随着工程技术进步，在非常规油气尤其是致密砂岩油气研究方面不断取得新的突破^[1-3]。四川盆地北部元坝地区上三叠统须家河组致密砂岩气勘探取得了长足进展，已发现巨大的地质储量，但大量的试采井中，除YL7和YL12井在须三段取得较好效果外，多数井初期中—低产、且不能稳产，该气藏长期未有效开发，其主要原因是致密砂岩非均质性强，有利区刻画难度大。为了解决这一问题，诸多学者从沉积、储层和裂缝等方面进行了相关研究。沉积和储层方面，淡永^[4]认为元坝地区须三段沉积时期，物源来自西北部的龙门山北段，母岩为碳酸盐岩，发育辫状河三角洲沉积。郑荣臣等^[5]、王浩等^[6]指出元坝地区须三段储层以中粗粒钙质岩屑砂岩为主，主要储集空间为晶间微孔与溶蚀孔，其中晶间微孔是钙质岩屑砂岩孔隙的主要贡献者；（水下）分流河道沉积微相是须三段钙质岩屑砂岩孔隙发育的基础，埋藏溶蚀、破裂作用等成岩作用有利于储层孔隙的形成和改善。裂缝方面，张冲等^[7]指出元坝地区须三段裂缝以低角度缝和水平缝为主，裂缝发育主要受断层、构造变形强度、岩层厚度和岩性的综合影响。唐自成等^[8]认为由于强烈重结晶作用大大增加了晶间微孔数量，加上裂缝的沟通，使高能分流河道成为元坝地区须三段的优质储层区。然而，现有研究多集中于储层、裂缝特征及其主控因素等方面，对元坝地区须三段气藏产能主控因素的分析、甜点类型及其形成机制的研究比较薄弱，而且甜点区分布不清楚，严重制约了气藏的开发评价。

采用岩心观察、薄片鉴定、储层和裂缝测井解释等多种手段，对四川盆地元坝地区须三段致密砂岩储层和裂缝特征进行分析，进而结合气井高产稳产主控因素的分析，研究须三段气藏的甜点类型及其成因；最后，井震结合刻画甜点分布。以期为该气藏的有效开发提供依据，同时拓展致密砂岩气有利区评价的思路。

元坝地区位于四川盆地北部的川北低缓构造带，印支运动以来，研究区经历了多期构造活动。晚印支期—早燕山期、晚燕山期—早喜山期受龙门山和米仓山构造活动影响，形成了北东向和南北向构造。晚喜山期大巴山构造活动对前期构造样式进行了改造，元坝东部及通南巴地区形成了北西向构造^[9-11]，而元坝地区受晚期构造活动影响较小。元坝地区主体为北东向九龙山背斜的西南倾末端，背斜的东南翼发育少量北东向断裂，这些断裂延伸短、错断地层少（图 1a）。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 四川盆地元坝地区上三叠统须三段顶面构造图（a）和岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Structural outline of the top surface(a)and stratigraphic column(b)of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

元坝地区须三段分为5个砂组，中上部的TX₃¹—TX₃³砂组为主力产层。须三段沉积时期，元坝地区物源来自西北部古龙门山，主要发育辫状河三角洲沉积，西北部为平原亚相的辫状河道和泛滥平原，以中、细砾岩和泥岩为主；东南过渡为前缘亚相，主要发育水下分流河道和分流间湾微相，是一套以钙质岩屑砂岩、泥岩和薄层煤为主的地层^[12-14]（图 1b）。

元坝地区须三段TX₃¹—TX₃³砂组砂岩类型多样，以中粒、细粒岩屑砂岩和中、细砾岩为主，其中岩屑以白云岩和灰岩岩屑为主，平均体积分数高达66%，故称为钙质岩屑砂岩；砾岩中以白云岩砾石和灰岩砾石为主。根据岩心物性数据，砂岩和砾岩孔隙度多为0.41%~7.16%，平均值为1.88%，渗透率为0.001~363.210 mD，平均值为2.55 mD，为致密储层。

研究区须三段发育中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩2类优质储层，前者次生孔隙较发育，包括白云岩岩屑内晶间孔、粒间溶孔和少量高岭石晶间微孔（图 2a），孔隙度较高，平均值达2.47%，微裂缝不发育，为孔隙型储层。细砾岩除了发育白云岩砾内晶间孔，还发育微裂缝，渗透性好，平均渗透率达3.26 mD，为孔隙-裂缝型储层（图 2b）。其他砾岩和砂岩孔隙欠发育，为非有效储层（图 2c，2d）。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 四川盆地元坝地区上三叠统须三段不同砂岩孔隙类型 （a）中粒钙质岩屑砂岩，YL15，4 275.64 m；（b）细砾岩，YL6，4 180.24 m；（c）中砾岩，YL18，4 567.16 m；（d）细粒钙质岩屑砂岩，YL22，4 206.50 m。 Fig. 2 Different pore types of sandstones of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

