川西新马—什邡地区蓬莱镇组三段JP23砂组沉积与储层特征

胡向阳， 李宏涛， 郭艳东， 孙 兵， 魏修平

( 中国石化石油勘探开发研究院 海相油气藏开发重点实验室,北京 100083 )

0 引言

近年来，在川西新马—什邡地区蓬莱镇组三段(简称蓬三段)砂岩地层中，SF2、SF5等井获得工业气流，进而发现气藏，探明储量达数百亿方，主要目的层3砂组JP23为川西地区中浅层天然气藏开发评价的重点[1-2]。由于该气藏砂体较薄、相变快，故精细地层对比和沉积相分析难度较大。沉积相是陆相碎屑岩储层空间展布特征研究的重要基础，但人们对该区沉积类型的认识并不统一[1-7]。武恒志等通过沉积物源、砂体厚度和含砂率等综合分析，认为川西坳陷侏罗系蓬莱镇组主要为三角洲相分流河道沉积，砂岩储层具有低渗致密的特点[1]。刘君龙等综合分析野外露头、岩心、分析化验和钻井资料，认为川西坳陷上侏罗统主要属于湖平面频繁变化背景下浅水漫湖沉积体系[2]。陈恭洋等认为川西坳陷中段蓬莱镇组沉积主要受来自北西向的龙门山短距离物源控制为主，从龙门山前至凹陷区依次发育冲积扇、冲积平原、辫状河三角洲、湖泊相等沉积体系[5]。陈佩佩等认为川西坳陷沉积特征复杂，沉积相的解释尚存较多争议，通过稳定重矿物及岩屑组合确定沉积物来源，分析沉积识别标志和沉积特征，认为研究区属于浅水三角洲沉积[6]。也有学者认为研究区属于辫状河三角洲[7]、水下三角洲[8]等，显示该区沉积特征研究的复杂性。该气藏储层结构致密、非均质性强，储层表征复杂[8-11]。中国石化整个川西探区的蓬三段气藏探明未动用储量近1 600亿m3，需要对该气藏储层有利沉积岩相进行准确刻画，分析储层基本特征，为储层准确精细描述与评价提供基础。

笔者利用地质、测井、地震等资料，在对钻井取心观察和分析的基础上，综合运用地质学、测井学和地震地层学等理论，在等时地层格架内研究沉积演化、储层特征与孔隙结构，为该类型气藏的高效开发提供依据。

1 地质背景

川西新马—什邡地区位于四川省广汉—德阳一带，工区面积约为840 km2(见图1(b)红色边框构造线内面积)，三维地震覆盖面积约为770 km2(去掉城区面积)。区域构造位置处于川西坳陷中段的成都凹陷北部斜坡及马井构造的东北部，北为孝泉—丰谷北东东向构造带西段的孝泉—新场背斜，西为龙门山前构造，东接知新场构造(见图1(a))。新马—什邡地区JP23砂组顶面构造西低东高、南低北高的斜坡构造特征明显，构造落差大(近千米)(见图1(b))，研究区少量断层分布在与马井构造、知新场构造结合部位，整体欠发育。

图1 川西地区区域构造划分及新马—什邡区块JP23砂组顶面构造特征Fig.1 Map showing tectonic unit division in west Sichuan basin and the tectonic characteristics of JP23 sandstone groups in Xinma-Shifang area

晚侏罗世蓬莱镇组沉积时期，盆地西缘和北缘构造隆升和前缘盆地沉降强烈，物源主要来自盆地的西北部龙门山和米仓山地区，受沉积时期浅水湖盆地貌的影响，新马—什邡地区沉积物主要呈北东向展布[3,8-9]。该地区蓬莱镇组为一套三角洲—湖泊环境的碎屑岩砂泥岩互层沉积，沉积厚度为800～1 000 m。总体岩石组合以棕红色、灰绿色泥岩与褐灰色、绿灰、紫灰色粉—细砂岩不等厚互层为主，夹黄灰、深灰色泥页岩、泥灰岩薄层及透镜体。

