四川盆地上三叠统须家河组储层形成条件及有利储集层评价

四川盆地上三叠统须家河组储层形成条件及有利储集层评价

0油气勘探前景广阔四川盆地上三叠纪徐家河群油气勘探始于20世纪40年代，包括徐二段、徐二段和徐六段。此前已发现中水库、平浪水库、九龙山、梓潼、大兴西、新昌、白马寺、洛岱、八角场、遂南、磨溪、布西、广安、龙女寺等气田。此外，它还检测到了许多重要的气田，如沱水库、文兴场、老关寺、安岳-通县和铜南，显示出良好的勘探前景和潜力。四川盆地上三叠统须家河组产层埋深2000～5200m,成岩作用强,受长期挤压作用影响,多为低孔低渗的致密储集层,非均质性强,局部裂缝发育;在烃源充足的条件下,预测有效储集层分布成为寻找大油气田的关键。本文通过对四川盆地上三叠统须家河组沉积体系的综合分析和对储集层主控因素的解剖,研究低孔低渗背景下相对优质储集层的形成条件,并对有效储集层进行区域评价预测。1须家河组特征长期以来,关于四川盆地上三叠统陆相地层的岩石地层单位,一直认为有川西“须家河组”与盆地中东部“香溪群”,学者们对二者的对比关系长期争论不休。张健等人通过岩石地层、地震地层、事件地层及高分辨率旋回地层等多种方法讨论了须家河组与香溪群各岩性段的对比关系,建议四川盆地上三叠统统一使用“须家河组”这一名称,并自下而上划分为须一段至须六段(T3x1—T3x6)6个岩性段。上三叠统须家河组岩性为黄灰色砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩和泥岩夹煤层。在垂向剖面上,砂岩与泥岩常组成以砂岩为主的不等厚韵律层,上部夹块状砾岩,厚数百米至近千米,富含植物及双壳化石。须家河组厚度差异较大,川西地区该组厚300～1000m,以宣汉以北地区最厚;川中—川南地区须家河组厚度为480～780m,以平泉1井—川3井区最厚;在威远—自流井地区和潼南—合110井区一带最薄,厚度小于550m,呈现由北西向南东逐渐减薄的趋势。须家河组除须一段局部发育海陆交互相沉积外,其余各段均属于陆相沉积。根据岩石类型、岩性组合、沉积构造、古生物组合和剖面结构等特征综合分析,上三叠统须家河组可划分为冲积扇、辫状河、扇三角洲、河流三角洲、湖泊5个沉积体系。沉积相类型具有从盆缘近物源区至盆地沉降-沉积中心区依次为冲积扇相、扇三角洲相、河流相、河流三角洲相以及湖泊相的分布特点。2角洲沉积体系四川盆地上三叠统主要发育三角洲沉积体系与湖泊沉积体系,其中须一段、须三段、须五段以湖泊沉积体系为主,须二段、须四段、须六段以三角洲沉积体系为主。三角洲沉积体系的分布与周围山系的活动密切相关,龙门山、米仓山—大巴山、雪峰山为须家河组沉积期活动的老山,但是由龙门山提供的物源仅限于前陆盆地隆起以西,无法越过前渊抵达川中一带,因此,川中一带只接受东北部大巴山—米仓山、东南部雪峰山以及南部提供的物源。2.1未固矿颗粒及矿物学特征该物源体系特征是:重矿物组合为高含量锆石与特有的金红石、磷灰石,还含有少量的锐钛矿及褐帘石;相对川中北部地区而言砂岩碎屑颗粒中长石含量低,火山岩屑含量较高,而沉积岩屑和变质岩屑含量较低;主要是三汇—天池—营山主水系。2.2较少以较少岩粒石为原料的火山岩该物源体系特征是:重矿物组合以高含量榍石与高含量白钛矿为主,还有少量的电气石与锆石;相对川中北部地区而言砂岩碎屑颗粒中长石含量高,火山岩屑含量较低,而沉积岩屑和变质岩屑含量较高;包括观音溪—罗渡溪主水系、桂兴—广安主水系。