0 引言
与四川盆地新场气田沙溪庙组宽河道型毯状砂体（砂体宽5~15 km）和中江气田沙溪庙组窄河道型条带状砂体（砂体宽0.2~1.0 km）相比［17］，梓潼地区沙溪庙组一段（沙一段）垂向上呈现窄河道砂体（砂体宽0.4~1.4 km）向宽河道砂体（砂体宽1.5~3.6 km）转变特征，该套砂体表现为强非均质性，严重制约了对该区沙溪庙组优质储层成因机制的理解。而随着对天府、金秋、盐亭、中江等气田沙溪庙组的研究逐渐加深，大量学者揭示了沙一段储层复杂的控制因素及孔隙演化机理，表明不同地区在沉积—成岩演化过程中存在显著差异性［18-19］。由于梓潼地区沙一段沉积期存在宽/窄河道沉积转变，导致沉积—成岩演化过程趋向于复杂化，使得成熟区块的致密砂岩储层相关结论难以在全盆范围内推广，查明梓潼地区宽/窄河道型储层差异性及其主控因素显得尤为关键。因此，本文以梓潼地区沙一段致密砂岩储层为研究对象，开展铸体薄片、扫描电镜、阴极发光观察以及孔渗和高压压汞测试等分析工作，查明沙一段致密砂岩储层岩石学、储集空间、物性及成岩作用差异性特征，明确宽窄河道型致密砂岩储层差异性的内在控制过程，建立宽窄河道型储层差异演化模式，系统揭示优质储层主控因素，为下一步研究区及类似盆地的致密气勘探开发提供科学依据和重要参考。
1 区域地质概况
梓潼地区位于川西北部（图1），构造位置隶属于川北低缓带西南侧，侏罗系发育较全，其中下侏罗统发育自流井组和凉高山组，中侏罗统沉积沙溪庙组，上侏罗统自下而上发育遂宁组和蓬莱镇组［24-25］。中侏罗统沙溪庙组沉积时期，四川盆地主要发育半干旱—半湿润气候，梓潼地区浅水三角洲沉积体系广泛发育。根据岩性、测井及电性组合特征，可将沙溪庙组自下而上划分为2段。本文研究对象为沙一段，呈现薄层泥岩与厚层细—中粒砂岩互层特征，W3、W203和Z5等钻井的砂体厚度可高达180 m以上，部分井段的砂地比可以达80%以上，河道砂体厚度大为有利储层发育提供了物质基础。此外，梓潼地区沙一段自下而上可划分为5个砂组，其中1号和4号砂组为储层主要发育层段。研究表明1号砂组沉积期单期河道规模小，砂体宽度通常小于1.5 km，呈现河口坝和水下分流河道垂向叠置的沉积特征；而4号砂组沉积期处于高能沉积环境，单期河道规模较大（砂体宽1.5~3.6 km），显示为多期水下分流河道叠置。
2 宽、窄河道型储层差异性特征
2.1 岩石学特征差异性
图2 梓潼地区沙一段致密砂岩粒度、分选、磨圆及岩石组成特征（a）1号砂组颗粒粒度分布饼状图；（b）1号砂组颗粒分选性特征饼状图；（c）1号砂组颗粒磨圆特征饼状图；（d）1号砂组致密砂岩杂基和胶结物含量饼状图；（e）4号砂组颗粒粒度分布饼状图；（f）4号砂组颗粒分选性特征饼状图；（g）4号砂组颗粒磨圆特征饼状图；（h）4号砂组致密砂岩杂基和胶结物含量饼状图；（i）沙一段致密砂岩岩性分类三角图；（j）沙一段致密砂岩岩屑组成三角图 Fig.2 The characteristics of grain size， sorting， rounding and rock composition of tight sandstone in the Sha 1 Member of Zitong area |
2.2 储集空间及孔渗透特征差异性