致密砂岩储层能否获得高产和稳产与裂缝的发育程度密切相关^[15]。元坝地区须三段裂缝较发育，岩心裂缝密度为3.98条/m。从成因角度看，构造缝和非构造缝均发育。构造缝以低角度剪切缝为主，占裂缝总数的48.90%；少量中、高角度剪切缝，占比为14.50%；张性缝较少，仅占4.56%。非构造缝包括成岩收缩缝和生烃增压缝，占比分别为23.48% 和8.56%。

低角度剪切缝倾角多小于30°，缝面平直光滑，常成组出现（图 3a，3b），多见于砾岩和泥岩，砾岩中表现为切穿砾石的穿砾缝，多数未充填。该类裂缝的形成与地层经历挤压、挠曲过程中发生一定程度的层间滑脱及断层相关褶皱有关。中、高角度剪切缝倾角为45°~80°，缝面见擦痕，多为北西走向，产状稳定（图 3c）。此类缝产生于挤压环境，与最大主应力方向呈一定锐夹角共轭产出，由于致密砂岩非均质性强，一般只发育一组受逆断层控制的高角度剪切缝，为断层成因缝。张性缝缝面弯曲、粗糙，倾角和开度均较大（图 3d），为北东走向，与九龙山背斜一致，延伸较远。其形成与地层张应力大于岩石抗张强度有关，多发育于地层挠曲较大部位，为褶皱成因缝。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 四川盆地元坝地区上三叠统须三段裂缝发育特征 （a）砾岩中低角度剪切缝，YL11，4 343.31 m；（b）泥岩中低角度剪切缝，YL25，4 163.01 m；（c）高角度剪切缝，YL7，3 515.80 m；（d）张性缝，YB6，4 224.08 m；（e）成岩收缩缝，YL15，4 276.24 m。 Fig. 3 Fracture types of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

成岩收缩缝发育于含炭屑砂岩和砾岩。含炭屑砂岩埋藏过程中，炭屑生排烃收缩，形成不规则裂缝，多为方解石半充填（图 3e）。砾岩中砾缘缝较发育，缝宽小，平均仅0.04 mm，铸体薄片中可见（图 2b，2c），少数岩心上也可观察到^[7]。砾岩中砾缘缝与穿砾缝配合，形成网状缝，极大地提高砾岩渗透性，砾岩区钻井的气测异常明显，测试初期普遍高产。

1999年美国地质调查局提出了甜点定义，即可以持续提供30 a产量的致密砂岩气区块^[16]。随着致密砂岩气勘探开发的推进，国内外学者不断丰富甜点的定义^[17-19]。虽然这些定义存在差异，但均涵盖2个方面的内容：①整体致密背景下的高孔、高渗发育区；②富集高产区，具有经济开发价值。

致密砂岩气甜点类型的划分方案较多：例如杨升宇等^[17]依据储层物性和裂缝发育程度将吐哈盆地柯柯亚地区致密砂岩甜点划分为孔隙型和裂缝型；赵仲祥等^[18]依据孔隙结构和束缚水饱和度将西湖凹陷花港组致密气藏甜点分为Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ类；蔡勋育等^[19]依据控制甜点储层发育与分布的主要成储地质因素的不同将中国中西部大型盆地致密砂岩油气甜点划分为相控型、缝控型和壳控型。

对于单个致密砂岩油气藏甜点的分类，需从地质和开发2个方面考量，即同一类型甜点不仅具有相似的控制产量的地质因素，而且可采用相似的完钻井、压裂改造工艺。在对元坝地区须三段气藏地质特征研究的基础上，开展气井试采特征和产能主控因素分析，以明确该气藏甜点类型。

须三段气藏高产井的中粗粒钙质岩屑砂岩厚度大，或者为一定厚度的中粗粒钙质岩屑砂岩和砾岩互层，且均发育中、高角度裂缝。在测试井产能评价的基础上，开展产量与各种地质参数的相关性分析，产量与优质储层和裂缝发育段累计厚度具有较好的正相关性，随着优质储层和裂缝发育段累计厚度增大，产量逐渐增加；当累计厚度大于5 m后，产量迅速增大（图 4a）。研究区内7口试采井累产气量与中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩2类优质储层累计厚度呈正相关关系，优质储层厚度越大，累产气量越大（图 4b）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 四川盆地元坝地区上三叠统须三段气藏产气量与受控因素的关系 Fig. 4 Relationship of gas production with controlling factors of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

