四川盆地元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)海相凝灰沉積儲層特征

近年來，在日本、古巴、美國、新西蘭和土耳其的一些沉積盆地及中國的鄂爾多斯盆地、準噶爾盆地、酒泉盆地、渤海灣盆地、二連盆地和松遼盆地中相繼發(fā)現(xiàn)了火山碎屑巖儲層［1-16］，從而引發(fā)了對火山碎屑巖油氣勘探的關注，以及火山活動對油氣烴源巖、儲層影響方面的研究［17-19］。2013年，三塘湖盆地馬朗凹陷中二疊統(tǒng)條湖組二段火山碎屑巖儲層的試油成功，證實了新的油藏類型——凝灰?guī)r致密油藏的重要性，并開辟了三塘湖盆地油氣勘探的新領域［20-21］。在四川盆地，2018年簡陽地區(qū)的風險探井——永探1井測試獲得22.5 × 104 m3/d的高產(chǎn)氣流，首次在四川盆地二疊系中發(fā)現(xiàn)了噴溢相火山碎屑巖氣藏，實現(xiàn)了火山巖氣藏勘探的重大突破［22］。近年在永勝1井二疊系爆發(fā)相火山角礫巖層段鉆遇優(yōu)質(zhì)孔洞型儲層，見氣侵、放空，油氣顯示良好。在川北元壩地區(qū)，2018年鉆遇元壩7井茅口組頂部夾沉凝灰?guī)r儲層的臺緣淺灘碳酸鹽巖儲層，測得105.9× 104 m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流［23］。這些成果表明，四川盆地二疊系火山碎屑巖可能具有較大的勘探潛力。但是，對于四川盆地二疊系海相凝灰?guī)r儲層的研究，總體較為薄弱，對儲層的孔-縫特征、成巖作用類型、儲層控制因素方面的認識都相對不足，從而阻礙了四川盆地二疊系海相凝灰?guī)r油氣藏的勘探和開發(fā)。

基于此，本文利用薄片鑒定、掃描電鏡和能譜分析、X射線衍射（XRD）分析和物性測試等手段，以川北元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)含凝灰海相混積巖為研究對象，通過對巖屑和巖心的研究，討論凝灰沉積的儲層特征，從而為四川盆地二疊系海相凝灰沉積儲層的勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品測試

四川盆地屬于揚子地臺的次級構造單元，研究區(qū)位于四川盆地北部廣元—巴中境內(nèi)，在構造單元上屬于龍門山斷褶帶、米倉山隆起帶和大巴山斷褶帶所圍限的川北低平褶帶（圖1）。海西晚期，受秦嶺洋向川中古陸海侵影響，研究區(qū)二疊系沉積了厚約600 m的海相碳酸鹽巖，形成了臺地—臺地邊緣礁灘—斜坡—陸棚的沉積格局［23］。

圖1

圖1   四川盆地構造簡圖及研究區(qū)位置

Fig.1   Schematic map showing the tectonic background of Sichuan Basin and the location of the study area

研究區(qū)二疊系從下至上劃分為下二疊統(tǒng)棲霞組、中二疊茅口組和上二疊統(tǒng)吳家坪組，其中茅口組從下至上可細分為茅一段、茅二段和茅三段，吳家坪組從下至上可細分為吳一段、吳二段和吳三段。本文研究的層段主要為上二疊統(tǒng)吳一段至吳二段，整體巖性為一套灰色-灰黑色灰?guī)r夾泥巖、凝灰?guī)r的組合類型（圖2）。

圖2

圖2   四川盆地元壩7井茅三段—長一段地層特征及巖心樣采樣部位和特征

a.地層綜合柱狀圖； b.巖心中可見兩個正粒序，下部粒序?qū)拥牡撞恳娀鹕浇堑[、巖屑及沖刷面，上部粒序?qū)酉蛏铣霈F(xiàn)水平層理，埋深6 935.40 m； c.巖心中紋層發(fā)育，富黃鐵礦透鏡體順層分布，埋深6 935.59 m； d.黃鐵礦化的火山角礫呈水平或直立狀，埋深6 936.30 m； e.小型砂紋層理-水平層理構成的多個韻律層，下部見同生小斷層，埋深6 935.50 m

