1. 引言
近年来，国家针对能源发展和油气勘探开发进行深入研究，在非常规油气领域中占有重要位置的致密砂岩气已逐渐成为中国油气开发的重点领域[1]-[4]，主要分布在鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地和塔里木盆地[5]-[8]。四川盆地陆相致密砂岩气勘探始于上世纪50年代，直至2020年加大开发力度，重新评价四川盆地致密气建产区后，在川东北地区探明了沙溪庙组二段气藏，单井测试产量发现明显提升[9]-[11]。
前人对五宝场地区沙溪庙组储层岩石学特征、储集空间类型及储层主控因素进行了研究，认为沙溪庙组储层岩性主要为灰色、灰白色和紫红色中粒–细粒岩屑长石砂岩和少量长石岩屑砂岩[12]，砂岩具有低成分成熟度、较高结构成熟度的特征，储集空间类型包括孔隙及裂缝，孔隙主要为原生孔、粒内溶孔、铸模孔、黏土矿物晶间孔等[13]，微裂缝在研究区储集砂岩中同样较为常见，还存在少量粒缘缝[14]。储层物性主要受成岩作用如压实作用的控制，其次受到断裂控制[14] [15]。
根据野外调研、测录井数据、岩心观察、薄片鉴定和分析化验资料，对四川盆地五宝场地区沙二段沉积储层特征进行研究，分析研究区沉积相类型及展布特征，并探讨储层类型及储集空间类型，明确储层物性特征及其发育的主控因素，以期为川东北地区沙二段致密油气藏的勘探开发提供思路。
2. 区域地质概况
研究区主体位于四川盆地东北宣汉县境内，横跨四川省开江县及重庆市开州区的部分地区(图1)，构造上隶属于四川盆地大巴山前缘弧形构造带与川东高陡构造区北侧交汇处，属于温泉井构造带北侧、黄金口构造带东南侧、七里峡构造带北倾末端以北的“五宝场盆地”中央地带。
研究区位于四川盆地东北部五宝场盆地(或凹陷)的中央，地表出露侏罗系沙溪庙组–蓬莱镇组地层，局部地区零星分布白垩系地层。自上而下依次揭穿侏罗系上统遂宁组、中统沙溪庙组、下统凉高山组、下统自流井组以及三叠系上统须家河组和中统雷口坡组。沙溪庙组命名于合川县南沙溪庙。该组以下部“关口砂岩”之底与下伏凉高山组页岩或泥岩分界，又以嘉祥寨砂岩底界为分界标志作为沙二段底界，将沙溪庙组一分为二，其下划分为沙一段，其上划分为沙二段。
Figure 1. Geological survey map of the study area
图1. 研究区地质概况图
3. 沉积相特征
3.1. 沉积相类型
结合区域沉积背景和前人研究成果，通过对研究区野外剖面的观测分析认为五宝场地区及其外围沙溪庙组沉积期主要发育三角洲相和曲流河相(表1)。
1) 三角洲相
三角洲相可进一步划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三个亚相(图2)。其中三角洲平原亚相的分流河道，以细砂岩、泥质粉砂岩为主，夹泥质条带，砂岩一般呈正粒序层理或无明显粒序的多套叠加层，发育槽状交错层理。测井曲线特征表现为箱型、钟型或齿化箱形–钟型组合。分流河道间微相在测井曲线中显示为齿化指型，发育紫色泥岩、紫红色泥岩和灰绿色粉砂岩。三角洲前缘亚相以水下分流河道和河口坝为主，水下分流河道砂体由中–细粒砂岩组成，而河口坝砂体多由含泥质组分较高的细–岩组成，
Table 1. Table of sedimentary facies classification of Shaximiao Formation in the study area
表1. 研究区沙溪庙组沉积相类型划分表
相 |
亚相 |
微相 |
研究区位置及层位 |
曲流河三角洲 |
三角洲平原 |
水上分支河道、河道间、沼泽、泛滥平原等 |
研究区沙一及沙二段下部 |
三角洲前缘 |
水下分流河道、分流间湾、水下天然堤、
河口坝、远沙坝、席状砂 |
前三角洲 |
前三角洲泥 |
湖泊 |
滨浅湖 |
滩坝、泥坪 |
沙一段及沙二段下部地层 |
深湖~半深湖 |
|
曲流河 |
河道 |
河道滞留、边滩 |
研究区北缘及沙二段中上部 |
河漫滩 |
河漫沼泽、泛滥平原 |
堤岸 |
天然堤、决口扇 |
主要发育双向交错层理，砂体在纵向上多呈现反粒序，其底部多发育冲刷构造，向上发育大型槽状、板状交错层理。区内主要产层段嘉祥寨砂岩就是由多套河口坝与分流河道砂体叠加而成。前三角洲亚相为深灰色泥岩和粉砂质泥岩，常见粉砂、细砂质透镜体夹层，测井曲线表现为高伽马、低电阻。
