摘要：四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組已進(jìn)入大面積巖性氣藏勘探的新階段，為了給該區(qū)勘探部署以及儲(chǔ)量評(píng)價(jià)提供地質(zhì)依據(jù)，開(kāi)展了砂體分布、儲(chǔ)層展布及成因和成藏機(jī)理研究工作。具體工作和認(rèn)識(shí)包括：①以層序地層學(xué)原理為指導(dǎo)，四位一體(測(cè)井、野外露頭、巖心資料和地震資料分析)，“井震”結(jié)合，建立了全盆地須家河組層序地層格架，認(rèn)為6大物源體系形成6大三角洲砂體；②在格架范圍內(nèi)以體系域?yàn)閱卧芯康貙印⑸绑w的展布特征，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集砂體的分布，并分析不同類(lèi)型砂體、相同砂體不同部位的儲(chǔ)層特征及其發(fā)育的主控因素；③分析儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)理，劃分儲(chǔ)層類(lèi)型，對(duì)研究區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)帶進(jìn)行預(yù)測(cè)——加積式砂組中的高能河道為最高效的儲(chǔ)層；④通過(guò)對(duì)廣安、合川等典型氣藏的解剖，針對(duì)須家河組低滲透砂巖氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜、成藏機(jī)理復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的地質(zhì)模型和實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展了氣水置換的成藏模擬試驗(yàn)，認(rèn)為致密砂巖圈閉的充注為脈沖式充注，充注完成后在致密砂體和高孔滲砂體之間，存在多個(gè)含水滯留區(qū)帶，而儲(chǔ)層物性的相對(duì)差異是能否聚氣的關(guān)鍵。該成果對(duì)于擴(kuò)大四川盆地天然氣勘探領(lǐng)域、尋找新的勘探接替區(qū)具有重大意義。
關(guān)鍵詞：四川盆地；晚三疊世；成藏機(jī)理；砂體展布；儲(chǔ)集層；層序地層學(xué)；圈閉；氣水關(guān)系
近年來(lái)四川盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)須家河組的勘探不斷獲得重大突破，成為繼石炭系、飛仙關(guān)和長(zhǎng)興組以后盆地內(nèi)又一重要天然氣勘探領(lǐng)域。該區(qū)須家河組的勘探可以2005年作為勘探轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在2005年以前，須家河組主要以構(gòu)造氣藏勘探為主，先后發(fā)現(xiàn)了中壩、八角場(chǎng)、邛西等一系列典型的構(gòu)造氣藏。2005年，以廣安2井須六段日產(chǎn)天然氣4.2×104m3為標(biāo)志，須家河組的勘探進(jìn)入到大面積巖性氣藏勘探的新階段，除廣安以外，在川中-川南過(guò)渡帶的龍女寺、潼南、河包場(chǎng)等構(gòu)造也相繼獲得工業(yè)氣井，展現(xiàn)出良好的勘探勢(shì)頭，這對(duì)于擴(kuò)大四川盆地天然氣勘探領(lǐng)域、尋找新的勘探接替區(qū)具有重大意義。
為指導(dǎo)該區(qū)下步的勘探部署，依據(jù)層序地層學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油氣成藏地質(zhì)學(xué)等理論為指導(dǎo)，開(kāi)展了大量深入、細(xì)致的研究工作，在砂體展布、儲(chǔ)層展布和成因及成藏機(jī)理等方面取得了一些有用的認(rèn)識(shí)，為四川盆地須家河組的勘探部署以及儲(chǔ)量的增長(zhǎng)提供了地質(zhì)依據(jù)，具有一定的理論和實(shí)踐意義。
1 層序地層格架與砂體展布
1.1 沉積相模式
在區(qū)域構(gòu)造背景研究[1]的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用露頭、巖心和測(cè)井資料，在須家河組識(shí)別出4類(lèi)沉積相，即沖積扇相、辮狀河相、辮狀河三角洲相和湖泊相(表1)。