优质储层是气井稳产的基础，裂缝是高产的关键。须三段气藏发育中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩两大类甜点，结合储层中裂缝是否发育及其成因，进一步细分为六小类甜点，分别为中粗粒钙质岩屑砂岩+断缝型、中粗粒钙质岩屑砂岩+褶缝型、中粗粒钙质岩屑砂岩孔隙型、细砾岩+穿砾缝+断缝型、细砾岩+穿砾缝+褶缝型和细砾岩+穿砾缝型（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 四川盆地元坝地区上三叠统须三段致密砂岩气藏甜点类型 Fig. 5 Sweet spot types of tight sandstone gas reservoirs of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

中粗粒钙质岩屑砂岩是研究区须三段孔隙最发育的砂岩类型，储气能力强，稳产效果好，构成第一大类甜点；根据其中裂缝发育程度及类型的不同，可以进一步划分为三小类甜点。

当中粗粒钙质岩屑砂岩中发育断层成因的中、高角度剪切缝时，储层渗透性得到极大改善，形成中粗粒钙质岩屑砂岩与断缝叠加型甜点（图 5a）。此类甜点射孔即建产，不需要压裂等储改工艺，且初期高产，并能够长期稳产。试采效果较好的YL7井区甜点即此类型，该井测试段发育厚度为8.45 m的中粗粒钙质岩屑砂岩，且发育断缝，无阻流量达59×10⁴ m³/d，累产气近8 000×10⁴ m³。此类甜点平面上位于断层附近，纵向上位于水下分流河道中下部，分布较局限（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 四川盆地元坝地区上三叠统须三段致密砂岩气藏甜点发育模式 Fig. 6 Sweet spot development models of tight sandstone gas reservoirs of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

当中粗粒钙质岩屑砂岩中发育因地层挠曲而形成的张性缝时，储层渗透性得到较大改善，形成中粗粒钙质岩屑砂岩与褶缝叠加型甜点（图 5b）。此类甜点通过小规模压裂即可建产，初期中—高产，能够长期稳产。此类甜点位于水下分流河道和地层挠曲较大的部位叠加的区域，分布局限（图 6）。

当中粗粒钙质岩屑砂岩中不发育构造缝时，储层渗透率极低，不能自然建产，但通过大规模加砂压裂，可以获产，也可将其作为一类甜点（图 5c）。YL15井区甜点即为此类型，该井射孔后不产气，经大规模压裂后产量达3×10⁴ m³/d。此类甜点分布主要受水下分流河道控制，分布广泛（图 6）。

细砾岩中砾缘缝和穿砾缝构成网状缝，极大提高了自身的渗透能力，且发育白云岩砾内晶间孔，具有一定的储气能力，是元坝地区须三段气藏的另一大类甜点。由于细砾岩较薄，当其与一定厚度中粗粒钙质岩屑砂岩互层时，可稳产，具有较大开发潜力。研究区内的细砾岩类甜点，包含了一定厚度的中粗粒钙质岩屑砂岩。根据细砾岩中构造缝特征，可进一步划分为三小类，分别为细砾岩+穿砾缝+断缝型、细砾岩+穿砾缝+褶缝型和细砾岩+穿砾缝型。

当细砾岩与中粗粒钙质岩屑砂岩互层的地层中发育断缝时，砾缘缝、穿砾缝和断缝形成了复杂的缝网体系，使得地层的水平渗透率、垂直渗透率均极高，形成了须三段气藏最好的甜点类型（图 5d），此类甜点射孔即建产，初期产量高，稳产能力较好。试采效果最好的YL12井区甜点即为此类型，据成像解释，测试段裂缝较发育，无阻流量达95×10⁴ m³/d，累产气超过9 000×10⁴ m³。此类甜点主要分布于三角洲平原和前缘亚相界线附近辫状河道中下部，位于断层附近，分布局限（图 6）。

当细砾岩与中粗粒钙质岩屑砂岩互层的地层中发育褶缝时，形成了细砾岩，穿砾缝和褶缝叠合型甜点（图 5e）。此类甜点射孔酸压即能够建产，也可采用小规模压裂，扩大裂缝波及范围，初期中—高产，能够长期稳产。产量中等的YB6和YL18井区甜点即为此类型。此类甜点位于地层挠曲较大部位（图 6）。

