川中-川南過(guò)渡帶上三疊統(tǒng)須家河組砂巖儲(chǔ)層綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物形成條件及孔隙保存機(jī)制

川中-川南過(guò)渡帶上三疊統(tǒng)須家河組砂巖儲(chǔ)層綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物形成條件及孔隙保存機(jī)制

綠色粘土膠是最常見(jiàn)的粘土膠，其生產(chǎn)形狀有許多類(lèi)型，但其中大部分是通過(guò)環(huán)形邊緣生產(chǎn)的，稱(chēng)為綠色粘土邊緣膠。由于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物與深埋砂巖油氣藏的孔隙保存密切相關(guān),因而,有關(guān)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)孔隙保存機(jī)制方面的研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。在20世紀(jì)60年代人們就已經(jīng)注意到綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保護(hù)作用。在眾多的研究中,Pittman認(rèn)為等厚連續(xù)的粘土包殼,可以抑制碎屑石英的成核作用,從而抑制石英次生加大;Ehrenberg認(rèn)為挪威大陸架侏羅系砂巖儲(chǔ)層在深埋藏條件下仍能保存異常高的孔隙度,主要是由于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物導(dǎo)致的;SalmanBloch等人把顆粒環(huán)邊膠結(jié)物、高壓流體及烴類(lèi)早期侵入視為深埋砂巖油氣藏異常高孔高滲的3個(gè)主要原因;柳益群在對(duì)陜甘寧盆地上三疊統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層研究中發(fā)現(xiàn)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的存在可阻礙碎屑顆粒與孔隙水的接觸,從而減少了其它膠結(jié)物的沉淀,使粒間孔得以保存;黃思靜認(rèn)為以顆粒環(huán)邊方式產(chǎn)出的綠泥石膠結(jié)物是深埋儲(chǔ)層孔隙保存的重要機(jī)制。也有部分學(xué)者認(rèn)為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)孔隙的保存有負(fù)面影響,如劉林玉認(rèn)為包繞碎屑顆粒的綠泥石膠結(jié)物降低了原生孔隙度,堵塞孔隙喉道,導(dǎo)致了儲(chǔ)層滲透率大幅度降低。針對(duì)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物在儲(chǔ)層孔隙演化中的作用,本文以川中-川南過(guò)渡帶荷包場(chǎng)、界市場(chǎng)地區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)包界地區(qū))上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層為例,通過(guò)薄片鑒定、掃描電鏡等手段,開(kāi)展了綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙保存機(jī)制的詳細(xì)研究。1須家河組巖相特征包界地區(qū)位于四川省隆昌、榮昌、大足3縣境內(nèi),面積約1600km2。區(qū)域構(gòu)造屬川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)的威遠(yuǎn)龍女寺構(gòu)造群,該構(gòu)造群是由多個(gè)小鼻狀構(gòu)造組成的巨型鼻狀構(gòu)造。該區(qū)主要產(chǎn)氣層段是上三疊統(tǒng)須家河組,為一套砂泥巖組合,垂向上巖性組合的旋回性清楚明顯,從下往上可劃分為一段、二段、三段、四段、五段和六段,其中二段、四段、六段主要發(fā)育大套厚層塊狀砂巖夾薄層泥巖,為三角州前緣亞相沉積產(chǎn)物,是主要的儲(chǔ)層發(fā)育段;一段、三段、五段巖性組合以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主夾薄層-中厚層砂巖,為前三角州-淺湖亞相間夾三角州前緣亞相的沉積產(chǎn)物,其中三段、五段是次要的儲(chǔ)層發(fā)育段。儲(chǔ)層巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,部分為巖屑砂巖;按粒度劃分主要以中砂巖為主,次為細(xì)砂巖、粗砂巖及少量的粉砂巖;巖石的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均中等-較低。該區(qū)儲(chǔ)層物性總體較差,屬特低孔、特低滲儲(chǔ)層。2巖石學(xué)和礦物學(xué)一般特征,可將綠泥石膠結(jié)物加入孔隙中,其形態(tài)生產(chǎn)力的特征見(jiàn)表1包界地區(qū)須家河組砂巖中的綠泥石膠結(jié)物主要以顆粒環(huán)邊方式產(chǎn)出,薄片下觀察呈放射纖維狀垂直顆粒生長(zhǎng)(圖1a),掃描電鏡下觀察呈葉片狀垂直顆粒生長(zhǎng),具有薄層、等厚且致密連續(xù)的特點(diǎn)(圖1b),大小一般在3~5μm,含量一般在1%~4%之間。掃描電鏡觀察還發(fā)現(xiàn)呈葉片狀或玫瑰花狀充填孔隙的綠泥石膠結(jié)物,但數(shù)量很少。呈葉片狀充填孔隙的綠泥石膠結(jié)物,從顆粒邊緣到孔隙中心,綠泥石晶體體積明顯變大,自形程度變好(圖1c)。玫瑰花狀綠泥石以自生礦物形式孤立分布在孔隙中(圖1d)。關(guān)于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成階段,筆者通過(guò)薄片鑒定和掃描電鏡觀察,發(fā)現(xiàn)在顆粒接觸點(diǎn)上存在綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物(圖1a,1b),這表明其形成時(shí)間較早,推斷是在沉積物被完全壓實(shí)之前形成的;伊利石膠結(jié)物和自生石英覆蓋于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物之上(圖1c,1d),這說(shuō)明后者形成于前兩者之前;巖石中發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物包裹的鑄?？?