砂巖骨架與孔隙度的相關性研究—以龍門山中段須家河組為例

王偉明，李　勇，陳　斌，聶　舟，劉穎倩，寧　焱，閆　亮（．成都理工大學 油氣藏地質與開發工程國家重點實驗室，成都 60059；．中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川江油 6700；．山西省地勘局二一一地質隊，山西忻州 04000）

砂巖骨架與孔隙度的相關性研究—以龍門山中段須家河組為例

王偉明1，李勇1，陳斌1，聶舟2，劉穎倩1，寧焱3，閆亮1
（1．成都理工大學 油氣藏地質與開發工程國家重點實驗室，成都 610059；2．中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川江油 621700；3．山西省地勘局二一一地質隊，山西忻州 034000）

通過對川科一井、WFSD-1、WFSD-3井的巖芯資料以及露頭標本的測試研究表明：龍門山前陸盆地須家河組砂巖主要由陸源碎屑顆粒、自生非黏土礦物及黏土礦物構成。通過對其孔隙度的大小計算，以及孔隙度與砂巖骨架成分的相關性研究，本文認為，龍門山前陸盆地為陸相盆地，空間展布面積較小、物源區距離較近，沉積相迅速變化導致了研究區砂巖特殊的內部組成、成分與孔隙度的特殊關系。因而指出：研究區致密砂巖成分配比適合孔隙發育，孔隙度隨成分線性變化，是天然氣藏潛在的有利儲層。

巖石成分；孔隙度；儲層；須家河組

我國的主要儲集層都是以碎屑巖儲集層為主，隨著陸相油氣田勘探的開展及技術的成熟，推動了我國陸相油氣田勘探的發展。低孔隙度與低滲透率性質的碎屑巖是我國中西部疊合盆地是最主要的油氣藏類型[12]，但低孔、低滲儲層的研究課題一直是一個非常棘手的難題。

須家河組砂巖的巖石、礦物特征，孔隙結構及其形成機制，儲層特征及其控制因素等，無疑對整個龍門山前陸盆地儲層的研究及油氣勘探具有十分重要的意義。

1 區域沉積特征

四川盆地發育了多物源大型三角洲砂體、多期疊置，大面積分布。盆內在三角洲前緣有利相區己有大中型氣田被發現。而龍門山前陸盆地位于青藏高原東緣，分布有須三段（T3x3）及須四段（T3x4）地層。須三段以辮狀河三角洲沉積環境為主，主要發育水下分流河道沉積；須四段發育沖積扇相，在砂體展布上以三角洲平原及前緣亞相為主。

中三疊世末期以后，逐漸開始出現海退現象，四川盆地內出現較大范圍的內陸湖，由雷口坡組海相沉積轉為須家河組早期海陸交互相，后期則為內陸湖相沉積。

須三段為一套以深灰色厚層泥巖為主，部分泥巖夾鈣屑砂礫巖的沉積體，夾中～厚層砂礫巖及鈣屑砂巖，也有少量的粉砂～細砂巖和薄煤層沉積；須四段在印支晚期由于安縣運動的影響，沉積物較多，以鈣屑砂礫巖為主，沉積相廣泛發育扇三角洲。

圖1　WFSD-3巖芯柱巖石類型分布

圖2　龍門山前陸盆地T3x3、T3x4巖性投點

2 儲層特征

2.1儲層砂巖骨架顆粒特征

根據巖心觀察和室內薄片鑒定（圖1），須三段主要為灰色至深灰色泥巖、砂質泥巖與淺灰色～灰色巖屑砂巖、巖屑石英砂巖以及巖屑砂巖、粉砂巖互層，局部夾碳質泥頁巖、煤層（線）；須四段巖心主要為灰色至深灰色細～中粒巖屑砂巖、礫巖、粉砂巖與灰色至深灰色泥巖、砂質泥巖互層，局部層位發育煤線。巖石具有分選性較差，磨圓度相對較好，砂巖成分成熟度較低、結構成熟度較高的特點。據研究區內須家河組砂巖三端元投點（黃思靜，2000）（圖2），顯示研究對象主要為巖屑砂巖，依次為巖屑石英砂巖和長石巖屑砂巖。

