天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 2: 322 - 334

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.05.018

天然气地质学

湖相混积砂岩成岩—孔隙演化及致密油意义——以川中龙岗地区侏罗系大安寨段为例

  • 曹娟 , 1 ,
  • 刘小洪 , 1 ,
  • 冯明友 1 ,
  • 张本健 2 ,
  • 张超 1 ,
  • 石新 3 ,
  • 王兴志 1 ,
  • 祝海华 1
展开
  • 1. 西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500
  • 2. 中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，四川 成都 610041
  • 3. 中国石油集团川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院，四川 成都 610051
刘小洪（1980-），女，四川新都人，博士，副教授，主要从事储层成岩作用研究.E-mail：.

曹娟（2001-），女，甘肃会宁人，硕士研究生，主要从事储层成岩作用研究.E-mail：.

收稿日期: 2024-03-29

  修回日期: 2024-05-31

  网络出版日期: 2024-08-22

收起

Diagenesis pore evolution and tight oil significance of lacustrine mixed sandstone： A case study of the Jurassic Da′anzhai section in Longgang area， central Sichuan

  • Juan CAO , 1 ,
  • Xiaohong LIU , 1 ,
  • Mingyou FENG 1 ,
  • Benjian ZHANG 2 ,
  • Chao ZHANG 1 ,
  • Xin SHI 3 ,
  • Xingzhi WANG 1 ,
  • Haihua ZHU 1
Expand
  • 1. School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
  • 2. Research Institute of Exploration and Development，Southwest Oil & Gasfield Company，Chengdu 610041，China
  • 3. CCDC Geological Exploration and Development Research Institute，Chengdu 610051，China

Received date: 2024-03-29

  Revised date: 2024-05-31

  Online published: 2024-08-22

Supported by

The National Science and Technology Major Project(2017ZX05001-001)

the Science and Technology Cooperation Project of the CNPC-SWPU Innovation Alliance(2020CX 050103)

Fold

摘要

湖相混积砂岩多具层薄、细粒、强胶结及互层明显等特征。川中地区侏罗系自流井组大安寨段中上部发育混积砂岩，其储集空间发育程度及勘探潜力尚不明确。为厘清混积砂岩成岩演化及储层改造效应，综合岩石学及元素地球化学等分析测试开展系统研究。结果表明，龙岗地区大安寨段混积砂岩历经早成岩阶段及中成岩阶段的复杂成岩作用改造。其中，主要建设性成岩作用为中成岩阶段早期的酸性流体溶蚀作用及早成岩阶段晚期生排烃伴生的破裂作用；破坏性成岩作用为压实/压溶作用及各成岩阶段形成的黏土矿物、石英、白云石、与油气生成伴生的CO2大量富集相关所致的方解石等胶结物的胶结作用。川中侏罗系大安寨段混积砂岩总体较致密，未完全充填的裂缝、铁方解石微溶孔及高岭石晶间孔隙相对较发育，可作为一定的储集空间。研究结果可为致密油勘探中有利层段的优选提供支撑。

关键词： 侏罗系; 大安寨段; 混积砂岩; 成岩作用; 孔隙演化; 酸性流体

本文引用格式

曹娟 , 刘小洪 , 冯明友 , 张本健 , 张超 , 石新 , 王兴志 , 祝海华 . 湖相混积砂岩成岩—孔隙演化及致密油意义——以川中龙岗地区侏罗系大安寨段为例[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(2) : 322 -334 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.05.018

Abstract

Mixed sandstones in lacustrine are characterized as thin layer， fine grain size， intense cementation and interlayer， these are found in the upper part of the Da'anzhai section of the Jurassic Ziliujing Formation in the Longgang area of the central Sichuan Basin. However， the degree of reservoir space development and exploration potential of these sandstones is unclear. To clarify the diagenesis and reservoir modification， a comprehensive study was conducted using petrology and geochemistry. The results indicate that the Da'anzhai mixed sandstones in central Sichuan Basin underwent modification during the early and middle stages of diagenesis. Constructive diagenesis is mainly caused by the three stages of acid fluid promotion of pore/fracture formation， organic acid dissolution of clay mineral impurities to form granular quartz， and fracturing caused by overpressure of fluid associated with hydrocarbon generation and expulsion， and recrystallization. Destructive diagenesis involves physical/chemical compaction and the filling of pores/fractures with cementitious materials such as clay minerals， quartz enlarged edges， dolomite， and calcite associated with the enrichment of CO2 in various diagenetic stages. Although the Da’anzhai mixed sandstone in central Sichuan Basin is generally dense， the incomplete filling of fractures， dissolution of micro-pores， and intercrystalline pores contribute to the relative porous reservoirs. This research can provide support for the optimization of favorable intervals in tight oil exploration.