沖積扇相發(fā)育于川西北部須四段和須六段下亞段，可分扇根泥石流、主溝道沉積，扇中辮狀溝道沉積以及扇緣席狀砂沉積。辮狀河在川西南和川西北部須二段發(fā)育，可劃分出河床滯留沉積、心灘和河漫灘3種微相。辮狀河三角洲相在須二、須四段和須六段分布十分廣泛，可分為三角洲平原分流河道、河道滯留沉積、心灘、分流間洼地、沼澤，三角洲前緣水下分流河道、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂和分流間灣等微相。湖泊相主要發(fā)育于川西凹陷，川中須二-須六段均有分布[2]，可識(shí)別出濱湖泥、濱湖灘壩砂，淺湖泥、淺湖灘壩砂和半深湖濁積扇等微相。有利儲(chǔ)集微相是三角洲前緣水下分流河道、河口砂壩和前緣席狀砂和三角洲平原分流河道州。
1.2 層序地層格架
在精細(xì)沉積相研究的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用露頭、巖心、測(cè)井和地震資料(四位一體)，對(duì)四川盆地須家河組進(jìn)行了精細(xì)層序地層劃分，將須家河組劃分為4個(gè)層序和12個(gè)體系域[7～8]。低位體系域主要發(fā)育三角洲沉積體系，湖侵和高位體系域主要發(fā)育湖泊沉積體系，低位體系域主要有利儲(chǔ)集砂體。
在典型剖面層序地層劃分的基礎(chǔ)上，在全盆地優(yōu)選了580口單井和26個(gè)露頭剖面進(jìn)行了詳細(xì)的層序地層劃分。同時(shí)，在盆地挑選132條地震剖面進(jìn)行地震層序分析，用地震層序劃分來(lái)校正單剖面層序地層的劃分(井震結(jié)合)，精細(xì)落實(shí)每個(gè)剖面層序或體系域的界面。最后選出200個(gè)層序地層單剖面在全盆地編制18條層序地層對(duì)比剖面，建立全盆地三級(jí)層序地層格架。層序Ⅰ對(duì)應(yīng)于須家河組一段，分布范圍較窄，僅川西局部有少量沉積。層序Ⅱ?qū)?yīng)須二和須三段，分布范圍擴(kuò)大，川中、川南及川東均接受沉積，地層由西北向東南逐漸超覆，沉積中心位于川西中北部。層序Ⅲ對(duì)應(yīng)須四和須五段，分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，沉積中心向南遷移。層序Ⅳ對(duì)應(yīng)須五和須六段，地層由西北向東南逐漸剝蝕，沉積中心進(jìn)一步向南遷移。
1.3 6大物源體系形成6大三角洲砂體
在三級(jí)層序地層格架下，以體系域?yàn)閱卧?，系統(tǒng)編制了地層等厚圖、砂巖厚度圖、砂地比等值線圖等單因素圖件，綜合礫巖成分、砂體分布、巖石薄片及重礦物等資料，編制了全盆地須家河組沉積微相展布圖，可以明顯看到四川盆地須家河組主要發(fā)育6大三角洲砂體，分別由6大物源所控制，即龍門(mén)山南段、龍門(mén)山北段、米倉(cāng)山、大巴山、江南古陸和康滇古陸。
層序Ⅱ低位體系域(須二段)，龍門(mén)山北段、米倉(cāng)山和大巴山古陸抬升剝蝕，前方形成大面積的沖積扇-三角洲砂體，砂體厚度由西北向東南逐漸減薄，而大巴山前緣由東北向西南方向減薄。該時(shí)期龍門(mén)山南段尚未抬升，江南古陸和康滇古陸供給物源相對(duì)較少，前方砂體的厚度較薄，分布面積相對(duì)較小。不同物源方向的砂體在安岳、遂寧一帶交匯，決定著該地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育(圖1)。層序Ⅲ低位體系域(須四段)發(fā)育時(shí)期，龍門(mén)山北段、米倉(cāng)山和大巴山方向物源供給進(jìn)一步增加，但分布范圍有所收縮。江南古陸受構(gòu)造應(yīng)力影響，其前方的砂體厚度和分布面積也明顯增加。康滇古陸在該階段逐漸消失，但龍門(mén)山南段已經(jīng)抬升并遭受剝蝕，從而為川西南段提供了大量的優(yōu)質(zhì)砂體。此時(shí)，來(lái)自盆地西北方向與東南方向的砂體在廣安交匯，控制著氣藏的規(guī)模及分布。層序Ⅳ，盆內(nèi)砂體分布位置與前期相似，但呈均衡分布格局，除來(lái)自盆地東南方面規(guī)模稍大之外，其他各個(gè)方向基本相近。
2 儲(chǔ)層發(fā)育主控因素與分布規(guī)律
2.1 儲(chǔ)層以低孔低滲為特征
根據(jù)對(duì)35000個(gè)物性數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，須家河組儲(chǔ)層平均孔隙度為5.5%，最小0.001%，最大21.9%；儲(chǔ)層平均滲透率為4.5mD，最小0.0001mD，最高可超過(guò)15135mD(有裂縫發(fā)育時(shí))?？紫抖戎饕植荚?%～8%的范圍內(nèi)，滲透率分布主要在0.01～1mD的范圍內(nèi)，總體上儲(chǔ)層物性較差，屬低孔、低滲和特低孔、特低滲儲(chǔ)層。