2 蓬三段内部砂组划分

根据川西区域常用的3个标志层(仓山页岩、梨树湾页岩、景福院页岩)，将整个蓬莱镇组划分为蓬一段、蓬二段、蓬三段和蓬四段[8]。蓬三段以景福院页岩或与之相当的泥岩、梨树湾页岩作为蓬三段顶底的标志层，界面上下，多条电测井曲线呈突变接触。在蓬三段内部，利用岩心上岩性突变面、河道冲刷面等次级层序界面标定测井曲线，对全井段四级层序界面进行识别，进一步将蓬三段划分成5个四级层序。以自然伽马(GR)曲线为例，在蓬三段内部，自然伽马曲线呈由低到高规律性的变化(见图2(b))，对应四级层序的底界面为河道冲刷面，顶界面为次级湖泛面。确定砂层组的界限，自上而下依次为JP21、JP22、JP23、JP24、JP25五个砂层组(见图2(b))。

图2 SF2井蓬三段井震标定、层序划分和单井沉积相Fig.2 Seismic section, sequence division, sedimentary facies of Peng3 member from SF2 well

在单井砂组划分的基础上，将砂组界限标定地震剖面上，JP21-JP25反射波组：相当于侏罗系蓬三段JP21砂组底至JP25砂组底界面反射，位于波峰—波谷间的零相位处(见图2(a))。这与该界面基本为上砂下泥的岩性界面一致，特别是JP21、JP22砂组表现为连续反射的特征(见图2(a))，全区横向上厚度分布稳定，可为追踪解释提供较好参照，确保全区一致性。JP23-JP25反射波组为蓬三段JP23砂组、JP24砂组和JP25砂组底界面的地震反射同相轴，受河道砂体厚度及河道侵蚀切割等作用影响，导致局部相对不清晰或相位发生变化，但总体横向较稳定，表现为中强振幅、中等—较连续反射特征(见图2(a))，在井上砂组区内厚度变化较小，易于全区的追踪对比。根据四级层序及体系域界面在地震剖面上的响应特征，建立SF2井地层对比的标准井(见图2)，通过井震结合进行层位地震解释；根据地震同相轴的相对等时关系对地质层位进行验证与约束，避免穿轴，达到地震—地质层位统一[12]。根据过井地震剖面及地层对比结果(见图3)，蓬三段内部整体为相对均匀的沉积特征，反映湖盆地势平坦，无论是平行或垂直物源方向，蓬三段地层很稳定，厚度介于240～260 m，每个砂组厚度约为50 m。

3 JP23砂组沉积微相分析与优势相带精细描述

3.1 垂向相序与测井相特征

对蓬三段内以JP23砂组为主的多口取心井岩心和薄片进行观察。结果表明，5个砂组具有相似的沉积特征，岩性主要为细砂岩、泥岩及其过渡类型(见图4)，砂岩碎屑颗粒粒度相对均匀，反映经过一定距离的搬运和筛选。对取心井段的岩石相和垂向相序进行分析(见图5(a))，进而总结测井相，为单井相划分提供依据。

在垂向相序上，典型的岩石微相组合类型有：

(1)河口坝、分流河道、天然堤型(见图5(a))。分流河道岩性以砂岩为主，砂岩累计厚度为6～8 m，但单期河道砂岩厚度常小于2 m，河道多期叠置特征明显，发育典型的砂岩河道冲刷面而形成泥砾滞留沉积(见图4(a-b))，局部断面可见少量植物炭屑；沉积构造以块状层理为主(见图4(c-d))，见交错层理、斜层理、平行层理及少量浪成砂纹层理(见图4(e-f))，反映三角洲河道载荷颗粒入湖后快速沉积，为水下分流河道特征；部分分流河道之下,发育厚度较薄(通常小于1 m)的逆粒序粉砂岩至砂岩沉积，岩性渐变，为河口坝雏形；部分分流河道之上，发育砂纹层理(细)粉砂岩与薄层粉砂质泥岩互层沉积，为三角洲沉积河口处受河流与湖浪双重作用形成的[5](见图4(f))，为天然堤特征，厚度通常为1～2 m，相对较薄。