当细砾岩与中粗粒钙质岩屑砂岩互层的地层中不发育断缝和褶缝时，由于细砾岩中发育砾缘缝和穿砾缝，储层渗透性较好，形成了细砾岩和穿砾缝叠加型甜点（图 5f）。此类甜点射孔后开展一定规模的酸化和压裂，可获得中等规模产能，具有一定的稳产能力，YL703 H井区甜点即为此类型。

元坝地区须三段沉积时期物源来自西北，往东南方向水体能量逐渐减弱，粒度逐渐变小；单期河道从底部至顶部，水体能量减弱，粒度变小。研究区西北角辫状河道以中砾岩为主，顶部发育薄层细砾岩；靠近三角洲平原和前缘界线处的辫状河道，下部和中部细砾岩和中粗粒钙质岩屑砂岩较发育，顶部为细粒钙质岩屑砂岩。靠近亚相界线处的水下分流河道，中下部发育厚层中粗粒钙质岩屑砂岩，上部为细粒钙质岩屑砂岩；再向东南，水体能量进一步减弱，砂岩厚度薄，粒度小。

元坝地区须三段各种碎屑岩中，砾岩分选极差，成岩早期遭受压实作用最强，孔隙度迅速降低，尤其是中砾岩。中粗粒钙质岩屑砂岩原生孔较细粒钙质岩屑砂岩发育，白云石重结晶排出的杂质易于被带走，白云岩岩屑内晶间孔较发育，故白云岩岩屑含量越高，孔隙越发育（图 7a）。砾岩中白云岩砾石和填隙物之间不同步的重结晶作用，导致两者体积变化不同，白云岩砾石边缘形成砾缘缝，渗透性得到改善。随着白云岩砾石含量增加，砾缘缝越发育，砾岩的渗透率迅速升高（图 7b）。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 四川盆地元坝地区上三叠统须三段孔隙度（a）和渗透率（b）与白云岩岩屑或白云岩砾石含量的关系 Fig. 7 Relationships of dolomitic debris or dolomitic gravel content with porosity(a)and permeability(b)of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

晚燕山期，北东走向的九龙山背斜形成，其东南翼地层挠曲较大部位发育北东向断层。晚喜山期，元坝地区受大巴山造山带向西南推覆的影响较小，北西向构造不发育；但地层遭受一定程度挤压，脆性较大的白云岩砾石发生破裂，形成穿砾缝；同时，早期形成的断层重新活动，伴生裂缝进一步发展。根据须三段岩心裂缝统计，随着至断层距离的减小，裂缝密度逐渐增大。虽然YB6等井距断层较远，但须三段倾角在30°以上（包含30°）的裂缝也较发育，这些裂缝多为张性缝，走向与九龙山背斜走向一致，为北东向。进一步分析可知，这些裂缝多发育于地层挠曲较大的部位，其密度与地层曲率正相关，即随着地层受挤压应力增强，曲率增大，裂缝密度增大。

（1）优质储层

结合岩心薄片资料，开展了四川盆地元坝地区须三段不同岩性测井响应特征分析，中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩均表现为低GR、低CNL、中—高R_d、中等AC值的特征，前者R_d较低（图 8），2类优质储层解释标准如表 1所列，据此可进行单井优质储层发育段的识别。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 四川盆地元坝地区上三叠统须三段不同类型砂岩敏感测井曲线交会图 Fig. 8 Cross plots of sensitive logging curves of different types of sandstones of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

表 1(Table 1)

表 1 四川盆地元坝地区上三叠统须三段优质储层测井解释标准 Table 1 Logging interpretation standard of high-quality reservoirs of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin 砂岩类型 测井解释标准 GR/API AC/（μs·m-1） CNL/% Rd（/Ω·m） 中粗粒钙质岩屑砂岩 ≤ 48 ≥ 47 ≤ 8 630~2 900 细砾岩 ≤ 42 ≥ 45 ≤ 5 2 900~6 100

下载CSV 表 1 四川盆地元坝地区上三叠统须三段优质储层测井解释标准 Table 1 Logging interpretation standard of high-quality reservoirs of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

（2）裂缝发育段

裂缝发育段具有一定的渗流能力，钻井过程中由于低阻泥浆的侵入，裂缝段的电阻率明显低于围岩，FMI成像上裂缝段在静态图像上呈现低阻暗色条纹特征^[20]。常规测井上，断、褶缝发育段可观察到双侧向测井呈锯齿状减小，且深、浅电阻率之间出现“正差异”；网状缝发育段还可观察到AC呈尖峰状增大；断缝段的上述特征较褶缝段明显。气测录井上全烃值呈一定幅度的增大，裂缝越发育，全烃值增幅越明显。

