四川盆地须二段综合成岩相特征研究

四川盆地须二段综合成岩相特征研究
段新国;宋荣彩;李国辉;李楠
【摘要】四川盆地上三叠统须家河组二段是重要的含气层位,但由于其砂体具有非均质性强、且低孔低渗的特点,直接影响了油气勘探开发的效果.本文有针对性地提出了综合成岩相的概念,目的是寻找一套有效的方法预测储层有利发育区.综合成岩相,即是多种成岩环境下叠加与改造的多种成岩作用中占主体地位的成岩作用的综合体.相比于单因素成岩相,综合成岩相更能反映储层的成岩特征,它既有主要成岩作用的分析,也有主要成岩作用强弱顺序的分析.在大量薄片分析、岩芯观察及单因素成岩相研究的基础上,用半定量的方法将须二段综合成岩相划分为7类,并对四川盆地须二段的综合成岩相进行了研究,发现须二段储层发育相对集中,其中在川中地区发育较好,在盆地的边缘和东部地区发育较差.因此,川中及川西的部分地区是须二段勘探开发的有利区域.
【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(033)001
【总页数】8页(P7-14)
【关键词】须二段储层;致密砂岩储层;成岩作用类型;成岩相;四川盆地
【作者】段新国;宋荣彩;李国辉;李楠
【作者单位】成都理工大学能源学院,四川成都,610059;成都理工大学能源学院,四川成都,610059;中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,四川成都,610059;中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,四川成都,610059
【正文语种】中文
【中图分类】TE122.2
四川盆地上三叠统须家河组二段是主要的含气层位，目前已经发现了合川、安岳、潼南等气田。

但从目前的研究现状看，须二段砂体具有非均质性强、低孔低渗的特点，加之沉积环境、砂岩的物质成分、复杂的成岩作用、盆地埋藏热演化史及烃类注入史等因素的影响，其储集物性在各地区存在差异，这都增加了储层预测难度，直接影响了油气勘探开发的效果。

因此，在烃源岩和构造等基本成藏条件初步明确的情况下，寻找有效储集体是目前须二段勘探工作的重点和核心。

由于目前的岩石都经历了极其复杂的成岩史，构造的多旋回性造成了成岩作用的多旋回性，使其经受了多种成岩环境下多种作用的叠加与改造，因此它不可能是某种单一成岩环境的产物，然而，其中必定有1种或2种主要的作用控制着孔隙的演化并决定其目前
的总貌。

成岩作用是储集层发育和形成的必经过程，最终决定储集层性能的优劣。

特别是对致密厚层砂岩而言，控制储集层发育和分布的关键就是成岩作用和成岩相，在当前勘探阶段既是研究重点又是难点。

以往的研究多数集中在成岩作用对储集层孔隙度的影响，多数成果为单因素成岩作用的半定量研究，对成岩相的基础研究与定量评价较薄弱，对成岩相的内涵尚缺乏统一的认识，没有统一的分类和命名方案。

从一般意义上来说，成岩相是在成岩与构造等作用下，沉积物经历一定成岩作用和演化阶段的产物，包括岩石颗粒、胶结物、组构、孔洞缝等综合特征。

因此，成岩相是控制储层发育的关键因素，本文从研究单因素成岩相入手，通过对综合成岩相的研究，来预测优质储层的区域分布，从而勘探部署提供依据。

成岩相是岩石的成岩环境及在该成岩环境下形成的成岩矿物的综合，即反映成岩环境的岩石学特征、地球化学特征和岩石物理特征的总和。

包括碎屑物沉积时物理化学环境、固结成岩方式和成岩过程中孔隙水演化历史3方面内容，可反映储层形
成过程中各成岩阶段孔隙水的性质与储层发育关系。

它是成岩作用的直接表现，构造和沉积作用直接决定成岩作用的形式和内容。

对于成岩相的定义，不同研究者表述不一，但多数都涉及到了成岩作用及其产物等内容，分歧不是很大。

但各种成岩相对应的形成机理复杂多样，至今尚无统一、明确的认识。

国外关于成岩相的划分依据和侧重点各有不同(表1)，国内学者对成岩相的定义、划分依据和分类命名亦各有认识和标准(表2)。

目前国内外学者主要根据成岩矿物、成岩事件、成岩环境等进行成岩相的划分和命名，直接反映了成岩作用和成岩阶段的特征，一些学者还结合地震、测井资料进行了不同类型成岩相的探索性研究，在成岩相识别和评价上有所进展。