图3 川西新马—什邡地区蓬三段分流典型微相地震反射特征与连井剖面相(剖面位置见图1中AB线)Fig.3 Typical microfacies seismic reflection characteristics and across microfacies of Peng3 member in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin(profile location of fig.1 AB line)

图4 川西新马—什邡地区蓬三段三角洲沉积典型的沉积构造

(2)分流间湾、远砂坝型。厚层泥岩夹薄层砂岩和粉砂岩，岩性可在米级范围内出现泥岩—粉砂岩—砂岩—泥岩的变化，呈渐变特征，泥岩中常见虫孔、变形构造、生物扰动、虫孔和泄水构造等(见图4(h-i))，以及浅褐色泥岩中发育气胀构造，测井曲线呈低幅齿状。

(3)前三角洲、分流间湾型。厚层泥岩夹薄层粉砂岩，深灰色泥岩代表还原环境的较深水沉积(见图4(g))，测井曲线具高伽马(GR)、低电阻(LLD)，可能为前三角洲沉积；分流间湾的红褐色和灰绿色(粉砂质)泥岩代表弱氧化—弱还原环境沉积。

根据岩相标志和垂向相序特征，研究区蓬三段JP23砂组总体具有河控三角洲沉积特征，蓬三段地层厚度稳定，未见吉尔伯特型三角洲前缘典型前积砂体引起的地层厚度较大变化，分流河道与分流间湾为主要的沉积微相，河口坝及其他微相相对不发育，且规模较小，主要为浅水湖盆平缓毯式河控三角洲前缘沉积[2]。通过岩石微相与测井曲线相互标定，建立水下分流河道、天然堤、河口坝、远砂坝、分流间湾及前三角洲泥6种微相相应的测井相模型(见图5(b))，为单井沉积微相分布特征分析提供依据(见图2(b))。

3.2 分流河道优势相带边界刻画

由于河道侧向迁移频繁，单砂体厚度薄，砂体展布规律复杂，井控程度低，河道砂体相带边界刻画难度大。利用三维地震资料横向分辨率较高的优势，采用岩心标定测井、测井标定地震，以及地震相、地震属性等方法，相互约束，进行分流河道砂体边界精细刻画[13-22]。

图5 川西新马—什邡地区SF19井JP23砂组典型的垂向相序与蓬三段典型沉积微相测井响应特征Fig.5 Lithofacies vertical sequence of SF19 well of JP23 sandstone groups and typical logging facies characteristics from Peng3 memberl in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

通过对新马—什邡气田蓬莱镇组地层地震反射特征研究，在蓬三段地层中识别2种主要微相的地震标志：分流河道呈低频强波峰—中强波谷中短轴状反射(见图3(a))，分流间湾呈中—弱振幅连续、平行—亚平行反射(见图3(a))。根据地震剖面2种主要微相的响应特征，通过单井相标定地震相，完成沉积微相连井对比分析(见图3(b))[13-15]，总体显示为“泥包砂”的河控三角洲前缘沉积结构的特征。其中，JP23砂组分流河道砂体厚度较大，横向上相对连续，为主要目的砂组。

新马—什邡地区蓬莱镇组岩石类型相对简单，利用波谷振幅属性、波阻抗反演和波形分类属性综合反映砂岩、泥岩的岩性横向变化，最终精细刻画分流河道砂体沉积优势相展布形态[16-22](见图6(a-c)中蓝色和白色虚线轮廓)。这些属性值在一定程度上反映水动力条件的强弱，如粒度通常较粗河道砂岩，在该区波阻抗值通常较低，平均波谷振幅属性较高，主要由于水动力条件较强、储层物性较好，因而与围岩形成强的地震反射界面[1，16]。以主要目的层JP23砂组波形分类为例，地震波形反射结构特征能够反映地层岩性横向上的变化特征，具有较高的横向分辨率，结合单井沉积特征,可以将地震相转为相应的优势沉积相[19]。