（1）优质储层预测

元坝地区须三段为砂岩、砾岩与泥岩互层状地层，砂岩和砾岩表现为高阻抗，而炭质泥岩和煤层为低阻抗，两者差异大，根据波峰总能量和均方根振幅属性能够较好地预测砂岩和砾岩发育区（图 9）。在地震反演剖面上，优质储层的横波阻抗和μρ（μ为剪切模量，ρ为密度）均表现为中—高值，据此可较好地预测2类优质储层分布。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 四川盆地元坝地区上三叠统须三段TX33砂组均方根振幅（a）和波峰总能量（b） Fig. 9 Root mean square amplitude(a)and total peak energy(b)of TX33 sand group of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

（2）裂缝发育区预测

高精度曲率体能够较好地预测地层挠曲较大部位的褶缝区，熵属性运用相关性原理突出相邻道之间地震信号的不连续性，达到检测裂缝的目的。最大似然属性反映了地层中较大的不相似现象，较好地描述断层尺度的异常信息。此外，基于照明体的对称性（Symmetry+I3 D）属性，能够尽可能屏蔽地层倾角影响，加强地下介质突变的刻画，更清晰揭示邻近地震道波形的细微变化，突出裂缝的几何特征。通过上述4类裂缝敏感属性的融合，准确预测裂缝的分布（图 10），与裂缝测井解释结果和气井试采结果较吻合。结合断层分布，可预测元坝地区上三叠统须三段断缝和褶缝发育有利区。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 四川盆地元坝地区上三叠统须三段TX32砂组裂缝预测 Fig. 10 Fracture prediction of TX32 sand group of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

综合对优质储层和裂缝发育段的测井解释结果，相关的地震预测结果，在元坝地区须三段甜点模式图指导下，刻画了重点砂组不同类型甜点分布。TX₃³砂组甜点分布特征如下：①中粗粒钙质岩屑砂岩与断缝叠加型甜点共8个，合计面积为10.19 km²，其中面积大于1 km²的有3个，试采效果好的YL7井位于此类甜点区。②中粗粒钙质岩屑砂岩与褶缝叠加型甜点共6个，单个面积小。③中粗粒钙质岩屑砂岩孔隙型甜点较发育，呈北西向条带状展布，共6个，合计面积为76.53 km²，YB2和YL6井区的甜点规模大。④细砾岩与断缝叠加型甜点零星分布，合计面积为9.27 km²。⑤细砾岩与褶缝叠加型甜点7个，合计面积为4.38 km²，单个面积小，试采效果好的YL12井位于此类甜点区。⑥细砾岩与穿砾缝叠加型甜点分布广泛，呈北西向条带状展布，合计面积为170.17 km²（图 11）。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 四川盆地元坝地区上三叠统须三段TX33砂组甜点区分布 Fig. 11 Sweet spot distribution of TX33 sand group of the third member of Upper Triassic Xujiahe Formation in Yuanba area, Sichuan Basin

（1）四川盆地元坝地区上三叠统须三段发育中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩2类优质储层，前者白云岩岩屑内晶间孔等次生孔隙较发育，为孔隙型储层，后者发育砾缘缝和白云岩砾内晶间孔，为孔隙-裂缝型储层。须三段主要发育低角度剪切缝和成岩收缩缝，少量断层成因的中、高角度剪切缝和褶皱成因的张性缝。

（2）元坝地区须三段气藏产量与优质储层和裂缝段累计厚度具有较好的正相关性，随着优质储层和裂缝段累计厚度增大，产量逐渐增加；当累计厚度大于5 m时，产量迅速增大。累产气量主要受优质储层累计厚度控制，优质储层越厚，累产气量越大。

（3）元坝地区须三段气藏发育中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩两大类甜点。考虑其中是否发育裂缝及其成因类型，进一步细分为六小类甜点，各类甜点的优质储层和裂缝特征不同，测试方式存在差异，其产量和试采特征也存在一定差异。

（4）元坝地区须三段气藏甜点的形成主要受沉积、成岩和构造作用控制，其中沉积水动力能量控制了2类优质储层的分布，中粗粒钙质岩屑砂岩和细砾岩多分布于三角洲平原和前缘亚相界线附近的分流河道。中粗粒钙质岩屑砂岩中白云石重结晶作用较强，孔隙度较高，而砾岩中白云岩砾石和方解石胶结物的差异重结晶是砾缘缝形成的原因。构造活动产生的断层和地层挠曲控制了裂缝的分布。中粗粒钙质岩屑砂岩孔隙型和细砾岩与穿砾缝叠加型甜点分布较广泛，其他4类甜点零星分布。