川西南部地區中侏羅統沙溪廟組優質儲層形成條件與控制因素

謝格云 田云英 劉 柏 樊世海 馬宇含 張祎蕾

中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地西南部（以下簡稱川西南部地區）中侏羅統沙溪廟組氣藏是典型的致密砂巖氣藏，沙溪廟組不具生烴能力，氣藏烴源來自下伏上三疊統須家河組烴源巖，須家河組烴源巖生成的天然氣主要賦存在上三疊統和侏羅系碎屑巖地層中[1]。據2016年《第四次油氣資源評價》，川西南部地區須家河組天然氣資源總量為5 694×108m3，探明率僅6.29%，致密氣勘探潛力巨大，是天然氣增儲上產的重要領域。

1977年在四川盆地大興西構造發現沙溪廟組氣藏以來，川西南部地區沙溪廟組致密氣勘探雖不斷有所發現，但一直沒有取得重大突破，也未實現規?；б婊_發。而且前人對沙溪廟組的研究也只是集中在各個構造或者局部區塊，研究內容主要集中在沉積特征、儲層特征等方面，并認為沙溪廟組為河流—湖泊交替環境下沉積地層，儲層非均質性強，為致密砂巖儲層，沉積微相、碎屑組分及成巖作用等對儲層物性具有明顯的控制作用[2-5]?？傮w來看，關于川西南部地區沙溪廟組研究的程度較低，特別是對優質儲層形成條件及其控制因素的認識有待深化。為此，筆者在對川西南部地區沙溪廟組儲層巖石類型與儲集性能分析的基礎上，利用不同類型巖石在測井響應特征上的差異，通過測井標定建立巖屑類砂巖與長石類砂巖交會圖版，研究了儲集性能更優的長石類砂巖縱橫向分布特征；再結合沉積微相、成巖作用與儲層物性分析，明確儲層控制的主要因素，落實優質儲層發育區，以期為該區下一步致密氣勘探開發部署提供技術支撐。

1 區域地質概況

川西南部地區位于四川盆地西南部，構造位置屬于上揚子地臺西緣的龍門山山前斷褶構造帶、川西低緩構造帶和峨眉—瓦山前緣斷褶構造帶（圖1）。印支運動導致川西地區的地殼運動由古生代至中三疊世的拉張運動轉變為擠壓褶皺運動，由被動大陸邊緣淺海碳酸鹽巖為主的沉積轉化為龍門山山前前陸盆地碎屑巖為主的沉積[6-8]。由于龍門山的多期“幕”式推覆發展，形成了現今的龍門山山前斷褶構造，沉積了巨厚的須家河組和侏羅系碎屑巖地層。沙溪廟期發育河流—湖泊相沉積體系[9-11]，河道砂體發育，縱向上多期次河道砂體相互疊置，是川西南部地區致密氣勘探開發的重要目標砂體。根據沙溪廟組巖性組合特征、電性特征和地震標定對比，沙溪廟組自下而上可劃分為沙一段、沙二段，其中沙二段自下而上又細分4個亞段，儲層主要分布在沙一段、沙二1亞段、沙二2亞段和沙二3亞段（圖1）。

圖1 研究區區域位置及沙溪廟組地層柱狀圖

2 儲層特征

2.1 儲層巖石類型

大量巖心、巖屑薄片鑒定成果表明，川西南部地區沙溪廟組砂巖類型可分為長石類砂巖（占分析樣品總數的75%）和巖屑類砂巖（占分析樣品總數的25%）兩大類，長石類砂巖主要有長石砂巖、巖屑長石砂巖，巖屑類砂巖主要為以碳酸鹽巖巖屑為主的巖屑砂巖、長石巖屑砂巖；砂巖儲層以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，次為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖，少量巖屑石英砂巖、長石石英砂巖（圖2）。長石砂巖粒度以中粒為主，細粒次之；長石含量較高，介于30.0%～45.0%，以正長石為主，少量斜長石及微斜長石，大多黏土化程度較深；少量變質巖、火成巖巖屑，含量介于5.0%～10.0%；膠結物主要為方解石和綠泥石，方解石含量變化大，含量介于1.0%～15.0%，常呈帶狀分布，次為綠泥石，含量介于1.0%～5.0%，部分含量高達10.0%，少量硅質，常為自生石英充填粒間，含量介于0.5%～1.5%；雜基主要為水云母，含量介于0.5%～2.0%，部分層段見少量高嶺石膠充填物（圖2-a、b）。巖屑砂巖粒度以中粒為主，細粒次之；巖屑含量變化大，介于30.0%～60.0%，主要為碳酸鹽巖巖屑，少量泥頁巖、粉砂巖巖屑，偶見千枚巖等淺變質巖巖屑；長石含量介于1.0%～5.0%，以正長石為主，偶見斜長石及微斜長石，大多黏土化較深；膠結物主要為方解石，含量介于10.0%～30.0%；少量雜基，主要為水云母，含量介于0.5%～1.0%（圖2-c、d）。

