川西北地区须二段储层成岩作用及其对气水分布的影响

刘 喆 陈 禹 孙秋分，赵启阳

(中石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023) (中石油西南油气田分公司信息中心，四川 成都 610051) (中石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023)

川西北地区须二段储层成岩作用及其对气水分布的影响

刘 喆 陈 禹 孙秋分，赵启阳

(中石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023) (中石油西南油气田分公司信息中心，四川 成都 610051) (中石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023)

川西北部地区须二段为致密砂岩，成岩作用对有效储层的发育具有控制作用。根据薄片、扫描电镜、X-衍射以及包裹体特征分析，对川西北部地区须二段砂岩储层的成岩作用及其对气水分布的影响进行了研究。结果表明，该区主要成岩作用类型有压实作用、胶结作用和压溶作用，成岩演化已达到晚成岩阶段；储层成岩致密带的形成是导致气藏复杂气水分布关系的主要因素。

气水分布；成岩作用；致密带；须二段；川西北部

川西地区上三叠统须家河组储层属致密砂岩储层，川西北地区是川西北气矿所属的重要探区。目前已发现中坝、九龙山、文兴场、老关庙、柘坝场、魏城、黎雅庙等含气构造。该研究区通常压力系数高，最高可达2.0以上，勘探成效不理想，表明该地区须家河组储层成因复杂、影响因素较多，因而严重影响了该区的勘探进程［1-3］。为此，笔者对川西北地区须二段储层成岩作用及其对气水分布的影响进行了研究，以期为下一步油气勘探提供参考。

1 地质概况

川西北含气区位于川西前陆盆地西北隅，区域构造位置上属川北平缓构造带，西侧紧邻龙门山、米仓山山前断褶构造带［4］。研究区构造复杂，局部构造形成于印支期及喜山期，因多期构造挤压应力场作用，储层裂缝普遍较发育。川西地区须二段岩性为碎屑砂岩，粒度总体下部稍细，往上逐渐变粗，直至含砾石的反韵律出现［5-8］。内部包含若干下粗上细的次级正韵律，根据岩心观察，砂体内部一般具大型板状或槽状斜层理，且每个砂体底部含砾，具冲刷侵蚀特征，其形成大多与三角洲有关。

2 主要成岩作用类型

2.1压实作用

由于静压力的作用，任何沉积物在沉积之后将随上覆沉积物的不断堆积，发生孔隙度的减小，由松散变为致密，颗粒间变得紧密，并固结成岩［9］。在扫描电镜下，塑性碎屑颗粒表现为变形，颗粒之间呈点、线和凹凸接触(见图1(a))，刚性碎屑颗粒表现为破裂或错断，片状矿物与长轴颗粒紧密排烈，定向分布；云母类矿物紧贴着碎屑颗粒发生柔皱变形；随压实作用的加强，可见石英、长石、电气石、绿帘石等有压碎破裂形成裂纹(见图1(b))，其中一些破裂纹成为油气运移的通道。

2.2胶结作用

胶结作用是使颗粒沉积物转变成颗粒沉积岩的一种重要成岩方式。胶结作用是化学物质不断从孔隙流体中沉淀出来对碎屑进行胶结、对粒间孔隙发生充填的过程。同时，早期胶结物的形成可抗机械压实作用，使剩余原生粒间孔隙得以保存。胶结物中的易溶组分又为次生粒间孔隙的形成奠定基础，这是胶结作用对碎屑岩储层所起的建设性作用。通过薄片观察，发现工区内胶结作用主要表现为石英和伊利石等自生矿物析出，另有少量自生方解石。

图1 压实作用图解

图2 胶结作用图解

1)硅质胶结 硅质胶结镜下表现为3种方式，即共轴加大边生长胶结、充填于原生孔隙(在环边绿泥石发育的井段表现尤为明显)和半自形它形晶体方式生长胶结。硅质可能来源于蒙脱石～伊利石混层粘土向伊利石转化释放的SiO2以及大量长石蚀变释放的SiO2。根据薄片观察，中坝构造石英含量平均约3.7%，石英次生加大边表现为多期加大现象(见图2(a))。在阴极发光显微镜下，发现自生石英常发深褐色光及不发光，深褐色光石英常见于颗粒边缘，而绝大多数自生石英则不发光；在扫描电镜下，发现自生石英具有多期性生长的特征。根据硅质胶结物和自生石英的包裹体测温(见表1)，石英加大边包体温度在64～78℃之间变化，自生石英的包体温度在76～85℃之间变化，自生石英的形成温度总体上要高于加大边石英，而脉石英的包体温度则更高，在100～132℃之间变化。石英形成温度显然与其形成先后、形成时埋深有关。取工区地温梯度平均值为2.6℃/100m，则石英加大的深度范围在1500～2500m。但是在石英加大边处并未见到包体，则石英加大的深度可能更浅，结合地层埋藏史的恢复，石英加大形成时间可能发生在晚三叠世未期或早侏罗世早期，大致相当于早成岩阶段B期到晚成岩阶段A期。

表1 研究区须二段砂岩包裹体特征

2)粘土矿物胶结 自生粘土矿物在须二段砂岩中较发育，据薄片、电镜及X-衍射分析，发现有伊利石、绿泥石等自生粘土矿物，其中伊利石是工区内最主要的粘土矿物，在该区砂岩中含量最高且分布最广(见图2(b)、(c)、(d))，粘土矿物主要以孔隙衬边存在、孔隙充填物存在和交代矿物3种状态产出。