图6 川西新马—什邡地区蓬三段JP23砂组地震属性及优势沉积相平面Fig.6 Seismic attributes and sedimentary facies of JP23 sandstone groups from Peng3 member in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

研究区的地震相图主要表现出5种色彩，利用单井相对工区的地震波形进行标定与分析，发现3-5类波形代表的橙黄绿色反映强—较强波峰、波谷特征，呈条带状展布，1-2类波形代表的深、浅蓝色区域呈片状间互分布(见图6(c))；结合连井剖面相分析，橙黄绿色主要为水动力条件较强的分流河道沉积，深、浅蓝色区域主要为水动力条件较弱的分流间湾沉积(见图6(c))。对反映砂体展布的地球物理属性进行综合标定，逐步融合，获得蓬三段JP23砂组最终的分流河道砂体优势相展布图[12](见图6(d))，即呈北东—南西向发散状、长条朵状分布，反映浅水河控三角洲沉积特征。

4 JP23砂组储层特征

4.1 储层岩性

岩心、铸体薄片和扫描电镜观察显示，蓬三段JP23砂组的储集岩主要为细粒岩屑砂岩，少量岩屑石英细砂岩(见图7(a-f))，主要在波阻抗值较低、平均波谷振幅较强的水动力分流河道微相中发育。碎屑组分以石英为主，质量分数变化较大，为40.0%～80.0%，但多数小于70.0%，呈不规则粒状，颗粒表面较干净。岩屑质量分数次之，为20.0%～50.0%，多数为25.0%～40.0%，以变质岩岩屑、泥岩岩屑为主，少量为碳酸盐岩岩屑(泥晶状集合体)；在河口坝、天然堤等微相粉细砂岩中云母较常见，岩心上呈薄层状分布，与沉积相研究中三角洲前缘分流河道载荷颗粒入湖后，水动力锐减快速沉积的特征吻合，通常为储集物性较差的储层。长石质量分数相对较低，一般为10.0%～25.0%，多数小于20.0%，呈粒状、柱状，偶见聚片双晶，长石颗粒表面多有泥化。各碎屑颗粒一般在0.1～0.3 mm之间，分选相对中等，但磨圆较差，呈次棱角状，形状不规则。充填物主要为胶结物和杂基，胶结物主要为方解石(见图7(d、f))，不均匀分布，多数质量分数通常低于6.0%，少部分可达10.0%～15.0%，反映方解石胶结作用的不均匀性；其次为自生黏土矿物，以蒙脱石为主，常呈衬垫或充填式胶结(见图7(h))，研究区较普遍存在；也可见少量石英及长石次生加大边(见图7(g))、白云石及铁质矿物胶结等。杂基也以黏土矿物为主，质量分数总体介于0.5%～4.0%，多数低于2.0%。

图7 蓬三段JP23砂组储集岩岩性及孔隙类型

4.2 储集空间类型

JP23砂组储层储集空间类型包括粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔(见图7)。粒间孔是该区储层砂岩中最为发育的孔隙类型，占总孔隙类型的55%～65%，孔径为0.060～0.200 mm，以中—小孔为主，分布不均，部分颗粒边界因溶蚀而呈港湾状，从而形成粒间溶孔(见图7(a、c、e、h))。粒内溶孔或铸模孔也较常见，占总孔隙类型的10%～20%，溶蚀的颗粒多为长石、中酸性火山岩岩屑和灰岩岩屑，部分溶蚀或完全溶蚀，形状多不规则。铸模孔孔径相对较大，为0.100～0.250 mm(见图7(a、c、e、k))；粒内溶孔孔径相对较小，通常小于0.150 mm(见图7(a、c、e、i))。此外，粒内溶孔中还包括一些粒内溶蚀微孔(见图7(j、l))，主要为部分长石或岩屑颗粒内的选择性溶蚀，或沿长石结晶的薄弱面溶蚀，或将部分岩屑中不稳定易溶矿物溶蚀，通常呈侵染状微孔隙，孔径通常小于0.015 mm。

