王志康，林良彪，余瑜，張俊法，王興龍

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

0 引言

川西新場(chǎng)地區(qū)須二段天然氣勘探開(kāi)發(fā)歷經(jīng)20余年，近期研究顯示，須二段儲(chǔ)層動(dòng)用率僅為6.39%[1]，顯示出巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。物源不僅是巖相古地理研究的基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能也有很強(qiáng)的控制作用[2-3]，前人通過(guò)輕礦物分析[4-7]、重礦 物 分析[4-5，7]、鋯石 測(cè)年[6]、微量元素和稀土元素分析[5，7-8]等手段，對(duì)川西地區(qū)須二段物源特征作了大量研究，認(rèn)為須二段物源包括秦嶺大巴山、龍門(mén)山及康滇古陸[4-8]。須二段儲(chǔ)層屬于超低孔、超低滲型致密砂巖儲(chǔ)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(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[10]。

優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成受沉積與成巖兩大因素控制[11-13]。前人研究認(rèn)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(chǔ)層形成的基礎(chǔ)[14-16]。巖相學(xué)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：平行層理砂巖相為須二段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的最有利巖石相類型[1]；綠泥石薄膜[17]、長(zhǎng)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(chǔ)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(duì)須二段物源及儲(chǔ)層特征的研究頗豐，但鮮有文章涉及物源特征與儲(chǔ)層物性的關(guān)系，很大程度上制約了須家河組天然氣勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。

本文通過(guò)傳統(tǒng)物源分析方法（輕礦物分析、重礦物分析），對(duì)研究區(qū)13口鉆井的2 537個(gè)砂巖樣品進(jìn)行物源分析，并結(jié)合巖心、巖石薄片、壓汞及測(cè)井資料對(duì)須二段儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上，綜合分析物源與儲(chǔ)層物性的關(guān)系，以期為研究區(qū)油氣開(kāi)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(lái)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(mén)山構(gòu)造活動(dòng)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(mén)山發(fā)生了加速隆升與逆沖推覆活動(dòng)[20]。研究區(qū)新場(chǎng)構(gòu)造帶位于川西坳陷中段，是一個(gè)形成于安縣運(yùn)動(dòng)后的西高東低、南陡北緩的古今鼻狀復(fù)合隆起[21-22]（見(jiàn)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(chǔ)氣層之一，埋深超過(guò)4 600 m，層厚超過(guò)400～600 m，巖性以大套砂巖為主，夾薄層泥、頁(yè)巖[23]，發(fā)育上、中、下 3 個(gè)亞段，進(jìn)一步分為 10 套砂組[14]（見(jiàn)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(jiàn)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(zhǎng)石巖屑砂巖主要分布在北部；自西向東石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)先降低后升高。新場(chǎng)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(jiàn)圖2），可見(jiàn)自東部、中部向西部成分成熟度有先降低后升高的趨勢(shì)，表明物源搬運(yùn)方向?yàn)樽詵|向西。新場(chǎng)地區(qū)北部梓潼凹陷向新場(chǎng)地區(qū)，再向新場(chǎng)地區(qū)西南部（龍門(mén)山前斷褶帶）的成分成熟度逐漸升高（見(jiàn)圖2），平均值分別為1.63，2.37，2.85，進(jìn)一步說(shuō)明須二段物源主要來(lái)自東北方向。

圖2 新場(chǎng)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(jiàn)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(yáng)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(mén)山泥盆紀(jì)—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(lái)自秦嶺大巴山，其次為龍門(mén)山。

圖3 新場(chǎng)地區(qū)須二段巖屑平面分布特征

2.2 重礦物

新場(chǎng)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(jiàn)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(dú)居石、黃銅礦等（見(jiàn)表1）。值得注意的是，新場(chǎng)地區(qū)東部須二段無(wú)磁部分及電磁部分銳鈦礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)26.0%，15.0%，不含黃鐵礦、尖晶石及輝石；而西部地區(qū)無(wú)磁部分及電磁部分銳鈦礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別僅為3.4%，0，無(wú)磁部分及電磁部分黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)25.2%，30.6%，不含方鉛礦、獨(dú)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(shuō)明西部和東部存在不同的物源區(qū)。

表1 新場(chǎng)地區(qū)須二段主要重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3 物源與儲(chǔ)層的關(guān)系

3.1 儲(chǔ)層物性特征

須二段主要發(fā)育巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑石英砂巖3類儲(chǔ)層，儲(chǔ)層孔喉半徑偏?。ǘ嘈∮? μm）（見(jiàn)圖4）。根據(jù)壓汞參數(shù)將須二段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分為3種類型：Ⅰ型（長(zhǎng)石巖屑砂巖儲(chǔ)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(chǔ)層）的次之；Ⅲ型（巖屑砂巖儲(chǔ)層）的最差，平均孔喉半徑最?。ㄒ?jiàn)圖4）。Ⅰ型與Ⅱ型、Ⅲ型的孔隙度及滲透率分布特征類似（見(jiàn)圖5），孔隙度峰值均為2%～4%（見(jiàn)圖5a，5d，5g，圖中N為樣品個(gè)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(jiàn)圖5b，5e，5h）。不同地區(qū)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的劃分標(biāo)準(zhǔn)不同[26]，新場(chǎng)地區(qū)須二段致密砂巖相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：孔隙度大于 4%，滲透率大于 0.06×10-3μm2[10]。按照該標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ—Ⅲ型，相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比逐漸降低（見(jiàn)圖5c，5f，5i）。

