川东北须家河组砂岩储层成岩特征研究

西南石油大学学报（自然科学版）2011年12月第33卷第6期Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition）V ol.33No.6Dec.2011编辑部网址：http：//文章编号：1674–5086（2011）06–0020–05DOI：10.3863/j.issn.1674–5086.2011.06.004中图分类号：TE122文献标识码：A川东北须家河组砂岩储层成岩特征研究*周彦1，黎平2，谭秀成1，全永旺2，何莹21.西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500；2.中石化西南油气田分公司勘探开发研究院，四川成都610040摘要：通过对川东北地区须家河组砂岩薄片样品的系统鉴定和研究，详细分析了它们所经历的各种成岩作用，探讨了这些成岩变化的发生机理及其对储层孔隙的影响程度，划分了研究区须家河组砂岩的成岩阶段，并建立了其成岩演化序列。

研究结果表明：强烈的压实、压溶作用和早期方解石胶结作用是造成本区须家河组砂岩原生孔隙大量消失的关键因素，同时使地下酸性流体失去活动空间，导致溶蚀作用不发育，储层异常致密；根据碎屑岩成岩阶段划分规范，须家河组砂岩经历了多种成岩变化，成岩作用强度大，目前已处于晚成岩B亚期。

关键词：成岩特征；成岩阶段；成岩序列；川东北地区；须家河组网络出版地址：http：///kcms/detail/51.1718.TE.20111122.0904.001.html周彦，黎平，谭秀成，等．川东北须家河组砂岩储层成岩特征研究[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（6）：20–24．近年来，川东北地区在三叠系飞仙关组、二叠系长兴组等海相地层取得了重大的勘探突破，先后发现了普光、龙岗等多个碳酸盐岩气藏，同时，在以三叠系须家河组为代表的陆相层系中亦发现良好的油气显示。

作为海相层系的重要接替层位，自2006年以来，该区须家河组的油气勘探日益受到重视，深入研究须家河组砂岩储层在地质历史时期所经历的成岩作用类型及其演化序列，无疑对储层描述、评价和预测具有重要意义[13]。

1储层基本特征研究区须家河组属于辫状三角洲—湖泊沉积体系，岩石类型主要为灰色、浅灰色中—粗粒岩屑砂岩、岩屑石英砂岩和长石岩屑砂岩等，距离物源较近的山前带可见砾岩、含砾粗砂岩等。

岩石组分方面，石英占25%∼70%，以单晶石英为主，另有少量复石英和燧石；长石占3%∼15%，以正长石为主，次为斜长石，少量微斜长石和条纹长石；岩屑含量一般为20%∼70%，平均为35%左右，以变质岩屑为主，次为沉积岩屑；胶结物以方解石和硅质为主，填隙物多为水云母。

砂岩颗粒分选中等—较差，次圆—次棱角状，线—凹凸接触为主。

孔隙类型包括粒内（间）溶孔、基质内微孔、残余原生粒间孔等，微裂缝较为常见，但多被泥质或有机质全（半）充填。

储层物性总体较差，岩芯分析孔隙度仅为2%∼5%，最大为12%；渗透率主要集中于0.01∼0.03mD。

总之，该区须家河组砂岩储层属于成分和结构成熟度均较低的特低孔、特低渗致密砂岩储层[1，46]。

2成岩作用类型薄片观察及X–衍射结果显示，须家河组砂岩经历了多种成岩变化，常见的有以下几种。

2.1压实作用研究区须家河组储层常见的压实现象有[79]：（1）片状、长条状矿物的顺层分布、弯曲变形、破裂（图1a）；（2）千枚岩、板岩、泥页岩以及粘土*收稿日期：2011–09–20网络出版时间：2011–11–22基金项目：四川省重点学科建设项目（SZD0414）。

作者简介：周彦（1975–），男（汉族），江苏泰兴人，博士，主要从事沉积储层等方面的教学和研究工作。

E-mail：zhouyan_swpu@第6期周彦，等：川东北须家河组砂岩储层成岩特征研究21a 细粒长石岩屑砂岩，云母的弯曲变形，颗粒呈凹凸接触，石深1井，须二b 中粒岩屑石英砂岩，绢云母化长石颗粒被压成假杂基，石深1井，须二c 粗粒长石岩屑砂岩，可见两期石英次生加大，石深1井，须二d 中粒岩屑砂岩,可见自生石英颗粒充填残余原生粒间孔，元坝1井，须二e 粗粒岩屑砂岩，方解石连晶胶结，马1井，须四f 钙质长石岩屑砂岩，绿泥石环边胶结，见残余原生粒间孔，马1井，须二图1须家河组铸体薄片IFig.1Cast body chip of sandstone in Xujiahe Formation化长石等塑性颗粒的塑性变形与假杂基化（图1b ）；（3）石英、长石、岩屑等颗粒之间以线∼凹凸接触为主。

