0 引言
碎屑岩储层非均质性十分普遍［7-8］，在不同的尺度表现不一，受沉积环境、成岩作用和构造形变等共同控制［9-10］。储层非均质性最显著的特征是隔夹层的存在，孔隙度和渗透率低，往往把储层分隔成多个连通或不连通的流动单元，是面向油气开发储层地质研究中必须考虑的内容［11-12］。碎屑岩储层中隔夹层主要为泥质和粉砂质细粒沉积物以及碳酸盐矿物强胶结砂岩、强机械压实砂岩等［13-15］。前人［16-18］研究发现，受沉积结构构造控制，隔夹层与孔渗性相对较好的储集岩石在空间上组合、叠置，形成“似网状”的结构，是影响储层中油气非均匀运移和聚集的主要原因。岩石相是在沉积环境和沉积岩相组合研究的基础上，主要依据孔隙尺度的岩石骨架颗粒结构和组分、成岩作用及孔隙结构来确定，不同的岩石相所经历的成岩作用和储层质量演化路径具有明显差异［17-19］。以储层非均质性为抓手，研究储层的岩石相类型和相应的成岩演化过程，对于致密砂岩有效储层研究和甜点评价十分重要［20-21］。
本文以川中地区金秋气田沙溪庙组二段为研究对象，在沉积岩岩心相和组合系统观察描述的基础上，综合岩石学、扫描电镜（SEM）、碳氧同位素等多种分析测试手段，认识致密砂岩储层的物性、岩石学、成岩作用等特征，研究其非均质性，明确有效储集岩石相形成与演化过程，以期对研究区目的层有效储层分布规律的预测提供参考。
1 地质背景
四川盆地位于古扬子板块西部，周缘主要被龙门山褶皱带、大巴山断褶带、川湘坳陷褶皱带、娄山断褶带及峨眉瓦山块断带所环绕（图1），是基于上扬子克拉通发展的多旋回叠合盆地［26-30］。四川盆地中部历经加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等多旋回构造运动作用，中三叠世及更早期主要沉积了以碳酸盐岩为主的海相地层，而晚三叠世以来则沉积了以砂泥岩为主的陆相地层［23］。印支运动晚幕，四川盆地由前陆盆地向陆内坳陷盆地转换，进入侏罗纪“红色盆地”演化阶段［24］。沙溪庙组整体厚度约2 000 m，以红色、灰绿色泥岩为主，夹浅灰色砂岩，暗色泥岩不发育，自身不具备生烃能力［23］。以全盆稳定分布的叶肢介页岩为界将沙溪庙组分为下部的沙溪庙组一段（沙一段）和上部的沙溪庙组二段（沙二段）［26-28］。沙溪庙组沉积时期，川中地区的沉积物源主要受大巴山以及米仓山物源体系的影响。沙一期半干旱气候条件下发育的浅水三角洲多呈朵叶状，单期河道砂体宽度大；而沙二期干旱气候条件下主要发育枝状分流河道型浅水三角洲，砂体顺河道呈条带状分布，河道较窄且相互切割［25］。
金秋气田位于川中古隆中斜平缓带和川北古中坳陷低缓带交会处（图1），沙二段整体含气，以岩性气藏为主，非均质性强，天然气主要分布于与气源断层相连的河道砂体，整体表现为“一河道一藏”的特征。沙二段纵向上共发育18期叠置河道砂体，单期河道砂体分布面积超4 000 km2，其中6、7、8号砂体规模较大，也是本文研究的主要关注点。
2 样品和研究方法
本文研究在中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院收集了金秋气田27口井413个物性数据。针对试气产量结果，选择XQ3井、QL17井和QL18井进行岩心观察描述和取样（图2）。岩心描述内容包括岩性、粒度、沉积构造及碳酸盐矿物胶结等。
依据岩心描述的结果，选择不同岩性、物性的48块样品制备铸体薄片。使用偏光显微镜观察砂岩的岩石学特征和孔隙特征，分析砂岩碎屑颗粒组分和结构（粒度、分选和磨圆度）、填隙物（胶结物）类型和含量、孔隙类型和含量等。统计方法采用Gazzi-Dickinson点计法，每一张薄片统计300个点。同时利用AxioVision Rel.4.8软件对碎屑颗粒的粒度进行测量，每个薄片测量200个数据，确定砂岩的粒径分布和分选性。