圖2 川西南部地區沙溪廟組砂巖儲層特征照片

2.2 儲集性能

據川西南部地區沙溪廟組871塊巖心樣品分析，長石類砂巖的儲集性能明顯優于巖屑類砂巖。長石類砂巖平均孔隙度為13.03%，峰值介于12.00%～16.00%，巖屑類砂巖平均孔隙度為3.37%，峰值介于0～4.00%（圖3-a）；長石類砂巖平均滲透率為0.160 mD，峰值介于0.010～0.100 mD，巖屑類砂巖平均滲透率為0.040 mD，峰值介于0～0.001 mD（圖3-b）。兩類砂巖孔隙度與滲透率交會圖揭示，長石類砂巖的孔滲條件及儲集性能均優于巖屑類砂巖，長石類砂巖儲層類型為孔隙型，巖屑類砂巖儲層類型為裂縫—孔隙型（圖3-c）。

圖3 川西南部地區沙溪廟組砂巖物性特征圖

薄片鑒定結果顯示，長石類砂巖孔隙發育，面孔率一般介于6%～12%，主要孔徑介于0.1～0.2 mm，孔隙類型主要為殘余粒間孔和粒間溶孔為主，次為粒內溶孔（圖2-a、b），少量黏土礦物晶間微孔（雜基微孔），殘余粒間孔一般介于4%～8%，粒間溶孔一般介于1%～3%。巖屑類砂巖孔隙不發育（圖2-c、d），面孔率一般小于1%，為粒間孔及粒內溶孔。

壓汞及核磁共振分析化驗結果揭示，儲層毛細管曲線特征表現為中孔、細喉，孔喉配位數0～3，儲層孔隙結構較差，排驅壓力（1.33～9.02 MPa）、中值壓力（8.14～45.34 MPa）高，孔隙喉道、連通有效孔隙體積?。ū?）。

表1 川西南部地區沙溪廟組儲層分類參數統計表

3 儲層控制因素

3.1 物源對儲層巖石類型的控制作用

通過區內沙溪廟組砂地比特征、砂巖粒度變化趨勢、巖石組分平面分布特征及地震剖面結構特征等分析，可以確定沙溪廟組沉積期具雙物源特征[12-14]。

3.1.1 物源特征

沉積相平面展布特征研究結果揭示，川西南部地區沙溪廟組由北至南分別發育河流—三角洲平原相、三角洲前緣相、前三角洲—淺湖相。砂巖粒度整體上表現為由北部的中—粗粒砂巖向南逐漸變化為細粒砂巖、粉粒砂巖，各亞段砂地比整體具北高南低的變化趨勢，高值區多呈指狀由北西、北東向南延伸匯聚，反映出川西南部地區具北西、北東向兩個物源（圖4）。

圖4 川西南部地區沙二1亞段砂地比平面分布圖

川西南部地區4條野外剖面和10口井的巖心薄片分析結果表明，龍門山山前地區沙溪廟組砂巖具有富石英（50%～70%）、多巖屑（10%～40%）、貧長石（1%～15%）特征，巖屑以碳酸鹽巖巖屑為主，次為變質巖巖屑，偶見火成巖巖屑、石英巖巖屑及粉砂巖巖屑。盆內沙溪廟組砂巖具有貧石英（40%～50%）、富長石（20%～40%）、少巖屑（10%～20%）特征[15-16]，長石以正長石為主，少量斜長石，巖屑成分中沉積巖巖屑和火成巖巖屑含量相當，變質巖巖屑較少，與龍門山山前地區不同的是沉積巖巖屑以粉砂巖巖屑、泥巖巖屑及火成巖巖屑較多，碳酸鹽巖巖屑極少見（圖5）。

圖5 川西南部地區沙溪廟組砂巖碎屑組分特征及其分布圖

區內多條地震剖面分析結果表明，川西南部地區沙溪廟組具北西至南東向和北東至南西向兩個方向的前積結構特征（圖6），前積反射結構具有物源運移指向意義[17]，說明沙溪廟組沉積時有來自北西、北東兩個方向的物源。