区内须家河组砂岩遭受了强烈的压实作用，通过镜下观察，估计压实造成的孔隙度损失可达30%。

这一方面是由于岩石中岩屑含量较高，且以易于变形的千枚岩、板岩等变质岩屑为主；另一方面长石蚀变程度高，导致其塑性增强，易于压实变形。

2.2压溶作用镜下常见的压溶现象有颗粒的凹凸镶嵌接触及缝合状接触[7，8]（图1a ，图1b ）。

压溶作用不仅引起石英颗粒的体积减小，颗粒接触更为紧密，其压溶组分SiO 2还会作为胶结物沉淀下来，进一步减少孔隙，须家河组砂岩广泛发育的石英次生加大应该与压溶作用有关。

2.3胶结作用须家河组砂岩中常见的胶结物类型包括硅质、碳酸盐和粘土矿物等。

2.3.1硅质胶结物硅质胶结物的含量高低与沉积物原始组分和结构有关[3，57，10]：（1）杂基和塑性岩屑含量高的砂岩基本不含硅质胶结物；（2）绿泥石粘土包壳的存在能有效阻止石英次生加大；（3）早期方解石胶结物会堵塞原生孔隙，使SiO 2失去沉淀的空间；（4）在粒度粗细和其他胶结物含量大致相似的情况下，石英胶结物含量和石英颗粒含量呈明显的正相关关系。

本区须家河组砂岩中的硅质胶结物含量较低，仅为0∼2%，这与砂岩的成熟度较低、塑性岩屑含量较高、长石蚀变程度高、绿泥石粘土包壳发育较差等因素密切相关。

硅质胶结物的出现形式有以下两种：（1）石英次生加大（图1c ，区内须家河组砂岩共发育两期石英次生加大）；（2）充填在残余孔隙内的自生石英（图1d ）。

2.3.2碳酸盐胶结物须家河组砂岩中的碳酸盐胶结物主要为方解石，也可见少量的铁白云石，多呈孔隙式胶结（图1e ），局部呈基底式胶结，其含量一般为0∼3%，局部达10%。

方解石胶结物的含量高低与粒度和岩屑成分关系较大：（1）粉、细砂岩粒间孔隙小，孔隙水交换能力弱，易造成碳酸盐的过饱和；（2）富含碳酸盐岩屑的砂砾岩中，碳酸盐岩屑的压溶和溶蚀无疑22西南石油大学学报（自然科学版）2011年提供了丰富的方解石来源[58]。

2.3.3粘土胶结物粘土胶结物主要为绿泥石，另有少量伊利石。

早期绿泥石环边胶结可阻止石英次生加大，对孔隙起保护作用[11，12]。

绿泥石的形成需满足以下条件：（1）若杂基、塑性岩屑含量过多，压实作用导致其原生孔过早消失，绿泥石失去沉淀的空间；（2）大量的早期方解石胶结可充填堵塞孔隙，绿泥石同样失去沉淀的空间；（3）石英颗粒含量过高，则意味着绿泥石胶结物失去了物质来源，此时石英加大强烈；含量过低，则岩石受压实作用影响大，原生孔不易保存；（4）火成岩屑的蚀变可为绿泥石胶结物提供物质来源，且火成岩屑抗压强度大，原生孔受压实作用影响较小；（5）岩石的结构成熟度相对较好，即颗粒具有较好的磨圆度和分选性，更有利于原生孔保存[57，11，13]。

本区须家河组砂岩中绿泥石胶结物含量一般仅为0∼2%，主要出现在无早期钙质胶结的长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩中，岩屑砂岩中出现的几率较小。

