川西梓潼凹陷侏罗系沙溪庙组致密储层特征及影响因素分析

南红丽，蔡李梅，阎丽妮，杜亚军

梓潼凹陷西北为龙门山冲断带北部、南部为北东向孝–新–合–丰隆起带构造，整体属于一个负向构造单元，局部发育坳中隆（图1）。该区WX2井JS22砂组经射孔测试获2.927 7×104m3/d天然气的工业产能，取得了重大勘探突破，证实了该区是油气的有利聚集区。由于研究区勘探程度较低，对沙溪庙组储层的研究一直缺乏系统而深入的研究。本文利用该区已钻井的测井曲线、岩屑录井和岩心资料以及200余块岩石普通薄片、铸体薄片、孔渗等岩矿测试资料，研究了该区沙溪庙组储层岩石学特征、成岩作用特征、储集空间类型、物性特征等基本特征，系统地进行了砂岩储层形成主控因素的分析研究，进一步认识和预测同类砂岩储层的区域发育规律，为油气勘探提供了部署依据。

1 储层岩石学及成岩作用特征

1.1 岩石学特征

梓潼凹陷沙溪庙组岩石类型以浅绿灰色、绿灰色中细粒岩屑长石砂岩为主，长石砂岩次之（图2），夹有薄层棕褐色泥岩与浅绿灰、浅灰色粉砂岩；胶结类型以孔隙式为主，少量为基底孔隙式或基底式；分选好，磨圆度以次棱角状为主。砂岩碎屑组分中石英含量为30%～79%，平均为40%；长石含量为5%～58%，平均为44%；岩屑含量10%～33%，平均为16%；成分成熟度极低，Q/(F+R)值为0.67。砂岩岩屑以沉积岩岩屑为主，主要为泥岩、碳酸盐岩、粉砂岩等。

图1 川西地区构造分区（据杨长清等，2013修改）

图2 梓潼凹陷沙溪庙组砂岩储层碎屑成分

薄片观察和统计结果表明，研究区填隙物以碳酸盐胶结物为主，其次有少量黏土矿物、硅质胶结物以及泥质杂基。碳酸盐胶结物以细–中晶方解石为主，少量白云石，部分含铁–低含铁，平均含量为7.6%，局部层段发育，高达35%。黏土矿物含量较低，主要为环绕碎屑颗粒的绿泥石薄膜；硅质胶结物亦少，普遍少于2.0%，主要为自生石英以及石英次生加大；泥质杂基平均含量为3.0%，主要为水云母、绿泥石等，水云母部分被铁质浸染。

1.2 物性特征及储层类型

由研究区沙溪庙组600余块岩心物性分析资料可知（图3、图4），沙溪庙组储层物性中等，低孔低渗，属于致密砂岩储层。孔隙度1.07%～14.83%，平均值为8.33%，中值为8.65%，主要分布在7%～11%，占样品数的60.9%；渗透率平均值为0.152×10–3μm2，中值为0.098 9×10–3μm2，主要分布在（0.04～0.16）×10–3μm2，占样品数的71.2%。

图3 梓潼凹陷沙溪庙组储层孔隙度频率分布

图4 梓潼凹陷沙溪庙组储层渗透率频率分布

从储层孔–渗关系可以看出（图5），沙溪庙组除了少数裂缝样品的影响外，大部分样品孔渗相关性较好，储层类型以孔隙型为主，随着孔隙度的增大，渗透率有明显变好的趋势，说明储层渗透率变化主要受孔隙发育程度控制，储层的储集和渗透能力主要依赖于基质孔隙与喉道，不均匀分布的层理缝、层间缝及微裂缝对改善孔隙性和渗透性的影响有限。

图5 梓潼凹陷沙溪庙组储层孔–渗关系

1.3 储集空间类型

1.3.1 孔隙发育特征

研究区沙溪庙组有三套砂体较发育，这三套砂体在成岩过程中形成了多种孔隙类型。根据铸体薄片观察结果，砂岩孔隙类型主要为剩余粒间孔，并见少量粒内溶孔、粒间溶孔、铸模孔、晶间微孔、层间微缝等。剩余粒间孔呈不规则多边形，大小0.03～0.15 mm，由绿泥石薄膜不完全充填形成，偶见充填自生石英，孔隙分布不均，连通性中等–较好；粒内溶孔大小0.05～0.10 mm，主要发育在长石和岩屑颗粒中，溶蚀程度浅–中，常见自生石英不完全充填。