Fig.2   Stratigraphic characteristics of the 3rd member of Maokou Formation to the 1st member of Changxing Formation， sampling locations and characteristics of cores from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

由于研究區(qū)鉆井取心的限制，樣品主要為巖屑樣，因此本文以位于碳酸鹽臺地相帶元壩2井、碳酸鹽斜坡相帶元壩3井、元壩6井巖屑樣為參考的基礎上，重點針對碳酸鹽斜坡相帶元壩7井中凝灰成分含量較高、深度6 934.72～6 936.75 m的取心段進行研究，共采集巖心樣品18件。樣品的普通薄片和鑄體薄片鑒定在成都理工大學沉積地質(zhì)專業(yè)實驗室完成，掃描電鏡和能譜分析、巖石物性測試在成都理工大學油氣藏勘探與開發(fā)重點實驗室完成，XRD分析在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所實驗研究中心完成。

2 凝灰沉積的巖石學特征

2.1 宏觀特征

巖心中凝灰沉積常常成淺灰色紋層，與深灰色、灰黑色有機質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖形成紋層狀互層，構成韻律層理，紋層厚度一般在0.1～10.0 mm變化（圖2b，c，e），總體構成100～200 mm厚的沉積體，夾于生物灰?guī)r、泥灰?guī)r之中（圖2a）。測井曲線中，凝灰層段出現(xiàn)LLD（深側(cè)向電阻率值）和LLS（淺側(cè)向電阻率值）相對較低（3～10 Ω·m），而GR（自然伽馬值）和KTH（無鈾伽馬值）相對較高特征（GR>75 API，KTH在75 API左右）。巖心中局部可見橢圓形、不規(guī)則狀巖屑，孤立狀分布或出現(xiàn)在正粒序?qū)永硐虏浚▓D2b，d）。局部可見凝灰質(zhì)富集層中出現(xiàn)小型砂紋層理。偶見同生小型逆斷層將富炭質(zhì)或有機質(zhì)紋層明顯斷開（圖2e）。

對巖屑普通薄片，巖心鑄體和茜素紅-鐵氰化鉀混合溶液染色薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，4口鉆井含有凝灰沉積的層段中，凝灰成分多與具有木質(zhì)結構的炭屑（圖3a）、有機質(zhì)泥（圖3b）、白云石和鐵白云石（圖3c—e）、黃鐵礦和少量鈉長石（圖3c）、方解石共生，成分分布不均勻。凝灰成分包括4種類型，粒徑小于0.005 mm的火山塵 （圖3f—h），粒徑大于0.005 mm的巖屑（圖3f，i，j）、晶屑（圖3f—h，k）和玻屑（圖3b，d，e，l）。巖屑的粒徑一般大于0.050 mm，最大可達0.500 mm，圓狀為主，可見不規(guī)則狀，成分為流紋巖、凝灰?guī)r巖屑和玻璃質(zhì)巖屑。晶屑以石英晶屑為主、見少量長石晶屑和云母晶屑，常呈棱角狀、碎裂狀，粒徑在0.100～0.050 mm。玻屑粒徑在0.100～0.050 mm，很少見雞骨狀、月牙狀等剛性破裂形狀，常見塑性玻屑的擠壓或者拉長變形。