多呈纤维状垂直颗粒生长，形成粘土包壳（图1f ），常在颗粒接触处消失，表明其形成于沉积物被严重压实之后。

伊利石胶结物含量较低，一般<1%，多呈片状、弯片状、毛发状、丝絮状等形态充填于粒间孔、粒内溶孔和微裂缝中。

2.4交代作用相对于其他成岩作用来讲，交代作用对储层孔隙发育影响较小[3，10]。

须家河组砂岩中常见的交代作用有方解石和绢云母的交代作用。

方解石交代作用主要发生在方解石致密胶结的砂岩中，其发生时间和方解石胶结物的形成时间基本一致，即主要发生于早成岩阶段，至少发生在溶蚀作用之前[58，13]。

方解石可交代各种颗粒和杂基，但似乎对长石更具选择性，常见长石的交代幻影和交代残留结构（图2a ），大多数长石颗粒边缘都被交代成港湾状、锯齿状等不规则形态。

a 粗粒岩屑长石砂岩，方解石交代斜长石，石深1井，须四b 中粒长石石英砂岩，长石绢云母化，石深1井，须二段c 中粒岩屑石英砂岩，溶蚀作用和液态烃注入发生在两期石英次生加大之后，石深1井，须四段d 中粒岩屑砂岩，可见粒间溶孔和裂缝扩溶现象，元坝4井，须二段图2须家河组铸体薄片IIFig.2Cast body chip of sandstone in Xujiahe Formation区内须家河组砂岩中的长石普遍发育绢云母化，常被压实形成假杂基（图2b ）。

容易发生绢云母化的长石颗粒主要为斜长石，微斜长石较为稳定，很少发生绢云母化。

虽然这种交代作用并未造成颗第6期周彦，等：川东北须家河组砂岩储层成岩特征研究23粒体积的变化，但由于其塑性增强，导致压实效应增加，因此也属于破坏性成岩作用之一[57]。

2.5溶蚀作用溶蚀作用可以形成次生孔隙，对改善储层物性起到积极作用[1，10]。

溶蚀作用发生须满足两个基本条件：（1）存在一定的可溶组分；（2）存在酸性流体活动的空间，即一定的原生孔隙[8，9，14]。

本区须家河组溶蚀作用总体欠发育，仅在局部井段偶见少量长石或方解石化的颗粒内有少量粒内溶孔（图2b，图2c），亦可见沿裂缝的扩溶现象（图2d）。

造成本区须家河组砂岩溶蚀作用欠发育的原因有：（1）长石等可溶组分的含量普遍低于川中、川南等地区；（2）强烈的压实作用、较高的塑性岩屑含量和早期的钙质胶结作用使得原生孔隙大量消失[9，13]。

3成岩阶段划分与成岩序列3.1成岩阶段划分根据碎屑岩成岩阶段划分规范，研究区须家河组砂岩的成岩作用强度大，目前已处于晚成岩B亚期（表1），依据如下：（1）泥岩中干酪根的镜质体反表1川东北地区须家河组砂岩成岩阶段划分表Tab.1Diagenetic stage division of Xujiahe Formation in Northeastern SichuanBasin射率（R o）为1.36%∼1.71%，平均为1.60%，处于晚成岩B亚期的R o分布范围内；（2）X–衍射分析表明，粘土矿物主要为伊利石和绿泥石，少含伊/蒙混层矿物，属超点阵有序混层带；（3）石英加大强烈，达II 级以上，颗粒接触紧密，主要为线∼凹凸接触，孔隙中充填有铁白云石，表明成岩作用强度大，已处于晚成岩阶段[2，3]。

3.2成岩序列通过系统的薄片观察和成岩特征的研究，可以建立本区须家河组的成岩演化序列（图3），主要证据如下：（1）绿泥石环边胶结物形成于石英的第一次次生加大以及持续压实作用之后；（2）方解石胶结、交代颗粒及绿泥石环边，反映发生时间较绿泥石环边晚；（3）晚期石英呈不自形充填于绿泥石环边、伊利石环边胶结后的残余粒间孔内，反映其发生时间较绿泥石环边、伊利石环边晚（图4）；（4）方解石化颗粒具弱的粒内溶蚀，反映酸性流体的进入时间晚于方解石化时间；（5）铁白云石自形程度高，24西南石油大学学报（自然科学版）2011年图3川东北地区须家河组砂岩成岩序列Fig.3The petrogenetic series of sandstone of Xujiahe Formation inNortheastern Sichuan Basin充填残余粒间孔，反映其发生时间晚。