1.3.2 裂缝特征

通过取心井岩心观察，发现研究区已钻井均不同程度发育有低角度裂缝，裂缝倾角一般小于15°，常绕岩心一周发育，多数见有次生方解石、有机质全充填及半充填，缝面常见有擦痕，是典型的剪切破裂缝。岩石薄片观察显示研究区镜下微裂缝较发育，该类裂缝是由机械破裂作用产生的裂缝孔隙空间，裂缝显定向性，多切割颗粒或绕过颗粒延伸，呈分支状或继续延伸，延伸长度大，大部分未充填。微裂缝往往是孔隙之间的沟通通道，充当了喉道的作用，对改善储层储集性能意义重大。总体上，研究区沙溪庙组储集空间以孔隙为主，相应的储集类型为孔隙型。

1.4 主要成岩作用类型及特征

研究区沙溪庙组致密砂岩储层所经历的成岩作用主要包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用等，其中，前两者主要起破坏作用，后者主要起建设性作用[1]。

1.4.1 压实作用

研究区沙溪庙组砂岩压实作用中等，主要表现为：①黑云母沿长轴方向定向排列形成明显的压实定向组构，且部分发生扭曲、膨胀及塑性变形并挤入粒间孔隙中，使一部分原生孔隙丧失；②石英、长石等刚性碎屑颗粒表面见脆性微裂纹，部分石英呈波状消光；③砂岩中碎屑颗粒接触方式主要以线接触为主，表明该区压实作用中等，局部地段表现为凹凸接触，表明砂岩经受了较强的压实作用；④石英颗粒间压溶形成线–凹凸接触，表现为化学压实。

1.4.2 胶结作用

研究区砂岩中常见的胶结物有黏土矿物、碳酸盐胶结物和硅质胶结物。绿泥石是本区储层中普遍存在的黏土矿物，多呈薄膜状或栉壳状包围碎屑颗粒。它形成于沉积后不久的早期胶结作用，以针叶状集合体的形式垂直生长在碎屑颗粒的表面，薄膜环边的厚度3～8μm，含量2%～4%。绿泥石薄膜的出现会堵塞一部分孔隙喉道，造成粒间微孔隙增加而使砂岩的渗透率稍有降低。石英颗粒周围绿泥石薄膜的存在阻止了次生石英加大的形成以及一部分粒间碳酸盐胶结物的沉淀[2–3]，从而使相当一部分原生剩余粒间孔得以保存。

碳酸盐胶结物以方解石为主，部分含铁–低含铁，其含量变化较大，局部高达35%，储层由于钙质胶结而变得非常致密。在多数储层样品中，方解石含量为2%～8%，多呈微晶、细晶或连晶充填于孔隙中，并局部或全部交代碎屑颗粒，还可见方解石充填在长石或石英的次生孔隙中，表明其形成晚于石英和长石的溶蚀。本区方解石为晚期埋藏成岩作用中形成，其含量的多少对储层性质影响较大。

硅质胶结物多以两种方式产出，一种是石英次生加大，另一种是以自生石英晶体充填于颗粒之间的孔隙中。研究区由于黏土环边的存在，石英加大受到了很大的限制，绿泥石薄膜含量与自生石英胶结物含量存在消长关系。自生石英现象普遍可见，其晶形通常完好。在高倍显微镜下，常见石英次生加大和自生石英晶体在黏土环边上的外延增生充填粒间孔隙的特征，在一定程度上降低了砂岩的孔隙度和渗透率。

1.4.3 溶蚀作用

研究区长石的溶蚀现象较普遍，主要形成粒间及粒内溶孔，长石粒内溶孔往往沿解理进行。偶见石英的溶蚀现象,边缘呈不规则状、港湾状。薄片内还可见部分云母及火山岩碎屑发生溶蚀。

2 储层物性主控因素分析

研究区储层性质明显地受到沉积因素和成岩作用的影响，水动力条件和成岩作用的差异造就了不同的储集性能。

2.1 沉积因素

2.1.1 沉积环境

沉积环境和沉积相是控制储集体的形成与分布、影响储层储集性能的首要因素[4]。沉积环境和沉积相带的不同造成储集岩类型不同，不同类型的储集体在岩石的矿物成分、粒度及填隙物方面存在差异，这些差异直接影响到砂岩储层物性的好坏。梓潼凹陷沙溪庙组主要为三角洲平原–三角洲前缘沉积，发育有三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道、河口坝、席状砂和远砂坝等储集体。粒度较粗、厚度较大的分流河道砂体的孔隙度为6%～14%，渗透率为(0.08～0.20)×10–3μm2；粒度较细、厚度较薄的分流间席状砂、远砂坝的孔隙度为2%～7%，渗透率为(0.03～0.09)×10–3μm2。