Key words： Jurassic; Da’anzhai section; Mixed sandstone; Diagenesis; Pore evolution; Acid fluid

0 引言

自MOUNT ［1］首次提出“混积岩”概念以来，已逐步引起地质学者的广泛关注。杨朝青等［2］认为混积岩是指由陆源碎屑与碳酸盐组分经混合沉积作用而形成的岩石；广义上讲，混积岩还包括由陆源碎屑与碳酸盐组分在空间（垂向/平面）上构成交替互层或夹层的混合［3-4］。全球多个盆地的混积岩研究主要围绕其岩性分类、沉积环境、混合沉积成因、沉积模式、混合沉积微相及成岩演化等方面开展研究，并指出混积岩的形成受构造、海平面、气候、碳酸盐岩原地生产率、地貌及陆源沉积物供给变化等动态作用过程控制［5-10］。COFFEY等［11］深入分析美国Albemarle盆地混积岩记录后建立了混积相模式，并指出了利于油气勘探的沉积层序；冯进来等［12］、代全齐等［13］针对柴达木盆地混积岩岩性、物性、成岩作用及孔隙结构特征进行了详细研究，并总结出“岩性为基础、裂缝是条件、溶蚀是关键”的储层成因机制；王越等［14］、王剑等［15］通过对准噶尔盆地和吐哈盆地混积岩有利相带的预测，从混积岩成因及发育特征方面明确了优质储层；丁一等［16］基于四川盆地混积岩岩性、混合方式等划分出有利储集岩，认为混积岩可作为一个特殊的油气勘探方向。总体看来，学者们针对混积岩的沉积动力学及沉积相方面研究较为深入，但混积岩成岩—成储匹配机制等研究相对缺乏。四川盆地侏罗系大安寨段作为非常规油气勘探的重要层系［17-18］，近年来取得较大突破［19-20］。但赋存于不同岩石类型中的致密油规模差异明显，其分布状态及富集程度复杂，受岩性、生烃品质、含油性、裂缝及地层压力等因素复合控制［21］，且致密油储层成岩演化与成藏运移路径等关键科学问题尚待解决［22-24］。随着致密油气研究的不断深入，超微观岩石学、岩石地球化学、同位素地球化学等方法的系统应用，可有效剖析致密油储层中细粒沉积物的形成环境及分布等问题［25-27］；岩石学—矿物学与无机—有机地球化学等多学科协同研究，为深入探讨非常规油气的致密化及运聚—成藏机理提供了可能［28-30］。
四川盆地侏罗系自流井组大安寨段湖相高能滩的厚层—块状介壳灰岩相对致密，目前研究多聚焦于介壳灰岩与泥页岩互层段。邻近烃源岩的低能介壳滩和介壳滩缘等混积相的粉砂—泥质介壳灰岩和含介壳泥页岩微裂隙相对发育，可能为一类潜在储集体［16］。相对低能的水动力环境下形成的砂岩泥质（黏土矿物）含量高，黏土矿物在分异过程中可以产生一定数量的溶蚀孔隙及晶间孔隙，使砂岩储集性能得到改善［31］；然而川中侏罗系大安寨段混积砂岩段储集性能及勘探潜力目前尚不明晰，该特殊储集岩类历经的成岩作用事件及响应亟待明确。本文以川中龙岗地区侏罗系大安寨段中部及中上部混积砂岩段为研究对象，在岩心观察基础上，结合室内薄片鉴定、扫描电镜观察等分析测试手段，明确混积砂岩段岩石学特征及成岩作用特征，探讨成岩—孔隙演化与油气关系，为下一步致密油气勘探开发提供理论依据。