在薄片观察的基础上，选择15块代表性样品，利用高分辨率场发射扫描电子显微镜（含能谱分析），进一步观察成岩矿物的产状、共生关系及形成序次。扫描电镜观察在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行，使用场发射扫描电子显微镜型号为OXFORD IE350，放大倍数在7~1 000 000倍之间；图像分辨率≤3.5 nm。
选择7块碳酸盐矿物不同程度胶结的样品，进行阴极发光观察。同时进行碳酸盐矿物碳氧同位素测试，认识其成因和形成期次。阴极发光使用仪器规格型号为CLF-1D28。碳氧同位素测试由西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，使用仪器的规格型号为253Plus 10 kV，所获数据均符合相关国际标准VPDB值。
3 结果
3.1 储层物性
413个物性数据统计表明，金秋气田沙二段储层整体上具有低孔低渗的特征，但物性变化具有相当大的范围，表现出显著的非均质性。孔隙度分布在2.4%~17.83%之间，平均为11.2%；渗透率分布在（0.001~97）×10-3 μm2之间，平均为0.94×10-3 μm2。按照国家标准的油气储层评价方法［29］，沙二段低孔—低渗（10%≤孔隙度<15%，10×10-3 μm2≤渗透率<50×10-3 μm2）的岩心样品占比57.8%，特低孔—特低渗（5%≤孔隙度<10%，1×10-3 μm2≤渗透率<10×10-3 μm2）的岩心样品占比38.2%，超低孔—超低渗（孔隙度<5%，渗透率<1×10-3 μm2）的岩心样品占比4%（图3）。
3.2 储层岩石学特征
3.3 成岩作用
3.3.1 压实作用
在成岩作用早期，地层处于快速压实阶段，上覆地层的机械压实作用不断增强，抗压实能力弱的碎屑颗粒发生形变，挤入颗粒间的孔隙，使岩石变得致密。薄片观察发现，泥岩岩屑、浅变质岩岩屑及云母碎屑等沿着刚性颗粒（石英、长石等）的边缘被压扁、压弯，充填粒间孔隙，形成假杂基［图5（a），图5（f）］。这些发生弯曲变形的颗粒本文将其称之为塑性颗粒。不同岩石受到的压实程度与岩石组构有关。在塑性颗粒含量相对少的中细砂岩中，压实程度中等，可见大量原生粒间孔和粒内溶孔［图5（a）—图5（c）］，碎屑颗粒间以点、线接触为主；在塑性颗粒含量相对多、粒度相对细的砂岩中，压实作用强烈，颗粒间以线接触为主，镜下罕见孔隙［图5（e）—图5（f）］；此外，在被方解石致密胶结的砂岩中，塑性颗粒含量相对较少，砂岩颗粒呈“漂浮”状，压实程度较弱［图5（g）］。
图5 金秋气田沙二段砂岩成岩作用特征（a）原生粒间孔大量发育，沉积岩岩屑压实弯曲，QL18井，2 176.97 m，单偏光；（b）绿泥石薄膜发育，长石溶蚀形成残留的铸模孔，QL18井，2 172.88 m，单偏光；（c）原生粒间孔和钠长石加大边发育，XQ3井，2 182.90 m，单偏光；（d）浊沸石溶蚀，QL17井，2 176.2 m，正交光；（e）颗粒压实致密，泥岩岩屑挤入粒间孔隙，QL18井，2 166.3 m，单偏光；（f）岩屑压实弯曲，绿泥石薄膜发育，偶见长石溶蚀，XQ3井，2 186.5 m，单偏光；（g）方解石胶结致密砂岩.几乎没有孔隙.XQ3井，2 182.5m，单偏光；（h）斑点状方解石交代长石颗粒，QL17井，2 181.5 m，单偏光；（i）方解石生成于石英加大边之后，XQ3井，2 182.6 m，正交光；（j）斑点状方解石交代长石颗粒，QL17井，2 181.35 m；（k）斑点状方解石交代长石颗粒，QL18井，2 099.52 m；（l）连晶状方解石胶结致密，XQ3井，2 182.97 m Fig.5 Diagenetic characteristics of sandstone in Sha 2 Member in Jinqiu Gas Field |
3.3.2 胶结作用
3.3.2.1 方解石胶结
3.3.2.2 石英加大