圖3

圖3   四川盆地凝灰沉積顯微特征

a.炭屑，元壩7井，埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光； b.泥質(zhì)中有機質(zhì)含量高，玻屑脫?；桶自剖?，元壩7井，埋深6 935.11 m，吳一段，正交偏光； c.生屑白云石化和鈉長石化，元壩7井，埋深6 935.25 m，吳一段，正交偏光； d.塑性玻屑發(fā)生伊利石化，并被鐵白云石交代，含膏炭質(zhì)凝灰質(zhì)粉-細云巖，元壩7井，埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光； e.同d，正交偏光（加石膏試板）； f.晶屑巖屑凝灰?guī)r，見石英晶屑和巖屑，火山塵膠結，元壩7井，埋深6 915.00 m，吳二段，單偏光； g.晶屑凝灰?guī)r，見石英晶屑和巖屑，火山塵膠結，元壩7井，埋深6 914.00 m，吳二段，單偏光； h.晶屑凝灰?guī)r，見長石和石英晶屑，火山塵膠結，元壩7井，埋深6 914.00 m，吳二段，正交偏光； i.塑性火山巖屑發(fā)生白云石化，巖石有機質(zhì)含量高，元壩7井，埋深6 935.22 m，吳一段，正交偏光（加石膏試板）； j.塑性-半塑性巖屑具有烘烤邊，白云石交代巖石形成凝灰質(zhì)細晶云巖，元壩6井，埋深6 897.00 m，吳二段，單偏光； k.白云母晶屑，元壩7井，埋深6 935.22 m，吳一段，正交偏光； l.晶屑玻屑凝灰?guī)r，見長石晶屑，玻屑發(fā)生脫?；鹕綁m膠結，元壩3井，埋深7 194.00 m，吳一段，單偏光

A.鈉長石； C.炭屑； D.白云石；F.長石； Fe.鐵白云石； M.白云母； O.有機質(zhì)； Q.石英； R.巖屑； V.玻屑； Vd.火山塵

Fig.3   Microscopic features of tuffaceous deposits in the Sichuan Basin

巖心薄片鑒定結果表明（表1），含有凝灰質(zhì)的層段中，火山碎屑的含量在10.00 %～32.00 %，平均為22.25 %，碎屑粒徑絕大多數(shù)小于2.000 mm，且以玻屑為主；其次可見5.00 %～30.00 %的有機質(zhì)，14.00 % ～50.00 %的白云石，5.00 %～35.00 %的炭屑，4.00 %～8.00 %的石膏、5.00 %～20.00 %的黃鐵礦。局部層段含有40.00 %左右的泥質(zhì)和5.00 %～60.00 %的方解石，少量鈉長石交代生屑和凝灰，含量約1.00 %～4.00 %。在灰?guī)r層段中見含量約6.00 %～20.00 %的自生石英，交代生屑為主。

表1   四川盆地元壩7井巖心薄片成分鑒定結果

Table 1  Rock components determined by thin section observation for cores from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

注：“—”表示未檢測出含量。

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掃描電鏡和能譜研究顯示（圖4；表2），凝灰沉積整體成層性較好（圖4a），可見碎屑來源和自生成因的粘土礦物（圖4b—e），主要為伊利石和伊/蒙混層。并可見長石、石英晶屑及炭屑（圖4f—h），以及自生成因的（鐵）白云石（圖4b）、石膏（圖4i）、黃鐵礦和方解石。

圖4

圖4   四川盆地元壩7井吳一段巖心樣品掃描電鏡特征

a.樣品結構疏松，礦物定向排布，紋層明顯，埋深6 934.77 m； b.碎屑粘土中的鐵白云石，埋深6 935.50 m； c.伊利石化玻屑，埋深6 935.22 m； d.伊利石化巖屑（紅色虛線圈位置），泥質(zhì)重結晶成伊/蒙混層粘土（白色箭頭位置），巖屑溶蝕形成鑄?？祝ò咨摼€圈位置），埋深6 935.22 m； e.伊利石化火山塵，埋深6 935.22 m； f.長石晶屑粘土化，埋深6 934.77 m； g.炭屑和石英晶屑，埋深6 935.22 m； h.炭屑，埋深6 935.22 m； i.石膏，埋深6 935.22 m

C.炭屑； F.長石； G.石膏； Q.石英； Fe.鐵白云石； Vd.火山塵（紅色星形位置為能譜測試位置）

Fig.4   SEM features of core samples from the 1st member of Wujiaping Formation in Well Yuanba 7， Sichuan Basin

表2   四川盆地元壩7井巖心樣品典型成分能譜數(shù)據(jù)

Table 2  EDS data of typical compositions of core samples from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

