祝海華，鐘大康，張亞雄，孫海濤，杜本強(qiáng)，孟 昊，張春偉，楊 喆

(1.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 4.中國(guó)石油 西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州646000)

川南地區(qū)三疊系須家河組致密砂巖孔隙類(lèi)型及物性控制因素

祝海華1,2，鐘大康1,2，張亞雄3，孫海濤1,2，杜本強(qiáng)4，孟 昊1,2，張春偉1,2，楊 喆1,2

(1.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 4.中國(guó)石油 西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州646000)

通過(guò)普通及鑄體薄片、掃描電鏡、巖心物性及壓汞數(shù)據(jù)等資料，研究了川南地區(qū)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層的孔隙類(lèi)型和物性特征，并探討了孔隙發(fā)育類(lèi)型、孔-滲關(guān)系控制因素及砂巖物性空間變化與沉積條件的關(guān)系。結(jié)果表明，川南地區(qū)須家河組以原生粒間孔發(fā)育為特征，次為溶蝕孔隙和晶間微孔，滲透率隨孔隙度增加呈迅速增加—穩(wěn)定—再次增加的三段式分布，主要原因是綠泥石、伊利石膠結(jié)物的生長(zhǎng)抵消了孔隙度增加對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)。平面上，砂巖物性的變化與沉積條件密切相關(guān)：短距離搬運(yùn)或沉積水動(dòng)力弱的砂巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度差，物性差；長(zhǎng)距離搬運(yùn)且沉積于強(qiáng)水動(dòng)力條件的砂體孔隙發(fā)育。縱向上，單一河道砂體的中-中下部物性好于頂、底部，原因是河道沉積時(shí)水動(dòng)力由強(qiáng)變?nèi)?，砂體中部成分、結(jié)構(gòu)成熟度好于頂、底部，這也導(dǎo)致了砂體內(nèi)部成巖作用的非均質(zhì)性，并最終影響了孔隙的縱向分布。

孔隙類(lèi)型；物性特征；致密砂巖；須家河組；四川盆地

川南地區(qū)油氣勘探始于20世紀(jì)50—60年代(主力目的層為嘉陵江組和茅口組)。前期須家河組由于是非勘探目的層而一直未受到重視，經(jīng)過(guò)近年來(lái)的勘探才發(fā)現(xiàn)了丹鳳場(chǎng)等一批具有商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的氣藏。前人對(duì)四川盆地須家河組儲(chǔ)層特征的研究主要集中于川西、川中和川中-川南過(guò)渡帶。一般認(rèn)為強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境砂體物性較好[1-2]，強(qiáng)烈壓實(shí)作用、石英次生加大破壞了大量的孔隙；長(zhǎng)石、巖屑溶解是次生孔隙的主要來(lái)源[3-6]。綠泥石薄膜阻止加大邊生長(zhǎng)有利于粒間孔隙保存[7-11]；也有學(xué)者認(rèn)為綠泥石環(huán)邊保護(hù)孔隙能力有限，甚至?xí)涮羁紫叮档臀镄訹12-14]。

本文通過(guò)川南地區(qū)不同位置的7口井722塊普通薄片、80塊鑄體薄片、40個(gè)樣品的掃描電鏡資料結(jié)合壓汞資料、巖心物性測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，研究了川南地區(qū)須家河組孔隙類(lèi)型、孔滲關(guān)系，側(cè)重于討論在寬緩古地貌背景下須家河組孔隙發(fā)育的控制因素以及綠泥石等粘土膠結(jié)如何影響孔滲關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地南部，構(gòu)造上屬于川東南中

隆高陡構(gòu)造帶(圖1)。目的層須家河組厚度258～694 m，總體趨勢(shì)由東南向西北增厚，現(xiàn)今埋深主要分布于800～2 000 m。四川盆地須家河組自下而上可劃分出6段，其中須六段又可分為3個(gè)亞段。川南地區(qū)在雷口坡期地貌較高[15-20]，在須家河組沉積早期為物源區(qū)，地層發(fā)育不全，缺失下部須一段、須二段及須三段下部地層，到須三段中、晚期才被超覆并接受沉積，只發(fā)育須三段至須六段。

