程立雪, 王　威, 岳全玲, 王　玮, 杨　帅

(1.中国石化 勘探分公司,成都 610041;

2.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)



川东北地区须二段石英砂岩储层特征差异性

程立雪1, 王威1, 岳全玲1, 王玮1, 杨帅2

(1.中国石化 勘探分公司,成都 610041;

2.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

[摘要]利用岩屑薄片鉴定、岩心观察、砂岩粒度概率统计、物性分析等资料，探讨形成川东北元坝和马路背2个地区须家河组第二段石英砂岩储层的物源方向、沉积条件、成岩作用及构造断裂系统的特征差异。结果表明川东北地区须二段石英砂岩储层普遍受物源、沉积、成岩和构造应力等联合控制，不同地区由于基础地质条件不同其储层发育特征也随之不同。元坝地区须二段石英砂岩储层较马路背地区更致密，其沉积期经过滨岸湖水反复淘洗作用导致易溶矿物缺失，加之成岩期强压实作用的影响，形成了相对低孔低渗型储层；而马路背地区须二段石英砂岩储层物性较好，测试开发效果也优于元坝地区，属于相对高孔高渗型储层。主要由于马路背地区靠近物源区，储层砂体中保留了部分不稳定矿物，且该地区构造活动强烈，微裂缝发育，利于后期溶蚀与破裂作用对储层的改造。

[关键词]川东北地区；须二段；石英砂岩储层；差异性

经过多年勘探实践工作，川东北元坝、马路背地区在上三叠统须家河组第二段(简称“须二段”)先后获得了工业油气产能；但从实际效果看，两个地区的产能差距还是非常明显。元坝地区须二段石英砂岩层共测试4口井，其中YB11井测试为干层，YB4、YL1井日产气分别为21 200 m3、21 400 m3，仅YB22井获得工业气流205 600 m3/d。而M101井在马路背地区须二段试获601 100 m3/d高产工业气流，产能远远超过了元坝地区。这2个地区须二主力产气段均为须二段中部泥岩段(俗称“腰带子”)下部的石英砂岩层，前人针对元坝地区须二段这套石英砂岩的沉积类型和储层特征进行了一定程度的探索，认为须二段沉积期在元坝地区发育滨浅湖环境的石英滩坝沉积，石英砂岩以粉—细砂岩为主，发育少量微裂缝，储层具备一定的储集能力[1]。而马路背地区由于在须二期地势较高，地层大面积遭受剥蚀，石英砂岩层发育极少，目前仅M101井钻遇该层段，前人对于该地区石英砂岩的研究甚少。因此，为了弄清楚造成2个地区石英砂岩产能差异如此大的原因，本文对川东北地区2套石英砂岩储层进行了详细的比较分析，试图通过研究这2套石英砂岩储层的岩石学、物性、孔隙结构特征，以及成因类型和控制因素等寻找答案。

1储层岩石学特征

1.1碎屑成分

图1　川东北地区须二段石英砂岩碎屑成分三角图Fig.1　Triangle plot of quartz-sandstone for Member 2 reservoir of Xujiahe Formation in northeast Sichuan

元坝气田须二段石英砂岩储层石英质量分数(w)为95%~99%，平均达到97%；马路背地区须二段石英砂岩储层石英含量较元坝地区略低，质量分数为92%~94%，平均为93%。根据赵澄林、朱筱敏等(2001)提出的砂岩分类方案[2]，2个地区均符合石英质量分数>90%、长石和岩屑质量分数<10%的石英砂岩定义标准(图1)。元坝地区砂岩中长石少见，质量分数仅为1%(图2-A)；在马路背地区长石的质量分数为1%~3%。岩屑组分上，2个地区存在一定差别，元坝地区岩屑的质量分数约为2%；而马路背地区岩屑组分含量较元坝地区略高，质量分数在3%~7%，平均为5%，以变质岩和沉积岩碎屑为主(图2-B)。

