川西新场地区须二段物源特征及其对储层物性的控制

王志康，林良彪，余瑜，张俊法，王兴龙

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川 成都 610059；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

0 引言

川西新场地区须二段天然气勘探开发历经20余年，近期研究显示，须二段储层动用率仅为6.39%[1]，显示出巨大的勘探开发潜力。物源不仅是岩相古地理研究的基础，对储层储集性能也有很强的控制作用[2-3]，前人通过轻矿物分析[4-7]、重矿 物 分析[4-5，7]、锆石 测年[6]、微量元素和稀土元素分析[5，7-8]等手段，对川西地区须二段物源特征作了大量研究，认为须二段物源包括秦岭大巴山、龙门山及康滇古陆[4-8]。须二段储层属于超低孔、超低渗型致密砂岩储层[9]，但砂体内部仍发育孔隙度大于4%、渗透率大于0.06×10-3μm2的相对优质储层[10]。

优质储层的形成受沉积与成岩两大因素控制[11-13]。前人研究认为，水下分流河道及河口坝微相中砂岩的初始孔隙度较高，是须二段优质储层形成的基础[14-16]。岩相学研究进一步发现：平行层理砂岩相为须二段优质储层发育的最有利岩石相类型[1]；绿泥石薄膜[17]、长石及火山岩碎屑溶蚀[14-15]和破裂作用[15，18]则在后期改造储层，是深埋藏条件下须二段砂岩具有异常高的孔隙度及渗透率的主要原因。虽然前人对须二段物源及储层特征的研究颇丰，但鲜有文章涉及物源特征与储层物性的关系，很大程度上制约了须家河组天然气勘探开发的进度。

本文通过传统物源分析方法（轻矿物分析、重矿物分析），对研究区13口钻井的2 537个砂岩样品进行物源分析，并结合岩心、岩石薄片、压汞及测井资料对须二段储层特征进行研究，在此基础上，综合分析物源与储层物性的关系，以期为研究区油气开发提供参考。

1 区域地质背景

川西坳陷是晚三叠世以来四川盆地西部陆相沉积的深坳部分[18]，其形成演化主要受龙门山构造活动的控制[19]。须二段沉积期秦岭大巴山处于低幅隆升状态，未发生逆冲推覆，而龙门山发生了加速隆升与逆冲推覆活动[20]。研究区新场构造带位于川西坳陷中段，是一个形成于安县运动后的西高东低、南陡北缓的古今鼻状复合隆起[21-22]（见图1a）。

图1 研究区区域地质背景及地层综合柱状图

研究区须家河组层厚2 000 m以上，自下而上发育须一段—须五段（T3x1—T3x5）5套地层。须二段是研究区须家河组重要的储气层之一，埋深超过4 600 m，层厚超过400～600 m，岩性以大套砂岩为主，夹薄层泥、页岩[23]，发育上、中、下 3 个亚段，进一步分为 10 套砂组[14]（见图1b）。

研究区须二段处于辫状河三角洲前缘亚相，发育辫状河三角洲前缘分流间湾（DB）、水下分流河道（SDC）及河口坝（ED）沉积（见图1b）。

2 物源特征

2.1 碎屑组合分析

研究区须二段广泛发育岩屑砂岩，而长石岩屑砂岩主要分布在北部；自西向东石英质量分数逐渐升高，长石质量分数逐渐降低，岩屑质量分数先降低后升高。新场地区东部砂岩成分成熟度平均值为2.50，中部较低，平均值为2.11，西部平均值为3.13（见图2），可见自东部、中部向西部成分成熟度有先降低后升高的趋势，表明物源搬运方向为自东向西。新场地区北部梓潼凹陷向新场地区，再向新场地区西南部（龙门山前断褶带）的成分成熟度逐渐升高（见图2），平均值分别为1.63，2.37，2.85，进一步说明须二段物源主要来自东北方向。

图2 新场地区须二段成分成熟度平面分布特征

研究区须二段以变质岩岩屑为主，在研究区广泛分布，沉积岩岩屑次之（见图3，图中彩色圆代表岩石占比）。沉积岩主要分布在川孝93井—德阳1井—川合100井—高庙4井—川丰563井以南、高庙3井以北。分布广泛的变质岩岩屑特征与研究区东北方向秦岭大巴山震旦系—志留系的浅变质岩、硅质岩特征相似[24-25]，而沉积岩岩屑特征与研究区西北方向龙门山泥盆纪—晚三叠世地层中的沉积岩特征相似[25]，表明须二段物源主要来自秦岭大巴山，其次为龙门山。

图3 新场地区须二段岩屑平面分布特征

2.2 重矿物

新场地区西部须二段鉴别出锆石、黄铁矿、电气石、白钛矿、尖晶石及少量的磷灰石、金红石、锐钛矿、辉石等重矿物组合（见表1），东部重矿物组合则为电气石、锆石、锐钛矿、金红石、白钛矿、磷灰石及少量的方铅矿、独居石、黄铜矿等（见表1）。值得注意的是，新场地区东部须二段无磁部分及电磁部分锐钛矿质量分数分别达26.0%，15.0%，不含黄铁矿、尖晶石及辉石；而西部地区无磁部分及电磁部分锐钛矿质量分数分别仅为3.4%，0，无磁部分及电磁部分黄铁矿质量分数分别达25.2%，30.6%，不含方铅矿、独居石、黄铜矿。研究区西部须二段重矿物组合与东部的差异说明西部和东部存在不同的物源区。