4.3 储层物性

根据主要目的JP23砂组储集层段272个岩心样品的常规物性分析结果，孔隙度分布在2.90%～19.33%之间，平均孔隙度为11.15%，多数样品的孔隙度小于15.00%(见图8(a))，占总储层样品数的86%，且多数样品孔隙度为10.00%～15.00%(占分析样品总数的50%左右)。参照碎屑岩储层孔隙度分类评价标准[23]，孔隙度以25%、15%、10%为界，划分为高孔、中孔、低孔和特低孔，因而总体为特低孔—低孔储层。渗透率分布在(0.009～14.610)×10-3μm2之间，平均为1.260×10-3μm2。参照碎屑岩储层渗透率分类评价标准[18]，渗透率以(100、10、1)×10-3μm2为界，划分为高渗、中渗、低渗和特低渗。JP23砂组多数样品的渗透率小于1×10-3μm2，占分析样品总数的64%(见图8(a))，主要为低渗—特低渗储层。由特低孔—低孔—低渗—特低渗储层样品的孔隙度和渗透率的相关分析结果显示，R2=0.769 2(见图8(b))，表明相关关系较好，储集空间类型主要为孔隙型，与储集空间类型以溶蚀孔隙为主的分析结果一致。

图8 川西新马什邡地区蓬三段JP23砂组储层样品孔隙度、渗透率分布与不同岩性孔—渗关系Fig.8 Porosity and permeability distribution and correlation of reservoir rocks from JP23 sandstone group of Peng3 member gas pool in Xinma-Shifang area, west Sichuan basin

4.4 孔隙结构特征

储层孔隙结构主要指岩石具有的孔隙和喉道的大小、分布等，储层孔隙结构及其相互配置关系，是认识和评价储层的关键因素之一[24-29]。

根据川西新马—什邡地区JP23砂组砂岩物性和常规压汞参数统计，孔隙度介于3.62%～15.81%，平均为11.75%，渗透率介于(0.010～3.920)×10-3μm2，平均为0.980×10-3μm2，与储层物性分析数据相近，表明通过压汞参数分析基本能代表该区的砂岩孔隙结构特征。

最大进汞饱和度平均为89.27%，特别是孔隙度5%以上样品的最大进汞饱和度多数大于90%，表明束缚水饱和度较低，储集岩中孤立的、无效的孔隙相对较少，即孔喉连通性相对较好[24-25](见表1、图9)。样品的排替压力介于0.36～6.56 MPa，平均为1.72 MPa，中值压力介于1.50～37.49 MPa，平均为9.40 MPa(见图9)，相对较高，说明喉道半径偏小，最大喉道半径介于0.11～2.07 μm，平均为1.07 μm，中值喉道半径介于0.02～0.50 μm，平均为0.22 μm，总体为中—细喉道的特征，表明渗流能力中等—较差[30-31](见表1)。孔喉分选因数平均为2.84，分选差—中等，歪度因数平均为0.34(见表1)，相对较小，表明喉道分布总体具有差—中等分选、中—细歪度特征[24-25](见图9)。

表1 研究区JP23砂组储集岩物性和压汞参数

图9 JP23砂组不同孔隙度储集岩的压汞曲线分布特征Fig.9 Intrusive mercury curve characteristics of different porosity reservoir rocks from JP23 sandstone groups