1.2填隙物组分

2套石英砂岩储层填隙物中的胶结物均为次生加大的硅质，而陆源杂基成分有所不同，也反映了2个地区的物源供给、形成环境与沉积分异作用存在一定的差异。元坝地区石英砂岩储层中杂基含量较少，主要为少量铁质；马路背地区则以伊利石黏土杂基为主，含少量绢云母等。

1.3岩石结构

图2　须二段石英砂岩显微照片Fig.2　Microphotographs showing quartz-sandstone from Member 2 of Xujiahe Formation(A)元坝地区; (B)M101井

元坝地区须二段石英砂岩以中粒结构为主，主要粒径为0.25~0.4 mm，分选好，磨圆度为次棱角状—次圆状，以线接触为主，部分为凹凸接触，颗粒之间多为次生石英加大胶结，充填有高岭石及少量铁质杂基，为孔隙型胶结；马路背地区须二段石英砂岩粒级较元坝地区明显偏小，基本以细粒结构为主，主要粒径为0.1~0.22 mm，分选较好，磨圆度较元坝石英砂岩好，为次圆状—圆状，颗粒之间以线接触为主，硅质胶结，少量伊利石黏土杂基，胶结类型为孔隙式。

2储集层物性特征

根据元坝地区须二段大量石英砂岩岩心样品的实测数据以及马路背地区须二段石英砂岩储层段测井解释数据得知，元坝地区须二段石英砂岩段孔隙度(q)为4.62%~6.37%，渗透率(K)为(0.077 6~0.151 1)×10-3μm2(图3-A,B)；马路背地区石英砂岩段孔隙度为2.4%~14.3%，渗透率变化范围较大，为(0.002 3~3 214)×10-3μm2，主要集中在(0.1~1)×10-3μm2(图3-C,D)。总体上，元坝地区储层的孔隙度与渗透率呈比较明显的正相关性，渗透率的变化主要受孔隙发育程度及其连通性的控制[3,4]，显示出孔隙型储层的特征，属于相对低孔低渗型储层；而马路背地区储层的孔隙度高值较大，虽然孔、渗相关性差于元坝地区，但由于受破裂作用影响发育微裂缝，使其渗透率高值远远大于元坝地区，显示出裂缝-孔隙型储层的特征，说明两大气田石英砂岩储层在孔隙结构上存在着明显的差异，马路背须二段石英砂岩属于相对高孔高渗型储层。

图3　川东北地区须二段石英砂岩储层物性直方图Fig.3　Histogram showing physical properties of quartz-sandstone reservoir from Member 2 of Xujiahe Formation in northeast Sichuan

3孔隙类型及结构

3.1孔隙类型

通过统计元坝地区须二段大量石英砂岩铸体薄片资料，面孔率一般为5%~6%，平均为5.5%。孔隙类型以粒间孔、粒间溶蚀孔为主(图4-A)，平均孔径为0.05~0.15 mm，见有少量的高岭石晶间微孔。由马路背地区M101井所取薄片资料统计得知，孔缝直径很小，平均孔径约为0.005 mm，受岩石中石英次生加大作用的影响，颗粒间原生孔隙多被充填，残留部分粒间孔隙，多以粒间缝和穿粒缝的形式存在(图4-B)，多为微孔微缝，发育少量粒间孔。

图4　川东北地区须二段石英砂岩孔隙类型Fig.4　Microphotographs showing pore types of quartz-sandstone from Member 2 of Xujiahe Formation in northeast Sichuan(A)粒间孔, YB204井; (B)微裂缝, M101井

3.2孔隙结构

根据压汞资料，元坝地区须二段石英砂岩储层的压汞曲线表现为斜度较大，无明显孔隙平台(图5)，属于中偏细歪度，分选性较差，变异系数较小，排驱压力较大[5]，说明元坝须二段石英砂岩储层在分选性、孔喉配置关系和孔隙结构方面均发育较差。根据薄片观察，元坝地区须二段石英砂岩较致密，也无明显的粒间孔隙。