圖1f),表明綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物形成于溶蝕作用之前;呈葉片狀充填孔隙的綠泥石膠結(jié)物從顆粒邊緣到孔隙中心,綠泥石晶體體積明顯變大,自形程度變好,說(shuō)明綠泥石膠結(jié)物具有明顯的世代結(jié)構(gòu)特征,其中顆粒邊緣的環(huán)邊狀綠泥石膠結(jié)物是早成巖階段的產(chǎn)物,而從邊緣到孔隙中心的第二世代、第三世代的綠泥石膠結(jié)物是從孔隙水中沉淀形成的(圖1d)。綜合分析認(rèn)為,本區(qū)砂巖中的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物形成于早成巖階段的A亞期。3綠色粘土環(huán)橡膠的形成條件綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成受多種因素控制,其中沉積環(huán)境和物源條件是兩個(gè)最重要的因素。3.1成巖環(huán)境特征本區(qū)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的發(fā)育受沉積環(huán)境控制較為明顯,主要發(fā)育在三角洲前緣的水下分流河道和河口壩區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域由于水動(dòng)力條件較強(qiáng),沉積物以粒度較粗、分選較好的剛性碎屑顆粒為主,雜基與塑性巖屑含量相對(duì)較少,因而,該區(qū)域的沉積物在成巖早期會(huì)有大量的原生孔隙保存下來(lái),這為成巖過(guò)程中綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成所需要的生長(zhǎng)空間提供了環(huán)境基礎(chǔ);薄片鑒定資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也表明在五種成巖相中綠泥石環(huán)邊膠結(jié)成巖相的雜基含量最少(表1)。同時(shí),三角洲前緣環(huán)境的水體中含有大量電解質(zhì),并顯弱堿性和弱還原性,河水中溶解的鐵離子會(huì)在該條件下產(chǎn)生絮凝沉淀,這將為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成提供豐富的鐵來(lái)源。3.2被火山人的巖屑環(huán)境綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成需要大量的鐵離子,火山巖巖屑蝕變產(chǎn)生的鐵離子可為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的形成提供物質(zhì)來(lái)源。在早二疊世末期,我國(guó)西南地區(qū)發(fā)生過(guò)大規(guī)?；鹕絿姲l(fā),本區(qū)位于四川盆地的川中和川南過(guò)渡帶地區(qū),物源主要來(lái)自本區(qū)的南部和東北部方向,這些物源區(qū)都有大量火山碎屑巖的分布。通過(guò)薄片鑒定和掃描電鏡觀察也可以發(fā)現(xiàn)火山巖屑的蝕變(圖1e)、黑云母湖底水解(黑云母水解作用可生成大量Fe2+)等現(xiàn)象。薄片鑒定資料統(tǒng)計(jì)也表明,在發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的砂巖儲(chǔ)層中火山巖巖屑的偏高(表1)。因此,本區(qū)砂巖中綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的發(fā)育與火山巖巖屑的蝕變密切相關(guān)。4環(huán)邊膠結(jié)成巖儲(chǔ)層發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)砂巖儲(chǔ)層發(fā)育的影響是本區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的重要控制因素。本文通過(guò)對(duì)比不同成巖相儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征和物性特征來(lái)分析綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響。從表1、圖2和圖3可以看出,在5種成巖相中,綠泥石環(huán)邊膠結(jié)成巖相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層物性最好,面孔率高達(dá)5.4%,孔隙度達(dá)12.05%,滲透率達(dá)0.724×10-3μm2?？梢?jiàn),綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用是本區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的重要因素。目前,有關(guān)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙保存機(jī)制方面的研究較多,本次研究認(rèn)為綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層孔隙的保存機(jī)制主要表現(xiàn)在提高巖石的抗壓實(shí)能力、抑制壓溶作用、抑制石英次生加大、促進(jìn)溶蝕作用以及形成有利的孔喉結(jié)構(gòu)等方面。4.1抗壓實(shí)能力的影響本區(qū)砂巖中的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物為早成巖階段的產(chǎn)物,在儲(chǔ)層遭受強(qiáng)烈的壓實(shí)作用之前,綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物已經(jīng)占據(jù)了一部分孔隙空間,它的存在增加了巖石的抗壓實(shí)能力,使原生粒間孔隙得以保存。