川西拗陷中段蓬莱镇组储层发育特征及主控因素

杨永剑,张克银,吕正祥,侯明才,叶素娟,黎 青

(1.中国石化西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川西拗陷上侏罗统蓬莱镇组(J3p)自20世纪90年代发现工业气流以来，经过多年的勘探和开发，在新都、洛带、什邡、马井、新场、白马庙等地先后发现了多个气藏，是川西拗陷侏罗系的主力产层之一。众多学者对其做了大量的研究工作，朱志军等[1]、魏力民等[2]对其层序、岩相古地理特征进行了详细的研究并探讨了其演化规律；陈洪德等[3]对川西地区晚侏罗世蓬莱镇期构造隆升的沉积响应进行了详细的研究；陈竹新等[4]对川西地区蓬莱镇组沉积背景及构造转换特征进行了讨论；钱利军等[5]对川西拗陷中段上侏罗统的物源特征沉积相演化进行了详细的研究，认为其物源主要来自于龙门山地区，且具有多物源的性质。叶素娟等[6]对川西拗陷中段蓬莱镇组物源及沉积进行了较为详细的研究，认为其物源主要来自于龙门山中段及北段地区，其中龙门山前地区物源主要来自于龙门山中段地区，丰谷-中江一带物源主要来自于龙门山北段地区，且自下而上主物源区由龙门山中段逐渐演变为龙门山北段。陈昭国[7]对洛带气田蓬莱镇组气藏的储层沉积特征进行了详细的研究，认为其主要为水体较浅的三角洲沉积。邓莉[8]、尹朝云等[9]、段新国等[10]、曹伟等[11]对川西部分地区蓬莱镇组气藏储层特征进行了研究，认为储性以细粒岩屑砂岩、细粒岩屑石英砂岩为主，岩性较为致密，以中-低孔渗为主。

虽然众多学者在沉积、层序、储层方面进行了大量的研究，但是很少有学者对储层发育的主控因素进行探讨。因此，在前人研究的基础上，本文通过对储层微观特征详细分析，结合钻井、测井及相关的测试分析资料，对川西拗陷中段上侏罗统蓬莱镇组储层发育特征进行分析，并探讨其储层发育的主控因素，为进一步的油气勘探开发提供科学的、可靠的地质依据。

1 地质背景

川西拗陷位于四川盆地西部，为龙门山推覆构造带所形成的前陆盆地。中三叠世末的印支运动引发了四川盆地西部龙门山造山带的隆升，导致四川地区由海相沉积转变为陆相湖盆沉积；进入侏罗纪后，盆地内由早侏罗世的湖相碳酸盐沉积与碎屑沉积共存的格局逐渐转变为中晚侏罗世的碎屑沉积。川西拗陷中段西南缘以龙门山造山带为界，北缘至绵阳，南缘至大邑，东缘以知新场-龙宝梁断裂带为边界(图1)。

图1 川西拗陷中段分区构造图及位置图Fig.1 Sketch map showing the tectonic division in the middle section of West Sichuan depression(据李林涛等[12]修改)

在川西地区蓬莱镇组总体保存比较好，厚度较为稳定，为0.7～1.1 km，具西厚东薄的特点；靠近龙门山前一带为一套冲积扇群沉积，自山前往盆地内部粒度逐渐变细，砂岩减少，泥岩增多，至金堂-洛带一带总体上以棕红色泥岩夹薄层砂岩为主。在拗陷内自下而上可划分为4个岩性段，每个岩性段的底部均为砂岩，往上逐渐变化为砂泥岩的不等厚韵律互层。

2 储层岩石学特征

根据薄片分析资料统计(表1)，研究区蓬莱镇组不同区带内砂岩组分相差较大。总体上自西向东，石英、长石含量逐渐增加，石英、长石含量较高的砂岩主要分布在研究区东部地区。砂岩填隙物以方解石为主，次为泥质，少量硬石膏；胶结类型以孔隙式为主，次为接触式和孔隙式；分选性为中-好，磨圆度以次棱角状为主。

表1 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩组分(w/%)Table 1 Sandstone components of the Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

3 储层孔隙特征

根据研究区蓬莱镇组砂岩样品的微观特征，其储集空间主要为粒间溶孔、粒内溶孔及剩余粒间孔，个别样品中发育少量的铸模孔、晶间微孔及层间微缝。剩余粒间孔直径为30～150 μm，孔隙内常见自生石英、黏土矿物(图2-A)。粒间溶孔直径为50～100 μm，孔内可见自生石英、黏土矿物、方解石等充填(图2-B、C)。粒内溶孔最常见的是长石粒内溶孔(图2-D、E)，也见少量岩屑粒内溶孔(图2-F)。