图5　元坝地区须二段压汞曲线图Fig.5　Diagram showing mercury injection curve of Member 2 of Xujiahe Formation in Yuanba area

由于马路背地区为老井，主探层位均为海相长兴/飞仙关组，陆相地层所取资料有限，所以马路背地区孔隙结构特征主要是通过铸体薄片鉴定与元坝地区进行比较。据薄片观察，马路背须二段石英砂岩储层孔隙明显较元坝地区发育，粒间孔清晰可见(图2-B)；M101井的渗透率达到(0.01~0.25)×10-3μm2，平均为0.13×10-3μm2，也大于元坝地区的(0.077 6~0.151 1)×10-3μm2；马路背地区裂缝也更发育，进一步增强了储层的连通性。总体上，马路背须二段石英砂岩的储层孔渗结构及配置要优于元坝地区。

4储层成因分析

4.1不同物源为储层提供了物质基础

须二段沉积期，川东北前陆盆地沉积范围向东、向南超覆扩展。这一时期北西向龙门山北段逐渐隆升，碎屑物逐渐向盆地内堆积；而北东向大巴山也依然向盆地提供物源[6-8]。虽然元坝、马路背地区均发育石英砂岩储层，但2个地区储层在重矿物组合和含量上有所不同。由于川东北地区须二段石英砂岩段未取样品做重矿物测试分析，而石英砂岩发育位置位于须二段中部，所以本文根据物源方向具有继承性的特点，采用对整个须二段砂岩的重矿物分析，以此推断出2套石英砂岩的物质来源。元坝须二段为以白钛矿、电气石、锆石、金红石、石榴子石为主的沉积岩，低级变质岩组合；马路背须二段则表现为白钛矿、锆石、电气石、金红石、赤铁矿、褐铁矿、石榴子石的主要重矿物组合。其中石榴子石的含量由北向南减小，特别是由北西向南东减少的态势明显(图6)。

根据野外露头和盆地内所取砂岩样品进行岩屑类型分区(表1)表明，川东北地区须二段主要分为两大岩屑类型区，一是以碳酸盐岩碎屑为主的西部近龙门山山前带(元坝地区)；二是以变质岩碎屑、硅质岩碎屑、少量火山岩碎屑(见有玄武岩碎屑)为主的近大巴山山前带(马路背地区)，变质岩碎屑的质量分数达15%～20%，与大巴山物源区震旦系-志留系中所含的变质岩及硅质岩特征相似。所以两大物源区不同的岩石类型同时在川东北地区堆积，造成了川东北地区须二段碎屑岩成分分布的差异。特别是马路背地区碎屑岩的母岩区发育的基性火山岩中富含长石等铝硅酸盐矿物[9,10]，有利于后期储层的溶蚀改造作用。

图6　四川盆地须二段石榴石含量分布Fig.6　Garnet distribution of Member 2 of Xujiahe Formation in Sichuan Basin(据谢继容(2006)，有修改)

地区钻井砂岩碎屑特征元坝YB204碳酸盐岩碎屑为主YB4硅质岩碎屑为主,含碳酸盐岩、千枚岩、粉砂岩碎屑通南巴M201千枚岩、变粉砂岩及硅岩碎屑为主,含少量碳酸盐岩碎屑,见玄武岩碎屑HB102硅质岩、碳酸盐岩碎屑为主,见沉积石英岩及酸性凝灰岩砾石

4.2不同沉积环境导致储层发育特征差异

通过以上物源分析可知，须二段沉积期，龙门山和大巴山两大造山带开始同时向盆地提供物源，川东北地区以大面积发育三角洲和湖泊沉积为主。而该时期四川盆地也进入一个整体湖平面上升的湖侵期，在须二段中部发育一套连续分布基本可以覆盖全盆地的泥岩层(腰带子)，为最大湖泛期的产物。川东北2套石英砂岩储层在纵向上紧挨着“腰带子”下部发育，说明这2套石英砂岩均在接近最大湖泛期的湖侵末期形成，为退积型三角洲前缘朵体远端的滩坝沉积；但由于2个地区古地貌的不同，导致2套储层的沉积模式完全不同。