2) 曲流河相
研究区沙二段曲流河沉积主要分布于近物源的盆缘内侧平缓部位，分为河道亚相、河漫滩亚相，河道亚相中的边滩砂体是本区内主要储集岩砂体类型之一。边滩沉积粒度变化很大，而本区则主要为细粒，局部见含细砾的中—粗粒，分选较好。砂体中往往发育有大型板状交错层理、槽状交错层和平行层理等，其分布较稳定，露头剖面上常表现为稳定连续的板状砂体，而平面上则多呈椭圆状展布。研究区内河漫滩亚相以发育泛滥平原微相为主，在剖面上，位于中上部，主要发育水平层理或块状层理，由暗紫红色泥岩组成，与曲流河河道亚相的边滩砂体沉积相间分布。
3.2. 沉积相展布特征
川东北地区沙溪庙组主要物源区为大巴山冲断推覆构造带，次为米仓山。根据五宝场构造及邻区钻井剖面，结合野外露头沙溪庙组的沉积相特征，综合分析认为研究区沙一段及沙二段第一亚段主要发育曲流河三角洲前缘，在该沉积时期，湖盆萎缩，三角洲沉积由北东向西南侧湖盆进积。而沙二段第二亚段、三亚段及以上地层主要发育曲流河–三角洲平原亚相，在该时期湖盆继续萎缩导致湖相沉积完全退出本区，使得前期的三角洲平原及前缘亚相沉积被曲流河沉积所取代(图3)。总的说来，五宝场地区沙溪庙组沉积时期，研究区总体呈现水体较浅、古地形相对比较平缓的特征，由于气候干旱、物源供给充足，其所发育的三角洲类型可能以浅水三角洲相为主要特征。该时期的湖盆由于水浅、湖面较小，波浪、湖流能量相对较弱，湖泊对陆源碎屑物的改造作用较小，所形成的主要砂体类型以水上分支河道和水下分流河道砂体为主体，并且河道频繁分叉、改道。但规模一般不大，大多数单期河道砂体厚度小于10 m，而河口坝微相和远砂坝微相少见。
4. 储层特征
4.1. 储集岩类型与特征
根据对研究区野外剖面和岩心观察以及五宝Q11井、五宝Q12井等7口取芯井的120张铸体薄片镜下鉴定，统计沙二段储层的砂岩Q、F、R，结果表明，岩石类型以长石岩屑砂岩为主，其次为岩屑砂岩。
Figure 2. Comprehensive column diagram of sedimentary facies in well Q1
图2. Q1井沉积相综合柱状图
Figure 3. Relative sedimentary map of Shaximiao Formation outside Wubaochang
图3. 五宝场外围沙溪庙组沉积相对比图
各类砂岩分布特征如下表所示(表2)。
沙二3亚段储层岩石类型主要为长石岩屑砂岩。总体上石英的含量平均为58.5%，长石平均含量为18.4%，以钾长石为主(平均含量10.2%)，次为斜长石；岩屑平均含量为23.2%，以变质岩屑为主(平均含量11.5%)，沉积岩屑和火成岩屑相当(5%)。填隙物含量接近9%，填隙物中胶结物略多于杂基。沙二2亚段薄片样品数量相对较多，储层岩石类型主要为长石岩屑砂岩(占样品量89%)，其次为岩屑长石砂岩(7%)和岩屑砂岩(4%)。总体上石英的含量平均为54.1%，岩屑的含量在长石的3~5倍以上。长石平均含量为18.7%，以钾长石为主(平均含量11.3%)，次为斜长石；岩屑平均含量为27.2%，以变质岩屑为主(平均含量14.4%)，火成岩屑其次(平均含量5.5%)沉积岩屑最少(平均含量仅为2.9%)。沙二1亚段薄片样品数量相对较少，储层岩石类型主要为长石岩屑砂岩(占样品量62%)，其次为岩屑砂岩(25%)和岩屑石英砂岩(13%)。总体上石英的含量较高，平均为56.9%；长石含量较低为14.2%，以钾长石为主，次为斜长石；岩屑含量中等(平均为25.1%)，以变质岩屑为主(平均含量17.2%)，火成岩屑和沉积岩屑含量相当(4%左右)。与沙二2亚段和沙二3亚段相比，变质岩屑比例较高，反映来自大巴山古陆物源更多。本段填隙物中杂基含量较高，平均含量可达7.1%，胶结物平均含量仅1.8%。
Table 2. Statistical table of sandstone types in each interval
表2. 各层段砂岩类型统计表
层位 |
岩屑石英砂岩 |
岩屑砂岩 |
岩屑长石砂岩 |
长石岩屑砂岩 |
样品数(个) |
沙二3 |
0 |
