南紅麗，蔡李梅，葉素娟，閻麗妮，張世華，楊映濤

（中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041）

四川盆地川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組陸相碎屑巖油氣勘探取得了重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了新場氣田、成都?xì)馓锖椭薪瓪馓铩Ｇ叭藢ι诚獜R組氣藏的儲集層特征、成藏條件、成藏特征等方面開展了一些工作[1-5]，研究重點(diǎn)主要集中在基礎(chǔ)油氣特征上，僅對部分地區(qū)（如新場構(gòu)造帶）的儲集層孔隙演化與儲集層致密化進(jìn)行了研究[6]。但是，由于研究區(qū)儲集層物源及沉積環(huán)境不同，儲集層巖石類型并不一致，與此相應(yīng)的儲集層致密化過程勢必具有差異性，其儲集層致密化與天然氣成藏的耦合配置也存在差異。鑒于此，本文根據(jù)顯微鏡下觀察分析與掃描電鏡、電子探針、碳酸鹽膠結(jié)物碳氧同位素等多種測試分析數(shù)據(jù)，結(jié)合埋藏史和構(gòu)造演化史，明析了不同儲集層的成巖作用類型，建立了川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組儲集層成巖演化序列，確定不同類型儲集層致密化時(shí)間，同時(shí)，通過明確油氣充注的時(shí)間，厘定不同類型儲集層致密化與天然氣成藏的時(shí)序關(guān)系，為進(jìn)一步探索油氣富集規(guī)律、實(shí)現(xiàn)高效勘探提供依據(jù)。

圖1 川西坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨爸匈_統(tǒng)沙溪廟組儲集層分類（據(jù)文獻(xiàn)［7］修改）

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

川西坳陷位于四川盆地西部，西鄰龍門山?jīng)_斷帶，東北與秦嶺造山帶相接，南抵峨眉山和樂山，東連川中隆起，大致呈北東—南西向延伸，總體呈三隆兩凹一斜坡的構(gòu)造格局，即龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、知新場構(gòu)造帶、成都凹陷、梓潼凹陷和中江斜坡[7]（圖1）。

研究區(qū)中生代儲集層中蘊(yùn)藏有豐富的天然氣，迄今已發(fā)現(xiàn)的氣田數(shù)量超過10個(gè)。川西坳陷上三疊統(tǒng)及其之上主要為碎屑巖，沉積厚度最大超過8 000 m.中侏羅統(tǒng)沙溪廟組厚度600～750 m，其下伏地層為中侏羅統(tǒng)千佛崖組（J2q），上覆地層為上侏羅統(tǒng)遂寧組（J3sn）（圖2）。沙溪廟組主要為砂巖和泥巖頻繁互層，砂巖主要為河流和湖泊三角洲沉積。沙溪廟組共發(fā)育了3套氣藏（沙一氣藏、沙二氣藏和沙三氣藏）。

川西坳陷侏羅系基本不具備生烴能力，中侏羅統(tǒng)中產(chǎn)出的天然氣主要來自下伏的上三疊統(tǒng)須家河組須五段暗色含煤泥頁巖，為遠(yuǎn)源次生氣藏。其中須五段烴源巖的鏡質(zhì)體反射率為1.1%～1.2%，主體處于成熟演化階段。

受不同物源影響[8-9]，川西坳陷中侏羅統(tǒng)儲集層平面上表現(xiàn)出不同的沉積相展布特征和巖石分布特征，其中，研究區(qū)西部龍門山前構(gòu)造帶、梓潼凹陷、新場構(gòu)造帶和成都凹陷西北部局部，以短軸近物源富巖屑沉積為主；中江斜坡、知新場構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、梓潼凹陷和成都凹陷中東部大部分地區(qū)，則以長軸遠(yuǎn)物源富長石類沉積為主。因此，依據(jù)構(gòu)造背景、沉積背景、物源等差異，將研究區(qū)儲集層劃分為3類，即遠(yuǎn)物源三角洲平原+前緣亞相富長石類儲集層、遠(yuǎn)物源三角洲平原+前緣亞相富巖屑類儲集層和近物源沖積扇+河流相富巖屑類儲集層（圖1），其中遠(yuǎn)物源富長石類和近物源富巖屑類儲集層分布范圍廣，儲集層孔隙演化和儲集層含氣性均差異明顯，本文主要圍繞這兩種儲集層類型進(jìn)行分析和論述。