川南地區(qū)須家河組是一套在寬緩地貌背景下形成的一套辮狀河三角洲和正常湖泊沉積[20]，其物源主要來(lái)源于盆地東南部的江南古陸[21]?？v向上須家河組以發(fā)育大套砂巖夾薄層泥巖為特征。其中須四段和須六1亞段沉積時(shí)以辮狀河三角洲平原河道為特征，沉積厚層砂巖[1-2]，須三段、須五段及須六2亞段沉積期發(fā)生湖侵，湖相泥巖發(fā)育，儲(chǔ)層主要發(fā)育于須四段和須六1亞段。

2 巖石學(xué)特征

根據(jù)7口井400余張鏡下薄片分析，研究區(qū)須家河組儲(chǔ)層為一套中-低成分成熟度和中等結(jié)構(gòu)成熟度的砂巖，粒度以中粒、中-細(xì)粒為主，分選中-低，磨圓度以次棱角狀、次棱角-次圓狀為主。巖石類(lèi)型以巖屑砂巖最為發(fā)育，次為長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖、少量細(xì)粒鈣質(zhì)砂巖及粉砂巖(圖2)。平面上近物源的梁董廟構(gòu)造幾乎全部為巖屑砂巖，且分選較差，向盆內(nèi)的丹鳳場(chǎng)地區(qū)，長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖比例增加。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要Fig.1 Structure outline map of the study area

圖2 須家河組儲(chǔ)層巖石組分三角圖Fig.2 Composition triangle diagram of Xujiahe Formation

3 孔隙類(lèi)型及物性特征

3.1 孔隙類(lèi)型

對(duì)碎屑巖儲(chǔ)集空間的分類(lèi)，依照分類(lèi)依據(jù)具有多種劃分方案，如Schmidt等根據(jù)孔隙成因把孔隙分為原生、次生和混合成因，也可以根據(jù)孔隙大小分為超毛細(xì)管孔隙和微毛細(xì)管孔隙[22]。本文根據(jù)孔隙成因?qū)㈨毤液咏M儲(chǔ)集空間分為原生孔隙和次生孔隙，并根據(jù)產(chǎn)狀等特征進(jìn)一步細(xì)分(表1)。

原生孔隙的主要為壓實(shí)或膠結(jié)殘余的粒間孔，壓實(shí)殘余孔沒(méi)有膠結(jié)物充填，邊緣平直，形狀規(guī)則，更為常見(jiàn)的是壓實(shí)之后的膠結(jié)殘余孔隙，孔隙中常充填的膠結(jié)礦物包括石英次生加大和綠泥石環(huán)邊(圖3a，b)。

表1 研究區(qū)須家河組孔隙分類(lèi)

粒間溶孔主要為碳酸鹽膠結(jié)物、雜基溶蝕形成，由于溶蝕程度不均一，粒間溶孔常表現(xiàn)為孔隙邊緣不規(guī)則(圖3c，d)。粒內(nèi)溶孔主要為長(zhǎng)石、巖屑顆粒不穩(wěn)定成分溶蝕而成，長(zhǎng)石的溶蝕一般沿解理發(fā)生，溶蝕孔隙沿解理縫分布，單個(gè)溶孔形狀較為規(guī)則(圖3e)，當(dāng)溶蝕完全時(shí)形成鑄?？?圖3f)。

晶間微孔主要包括粒間雜基粘土重結(jié)晶形成的微小孔隙以及自生粘土膠結(jié)礦物之間的孔隙(圖3g，h)。這類(lèi)孔隙過(guò)于細(xì)小，滲透能力差，對(duì)物性貢獻(xiàn)小。

微裂縫一般為構(gòu)造成因，常切穿碎屑顆粒、膠結(jié)物(圖3i)。微裂縫可作為溶蝕流體的通道，因此常見(jiàn)溶蝕孔隙分布于微裂縫周?chē)?，同時(shí)微裂縫的滲透能力強(qiáng)，對(duì)砂體物性有很好的改善作用。

