颜其彬，陈培元，杨辉廷，谢清惠，杨新涛

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川 成都 610500;2.西南石油大学，四川 成都 610500;3.中国地质大学，北京 100083;4.中油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

引 言

致密砂岩作为一种非常规储层，具有巨大的潜在资源量，近年来成为国内外众多学者的研究热点［1］。中国致密砂岩远景资源量为12×1012～100×1012m3，开发潜力大［2］。其中，四川盆地上三叠统须家河组致密砂岩储集砂体分布广泛，是该盆地勘探的重点层位之一。近年来，在四川盆地中西部上三叠统须家河组中发现了新场、大邑、邛西等气藏，显示出良好的勘探前景与潜力［3－4］。然而，川东北地区须家河组埋藏深度大、钻井资料少、储层致密、油气分布规律复杂，致使勘探目标不明确［5］。普光气田位于四川盆地东北部，主要以海相勘探为主，陆相勘探程度低。2008年3月以来，中原油田重点对普光气田主体陆相进行了评价，认为普光气田主体陆相保存条件好，油气显示活跃，是陆相有利含气区块。然而，受沉积及成岩作用的影响，储层致密，仅在局部发育优质储层［6］。前人针对四川盆地其他地区须家河组储层特征进行研究，证明致密砂岩储层的局部“甜点”发育可能与自生绿泥石的颗粒包膜有关［7－9］，且研究区须家河组储集空间类型以绿泥石环边胶结后的粒间孔隙和长石溶蚀的粒内溶孔为主［10］，为进一步研究绿泥石与储层间的关系提供了条件。

本文通过对普光气田须家河组大量样品的实测物性、铸体薄片、包裹体以及扫描电镜等资料综合分析，试图对须家河组地层中自生绿泥石的成因及形成时间进行论证，同时探讨自生绿泥石胶结与储层发育的关系，为研究区下一步的油气勘探提供支持。

1 地质概况

普光气田位于四川盆地东北部宣汉—达县地区黄金口构造双石庙—普光构造带，为一大型构造－岩性复合型气藏［11］，气藏北邻铁山坡气田，东南与渡口河、罗家寨等气田相邻(图1)。

研究区陆相与四川盆地基本相似，地层自上而下划分为侏罗系蓬莱镇组、遂宁组、上沙溪庙组、下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组和三叠系须家河组。其中须家河组厚度为446～800 m，与下伏雷口坡组海相碳酸盐岩呈不整合接触［12］。根据区域地层特征可分为6个岩性段(图1)、3个沉积旋回，分别对应着须一—须二、须三—须四、须五—须六。其中，须一、须三、须五段及须六段上部主要为暗色泥岩夹煤层，须二、须四段及须六段下部主要为砂岩。

通过对研究区野外典型地质剖面、钻井资料的分析，结合前人研究成果及区域沉积背景研究，认为普光地区上三叠统须家河组属于三角洲相与湖泊相沉积，其中，须家河组须一—须四段主要发育三角洲前缘沉积，须五—须六段发育滨浅湖相沉积［12］。

图1 普光气田区域位置和地层系统及气层段示意图

须家河组储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，以细—中粒岩屑砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩。储层物性整体较差，平均孔隙度为2.02%，平均渗透率为0.036 5×10－3μm2，表明了须家河组储层整体已经致密—超致密化［13］，但存在部分相对高孔、高渗的“甜点”。镜下观察发现，相对高孔、高渗储层区域，发育绿泥石环边胶结，显示了两者之间具有密切的相关性。

2 绿泥石形成机制

2.1 绿泥石形成时间

图2 普光气田须家河组绿泥石赋存形式

通过对研究区取心井大量镜下薄片的观察，发现研究区绿泥石主要发育在须四、须三与须二段岩石样品中，为以上层段中岩石样品的主要黏土矿物种类，其含量最高可达15%，须六、须五段岩石样品中基本上未观察到绿泥石。岩石样品中绿泥石形态多呈孔隙衬里的形式充填于颗粒之间(图2a、b)，或呈颗粒包膜形式附着于颗粒表面(图2c)。镜下观察显示，绿泥石在岩石样品中呈一种近于等厚的环边，受沉积与搬运水体的影响，其形成时间应发生在沉积期后而不是沉积阶段或沉积作用以前［14］。此外，孔隙衬里发育的绿泥石颗粒间以点—线接触为主，接触强度弱。一般情况下，早成岩作用A期形成的绿泥石呈包膜形式，早成岩B期—晚成岩A期(砂岩大量压实之后至石英大量胶结之前)形成的绿泥石呈孔隙衬里形式［15］。结合研究区绿泥石的赋存方式及颗粒之间的接触形式，分析认为研究区绿泥石的形成时间相对较早，即在成岩作用早期。