1 地质概况

川中地区位于四川盆地中部，包括合川—广安—仪陇—射洪—遂宁一带，构造上属川中低平构造带（图1），研究区内构造相对稳定。川中地区侏罗系自流井组大安寨段为一套介壳灰岩和泥页岩发育的湖相沉积体系，经历完整的湖进—湖退旋回，自下而上一般分为大三亚段、大二亚段、大一亚段共3个岩性段：大三亚段主要为泥质含量不等的介壳灰岩；大二亚段主要为泥页岩与介壳灰岩互层，介壳灰岩中泥质含量较高；大一亚段岩性变化较大，主要以介壳灰岩为主，夹暗色泥岩、页岩及粉砂岩，上部可见灰白色至紫红色的泥岩，于仪陇、西充等地区出现砂质混积沉积物［32］。从平面分布来看，大一亚段的相带自西向东呈滨—浅湖、浅湖、浅湖—半深湖亚相展布，可进一步划分出低能介壳滩、高能介壳滩、砂质浅滩、滩间洼地及半深湖泥与其他沉积微相混合沉积等5个微相［33］，其中砂质沉积为主的砂质浅滩微相主要分布于湖盆最外围的滨浅湖亚相［34］。
图1 研究区构造位置图（a）及地层综合柱状图（b）（据文献［33］修改）

Fig.1 Structural location（a） and comprehensive stratigraphic column chart of the study area（b）（modified from Ref. ［33］）

龙岗地区的浅滩相砂质沉积主要出现在Y3井大一亚段，以及西充Ra1井大二亚段及大一亚段，在Lq2、La1、Pc1等井亦可见。其中，Y3井在大一亚段日产气量为0.9×104 m3/d。浅湖相高能介壳滩微相、低能介壳滩微相、滩间洼地微相以及滨浅湖砂质浅滩微相在Y3井大一亚段交替出现，岩性上多表现为介壳灰岩、泥质介壳灰岩、含介壳泥页岩、泥质粉砂岩及粉砂岩、细砂岩等，指示其沉积水体已由深水向浅水过渡，且湖盆环境已由清水湖盆逐渐向浑水湖盆变化。

2 样品及分析

样品主要采自于川中地区大一亚段及大二亚段上部，该层段岩性主要为湖相灰黑色页岩与灰色介壳灰岩互层，同时发育多套灰色—深灰色砂质浅滩相细—粉砂岩。首先，选取混积细—粉砂岩层分别磨制成配套普通薄片、铸体薄片及扫描电镜观察岩样。为落实沉积—成岩过程中不同类型碳酸盐胶结物特征，利用铁氰化钾+茜素红-S的混合试剂对普通薄片进行染色。此外，利用环境扫描电镜完成样品孔隙结构及胶结物（尤其是黏土矿物）形貌观察，实验仪器型号为Quanta650 FEG。物性分析由非常规孔渗分析仪完成，仪器型号为Temco CMS-300。以上分析测试工作均在西南石油大学油气地质与勘探实验教学中心完成。

3 结果

3.1　岩石学特征

岩心观察结果显示，研究区内大一亚段、大二亚段上部湖相混积砂岩段以薄层深灰色含介壳钙质泥页岩、砂质介壳灰岩和灰色细—粉砂岩互层为主，次为泥质粉砂岩，偶见细砂岩；细—粉砂岩中可见反粒序层理、沙纹层理等［图2（a）—图2（c）］，见同生变形构造及生物扰动等［图2（d）—图2（e）］，少量完整介壳化石可见。结合测井曲线的漏斗形或指形特征表明，混积砂岩为陆源碎屑供应相对较充足条件下形成，水动力条件中等—弱，属滨浅湖亚相砂质浅滩微相沉积［34］。岩石中水平裂缝、斜交裂缝普遍发育，多被白色方解石充填［图2（d）］；同时可见大小不一、形态不规则的溶蚀孔洞（部分可达2 cm×4 cm），孔洞被方解石、沥青等充填—半充填［图2（e）—图2（f）］。
图2 川中龙岗地区大安寨段混积砂岩宏观特征

（a）灰色钙质粉—细砂岩，Ra1井，2 428.73 m；（b）灰白色粉砂岩，La1井，3 488.42 m；（c）灰色钙质细砂岩，反粒序层理，见高岭石及方解石脉，Lq2井，2 083.26 m；（d）灰色粉砂岩，发育同生变形构造，纹层近乎直立，见同生泥质充填，指示滑塌成因，见方解石充填水平裂缝、斜交裂缝及溶蚀孔洞，Y3井，3 863.45 m；（e）灰色灰质粉—细砂岩，见少量介壳，生物扰动明显，发育垂直裂缝，Y3井，3 864.34 m；（f）灰质粉砂岩，溶蚀缝洞中充填方解石及沥青，Y3井，3 864.34 m