根據(jù)80個(gè)鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì)，川南地區(qū)須家河組孔隙類(lèi)型以原生粒間孔為主，占51%，其次為粒內(nèi)溶孔等各種溶蝕孔隙，占37%，雜基微孔含量占12%。孔隙比較發(fā)育的樣品主要分布于靠近盆地內(nèi)部丹鳳場(chǎng)地區(qū)的丹001-1，丹001-2及丹淺1井，平均面孔率為2.80%，盆地邊緣的董11、董15井孔隙基本不發(fā)育，面孔率小于1.0%。

3.2 物性特征

研究區(qū)19口井2 030個(gè)樣品的孔滲數(shù)據(jù)顯示須家河組砂巖巖心孔隙度最大為12.5%，最小0.08%，平均4.09%；滲透率最大7.05×10-3m2，最小0.003×10-3m2，平均0.11×10-3m2，具有明顯的低孔、低滲特征。并且不同巖性孔隙度不同，其中鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖及雜砂巖物性最差，孔隙度普遍小于2.00%，巖屑質(zhì)石英砂巖物性最好，平均孔隙度5.93%，次為長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑砂巖，平均孔隙度分別為4.98%和3.65%。

孔-滲關(guān)系顯示滲透率隨孔隙度增加而變化，具有明顯的分帶性，呈臺(tái)階式分布(圖4)：孔隙度從1%增至3%時(shí)，滲透率迅速變高為0.01×10-3μm2，甚至更高；孔隙度從3%增加至7%時(shí)，大部分樣品滲透率位于0.01×10-3～0.1×10-3m2，且整體上并未隨孔隙度增加而增加。當(dāng)孔隙度高于7%時(shí)，隨著孔隙度增加，滲透率再次增加。

4 孔隙及物性控制因素

儲(chǔ)層的物性受多種因素的影響，包括沉積條件、成巖作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、油氣充注、異常高壓等，其中沉積條件和成巖作用是最主要的影響因素[23-25]。對(duì)研究區(qū)須家河組而言，沉積條件和成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性都有影響，其中成巖作用是造成低孔、低滲的主要原因，而沉積條件在空間上影響孔隙及物性的變化。

圖4 研究區(qū)孔隙度與滲透率分布Fig.4 Porosity versus permeability for Xujiahe Formation

4.1 成巖作用對(duì)孔隙發(fā)育的影響

4.1.1 早期壓實(shí)、后期膠結(jié)及弱溶蝕導(dǎo)致孔隙整體不發(fā)育

研究區(qū)須家河組在沉積之后便經(jīng)歷了快速的埋藏。根據(jù)對(duì)丹淺001-1和董11等多口井地層埋藏史的分析，須家河組在沉積之后發(fā)生了持續(xù)快速的埋深，以丹淺001-1井為例(圖5)，晚三疊世須家河組沉積之后就經(jīng)歷了持續(xù)性的埋藏，至白堊紀(jì)末期埋深至最深，達(dá)4 340 m，平均埋藏速率為31.6 m/Ma。持續(xù)性快速的埋藏導(dǎo)致須家河組壓實(shí)強(qiáng)烈(圖5)。

在經(jīng)歷早期快速埋藏之后，須家河組砂巖又發(fā)生了硅質(zhì)、鈣質(zhì)及少量粘土膠結(jié)(平均含量5.8%)，受到須家河組煤系地層酸性環(huán)境的影響，碳酸鹽膠結(jié)較少[26](平均含量1.6%)，膠結(jié)物以硅質(zhì)膠結(jié)為主(平均含量4.0%)。根據(jù)石英次生加大的流體包裹體測(cè)溫顯示，硅質(zhì)膠結(jié)大多發(fā)生于80～100 ℃(圖6)，對(duì)應(yīng)埋藏深度為2 000～3 000 m。說(shuō)明以硅質(zhì)為主的膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的充填主要發(fā)生于2 000 m之后，2 000 m之前主要為壓實(shí)損孔作用。