注：能譜測試位置見圖4，樣品普遍含有機質(zhì)和炭屑，對能譜數(shù)據(jù)中C的含量有一定影響；“—”表示未檢測出含量。

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巖心樣品全巖XRD分析結果表明（表3），樣品中碳酸鹽礦物總體可達13.0 %～22.1 %，其中絕大部分為白云石，少量為方解石，極少量菱鐵礦。樣品中粘土含量較高，可達43.2 %～47.2 %。粘土礦物的XRD結果表明（表4），粘土礦物主要為伊/蒙混層粘土，含量高達72.0 %～74.0 %，其次為伊利石，含量為26.0 %～28.0 %，不見高嶺石和綠泥石。

表3   四川盆地元壩7井全巖XRD分析結果

Table 3  Analytical results of bulk?rock samples by XDR from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

注：“*”包括鐵白云石；“—”表示未檢出含量。

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表4   四川盆地元壩7井粘土礦物XRD分析結果

Table 4  Analytical results of clay minerals by XDR from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

注：“—”表示未檢測出含量；%S為伊/蒙混層中蒙脫石含量百分比。

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從薄片鑒定和XRD分析結果來看，大部分巖石中白云石含量較高，但薄片和掃描電鏡觀察結果表明，粉晶以上的白云石（特別是鐵白云石）為后期交代成因，局部仍保留有交代后殘余的凝灰成分（圖3d，e，j），表明大部分白云巖的原巖為凝灰?guī)r。

參照曾允孚和夏文杰［24］、孫善平等［25］的火山碎屑巖分類命名原則，將研究區(qū)中凝灰沉積劃分為3大類：凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和凝灰沉積巖。

凝灰?guī)r為凝灰成分多于75 %的巖石（圖3f—l， 圖5a—c）。根據(jù)碎屑顆粒的成分可分為：晶屑凝灰?guī)r、巖屑-晶屑凝灰?guī)r（晶屑-巖屑凝灰?guī)r）、玻屑凝灰?guī)r、玻屑-巖屑凝灰?guī)r和凝灰?guī)r（顆粒細小，不能進行具體碎屑顆粒成分鑒定的類型）。同時該巖石類型還包括發(fā)生了次生變化，但可以推測出原巖為凝灰?guī)r的巖石類型（3d，j），包括：凝灰質(zhì)中-細晶云巖（原巖為晶屑-巖屑凝灰?guī)r）、凝灰質(zhì)泥巖（原巖為粘土化玻屑凝灰?guī)r）、含炭凝灰質(zhì)不等晶云巖（原巖為含炭玻屑-巖屑凝灰?guī)r）、含灰含有機質(zhì)凝灰質(zhì)云巖（原巖為含有機質(zhì)晶屑-玻屑凝灰?guī)r）、凝灰質(zhì)中-細晶云巖（原巖為巖屑凝灰?guī)r）和含膏凝灰質(zhì)細晶云巖（原巖為巖屑凝灰?guī)r）。

圖5

圖5   四川盆地元壩7井吳一段埋深6 935.22 m 凝灰沉積定向大薄片顯微特征（采樣位置及特征見圖2a，b）

a.玻屑-巖屑凝灰?guī)r，海百合被白云石和鈉長石交代，巖屑被白云石交代，正交偏光（加石膏試板）； b.橢圓狀的巖屑，長軸平行層面，雙殼或腕足、晶屑分布其中，單偏光； c.玻屑伊利石化，后被白云石交代，正交偏光； d.生屑和巖屑、晶屑混雜分布，生屑長軸平行層面，單偏光； e.富凝灰質(zhì)團塊中晶屑含量高，正交偏光（加石膏試板）； f.黃鐵礦化顯著，單偏光（反光）； g.粒度變細，見垂直紋層的生屑，富凝灰層（淺色）和富炭屑層（深色）不規(guī)則互層，單偏光； h.有機質(zhì)碎裂，石膏和白云石充填裂縫，單偏光； i.白云石和石膏充填有機質(zhì)中的裂縫，正交偏光（加石膏試板）