陸源碎屑顆粒是砂巖體的基本組成單元。分析測試表明，龍門山前陸盆地須三段、須四段致密砂巖中石英和巖屑含量跨度較大。須三段石英含量為16.2%~54.1%，平均34.0%，主要分布頻率為30%～40% ；巖屑含量為33.2%~59.8% ，主要頻率為30%～50%之間（表1）。

表1　龍門山前陸盆地須家河組三、四段全巖成分分析

2.2石英陰極發光特征

礦物的陰極發光可表征其成分、結構、構造特點，可用來鑒定礦物來源和成因，進而確定礦物形成時介質的物化條件。陰極射線照射下，具有標準成因意義的石英發光顏色類型有3種：①形成于高溫（高于573℃）深成巖或火山巖中的石英發藍紫色光；②形成于區域變質巖中,溫度為 300~573℃的石英發紅棕、棕色光,受成巖作用中壓溶、溫度、壓力的影響,自生石英也可能發淺棕色光；③成巖作用過程中形成的自生石英,形成溫度一般小于300℃，因而不發光[15]。石英在單偏光或正交偏光下，因次生加大而使原始顆粒的形態模糊不清，鏡下顆粒與加大部分無明顯分界區分，成像顆粒大小以及磨圓度與顆粒的含量一般情況下不能很好的反映原始沉積的實際情況。據陸源石英以及次生石英的陰極發光成像特征可以區別原始石英顆粒和次生石英。 但針對不發光的陸源石英顆粒這種方法也有研究盲區。研究區內我們觀察到同一層位碎屑石英具有相同的發光特征,部分不發光（圖7（b））,部分層位發暗紅色光（圖7（d））,兩種石英在顯微鏡下沒有明顯區別（圖7（a）,（c））。

研究區內樣品主要特征為：巖屑中的礦物陰極發光圖像呈現不發光、暗紅色、橙黃色以及亮黃色。方解石在射線下呈橙紅色,有時會顯示出環帶結構，分別有：①外部橙紅色圈帶內部不發光;②內部暗紅色而外帶呈橙紅色;③外圍陳紅圈帶內為亮黃色;④亮黃—橙紅多次重復。表現為石英或黏土礦物已經有被碳酸鹽交代的特征，雖然交代的規模較小，也為次生空隙的發育提供了條件。

圖3　龍門山前陸盆地T3x3、T3x4石英含量

圖4　孔隙度與石英含量的相關性示意圖

2.3儲層孔隙及物化特征

碎屑巖儲集層是指組成復雜難辨的礦物碎屑以及巖石碎屑在一定膠結物的作用下膠結而形成的。其儲集空間往往即為粒間的粒間孔隙，淡然孔隙度和滲透率就自然成為了砂巖儲層儲集特性好壞的重要識別依據。在龍門山前陸盆地須家河組砂巖中，重要儲層段（須三段、須四段）平均孔隙度為7.395%，平均滲透率為0.069×10-3um2；須三段平均孔隙度為7.1%，平均滲透率0.07×10-3um2，須四段平均孔隙度為7.69%，平均滲透率為0.067×10-3um2?？偟膩碚f，即使受安縣運動的影響，龍門山前陸盆地須家河組儲層的儲集物性總體上須四段略好于須三段，這可能跟物源和沉積相的影響有一定的關系。

2.4孔隙度與砂巖骨架顆粒的相關性

一般情況下，石英顆粒含量增加或減少會導致巖石抗壓實能力相應變化，也使得原生孔隙受到影響。然而，成巖環境中，壓實作用較弱，更能增加地層水的流動性，從而增加大汽水、酸性流體等對巖石的再改造，形成次生孔隙。尤其在水動力條件極強的情況下，如海灘相環境，海浪和潮汐的反復沖刷和淘洗導致石英砂巖成巖相，大大阻止了壓實作用的進行，以至部分原生孔隙保存下來。盡管后期膠結的石英充填了部分孔隙，但其破壞性遠遠小于其阻止壓實作用所呈現的貢獻值。根據石英顆粒與孔隙度的相關性可以得出，石英的含量變化與孔隙度值具有良好的正相關性，并且，石英含量越高（圖3），其正相關性趨勢越明顯（圖4）。