圖5 丹淺001-1井埋藏史Fig.5 Burial history of Well Danqian001-1

假設(shè)現(xiàn)今的殘余原生孔隙=孔隙度×原生孔比例=4.09%×51%=2.09%，當(dāng)早期埋藏至2 000 m時(shí)(Ro：0.4%～0.5%)，此時(shí)有機(jī)酸溶蝕開(kāi)始發(fā)生，而硅質(zhì)膠結(jié)作用并未大量出現(xiàn)，砂巖古孔隙度可估算為膠結(jié)物損孔量(所有膠結(jié)物平均含量)+殘余孔隙度=5.80%+2.09% =7.89%，但實(shí)際上，由于在2 000 m之前仍會(huì)出現(xiàn)部分硅質(zhì)、鈣質(zhì)及粘土膠結(jié)，因此當(dāng)埋藏至2 000 m時(shí)，砂巖古孔隙度應(yīng)低于7.89%，參考現(xiàn)今的孔滲關(guān)系，此時(shí)砂巖的滲透率應(yīng)普遍小于0.3×10-3μm2，因此經(jīng)過(guò)早期的埋藏之后須家河組已經(jīng)致密。

圖6 石英次生加大邊流體包裹體均一溫度分布Fig.6 Homogenization temperature distribution of fluid inclusions in quartz cement

溶蝕作用可以形成次生孔隙，研究區(qū)須家河組溶蝕對(duì)象主要為長(zhǎng)石和巖屑，但強(qiáng)度較弱，多為部分溶蝕，溶孔比例較低(37%)，導(dǎo)致溶蝕作用弱的原因包括3個(gè)方面：①酸性水缺乏，須家河組沉積時(shí)，沉積中心位于川西地區(qū)[16-17]，遠(yuǎn)離研究區(qū)，盆地中心的酸性水很難經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離橫向運(yùn)移之后對(duì)目的層段進(jìn)行溶蝕。而縱向上研究區(qū)須家河組本身烴源巖不發(fā)育，因此不能產(chǎn)生大量的有機(jī)酸；②缺少可溶礦物，須家河組碎屑顆粒主要為石英和巖屑，長(zhǎng)石含量普遍小于10%，巖屑多以泥巖、千枚巖和石英巖等難溶巖屑為主，易溶巖屑含量少；③早期致密化嚴(yán)重，須家河組砂巖在烴源巖開(kāi)始產(chǎn)生有機(jī)酸時(shí)，已經(jīng)發(fā)生強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，早期的致密化會(huì)阻礙酸性水進(jìn)入厚層砂體內(nèi)部發(fā)生溶蝕。

4.1.2 綠泥石環(huán)邊膠結(jié)利于原生孔隙保存

強(qiáng)烈壓實(shí)作用后剩余的原生孔隙會(huì)因?yàn)槭⒋紊哟蠛吞妓猁}膠結(jié)作用而進(jìn)一步損失，但如果砂巖發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)，殘余原生孔隙便會(huì)得到較好的保存(圖7)。統(tǒng)計(jì)顯示綠泥石含量與巖心孔隙度存在較好的正相關(guān)性(圖8a)。

一般認(rèn)為自生綠泥石膠結(jié)有利于原生的孔隙的保存[7,27-29]：一方面自生綠泥石膠結(jié)可以提高砂巖的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)壓實(shí)壓溶有一定抑制作用，鏡下也顯示這類(lèi)砂巖的壓實(shí)程度相對(duì)于無(wú)綠泥石膠結(jié)砂巖要弱。更重要的是綠泥石環(huán)邊膠結(jié)有效的抑制了壓實(shí)之后方解石、硅質(zhì)的膠結(jié)，統(tǒng)計(jì)顯示，綠泥石環(huán)邊對(duì)方解石膠結(jié)具有明顯的抑制作用，隨著綠泥石含量的增加，方解石膠結(jié)迅速減少(圖8c)；而綠泥石與硅質(zhì)膠結(jié)含量的關(guān)系呈規(guī)律變化，當(dāng)綠泥石含量小于1%時(shí)，兩者呈一定的正相關(guān)性，大于1%時(shí)呈負(fù)相關(guān)性(圖8d)，說(shuō)明在綠泥石環(huán)邊相對(duì)發(fā)育的砂巖中，硅質(zhì)膠結(jié)受到了一定的抑制。綠泥石對(duì)方解石和硅質(zhì)膠結(jié)的抑制對(duì)壓實(shí)殘余孔隙的保存至關(guān)重要。