A.鈉長石； B.生物碎屑； D.白云石； G.石膏； O.有機質(zhì)； R.巖屑； V.玻屑

Fig.5   Microscopic features of tuffaceous deposits by oriented large thin section observation in the 1st member of Wujiaping Formation at a burial depth of 6 935.22 m in Well Yuanba 7， Sichuan Basin （see Fig.2a， b for the sampling location and features）

沉凝灰?guī)r為凝灰成分在50 %～75 %的巖石，根據(jù)成分劃分為：含炭含鈣晶屑凝灰?guī)r、含云晶屑-巖屑凝灰?guī)r、含膏含炭云質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、含有機質(zhì)含云巖屑凝灰?guī)r、有機質(zhì)泥質(zhì)凝灰?guī)r和含云有機質(zhì)凝灰?guī)r。

凝灰沉積巖為凝灰成分少于50 %的巖石類型，可細分為凝灰質(zhì)沉積巖（凝灰成分為25 %～50 %），包括：含炭凝灰質(zhì)微晶灰?guī)r、含有機質(zhì)含硅含凝灰生屑灰?guī)r、凝灰質(zhì)有機質(zhì)微-粉晶云巖；含凝灰沉積巖（凝灰成分為10 %～25 %），包括：含凝灰有機質(zhì)泥巖、含凝灰泥巖、含有機質(zhì)泥含凝灰粉晶灰?guī)r和含凝灰炭質(zhì)微粉晶云巖。

2.2 結構和微觀構造特征

在定向巖石大薄片中（圖5），可顯示出明顯的粒度變化特征：下部（圖5a—c）主要為玻屑-巖屑凝灰?guī)r，可見海百合、雙殼或腕足等生物碎屑與巖屑、玻屑共生。巖屑主要為早期形成的凝灰?guī)r的破碎產(chǎn)物，主要成圓狀或橢圓狀，粒徑可達1 cm。巖屑和生屑定向性明顯，其長徑與層面平行。中部（圖5d—g）火山碎屑的粒度變細，巖屑和生屑變少，主要為玻屑，含少量晶屑和巖屑。局部出現(xiàn)富凝灰的團塊，黃鐵礦化明顯。火山碎屑水平定向明顯，構成不規(guī)則紋層，偶見生屑垂直紋層分布。上部（圖3h）紋層明顯，出現(xiàn)多個富凝灰層（玻屑為主）和富炭屑層互層，局部出現(xiàn)富黃鐵礦團塊。頂部紋層密集，炭屑富集成層（圖5i）。

3 孔、縫特征

鑄體薄片中，凝灰層段孔隙較為發(fā)育，且多為鑄?？?。根據(jù)孔隙棱角狀和不規(guī)則狀的外形（圖6a—c），推測主要為火山碎屑溶蝕的產(chǎn)物。其次可見炭屑中的原生孔（圖6d，e）、凝灰?guī)r中的氣孔（圖6f）和極少量白云石中的溶孔（圖6g）。裂縫較為發(fā)育，一般為順層縫（圖6h），其次可見少量網(wǎng)狀和斜交層理的裂縫（圖6i）。

圖6

圖6   四川盆地元壩7井鑄體薄片中顯微孔、縫特征

a.凝灰質(zhì)微晶灰?guī)r中鑄?？装l(fā)育，埋深6 914.00 m，吳二段，正交偏光（加石膏試板）； b.白云石部分充填玻屑和晶屑中的溶孔，埋深6 935.50 m，吳一段，單偏光； c.鑄模孔，埋深6 934.77 m，吳一段，單偏光； d.鐵白云石部分充填炭屑中的原生孔，埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光； e.同d，正交偏光（加石膏試板）； f.晶屑凝灰?guī)r中的氣孔，埋深6 915.00 m，吳二段，單偏光； g.交代玻屑的鐵白云石發(fā)生少量溶蝕（白色箭頭位置），埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光； h.順層縫，埋深6 935.72 m，吳一段，單偏光； i.斜交紋層的裂縫，埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光

C.炭屑；D.白云石；Fe.鐵白云石；V.玻屑

Fig.6   Micrographs showing the pore and fracture features on casting thin sections from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

