川西坳陷須家河組致密砂巖氣藏綠泥石形成時(shí)期及成因

川西坳陷須家河組致密砂巖氣藏綠泥石形成時(shí)期及成因

致密砂巖的氣藏具有孔隙低（12%）、滲透率低（<1%10-3%）、含氣度低（一般60%）、高含量（一般40%）等特點(diǎn)。天然氣的流動(dòng)速度相對(duì)較慢。四川盆地須家河組天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為3.0×1012~4.0×1012m3,可采儲(chǔ)量約為1.5×1012~2.0×1012m3。川西坳陷豐谷地區(qū)須家河組儲(chǔ)層為超低孔、低滲致密氣藏,在這種孔滲條件極差的背景下卻蘊(yùn)含著大量天然氣。由于儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),氣藏分布復(fù)雜,導(dǎo)致勘探難度大。前人研究證明,孔隙度的異常高值層段往往與自生綠泥石的顆粒包膜有關(guān),使得綠泥石包膜形成的相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成為勘探開發(fā)的亮點(diǎn)。20世紀(jì)60年代開始就有學(xué)者關(guān)注環(huán)邊的自生綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響,然而至今其對(duì)儲(chǔ)層的作用仍有所爭議。一部分研究者認(rèn)為其影響是負(fù)面的,認(rèn)為綠泥石環(huán)繞碎屑,降低了原生孔隙度、堵塞孔隙喉道。然而另外一些學(xué)者研究認(rèn)為綠泥石環(huán)邊對(duì)儲(chǔ)層有保護(hù)作用,Ehrenberg將挪威陸棚砂巖深埋藏條件下異常高的孔隙度的保存機(jī)理歸因于包膜綠泥石的存在,并較為詳盡地論述了包膜綠泥石在埋藏成巖過程中對(duì)孔隙的保存機(jī)制;黃思靜肯定了綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)作用。本文通過對(duì)研究區(qū)須家河組大量砂巖樣品的綜合分析,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,試圖論證該地層中的自生綠泥石的成因及來源,并探討自生綠泥石膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)集層的影響,為進(jìn)一步油氣勘探奠定基礎(chǔ)。1儲(chǔ)層巖石類型豐谷地區(qū)位于孝泉-新場(chǎng)-豐谷北東東向繼承性隆起帶的東端(圖1),東鄰八角場(chǎng)構(gòu)造,南為黃鹿、胡蘆溪向斜,西北為金山向斜。須家河組儲(chǔ)層主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道微相,巖石類型以巖屑石英砂巖為主,石英含量高,巖屑含量低,以孔隙式-接觸式膠結(jié)為主,碎屑分選好,磨圓較好,以次棱角-次圓狀為主。儲(chǔ)層平均孔隙度為3.87%,平均滲透率為0.06×10-3μm2,儲(chǔ)層總體上較為致密。但發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的儲(chǔ)層表現(xiàn)出相對(duì)好的孔滲條件,其孔隙度最高可達(dá)10.37%,平均為6.93%,滲透率最高達(dá)到0.75×10-3μm2,平均為0.31×10-3μm2,而其相鄰未發(fā)育綠泥石環(huán)邊的儲(chǔ)層孔滲條件較差,其平均孔隙度只有2.36%,平均滲透率為0.097×10-3μm2。2綠色粘土石的起源和形成2.1顆粒接觸強(qiáng)度通過大量鏡下薄片觀察,研究區(qū)須家河組儲(chǔ)層綠泥石主要以襯邊(環(huán)邊)形式存在,這種孔隙環(huán)邊綠泥石通常是垂直于顆粒表面生長且近于等厚,顆粒接觸處不發(fā)育綠泥石。綠泥石襯里發(fā)育的巖石,顆粒間接觸強(qiáng)度較低,多為點(diǎn)到線接觸(圖2)。由此可見,綠泥石是發(fā)育在壓實(shí)作用較弱、顆粒以點(diǎn)接觸為主的成巖作用早期。綠泥石環(huán)繞顆粒生長,其與顆粒之間未見更早期膠結(jié)物(圖2);而在相鄰未發(fā)育綠泥石膠結(jié)儲(chǔ)層中,最早發(fā)育的膠結(jié)物為石英加大,故而綠泥石環(huán)邊發(fā)育時(shí)期是在石英加大邊發(fā)育之前,而流體包裹體均一溫度測(cè)定結(jié)果表明,最早一期石英加大發(fā)育時(shí)地層溫度為53℃左右,即說明綠泥石發(fā)育在地層溫度低于53℃的須家河組早成巖期(表1)。