圖7 綠泥石膠結(jié)砂巖孔隙發(fā)育情況與無(wú)綠泥石膠結(jié)砂巖對(duì)比Fig.7 Pore abundance comparison between sandstones with and without chlorite coating cementationa.丹淺001-1井,1 569.90 m，單偏光，綠泥石膠結(jié)，殘余原生孔隙發(fā)育；b.丹淺001-1井,1 464.26 m，正交光，綠泥石環(huán)邊不發(fā)育，粒間全部被石英加大充填Qc.石英；Ch.綠泥石

圖8 須家河組綠泥石含量與物性、硅質(zhì)、方解石膠結(jié)關(guān)系(薄片個(gè)數(shù)200個(gè))Fig.8 Chlorite content vs.porosity,permeability,quartz and calcite cementation of Xujiahe Formation(based on 200 thin sections)

4.2 沉積條件對(duì)孔隙發(fā)育的影響

沉積條件決定了砂巖沉積時(shí)的搬運(yùn)距離和水動(dòng)力條件，從而決定了砂巖的巖石學(xué)特征進(jìn)而影響空間上孔隙的發(fā)育程度。

川南地區(qū)物源來(lái)自于江南古陸，碎屑沿東南向西北盆內(nèi)方向搬運(yùn)[21]，物性數(shù)據(jù)顯示搬運(yùn)距離短的砂巖物性差于長(zhǎng)搬運(yùn)距離的砂巖。以埋藏史相似的梁董廟和丹鳳場(chǎng)地區(qū)為例，梁董廟地區(qū)現(xiàn)今埋深1 500～1 800 m，該區(qū)砂體發(fā)育，厚度大，但物性差，平均孔隙度2.00%，滲透率普遍小于0.1×10-3μm2，主要原因是靠近物源區(qū)，搬運(yùn)距離短，水動(dòng)力不穩(wěn)定，碎屑顆粒常大小混雜，泥巖、板巖和千枚巖等塑性巖屑含量高(平均18.6%)，不利于孔隙的保存(圖9)。而研究區(qū)靠盆內(nèi)的丹鳳場(chǎng)、中興場(chǎng)地區(qū)，由于搬運(yùn)距離增加，碎屑分選變好，不穩(wěn)定的塑性碎屑減少(平均含量10.5% )，物性明顯變好，其砂巖平均孔隙度5.5%，平均滲透率0.23×10-3μm2。再至川中南的河包場(chǎng)地區(qū)，由于搬運(yùn)距離更遠(yuǎn)，其巖石類(lèi)型以石英砂巖、巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖為主，加之靠近沉積中心的烴源巖，次生孔比例增加，孔隙類(lèi)型以殘余孔和次生溶孔為主，平均孔隙度達(dá)6.08%[30]。

隨著搬運(yùn)距離增加，物性的差異則更多受控于水動(dòng)力條件，巖心物性統(tǒng)計(jì)顯示主分流河道物性最好，平均孔隙度6.10%，平均滲透率0.22×10-3m2，其次為次級(jí)河道和水下分流河道，平均孔隙度分別為4.5%和5.59%，平均滲透率為0.19×10-3m2和0.07×10-3m2，而河道間砂巖及灘壩砂巖物性最差，平均孔隙度均小于3%，平均滲透率小于0.05×10-3m2。主要原因?yàn)槌练e水動(dòng)力較弱的河道間及濱淺湖灘壩砂體粒度偏細(xì)，雜基含量高，且由于圍巖泥巖發(fā)育，碳酸鹽巖膠結(jié)嚴(yán)重，物性一般較差，如南井地區(qū)的灘壩砂體(圖9)。而沉積水動(dòng)力較強(qiáng)的砂體如丹鳳場(chǎng)地區(qū)須四段主河道砂體粒度粗、分選好、雜基含量少，孔隙相對(duì)發(fā)育(圖10)。