图7　须二段石英砂岩粒度概率曲线Fig.7　Probability curve of quartz-sandstone granularity of Member 2 of Xujiahe Formation(A)YB123井，深度4 769~4 770 m; (B)M101井，深度3 231~3 232 m

元坝地区距主物源区(龙门山造山带)较远，地势相对平坦且较低，由东向西地势逐渐升高，中间发育阶梯状微古隆起，随着三角洲砂体向西侧(龙门山一侧)退积，水下古隆起区域也为石英滩坝提供了良好的发育场所[11,12]。在平面上，石英砂岩滩坝主要沿湖侵方向多期次发育，总体与辫状河三角洲平原陆上岸线近水平状分布。从YB123井须二段石英砂岩粒度概率曲线特征看，也属于典型的滨浅湖滩坝沉积，具有典型的“三段式”结构(图7-A)，跃移质发育，其粒度区间在2.0φ~4.0φ，颗粒分选较好，说明滩坝砂体位于湖浪作用较强的部位，经过了多次往返搬运簸选，并随湖平面的升降而发生迁移(图8)。

马路背地区须二期基本处于通南巴鼻状高陡构造带的侧翼坡折带中，属于高地势区中的相对低洼区。由于其距主物源区(大巴山造山带)较近，随着造山带的构造隆升，加之湖平面上升湖盆面积扩大，在盆缘发育的三角洲砂体进入通南巴高地后沿坡折处直接进入侧面低势湖盆区，形成扇三角洲。而马路背地区须二段沉积的石英砂岩应为扇三角洲朵体前缘的滩坝沉积，在通南巴高地另一侧低洼区(南江地区)也见有相同的石英滩坝沉积。与元坝地区不同的是，马路背地区M101井附近的MS1井在须二段“腰带子”下部钻遇一套中层灰色细粒岩屑砂岩夹薄层泥质粉砂岩，测井曲线表现为宽幅指状型，表现为滩坝沉积特征，说明马路背地区属于石英砂岩滩坝和岩屑砂岩滩坝混积。

须二期大巴山还处于初始隆升期，沉积物供应有限，马路背地区这套须二段滩坝砂体分布面积不大，在研究区内仅M101、MS1井发育。根据M101井须二段石英砂岩粒度概率曲线特征分析，也是以跃移质为主(图7-B)，推移质和悬移质基本不发育，说明扇三角洲砂体经过相对高陡坡折带快速沉降，分选相对较差，储层存在非均质性较强的特点，且砂体搬运距离不远，保留了部分母岩区原始易溶填隙物，经后期溶蚀作用，有利于形成良好的储层[13-15]。

所以，由于不同地区沉积环境的差异，在川东北地区存在2种模式的石英砂岩储层展布格局。元坝地区须二段石英砂岩储层为远源三角洲—石英滩坝的沉积模式，有稳定的物源注入，延伸范围较远，受沿岸流和湖浪共同作用，在三角洲前部平行岸线发育。马路背地区须二段石英砂岩储层为近源扇三角洲—混积滩坝的沉积模式，局部地形相对陡，延伸范围较小，水动力条件弱，对砂体的改造作用小，形成范围较小(图8)。

4.3不同水动力条件对储层的改造作用

须二期，川西龙门山造山带受挤压作用开始抬升，将海水逐渐挤出四川盆地。但此时期龙门山岛链并未完全闭合，与西部特提斯海仍有连接，所以须二期川东北地区属于海陆过渡相的沉积环境[16,17]，盆内滨岸湖水具有类似海水波浪带的特征，对滨岸沉积砂体进行冲刷淘洗；特别是元坝地区邻近川西龙门山，受此类湖水改造作用的影响更强。马路背地区远离龙门山岛链，且通南巴构造高部位还隔挡了马路背地区与广湖的连接，为类似岸后潟湖的沉积环境，因此缺乏湖浪水体的改造。