镜下观察发现，绿泥石与颗粒之间未见其他胶结物，而相邻未发育绿泥石的颗粒之间，常发育石英加大，显示了绿泥石环边发育时期应在石英加大之前。通过对普光3011－5井须家河组须四段20个样品进行包裹体测温(包裹体宿主矿物为石英颗粒)，可测包裹体214个，均一温度范围为71～150℃，集中分布在80～130℃。样品中包裹体的最低温度为71℃，表明最早一期石英加大发育时的地层温度为71℃左右，故绿泥石开始发育时的地层温度应低于71℃，结合研究区古地温梯度(33℃/km)，认为绿泥石开始发育时处在早成岩A期。综合分析认为，研究区绿泥石形成于成岩作用早期。

2.2 绿泥石成因

绿泥石环边胶结物的形成需要大量的铁离子，通常火山岩岩屑蚀变可以产生铁离子［16］，三角洲前缘沉积环境，尤其是三角洲前缘环境(如远砂坝和河口砂坝)中也能提供大量的铁离子［14］。

对研究区普陆1井重矿物分析表明，研究区重矿物类型较为简单，主要为磁铁矿、锆石，同时发育少量石榴石、电气石、蓝晶石等，反映出岩屑母岩为酸性喷出岩和变质岩。此外，镜下观察统计，研究区火成岩岩屑含量为7% ～16%，平均为12%。结合甘孜—理塘一带晚三叠世火山活动特征［17］以及研究区物源特征［18－20］分析，认为甘孜—理塘陆间裂谷带晚三叠世喷发的火山物质已被输至研究区，并可能影响到研究区绿泥石环边胶结物的形成。然而，由于须二—须四段岩石样品含绿泥石，而须五、须六段岩石样品不含绿泥石，该成因很难进一步解释绿泥石纵向发育特征(图3)。

前文已述，川东北地区须家河组须一—须四段主要发育三角洲前缘沉积，须五—须六段发育滨浅湖相沉积。三角洲前缘水体中含有大量电解质，并呈现弱碱性和弱还原性，河水中溶解的铁离子(Fe2+)会在这种条件下发生絮凝而形成含铁沉积物，从而为成岩过程中绿泥石环边的形成提供丰富的铁来源。因此，研究区绿泥石主要发育在须四、须三与须二段岩石样品中，须六、须五段岩石样品中基本上不发育绿泥石。

图3 普陆1井须家河组绿泥石及重矿物纵向发育规律

综上所述，研究区绿泥石的发育主要是受沉积环境的影响，火山岩岩屑并未影响到绿泥石的发育。砂岩中以孔隙环边衬里方式产出的绿泥石在三角洲前缘最为发育，主要分布在须二—须四段岩石样品中。

3 绿泥石对储层的影响

3.1 绿泥石与储层的相关性

砂岩储层中自生绿泥石对储层的影响一直是个具有争议的问题，一部分学者认为是负面的［16，19］，然而也有部分学者研究认为自生绿泥石对储层孔隙的保存具有积极的一面［14，20］。前文已述，研究区绿泥石主要分布在须二—须四段，总体上含量不太高，为0.5%～15.0%。通过建立绿泥石含量与储层物性之间的关系(图4)，可以看出绿泥石含量和储层物性之间存在着较好的正相关性，说明了绿泥石环边对原生粒间孔的保存起到了保护作用。此外，通过对普陆1井须家河组实测储层物性纵向发育规律分析(表1)，发现储层物性纵向变化规律与绿泥石含量纵向变化规律具有相似性，进一步显示了绿泥石对研究区储层发育具有积极作用。

图4 普陆1井须家河组绿泥石含量与储层物性关系

表1 普陆1井须家河组孔隙度、渗透率纵向分布特征

3.2 绿泥石对储层发育的影响

前人认为，绿泥石对储层发育的积极作用主要是由于绿泥石环边对石英胶结的抑制，导致储层的孔隙能够得到有效的保护。一般说来，孔隙衬里的环边绿泥石是通过分隔孔隙水与石英颗粒的表面来阻止自生石英胶结物在碎屑石英表面成核，从而导致在绿泥石发育的地方，很少有自生石英生长的现象。自生石英产出形态多样，其中石英颗粒的次生加大是一种重要的产出形式。根据普陆1井阴极发光显示(图5)，石英次生加大自上而下逐渐减弱，其中须六段普遍发育石英次生加大，至须二段基本不发育，而绿泥石含量自上而下逐渐增加，显示了两者之间具有明显的相关性。由此可知，绿泥石环边抑制了石英的次生加大，是绿泥石对储层发育具有积极性的一个原因。