通過(guò)鏡下薄片觀察，研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙主要是殘余原生粒間孔和次生溶蝕孔，原生孔隙比例較大，次生孔隙發(fā)育。綜合巖石鑄體薄片、圖像孔隙、毛細(xì)管壓力曲線資料，須家河組砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)可以劃分為：Ⅰ類(lèi)粗偏雙峰式-大孔中細(xì)喉型、Ⅱ類(lèi)中偏雙峰式-中孔中細(xì)喉型、Ⅲ類(lèi)細(xì)偏雙峰式-中小孔細(xì)喉型和Ⅳ類(lèi)單峰式小孔微細(xì)喉型等4種類(lèi)型。
2.2 儲(chǔ)層主要受控于沉積微相、巖石相和成巖相
沉積微相的分布從宏觀上控制著儲(chǔ)層的分布及其儲(chǔ)集性能。須家河組有利儲(chǔ)集相帶是水動(dòng)力較強(qiáng)、沉積物分選較好、礦物成熟度較高的三角洲前緣水下分流河道砂體、河口壩砂體。根據(jù)對(duì)須家河組不同巖石相與物性關(guān)系研究，長(zhǎng)石巖屑砂巖相平均孔隙度為8.4%，巖屑砂巖相平均孔隙度為7.3%和巖屑石英砂巖相平均孔隙度為6.7%，為有利的儲(chǔ)層巖石相。
須家河組儲(chǔ)層經(jīng)歷了多種成巖作用，建設(shè)性的成巖作用主要有溶蝕和構(gòu)造破裂作用，導(dǎo)致孔隙度的增大；破壞性的成巖作用主要有壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)作用，造成孔隙度的降低。根據(jù)成巖作用的不同可以劃分8類(lèi)成巖相，其中溶蝕相儲(chǔ)層物性最好。溶蝕相以次生孔隙為主，促使高效儲(chǔ)層的形成，研究區(qū)廣泛發(fā)育的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔和鑄?？拙褪侨芪g作用的結(jié)果。
2.3 厚砂體薄儲(chǔ)層成因機(jī)理
須家河組砂體厚度一般為80～100m，儲(chǔ)層厚度一般為20～30m，這種厚砂層薄儲(chǔ)層的現(xiàn)象普遍，其成因一直是難點(diǎn)。
須家河組“厚砂薄儲(chǔ)”的成因主要與沉積微相、沉積水體動(dòng)力和溶蝕作用有關(guān)(圖2)：①三角洲前緣水下分支河道物性好，是最好的沉積微相，河口砂壩和水上分支河道次之，水下分流河道中加積式砂體儲(chǔ)層物性最好；②沉積水動(dòng)力通過(guò)控制砂地比、砂巖粒度和單砂層厚度制約儲(chǔ)層物性，水動(dòng)力強(qiáng)、物性好；③溶蝕作用有利于儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)層主要巖石類(lèi)型為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石和巖屑易發(fā)生溶蝕作用，由溶蝕作用產(chǎn)生的粒間、粒內(nèi)溶孔的比例可達(dá)40%，在2000～3500m范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)明顯的次生孔隙度發(fā)育帶。
2.4 Ⅱ-Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層大面積分布
對(duì)影響儲(chǔ)層發(fā)育的3個(gè)主要因素(沉積相、巖石相和成巖相)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，分別編制出3個(gè)儲(chǔ)層段的沉積相平面圖、巖石相平面圖和成巖相平面圖，并評(píng)價(jià)有利相區(qū)的展布。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)低孔低滲儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將須家河組儲(chǔ)層綜合分為4類(lèi)，分3個(gè)儲(chǔ)層段進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為Ⅱ-Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層大面積分布(圖3)。
須二段主要分布Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層分布較少，只是零星分布。整個(gè)四川盆地為低孔低滲儲(chǔ)層類(lèi)型，因此Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層分布面積小，主要分布在有利成巖相、裂縫發(fā)育帶及優(yōu)勢(shì)沉積微相疊合處，如川中的廣安、潼南、八角場(chǎng)及荷包場(chǎng)地區(qū)；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層分布面積大，主要分布在充深、磨西、威東、通賢、中壩、川西南等地區(qū)；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層分布主要在川西南與川中過(guò)渡帶之間。