表1 新场地区须二段主要重矿物质量分数 %

3 物源与储层的关系

3.1 储层物性特征

须二段主要发育岩屑砂岩、长石岩屑砂岩及岩屑石英砂岩3类储层，储层孔喉半径偏小（多小于1 μm）（见图4）。根据压汞参数将须二段储层孔隙结构分为3种类型：Ⅰ型（长石岩屑砂岩储层）的孔喉分布最为均匀，平均孔喉半径最大；Ⅱ型（岩屑石英砂岩储层）的次之；Ⅲ型（岩屑砂岩储层）的最差，平均孔喉半径最小（见图4）。Ⅰ型与Ⅱ型、Ⅲ型的孔隙度及渗透率分布特征类似（见图5），孔隙度峰值均为2%～4%（见图5a，5d，5g，图中N为样品个数，下同），但Ⅰ型渗透率大于0.1×10-3μm2的比例最高，Ⅱ型次之，Ⅲ型最低（见图5b，5e，5h）。不同地区致密砂岩优质储层的划分标准不同[26]，新场地区须二段致密砂岩相对优质储层的划分标准为：孔隙度大于 4%，渗透率大于 0.06×10-3μm2[10]。按照该标准，Ⅰ—Ⅲ型，相对优质储层占比逐渐降低（见图5c，5f，5i）。

图4 新场地区须二段储层毛细管压力进汞曲线特征

图5 新场地区须二段不同类型储层孔隙度、渗透率分布特征及孔渗关系

3.2 物源及其远近对储层物性的控制作用

3.2.1 物源

根据碎屑组合及重矿物分析，新场地区须二段物源主要来自东北方向的秦岭大巴山，其次为西北方向的龙门山。与秦岭大巴山物源控制的须二段相比，龙门山物源控制的须二段岩屑砂岩储层较为发育，秦岭大巴山物源控制的须二段则发育长石岩屑砂岩储层 （见表2）；2个物源控制的须二段粒度、分选性、磨圆度等相差不大，但龙门山物源控制的须二段相对贫长石、富沉积岩岩屑，而秦岭大巴山物源控制的须二段则相对富长石、富变质岩岩屑及火山岩岩屑（见表2）。

表2 新场地区须二段不同物源控制下的储层特征

长石、沉积岩及火山岩岩屑的质量分数差异导致秦岭大巴山物源控制的须二段储层长石溶蚀作用、绿泥石薄膜对原生孔隙的保护较龙门山物源控制的储层强，而碳酸盐胶结作用则弱于龙门山物源控制的储层，加之龙门山物源控制的储层岩屑质量分数更高，导致其压实作用强于秦岭大巴山物源控制的储层（见表2）。

龙门山与秦岭大巴山物源控制的须二段储层孔隙度与渗透率分布特征类似（见图6），孔隙度分布峰值均为2%～4%（见图6a，6d），渗透率分布峰值均包括0.02×10-3～0.04×10-3μm2及 0.1×10-3～1×10-3μm22 个区间（见图6b，6e），但秦岭大巴山物源控制的须二段相对优质储层占比更高（见图6c，6f）。

图6 新场地区须二段不同物源控制的储层孔隙度、渗透率分布特征及孔渗关系

3.2.2 物源远近

以须二段的薄片及压汞资料为基础，分析秦岭大巴山物源远近对储层物性的控制作用。随搬运距离增加，远物源端砂岩的粒度、分选性、磨圆度变好，并且石英质量分数升高、岩屑质量分数降低（见表3），砂岩的成分成熟度不断升高。

表3 新场地区须二段秦岭大巴山远物源端及近物源端储层特征

值得注意的是，远物源端砂岩样品较近物源端具有“富长石，贫沉积岩岩屑”的特征；远物源端砂岩储层长石质量分数更高造成其溶蚀作用更强，沉积岩岩屑质量分数低导致碳酸盐胶结作用更弱，这与远物源端碳酸盐胶结物的质量分数（5.22%）较近物源端质量分数（6.75%）更低一致（见表3）。

与近物源端相比，远物源端砂岩样品的孔喉分布较为均匀，平均孔喉半径更高，孔隙结构更好（见表4）；远物源端砂岩样品与近物源端孔隙度分布峰值均为2%～4%，渗透率分布峰值均为0.02×10-3～0.04×10-3μm2，但远物源端相对优质储层占比较近物源端更高（见图7）。

表4 新场地区须二段秦岭大巴山远物源端及近物源端孔隙结构差异

图7 新场地区须二段秦岭大巴山远物源端及近物源端孔隙度、渗透率分布特征及孔渗关系

因此，压汞与薄片资料分析均表明远物源端储层物性更好。

4 结论

1）碎屑组分及重矿物分析显示，研究区须二段存在西北及东北2个方向的物源，主要物源来自东北方向的秦岭大巴山，其次为西北方向的龙门山。

2）研究区须二段主要发育岩屑砂岩、长石岩屑砂岩及岩屑石英砂岩，长石岩屑砂岩储层的物性最好，岩屑石英砂岩次之，岩屑砂岩最差。

3）研究区秦岭大巴山物源控制的须二段储层与龙门山物源控制的储层相比，粒度、分选性、磨圆度相差不大，前者以长石岩屑砂岩及岩屑砂岩为主，富长石，富火山岩岩屑，后者以岩屑砂岩及岩屑石英砂岩为主，贫长石，富沉积岩岩屑。秦岭大巴山物源控制的须二段储层长石溶蚀作用、绿泥石薄膜对孔隙的保护作用强于龙门山，但碳酸盐胶结作用弱于龙门山，导致秦岭大巴山物源控制的须二段储层相对优质储层占比更高。

4）与近物源端相比，远物源端砂岩的粒度、分选性、磨圆度更好；远物源端砂岩富长石，贫沉积岩岩屑导致其溶蚀作用更强，碳酸盐胶结作用更弱；远物源端砂岩的孔隙结构更好，相对优质储层占比更高。