薄片中孔縫鑒定結果表明（表5），薄片中總面孔率為1.0 %～11.0 %，孔隙孤立狀，連通性較差。最主要的孔隙為凝灰溶蝕形成的鑄?？?，面孔率最高可達10.0 %左右，其次為炭屑中原生孔，局部層段可達5.0 %，而白云石溶孔的面孔率一般在0.5 %～2.0 %。薄片中，裂縫的面縫率在0.5 %～10.0 %。

表5   四川盆地元壩7井鑄體薄片中的儲集空間特征

Table 5  Reservoir space characteristics shown by casting thin section observation from Well Yuanba 7, Sichuan Basin

注：“—”表示未檢測出含量。

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掃描電鏡下，炭屑的原生孔常見，但多為殘余狀，被黃鐵礦和粘土充填（圖7a，b）?；鹕剿樾既芪g形成不規(guī)則或圓形外形的鑄模孔（圖4d），局部有粘土礦物殘留或充填。可見鐵白云石表面形成納米級微孔（圖7c），常見混積粘土礦物和凝灰成分粘土化形成的晶間孔（圖7b，d），局部可見混積有機質(zhì)中的微孔（圖7e）。順層裂縫較為發(fā)育，常與粘土礦物集合體的定向方向一致（圖7f）。

圖7

圖7   四川盆地元壩7井吳一段巖心中掃描電鏡下的孔、縫特征

a.黃鐵礦和粘土充填炭屑原生孔，埋深6 935.11 m； b.炭屑中的原生孔，粘土化的玻屑，晶間孔發(fā)育，埋深6 935.22 m； c.鐵白云石表面的微溶孔，埋深6 935.22 m； d.伊/蒙混層粘土，晶間孔發(fā)育，埋深6 935.50 m； e.有機質(zhì)內(nèi)微孔隙（氬離子拋光），埋深6 935.69 m； f.順層縫發(fā)育，埋深6 934.77 m

Fig.7   Pore and fracture features on SEM images of cores from the 1st member of Wujiaping Formation in Well Yuanba 7， Sichuan Basin

巖心樣品物性測試數(shù)據(jù)表明（表6），巖石的孔隙度為2.64 %～11.60 %，滲透率為（0.000 11～0.015 50） × 10-3 μm2，為超低滲儲層，對比表5和表6發(fā)現(xiàn)，滲透率相對高值層位與薄片中裂縫面縫率相對高值層位吻合，且滲透率與孔隙度有一定的相關性，表明孔隙度大的樣品相對滲透率更高。

表6   四川盆地元壩7井巖心樣品壓汞孔、滲值

Table 6  Porosity and permeability values obtained by MIP test of the cores from Well Yuanba 7， Sichuan Basin

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4 主要成巖作用類型及成巖序列

研究結果表明，研究區(qū)凝灰沉積發(fā)生的主要成巖作用包括5種類型。①重結晶作用：表現(xiàn)為玻屑脫?；?，形成霏細結構（圖3b）；早期泥質(zhì)雜基重結晶形成伊利石和伊/蒙混層（圖4d）。②膠結作用：主要表現(xiàn)為火山塵膠結火山碎屑（圖3f—h），形成凝灰?guī)r。③交代作用：可見（鐵）白云石、黃鐵礦和粘土礦物交代巖屑和玻屑（圖3d，圖3i，圖4c，圖4d，圖8a）；鈉長石和白云石交代生屑（圖3c，圖5a）。④溶蝕作用：巖屑和玻屑被溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔和鑄?？祝▓D4d，圖6a—c）；白云石表面形成微溶孔（圖6g，圖7c）。⑤充填作用：表現(xiàn)為白云石、石膏、粘土礦物和黃鐵礦充填炭屑原生孔（圖6d，圖6e，圖7a）；白云石、石膏充填有機質(zhì)形成的裂縫（圖5i）；溶孔中發(fā)生石膏、方解石和（鐵）白云石充填（圖6b，圖8f）。其中，白云石、粘土礦物和黃鐵礦的交代作用，火山塵膠結作用和溶蝕作用是主要的成巖作用類型。石膏的充填和交代作用、方解石充填作用局部較為發(fā)育，其他作用類型相對較為少見。