圖2 川西坳陷上三疊統(tǒng)—白堊系柱狀剖面（據(jù)文獻(xiàn)［7］修改）

2 儲集層特征與成巖演化

2.1 儲集層巖石學(xué)特征

川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組儲集層整體上以中、細(xì)粒巖屑砂巖為主，但由于物源不同，距離物源遠(yuǎn)近不同，不同區(qū)域不同層位分布了不同巖石類型的儲集層。對于受東北部物源影響的中江斜坡和知新場構(gòu)造帶，由于距物源較遠(yuǎn)，主要形成遠(yuǎn)物源三角洲平原+前緣亞相富長石類儲集層，包括巖屑長石砂巖、長石砂巖等，以巖屑長石砂巖為主，長石含量較高；而龍門山前構(gòu)造帶距物源較近，主要形成近物源沖積扇+河流相富巖屑類儲集層，巖石類型主要為巖屑砂巖（表1），成分成熟度較低，一般為2.16.

2.2 儲集空間類型

研究區(qū)中侏羅統(tǒng)儲集層儲集空間以剩余粒間孔、粒間溶孔、長石粒內(nèi)溶孔為主。其中遠(yuǎn)物源富長石類儲集層整體以孔隙型為主，沙溪廟組上部以剩余粒間孔為主，沙溪廟組下部則以粒間溶孔為主；近物源富巖屑類儲集層整體以裂縫-孔隙型儲集層為主，儲集空間以剩余粒間孔為主。

2.3 成巖作用與成巖演化序列

川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組儲集層經(jīng)歷的成巖作用主要表現(xiàn)為具破壞性的壓實(shí)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用和具建設(shè)性的溶蝕作用及早期綠泥石環(huán)邊析出[10-12]（圖3）。

研究區(qū)經(jīng)歷的壓實(shí)作用較弱—中等，以機(jī)械壓實(shí)作用為主。機(jī)械壓實(shí)作用使碎屑顆粒重新排列，顆粒之間基本上為線接觸，沉積物密度變大，孔隙度變?。煌瑫r(shí)，云母及其他軟組分?jǐn)D入孔隙，孔隙體積進(jìn)一步變小，滲透率變差。壓實(shí)變形后，巖屑礦物填塞粒間孔隙，導(dǎo)致原生粒間孔隙極大地減少，其顆粒分選較差時(shí)沉積物原生孔隙損失大。該成巖作用在研究區(qū)普遍發(fā)生。

表1 川西坳陷中侏羅統(tǒng)不同類型儲集層特征差異對比

圖3 川西坳陷中侏羅統(tǒng)儲集層成巖作用顯微照片

川西坳陷中侏羅統(tǒng)儲集層普遍發(fā)育多期膠結(jié)作用，常見的膠結(jié)物主要有硅質(zhì)、碳酸鹽礦物和少量黏土礦物（伊利石和高嶺石）等。硅質(zhì)膠結(jié)主要以石英次生加大和自生石英充填孔隙為主，碳酸鹽礦物膠結(jié)主要為方解石膠結(jié)。膠結(jié)作用發(fā)育導(dǎo)致原生孔隙在早期壓實(shí)作用減孔的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少，儲集層致密化增強(qiáng)，非均質(zhì)性增強(qiáng)。膠結(jié)作用是造成儲集層致密化的重要因素。該成巖作用在研究區(qū)較為普遍，尤以近物源富巖屑類儲集層更為發(fā)育。