薄片鑒定和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)在發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的區(qū)域,壓實(shí)作用較弱,碎屑變形較小,顆粒間以點(diǎn)-線(xiàn)接觸為主;而不發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的區(qū)域,壓實(shí)作用較強(qiáng),顆粒間主要為線(xiàn)-凹凸接觸(圖1a,1b)。此外,綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的存在有利于鑄?？椎却紊紫兜谋４?由于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物不易溶解,發(fā)育綠泥石環(huán)邊的碎屑顆粒在溶蝕作用下會(huì)形成綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物包繞的鑄?？谆蛄?nèi)溶孔。(圖1f,1g)。4.2顆粒接觸面積的影響由于綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的存在降低了壓實(shí)作用強(qiáng)度,減輕了顆粒接觸的緊密程度,減少了顆粒接觸面積,因而對(duì)壓溶作用也可起到有效的抑制作用。薄片鑒定和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)在綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物發(fā)育的地方,碎屑顆粒之間的凹凸-縫合接觸情況少見(jiàn)(圖1a,1b),說(shuō)明綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物有效地抑制了壓溶作用。4.3石英原生膠結(jié)物綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物可有效抑制石英次生加大的觀點(diǎn)目前已被廣大學(xué)者普遍接受,其抑制石英次生加大的機(jī)理主要有3個(gè)方面:①抑制壓溶作用,減少石英次生加大的物質(zhì)來(lái)源;②阻止石英次生加大的增長(zhǎng);③阻止富含SiO2的孔隙流體在碎屑石英表面成核,如果被包裹的碎屑石英失去了成核作用的能力,就不能形成共軸再生膠結(jié)物。據(jù)薄片鑒定及掃描電鏡觀察,有綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物包裹的石英顆粒,石英次生加大現(xiàn)象極少(圖1a,1b),但是如果包裹石英顆粒的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物不連續(xù),次生石英仍能在沒(méi)有被綠泥石膠結(jié)物隔離的部位生長(zhǎng)成核,最終形成石英次生加大(圖1b,1i)。4.4綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的晶間孔隙結(jié)構(gòu)砂巖儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)生的溶蝕作用主要為酸性水溶液對(duì)長(zhǎng)石、石英、巖屑顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕,形成粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。溶蝕作用與儲(chǔ)層巖性類(lèi)型、膠結(jié)物類(lèi)型、原生孔隙及連通通道等因素密切相關(guān)。在綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物發(fā)育的巖石中,有大量的殘余原生孔隙保存下來(lái),而且綠泥石礦物具有大量的晶間孔隙,這都為后期酸性水介質(zhì)流動(dòng)提供運(yùn)移通道,有利于后期溶蝕作用的不斷進(jìn)行,從而進(jìn)一步改善儲(chǔ)層的物性。據(jù)薄片鑒定和掃描電鏡觀察,綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物常與粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔或鑄?？装樯?圖1f—1i)?？梢?jiàn),綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的發(fā)育有利于后期溶蝕作用的進(jìn)行。4.5喉道類(lèi)型及分布發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的砂巖儲(chǔ)層保存了大量的殘余粒間孔,顆粒間接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線(xiàn)接觸,喉道類(lèi)型以縮頸喉道或點(diǎn)狀喉道為主(圖1a,1i)。該類(lèi)孔喉組合可形成粗喉大孔型孔喉結(jié)構(gòu),這類(lèi)孔喉結(jié)構(gòu)具有排驅(qū)壓力低、孔喉中值半徑大、毛管阻力小、連通性較好、孔隙度和滲透率較大等特點(diǎn)(表1;圖4)。5綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的作用機(jī)理1)本區(qū)砂巖中的綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物以等厚環(huán)邊方式垂直顆粒表面生長(zhǎng),形成于早成巖階段A亞期,環(huán)邊的形成受沉積環(huán)境和物源條件等因素控制。2)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物在儲(chǔ)層遭受強(qiáng)烈的壓實(shí)作用之前已經(jīng)占據(jù)了一部分孔隙空間,它的存在增加了巖石的抗壓實(shí)能力,使原生粒間孔隙得以保存。3)綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物的存在減輕了顆粒接觸的緊密程度,減少了顆粒接觸面積,對(duì)壓溶作用起到有效的抑制作用。4)