2.3砂岩碎屑颗粒该物源体系的特征是:重矿物组合为锆石、电气石及辉石;相对川中北部地区而言砂岩碎屑颗粒中长石含量高,火山岩屑含量较低,而沉积岩屑和变质岩屑含量较高;主要为合川—龙女主水系。2.4油气岩砂岩储集层含金红石与榍石等特殊重矿物且含碳酸盐岩碎屑组分是龙门山物源的基本特征。龙门山西北部物源主要分布在川中的西北区块秋林—金华—八角场一带,重矿物组合为锆石、电气石、金红石及榍石。在这一带须四段的上部砂岩储集层中普遍含15%～20%的白云岩碎屑,这种白云岩碎屑在川西北地区须四段—须五段储集层中也普遍发育,含量一般在20%～50%,有些层段有白云岩砾组成的砾岩层。须二段、须四段、须六段砂岩在川西多含有较多的砾岩,岩石组分中石英含量可达72.6%。目前发现了多个以该物源为主的三角洲沉积体系,代表不同的次一级物源体系。3岩相古地理区域构造格局的特征须家河组沉积早期(T3x2—3),龙门山构造山系的逆冲推覆作用较为活跃,川西坳陷发生强烈拗陷沉降作用,而米仓山—大巴山构造山系尚处于低幅稳定隆升状态,川东北坳陷主要受龙门山逆冲推覆作用的远端效应影响,两个造山带的联合作用直接控制了四川盆地“三坳围一隆”的构造-沉积格局和西南厚、东北薄以及川西坳陷为主体的西断东超的压性箕状盆地构造样式。四川盆地上三叠统须家河组沉积相类型丰富多样,变化虽然较为复杂但很有规律,尤以沉积相带展布格局的变化最有规律,有3个重要的基本特点(见图1、图2、图3)。①四川盆地须家河组沉积期沉积主要从周边山系向盆内、从川中隆起向盆地中心逐渐推进,由以发育(冲积扇)辫状河—辫状河三角洲—浅湖沉积为主的沉积体系组成,致使四川盆地浅湖区域为向南西倾斜的“∩”型,浅湖内零星发育有小型浅湖砂坝沉积。由盆地边缘和川中隆起的冲积扇(河流)和(扇)三角洲沉积体系的粗—中粒碎屑岩沉积相带,向前逐渐过渡为湖泊沉积体系的细碎屑—泥质岩沉积相带,各沉积体系和沉积相、亚相、微相类型的变化及平面配置关系,都呈现由粗变细和由厚变薄的规律性变化。②沉积相带的展布格局严格受构造控制,以盆地边缘最为明显。例如,在四川盆地西部,沉积相带的展布格局主要受龙门山构造带逆冲推覆作用控制,由各类扇体侧向叠置组成的扇裙具有平行龙门山构造带呈南西—北东向展布的特点;在四川盆地北部和东北部,主要受米仓山—大巴山构造带逆冲推覆作用控制,具有自西向东随着米仓山—大巴山构造带的走向由近东西逐渐折向北西—南东向的变化,以冲积扇和三角洲为主体的扇裙展布格局也具有同方向变化的特点。③晚三叠世须家河组沉积期,以龙门山构造带逆冲推覆活动为主,米仓山—大巴山活动相对较弱。川西坳陷沉积作用主要受龙门山构造带逆冲推覆控制,而川东北坳陷主要受龙门山逆冲推覆作用远端效应控制,四川盆地自西向东由于构造活动渐趋减弱而导致川西坳陷与川东北坳陷的沉降充填以及充填方式有较大的差异。与川东北坳陷相比,川西坳陷沉积厚度明显增大,两者之间存在巨大反差。4储集层物性特征须家河组储集层为一套成分成熟度较低而结构成熟度较高的陆源碎屑岩。成分成熟度较低表现在石英含量较低,而长石、岩屑含量较高,成分成熟度指数石英/(长石+岩屑)一般在1.5～4.0,少数可达6.0～7.0。大多数砂岩分选中等—较好,其中川中地区砂岩分选性较好,川西地区砂岩分选性中等偏差。碎屑颗粒磨圆以次圆状为主,其次为次棱角状,圆状颗粒少见。胶结类型以孔隙式、接触式胶结为主。储集层岩性以长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主,次为岩屑石英砂岩,再次为长石石英砂岩,少量纯石英砂岩。