Fig.2 Macrophotos of Da’anzhai mixed sandstone in the Longgang area of central Sichuan

显微观察结果显示，混积砂岩段生物碎屑含量由5%~50%之间，主要为双壳类及少量腹足类。统计结果表明，研究区内混积砂岩组分中陆源碎屑、黏土矿物及碳酸盐矿物含量变化不大，主要分布在靠近陆源碎屑一端［图3（a）］。
图3 川中大安寨段混积砂岩组分含量三角图（（a），蓝色数据点引自文献［16］）和统计直方图（b）

Fig.3 Triangle diagram of component content of mixed sandstone in the Da'anzhai section of central Sichuan （（a），blue data points quoted from Ref.［16］） and statistical histogram （b）

其中，陆源碎屑成分含量在70%~76%之间，主要为石英及燧石，局部层段见较多长石、岩屑及云母［图3（b），图4］；石英常见波状消光，长石主要为酸性斜长石，发育明显聚片双晶［图4（a）—图4（b）］；岩屑主要为石英岩、千枚岩等变质岩岩屑以及泥岩、粉砂岩等沉积岩岩屑［图4（a）—图4（c）］。填隙物成分主要为黏土杂基及方解石、铁方解石等碳酸盐胶结物［图4（d）—图4（f）］，黏土矿物杂基含量在10%~12%之间，碳酸盐矿物含量在8%~20%之间［图3（b）］。
图4 川中龙岗地区侏罗系大安寨段混积砂岩显微特征

（a）粉—细砂岩，长石发育聚片双晶，千枚岩、石英岩等变质岩岩屑含量高，方解石胶结，正交偏光，Lq2井，2 083.26 m；（b）粉—细砂岩，部分石英波状消光，岩屑类型多样，正交偏光，Lq2井，2 083.26 m；（c）粉砂岩，云母及岩屑定向排列明显，正交偏光，La1井，3 477.92 m；（d）细砂岩，石英加大边、含铁方解石、白云石及铁方解石胶结，单偏光，Y3井，3 858.19 m；（e）砂质介壳灰岩，介壳边缘局部溶蚀，发育少量含铁方解石，裂缝及孔隙中充填铁方解石，单偏光，Y3井，3 849 m；（f）粉—细砂岩，水平裂缝切穿含铁方解石，被铁方解石填充，单偏光，Y3井，3 858.19 m；（g）裂缝中充填团块状高岭石及铁方解石，单偏光，Y3井，3 864.34 m；（h）细砂岩，绿泥石、伊利石等黏土矿物以及铁方解石充填粒间孔隙，裂缝被高岭石及铁方解石半充填，单偏光，Lq2井，2 083.26 m；（i）裂缝中团块状高岭石边缘发育自形石英，后被铁方解石充填，单偏光，Y3井，3 864.34 m

Fig.4 Microscopic characteristics of mixed sandstone in the Da'anzhai section of the Jurassic in the Longgang area of central Sichuan

碎屑颗粒粒径在0.05~0.25 mm之间，分选中等—较好，磨圆呈次棱—次圆状；颗粒支撑；颗粒间线接触为主，部分层段因碳酸盐矿物含量较高，呈点—线接触，孔隙式胶结为主（图4）。