梓潼地区沙一段致密砂岩储集空间显示出粒间溶蚀孔占主导地位，次为残余粒间孔、粒内溶蚀孔及微裂缝（图3）。残余粒间孔多呈现规则的几何边缘特征［图3（a）—图3（c）， 图3（h）］，且此类孔隙外部多分布有绿泥石包膜［图3（e）］。粒间溶孔普遍发育且其形态具有多样性，常呈港湾状［图3（a）， 图3（b）］、树突状［图3（f）］，或者蜂巢状［图3（e），图3（f）］，分析认为可能与溶蚀矿物的种类、颗粒接触关系等条件相关。而粒内溶蚀孔通常与硅酸盐矿物溶蚀有关，长石解理面或者裂隙处因溶蚀作用而变得不规则［图3（d）］，表明成岩过程中存在酸性流体［21］。此外，研究区还可见微裂缝发育，微裂缝多经历了2期演化，首先是构造应力作用产生构造缝，而晚期烃类流体注入促使溶蚀加剧形成溶蚀缝［图3（d）］。总体上宽、窄河道砂组储集空间类型仍存在些许差异，宽河道砂组残余粒间孔（28.4%）和微裂缝（13.2%）更为发育，而窄河道砂组粒间溶蚀孔（40.7%）占比更高［图3（i），图3（j）］。
图3 梓潼地区沙一段致密砂岩储集空间类型（a）残余粒间孔发育，见微裂缝，W2井，3 176.00 m；；（b）见残余粒间孔和粒间溶蚀孔隙，W3井，3 007.50 m；（c）见残余粒间孔隙，W3井，3 011.10 m； （d）粒间溶蚀孔和溶蚀缝发育，多与长石溶蚀有关，W203井，2 889.61 m；（e）粒间溶蚀孔隙发育，主要为长石溶蚀，见微裂缝，W203井，3 092.91 m；（f）粒间溶蚀孔发育，W6井，3 160.72 m，单偏光；（g）粒间溶蚀孔发育，W203井，2 899.76 m；（h）粒间溶蚀孔和粒内溶孔发育，W4井，3 183.74 m；（i）宽河道砂组孔隙构成；（j）窄河道砂组孔隙构成 Fig.3 Types of tight sandstone reservoir space in Sha 1 Member of Zitong area |
2.3 孔隙结构特征差异性
挑选典型样品开展高压压汞测试分析，以揭示宽窄河道砂组储层孔隙结构特征差异性。根据前人的孔喉分类标准［27］，将沙一段储层孔隙类型分为以下4种类型，分别为：大孔（R>1 μm）、中孔（0.1 μm≤R<1 μm）、过渡孔（0.01 μm≤R<0.1 μm）和微孔（R<0.01 μm）。结果表明不论在孔喉结构参数上，还是孔径大小和分布上，宽河道型储层和窄河道型储层均存在明显差异。
3 宽窄河道型储层差异性成因
3.1 差异沉积水动力条件的影响
碎屑岩物源属性在控制碎屑岩物质成分中扮演着关键作用［28-29］。前人通过重矿物分析，揭示了米仓山—大巴山前地区和川西北部地区砂岩重矿物组合均呈现高绿帘石和中石榴石特征，表明梓潼地区沙一段物源来自于盆地北部米仓山—大巴山［30-31］。川西北部金溪、陈家岭等沙一段剖面的岩屑组成均显示出变质岩岩屑的主导地位，次为沉积岩岩屑，与梓潼地区W2、W203等多口钻井的岩屑组分特征相类似，进一步证实米仓山—大巴山对于梓潼地区乃至川西北部的物源贡献（图6）。富含长石和变质石英岩的物源区供给，促使梓潼地区沙一段主要发育岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩［图2（i）］。同时，由于不同岩屑类型常具有差异孔隙保护和破坏机制［32-33］，富变质石英岩屑砂岩常具有良好的抗压实作用，保孔效应较为显著。因此，梓潼地区沙一段储层富含变质石英岩屑可以有效抵挡压实作用，为沙一段储层孔隙发育提供了较佳的物质基础。
图7（c）显示梓潼地区沙一段沉积物粒度与储层物性呈现正相关关系，表明沉积物粒度越大，其储层孔隙度越佳，揭示宽河道型储层具有相对更佳的物性条件。以W203井4号砂组为例，其水下分流河道沉积于强水动力条件下，高能沉积环境导致沉积物以中砂岩为主，且泥质含量较少，原生孔隙相对发育［图3（i）］，储层物性较佳［图7（b）］；而1号砂组处于中等水动力环境，发育河口坝与水下分流河道微相，沉积物以细砂岩为主，导致原生孔隙较小，且黏土和胶结物含量较高，极易堵塞原生孔隙导致物性变差［图7（a）］，与较低含量的残余粒间孔相一致［图3（j）］。此外，图7（d）表明致密砂岩分选系数越大，储层孔隙度也更高，而宽河道型储层更高的分选系数表明其孔隙结构更加均匀，孔隙之间的连通性也更佳。因此，差异沉积水动力条件导致宽、窄河道砂岩颗粒粒度和填隙物含量显著不同，构成了宽、窄河道型储层差异演化的物质基础。