图7 金秋气田沙二段砂岩扫描电镜特征（a）石英晶体和伊/蒙混层共生，XQ3井，2 180 m， SEM，镀金；（b）次生石英晶体充填于孔隙中，QL17井，2 171 m， SEM，镀金；（c）钠长石溶蚀破碎，QL18井，2 086.4 m， SEM，镀金；（d）颗粒表面未被绿泥石覆盖的区域发育使用加大，QL17井，2 166.7 m， SEM，镀金；（e）蜂巢状伊/蒙混层附着于碎屑颗粒表面，或挤入粒间孔隙，QL18井，2 188.36 m， SEM，镀金；（f）绿泥石薄膜挤入石英颗粒孔隙之间，XQ3井，2 175.5 m， SEM，镀金；（g）板柱状浊沸石生成于绿泥石薄膜之后，QL17井，2 173.8 m， SEM，镀金；（h）钠长石遭受溶蚀，QL17井，2 162.7 m， SEM，镀金；（i）片状高岭石集合体生成于绿泥石之后，QL17井，2 176.8 m， SEM，镀金；（j）发丝状伊利石和次生石英晶体共同发育，QL18井，2 087 m， SEM；（k）伊/蒙混层附着于钠长石表面，QL18井，2 088.5 m， SEM；（l）次生石英发育于绿泥石薄膜之后，QL18井，2 087.6 m， SEM Fig.7 Scanning electron microscope characteristics of sandstone in Sha 2 Member in Jinqiu Gas Field |
3.3.2.3 黏土矿物
3.3.3 溶蚀作用
4 讨论
4.1 岩石相类型
表1 金秋地区沙二段岩石相类型Table 1 Lithofacies type in Sha 2 Member in Jinqiu Gas Field |
| 岩石相 | 石英 /% | 钾长石 /% | 斜长石 /% | 沉积岩岩屑 /% | 变质岩岩屑 /% | 岩浆岩岩屑 /% | 塑性 颗粒 /% | 黏土质 /% | 方解石 /% | 绿泥石 /% | 高岭石 /% | 浊沸石 /% | 石英 加大 /% | 长石 加大 /% | 粒径中值 /mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 富塑性颗粒砂岩 | 31~47 | 24~27 | 5~12 | 4~9 | 12~17 | 1~3 | 21~37 | 4~7 | 2~7 | 0~1 | 0~1 | 0~2 | 0 | 0 | 0.12~0.25 |
| 方解石致密胶结砂岩 | 33~58 | 16~26 | 6~12 | 4~8 | 10~23 | 1~2 | 5~9 | 1~3 | 18~34 | 0~1 | 0~1 | 0~1 | 0 | 0 | 0.27~0.35 |
| 贫塑性颗粒砂岩 | 31~49 | 20~30 | 5~13 | 2~9 | 12~20 | 1~5 | 12~18 | 1~4 | 3~8 | 0~4 | 0~1 | 1~3 | 1~4 | 0~3 | 0.3~0.35 |
4.1.1 富塑性颗粒砂岩
为表征不同岩石相砂岩中压实作用和胶结作用对储层质量的影响，利用EHERNBERG［32］提出的压实减孔（COPL）和胶结减孔量（CEPL）计算方法。其中：
式中：IGV为粒间体积，是粒间胶结物、粒间孔隙和杂基之和，%；CEM为砂岩总的胶结物体积，%；OP代表原始孔隙度，%。金秋气田沙溪庙组二段分选性较好，OP取值40%。
COPL—CEPL图（图10）表明，砂岩的压实减孔量（COPL）为34%~37%，胶结减孔量（CEPL）低，为1%~3.5%，整体受到强烈的压实作用，而胶结作用的影响相对较弱。
4.1.2 方解石致密胶结砂岩
COPL—CEPL图（图10）显示，方解石致密胶结砂岩的胶结减孔量（CEPL）为26%~30%，压实减孔量（COPL）较低，为6%~14%，整体受到强烈的胶结作用，而压实作用的影响相对较弱。
4.1.3 贫塑性颗粒砂岩
