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行了研究。結果表明，該區(qū)主要成巖作用類型有壓實作用、膠結作用和壓溶作用，成巖演化已達到晚成巖階段；儲層成巖致密帶的形成是導致氣藏復雜氣水分布關系的主要因素。

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、老關廟、柘壩場、魏城、黎雅廟等含氣構造。該研究區(qū)通常壓力系數(shù)高，最高可達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雜、影響因素較多，因而嚴重影響了該區(qū)的勘探進程［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)域構造位置上屬川北平緩構造帶，西側緊鄰龍門山、米倉山山前斷褶構造帶［4］。研究區(qū)構造復雜，局部構造形成于印支期及喜山期，因多期構造擠壓應力場作用，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，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。

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?，顆粒間變得緊密，并固結成巖［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膠結作用

膠結作用是使顆粒沉積物轉變成顆粒沉積巖的一種重要成巖方式。膠結作用是化學物質(zhì)不斷從孔隙流體中沉淀出來對碎屑進行膠結、對粒間孔隙發(fā)生充填的過程。同時，早期膠結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。膠結物中的易溶組分又為次生粒間孔隙的形成奠定基礎，這是膠結作用對碎屑巖儲層所起的建設性作用。通過薄片觀察，發(fā)現(xiàn)工區(qū)內(nèi)膠結作用主要表現(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 膠結作用圖解

1)硅質(zhì)膠結 硅質(zhì)膠結鏡下表現(xiàn)為3種方式，即共軸加大邊生長膠結、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。硅質(zhì)可能來源于蒙脫石～伊利石混層粘土向伊利石轉化釋放的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。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，結合地層埋藏史的恢復，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 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。

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，當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

以中壩構造須二段為例，通過成巖作用特征分析，能夠較明確地恢復須二段氣藏氣水分布的演化歷史。中壩構造須二段高點海拔-1660m，主要高點閉合面積9.31km2，閉合高280m，沿軸線北東的中深1井附近被香水斷層切割，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造形態(tài)基本符合。

喜山運動后，構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造的形態(tài)，成巖致密帶形成有效的側向遮擋，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 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；壓溶是主要的建設性成巖作用；儲層成巖演化已進入晚成巖階段。

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

［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.川西孝泉構造上三疊統(tǒng)超致密儲層演化特征［J］.成都理工大學學報(自然科學版),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.龍門山雙石推覆構造的形成機制探討［J］.成都理工學院學報,1995,22(2):27-30.

［6］陶曉風.龍門山南段推覆構造與前陸盆地演化［J］.成都理工學院學報,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)大學出版社，1989.

［8］劉娜,牛中寧.川西坳陷大邑構造上三疊統(tǒng)須家河組儲層成巖效應研究［J］.四川地質(zhì)學報,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,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