图2 川西拗陷中段蓬莱镇组储层孔隙特征Fig.2 Characteristics of reservoir porosity of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression(A)粒间孔隙，孔径40 μm，MJ15井，深度2 064.80 m; (B)粒间溶孔，DS29井，深度1 347 m; (C)粒内溶孔、粒间溶孔，DS29井，深度1 276.3 m，单偏光，对角线长度1.2 mm; (D)粒内溶孔、破裂缝，CM600井，对角线长度0.6 mm; (E)钾长石颗粒沿解理被溶蚀，FG3井，深度1 046.50 m; (F)片状云母被溶蚀，可见粒间次生溶蚀孔隙，WJ2井，深度1 891.30 m

4 储层物性特征

根据研究区蓬莱镇组7 872个砂岩物性资料统计结果(表2)，研究区储层孔隙度(q)平均为3.63%～11.19%，总平均值为8.38%，其中近一半样品孔隙度>8%；储层渗透率(K)平均为(0.01～0.882)×10-3μm2，总平均值为0.23×10-3μm2，约25%的样品渗透率>1×10-3μm2:总体上属于中-低孔、低渗类型。在平面上拗陷西部地区物性较差，中、东部区域物性相对较好。

表2 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩物性数据Table 2 Physical property of sandstone of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

图3 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩类型平面分布图Fig.3 Map showing distribution of sandstone types of Penglaizhen Formation in the middle area of west Sichuan depression

5 储层发育的主控因素

5.1 物源影响

不同的物源有着不同的母岩类型，其所形成的砂岩在组分上也有着差别。关于研究区蓬莱组的物源，前人曾做过较详细的研究，认为主要来自龙门山地区[4]。其中，龙门山前地区物源主要来自于龙门山中段，而研究区中东部地区则主要来自于龙门山北段地区[6]。根据其不同砂岩类型平面图(图3)，研究区蓬莱镇组岩屑含量总体上表现为自龙门山地区向盆地内部逐渐减少的趋势，成分成熟度自西向东逐渐增加，且存在着多个方向的物源。崇州-绵竹地区主要为来自龙门山中段的物源，其搬运距离相对较短，岩石类型主要为低成分成熟度的富岩屑类砂岩；而绵阳-中江一带则可能以龙门山北段物源为主，其岩石类型以富长石类砂岩为主。

根据不同类型砂岩孔隙度、渗透率统计(图4)，富长石类长石石英砂岩及岩屑长石砂岩储层物性最好，贫长石类长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩物性较差。总体来看，搬运距离较短的低成分成熟度砂岩物性总体较差，而搬运距离较长的相对高成分成熟度砂岩物性总体较好。

根据孔隙度与砂岩碎屑组分相关关系(图5)可以发现，石英的含量差别与孔隙度关系不大，岩屑的含量与孔隙度呈负相关关系，而长石的含量则与孔隙度呈正相关关系。通过统计还发现长石的质量分数>10%的砂岩孔隙度普遍>10%，这与研究区蓬莱镇组多发育长石粒内溶孔有着直接的关系，这也说明了不同的物源方向是决定研究区蓬莱镇组储层质量的重要因素。

5.2 沉积环境

关于研究区蓬莱镇组沉积特征，前人做过较详细的研究[1-5]，认为除龙门山山前带发育有冲积扇沉积以外，研究区以发育三角洲和湖泊沉积为主，主要沉积微相包括分流河道、决口扇、河口坝、分流间湾、天然堤、远砂坝、席状砂等。根据不同钻井不同沉积微相的物性统计与分析，研究区蓬莱镇组以分流河道沉积的砂体物性最好，其砂岩中有近90%孔隙度>7%，孔隙度>10%的砂岩占样品总数70%；其次为河口坝和席状砂沉积；决口扇、河漫滩、分流间湾所沉积的砂体物性相对较差(图6)。

图4 川西拗陷中段蓬莱镇组不同砂岩类型孔隙度、渗透率直方图Fig.4 Histogram showing porosity and permeability of different types of sandstone from Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

图5 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩组分与孔隙度关系图Fig.5 Correlation of sandstone compositions and porosity of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

5.3 成岩作用

5.3.1 压实作用

蓬莱镇组砂岩埋藏较浅，颗粒间多呈点-线接触，经历弱-中等强度机械压实作用。砂岩自生矿物的质量分数平均为10.8%，孔隙度平均为10.4%；粉砂岩自生矿物质量分数平均为15.0%，孔隙度平均为7.3%。如果假定初始孔隙度为40%，则压实作用造成的孔隙度损失在细砂岩、粉砂岩中分别为22%和22.4%，占原始孔隙度的56%和55%(图7)。压实作用对细粒砂岩以及粉砂岩孔隙的破坏程度也基本相同。

图6 川西拗陷中段蓬莱镇组不同沉积微相孔隙度、渗透率Fig.6 Porosity and permeability of different sedimentary microfacies for the Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