0 |
0 |
100 |
4 |
沙二2 |
0 |
4 |
7 |
89 |
74 |
沙二1 |
0 |
25 |
0 |
62 |
8 |
4.2. 储集空间特征
根据铸体薄片鉴定和扫描电镜分析，研究区储集岩的孔隙有原生孔隙和次生孔隙两类，其中原生孔隙为残余原生粒间孔隙，次生孔隙主要有粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、杂基溶孔；裂缝有构造缝、贴粒缝、溶蚀扩大缝(图4)。
(a) 原生孔，1519.03 m，Q11，×20 (-)；(b) 粒间孔，1636.51 m，Q12，扫描电镜 ×3000；(c) 多边形粒间溶孔，1531.8 m，Q11，×40 (-)；(d) 粒间溶孔，1644.34 m，Q18，电镜 ×5000；(e) 粒内溶孔，1508.4 m，Q11，电镜 ×5000；(f) 网格状长石溶孔，1535.47 m，Q11，×20 (-)；(g) 岩屑溶孔，1604.21 m，Q12，×40 (-)；(h) 铸模孔，1509.11 m，Q11，×20 (-)；(i) 杂基溶孔，2662.52 m，Q25，电镜 ×30000；(j) 微裂缝，1789.13 m，Q16，×10 (-)；(k) 贴粒缝，1612.93 m，Q12，×10 (-)；(l) 沿裂缝沥青和自生石英充填，1639.75 m，Q18，×20 (-)。
Figure 4. The types of reservoir space in the study area
图4. 研究区储集空间类型
4.3. 物性特征
研究区D41井、D42井、D43井和五宝Q11井、Q12井、Q16井、Q17井沙溪庙组二段共取芯291.76 m，芯长288.48 m，收获率98.88%，有656个砂岩物性数据。据统计，研究区沙溪庙组物性特征总体表现为低孔低渗–特低渗特点。
从研究区物性统计分析来看(表3，图5(a)、图5(b))，孔隙度最高15.45%，最低0.65%，平均3.57%，孔隙度直方图呈单峰，主要分布在<4%范围内，占样品总数的66.10%。渗透率也主要分布在<0.001 × 10−3 μm2，个别样品由于裂缝发育可大于1 × 10−3 μm2。研究区沙溪庙组以4%为储层孔隙度下限，孔隙度有260个样品满足这一条件(图5(c)、图5(d))，占样品总数的34.9%。储层孔隙度分布在4%~15.45%之间，平均5.49%，主要集中在4%~8%之间，占储层样品总数的95.77%。此外，储层孔隙度介于8%~11%和>11%的各占3.85%、0.38%。渗透率主要分布在<0.001 × 10−3 μm2，占储层样品总数的92.38%，其余占7.62%。从砂岩样品孔隙度与渗透率相关关系看(图5(e))，渗透率随孔隙度的增高具有一定的相关性。孔隙度主要集中在4%~6%之间，对应的渗透率极低，绝大部分低于0.0001 × 10−3 μm2。说明研究区沙溪庙组具有低孔、低渗–特低渗的特点。
Table 3. Statistical table of core physical properties in the study area
表3. 研究区岩心物性统计表
井号 |
孔隙度(%) |
渗透率(×10−3 μm2) |
含水饱和度(%) |
最高 |
最低 |
平均 |
最高 |
最低 |
平均 |
最高 |
最低 |
平均 |
D 41井 |
6.13 |
1.54 |
3.29 |
0.381 |
0.001 |
0.051 |
99.89 |
33.41 |
58.85 |
D 42井 |
7.02 |
1.79 |
3.95 |
0.331 |
0.013 |
0.146 |
93.33 |
37.37 |
66.06 |
D 43井 |
6.7 |
0.76 |
3.29 |
2.85 |
0.001 |
0.87 |
99.84 |
30.67 |
57.04 |
Q 11井 |
10 .79 |
0.65 |
4.83 |
8.22 × 10−3 |
2.19 × 10−7 |
0.0011 |
89.19 |
14.19 |
37.8 |
Q 12井 |
7.56 |
0.91 |