在單一河道砂體內(nèi)部，仍可以觀(guān)察到物性具有一定差異，呈現(xiàn)出三段式分布(圖10)，砂體中-中、下部的孔隙度好于頂部和底部。這種分布的成因包括兩個(gè)方面：①沉積水動(dòng)力條件的變化，即河道沉積過(guò)程中，河流對(duì)早期泥巖的沖蝕導(dǎo)致河道底部分選較差，隨著河道遷移，水動(dòng)力減弱，至砂體頂部多為低水動(dòng)力的細(xì)粒沉積，因此縱向上，砂巖中部的結(jié)構(gòu)和成分成熟度要好于頂?shù)撞?，利于原生孔隙保存；②縱向巖石學(xué)特征變化引起的成巖作用差異。砂體頂、底部由于粒度細(xì)、雜基含量高或分選差，在埋藏過(guò)程中更易被壓實(shí)，同時(shí)受相鄰泥巖影響，也易發(fā)生較強(qiáng)的碳酸鹽膠結(jié)，孔隙不發(fā)育。河道砂體中-中下部由于粒度粗、分選好，壓實(shí)程度相對(duì)低，早期就出現(xiàn)的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)也多發(fā)育于砂體內(nèi)部，利于孔隙保存，物性較好。

圖10 丹淺001-1井須四段主河道砂體物性變化特征(井位見(jiàn)圖9)Fig.10 Heterogeneity of porosity and permeability within a fluvial sandstone of the 4th Member of XujiaheFormation from Well Danqian 001-1(see Fig.9 for well location)[最頂部砂巖發(fā)生早期方解石膠結(jié)；向下第二樣品粒度細(xì)，壓實(shí)強(qiáng)；而最底部砂巖分選較差，且也發(fā)生了方解石膠結(jié)。只有河道中部砂巖成分、結(jié)構(gòu)成熟度高，原生孔隙保存最好(孔隙充填淺紅色鑄體)。]

4.3 孔、滲關(guān)系控制因素

孔、滲關(guān)系顯示不同孔隙度條件下，滲透率具有不同的分布特征和變化規(guī)律。這種臺(tái)階式孔、滲關(guān)系是巖石學(xué)特征與成巖作用共同作用的結(jié)果。

孔隙度小于3%的樣品在壓汞曲線(xiàn)上表現(xiàn)為排驅(qū)壓力高，大于2 MPa(圖11a)，孔喉中值半徑小，小于0.2 μm(圖11b)，這類(lèi)砂巖主要為近物源分選較差的巖屑砂巖以及弱水動(dòng)力環(huán)境的細(xì)粒巖、粉砂巖，經(jīng)歷強(qiáng)烈成巖作用后，孔隙幾乎損失殆盡，孔喉半徑小，孔隙即是吼道(圖12a)，孔隙度略微增加時(shí)，滲透率便會(huì)快速增加。

當(dāng)孔隙度為3%～7%時(shí)，滲透率變化小，主要分布于0.01×10-3～0.1×10-3μm2，壓汞排驅(qū)壓力降低，主要分布于0.5～2 MPa，孔喉中值半徑增大，主要為0.2～0.8 μm，且排驅(qū)壓力和中值半徑隨孔隙度增加變化較小(圖11)。由于滲透率主要受控于喉道半徑，因此孔隙度為3%～7%的砂巖孔喉變化較小，是滲透率相對(duì)穩(wěn)定的直接原因，結(jié)合薄片及掃描電鏡資料認(rèn)為這主要由兩個(gè)方面因素造成。

第一，孔隙度為3%～7%的砂巖其孔隙及吼道偏小，綠泥石環(huán)邊雖然對(duì)孔隙保存有利，但對(duì)細(xì)小孔隙和吼道的充填仍會(huì)損害滲透能力。以圖12樣品b和c為例，樣品c孔隙度(7.03%)高于樣品b(5.01%)，但因樣品c孔隙中存在綠泥石環(huán)邊及部分伊利石膠結(jié)，其滲透率(0.050 5×10-3μm2)要小于樣品b(0.076 3×10-3μm2)。綠泥石含量與物性關(guān)系也顯示隨綠泥石含量增加砂巖孔隙度增大，而滲透率并未隨之增加(圖8)，這也反應(yīng)綠泥石膠結(jié)物利于孔隙保存，但對(duì)喉道的充填會(huì)抵消孔隙度增加對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)。由于原生粒間孔是研究區(qū)主要孔隙類(lèi)型(平均含量51%)，因此綠泥石膠結(jié)對(duì)孔喉的充填是導(dǎo)致滲透率未隨孔隙度增加而增大的主要原因。