图8　川东北地区须二段石英砂岩展布图Fig.8　Quartz-sandstone distribution of Member 2 of Xujiahe Formation in northeast Sichuan

图9　须二段石英砂岩粒度分布直方图Fig.9　Histogram of quartz-sandstone granularity of Member 2 of Xujiahe Formation

从双众数粒度分布可以看出，元坝地区见有明显的双众数分布特征(图9-A)，也证明滨岸石英砂体受到湖浪和湖岸风的双重作用。马路背地区则表现为单众数的特点，说明主要受扇三角洲河道单方向水流的影响(图9-B)。

根据观察152个石英砂岩薄片得知，元坝、马路背地区须二段石英砂岩石英的质量分数虽然均>90%，但元坝地区石英砂岩中石英的质量分数平均达97%，含极少量变质岩、沉积岩碎屑(质量分数<2%)，几乎不含黏土杂基等，充分说明了经过湖水的反复淘洗使得岩石颗粒中石英含量极高，均质性强，在横向上可以叠置连片。

而马路背地区石英含量较元坝明显偏低一些，质量分数约为93%；见有长石颗粒，质量分数为1%~3%；硅质胶结：充分反映了扇三角洲河道沉积分异作用较弱，导致快速沉积过程中岩石分选性较差，距离物源区近且后期水体改造作用弱，残留了部分不稳定矿物。

4.4成岩作用对储层的控制作用

整个川东北地区上三叠统储层埋深较大，成岩演化程度高，总体上均为致密型砂岩储层；但因为盆地内古地势和埋深的差异，所以元坝、马路背地区须二段石英砂岩储层经受的成岩作用具体表现也不相同。

由于元坝、马路背沉积物质来自于不同的物源区且与造山带的距离不同，导致2个地区沉积物中组分的差异。马路背地区主要由大巴山提供物源，此时期大巴山母岩中发育有玄武岩等火成岩碎屑，至马路背地区的搬运距离较近，为马路背地区须二段储层中发育的长石提供了物质基础。存在这种不稳定的易溶物质有利于后期溶蚀作用对储层的改造，通过有机酸作用可以形成各类溶蚀孔缝，所以马路背地区须二段储层孔隙类型以粒间溶孔为主。而且川东北须家河组本身为一套煤系地层，早期烃类已充注于储层中[18，19]，加上后期地层中酸性流体的充注形成了次生溶孔，在这两大因素联合控制下促使了马路背须二段石英砂岩储层孔渗性都相对较好。

元坝地区须二段储层由于埋深较大，普遍大于4 km，虽然前期在烃类的充填和纯净石英砂岩的大背景下保留了大量原生粒间孔，但由于后期强烈压实作用，以及湖浪的反复淘洗，使原生粒间孔被大量压缩减少的同时，颗粒间的不稳定岩屑矿物、杂基等易溶蚀物质也被湖浪冲刷带走，造成了后期次生溶孔基质的缺乏。总体上虽然抗压实能力强的石英含量更多，在原生孔隙内保存有少量前期注入的烃类，但是在后期强压实和溶蚀作用极弱的情况下，其储层的保存条件还是较马路背地区差，所以产量不及马路背的高产井。

4.5构造断裂对储层的影响

图10　马路背地区须二段时期断裂系统分布图Fig.10　Distribution of fault system in Member 2 of Xujiahe Formation in Malubei area

马路背地区所位于的通南巴构造带表现为一个大型的由NEE转NE向的断鼻，北翼相对较缓，南翼相对较陡，中间被大量NW向断裂平行切割。该构造形成于印支—燕山早幕，燕山期受大巴山推覆带的影响，在NE向构造上又叠加了NW向背斜和断裂。所以马路背地区断裂系统相对元坝地区更为发育(图10)，且长期位于烃源岩生烃中心区域，以及所处的构造相对高部位也有利于油气的运移。