研究區(qū)發(fā)育多期溶蝕作用，顯微鏡下可清楚地觀察到早期溶蝕發(fā)生在綠泥石薄膜形成之前，早期溶蝕孔被綠泥石薄膜包圍，晚期溶蝕作用發(fā)生于顆粒膠結(jié)成巖之后，表現(xiàn)為早期重結(jié)晶方解石的溶蝕。溶蝕作用在一定程度上增大了孔隙，主要發(fā)生在遠(yuǎn)物源富長石類儲集層發(fā)育區(qū)。

自生綠泥石在孔隙中以2種形式產(chǎn)出，即孔隙環(huán)邊和孔隙充填。研究區(qū)儲集層中綠泥石含量較低，以孔隙環(huán)邊形式產(chǎn)出的綠泥石對砂巖原生孔隙的保存具有積極作用。綠泥石環(huán)邊通過隔絕顆粒表面與孔隙流體的接觸，阻斷石英成核而阻止自生石英的沉淀。此外，粒間綠泥石環(huán)邊還可抑制壓溶作用的發(fā)生[13-14]。該成巖作用主要發(fā)生在遠(yuǎn)物源富長石類儲集層分布區(qū)，發(fā)育于成巖階段的早期。

基于不同類型不同期次膠結(jié)物含量和形成時(shí)間的系統(tǒng)分析，建立了川西坳陷中侏羅統(tǒng)砂巖儲集層成巖演化序列（圖4）。

2.4 儲集層致密化過程

對于儲集層致密化時(shí)間的研究，主要依據(jù)儲集層孔隙度的演化過程來判斷[15]。依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30501—2014和中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6832—2011，儲集層在孔隙度小于10%時(shí)，為致密儲集層[16-17]。

由于儲集層巖石類型不同，所處構(gòu)造位置不同，與烴源巖的關(guān)系不同（與烴源巖是否直接接觸、是否有通源斷層溝通），經(jīng)歷的成藏事件的類型、強(qiáng)度有差異，從而不同類型儲集層具有不同的孔隙演化過程，儲集層致密化時(shí)間也不盡一致。采用文獻(xiàn)［7］的研究方法，在成巖作用差異分析基礎(chǔ)上，對不同類型儲集層的孔隙演化進(jìn)行分析。

由圖5的孔隙演化反映出，遠(yuǎn)物源富長石類儲集層沉積時(shí)的初始孔隙度為39.9%，自沉積埋藏開始到燕山運(yùn)動(dòng)晚期中段，儲集層處于早成巖階段，由壓實(shí)作用造成了約31.0%的初始孔隙度損失，此時(shí)部分儲集層發(fā)育早期綠泥石環(huán)邊，一定程度上抵抗了壓實(shí)作用，保持了孔隙，因此這些儲集層中壓實(shí)造成的孔隙度損失為27.0%左右；同時(shí)，此階段還發(fā)生了早期碳酸鹽礦物膠結(jié)作用，損失了3.0%的孔隙度，因此，到早成巖階段末，孔隙度已經(jīng)減至10.0%左右，儲集層已基本致密，致密化大概發(fā)生于早白堊世中—晚期。此后，受到壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的影響，孔隙持續(xù)減少，儲集層致密化程度不斷加強(qiáng)。進(jìn)入中成巖階段A期（古地溫85～140℃），一部分遠(yuǎn)物源富長石類儲集層與烴源層通過通源斷層相接，由于受到源于下部須家河組烴源有機(jī)質(zhì)成熟析出的有機(jī)酸流體的影響，易溶礦物被溶解，這種溶蝕造成孔隙度增大10.0%左右，孔隙度恢復(fù)到12.0%左右；與此同時(shí)，另一些未與通源斷層相接的儲集層，受酸性熱液影響較小，后期溶蝕作用非常弱，未對孔隙改善造成影響。當(dāng)遠(yuǎn)物源富長石類儲集層進(jìn)入中成巖階段B期后（喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期），大規(guī)模排烴終止，成巖環(huán)境整體變?yōu)槠珘A性的封閉環(huán)境，該階段得以沉淀的方解石和白云石占據(jù)了孔隙空間，使孔隙度普遍減少了約2.0%，但整體孔隙度變化不大，與通源斷層相接的儲集層至今依然保持了10.0%～12.0%的孔隙度，未與通源斷層相接的儲集層現(xiàn)今孔隙度則約為6.0%.