须家河组主要储集层段须二段、须四段、须六段岩性特征在区域上存在较大变化,发育孔隙型、裂缝-孔隙型与孔隙-裂缝型3大类储集层。根据200余口井、20条野外剖面共计36000多个样品的物性分析资料,须家河组储集层平均孔隙度为4.77%,最小0.10%,最大18.27%;储集层平均渗透率为0.19×10-3μm2,最小低于0.001×10-3μm2,最大可达50×10-3μm2以上(有裂缝发育时)。总体上储集层物性较差,属低孔低渗和特低孔特低渗储集层,局部发育有少量中孔低渗储集层(见图4)。储集层孔隙度、渗透率之间相关性较差,相关系数R2仅为0.27,表明渗透率大小不仅与总孔隙多少有关,更主要受孔隙结构、裂缝发育状况控制。纵向上从老到新储集层物性有逐渐变差的趋势。须二段储集层物性较好,储集层平均孔隙度为4.82%,渗透率主要分布在0.01×10-3～0.10×10-3μm2;须四段储集层平均孔隙度为4.68%,渗透率主要分布在0.01×10-3～0.10×10-3μm2;须六段储集层物性差,平均孔隙度为3.16%。总体上,须六段储集层物性较须二及须四段物性稍差。须家河组储集层以广安地区物性最好,平均孔隙度为8.20%;蓬莱地区和合川地区物性较好,储集层平均孔隙度分别为6.86%和6.27%;而大足、安岳、龙女寺和八角场等地区储集层物性差,平均孔隙度均小于5.00%。平面上以川中及川中—川南过渡带储集层物性最好。5烃类充注储集性能控制因素研究区上三叠统储集层多处于中成岩A到中成岩B阶段,沉积作用、成岩作用和构造作用以及烃类充注等多种因素综合控制其储集性能。孔隙度与渗透率最初受控于沉积相或岩相,特别是分选性与矿物成分;埋藏之后,开始受控于温度和压力的增加、孔隙循环水pH与Eh值的变化以及随埋藏深度产生的成岩作用[10,11,12,13,14,15]。5.1储集层物性差别根据对40口井沉积微相与储集层物性的关系统计,有利储集层主要发育在三角洲平原的高能河道中,其中退积型河口坝组合和加积型河道砂坝、河道砂坪与河道间组合以及加积型河道砂坝与河道间组合(少见滞留沉积)最为有利,储集层平均孔隙度一般在4.00%以上,平均渗透率一般在0.05×10-3μm2以上。不仅不同沉积微相之间储集层物性有明显差别,同一沉积微相在不同地区或不同井中储集层物性差别也较大。例如,在辫状河三角洲平原分支河道微相中,单井储集层平均孔隙度最大可达11.00%(金106井),最小只有1.43%(龙13井);在辫状河三角洲前缘水下分流河道微相中,单井储集层平均孔隙度最大为8.37%(磨58井),最小只有2.32%(文13井);在辫状河三角洲前缘河口坝微相中,单井储集层平均孔隙度最大为8.89%(莲深1井),最小只有1.67%(汉4井)。同一口井同一沉积微相储集层物性差别也较大,如龙13井3540～3560m井段为辫状河三角洲前缘河口坝微相,其上部储集层孔隙度小于1.00%,下部储集层孔隙度在5.00%以上。不同地区同一沉积微相及同一沉积微相在同一地区不同层段中储集层物性有如此大的差别,主要和储集层所经历的不同成岩作用有关,同时不同的物源条件和构造埋藏史也使得同一沉积微相中储集层物性有所差别。另外,辫状河三角洲平原分支河道和三角洲前缘水下分流河道底部的滞留沉积物性也很差,与其含大量的泥砾和杂基有关,常造成河道底部物性差,而中上部物性好。