3.2 差异成岩作用的影响
图8 沙一段致密砂岩成岩作用特征（a）压实作用强烈，云母弯曲变形，颗粒间点—线接触，W2井，3 176.77 m，正交偏光；（b）方解石基底式胶结，W2井，3 008.18 m，阴极发光；（c）长石和岩屑溶蚀发育次生孔隙，见浊沸石和方解石胶结，W2井，3 169.96 m；（d）浊沸石和方解石胶结，W203井，2 891.23 m；（g）岩屑和长石溶蚀，W6井，3 178.25 m；（e）方解石胶结和泥质胶结堵塞孔隙，W203井，2 897.61 m；（f）长石溶蚀，绿泥石包膜，W4井，3 181.73 m；（g）岩屑和长石溶蚀，W6井，3 178.25 m；（h）针叶状绿泥石，发育自生石英，W203井，3 084.51 m；（i）书页状高岭石，W4井，3 203.28 m；（j）浊沸石胶结，W6井，2 990.09 m，阴极发光；（k）石英次生加大，W2井，3 176 m；（l）石英次生加大，W6井，3 162.73 m Fig.8 Diagenetic characteristics of tight sandstone in Sha 1 Member |
方解石胶结是沙一段普遍发育的胶结作用形式，尤其是在1号砂组，镜下方解石胶结物分别呈现红色和亮黄色特征，形态上呈基底式胶结［图8（b）］和孔隙式胶结［图8（c）， 图8（d）］。伴随方解石胶结物含量的增多，不论是自生孔隙还是原生孔隙占比均明显下降［图9（a）， 图9（b）］，表明方解石胶结是研究区典型的破坏性成岩作用，且方解石胶结物会显著缩小喉道［图8（e）］，因此方解石胶结可能是窄河道型储层渗透率降低的重要因素。前人研究指出致密砂岩储层中的溶蚀作用常与成岩过程中的酸性流体环境有关，并造成酸性不稳定矿物发生溶蚀［35-36］。沙一段溶蚀矿物主要为长石和岩屑［图8（c），图8（f），图8（g）］，且长石溶蚀增孔效应明显强于岩屑溶蚀，而溶蚀流体主要来源于下伏须家河组、凉高山组的有机质生烃过程中产生的有机酸输入［21，25］，由于1号砂组富含长石导致其溶蚀作用更为强烈，有效提升了储层孔隙度［图9（c）］。然而，由于强烈溶蚀作用会产生较多次生矿物和黏土颗粒，而1号砂组孔径较小，其在压力作用下运移极易堵塞喉道并形成“无效孔隙”或“死孔隙”，这可能也是窄河道型储层渗透率降低的关键。此外，沙一段致密砂岩中绿泥石包膜普遍发育良好［图8（f），图8（h）］，在富含绿泥石包膜的1号砂组样品中，高岭石胶结和沉淀较为少见［图8（i）］，表明绿泥石包膜可抑制黏土矿物生长过程［13］，从而维持孔隙通道的连通性［图8（f），图8（h）］，为后期流体的迁移和溶蚀作用提供条件，进而促进次生溶蚀孔隙的形成。
沙一段浊沸石胶结作用较为发育，主要发育在4号砂组中［图8（d）， 图8（j）］，前人研究指出大量的浊沸石胶结物可能与沙溪庙组沉积期火山喷发作用有关［21，37］，与4号砂组中酸性火山凝灰质组分相一致［图8（c），图8（d）］。4号砂组浊沸石含量与储层孔隙度显示出正相关关系［图9（d）］，这与前期认识的浊沸石作为破坏性成岩作用相悖［21，38］，孔隙度的保持可能与浊沸石作为刚性骨架的抗压实作用有关，且晚期浊沸石溶蚀也会有效释放孔隙空间，因而浊沸石胶结是宽河道型储层孔隙保持的关键。同时4号砂组表现为适度溶蚀作用，因而适量溶蚀产物可以伴随储层流体运移排出，不易堵塞孔隙和喉道。岩心观察揭示4号砂组发育大量层理缝，与高能河道沉积作用有关，微裂缝为酸性流体提供了运移通道，微裂缝与适度溶蚀作用协同优化了宽河道型储层物性。此外，石英胶结主要表现为石英次生加大［图8（k），图8（l）］，镜下可见石英胶结物占据孔隙空间并显著缩小喉道［图8（l）］，因而4号砂组更强的石英胶结作用可能是其储层物性降低的关键。