2.2綠泥石包膜的鐵關(guān)于自生綠泥石包膜的形成目前仍有較多爭議,有研究認(rèn)為綠泥石包膜是早期的富鐵粘土包殼成巖轉(zhuǎn)化的結(jié)果,也有人認(rèn)為綠泥石包膜是孔隙水新生沉淀產(chǎn)生的。然而在川西坳陷或四川盆地范圍內(nèi)的須家河組中從未發(fā)現(xiàn)綠泥石/蒙皂石或蒙皂石/綠泥石的間層礦物;而且,粘土礦物轉(zhuǎn)化的綠泥石會(huì)存在遺留的蜂巢狀特征,從須家河組的綠泥石包膜特征來看,并未發(fā)現(xiàn)此特征,這說明本區(qū)綠泥石包膜的主要是以新生沉淀形式形成。須家河組的綠泥石包膜是富鐵的,從表2可以看出綠泥石中FeO的含量大多數(shù)在20%以上,而本區(qū)自生綠泥石包膜的形成所必需的鐵可能來源主要有3個(gè):(1)同期沉積的富鐵沉積物,以火山碎屑或火山凝灰質(zhì)沉淀為主;(2)河流的溶解鐵;(3)泥巖中的鐵隨壓實(shí)水灌入。其中河流溶解鐵會(huì)在高鹽度情況下產(chǎn)生絮狀沉淀,并形成綠泥石。這種成因的綠泥石一般會(huì)形成在沉積階段或巖石未被壓實(shí)的階段,但從薄片觀察發(fā)現(xiàn)須家河組儲(chǔ)層中并未發(fā)現(xiàn)顆粒接觸點(diǎn)之間存在大量綠泥石的現(xiàn)象,故而這種成因不太可能成立;泥巖中含的鐵質(zhì)會(huì)在沉積后向儲(chǔ)層排出富含鐵質(zhì)的水,在隨后的成巖變化中可能形成綠泥石,但是如果這種成因成立,須家河組綠泥石的分布便是會(huì)發(fā)育在靠近泥巖層段的儲(chǔ)層中,而目前須家河組儲(chǔ)層中綠泥石的分布并不遵循這一規(guī)律,所以這種假設(shè)也不成立。四川省區(qū)域地質(zhì)志記載,位于川西坳陷西側(cè)的義敦-理塘地區(qū),在晚三疊世火山活動(dòng)十分強(qiáng)烈,火山巖廣泛分布,僅晚三疊世圖姆溝期的果德火山穹隆沉積的火山巖厚度最大可達(dá)1870m,據(jù)角礫巖的分布范圍,在理塘一帶晚三疊世至少有8個(gè)火山爆發(fā)中心,是研究區(qū)火山物質(zhì)的主要來源。在研究區(qū)須家河組巖石薄片中,也發(fā)現(xiàn)了大量與甘孜-理塘陸間裂谷帶火山巖巖石類型相似的同沉積火山碎屑。并且在馬井、溫江的鉆井中,須五段發(fā)現(xiàn)了2~3層凝灰?guī)r薄層。在川中及川西南地區(qū)的須四段野外剖面上也發(fā)現(xiàn)了同沉積火山物質(zhì),在不足10m的含煤地層剖面中,發(fā)現(xiàn)了5層以上的火山灰沉積物,這說明了甘孜-理塘陸間裂谷帶晚三疊世噴發(fā)的火山物質(zhì)已被輸至四川盆地大部分地區(qū)的晚三疊世地層。通過鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)綠泥石發(fā)育的孔隙中可見殘余凝灰質(zhì)填隙物(圖3a),這種現(xiàn)象在川西須家河組含有綠泥石的儲(chǔ)層中普遍可見(圖3b—d)?？梢杂纱送茢?須家河組綠泥石環(huán)邊是由同沉積的火山凝灰質(zhì)蝕變而形成。3綠色粘土石對(duì)存儲(chǔ)層的影響3.1綠泥石含量與原粒間孔的關(guān)系綠泥石主要發(fā)育在須四上亞段和須二下亞段,總體含量較低,含量大于2%的樣品主要分布于須二段。自生綠泥石主要的賦存狀態(tài)是以孔隙襯里方式產(chǎn)出,其存在與砂巖儲(chǔ)集空間的保存和演化有著重要的關(guān)系。從圖4a和圖4b可以看出,綠泥石含量和總面孔率呈正相關(guān)性,但相關(guān)關(guān)系并不明顯,其中須二段較須四段明顯。將不含綠泥石樣品剔除后(圖4c,d),綠泥石含量和原生孔含量呈明顯的正相關(guān)性,尤其在須二段最為明顯,其綠泥石含量與面孔率相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9629,尤其當(dāng)綠泥石含量大于2%時(shí),面孔率增加較為明顯,這說明了綠泥石環(huán)邊對(duì)原生粒間孔起到了保護(hù)作用。須四段與須二段的正相關(guān)特征相似,但在綠泥石含量增高時(shí)也有部分面孔率較低的樣品出現(xiàn),其原因?qū)⒃诤竺娣治觥?.2儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成巖與石英的原生分離薄片觀察發(fā)現(xiàn),綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的孔隙后期膠結(jié)物含量少,且無石英加大現(xiàn)象和晚期碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象。綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物可抑制石英次生加大,其原理主要是通過阻止富含SiO2的孔隙流體在碎屑石英表面成核,進(jìn)而阻止共軸再生膠結(jié)物的形成(圖5)。有綠泥石環(huán)邊膠結(jié)發(fā)育的儲(chǔ)層,其粒間亦不發(fā)育方解石膠結(jié),但并不意味著沒有可沉淀的碳酸鹽膠結(jié)物在儲(chǔ)層流體中出現(xiàn)。通過薄片觀察,發(fā)現(xiàn)綠泥石環(huán)邊保護(hù)的儲(chǔ)層,部分長石被晚期鐵方解石交代(圖6a)。2綠泥石環(huán)邊儲(chǔ)層的成因綠泥石作為早期壓實(shí)作用較弱時(shí)沉淀的自生礦物,可以在一定程度上緩解后期的壓實(shí)作用,但效果有限,其主要貢獻(xiàn)在于阻止了壓溶作用。壓溶作用是在石英顆粒接觸面上發(fā)生的一種物理化學(xué)反應(yīng),而綠泥石環(huán)邊的存在使得石英顆間接觸面積大大降低,從而抑制了壓溶作用的發(fā)生。從顆粒間的接觸關(guān)系可以看出,含有綠泥石環(huán)邊的儲(chǔ)層,其顆粒間接觸關(guān)系主要表現(xiàn)為點(diǎn)-線接觸(圖2),而不發(fā)育綠泥石環(huán)邊的儲(chǔ)層則普遍表現(xiàn)為凹凸的線-線接觸(圖6b)。壓溶的石英會(huì)以某種方式沉淀在孔隙中,綠泥石環(huán)邊由此減少了次生硅質(zhì)沉淀的原料供給,在這種既減少了壓溶、減孔又抑制了膠結(jié)作用的雙重保護(hù)下,使得原生孔隙得以保存。3儲(chǔ)層條件差在致密砂巖儲(chǔ)層中,當(dāng)溶蝕流體大量生成時(shí)多數(shù)儲(chǔ)層已較為致密,孔隙不發(fā)育,儲(chǔ)層流通性差,溶蝕流體無法順利進(jìn)入儲(chǔ)層。但在原生孔發(fā)育的綠泥石環(huán)邊儲(chǔ)層中,溶蝕流體可以順利通過原生粒間孔及綠泥石晶間孔進(jìn)入儲(chǔ)層,并對(duì)其進(jìn)行改造,鏡下觀察發(fā)現(xiàn),綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的儲(chǔ)層中,次生溶孔發(fā)育,部分長石被完全溶蝕只留下了綠泥石包殼(圖2b)。3.3相對(duì)優(yōu)質(zhì)的綠泥石生長條件是培育的研究發(fā)現(xiàn),存在綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的儲(chǔ)層不一定成為相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,而要成為相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層必須有以下兩個(gè)條件。1綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響須四段綠泥石環(huán)邊儲(chǔ)層孔隙度(平均為5.89%)與段二段(平均為6.91%)相比較低,在前述分析綠泥石對(duì)儲(chǔ)層影響時(shí)認(rèn)為,須二段原生孔隙的發(fā)育與綠泥石關(guān)系更密切,且當(dāng)綠泥石含量大于2%時(shí)更為明顯。對(duì)比薄片發(fā)現(xiàn),須二段綠泥石含量普遍較須四高,且厚度較大(圖7a);須四段綠泥石發(fā)育層段中常出現(xiàn)不完整的環(huán)邊,在未被包裹的石英顆粒周圍會(huì)形成石英加大,使孔隙減小(圖7b)。2水下分流河道微相在豐谷地區(qū)3口鉆遇T3x2(7)砂組深井薄片中,均發(fā)現(xiàn)綠泥石的存在,但只有CG561井形成了持久的工業(yè)產(chǎn)能。這是由于該井此層段為三角洲前緣水下分流河道微相,而CH100井鉆遇的T3x2(7)為決口河道及天然堤微相,CF563井該層段為分流間灣、廢棄河道及河口壩微相。沉積微相類型決定了沉積物初始孔隙條件,鏡下觀察對(duì)比發(fā)現(xiàn),CH100及CF563井的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)的儲(chǔ)層巖石類型以巖屑砂巖為主,巖屑含量高,容易在后期強(qiáng)壓實(shí)作用下變形,失去原生孔隙(圖8),故而孔滲條件差。4同層追