根据喉道特征参数分析，结合储集空间类型分析结果，溶蚀孔隙以中孔、小孔为主，该区储集岩孔喉组合总体具有中—小孔—中—细喉的特征。

5 沉积作用对储层的影响

沉积环境和沉积相控制储集体的形成与分布，不同相带的碎屑岩沉积水动力条件不同，储集体岩石的矿物成分、粒度、填隙物等方面存在差异，影响砂岩储层物性、孔隙结构和渗流特征，导致不同相带储层的储集性能变化很大[32-33]。因此，沉积相是控制储层储集性能的关键因素。

研究区内不同微相岩性的孔隙度、渗透率分布特征显示(见图8(b))，储层物性与沉积微相密切相关。分流河道砂岩平均孔隙度为12.70%，渗透率为1.670×10-3μm2；河口坝孔隙度平均为8.90%，渗透率为0.450×10-3μm2；天然堤孔隙度为8.70%，渗透率为0.350×10-3μm2；远砂坝孔隙度为6.97%，渗透率为0.340×10-3μm2。(水下)分流河道物性最好，河口坝、天然堤、远砂坝的物性较差(见图8(b))。水动力作用较强的分流河道，受高能稳定水流冲刷作用，砂体沉积厚度较大，砂岩粒度较大，岩屑、杂基含量少，分选相对较好，加之成岩期易受溶蚀改造[34-36]，粒间溶孔、粒内溶孔发育(见图7(a-c、e))，易形成物性好的砂岩储层。河口坝、远砂坝砂岩粒度相对较细，厚度薄，更易受到碳酸盐胶结物含量的强烈影响(见图7(d))。天然堤等微相远离河床，泥质增多，纹层发育(见图4(f))，其储层泥质岩屑、云母等塑性颗粒和杂基含量较高(见图7(g))，储集物性变差。因此，分流河道微相是勘探开发的有利储集相带。

储层岩石微观孔隙结构影响流体储集及渗流能力[37]，是储层有效性评价的关键因素。分流河道砂岩储层孔隙度多数大于10%(见图8(b))，最大进汞饱和度超过90%，排替压力在0.9 MPa以下，中值喉道半径多数超过0.20 μm(见表1、图9)，表明孔喉结构相对较好；尽管分流河道砂岩分选因数较大(相对其他微相砂岩)，储层非均质性增强，但溶蚀作用发育(见图7(a-c、e))，较大喉道的数量也相应增加，反映储层渗流能力增强、物性变好。尽管河口坝、远砂坝、天然堤砂岩分选相对较好，但沉积物多为粉砂岩、粉细砂岩，砂体粒度较小，极易形成小孔隙、细喉道，以残余粒间孔、长石粒内溶孔为主(见图7(i-l))，储层孔隙结构较差。

6 结论

(1)川西新马—什邡地区蓬三段及内部砂组地层厚度稳定，反映地势平缓、均匀沉积的特征，可划分5个砂组，界面上下常规测井曲线与地震剖面突变响应特征明显。JP23砂组砂体厚度较大，分布相对稳定，连续性好，为主要目的层，沉积模式属于浅水湖盆平缓毯式河控三角洲前缘沉积，水下分流河道是砂体发育的最有利沉积微相，岩石相—测井相—地震相结合是刻画复杂河道砂体边界的有效方法。

(2)JP23砂组储集岩岩性以细粒岩屑细砂岩为主，储集空间类型主要为粒间孔，粒间及粒内溶孔、铸模孔也较发育，为典型特低孔—低孔—低渗—特低渗的孔隙型储层。多数砂岩样品的最大进汞饱和度较大，孔喉连通性相对较好，但最大和中值喉道半径也较小，孔喉组合相对较差，总体为中—小孔—中—细喉，导致渗流能力中等—较差。

(3)JP23砂组分流河道水动力条件强，砂体沉积厚度大，砂岩粒度相对较粗，原始孔隙度高，杂基含量少，叠加有利的溶蚀成岩作用，孔隙结构好，从而形成优质储层，而河口坝、天然堤、远砂坝微相相对较差。沉积微相是控制JP23砂组储层发育的关键因素，并控制储层厚度、岩性粒度和充填物成分，导致储层物性和孔隙结构等差异。