川南须家河组储层成岩作用及其对储层物性的影响

肖 玲 （西安石油大学油气资源学院，陕西 西安710065）

严小鳙 （中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

魏钦廉 （西安石油大学油气资源学院，陕西 西安710065）

研究区地理位置处于四川宜宾市、自贡市境内，区域构造为川西南低缓构造区[1]（图1）。该地区上三叠统须家河组（T3x）储集砂体广布，是四川盆地勘探的主要层位之一，纵向上根据其岩性特征可以划分为8个岩性段，其中须家河组六段2小层 （T3）、须家河组五亚段 （T3x5）、须家河组三亚段 （T3x3）及须家河组一亚段 （T3x1）以泥页岩为主，夹砂岩，含煤层，是主要的成烃、成煤地 层；而 T3、T3、T3x4及T3x2以砂岩为主，夹薄层泥页岩，为T3x主要储层。该套储层属于典型的低孔、低渗型储层，研究表明成岩作用对储层的孔隙结构产生了强烈的影响，决定了储层孔渗条件，造成了储层的非均质性，严重制约研究区油气的进一步勘探与开发。因此研究成岩作用可以对研究区储层评价及预测提供依据。

图1 研究区构造位置图

根据研究区内取心井的铸体薄片、扫描电镜 （SEM）、X衍射等测试分析资料结果，笔者重点研究川南T3x储层的岩石学特征、成岩作用主要类型，在此基础上对川南T3x储层进行了成岩作用阶段划分，进而探讨了成岩作用对储层的影响。

1 储层岩石学特征

研究区内储层为高结构成熟度和高成分成熟度的湖相陆源碎屑岩，据薄片观察结果表明，研究区内T3x主要的岩石类型为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩 （图2）。石英体积分数φ（Q）相对较高，一般在65%～75%之间；长石体积分数φ（F）相对较低，为5%～25%；岩屑体积分数φ（R）为10%～30%。储层岩性特征纵向上变化较明显，T3x4长石和石英体积分数高于T3x6，而杂基和岩屑体积分数明显低于T3x6。

图2 川南T3x岩石类型三角图

2 主要成岩作用类型

在大量岩心观察基础上，运用X衍射分析、薄片鉴定及SEM等手段，对川南T3x成岩作用进行系统研究，研究认为，压实、压溶作用、溶蚀作用、胶结作用和交代作用是对研究区储层物性影响较明显的主要成岩作用类型。

2.1 压实、压溶作用

压实作用是造成储层原生孔隙大量丧失的重要原因，颗粒以点－线、线接触为主，压实作用较为强烈，使刚性石英颗粒产生脆性裂缝，塑性云母矿物发生弯曲变形 （图3（a））。随着胶结作用的不断增强，至早成岩晚期，压实作用被抑制并逐渐减弱。总体来看，研究区内压实作用较为强烈，而压溶作用相对较弱。压实、压溶作用使得储集层原生孔隙急剧减少，同时压溶过程中产生的溶解物质为硅质胶结物生成的物质来源。

2.2 胶结作用

研究区内主要胶结物类型为黏土矿物胶结物、硅质胶结物及钙质胶结物。据X衍射分析，高岭石、伊利石、绿泥石和伊－蒙混层为研究区主要的黏土矿物。自生高岭石矿物晶体相对较为粗大、干净，常充填在长石溶孔、次生粒间孔中，SEM下呈六边形晶片，集合体则呈蠕虫状或书页状 （图3（b））。绿泥石矿物呈叶片状充填于粒间孔或附着于颗粒表面 （图3（c））。自生矿物伊利石其片状晶体发育相对较好，呈丝状产出 （图3（d））。

石英次生加大为硅质胶结物表现形式，其发育程度与岩石粒度、组分及杂基含量有关。在石英含量高、粒度粗而黏土杂基少的砂岩中，石英次生加大相对较为发育 （图3（e）），其物质来源主要为层外泥岩SiO2的释放和火山物质蚀变，其次，层内压溶物质也可析出部分SiO2。

骨架颗粒之间充填早期方解石胶结物，并交代其他碎屑颗粒，此阶段发生次生加大的石英碎屑颗粒极少；而经过压实和早期胶结后，有机质降解形成大量CO2，使方解石发生沉淀，晚期方解石胶结物开始形成，使颗粒接触更为紧密 （图3（f））。这种钙质胶结物在紧密压实的碎屑颗粒之间以孔隙充填的方式存在，此时石英颗粒发生较为明显次生加大。

一般而言，胶结物含量越多，储层物性越差。但各类胶结物对物性影响也有相同，硅质、钙质胶结物对储层物性起破坏作用。而绿泥石胶结物虽然占据孔隙空间，但它附着于颗粒表面抑制石英再生长，从而有效地保护原生粒间孔 （图3（g）），属于建设性成岩作用。高岭石矿物占据了孔隙空间，但其是表生期大气淡水淋滤作用的产物，高岭石本身体积要小于淋滤作用产生的孔隙空间 （图3（h））。

图3 川南地区T3x储层主要成岩作用类型

2.3 交代作用

交代作用是指一种矿物被另一种矿物所替换。其对孔隙度影响相对较小，研究区储层中常见交代作用有方解石的交代作用、菱铁矿的交代作用及黄铁矿的交代作用。交代作用从颗粒的边缘开始，使其成港湾状、锯齿状等不规则形态。研究区广泛发育菱铁矿结核，其成因就是菱铁矿对泥砾交代作用不彻底，使得菱铁矿皮壳形成。