单因素成岩相对应于单个成岩作用，是成岩相研究的最小单位，通过大量薄片分析及岩芯观察，结合本区储层的成岩作用特征，将须二段砂岩的单因素成岩相分为7种:压实压溶成岩相、绿泥石环边胶结成岩相、石英次生加大成岩相、方解石胶结成岩相、粘土矿物(伊利石)胶结交代成岩相、自生高岭石充填成岩相、不稳定组分溶蚀成岩相。

以强压实作用为主的成岩相。

压实作用在这类砂岩中表现最为强烈，由于没有石英次生加大，或石英次生加大很弱，抗压强度低，砂岩致密。

因此这类成岩相的砂岩主要为差储层(图1)。

多数情况下，压实压溶作用造成的砂岩孔隙丧失比胶结作用造成的砂岩孔隙丧失更大，常形成于远砂坝和分流河道间席状砂岩中，由于颗粒细和粘土杂基含量高，机械压实作用强，使原生孔隙大大降低。

其孔隙度低，且多为微孔隙，喉道细，因此渗透率低，多属于致密储层，对形成油藏可能是无效的。

在局部地区，某些河道边缘砂体杂基含量较低，由于刚性颗粒的支撑，使机械压实作用减弱，而压溶作用增强，使碎屑颗粒之间呈缝合及镶嵌式接触，降低了储层的孔渗性，成为低渗储层。

早期绿泥石沿颗粒表面生长，成环边状(图2)。

由于绿泥石环边的存在，石英次生
加大受到了很大限制。

在一些绿泥石环边发育的砂岩中，尤其是孔隙衬垫绿泥石发育的砂岩，绿泥石环边对砂岩储层孔隙发育有重要影响，对原生粒间孔的保存起到有利的作用。

属这类成岩相的有效储层中，孔隙既有原生粒间孔，又有一定的次生溶孔，但以原生粒间孔为主，是本区形成有效储层最有利的成岩相。

须家河组砂岩储层绿泥石环边具有薄但致密而连续的特点，虽然绝对含量较低，一般小于4%，普遍在1%～2%，但它仍能有效地阻止石英加大，同时它还不会促进压溶作用，使得粒间孔隙得以有效地保存。

在绿泥石环边发育的地方，石英胶结物含量都较低，一般小于2%，石英次生加大不发育，而主要是以自生石英的形式充填孔隙。

相应的储层孔隙度较高，以原生残余粒间孔为主，也有较多的次生溶孔，面孔率一般在8%以上，岩芯孔隙度普遍超过10%。

该成岩相常形成于三角洲水下分流河道和河口坝等高能量砂体中，这些砂体以中砂为主，原始孔渗性很好，有利于地下流体的流动。

该成岩相不仅在该区三角洲前缘分流河道和河口坝砂体中构成了优质储层，而且在整个须家河组砂岩储层中占有相当重要的地位。

硅质沿石英颗粒边缘次生加大，成为硅质胶结物(图3)。

砂岩中没有先期生长的绿泥石环边，或仅有弱的绿泥石生长。

压实作用强于绿泥石环边胶结成岩相，石英次生加大使得一些受压实后残留的原生粒间孔又被充填。

在这类成岩相的砂岩中，由于地下流体的流动也不能将绿泥石环边胶结物溶解，所以溶蚀作用较弱，次生溶孔也不如绿泥石环边胶结成岩相发育。

薄片中见到的溶孔较为零星分散。

石英次生加大成岩相主要发生在高石英颗粒含量的砂岩中。

因为石英颗粒的压溶作用是硅质胶结物的主要物质来源，远离物源、岩石成熟度高的川南地区是硅质胶结相发育的主要地区，而水动力能量强的分流河道和河口坝是硅质胶结相发育的有利相带。