圖6 川西南部地區沙溪廟組前積反射結構特征圖

沉積相展布特征、砂巖碎屑組分分布特征、粒度變化分布特征及地震前積反射結構特征綜合分析結果表明，區內沙溪廟組沉積受到雙物源影響，以碳酸鹽巖為主的龍門山剝蝕區，控制了巖屑類砂巖分布范圍，盆地北部的米倉山—大巴山火成巖剝蝕區控制了長石類砂巖的展布特征[18]。其中龍門山山前的雅安—大邑地區發育巖屑類砂巖，東部簡陽—彭山—青神地區發育長石類砂巖，中部郫縣—邛崍—洪雅地區受雙物源共同影響，為巖屑類砂巖與長石類砂巖過渡區（圖5）。

3.1.2 長石類砂巖測井識別及分布特征

鑒于長石類砂巖儲集性能明顯優于巖屑類砂巖，明確長石類砂巖縱橫向分布特征，對確定勘探有利區分布具重要作用。因兩類砂巖在巖石組分、膠結物方解石含量及孔隙發育程度等存在差異，其測井響應特征也存在明顯差異[19]，其中以電阻率（RT）和聲波時差（AC）特征表現最為明顯。根據川西南部地區10口井沙溪廟組巖屑、巖心薄片巖石類型鑒定成果，通過測井標定，建立了巖屑類砂巖與長石類砂巖交會圖版，圖版揭示長石類砂巖RT≤30 Ω·m、AC≥ 65 μs/ft（1 ft=0.304 8 m，下同）（圖7）。

圖7 川西南部地區沙溪廟組砂巖類型交會圖

通過測井識別沙溪廟組長石類砂巖，邛崍及其西南地區長石類砂巖主要分布在沙二1亞段；彭山—簡陽地區長石類砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段，其次是沙一段及沙二3亞段。川西南部地區沙溪廟組長石類砂巖在簡陽—彭山—青神及其東部地區最發育，厚度介于80～170 m，新津—邛崍—丹棱地區相對發育，厚度介于10～80 m，龍門山山前及工區西南部地區欠發育，厚度小于10 m（圖8）。

圖8 川西南部地區沙溪廟組長石類砂巖厚度圖

3.2 沉積作用對儲層的影響

沙溪廟組砂巖以中—細砂巖為主，其次為粉砂巖，少量粗砂巖。區內大量巖心薄片鑒定和物性的統計結果表明，中砂巖孔隙度最好，其次是細砂巖，細砂巖孔隙度又普遍好于粉砂巖和粗砂巖，滲透率也有相同的特征。一般隨著粒度增大物性變好，但粗砂巖物性卻很差。分析認為，粗砂巖一般形成于河道底部，屬于河道滯留，分選較差，后期的成巖作用特別是鈣質膠結作用，導致粗砂巖更致密。中粒和細粒砂巖形成于較強的水動力環境，分選相對較好，雜基較少，因此物性較好。

沙溪廟組砂巖儲層發育在多種沉積微相中，其中以三角洲前緣相水下分流河道和河口壩砂巖的儲集性能最好[20]，其次為三角洲平原相分流河道砂巖（表2）。河道形成的單層砂體厚度大，一般大于5.0 m，粒度以細粒、中粒砂巖為主，泥質含量低，孔隙發育，孔隙結構好，儲層物性好。區內河口壩發育較少，單層砂體厚度較薄。決口扇等沉積環境形成的砂體單層厚度較小，介于0.5～3.0 m，粒度較細，以粉砂巖為主，泥質含量高，孔隙欠發育，砂體平面分布僅存在于局部小范圍?？傮w上，區內曲流河河道、分流河道及水下分流河道砂巖儲層分布廣、規模大。

表2 川西南部地區沙溪廟組沉積微相與砂體孔隙度關系表

3.3 成巖作用對儲層的影響

成巖過程中，與砂巖孔隙演化密切相關的主要有壓實、膠結、溶蝕、交代等成巖作用，前兩者具負面作用，溶蝕作用是建設作用，交代作用則對砂巖孔隙的影響不大[21-23]。

壓實作用在區內主要表現為塑性碎屑的形變、顆粒緊密接觸及定向排列、孔隙度減?。▓D9-a）。該成巖作用主要發育在分流河道間低能微環境的泥質粉砂巖、粉砂質泥巖中，表現為泥質或雜基含量高，膠結物含量少，孔隙不發育，偶見粒內溶孔。沙溪廟組儲層砂巖的壓實作用屬中—強，壓實損失孔隙度介于10%～23%，平均值為17%。