圖8

圖8   四川盆地元壩地區(qū)吳一段—吳二段凝灰沉積主要成巖作用和成巖序列

a.生長在炭屑之上的黃鐵礦自形晶集合體，元壩7井，埋深6 935.22 m，吳一段，掃描電鏡； b.鈉長石交代火山碎屑，后被（鐵）白云石交代，元壩6井，埋深6 897.00 m，吳二段，單偏光； c.交代生屑的鈉長石被（鐵）白云石交代，元壩7井，埋深6 935.25 m，吳一段，單偏光； d.脫?；牟Ｐ急昏F白云石交代，見波狀消光白云石（白色虛線圓圈處），元壩6井，埋深6 912.00 m，吳二段，單偏光（加石膏試板）； e.脫?；牟Ｐ急昏F白云石交代，元壩7井，埋深6 935.56 m，吳一段，單偏光（加石膏試板）； f.（鐵）白云石交代充填溶孔-洞的鈉長石，后被充填溶洞的粗晶方解石交代，元壩6井，埋深6 911.00 m，吳二段，單偏光

A.鈉長石； Ca.方解石； C.炭屑； Fe.鐵白云石； P.黃鐵礦； V.玻屑

Fig.8   Micrographs showing the major diagenetic modifications and diagenetic sequences of the tuffaceous deposits in the 1st and 2nd members of Wujiaping Formation， Yuanba area，Sichuan Basin

通過薄片和掃描電鏡中各種成巖作用形成產(chǎn)物的先后關系，獲得研究層段主要成巖研究序列的證據(jù)如下：

1） 10 μm大小的黃鐵礦自形晶集合體普遍可見，并可直接生長在炭屑之上，或充填炭屑中的原生孔（圖8a）；

2） 交代生屑和火山碎屑或充填溶孔的鈉長石被（鐵）白云石交代（圖8b，c）；

3） 脫玻化和粘土化凝灰質(zhì)被（鐵）白云石交代

（圖8d，e）；

4） 凝灰中溶蝕的鑄?？妆唬ㄨF）白云石充填（圖6b）；

5） 有機質(zhì)中形成的裂縫被白云石和石膏充填（圖3i）；

6） 粗晶方解石交代鈉長石和（鐵）白云石，可見殘余斑塊狀鐵白云石（圖8f）。

因此，成巖序列為：首先是黃鐵礦形成、凝灰質(zhì)脫?；驼惩粱黄浯螢殁c長石充填孔隙和交代生屑；再次為（鐵）白云石交代凝灰質(zhì)、鈉長石和充填溶孔；最后出現(xiàn)石膏和方解石。由于溶孔中主要充填了鈉長石和（鐵）白云石以及少量自生粘土，說明溶蝕作用發(fā)生在凝灰質(zhì)脫玻化和早期粘土化作用之后，鈉長石和（鐵）白云石出現(xiàn)之前。

5 凝灰沉積儲層控因討論

凝灰沉積的孔隙特征表明，研究層位中的孔隙可以分為兩種尺度類型。①微米級：主要為凝灰成分形成的溶孔，大小約10～50 μm。其次為炭屑中的原生孔、凝灰?guī)r中的氣孔和極少量白云石中的溶孔。②納米級：主要為原生和次生粘土礦物間的晶間孔；其次為有機質(zhì)中的微孔、白云石表面的小溶孔。薄片鑒定結果表明（表5），凝灰成分溶蝕形成的鑄?？缀土?nèi)溶孔是最重要的孔隙類型，但這些孔較為孤立，連通性較差。掃描電鏡下，納米級粘土礦物的晶間孔發(fā)育，但這些微孔分布在伊利石或伊/蒙混層粘土礦物之間，連通性較差。但是，薄片和掃描電鏡特征均表明，巖石中裂縫，特別是順層縫發(fā)育，裂縫既可以成為儲集空間，同時也是油氣運移的有效通道，因此較高的裂縫面縫率對于提高巖層的儲集性具有重要的作用。而混積泥質(zhì)和粘土化產(chǎn)物的定向性，以及凝灰沉積中發(fā)育的紋層可能是造成順層縫發(fā)育的重要原因。