圖4 川西坳陷中侏羅統(tǒng)砂巖儲集層成巖演化序列與孔隙演化

近物源富巖屑類儲集層初始孔隙度為39.6%，前期經(jīng)歷了壓實(shí)作用和早期強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，其中，壓實(shí)作用降低的孔隙度可達(dá)27.4%，膠結(jié)作用破壞的孔隙度可達(dá)10.0%，因此孔隙度降低迅速，在晚侏羅世末期，儲集層孔隙度就已減至10.0%左右，儲集層已致密。其后，雖受到一定破裂作用，但儲集層儲集性能并未得到改善。

3 儲集層致密化與天然氣成藏耦合配置

3.1 天然氣充注時(shí)間與期次

利用與成藏有關(guān)的包裹體產(chǎn)狀、均一溫度，結(jié)合盆地的古地溫史和儲集層埋藏史，確定包裹體形成的時(shí)間，從而確定油氣充注時(shí)間。研究區(qū)不同類型儲集層的油氣充注時(shí)間和期次略有差異。

遠(yuǎn)物源富長石類儲集層中，與烴類包裹體共生的鹽水包裹體具有多種產(chǎn)狀，既有賦存于石英顆粒微裂縫中，又有賦存于石英加大邊中，還有在方解石膠結(jié)物中的。800余個(gè)包裹體均一溫度分析數(shù)據(jù)表明，無論何種產(chǎn)狀，其均一溫度主峰均位于100～140℃，結(jié)合古地溫史和埋藏史，其對應(yīng)埋深為2 000～3 000 m，相應(yīng)的主成藏時(shí)間為130×106—80×106a，即早白堊世早期—晚白堊世晚期，此時(shí)排烴進(jìn)入高峰期，為該類油氣主成藏期。

近物源富巖屑類儲集層中，與烴類包裹體共生的鹽水包裹體主要賦存于石英顆粒微裂縫中。通過對130余塊樣品的分析統(tǒng)計(jì)，包裹體均一溫度主峰位于110～150℃，表現(xiàn)為多期充注，結(jié)合古地溫史和埋藏史，其對應(yīng)埋深為2 500～3 200 m，相應(yīng)的主成藏時(shí)間為120×106～55×106a，即早白堊世中期—古近紀(jì)早期，排烴進(jìn)入高峰期，為該類儲集層油氣主成藏期。

圖5 川西坳陷中侏羅統(tǒng)砂巖儲集層致密化—成藏耦合配置關(guān)系

3.2 地球化學(xué)特征

研究表明，流體與巖石相互作用（水巖反應(yīng)）后的流體化學(xué)特征、自生礦物碳氧同位素組成、流體包裹體特征等，均反映出伴隨油氣充注的酸性流體的影響[9，18]。川西坳陷中侏羅統(tǒng)儲集層地層水化學(xué)特征、自生方解石碳氧同位素組成等的差異，反映出不同層位、不同類型的儲集層孔隙空間受到的影響和油氣充注的差異。

（1）地層水化學(xué)特征 遠(yuǎn)物源富長石類儲集層縱向上表現(xiàn)出明顯不同的地層水化學(xué)特征。其中，沙溪廟組上部儲集層地層水具有中等礦化度，低—較低的Na/K值和Ca2+含量，表現(xiàn)出原始地層水的特點(diǎn)；沙溪廟組下部儲集層地層水則具有低—高礦化度、高Na/K值、高Ca2+含量和低HSO42-含量的特征。反映出自下而上，來自下部須家河組酸性流體的影響逐漸減弱，儲集空間類型由粒間溶孔為主變?yōu)槭Ｓ嗔ｉg孔為主。