圖9 川西南部地區沙溪廟組砂巖成巖作用特征照片

區內沙溪廟組砂巖儲層中發育碳酸鹽類、硅質類、綠泥石等膠結物。碳酸鹽膠結物主要為方解石（圖9-b），少量白云石和菱鐵礦，呈細—中晶沿孔隙內緣生長，形成連晶狀膠結，導致砂巖孔隙大量喪失。綠泥石膠結物有兩種產出形式：①以碎屑環邊方式產出，厚度介于0.01～0.02 mm；②以淀晶雜基充填于孔隙中。區內東部高長石含量區綠泥石膠結較為發育（圖9-c），綠泥石環邊的形成有抑制石英次生加大邊形成的作用。硅質膠結常以石英加大邊形式出現（圖9-d），少量為自生石英充填粒間，石英含量高的砂巖硅質膠結相對發育。

溶蝕作用在區內沙溪廟組砂巖儲層中較普遍，以長石和巖屑的溶蝕作用為主[24]，主要出現在分流河道和河口壩中—細粒長石砂巖、巖屑長石砂巖中，形成以粒內溶孔和粒間溶孔為主的孔隙類型（圖9-e、f），孔隙度增加3%～6%，最大增加可達10%。

4 天然氣勘探有利區

川西南部地區沙溪廟組優質儲層形成條件與控制因素研究結果表明，長石類砂巖是優質儲層發育的物質基礎，有利于后期溶蝕作用對儲層孔滲條件的改善，優質儲層受沉積作用控制明顯，三角洲前緣沉積微相中以河口壩、水下分流河道沉積的細—中粒長石砂巖物性最佳，河流—三角洲平原相河道和分流河道砂巖儲層分布廣，規模大。沙溪廟組致密氣藏為下生上儲、烴源斷層提供油氣上移通道、河道砂體儲層提供油氣聚集場所的次生巖性氣藏[25]，氣藏受發育優質儲層的長石類砂巖、有利沉積相帶及保存條件等多重因素控制。

依據長石類砂巖發育程度、有利沉積相類型、儲蓋組合完整性及斷層保存條件，對川西南部地區沙溪廟組勘探有利區進行了綜合評價。評價標準如表3所示。評價結果表明，Ⅰ類有利區分布在熊坡斷裂東側的彭山—簡陽地區，面積為7 744 km2；Ⅱ類有利區分布在邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區，面積為3 739 km2；Ⅲ類有利區分布在研究區西北及西南地區，面積為4 263 km2；Ⅳ類有利區分布在通天斷層發育、沙溪廟組上覆地層剝蝕殆盡及長石類砂巖缺失地區，面積為6 805 km2（圖10）。Ⅰ類有利區長石類砂巖發育，處于砂體儲集性能優越的有利沉積相帶內，保存條件好，是區內最有利的勘探區。

表3 川西南部地區沙溪廟組勘探有利區分級劃分標準

圖10 川西南部地區沙溪廟組有利區帶綜合評價圖

5 結論

1）川西南部地區沙溪廟組沉積受雙物源控制，砂巖巖石類型以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，次為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖，巖屑類砂巖物源來自西部龍門山碳酸鹽巖剝蝕區，長石類砂巖物源來自東北部米倉山—大巴山火成巖剝蝕區。

2）長石類砂巖儲集性能明顯優于巖屑類砂巖，邛崍及其西南地區長石類砂巖主要分布在沙二1亞段，彭山—簡陽地區長石類砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段，其次是沙一段及沙二3亞段；平面上簡陽—彭山—青神及其東部地區長石類砂巖最發育。

3）區內優質儲層受沉積作用控制明顯，物性以河口壩、水下分流河道沉積的細—中粒長石砂巖最佳，河道和分流河道砂巖儲層分布廣，規模大；溶蝕作用是孔隙增大的主要成巖作用，壓實作用和膠結作用是儲層致密化、孔隙減小的主要因素，綠泥石環邊膠結對原生孔隙具一定的保護作用。

4）川西南部地區沙溪廟組三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道及河口壩等相帶的長石砂巖發育區是優質儲層分布有利區；最有利勘探區分布在熊坡斷裂東側的彭山—簡陽地區，較有利的勘探區為邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區。