其次，須家河組砂巖由于溶蝕作用弱且不均一，孔喉彎曲度大，連通性差，同時(shí)長(zhǎng)石的溶蝕常伴隨著發(fā)絲

狀自生伊利石的沉淀，堵塞孔隙和喉道。此外，雜基粘土礦物重結(jié)晶或蝕變后會(huì)形成的部分微孔隙(比例12%)，但滲透性同樣很差，因此粒內(nèi)溶孔、粘土微孔雖然可以提高孔隙度，但對(duì)滲透率影響小。

當(dāng)孔隙度較高時(shí)(>7%)，此時(shí)隨孔隙度增加，排驅(qū)壓力減小，一般小于1 MPa，中值半徑快速增大(>0.8 μm)，薄片及掃描電鏡顯示此類(lèi)砂巖孔隙保存較好，孔喉較粗且直徑大于綠泥石環(huán)邊厚度(圖12d)，因此隨孔隙度增加，滲透率又開(kāi)始增高，此時(shí)綠泥石環(huán)邊的作用主要為抑制鈣質(zhì)、硅質(zhì)膠結(jié)和保護(hù)孔隙，對(duì)滲透率的損害較小。

5 須家河組孔隙及物性變化模式

通過(guò)分析近物源的梁董廟地區(qū)，到靠研究區(qū)東北部的丹鳳場(chǎng)，再到川中-川南過(guò)渡帶的荷包場(chǎng)地區(qū)可以發(fā)現(xiàn)，這些地區(qū)須家河組沉積時(shí)物源、構(gòu)造背景及埋藏過(guò)程相似：均為東南物源供源，沉積時(shí)構(gòu)造寬緩，早期沉積之后便持續(xù)快速埋藏至最大深度(4 200～4 900 m)，在喜馬拉雅期才抬升至現(xiàn)今埋深。因此這些地區(qū)須家河組儲(chǔ)層特征具可對(duì)比性，儲(chǔ)層孔隙和物性隨搬運(yùn)距離、沉積水動(dòng)力條件的變化表現(xiàn)出一定的規(guī)律性(圖13)：近物源的梁董廟地區(qū)砂巖塑性巖屑、雜基含量高，分選差，埋藏過(guò)程中易發(fā)生強(qiáng)烈壓實(shí)，孔隙不發(fā)育，隨著搬運(yùn)距離增加，強(qiáng)水動(dòng)力條件的河道砂巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度變好，壓實(shí)程度降低，綠泥石膠結(jié)發(fā)育，原生孔隙保存好，如研究區(qū)丹鳳場(chǎng)河道砂巖。再至川中南過(guò)渡帶的荷包場(chǎng)地區(qū)，成分及結(jié)構(gòu)成熟度更好，加之靠近沉積中心，溶蝕孔隙比例增加，孔隙類(lèi)型以原生和次生孔隙為主[30]，物性最好。

6 結(jié)論

1) 川南地區(qū)須家河組孔隙發(fā)育程度低，孔隙類(lèi)型以殘余原生粒間孔為主，次為溶蝕孔隙和晶間微孔。

圖11 須家河組壓汞參數(shù)與孔隙度變化特征Fig.11 Plot of porosity versus median size of pore throat and displacement pressure of Xujiahe Fomation

圖12 不同孔隙度樣品的吼道特征Fig.12 Pore throat characteristic of sandstone samples with different porositya.低孔隙度條件下，孔隙與吼道均細(xì)小，滲透率低；b,c.粘土礦物對(duì)孔隙的充填抵消了孔隙度增加對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)；d.孔隙度繼續(xù)增加，粘土礦物對(duì)滲透率影響減弱