由于硅质胶结物含量大于5%时，储层孔隙度就显著降低，因此把硅质胶结物含量
大于5%的样品都归为强石英次生加大成岩相，以便和一般的石英次生加大成岩相有所区别。

石英次生加大成岩相的石英颗粒含量和硅质胶结物含量都很高，居各成岩相之首，分别为67．4%和6．2%。

岩石孔隙发育较差，平均面孔率为1．2%，少数纯石英砂岩可达5%，孔隙类型以石英加大后的残余粒间孔为主，溶蚀孔隙较少。

方解石胶结物在须家河组砂岩中广泛存在，早期方解石以半基底式－基底式胶结为主，晚期方解石以充填孔隙为主，为充填孔隙式胶结或连晶式胶结(图4)。

早期方
解石把砂岩中的孔隙全部充填，后期也无溶蚀作用发生，薄片中不见孔隙，砂岩孔隙度普遍小于3%，这类砂岩在区内均为非储层。

晚期方解石虽然在砂岩中广泛出现，但含量一般较低，为2%～5%，虽然对砂岩孔隙度影响较大，但未完全充填
孔隙，当这类方解石含量超过5%时，便会极大地降低储层孔隙度，成为差储层或非储层。

因此，把方解石含量大于5%的砂岩定为方解石胶结成岩相。

方解石胶结的砂岩在岩芯中常可见到，但它们厚度一般不大，而且层位不定，常见于砂岩顶底与泥岩接触面附近。

这种成岩相部分出现于三角洲分流河道、河道侧翼和河口坝砂体中，无一定分布规律，在平面上也不易连片，区内主要分布在川西地区。

四川盆地须二段储层方解石胶结成岩相主要分布在广元地区和安县－大邑地区，这些地区岩石中碳酸盐岩屑含量很高，一般都在10%以上，相应的方解石胶结物含量也在10%以上。

这是由于紧靠龙门山古陆，二、三叠系的碳酸盐岩经风化剥蚀搬运后很容易在龙门山前缘堆积下来。

这里所指的粘土矿物主要是发育于结构成熟度较差的砂岩中的粘土杂基(图5)。

在
成岩过程中的主要表现为杂基伊利石化及伊利石交代碎屑颗粒边缘等，使孔隙度降低，并迅速降低储层渗透性。

粘土矿物胶结相属破坏性成岩相。

高岭石属于粘土矿物，但这里所指的高岭石不是沉积时的粘土杂基，而是成岩时的
自生粘土矿物。

自生高岭石的形成往往和长石溶蚀有关。

高岭石生长于粒间孔或溶孔内，自形程度好，常形成一些极小的晶间孔，镜下可见高岭石有弱溶蚀特征。

这一成岩相在区内砂岩中不普遍(图6)。

不稳定组分溶蚀相对本区储集空间的发育有重要影响，镜下可见到粘土杂基、岩屑、长石或其他可溶组分溶解，颗粒边缘呈港湾状，或颗粒内部被溶形成粒内溶孔，更为严重的则颗粒全部被溶形成铸模孔(图7)，但砂岩中主要的溶蚀矿物还是长石，
它对溶孔的形成贡献最大。

本区的溶蚀作用主要为酸性地层水溶蚀，是指煤系地层中的有机质在成熟早期(0．5% ＜R o＜1．2%)裂解产生大量有机酸，使地层水呈酸性，从而使岩石中的不稳定组分如杂基、岩屑及少量的长石等发生溶蚀，产生次生溶蚀孔隙。

据薄片统计，除绿泥石胶结成岩相外，其他成岩相砂岩均以次生溶孔为主要的储集空间。

但本区须家河组砂岩溶蚀作用不强烈，对孔隙度的贡献往往小于4%，属于弱溶蚀成岩相。

通过以上单因素成岩相分析可知，单因素成岩相是成岩相研究的最小单元。

然而，目前研究发现，四川盆地须二段储层中单因素成岩相不会单独出现，往往是2种
或3种单因素成岩相叠加在一起以综合成岩相的形式出现。

这一规律也符合成岩
作用的一般特点，即由于目前的岩石都经历了极其复杂的成岩史，构造的多旋回性控制了成岩作用的多旋回性，使其经受了多种成岩环境下多种成岩作用的叠加与改造，因此它不可能是某种单一成岩环境的产物，而是多种成岩作用的复杂组合体。