同樣作為構成砂巖體的主要顆粒，長石顆粒一方面在阻止壓實作用的進行具有正面積極的意義，另一方面，長石顆粒的溶蝕會增加儲集空間，因而長石含量越多，在一定條件下受溶蝕的機會就越大，產生的儲集空間就越大。根據長石含量變化與孔隙度值的相關性研究表明，長石含量變化與孔隙度值的波動具有較好的正相關性，根據薄片觀察鑒定分析，須四段上述規律相對較明顯。

巖屑對儲層孔隙度的相關性主要為兩方面，一方面是巖漿巖巖屑和變質巖巖屑等結晶巖巖屑對儲層孔隙度的影響表現為正相關，另一方面是沉積巖巖屑等塑性巖屑對儲層孔隙度的影響表現為負相關，故而在研究巖屑與孔隙度的關系時，所以我們分為沉積巖巖屑和結晶巖巖屑對儲層物性的影響。在須三段、須四段儲層中，總體表現為隨著巖屑的含量的增加，孔隙度值降低，呈現負相關性，可能原因在于，①須三段巖屑含量較多，且結晶巖巖屑含量較多，沉積巖巖屑含量也較多（圖5），因而我們得出須三段巖屑含量的變化與孔隙度值的相關性并不明顯（圖6）；②須四段主要為沉積巖巖屑，其巖屑基本不含結晶變質的巖屑，故而表現為強烈的負相關性；總結①、②巖屑對儲層孔隙的影響既有正面的、又有負面的，且影響較大。

圖5　龍門山前陸盆地T3x3、T3x4石英含量

圖6　孔隙度與巖屑含量的相關性示意圖

圖7　陰極發光成像圖（A為T3x3（-）、B為T3x3（+）C為T3x4（-）、D為T3x4（+），倍數20*）

3 總結

研究區上三疊統須家河組須三段沉積砂體為為辮狀河三角洲，主要發育水下分流河道沉積體，須四段沉積期，由于安縣運動的影響，導致須四段的物源供給受多個物源的影響，構造抬升致使其主要是發育扇三角洲（以三角洲平原以及三角洲前緣亞相為主）。

從石英含量的變化與孔隙度的耦合關系可以得出石英含量與孔隙度值具有良好的正相關性，石英含量越高，其正相關性越明顯。另外，巖屑對儲層孔隙的影響既有正面的又有負面的，我們應該在這方面投入更多的研究?？偟膩碚f，龍門山前陸盆地須家河組儲層的巖體物化性質均較好，有較大的潛力成為油氣藏的優質儲層。

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Correlation of Sandstone Framework with Sandstone Porosity——By the Example of the Xujiahe Formation in the Middle Longmenshan

WANG Wei-ming1LI Yong1CHEN Bin1NIE Zhou2

LIU Ying-qian1NING Yan3YAN Liang1

(1-State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2-Northwest Sichuan Gas Field, Southwest Oil and Gas Field, PetroChina Jiangyou, Sichuan 621700; 3-No.211 Geological Team, Shanxi Bureau of Geology and Mineral Resources, Xinzhou, Shanxi 034000)

A study of drill cores from the Chuanke-1, WFSD-1 and WFSD-3 wells and outcrop specimens indicates that sandstone of the Xujiahe Formation in the Longmenshan foreland basin consists of terrigenous detrital and authigenic minerals as well as clay minerals. Calculation of sandstone porosity and study of correlation of sandstone framework with sandstone porosity show that the Longmenshan foreland basin was a continental basin with small area, proximal provenance and rapidly changing sedimentary facies which resulting in potential gas accumulation reservoir.

porosity; reservoir; sandstone framework; Xujiahe Formation

P583

A

1006-0995（2016）02-0191-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.003

2015-6-12

王偉明（1990-），男，四川南充人，研究生，就讀于成都理工大學，研究方向：含油氣盆地分析