绿泥石对储层发育积极性的另一面主要表现在，作为早期压实作用较弱时沉淀的自生矿物能够显著地提高岩石的机械强度和抗压实能力。根据镜下观察发现，发育环边衬里自生绿泥石的砂岩颗粒接触强度弱，以点—线接触为主(图5)。黄思静等［14］认为这种产状的绿泥石之所以能显著提高岩石的机械强度和抗压实能力，与埋藏成岩过程中绿泥石的继续生长有关，绿泥石继续生长所增加的机械强度平衡了埋藏成岩过程中不断增加的上覆载荷。

图5 普陆1井须家河组阴极发光特征

4 结论

(1)研究区绿泥石主要发育在须二—须四段，须五、须六段不发育，岩石样品中绿泥石形态多呈孔隙衬里的形式充填于颗粒之间，或呈颗粒薄膜形式附着于颗粒表面，孔隙衬里发育的绿泥石颗粒间以点—线接触为主。

(2)根据绿泥石赋存方式、颗粒间接触形式、胶结物发育位置以及包裹体测试温度综合分析，认为研究区绿泥石形成于成岩作用早期。

(3)普光气田须家河组储层中绿泥石的发育与三角洲沉积环境有关，须二—须四段处于三角洲前缘环境，河口坝和远砂坝中的含铁沉积物为绿泥石的形成提供了丰富的铁来源。

(4)绿泥石环边衬里对研究区致密砂岩储层具有积极作用，一方面可以抑制次生石英加大，另一方面可以提高岩石的机械强度和抗压实能力，有效地保存了砂岩的原生孔隙。

［1］刘吉余，马志欣，孙淑艳.致密含气砂岩研究现状及发展展望［J］.天然气地球科学，2008，19(3):316－319.

［2］康竹林.中国深层天然气勘探前景［J］.天然气工业，2000，20(5):124.

［3］憔述蓉，张虹，赵爽.川西DY地区须家河组致密砂岩储层预测技术及应用效果分析［J］.石油与天然气地质，2008，29(6):774 －780.

［4］易士威，林世国，杨威，等.四川盆地须家河组大气区形成条件［J］.天然气地球科学，2013，24(1):1－8.

［5］印峰，盘昌林，杜红权.川东北元坝地区致密砂岩油气地质特征［J］.特种油气藏，2012，19(2):16－20.

［6］颜其彬，陈培元，杨辉廷，等.川东北普光3011－5井须家河组黏土矿物及胶结物特征［J］.特种油气藏，2013，20(3):8 －12.

［7］Billault V，Beaufort D，Baronnet A，et al.a nanopetrographic and textural study of grain－coating chlorites in sandstone reservoirs［J］.Clay Minerals，2003，38(3):315－328.

［8］Worden R H，Needham S J，Cuadros J，et al.The worm gut:A natural claymineral factory and a passible cause of diagenetic grain coats in sandstones［J］.Journal of Geochemical Exploration，2006，89(1 －3):428 －431.

［9］孙治雷，黄思静，张玉修，等.四川盆地须家河组砂岩储层中自生绿泥石的来源与成岩演化［J］.沉积学报，2008，26(3):459 －468.

［10］刘树根，罗志立，戴苏兰，等.龙门山冲断带的隆升和川西前陆盆地的沉降［J］.地质学报，1995，9(3):205－213.

［11］赵文智，汪泽成，王一刚.四川盆地东北部飞仙关组高效气藏形成机理［J］.地质论评，2006，52(5):708－718.

［12］盘昌林，刘树根，马永生，等.川东北须家河组储层特征及主控因素［J］.西南石油大学学报:自然科学版，2011，33(3):27 －34.

［13］胡明姣，邓军强.普光气田主体须家河组储层特征研究［J］.内蒙古石油化工，2011，21(16):141－142.

［14］黄思静，谢连文，张萌，等.中国三叠系陆相砂岩中自生绿泥石的形成机制及其与储层孔隙保存的关系［J］.成都理工大学学报:自然科学版，2004，31(3):273－281.

［15］田建锋，陈振林，凡元芳，等.砂岩中自生绿泥石的产状、形成机制及其分布规律［J］.矿物岩石地球化学通报，2008，27(2):200 －205.

［16］曾伟.张强凹陷上侏罗统成岩作用及储层分布［J］.西南石油学院学报，1996，18(4):9－15.

［17］戴宗明，孙传敏.松潘原甘孜造山带义敦岛弧中段三叠纪火山沉积盆地的演化［J］.地质通报，2008，27(6):799－813.

［18］谢继荣，李国辉，唐大海.四川盆地上三叠统须家河组物源供给体系分析［J］.天然气勘探与开发，2006，29(4):1－4.

［19］管宏林，蒋小琼，王恕一，等.普光气田与建南气田长兴组、飞仙关组储层对比研究［J］.石油实验地质，2010，32(2):(130 －135.

［20］王恕一，蒋小琼，管宏林，等.川东北普光气田下三叠统飞仙关组储层成岩作用研究［J］.石油实验地质，2010，32(4):366 －372.