圖4 新場(chǎng)地區(qū)須二段儲(chǔ)層毛細(xì)管壓力進(jìn)汞曲線特征

圖5 新場(chǎng)地區(qū)須二段不同類型儲(chǔ)層孔隙度、滲透率分布特征及孔滲關(guān)系

3.2 物源及其遠(yuǎn)近對(duì)儲(chǔ)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(chǎng)地區(qū)須二段物源主要來(lái)自東北方向的秦嶺大巴山，其次為西北方向的龍門(mén)山。與秦嶺大巴山物源控制的須二段相比，龍門(mén)山物源控制的須二段巖屑砂巖儲(chǔ)層較為發(fā)育，秦嶺大巴山物源控制的須二段則發(fā)育長(zhǎng)石巖屑砂巖儲(chǔ)層 （見(jiàn)表2）；2個(gè)物源控制的須二段粒度、分選性、磨圓度等相差不大，但龍門(mén)山物源控制的須二段相對(duì)貧長(zhǎng)石、富沉積巖巖屑，而秦嶺大巴山物源控制的須二段則相對(duì)富長(zhǎng)石、富變質(zhì)巖巖屑及火山巖巖屑（見(jiàn)表2）。

表2 新場(chǎng)地區(qū)須二段不同物源控制下的儲(chǔ)層特征

長(zhǎng)石、沉積巖及火山巖巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異導(dǎo)致秦嶺大巴山物源控制的須二段儲(chǔ)層長(zhǎng)石溶蝕作用、綠泥石薄膜對(duì)原生孔隙的保護(hù)較龍門(mén)山物源控制的儲(chǔ)層強(qiáng)，而碳酸鹽膠結(jié)作用則弱于龍門(mén)山物源控制的儲(chǔ)層，加之龍門(mén)山物源控制的儲(chǔ)層巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，導(dǎo)致其壓實(shí)作用強(qiáng)于秦嶺大巴山物源控制的儲(chǔ)層（見(jiàn)表2）。

龍門(mén)山與秦嶺大巴山物源控制的須二段儲(chǔ)層孔隙度與滲透率分布特征類似（見(jiàn)圖6），孔隙度分布峰值均為2%～4%（見(jiàn)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(gè)區(qū)間（見(jiàn)圖6b，6e），但秦嶺大巴山物源控制的須二段相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比更高（見(jiàn)圖6c，6f）。

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

3.2.2 物源遠(yuǎn)近

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

表3 新場(chǎng)地區(qū)須二段秦嶺大巴山遠(yuǎn)物源端及近物源端儲(chǔ)層特征

值得注意的是，遠(yuǎn)物源端砂巖樣品較近物源端具有“富長(zhǎng)石，貧沉積巖巖屑”的特征；遠(yuǎn)物源端砂巖儲(chǔ)層長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高造成其溶蝕作用更強(qiáng)，沉積巖巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低導(dǎo)致碳酸鹽膠結(jié)作用更弱，這與遠(yuǎn)物源端碳酸鹽膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（5.22%）較近物源端質(zhì)量分?jǐn)?shù)（6.75%）更低一致（見(jiàn)表3）。

與近物源端相比，遠(yuǎn)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(jiàn)表4）；遠(yuǎn)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(yuǎn)物源端相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比較近物源端更高（見(jiàn)圖7）。

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

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

因此，壓汞與薄片資料分析均表明遠(yuǎn)物源端儲(chǔ)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(gè)方向的物源，主要物源來(lái)自東北方向的秦嶺大巴山，其次為西北方向的龍門(mén)山。

2）研究區(qū)須二段主要發(fā)育巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑石英砂巖，長(zhǎng)石巖屑砂巖儲(chǔ)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(chǔ)層與龍門(mén)山物源控制的儲(chǔ)層相比，粒度、分選性、磨圓度相差不大，前者以長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑砂巖為主，富長(zhǎng)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(zhǎng)石，富沉積巖巖屑。秦嶺大巴山物源控制的須二段儲(chǔ)層長(zhǎng)石溶蝕作用、綠泥石薄膜對(duì)孔隙的保護(hù)作用強(qiáng)于龍門(mén)山，但碳酸鹽膠結(jié)作用弱于龍門(mén)山，導(dǎo)致秦嶺大巴山物源控制的須二段儲(chǔ)層相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比更高。

4）與近物源端相比，遠(yuǎn)物源端砂巖的粒度、分選性、磨圓度更好；遠(yuǎn)物源端砂巖富長(zhǎng)石，貧沉積巖巖屑導(dǎo)致其溶蝕作用更強(qiáng)，碳酸鹽膠結(jié)作用更弱；遠(yuǎn)物源端砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)更好，相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比更高。