综上所述,沉积相是控制储集层物性的基础,沉积相在宏观上控制储集层物性的好坏,三角洲平原水上分支河道、三角洲前缘水下分流河道等微相是储集层发育的有利相带,但这些有利相带并不都是良好的储集层,它还受成岩作用、物源条件等因素控制。5.2储集层成岩作用砂体最终能否成为有效储集体,关键在于后期经历的成岩作用对原始孔隙的改造程度。须家河组储集层经历了多种成岩变化。对储集层物性而言,建设性的成岩作用主要有溶蚀作用和构造破裂作用,导致孔隙度的增大;破坏性的成岩作用主要有压实作用、压溶作用和胶结作用,造成孔隙度的降低;交代作用对孔隙度影响较小。5.2.1压实作用及成岩矿物组成特征机械压实作用为研究区最重要的成岩事件之一,它是使研究区岩石固结成岩最主要的因素。在早成岩期,机械压实作用强度大;在中成岩期,随埋深的增加,机械压实作用进一步增强,将在中成岩作用A期产生的次生孔隙进一步压实,此时岩石颗粒在石英加大后呈线—凹凸接触,可见云母弯曲折断,软颗粒呈微缝合线接触。从四川盆地中西部不同地区的埋藏史(见图5)可见,研究区川西周缘前陆盆地山前带地层和前渊带地层都经历了早期(燕山期)的快速深埋;其后为J—E的缓慢沉降阶段,其中前渊带在喜马拉雅早期又经历了一期深埋作用,深度一般5500～6000m左右,并且深埋时间长,作用充分,故储集层压实作用强,斜坡带和隆起带埋藏相对较浅,深度一般在4000～4500m左右。研究区各地区须家河组各段机械压实作用都非常强烈,都属强压实,尤其是大巴山前缘及川西南部,压实作用最为强烈,致使原生孔隙损失了近90%左右,再加上胶结作用使原生孔隙损失了近5%,使得各目的层段大部分样品没有或只有少量残余原生孔隙,这与铸体薄片鉴定及扫描电镜下只见到很少残余原生孔隙相吻合。实测孔隙度为0.80%～16.02%,平均6.88%,实测值与推测剩余原生孔隙度的差值表明储集岩的孔隙主要为次生孔隙,这与镜下观察到的孔隙主要以次生溶孔为主相吻合。同时,根据各成岩矿物共生组合关系,可以初步确定成岩矿物由早到晚形成的相对顺序:早期方解石(泥晶菱铁矿)→石英Ⅰ期加大→绿泥石薄膜→长石、岩屑溶解→绿泥石孔隙衬边→石英Ⅱ期加大(加大,剩余粒间孔、粒间溶孔中充填石英)→溶蚀作用→石英Ⅲ期加大(粒间溶孔、粒内溶孔中充填石英)→连晶(含铁)方解石→白云石→铁(方解石)白云石→后期溶蚀作用→石英、方解石脉形成。早期碳酸盐胶结物不发育,但界面附近高含量早期方解石胶结物对储集层有致命影响,沿上倾方向的致密钙质胶结层可能成为岩性圈闭中的遮挡;第Ⅰ期石英加大边不甚发育,对储集层质量影响较小;绿泥石充填的储集层物性相对较好;石英Ⅱ、Ⅲ期加大和胶结物发育是砂岩致密化的主要原因之一。晚期碳酸盐胶结物含量较低,对大多数储集层影响不大。上述特征表明,研究区须家河组压实作用较强,从而导致原始孔隙度降低,是造成储集层原生孔隙减少的主要原因之一;其次碳酸盐、硅质、铁质和黏土矿物等的胶结作用,不仅减少了储集层孔隙空间,而且改变了储集层孔隙结构,它使粒间管状喉道变为片状、缝合状喉道,严重影响流体的渗流,从而大大降低了储集层的渗透率,也是影响储集层储集性能的主要原因之一。5.2.2上三叠统及上覆侏罗系地层压力异常分布川西前陆盆地上三叠统沉积厚度巨大,普遍存在异常高压现象,特别是在梓潼坳陷区内,例如:魏1井3762～3838m井段压力系数达2.09,黎雅1井4386～4477m井段压力系数达1.98,角43井3127m井段压力系数达1.82。引起川西前陆盆地上三叠统(及上覆侏罗系)地层压力异常分布的主要地质作用是地层流体疏导不畅,一方面由于储集层致密化引起流体储渗空间减小,另一方面黏土矿物脱水、有机质热解生烃等作用引起地层流体增加。