04-28

劉喆(1981-)，男，2005年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事石油儲量方面的研究工作。

［編輯］ 李啟棟