COPL—CEPL图显示（图10），贫塑性颗粒砂岩压实减孔量（COPL）中等，为21%~29%，胶结减孔量（CEPL）中等，为2%~13%。贫塑性颗粒砂岩受到中等程度的压实、弱胶结及强溶蚀作用影响，孔隙含量较高，是有效的储集岩石相。
4.2 不同岩石相物性
4.3 不同岩石相差异性成岩演化
贫塑性颗粒砂岩、富塑性颗粒砂岩和方解石致密胶结砂岩遭受的成岩作用及方式各不相同，其成岩演化过程也存在明显差异。基于薄片和扫描电镜观察分析主要成岩产物之间侵位结构关系，将金秋气田沙二段不同岩石相砂岩成岩演化相对序列梳理如下（图12）。
在早成岩A阶段，贫塑性颗粒砂岩中压实作用进行，绿泥石形成，主要以薄膜形式沉淀。此外，蒙脱石亦发生沉淀，少量浊沸石沉淀。部分不稳定的长石和岩屑遭受溶蚀；富塑性颗粒砂岩以压实作用为主，绿泥石薄膜和蒙脱石沉淀。长石和岩屑也遭受溶蚀，但溶蚀程度较贫塑性颗粒弱；方解石致密胶结砂岩在没有发生强烈压实之前，伴随着零星少量的溶蚀，方解石大量沉淀，胶结绝大多数的粒间孔隙。
在早成岩B阶段，贫塑性颗粒砂岩中少量的高岭石和伊/蒙混层沉淀；富塑性颗粒砂岩中，随着埋藏的加深，伊/蒙混层开始大量沉淀，由于前期强烈的压实作用，大量孔隙被岩屑充填，无机流体含量较为微弱，溶蚀作用不明显；方解石致密胶结砂岩中，由于前期方解石胶结了大量孔隙，使得无机流体难以进入，这一阶段仅有少量的伊/蒙混层和方解石沉淀。
进入中成岩A阶段，贫塑性颗粒砂岩中开始发生第二期溶蚀作用，伴随沉淀少量的石英次生加大。方解石、浊沸石以及长石也发生沉淀。伊/蒙混层逐渐向伊利石转化。由于隔夹层岩石的保护，孔隙和粒内溶孔得以有效保留。富塑性颗粒砂岩在该阶段的机械压实消减殆尽。伊/蒙混层、伊利石普遍发育，同时还有少量的方解石和浊沸石沉淀。方解石致密胶结砂岩此时已经致密胶结，无流体可活动空间，几乎不发生其他胶结、溶蚀作用。
4.4 不同岩石相—沉积微相之间关系探讨
碎屑岩储层中常见泥质粉砂岩、强钙质胶结和强机械压实致密砂岩等隔夹层的发育造成储层非均质性。罗晓容等［33］研究发现，这些隔夹层岩石的分布受沉积结构构造控制。在储层内部，单砂岩体在相似的沉积环境下堆积叠置，形成厚度较大的复合砂体；当新的单砂岩体形成时，通常会对下伏砂岩体进行冲刷作用，上覆砂体叠置沉积之前形成底部的泥质沉积，导致泥质隔夹层的形成［33］。在砂岩体顶部，通常因沉积水动力条件的变化，沉积一些含泥岩岩屑、变质岩岩屑等塑性颗粒的砂岩，其粒度相对较细，抗压实能力弱，在快速压实的过程中，塑性颗粒形变挤入孔隙［33-34］，占据了大部分孔隙空间，导致物性变差，形成隔夹层岩石。而在单砂体底部，往往在早期成岩阶段形成钙质条带，强烈的胶结作用使其致密，垂向上表现为断续的隔夹层［35-36］。
本文利用岩石相的概念识别了对孔隙度和渗透率影响较大的关键岩石学参数，利用这些关键参数定义的岩石相在孔隙度和渗透率及测井响应特征方面应该是一致的。因此下一步有效储层评价和预测应该立足于对不同岩石相测井判别和地质建模，以指导致密气勘探和生产。
5 结语
（1）川中地区金秋气田沙溪庙组二段以中细粒岩屑长石砂岩为主，储层岩石学、成岩作用、孔隙结构及物性均表现出强烈的非均质性。
（2）依据岩石学组构，成岩程度和方式、孔隙特征等差异，划分了3种岩石相。富塑性颗粒砂岩压实强烈，压实减孔量（COPL）为34%~37%，早期成岩致密化。方解石致密胶结砂岩中方解石连晶胶结，胶结减孔量（CEPL）为26%~30%，也早期致密化。贫塑性颗粒砂岩压实中等，胶结作用相对弱，溶蚀作用强烈，压实减孔量（COPL）为21%~29%，胶结减孔量（CEPL）为2%~13%。整体受到的压实、胶结作用相对较弱，原生孔隙能够有效保留，是有效的储集岩石相。
（3）不同类型岩石相的分布与沉积水动力环境间存在密切关系。富塑性颗粒砂岩主要发育三角洲前缘分流河道单砂体上部。在分流河道单砂体的中—下部主要发育贫塑性颗粒砂岩。方解石致密胶结砂岩往往沿着层理面发育。
甘公网安备 62010202000678号