須四段主要以Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層為主，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層分布較少。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)層范圍較須二段廣，主要分布在荷包場(chǎng)、潼南、廣安、八角場(chǎng)及蓬基等地區(qū)，主要因?yàn)檫@些地區(qū)巖石成熟度較高，雜基和軟性巖屑含量較少，成巖相主要為綠泥石膠結(jié)相和溶蝕相，都位于三角洲水下分流河道微相帶，原生粒間孔隙保存較好，同時(shí)長(zhǎng)石含量高，又位于(或鄰近)生烴中心，溶蝕作用強(qiáng)烈。Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層主要位于充深、蓮池、威東、營(yíng)山和川西南地區(qū)。
須六段沉積時(shí)期物源較近，分選較差，有利儲(chǔ)層發(fā)育面積較須二段和須四段小，主要以Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層為主，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層分布較少，主要在廣安、荷包場(chǎng)分布，同時(shí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層從須二-須六段逐漸向南遷移。Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層主要分布在邛西：隆豐1井、充深、威東地區(qū)。
3 成藏模擬實(shí)驗(yàn)與成藏機(jī)理
3.1 生儲(chǔ)蓋“三明治”結(jié)構(gòu)為大面積巖性成藏奠定了良好的地質(zhì)條件
須家河組是在中三疊世雷口坡期侵蝕面基礎(chǔ)上沉積的典型陸相煤系碎屑巖沉積，縱向上可分為6個(gè)巖性段(圖4)，其中，須一、須三、須五段以泥巖、頁(yè)巖為主夾薄層粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖和煤線，為湖泊沼澤環(huán)境沉積的產(chǎn)物，形成的煤系烴源巖大面積分布；須二、須四、須六段以大型三角洲沉積的灰色、細(xì)-中砂巖為主，形成的水下分流河道砂體大面積分布。生、儲(chǔ)層的交互發(fā)育構(gòu)成了須家河組“三明治”結(jié)構(gòu)的良好空間配置關(guān)系，提高了聚集效率，有利于大面積成藏[9～10]。
3.2 成藏模擬實(shí)驗(yàn)
通過(guò)5個(gè)典型氣藏(廣安、合川、安岳、潼南、LG)的解剖，認(rèn)為須家河組氣藏具有以下特征：厚砂體、薄儲(chǔ)層；以低孔低滲儲(chǔ)層為主，發(fā)育甜點(diǎn)；氣層多，單層薄，隔層多，致密砂巖具有較強(qiáng)的封閉能力；氣藏主要為構(gòu)造背景下的巖性氣藏，有局部構(gòu)造背景的氣藏，氣、水分異較徹底，以產(chǎn)氣為主，巖性氣藏的氣、水分異不完全，氣、水普遍同產(chǎn)。針對(duì)不同類(lèi)型的氣藏特點(diǎn)，建立了5種實(shí)驗(yàn)地質(zhì)模型(圖5)。
實(shí)驗(yàn)裝置是針對(duì)砂巖氣藏的特點(diǎn)自行設(shè)計(jì)的，可調(diào)整至任意角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，砂箱規(guī)格為45cm×35cm×7cm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)裝置略為傾斜，氣源的供給采用了從模型底部注氣、側(cè)面注氣、底部與側(cè)面同時(shí)注氣3種方式，向上驅(qū)替砂體中的水，出水口在模型的頂部。當(dāng)出水口由出水變?yōu)槌鰵鈺r(shí)，表明模型中氣驅(qū)水的過(guò)程完成，持續(xù)供氣一定時(shí)間后，即可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)須家河組的實(shí)際情況，本次實(shí)驗(yàn)分別采用了普通砂和須家河組實(shí)際巖心粉碎而成的砂。普通砂的相對(duì)高滲砂粒徑為20～40目(0.83～0.38mm)，低滲砂粒徑為40～60目(0.38～0.25mm)；巖心粉碎而成的砂相對(duì)高滲砂粒徑為40～60目(0.38～0.25mm)，低滲砂粒徑為60～80目(0.25～0.18mm)。在實(shí)驗(yàn)砂裝入砂箱的過(guò)程中，盡量將砂體壓實(shí)。砂體模型制作完成后，讓其飽和紅墨水，這樣天然氣注入砂體驅(qū)替水后，砂體則由紅變白。