3.2　成岩作用特征

宏观及微观观察表明，研究区大安寨段混积砂岩经历的破坏性成岩作用包括压实作用、压溶作用及胶结作用，建设性成岩作用包括重结晶作用、溶蚀作用及破裂作用。

3.2.1　破坏性成岩作用

压实作用在研究区混积砂岩中主要表现在碎屑颗粒间的接触方式由点接触变为线接触，云母及塑性岩屑的定向排列、部分塑性颗粒的变形等［图4（a）—图4（c）］；压溶作用主要表现为部分石英颗粒石英次生加大边的发育［图4（d）］及钙质介壳间的缝合线接触［图4（e）］。
胶结作用以硅质胶结、黏土矿物胶结及碳酸盐矿物胶结为主，它们部分或全部占据各类孔隙空间，使砂岩物性明显降低。其中，硅质胶结主要表现为沿碎屑石英边缘产出的石英次生加大边［图4（d）—图4（f）］和充填溶蚀孔洞的自生石英［图4（i）］。X射线衍射及扫描电镜分析结果显示，砂岩中的黏土矿物主要为伊利石，次为伊/蒙混层、高岭石及绿泥石，相对含量分别为48.0%、14.9%、20.3%及16.8%，伊/蒙间层比为15%。黏土矿物主要呈褐色，以显微鳞片状集合体充填粒间孔隙形式产出［图4（d）—图4（f）］。孔洞及裂缝中见特殊呈不规则团块状和脉状产出的自生高岭石，常与自形粒状石英共生并被铁方解石包裹，因杂质略显褐色［图4（g）—图4（i）］。
此外，碳酸盐胶结物主要包括方解石、含铁方解石、铁方解石及白云石，经混合液染色分别呈粉红色、紫红色、蓝色及不染色［图4（d）—图4（i）］。白云石主要呈自形—半自形粒状交代碎屑颗粒及基质［图4（d）］。方解石为生物介壳的主要成分，局部（边缘）经溶蚀—再沉淀后可形成含铁方解石，并进一步被铁方解石充填的裂缝切穿［图4（e）—图4（f）］。铁方解石在粒间孔隙、溶蚀孔洞和裂缝中均有充填，经混合液染色后呈明显的蓝色。根据铁方解石产状及矿物共生组合关系，可将其明显分为3个不同世代：
（1）充填水平裂缝的铁方解石（Ⅰ期）。水平缝贯穿砂岩或在砂岩中逐渐尖灭，缝间可见砂岩透镜体或碎块，铁方解石垂直于裂缝壁呈纤维状生长，局部可见拉长状石英与之交替生长［图5（a）—图5（c）］。该类型铁方解石脉与砂岩基岩之间接触关系截然，呈较明显的凹凸接触，并被晚期裂缝切割。表明其形成时间较早，形成后发生了一定程度的压溶及重结晶作用［图5（a）—图5（c）］。
图5 龙岗地区大安寨段混积砂岩中裂缝及孔隙显微特征

（a）粉砂岩中水平缝将砂岩分割为透镜体状，被铁方解石充填，单偏光，Pc1井，3 172.80 m；（b）粉砂岩水平缝中充填纤维状方解石，纤维状方解石脉与围岩呈凹凸接触，被晚期裂缝切割，正交偏光，Y3井，3 862.50 m；（c）粉砂岩，拉长状石英与铁方解石共同充填裂缝，正交偏光，Y3井，3 862.50 m；（d）钙质粉砂岩中发育两期水平裂缝，早期裂缝被铁方解石充填、晚期未被充填，砂岩中水平虫孔遭受强烈溶蚀，仅保留微晶粒状石英，后被铁方解石充填，单偏光，Y3井，3 860.90 m；（e）铁方解石包裹高岭石充填溶蚀孔洞，见残余孔，内部发育溶蚀孔，单偏光，Y3井，3 864.34 m；（f）混积泥质粉砂岩，介壳较完整，发育切穿介壳的微裂缝及溶蚀孔/缝，单偏光，La1井，3 517.67 m

Fig.5 Microscopic characteristics of cracks and pores in mixed sandstone of Da'anzhai section in Longgang area

（2）充填较大溶蚀洞/缝的铁方解石（Ⅱ期）。该铁方解石主要充填于明显溶蚀扩大的裂缝及孔隙中［图5（d）］，常包裹团块状自生高岭石、自生石英或微晶石英生长，与围岩呈港湾状接触［图4（g）—图4（i）］；未被完全充填时其内部孔隙较发育［图5（e）］；在扫描电镜下呈良好的菱形自形晶，与自生高岭石、石英共同被沥青包裹［图6（a）—图6（c）］，形成于强烈溶蚀作用且与油气充注时间一致。
图6 背散场发射扫描电镜下孔隙及黏土矿物特征

（a）溶蚀缝洞中充填的高岭石被沥青浸染，Y3井，3 863.45 m；（b）裂缝中填充方解石，未全填充残余孔，Y3井，3 863.45 m；（c）溶蚀缝洞中充填铁方解石、石英及高岭石，并被后期沥青浸染，Y3井，3 863.45 m；（d）粒间充填伊利石，溶蚀孔中充填少量高岭石，Y3井，3 863.45 m；（e）粒间充填伊利石及高岭石，Lq2井，2 083.26 m；（f）裂缝中充填铁方解石且发育微溶孔，Y3井，3 864.34 m

Fig.6 Pore and clay mineral characteristics under backscattered field emission scanning electron microscopy