然而，其中必定有1种或2种主要的成岩作用控制着孔隙的演化过程。

因此，本文提出了综合成岩相的概念，即综合成岩相是多种成岩环境下叠加与改造的多种成岩作用中占主体地位的成岩作用的综合体。

这个概念强调了两点，第一点是某个地区多种储层成岩作用一般同时出现，是成岩作用的综合体，第二点是综合成岩相是多种成岩作用中占主导地位的成岩作用的综合体，而不是该地区储层中存在的所有成岩作用的综合体。

另外，在定义综合成岩相名称时按照“弱在前、强在
后”的顺序排列。

假设通过薄片观察，认为某地区砂岩存在压实压溶、石英次生加大、溶蚀、方解石胶结4种成岩作用，而通过研究发现，只有压实压溶和溶蚀起到主体作用，而且
这两种成岩作用中压实压溶作用起到更主要的作用，那么该地区的综合成岩相就可定义溶蚀压实压溶相。

从以上综合成岩相的定义及分析可知，相比于单因素成岩相，综合成岩相更能反映储层的成岩特征，它既有主要成岩作用的分析，也有主要成岩作用强弱顺序的分析。

因此本次研究采用综合成岩相的方式对须二段进行评价。

通过成岩作用分析，划分与每种成岩作用相对应的单因素成岩相，分析其构造和沉积影响因素，从而确定其展布规律，再在此基础上进行叠加，划分综合成岩相。

在镜下薄片分析、岩芯观察及单因素成岩相研究的基础上，对主要的成岩相综合体进行归类总结，最终提出了7类综合成岩相，为了能够明确判定各类综合成岩相，对各类综合成岩相中占主导地位的典型成岩作用类型、单因素成岩相特征矿物含量、孔隙类型及孔隙度进行了归纳统计(表3)，通过对上述各要素的归纳统计，可以半
定量地对各个地区的综合成岩相进行划分。

从表3可知，Ⅰ类、Ⅱ类成岩相的砂岩可以成为好储层或较好储层;Ⅲ类、Ⅳ类成
岩相的砂岩则只成为较差-中等储层;Ⅴ类、Ⅵ类成岩相的砂岩成为较差-差储层;在
现有条件下，Ⅶ类成岩相的砂岩则为非储层砂岩。

依据上面须二段综合成岩相的划分标准，结合岩石学特征、沉积相和物源分析，并参考各井电测解释的储层孔渗情况，绘制了四川盆地须二段综合成岩相平面分布图(图8)。

在此基础上对整个四川盆地须二段的综合成岩相特征进行分析和评价。

石英次生加大+弱溶蚀+绿泥石环边成岩相(Ⅰ类)主要分布在磨溪-潼南-大足——
荷包场一带，砂岩中绿泥石环边发育，保存了大量的原生粒间孔，再加上次生溶孔，成为区内须二段孔隙最发育的地区，砂岩储层孔隙度普遍大于10%，绿泥石胶结
后原生粒间孔占总孔隙的68%左右。

石英次生加大+弱溶蚀成岩相(Ⅱ类)分布在梓潼-南充-安岳-乐至-盐亭一带。

岩石
类型为岩屑长石砂岩+长石岩屑砂岩，这一区域石英次生加大虽然普遍，但硅质胶结物含量普遍小于3%，溶蚀作用相对占主要地位，溶孔常见，储层孔隙度以7%～10%为主。

是区内储层较发育的地区。

弱溶蚀+石英次生加大成岩相(Ⅲ类)主要分布在Ⅱ类成岩相的外围，岩石类型为长
石岩屑砂岩，这些地区石英次生加大普遍，溶蚀作用稍弱，储层孔隙没有Ⅱ类成岩相区域发育。

弱溶蚀+高岭石充填成岩相(Ⅳ类)发育在威远-自贡一带，这里隆起幅度大，须家河组地层埋藏浅，部分地区已暴露地表，受到了大气淡水的影响。

根据威远黄石板(曹家坝)野外剖面的观察和薄片鉴定，其石英含量较高，在60%以上，残余粒间孔较发育，大气淡水的溶蚀较强，形成的高岭石平均含量在5%左右，另外与之邻近的瓦6井在须6段取芯中也发现大量的高岭石。