（2）自生方解石碳氧同位素特征 川西坳陷遠(yuǎn)物源富長石類儲集層中，自生方解石的碳氧同位素組成在縱向上呈現(xiàn)一定規(guī)律性的變化（表2）。沙溪廟組下部樣品的 δ13C 為-15.330‰～-2.600‰，δ18O為-18.500‰～-8.760‰；沙溪廟組上部樣品的δ13C為-11.370‰～-1.300‰，δ18O為-18.300‰～-1.690‰，總體表現(xiàn)出由下至上逐漸變重的趨勢，沙溪廟組下部受到來自下伏須家河組包含有機(jī)成因CO2的高溫酸性流體的影響更大。同時(shí)，根據(jù)碳氧同位素與距斷層距離的關(guān)系可以看出，沙溪廟組下部δ13C小于-6.000‰，δ18O小于-10.000‰的樣品多分布在距離斷層5～15 km的范圍內(nèi)，沙溪廟組上部碳氧同位素較輕的樣品則主要分布在距離斷層5 km的范圍內(nèi)，反映自下而上來自須家河組高溫酸性流體的影響強(qiáng)度及范圍逐漸減小。自生方解石碳氧同位素的變化特征同樣與溶蝕孔隙發(fā)育的特點(diǎn)吻合。

平面上，近物源富巖屑類儲集層自生方解石碳氧同位素組成較遠(yuǎn)物源富長石類儲集層碳氧同位素更重，反映出富長石類儲集層受到來自下伏須五段和須四段包含有機(jī)成因CO2的高溫酸性流體的影響更大。

（3）包裹體均一溫度與鹽度關(guān)系 川西坳陷中侏羅統(tǒng)儲集層中含烴鹽水包裹體的均一溫度和鹽度分布范圍較廣，不同地區(qū)不同類型儲集層表現(xiàn)出不同的均一溫度與鹽度關(guān)系。

遠(yuǎn)物源富長石類儲集層中，鹽水包裹體鹽度與均一溫度沒有明顯的相關(guān)性，其中可見較多鹽度較低（小于10%）但均一溫度較高（大于120℃）的樣品和鹽度高、均一溫度異常高（超過成巖最高溫度）的樣品，反映樣品受到深部熱液上侵的影響。

表2 川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組自生方解石碳氧同位素值

近物源富巖屑類儲集層中，鹽水包裹體鹽度與均一溫度呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即均一溫度高的鹽度低，均一溫度低的鹽度反而較高，反映其受沿早期活動(dòng)斷層上涌的成巖早期須五段高溫低鹽度酸性流體的影響較大。

3.3 儲集層致密化與天然氣成藏耦合配置關(guān)系

綜合川西坳陷中侏羅統(tǒng)氣藏天然氣成藏期次、儲集層成巖作用分析，結(jié)合生排烴史和埋藏史，建立儲集層致密化與天然氣成藏的耦合配置關(guān)系。不同類型的儲集層致密化與成藏耦合關(guān)系具有一定差異。