构造运动不但对上三叠统油气运移、聚集成藏起着重要作用,而且断裂构造对异常高压有明显泄压作用。目前存在的地层异常压力主要是在岩石致密化作用以后发育的(可能与中侏罗世以后烃类物质成熟作用和喜马拉雅运动的构造应力有关),因而其对储集层孔隙的保护是十分有限的。5.2.3储集层的岩性结构溶蚀强度的差异是沉积控制基础上储集层质量差异的主要因素,它可发生在成岩作用的各个时期,但中成岩阶段由有机质脱羧引起的溶蚀作用对储集空间形成具有特别重要的影响。研究区内须家河组受溶蚀的矿物主要是长石和岩屑。长石颗粒常沿解理、破裂缝发生溶解,从而形成蜂窝状粒内溶孔,而有的几乎完全被溶蚀形成铸模孔,长石颗粒溶孔是研究区内须家河组储集层的主要储集空间。对研究区铸体薄片统计后发现,须家河组因溶蚀作用为储集层提供的孔隙度一般小于3.00%,平均为2.00%,最高可达5.00%。须二段长石含量总体上比须四段高,次生溶孔相对发育,薄片统计面孔率平均可达3.19%。溶蚀作用主要是针对不稳定组分,如长石、岩屑等常发生粒内溶蚀,而碳酸盐胶结物溶蚀和粒间溶孔较为少见。原生残余粒间孔隙越发育,成岩期越有利于酸性孔隙水的活动,长石和岩屑的次生溶解亦相对发育,两者组成复合孔隙的机率较高。川西地区长期处在封闭条件下,埋深也相对较大,成岩流体无机组分没有变化,只溶解长石和部分岩屑,而不溶解粒间胶结物如石英、碳酸盐,故对致密化的须家河组砂岩孔隙度改变不大。川中—川南地区古埋深相对较小,有利沉积相带基础上叠加了积极的溶蚀作用,储集层质量得以改善。5.3储集层覆岩裂缝改善作用川西前陆盆地上三叠统储集层所经历的多期冲断作用使其构造裂缝发育,尤其是川西前陆盆地西部地区储集层,由于其早期的深埋压实作用,致使储集层多已致密化,裂缝改善作用往往对其储集性能有决定性影响,破碎裂缝的形成及分布与前陆冲断构造运动密切相关。川西地区部分井的测试结果显示储集层具双孔介质系统,即基质和裂缝都对储渗系统起作用。裂缝在致密储集层中主要起增大孔隙度、提高渗透率、促进沿裂缝发生溶蚀形成溶蚀孔缝系统等作用,其中裂缝对总孔隙度的提高贡献不大,裂缝率一般小于1%,但对渗透率的提高作用很大,渗透率一般可增大10倍至几十倍。6有利储层的评估和预测6.1储集层评价标准储集层综合预测是在沉积相、成岩作用及储集层控制因素分析基础上进行的,目的是对缺乏钻井资料的地区进行有利储集层预测,为下一步勘探指明方向。四川盆地须家河组储集层评价主要考虑物性参数,同时参考储集层孔隙类型、孔喉组合、孔隙结构参数、裂缝发育情况、成岩相类型和有效储集层厚度,在此基础上建立了综合的储集层评价标准(见表1)。根据该标准可以将储集层划分为3类:Ⅰ类为有利储集层,平均孔隙度一般大于8%,有效储集层厚度一般大于30m;Ⅱ类为较有利储集层,平均孔隙度一般大于6%,有效储集层厚度一般大于20m;Ⅲ类为一般储集层,平均孔隙度一般大于6%,有效储集层厚度一般大于10m。6.2有利区带—须二段储集层评价预测有利储集层主要发育于川中地区的渠县—营山—川67井及内江—安岳—女107井—广安一带,主体处于辫状河三角洲平原、前缘带,储集层厚度在30～50m,平均孔隙度一般大于8%,目前发现的安岳、潼南、合川含油气构造均处于该有利区带;较有利储集层分布于川西的平落坝—白马庙—邛西一带和八角场及川中—川南的大部分地区,储集层厚度在20～30m,平均孔隙度一般大于6%;莲花池、中江以东、九龙山—黎雅庙—柘坝场—老关庙等地区为一般储集层