2.1.2 岩石成分和结构

研究区沙溪庙组砂岩碎屑组分与孔隙度关系较密切。孔隙度与长石含量呈正相关，与石英含量呈负相关，与岩屑含量略呈负相关（图6）；储层“富长石贫岩屑”，长石含量平均为44%；作为刚性颗粒，长石具有较高抗压实能力，有利于原生粒间孔隙的保存；此外长石相对不稳定，易发生溶蚀而产生次生孔隙，这也使孔隙度与其关系密切。岩屑抗压实能力差，不利于原生孔隙的保存。本区岩屑含量平均较低，从而使岩屑含量与孔隙度相关不大。

从理论上讲，等大球体堆积的砂岩储层，其孔隙度与粒径的大小无关[5]。实际上，碎屑颗粒不均一。因此，储层性质与粒径和分选性的关系较为密切。从研究区不同粒级储层的孔隙度与渗透率的相关分析表明，储层粒径与孔隙度及渗透率之间具有很好的正相关关系（图6），随着砂岩粒径变粗，物性变好。细粒级的储层在埋藏成岩过程中易于被压实，相同的压实条件下，细粒级储层的孔隙和喉道也往往要小于粗粒级储层，因而细粒级的储层性质（尤其是渗透率）往往差于粗粒级储层。

图6 碎屑含量与孔隙度关系（左）和不同粒级储层孔渗性关系（右）

2.2 成岩作用对储层的影响

2.2.1 破坏性成岩作用（压实作用和胶结作用）

研究区沙溪庙组砂体发育段埋深大于2 500 m，压实作用对储层孔隙度的破坏较大。为了反映机械压实作用对原始孔隙空间体积的影响程度，采用Houseknecht D W[6]的视压实率来表征：

视压实率α= (原始孔隙体积 – 粒间体积)／原始孔隙体积×100%

当α值大于70%为强压实，α值介于70%～30%为中等压实，α值小于30%为弱压实。假定研究区沉积物的原始粒间孔隙度为40%，粒间孔体积为岩石铸体薄片下粒间孔隙度体积（8.1%）与胶结物体积（5.6%）之和，计算出视压实率为65.8%，属中等压实。根据Lundegard公式[4]计算压实作用造成的孔隙度损失可达30%，占原始孔隙度的75%。因此，压实作用是造成梓潼凹陷沙溪庙组砂岩孔隙度降低的最主要因素。

胶结作用对研究区储层孔渗性产生影响的主要是绿泥石薄膜和方解石胶结物，前者有利于原生粒间孔的保存，其含量较低，影响较小。后者在储层中普遍发育，含量分布不均，局部甚高，对储层性质影响较大。研究表明，少量方解石胶结在一定程度上抑制了后期压实压溶作用，为形成次生孔隙提供了易溶物质；如含量很高，则堵死了孔隙喉道[7–9]，不利于后期酸性孔隙水对储层的改造，形成低孔低渗型储层。随着储层中方解石含量的增加，储层孔隙度和渗透率明显下降。当方解石含量超过15%时，砂岩孔隙度小于8%（图7）。

图7 梓潼凹陷方解石胶结物含量与储层孔渗性

2.2.2 建设性成岩作用（溶蚀作用）

研究区储层中溶蚀现象普遍发育，长石和岩屑是该区骨架颗粒次生溶蚀的主要组分，溶蚀作用包括颗粒的部分溶蚀和全部溶蚀。砂岩中长石岩屑等不稳定组分含量高（成份成熟度仅为0.67），为酸性地层水条件下形成次生溶解产生溶蚀孔隙奠定了物质基础。溶蚀作用在很大程度上改善了储层物性[10]。

3 结论

（1）研究区沙溪庙组岩石类型以中、细粒岩屑长石砂岩为主，长石砂岩次之；结构成熟度中等，成分成熟度极低；填隙物以碳酸盐胶结物为主，胶结类型以孔隙式为主。

（2）储层物性较差，为致密砂岩储层，具有低孔低渗的特点，且孔渗关系较好，储层的储集和渗透能力主要依赖于基质孔隙与喉道。

（3）储层性质明显地受到沉积因素和成岩作用的影响，沉积环境是控制储集体的形成与分布、影响储层储集性能的首要因素。

（4）砂岩碎屑组分和结构与孔隙度关系密切。孔隙度与长石含量呈正相关，与石英含量呈负相关，与岩屑含量略呈负相关。

（5）主要成岩作用类型有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。压实作用是造成沙溪庙组砂岩孔隙度降低的最主要因素。

参考文献

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