2.3溶蚀作用

溶蚀作用是该区重要而又普遍发育的一种成岩作用，据薄片镜下观察，须家河组储层中溶蚀作用发育的期次多，多数已被后来的自生矿物充填，只能依据自生矿物的分布形式和矿物颗粒边缘形状加以判别。常见的溶蚀作用包括长石沿解理缝溶解(见图3(a))、不稳定组分的溶解(见图3(b))、粘土矿物溶解、碳酸盐矿物溶解和颗粒的溶蚀。另外，颗粒的溶蚀也见于石英颗粒中(见图3(c))。溶蚀作用在纵、横向表现为明显的不均匀性。岩屑颗粒的溶蚀表现出更大的不均匀性，多数岩屑的表面常见绿泥石化，少数酸性喷出岩岩屑则溶蚀强烈，被溶蚀呈蜂窝状，估计其大部分长石微晶被溶蚀，而残余石英质部分从表面特征看比较光滑，可能伴有SiO2沉淀。石英的溶蚀比较微弱，在扫描电镜下，石英加大部分的表面存在一些溶蚀坑且大小不一，说明在溶蚀作用后期，水介质由酸性变为碱性，使得石英表面被溶蚀，溶蚀作用的发生与白云石及方解石的沉淀有关。

图3 溶蚀作用图解

3 成岩模式分析

砂岩中的成岩作用在一定的温度、压力条件下，受邻层泥岩中有机质和粘土矿物影响，该研究区成岩模式主要体现次生孔隙发育带和致密带的形成与演化，具体内容如下［10-12］。

3.1次生孔隙源岩中有机质演化

有机质进入半成熟演化阶段时泥岩排出粘土脱出的淡水，有机质脱羧形成CO2和有机酸，对砂岩中的可溶组分具有较强的溶解能力，古构造低处是汇水区，溶蚀程度相对高些，被溶解的组分部分向上迁移，其余则滞留在孔隙中。

3.2碳酸盐胶结致密带形成

烃类沿孔渗性好的储层以游离相注入圈闭，将构造顶部矿化度较高的孔隙溶液驱替，随着烃类聚集量的增加，气-水界面逐渐下移。在气藏中部开始饱和矿物质，当天然气的聚集量继续增大时，孔隙水对矿物的溶解能力下降并趋于过饱和，当酸性条件过渡到中性～偏碱性条件，就可以沉淀出碳酸盐矿物，从而形成碳酸盐矿物胶结致密带。

3.3碳酸盐岩中的流体通过断层向上迁移，析出并胶结砂岩

须二段下部方解石的δ13C偏重，可能与须二段下伏碳酸盐岩层中的流体运移有关，当温度压力下降便在须二段砂岩中析出。显然，这种机制形成的方解石越靠近须二段底部，δ13C越重。另外，钻遇断层附近的中62井，其须二段地层厚度为109m，取水样分析发现Cl-含量为24147mg/L，Ba2+含量为360mg/L，总矿化度41.628g/L，属CaCl2型。生产过程中水量虽很少，但总矿化度不断上升，并间歇有H2S气味，说明断层是下部流体向上运移的通道。

3.4气藏主体部位溶蚀加强，向气藏边缘程度减弱

须二段埋深最大约4500m，温度120℃左右，在这样的温压条件下，水蒸汽弹性力使水在气体中的溶解度增大，形成单相气-水流体，在凝析作用下形成淡化水。已知须二段气藏中凝析水的总矿化度为0.5g/L，不含Mg2+、Ba2+等离子，Ca2+无或微量。地层水的矿化度一般为50～60g/L，最高不超过100g/L，且含Ba2+，为CaCl2型。须二段凝析气藏经历最大埋深后，抬升并使上覆层遭受剥蚀，温度、压力降低，从气相中可凝析出淡水，这种淡水从气藏顶部向下移动，溶解长石和碳酸盐矿物并迁至气藏下部沉淀出来。

4 气水分布的演化

以中坝构造须二段为例，通过成岩作用特征分析，能够较明确地恢复须二段气藏气水分布的演化历史。中坝构造须二段高点海拔-1660m，主要高点闭合面积9.31km2，闭合高280m，沿轴线北东的中深1井附近被香水断层切割，断层遮挡形成的闭合面积为61.3km2，闭合高730m,倾角东南翼28°左右，西北翼20°左右，与下伏雷口坡顶面的构造形态基本符合。

喜山运动后，构造的隆起幅度增加到730m，出现新的气水分异现象。抬升过程中的温压下降，凝析水析出淋滤砂岩，在原始含气部位储层物性得以改善，闭合度的增加也使含气范围扩大。砂岩越致密，产纯气所需的过渡带也越厚，甚至大于闭合高度，这是致密夹层中含水的原因，砂岩的这种非均质性导致气井产出微量的地层水。

须二段砂岩产气层的分布基本反映古构造的形态，成岩致密带形成有效的侧向遮挡，过渡带和自由水面以下的砂岩致密，裂缝不发育，因而水驱能力不高，边水不活跃。

5 结 论

1)川西北部地区须二段储层为三角洲环境下沉积的一套砂岩，砂岩致密，成因类型复杂多样。

2)研究区主要的成岩作用类型包括压实作用、胶结作用和压溶作用。压实作用是主要的破坏性成岩作用，是造成储层孔隙度降低到主要原因；压溶是主要的建设性成岩作用；储层成岩演化已进入晚成岩阶段。

3)成岩致密带形成的储层物性封堵是造成气水分布关系复杂的重要原因，是造成研究区复杂气水分布关系的主要因素。

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10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.010

P618.13

A

1673-1409(2012)07-N027-04

2012-04-28

刘喆(1981-)，男，2005年大学毕业，工程师，现主要从事石油储量方面的研究工作。

［编辑］ 李启栋