目前的研究表明，该地区气源主要来自2个方面，且都与区内断层发育相关。一方面为高角度逆断层的断距较大，造成了须二段储层上覆于须三段，须二、须三段烃源层生烃后可以向石英砂岩储层直接供烃；另一方面则由于部分大型断层断穿了下伏嘉陵江组膏岩层，沟通下部海相烃源，海相气通过断层向上垂向运移，成为石英砂岩储层充足的气源。相对于元坝地区，马路背地区的气源条件更为优越。

经历了喜马拉雅期构造运动，研究区内也形成了大量的裂缝发育带，镜下观察可见砂岩中微裂缝和颗粒破裂纹较发育，裂缝形状不规则，缝宽为0.06～0.10 mm，最大可达0.6 mm，常贯穿颗粒发育，为致密石英砂岩储层中天然气的富集高产创造了有利条件。

5结 论

川东北元坝和马路背2个地区须二段均发育一套石英砂岩储层，马路背地区石英砂岩储层物性优于元坝地区，且勘探开发井M101井的测试和试采效果也明显好于元坝地区的测试井。对于同一类型致密砂岩储层而言，元坝地区属于相对低孔低渗型储层，马路背地区属于相对高孔高渗型储层。这种差异主要来源于物源区母岩性质、沉积相发育特征、成岩作用以及经历后期构造演化改造程度的不同。元坝须二段主要为正常三角洲—滩坝沉积，受湖浪的淘洗冲刷作用较强，缺乏易溶物质，虽然石英含量高，但经历深埋藏强压实作用后岩石结构变得致密，加之该地区后期构造活动较稳定，对岩石结构改造程度弱，形成了更致密的相对低孔低渗储层。马路背须二段为扇三角洲—滩坝沉积，沉积区距离物源区近，保留了部分不稳定矿物，为后期溶蚀作用提供了物质基础；燕山—喜马拉雅期马路背地区构造活动剧烈，发育了大量断裂，伴生的微裂缝也有效沟通了致密储层，有利于形成相对高孔高渗型储层。

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Differences of quartz sandstone reservoir characteristics for the Member 2 of Xujiahe Formation in Northeast Sichuan Basin, China

CHENG Li-xue1, WANG Wei1, YUE Quan-ling1, WANG Wei1, YANG Shuai2

1.Exploration Company of SINOPEC, Chengdu 610041, China;2.Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Abstract:Differences of provenance direction, depositional condition, diagenesis and fracture fault system and characteristics between the quartz-sandstone reservoirs of Member 2 of Upper Triassic Xujiahe Formation in the area of Yuanba and Malubei area of northeast Sichuan are studied by means of debris section identification, core observation, sandstone grain size probability statistics and physical characteristic analysis. It shows that the Member 2 of Xujiahe Formation in the area is controlled by provenance, deposition, digenesis and structural pressure. The characteristics of reservoir development are different due to different geological conditions in different areas. The quartz-sandstone reservoirs of Member 2 of Xujiahe Formation in the area of Yuanba is more denser than that in Malubei because the depositional stage here is affected by the repeated wash effect of shore lake water and resulted in the absence of soluble mineral and the early stage strong compaction digenesis lead to the formation of low permeability and low porosity reservoir. While the quartz-sandstone reservoirs of Member 2 of Xujiahe Formation in the area of Malubei has better physical characteristics with favorable testing and exploiting effects and belongs to relatively high permeability and high porosity reservoir. It considered that the Malubei area is closer to the provenance indicated by appearance of some unstable minerals in the reservoir sand bodies. In the Malubei area, late stage relatively strong structural activity bring in the development of micro-fractures which are good condition for later digenesis modifications such as corrosion and fracture.

Key words:Sichuan; Xujiahe Formation; quartz sandstone reservoirs; differences

[文献标志码][分类号] TE122.221 A

[基金项目]国家科技重大专项( 2011ZX05002-004)。

[收稿日期]2015-05-13。

[文章编号]1671-9727(2016)02-0207-09

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.07

[第一作者] 程立雪(1986-)，男，博士，工程师，研究方向：沉积学, E-mail:hyperfisker@163.com。