压实作用对不同深度砂岩的破坏也略有差异(图7)。压实作用破坏的原始孔隙度在J3p1、J3p2、J3p3(自上往下)砂岩中分别为52%、55%和65%，压实作用强度逐渐增强。如果考虑次生溶蚀孔对孔隙度的贡献以及砂岩总体积减少校正[13-14]，压实作用造成的孔隙损失比例还要高。综上所述，压实作用是导致川西拗陷蓬莱镇组砂岩孔隙度降低的最主要因素。

图7 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩粒间体积、胶结物关系图Fig.7 Relationship between the content of cements and the negative cement porosity of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression(采用D.W.Houseknecht[13]和S.N.Ehrenberg[14]图解)

5.3.2 胶结作用

根据显微镜和扫描电镜综合观察，研究区蓬莱镇组胶结物主要为碳酸盐矿物(平均质量分数为8.9%)、自生黏土矿物(平均质量分数为4.5%)，也发育有少量的硬石膏、硅质和铁质胶结物。通过分析，黏土矿物含量对储层物性影响较弱，但碳酸盐胶结物的充填对蓬莱镇组砂岩孔隙具有明显的破坏作用(图8)。

5.3.3 溶蚀作用

研究区蓬莱镇组储层溶蚀孔隙主要为粒间溶孔及粒内溶孔。通过铸体薄片及扫描电镜观察，粒间溶孔主要为粒间碳酸盐胶结物的溶蚀所形成；粒内溶孔则以长石颗粒溶蚀为主，岩屑及石英溶蚀相对欠发育。根据统计，在孔隙度>8%的样品中，溶蚀作用所提供的孔隙为1.5%～5.5%，平均值为3.8%。其中以胶结物溶蚀所形成的粒间溶孔所提供的孔隙度为0.5%～4.5%，平均值为2.9%；以长石溶蚀所形成的粒内溶孔所提供的孔隙度为0.5%～1.5%，平均值为0.9%。由此可见，溶蚀作用是研究区蓬莱镇组最重要的建设性成岩作用，且胶结物的溶蚀强度大于长石的溶蚀强度。但结合前文来看，富长石类砂岩物性明显较好，尤其体现在渗透率方面，表明长石的含量在优质储层的形成中有着至关重要的作用。这可能有两方面的原因，一是长石的溶蚀主要发生的在早-中成岩阶段，这种早中期的溶蚀空间，在成岩后期往往可以成为胶结物溶蚀的通道；二是长石的溶蚀本身可以提供较大的孔隙空间，这种较大的孔隙空间对于渗透率的贡献较大。因此就川西蓬莱镇组砂岩而言，长石含量越高的砂岩储层物性越好。

图8 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩孔隙度与黏土矿物及碳酸盐岩含量关系图Fig.8 The relationship between the porosity of sandstone and clay minerals and carbonate of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

5.4 破裂作用

川西蓬莱镇组砂岩具有较好的孔渗关系(图9)，以孔隙性储层为主。通过薄片观察，仅在部分样品中可见裂缝发育。裂缝发育可以在一定程度上改善储层渗滤能力。除此之外，破裂作用所形成的微裂缝也为溶蚀作用提供了良好的溶蚀通道。通过薄片观察，在破裂缝附近的溶蚀作用要强于其他地方(图2-D)。

图9 川西拗陷中段蓬莱镇组孔渗关系图Fig.9 The relationship between porosity and permeability of Penglaizhen Formation in the middle area of West Sichuan depression

6 结 论

a.川西拗陷中段上侏罗统蓬莱镇组不同区带内砂岩组分相差较大，总体上自西向东石英、长石含量逐渐增加，石英、长石含量较高的砂岩主要分布在研究区东部地区。砂岩填隙物以方解石为主，次为泥质，少量硬石膏；胶结类型以孔隙式为主，次为接触式和孔隙式；分选性中-好，磨圆度以次棱角状为主；主要的储集空间类型为粒间溶孔、粒内溶孔、剩余粒间孔；孔隙度平均为8.38%，渗透率平均值为0.23×10-3μm2，总体上属于中-低孔、低渗类型储层。

b.研究区蓬莱镇组具有多物源性，岩屑含量自龙门山地区向盆地内部有逐渐减少的趋势，成分成熟度自西向东逐渐增加。而低成分成熟度的岩屑砂岩物性较差，相对高成分成熟度富长石类砂岩物性较好，长石的含量在优质储层的形成中有着至关重要的作用。最有利储层发育的沉积环境为分流河道，次为河口坝。压实作用和胶结作用是造成本区储层中-低孔、低渗最主要的原因，而溶蚀作用是本区最重要的建设性成岩作用，且胶结物的溶蚀强度大于碎屑颗粒的溶蚀强度；除此之外，少量的构造破裂缝可以在一定程度上改善储层渗滤能力，同时也为溶蚀作用提供了良好的通道。