（3）充填砂岩、砂质介壳灰岩粒间孔隙及晚期裂缝的铁方解石（Ⅲ期）。该铁方解石可交代早期形成的石英加大边、方解石及白云石等［图4（d）—图4（f）］，为成岩最晚期阶段的产物。

3.2.2　建设性成岩作用

研究区混积砂岩中的重结晶作用主要表现为钙质介壳的重结晶作用，以及粒间泥晶方解石向亮晶方解石的转化［图4（a）—图4（c）］ 。重结晶作用在介壳粒内及碎屑颗粒粒间形成少量晶间孔隙，在一定程度上有利于砂岩物性的改善。
破裂作用主要表现为部分砂岩的破碎及裂缝的形成。破裂作用在研究区混积砂岩中主要形成3期裂缝（图5）：早期裂缝（水平缝—Ⅰ期）多呈细脉状分布，并将砂岩分割为大小不一的透镜状或不规则块状，但多被铁方解石后期充填，或经溶蚀扩大后形成的扩溶缝（Ⅱ期）被自生高岭石、石英及铁方解石充填；晚期裂缝（Ⅲ期）主要表现为未经明显充填的微裂缝，裂缝可平行于层面或切穿介壳、陆源碎屑及填隙物［图5（d）—图5（f）］。晚期裂缝及部分未被完全充填的早期裂缝一定程度上提高了砂岩储集性能。
根据铸体薄片并结合扫描电镜观察，研究区混积砂岩发育3期溶蚀作用：①第一期溶蚀作用（I期）主要表现为沿介壳边缘及部分碎屑颗粒边缘的溶蚀［图4（d）—图4（f）］；②第二期溶蚀作用（II期）主要表现为沿砂岩中结构相对较疏松的虫孔内部［图5（d）］及不规则裂缝壁的溶蚀［图4（g）—图4（i），图5（d）］；③第三期溶蚀作用（III期）主要表现为铁方解石在酸性流体作用下的溶蚀，形成铁方解石粒内微溶孔［图5（e）］。其中，第一、二期溶蚀作用规模相对较大，形成较多不规则溶蚀孔、洞、缝，但普遍被含铁方解石、铁方解石等矿物充填，在未被完全充填前提下能够较好地改善砂岩物性。第三期溶蚀作用规模相对较小，对砂岩物性改善不明显。

3.3　孔隙及物性特征

研究区大安寨段混积砂岩孔隙不发育，面孔率多小于0.5%，孔隙类型以残余孔、晶间孔、填隙物微溶孔及微裂缝为主。残余孔主要为高岭石、石英、铁方解石充填溶蚀洞缝后的残余孔，该类孔隙较大，直径最大可超过1 cm，但仅在局部层段发育［图5（e），图6（a）—图6（c）］；晶间孔主要为高岭石、伊利石等黏土矿物晶间孔，在砂岩中发育普遍，直径普遍小于10 μm［图6（c）—图6（e）］；填隙物微溶孔主要为铁方解石胶结物粒内微溶孔，直径普遍小于5 μm［图5（e），图6（f）］；微裂缝主要为切穿碎屑颗粒及填隙物、未被充填的微裂缝，缝宽普遍小于5 μm［图5（f）］。
研究区内46块岩心样品的物性结果统计表明，大安寨段混积砂岩平均孔隙度为1.04%，主要分布在小于1.0%及1.0%~3.0%这2个区间［图7（a）］；平均渗透率为1.30×10-3 μm2（筛除裂缝样品后平均渗透率为0.04×10-3 μm2），普遍小于0.1×10-3 μm2［图7（b）］。孔隙度、渗透率不具明显线性关系［图7（c）］。按纪友亮［35］的储层物性分类标准，该混积砂岩属超致密储层。
图7 川中龙岗地区侏罗系大安寨段混积砂岩物性直方图

（a）孔隙度分布直方图；（b）渗透率分布直方图；（c）孔隙度—渗透率交会图

Fig.7 Histogram of physical properties of mixed sandstone in the Jurassic Da’anzhai section of Longgang area in central Sichuan