通過(guò)系列模擬實(shí)驗(yàn)，得到以下認(rèn)識(shí)：
3.2.1對(duì)巖性氣藏而言，有構(gòu)造背景的巖性圈閉更有利于捕獲油氣
利用2種不同粒級(jí)的砂進(jìn)行了模擬3種圈閉類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用底部注氣方式進(jìn)氣，出水口在頂部。經(jīng)過(guò)16min的充注實(shí)驗(yàn)后，靠近底部氣源的高滲砂體首先富集了氣體；經(jīng)過(guò)90min后，上部的背斜型砂體優(yōu)先于中間的透鏡體而聚氣；120min后，3個(gè)相對(duì)高滲砂體中富集了氣。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了有構(gòu)造背景的高滲砂體更有利于捕獲氣體而聚集成藏。
3.2.2氣藏的形成是儲(chǔ)集體中氣、水逐漸置換的結(jié)果
該實(shí)驗(yàn)采用的模型與前一實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突鞠嗨疲渥钪饕牟町愒谟诒灸Ｐ椭?，相?duì)粗砂的粒徑均比前一實(shí)驗(yàn)的細(xì)砂粒徑還要小，同時(shí)在最底部的構(gòu)造巖性相對(duì)粗砂中間多填了細(xì)砂。分別采用了底部注氣、底部與側(cè)面同時(shí)注氣方式。
最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是3個(gè)相對(duì)高滲砂體中含氣，而周?chē)募?xì)砂中含水，尤其值得注意的現(xiàn)象是，在最底部的相對(duì)粗砂中雖然充滿(mǎn)了氣，但其中的細(xì)砂仍然含水。
3.2.3砂巖儲(chǔ)層能否聚氣取決于儲(chǔ)層物性的相對(duì)差異
為了觀察不同粒度砂體的氣、水置換差異，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了比對(duì)實(shí)驗(yàn)(圖6)。對(duì)比上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步明確了不論實(shí)驗(yàn)用砂的絕對(duì)顆粒大小是多少，只要存在物性的差異，在毛細(xì)管力和浮力的作用下，氣體就能在相對(duì)高滲砂體中形成富集。
3.3 須家河組巖性氣藏成藏的關(guān)鍵因素是儲(chǔ)層物性的相對(duì)差異
須家河組儲(chǔ)層段主要發(fā)育三角洲沉積相和湖泊沉積相，其中水上分支河道、水下分支河道及河口砂壩是儲(chǔ)層物性相對(duì)較好的微相帶，也就是控制氣藏分布最主要的沉積相帶。成藏模擬實(shí)驗(yàn)和勘探實(shí)踐表明，天然氣主要富集在大套砂巖中砂體顆粒較粗、物性較好的部位。前述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(高滲砂體富氣、低滲砂體產(chǎn)水)能較好地解釋這一地質(zhì)現(xiàn)象。因此，認(rèn)為須家河組構(gòu)造背景下巖性氣藏成藏的關(guān)鍵因素是儲(chǔ)層物性的相對(duì)差異。
4 結(jié)論
1) 以層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，將須家河組劃分為4個(gè)三級(jí)層序12個(gè)體系域，以體系域?yàn)閱卧幹屏巳璧仨毤液咏M沉積微相展布圖，認(rèn)為四川盆地須家河組由6大物源體系形成6大三角洲砂體。
2) 須家河組儲(chǔ)層發(fā)育主要受控于沉積相、巖石相和成巖相，須家河組厚砂體薄儲(chǔ)層的成因與沉積相、沉積水體動(dòng)力和成巖作用3大因素有關(guān)，一個(gè)完整的河道旋回包括水退、加積和水進(jìn)3種河道砂體組合類(lèi)型，加積式砂組中的高能河道為最高效的儲(chǔ)層。
3) 綜合分析須家河組氣源巖、生儲(chǔ)蓋層空間配置等油氣地質(zhì)條件，評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力。結(jié)合氣藏解剖，首次開(kāi)展氣水置換的成藏模擬試驗(yàn)，認(rèn)為砂巖儲(chǔ)層物性的相對(duì)差異是能否聚氣的關(guān)鍵。
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(本文作者：楊威 謝增業(yè) 金惠 施振生 謝武仁 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院)
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