對于遠(yuǎn)物源富長石類儲集層而言，由前述儲集層致密化的研究反映，致密化時(shí)間大概在早白堊世晚期，而其主要成藏期在白堊紀(jì)，油氣的充注一直伴隨著儲集層的致密化進(jìn)程，儲集層致密化之后的晚期強(qiáng)烈溶蝕，更是造成現(xiàn)今儲集層品質(zhì)好、含油氣豐度高的根本。因此，儲集層成巖與天然氣成藏耦合關(guān)系相對較好，儲集層成巖與天然氣成藏整體同時(shí)進(jìn)行（圖5a）。此類儲集層成巖與成藏配置可劃分為3個(gè)階段：①中侏羅世—早白堊世早期，儲集層埋深小于3 km，在沉積埋藏過程中遭受強(qiáng)烈壓實(shí)和早期方解石膠結(jié)等作用，孔隙度迅速降低，此時(shí)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度也較低，烴類尚未大量形成；②早白堊世早期—晚白堊世晚期，儲集層埋藏深度進(jìn)一步加大，孔隙度繼續(xù)降低，并最終致密，但綠泥石襯墊的形成，一定程度上減緩了孔隙減少，此時(shí)烴源巖中有機(jī)質(zhì)開始進(jìn)入成熟—高成熟階段，生成的低熟—成熟氣、輕質(zhì)油和酸性熱液沿?cái)鄬舆M(jìn)入儲集層，酸性熱液對致密儲集層中長石等成分強(qiáng)烈溶蝕，使得儲集層致密化程度得以有效緩解，因而油氣大量充注并聚集成藏，這個(gè)時(shí)期成儲成巖同時(shí)進(jìn)行；③晚白堊世晚期之后，烴源巖大規(guī)模排烴終止，儲集層中基本無酸性熱液進(jìn)入，成巖環(huán)境變?yōu)槠珘A性的封閉環(huán)境，方解石和白云石等碳酸鹽膠結(jié)物得以沉淀，儲集層孔隙度進(jìn)一步降低，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期的構(gòu)造抬升促使儲集層形成一定程度微裂縫，前期氣藏得到一定程度的調(diào)整。

近物源富巖屑類儲集層致密化時(shí)間大概在晚侏羅世末，而其主要成藏期在早白堊世中期—古近紀(jì)早期。此類儲集層成巖與成藏配置主要?jiǎng)澐譃?個(gè)階段：①中侏羅世—晚侏羅世末期，儲集層在沉積埋藏過程中遭受強(qiáng)烈壓實(shí)和早期方解石膠結(jié)等作用，孔隙度迅速降低，至該階段末，孔隙度已降至10%，致密砂巖儲集層基本形成，此時(shí)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度較低，烴類尚未大量形成；②晚侏羅世末期以后，儲集層繼續(xù)深埋，儲集層致密化程度加深，此時(shí)烴源巖進(jìn)入成熟階段，天然氣充注主要是在儲集層致密化之后進(jìn)行的，因此此類儲集層成巖與天然氣成藏的關(guān)系整體表現(xiàn)為先致密后成藏（圖5b）。

4 結(jié)論

（1）儲集層致密化主要受控于儲集層類型。遠(yuǎn)物源三角洲平原+前緣亞相富長石類砂巖儲集層，儲集空間以剩余粒間孔和粒間溶孔為主，主要經(jīng)歷壓實(shí)作用、膠結(jié)作用，發(fā)育早期綠泥石環(huán)邊和溶蝕作用，致密化大概發(fā)生于早白堊世晚期；近物源沖積扇+河流相富巖屑類砂巖儲集層巖石類型主要為巖屑砂巖，成分成熟度較低，儲集空間類型以剩余粒間孔為主，經(jīng)歷了壓實(shí)作用和強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，致密化時(shí)間約為晚侏羅世末期。

（2）不同類型、不同層位儲集層地層水化學(xué)特征、自生方解石碳氧同位素組成等地球化學(xué)指標(biāo)存在差異，遠(yuǎn)物源富長石類儲集層受到酸性熱液影響相對較強(qiáng)，次生孔隙相對較發(fā)育，油氣充注度更高；同一類型儲集層自下而上，受到下部須家河組酸性熱液的影響逐漸減弱，下部溶蝕孔隙更為發(fā)育。

（3）遠(yuǎn)物源富長石類儲集層主要成藏期在早白堊世早期—晚白堊世晚期，天然氣的充注與儲集層致密化的過程匹配，成巖與成藏耦合關(guān)系好，整體表現(xiàn)為成儲成藏同時(shí)進(jìn)行；近物源富巖屑類儲集層主要成藏期在早白堊世中期—古近紀(jì)早期，天然氣充注主要是在儲集層致密化之后，儲集層致密化與天然氣成藏的關(guān)系整體表現(xiàn)為先致密后成藏。