孔隙發(fā)育程度受控于成巖作用和沉積條件。早期持續(xù)快速壓實(shí)，后期膠結(jié)及溶蝕弱導(dǎo)致研究區(qū)須家河組孔隙整體不發(fā)育，綠泥石環(huán)邊膠結(jié)對(duì)原生孔隙的保存使得殘余原生孔是研究區(qū)主要孔隙類(lèi)型。

2) 空間上，砂巖物性的變化與沉積條件密切相關(guān)，短距離搬運(yùn)或沉積水動(dòng)力弱的砂巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度差，物性差，長(zhǎng)距離搬運(yùn)且沉積于強(qiáng)水動(dòng)力條件的砂體孔隙發(fā)育，有利儲(chǔ)層主要分布于具一定搬運(yùn)距離的主河道砂體中。

3) 縱向上，單一河道砂體內(nèi)部物性呈頂?shù)撞疃?中下部好的三段式分布，原因是沉積時(shí)水動(dòng)力由強(qiáng)變?nèi)?，砂體中部成分、結(jié)構(gòu)成熟度好于頂?shù)撞?，利于孔隙保存，巖石學(xué)特征的差異在埋藏過(guò)程中又進(jìn)而影響砂體不同部位的成巖強(qiáng)度并最終導(dǎo)致了孔隙的三段式縱向分布。

4) 滲透率隨孔隙度增加呈迅速增加—穩(wěn)定—再次增加的三段式分布，這與不同孔隙度條件下砂巖喉道半徑變化有關(guān)，低孔隙度時(shí)，孔喉細(xì)小，孔隙即為喉道，隨孔隙度增加滲透率快速增加，當(dāng)孔隙度為3%～7%時(shí)，滲透率未隨孔隙度增加的主要原因?yàn)榫G泥石等自生粘土礦物對(duì)孔喉的充填有關(guān)，而當(dāng)孔隙度大于7%時(shí)，孔喉半徑大于粘土環(huán)邊厚度，滲透率隨孔隙度增加再次增加。

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(編輯 張亞雄)

PoretypesandcontrollingfactorsonporosityandpermeabilityofUpperTriassicXujiahetightsandstonereservoirinSouthernSichuanBasin

Zhu Haihua1,2,Zhong Dakang1,2,Zhang Yaxiong3,Sun Haitao1,2,Du Benqiang4,Menghao1,2,Zhang Chunwei1,2,Yang Zhe1,2

(1.StateKeyLabofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249,China;2.SchoolofEarthScience,ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249,China;3.ExplorationandProductionResearchInstitude,SINOPEC,Beijing100083,China;4.LuzhouGasDistrict,SouthwestOilandGasFieldCo.,Ltd.,PetroChina，Luzhou，Sichuan646000,China)

Based on thin sections,scanning electron microscopy(SEM),core porosity and permeability data,and mercury injection data,this paper summarized the pore types,physical property of tight sandstone of the Xujiahe Formation and discussed the controlling factors on pore types,poroperm relationship and spatial change of physical property.The result shows that the rapid compaction process and minor dissolution resulted in the relative abundant of primary pore followed by dissolution pore and intergrannular micropore.As the porosity increases,the permeability change shows a three-stage pattern,namely rapid increasing first,then getting stabilized and increasing again.This distribution pattern is mainly controlled by pore throat filling authigenic chlorite and illite which offset the increases in permeability due to the increase of porosity.The poor connectivity of dissolution pore and micropore also influence the permeability of sandstone.The spatial change of physical property of sandstone is controlled by sedimentary condition.The relative short transport distance or low energy environment resulted in low compositional and textural maturity and poor physical property.Only the sandstone with long transport distance and high energy environment are abundant in porosity.The physical quality in middle and lower part of single fluvial sandstone is better than that of the upper and bottom parts.The major reason is that the decreases of energy during fluvial sandstone deposition result in higher compositional and textural maturity of the middle part and lead to the diagenetic heterogeneity within a single sandstone.

pore type,porosity and permeability,tight sandstone,Xujiahe Formation,Sichuan Basin

2013-10-20;

：2013-12-20。

祝海華(1987—)，男，博士研究生，儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail：retinaabcd@163.com。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2011CB201104)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41302108)。

0253-9985(2014)01-0065-12

10.11743/ogg20140109

TE122.2

：A