4 宽窄河道型储层差异演化模式
4号砂组储层孔渗交会的斜率较低［图4（c）］，表明渗透率对孔隙度的变化不敏感，指示了砂岩孔隙连通性可能较差。从孔隙结构的角度来揭示这种差异，图10揭示孔喉大小及组成是控制致密砂岩储层物性的关键因素［39］，尤其是渗透率对于孔喉结构差异极为敏感。梓潼地区致密砂岩的渗透率主要受控于较大孔径的孔喉，伴随着最大孔径及渗透率贡献的峰位孔径增大，致密砂岩储层的渗透率呈现增大趋势［图10（a）］。因4号砂组孔径普遍大于1号砂组（图5），4号砂组更易形成高渗透率的储层，然而，图10（b）表明砂岩储集能力主要由较小孔径的孔喉所提供，因而小孔径的1号砂组仍可能呈现较高的孔隙度。梓潼地区沙一段储层存在孔隙结构及物性上的显著差异性，这种差异性深刻反映了沉积环境转变与成岩作用差异在储层演化中的综合影响。
其中4号砂组形成于高能河道沉积环境，发育多期水下分流河道，沉积宽河道型叠置砂体，碎屑颗粒粒径较大且岩屑含量较高，碳酸盐胶结物较少且埋藏较浅（图11）。早成岩阶段，中酸性火山凝灰质组分的蚀变和重结晶是储层中浊沸石形成的关键［37］，浊沸石与石英构成刚性骨架有效抵抗了上覆地层压实作用，并保护原生孔隙免于破坏，促使4号砂组残余粒间孔更为发育（图11），而此阶段早期溶蚀作用偏弱，对于储层物性贡献有限；而在中成岩阶段，长石、岩屑和浊沸石胶结物发生适度溶蚀（图11），此阶段溶蚀和裂缝的协同促进作用优化了孔喉结构并增强了大孔隙的渗透能力，形成相对较高渗透率的宽河道型储层。相比之下，1号砂组沉积期水动力条件有所减弱，发育河口坝和水下分流河道沉积微相，沉积窄河道型叠置砂体，其分流河道—河口坝叠置储层具有较好的分选性，绿泥石包膜和碳酸盐胶结物发育，埋藏深度较大。早成岩阶段，1号砂组方解石胶结物大量沉淀，导致堵塞喉道并破坏孔隙连通性；而中成岩阶段，绿泥石包膜有效抑制了石英次生加大作用，有效保护残余粒间孔隙免于破坏（图11），此阶段1号砂组发育强烈的晚期溶蚀作用，尽管溶蚀作用会对粒间孔隙产生大量贡献，极大优化储层的储集性能，但与强烈溶蚀作用相伴生的大量次生矿物和黏土颗粒也易堵塞喉道，且小孔径孔喉对渗透率贡献并不明显，从而发育相对特低渗窄河道型储层（图11）。
5 结论
（1）四川盆地梓潼地区沙一段主要发育岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，其中宽河道砂组的中砂岩占比高、分选中等—差、填隙物以浊沸石胶结物为主，而窄河道砂组的细砂岩占比高、分选中等—好、填隙物以方解石胶结物为主。沙一段致密砂岩储集空间以粒间溶孔为主，其次为残余粒间孔、粒内溶孔和微裂缝，其中，宽河道砂组残余粒间孔占比更高。沙一段储层平均孔隙度为7.21%，平均渗透率为0.38×10-3 μm2，属于典型的特低孔特低渗砂岩储层，其中，宽河道砂组孔喉半径通常高于窄河道砂组。
（2）水动力条件导致的岩石学及孔隙结构差异是储层差异成岩演化的物质基础，宽河道型储层沉积水动力条件强于窄河道型储层，促使其沉积物颗粒大小、原生孔隙含量及孔隙度均高于窄河道型储层。
（3）宽、窄河道砂体差异成岩作用是储层差异演化的关键。浊沸石胶结物的抗压实作用对4号砂组储层起到较好的保孔效应，同时适度溶蚀和裂缝的协同促进作用增强了大孔隙的渗透能力，形成相对较高渗透率的宽河道型储层；1号砂组成岩过程中绿泥石包膜对孔隙起到关键保持作用，而大量方解石胶结物和强烈溶蚀产生的大量次生黏土颗粒导致堵塞喉道并破坏孔隙连通性，从而发育相对特低渗窄河道型储层。
甘公网安备 62010202000678号