石英次生加大+强压实成岩相(Ⅴ类)和方解石胶结成岩相(Ⅶ类)主要分布在盆地周
边地区。

强压实相分布在川西北部、川东北、川东和雅安-乐山一带。

来自大巴山的物源含
有丰富的千枚岩、板岩等塑性变质岩(喷出岩含量也较多)，根据竹峪、万源石冠寺、万源固军坝3个野外剖面统计，千枚岩、板岩等塑性变质岩平均含量高达13．94%，由于千枚岩、板岩易崩解形成杂基，因而杂基含量也很高，平均达7．5%。

所以大巴山前缘地区压实作用强烈，是强压实相发育的地区;在雅安-乐山一带，据汉4井、汉2井、峨眉荷叶湾的岩芯和野外剖面观察及薄片鉴定，储层
岩石粒度细，一般在中砂以下，杂基含量高，平均在6%以上，同时千枚岩、板岩、泥页岩屑含量也高，平均含量达12%以上，岩石压实作用强烈，也是强压实相发
育的有利地区。

压实+强石英次生加大成岩相(Ⅵ类)主要发育在大6井一带，据大6井的薄片统计，其石英颗粒含量在68%以上，硅质胶结物含量在5%以上，石英次生加大强烈。

方解石胶结成岩相(Ⅶ类)分布在两个区块，一是广元地区，另一是安县-大邑地区，这些地区岩石中碳酸盐岩屑含量很高，一般都在10%以上，相应的方解石胶结物
含量也在10%以上。

由于紧靠龙门山古陆，二叠系、三叠系的碳酸盐岩经风化剥
蚀搬运后很容易在龙门山前缘堆积下来，镜下常见的碳酸岩屑有泥粉晶灰岩、泥粉晶白云岩、生物灰岩、方解石和白云石晶屑。

总体上看，须二段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类综合成岩相主要分布在川中地区和川西的部分地区，Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ类综合成岩相主要分布在盆地的边缘地带以及东部地区，总体反映了储层的发育情况是川中地区较好，在盆地的边缘和东部地区储层发育较差。

因此，从综合成岩相分析看川中及川西的部分地区是须二段勘探开发的有利区域。

(1)运用综合成岩相的概念分析须二段储层岩石成岩演化过程，得出该段储层岩石
的形成是多种成岩作用共同作用的结果，并将成岩相划分为7类，其中Ⅰ、Ⅱ类
成岩相形成的储层物性较好，Ⅲ，Ⅳ类成岩相形成的储层物性中等，Ⅵ类成岩相形成的储层物性较差，Ⅶ类成岩相形成的砂体为非储层。

(2)须二段砂体综合成岩相的平面分布规律为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类成岩相分布在川中
地区和川西的部分地区，V、VI、VII类综合成岩相主要分布在盆地的边缘地带以
及东部地区。

储层的发育总体情况是川中地区较好，在盆地的边缘和东部地区储层发育较差。

因此，川中及川西的部分地区是须二段勘探开发的有利区域。

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Abstract:Based on the outcrop，borehole，logging and seismic data，the Donghe Sandstone in Tabei Uplift is defined as a third-sequence stratigraphy．This sequence has an obvious sedimentary cycle from transgression to regression，and can be divided into transgressive system tract and highst and system tract．The major lithology of the Donghe Sandstone is detritus quartz sandstone which has a high composition and texture maturity．It develops cross bedding，parallel bedding，swash bedding，massive bedding and bioturbate structure．According to the progradational seismic facies and the core observation，wave-dominated delta depositional system is developed in well Donghe 20，Saike Uplift and well Cao 4．
Key words:Donghe Sandstone;sedimentary facies;wave-dominated delta;Tabei
Uplift;sequence stratigraphy。