研究層段中，造成孔、縫減少的主要原因是充填作用，薄片和掃描電鏡的研究均表明，溶孔和裂縫中的主要充填物是（鐵）白云石和石膏，其次為黃鐵礦、粘土礦物和少量方解石。郭欣欣等［26-27］通過CO2流體和堿性地層水對火山碎屑巖改造作用的實驗研究證實，CO2流體對火山碎屑的溶蝕更有效。自生石膏的形成與含有H2S的酸性熱液先期溶蝕火山物質(zhì)析出鈣離子有密切關系［28］。同時，薄片鑒定發(fā)現(xiàn)具有波狀消光特征的白云石存在（圖8d），全巖XRD表明巖石中存在重晶石，而鈉長石化作為熱水沉積的標志性礦物在海底熱液成巖作用中普遍可見，是海底熱液與海水混合后的產(chǎn)物［29］。因此，本文認為，酸性熱液是造成凝灰物質(zhì)發(fā)生溶蝕的原因，并且由于水-巖反應的結果，熱液后期變?yōu)閴A性，從而造成（鐵）白云石、石膏和少量鈉長石、重晶石的充填和交代。前人的研究認為［30-33］，火山碎屑巖中的伊/蒙混層粘土是火山灰在堿性成巖條件下形成的產(chǎn)物。通過Deconinck 等對研究區(qū)以西廣元朝天剖面中、晚二疊世/早三疊世鉀質(zhì)斑脫巖的研究發(fā)現(xiàn)，其成巖溫度達到180 ℃［33］，而研究區(qū)伊/蒙混層中蒙脫石的含量為10 %，按照碎屑巖成巖階段劃分行業(yè)標準（SY/T 5477—2003）可知巖石的成巖溫度到達140～175 ℃。由此可見堿性熱液環(huán)境有利于伊利石或伊/蒙混層粘土的形成和保存，因此對粘土礦物中納米級晶間孔的具有一定貢獻。

6 結論

1） 四川盆地元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)的海相凝灰沉積主要包括3大類：凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和凝灰沉積巖。其中，凝灰?guī)r包括巖屑凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r及其過渡類型，同時，由于成巖后生作用強烈，可形成多種次生巖石類型。沉凝灰?guī)r和凝灰沉積巖主要為凝灰與粘土礦物、有機質(zhì)、方解石等混積形成的巖石類型。

2） 凝灰層段主要的成巖作用包括5種類型：重結晶作用、膠結作用、交代作用、溶蝕作用和充填作用。其中，白云石、粘土礦物和黃鐵礦的交代作用，火山塵膠結作用和溶蝕作用是主要的成巖作用類型。

3） 主要孔隙類型包括炭屑中的原生孔、凝灰?guī)r中的氣孔、泥質(zhì)沉積中粘土礦物晶間孔、凝灰成分溶蝕孔、凝灰成分粘土化形成的晶間孔、有機質(zhì)中的微孔、白云石溶孔，薄片中總面孔率為1.0 %～11.0 %。微米級凝灰成分溶蝕孔和納米級自生粘土礦物晶間孔構成主要的儲集空間。凝灰層段中裂縫較為常見，薄片裂縫面縫率為0.5 %～10.0 %，裂縫對于改善凝灰質(zhì)儲層的儲-滲性非常重要，而混積泥質(zhì)和自生粘土的定向性以及凝灰沉積中發(fā)育的紋層有利于順層縫的形成。

4） 熱液作用對儲層的形成具有重要控制作用：酸性熱液造成凝灰物質(zhì)發(fā)生溶蝕，對微米級溶蝕孔的形成具有重要作用。水-巖反應后形成的堿性熱液造成（鐵）白云石、石膏和少量鈉長石、重晶石的充填和交代，造成部分原生孔和溶孔減少。同時堿性熱液又有利于伊利石或伊/蒙混層粘土的形成和保存，從而對納米級晶間孔的形成具有貢獻。