2.4 溶蚀作用

近地表溶蚀作用和埋藏溶蚀作用为研究区内主要的溶蚀作用类型，以后者为主，其对孔隙改善的贡献最大。喜山期构造运动使研究区内地层局部抬升，从而发生近地表大气淡水溶蚀作用，其能产生一些淋滤溶蚀孔，但同时生成的高岭石矿物占据一定的孔隙空间。致密砂岩中，高岭石体积大致等于大气淡水淋滤形成的孔隙体积，在孔隙度相对较高的砂岩中，高岭石体积比大气淡水溶蚀形成孔隙度要小0.7%左右，即大气淡水淋滤能使孔隙度提高0.7%。因此大气淡水淋滤作用对储层孔隙的贡献相对较低。此阶段，构造运动可形成少量构造裂缝，从而改善了储层的渗透性 （图3（h）），但研究区仍属低孔、低渗储层。

有机质成熟过程中产生的有机酸或酸性水是影响埋藏溶蚀作用重要因素，川南地区T3x烃源岩镜质体反射率Ro一般在1.0%～2.0%之间，目前有机质正处于成熟－高成熟阶段。有机质成熟过程中，产生了大量的CO2，使地层水成为酸性水，或形成有机酸。酸性水和有机酸伴随泥岩的压实进入到附近砂岩体中，溶蚀砂岩中易溶组分，形成铸模孔和粒内溶孔 （见图3（i）、（d）），并对粒间孔进一步改造。

3 成岩阶段划分

依据岩石镜下各类成岩作用发生的先后顺序 （见图3 （b）），结合研究区有机物质演化史、埋藏史、地热史、砂岩形成作用、黏土矿物演化史及成岩共生序列，以石油天然气碎屑岩成岩阶段划分行业标准[2]为基础，对工区储层进行成岩作用阶段的划分。工区内储层成岩作用强度大，目前正主要处于中成岩A期阶段 （图4）。

图4 川南T3x成岩作用阶段划分与成岩演化顺序

4 成岩作用对储层的影响

研究区为低孔低渗储层，孔隙度在0.8%～18%之间，平均6.4%。研究区内主要包括次生孔隙和原生孔隙两大类孔隙类型，溶蚀作用形成的粒间孔、铸模孔、粒内溶孔及构造缝为次生孔隙，剩余粒间孔为原生孔隙。

4.1 破坏性成岩作用－压实作用和胶结作用

研究区内储层大部分样品都落在胶结物体积分数与负胶结物孔隙度交会图的左下区域 （图5），与胶结作用相比，压实作用是造成孔隙度降低的最重要因素。主要的负胶结物孔隙度小于18%，而压实所造成的孔隙度损失22%以上，占损失储集空间56%以上，因此工区内压实作用是造成孔隙度降低的最重要因素。

4.2 建设性成岩作用－溶蚀作用

各种类型的干酪根都能产生有机酸，形成羧酸的最有利的为Ⅲ型干酪根，其转化率较Ⅰ型、Ⅱ型高，它产生的一元酸含量比二元酸要少，而一元酸的溶解能力也不及二元酸，湖相煤系地层中干酪根多为Ⅲ型，因此其储层的溶蚀作用十分发育[3～5]。川南地区T3x为典型的陆相煤系地层，据岩石薄片鉴定成果，经过成岩作用改造的粒间孔为研究区内储层的主要孔隙类型，由溶蚀作用改造形成的晶间微孔、粒内溶孔和少量的铸模孔使储层质量得到改善。其中，最为普遍和强烈的次生孔隙类型为长石溶蚀孔隙（见图3（d）、（i））。一般而言，随着深度增加，压实作用加强，在不受其他成岩作用影响时，随着深度的增加声波速度越来越快，相应所需要的时间就越短。在1900～2000m附近2100、2200m附近有3个声波时差异常带，其对应的孔隙度急剧增大，这就是由溶蚀作用产生的3个次生孔隙发育带 （图6）。

图5 砂岩胶结物体积分数与负胶结物孔隙度投点图

图6 T18井孔隙度随深度变化图

5 结 论

1）川南T3x储层为一套高结构成熟度、高成分成熟度的湖相陆源碎屑岩。据薄片鉴定结果，其主要的岩石类型为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩。

2）压实压溶作用、胶结作用、交代作用、储层溶蚀作用为T3x储层主要成岩作用类型，成岩演化阶段为中成岩A期。原生孔隙降低的首要因素为压实作用，形成次生孔隙的关键因素是溶蚀作用。

3）川南T3x为低孔低渗储层，破坏性成岩作用包括压实和胶结作用，溶蚀作用改善储层物性，使深部储层出现高孔隙度异常发育带。

[1]四川油气区石油地质志编写组 .中国石油地质志 （四川卷）[M].北京：石油工业出版社，1990.

[2]应凤祥，罗平，何东博 .中国含油气盆地碎屑岩储集层成岩作用与成岩数值模拟 [M].北京：石油工业出版社，2004.

[3]李汶国，张晓鹏，钟玉梅 .长石砂岩次生溶孔的形成机理 [J].石油与天然气地质，2005，26（2）：220～229.

[4]Meshi I D.论碳酸和有机酸的反应能力和次生孔隙的形成 [A].梅博文 .储层地球化学 [C].西安：西北大学出版社，1991.

[5]郭春清，沈忠民，张林晔，等 .砂岩储层中有机酸对主要矿物的溶蚀作用及机理研究综述 [J].地质地球化学，2003，31（3）：53～57.