3.29 |
0.001 |
3.46 × 10−7 |
5.12 × 10−4 |
96.09 |
18.32 |
41.2 |
Q 16井 |
15.45 |
0.93 |
3.4 |
9.87 × 10−3 |
2.49 × 10−7 |
3.98 × 10−4 |
99.8 |
17.58 |
59.82 |
Q 17井 |
5.78 |
1.7 |
3.05 |
4.33 × 10−3 |
3.71 × 10−7 |
2.31 × 10−4 |
77.71 |
18.27 |
54.26 |
(a)、(c) 研究区沙溪庙组砂岩孔隙度分布直方图；(b)、(c) 研究区沙溪庙组砂岩渗透率分布直方图；(e) 研究区沙溪庙组砂岩孔渗关系图；(f) 砂岩粒径与孔隙度关系图。
Figure 5. Reservoir physical property map of study area
图5. 研究区储层物性图
4.4. 储层发育的主控因素
通过岩心分析及测井解释结合沙溪庙组二段储层发育特征研究，认为区内沙二段致密储层形成与演化的因素包括沉积因素、成岩作用因素和构造作用因素。
1) 沉积作用因素
沉积作用对孔隙度的影响主要体现在碎屑组分含量、砂岩粒度及沉积微相上，根据D41、42、43井、五宝Q11、Q12、Q16、Q17井的物性和薄片统计表明，刚性颗粒能抵抗压实作用，使部分原生孔隙保留，且长石易发生溶蚀产生次生孔隙，杂基含量越高孔隙度越低。沙二段孔隙度随砂岩粒径的增加，有增大的趋势，随着砂岩粒度变粗，由细粒岩屑石英砂岩过渡到中–粗粒岩屑石英砂岩，砂岩的储集性能明显变好(图5(f))。沉积微相对孔隙度的影响体现在不同沉积环境中沉积的砂体分布具有不同的分布规律，这主要体现在沉积体系和沉积相对砂体时空展布的控制，不同级别的沉积相，控制着不同级别的砂体分布特征。研究区沙溪庙组二段三角洲前缘亚相的河口坝及水下分流河道是最有利的沉积相带，其次是三角洲平原的分流河道沉积。这两类砂体纵向上相互、反复叠置，特别是河口坝砂体比较稳定分布，成为研究区沙二段有利储层发育相区。
2) 成岩作用因素
胶结作用是研究区储层致密化的重要因素。研究区主要发育多种胶结关系，胶结物的含量与面孔率具有一定的关系；压实作用是研究区孔隙减小的重要因素，压实作用的强度决定了储层的致密程度；研究区致密储层的溶蚀作用广泛发育，储层中的易溶矿物主要是长石，因而溶蚀强度和长石含量密切相关；交代作用对研究区储层孔隙的影响相对较小。
3) 构造作用因素
构造作用主要从两个方面影响沙溪庙组储层物性：一是大断裂沟通烃源岩与储集砂体之间的“气源断层”通道；二是储集砂体形成改善储集物性的微裂缝，提高油气产能。油气测试结果发现，研究区取得油气产能较好的井都具有声波跳跃的特征，指示裂缝发育，且它们的下伏地层中可见小–中型连接气源的断裂构造，由于断层的沟通疏导，为研究区储集砂体的油气富集提供了良好的烃源。综合研究，认为裂缝的发育程度是研究区沙溪庙组形成工业油气流至关重要的因素，有良好气源沟通的断裂发育区是研究区勘探目标的有利“甜点区”。
5. 结论
1) 结合区域沉积背景和前人研究成果，认为五宝场外围地区沙溪庙组沉积期主要发育三角洲相和曲流河相。可进一步划分为水下分流河道、分流间湾、天然堤、河口坝、远沙坝等沉积微相，曲流河相中的边滩砂体是本区内主要储集岩砂体类型之一。
2) 研究区沙二段储层岩石类型主要为岩屑石英砂岩、岩屑砂岩、岩屑长石砂岩等，储集空间类型分为孔隙、裂缝两大类，原生孔隙为残余原生粒间孔隙，次生孔隙为粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等，裂缝有构造缝及溶蚀扩大缝等，其物性特征总体表现为低孔低渗–特低渗特点。
3) 研究区内沙二段储层形成与演化的因素包括沉积因素、成岩作用因素和构造作用因素。其中沉积作用因素对孔隙度的影响主要体现在碎屑组分含量、砂岩粒度及沉积微相上。成岩作用因素中压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用对储层的物性具有重要意义。构造作用因素体现在大断裂沟通烃源岩与储集砂体之间的“气源断层”通道及储集砂体形成改善储集物性的微裂缝提高油气产能上。