4 讨论

4.1　生排烃与成岩作用

研究区内大安寨段混积砂岩胶结作用及裂缝充填明显。其中，裂缝中的高岭石在阴极发光下不发光，与典型沉积型高岭石的无光泽、雾状蓝色光及自生高岭石的靛蓝色光明显不同［36-37］。结合显微镜下砂岩中长石含量少、部分砂岩填隙物组分与高岭石团块间具有相互过渡及渐变关系、缝洞边缘明显见黏土杂基溶蚀残余等现象［图6（c）］，加之其成分中含有少量Ca、Fe元素，表明研究区高岭石团块不是长石溶蚀—再沉淀产物，而是由经历了蒙脱石向伊利石转化的黏土杂基在酸性流体作用下蚀变而成，其形成时成岩阶段较晚，与大规模油气充注时期一致。高岭石主要存在于开阔孔隙及裂缝中，指示其主要形成于较畅通的地层水环境，砂岩中的黏土矿物在分异过程中去除K、Na、Ca、Mg和Fe等较活性元素，而Si、Al富集形成高岭石团块；在地层水环境畅通性特别好的条件下，Al和Si还可以进一步向异地转移形成淀晶高岭石，或者去除Al构成不纯净微晶硅化团块［31］。
除在砂岩孔/缝中见团块状高岭石、自形石英外［图3（g）—图3（i）］，还在明显遭受溶蚀的虫孔中见不纯净的微晶石英集合体［图5（d）］，在未遭受明显溶蚀的裂缝中亦可见高岭石充填［图4（h）］。以上现象表明研究区大安寨段混积砂岩曾经历了强烈的溶蚀作用，后地层水流动受限，导致高岭石原地或异地沉淀。实验研究表明，在流动完全受限时，约占裂缝体积的10%~17%充填高岭石［38］，该结论与本文薄片中观察到的团块状高岭石并非大比例充填孔隙及裂缝的现象一致。一般在早成岩阶段的早期，高岭石含量高；随埋深的加大（R O>1.0%）高岭石含量逐渐减少，而伊利石及绿泥石含量增加［39-40］。研究区裂缝中的高岭石质纯，而砂岩内部粒间孔隙中的黏土矿物则主要以伊/蒙混层、伊利石为主（图6），仅在局部地区孔隙中见少量高岭石，表明裂缝中的高岭石形成于有利于其保存的酸性水介质环境。高岭石在裂缝中被铁方解石包围，并在溶蚀孔洞中同石英、铁方解石一同被沥青浸染［图6（c）］，指示高岭石、石英、铁方解石及沥青依次沉淀，且充填大溶蚀洞/缝的铁方解石形成时间早于油气的大规模充注［图6（a）—图6（c）］。此外，铁方解石在砂质介壳灰岩中充填于介壳的构造破裂缝中，二者接触关系截然且未见溶蚀［图4（e）］，指示铁方解石的形成伴随大规模构造抬升作用；另外，铁方解石中可见一定数量的微溶孔［图6（f）］，表明其形成之后仍受到酸性流体的持续作用。
根据前述水平裂缝及其充填物特征，砂岩中水平缝形成与富有机质页岩生烃引起的流体超压引起的破裂作用有关［29-30，41］，而深埋条件下烃源岩热演化过程中形成的有机酸是储层发生溶蚀作用的主要流体介质［41］。因此，研究区大安寨段混积砂岩层段的成岩孔隙演化与富有机质页岩的热演化关系密切。

4.2　不同阶段成岩孔隙演化过程

埋藏—热演化史模拟结果表明（图8），川中地区下侏罗统在沉积早期地层沉降速率快，富有机质泥页岩在沉积不久（中侏罗世末期）即达生烃门限（R O>0.5%），而后持续生烃，并因后期地层抬升使得泥页岩成熟度稳定于2%左右。相较泥岩而言，混积砂岩夹层属高渗介质，有机酸持续在压力梯度驱动下进入砂岩［41］，并将成岩阶段始终维持在中成岩B期阶段，进而对成岩—孔隙演化造成重大影响（图9）。具体过程如下：
图8 川中龙岗地区Y3井埋藏—热演化史及成岩演化序列（埋藏史据文献［42］修改）

Fig.8 Burial thermal evolution history and diagenetic evolution sequence of Well Y3 in Longgang area of central Sichuan （burial history modified according to Ref.［42］）

图9 川中龙岗地区侏罗系大安寨段混积砂岩成岩演化模式

（a）早成岩A期，白云石交代碎屑颗粒；（b）早成岩B期，Ⅰ期裂缝，铁方解石充填原生孔隙，形成介壳构造缝；（c）中成岩A期，Ⅰ期裂缝充填铁方解石，并形成Ⅱ期裂缝，存在Ⅰ期溶蚀作用，碎屑颗粒间出现溶蚀孔，部分含铁方解石交代碎屑颗粒，部分含铁方解石充填溶蚀孔，部分介壳构造缝被铁方解石充填，石英次生加大边形成；（d）中成岩A—B期，出现Ⅱ期溶蚀作用，两期裂缝均发生边缘溶蚀，高岭石和粒状石英充填Ⅱ期裂缝，石英加大边增多，介壳构造缝全部充填；（e）中成岩B期，铁方解石围绕高岭石和石英胶结，铁方解石充填溶蚀孔及Ⅱ期溶蚀裂缝；（f）中成岩B期，沥青充填裂缝，Ⅲ期溶蚀作用，出现少量溶蚀孔

Fig.9 Diagenetic evolution model of mixed sandstone in the Jurassic Da'anzhai section of Longgang area in central Sichuan

早成岩A期（R O<0.35%），与介壳生物、泥质混合堆积的砂质沉积物迅速进入埋藏阶段，压实作用造成颗粒间的紧密接触，孔隙度急剧降低；随着埋藏深度及温度的增加，钙质介壳发生重结晶，自形白云石交代碎屑颗粒；黏土矿物向混层黏土发生转化；早成岩B期（0.35%≤R O<0.5%），邻近烃源岩中的有机质进入排烃阶段，在有机质生烃引起的流体超压下岩石发生破裂形成水平裂缝，纤维状铁方解石垂直于裂缝壁生长；中成岩A期阶段（0.5%≤R O<1.3%），随着温度的升高，石英次生加大边开始生成，早期方解石进一步转化为含铁方解石，孔隙度进一步降低；有机质大量生烃，岩石破裂形成水平破裂缝，铁方解石脉边缘发生压溶作用及重结晶作用；且伴随有机酸的生成，水平裂缝遭受强烈溶蚀并扩大，形成团块状高岭石及自生粒状石英充填［43］；中成岩B期阶段（1.3%<R O<2.0%），有机质开始大量生气，有机酸已被大量消耗，晚期方解石进一步胶结，溶蚀作用明显减弱；孔隙连通性较差的砂岩中的黏土矿物则几乎不发生高岭石蚀变作用。
白垩纪中期的构造抬升作用形成构造缝，伴随油气生成的CO2浓度快速升高，铁方解石矿物在孔缝中沉淀并包裹高岭石，油气进一步裂解后形成沥青质充填物。随着烃源岩热演化的进一步进行，砂岩内部则发生正常黏土矿物热演化，即由伊/蒙混层逐渐向伊利石发生转化，在Mg、Fe等元素参与下，部分向绿泥石发生转化［44］。
总体看来，研究区内大安寨段混积砂岩中，成岩早期阶段的压实作用以及各成岩阶段形成的黏土矿物、石英加大边、方解石及白云石等胶结物使砂岩孔隙度降低；生烃引起的流体超压导致砂岩破裂，但随之发生的铁方解石充填作用使砂岩孔隙进一步降低；成岩中期阶段的有机酸溶蚀作用形成大量溶蚀孔缝，是最具建设性的成岩作用；虽然孔/缝进一步被铁方解石充填，但未完全充填部位仍局部保留有孔隙，且铁方解石有明显被溶蚀现象，可作为良好油气储集空间；溶蚀过程中形成的高岭石晶间孔隙发育，亦可作为一定的储集空间（图9）。物性分析表明，建设性成岩作用改造明显的混积砂岩段孔隙度约为2.10%~3.30%、平均渗透率为0.087×10-3 µm2，孔隙及裂缝较为发育且沥青充填明显；相比而言，强灰质胶结的混积砂岩孔隙度约为0.75%、渗透率小于0.005×10-3 µm2，岩性致密明显。

5 结论

（1）川中龙岗地区侏罗系大安寨段混积砂岩受多期成岩作用复合影响明显。早成岩早期压实作用及各成岩阶段的多期胶结作用对混积岩孔隙破坏明显，早成岩晚期生排烃伴生的破裂作用及中成岩早期酸性流体的溶蚀作用可有效提升储集性能；混积砂岩孔隙演化与富有机质泥页岩的热演化密切相关。
（2）大安寨段混积砂岩未完全充填层段的微溶孔、裂缝及晶间孔隙等储集空间相对较发育，具一定勘探潜力；若钙质胶结明显、裂缝不发育，则岩性总体致密。针对该层段的勘探需综合考虑其成岩—烃类充注—构造匹配关系并开展系统研究。

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