四川盆地北部孤立臺地邊緣飛仙關(guān)組鮞灘儲層特征及成因

周進(jìn)高 ，郭慶新 沈安江 ，張建勇 ，郝 毅 ，潘立銀 ，辛勇光

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

四川盆地北部孤立臺地邊緣飛仙關(guān)組鮞灘儲層特征及成因

周進(jìn)高1，2，郭慶新1沈安江1，2，張建勇1，2，郝 毅1，潘立銀1，2，辛勇光1

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

對四川盆地北部孤立臺地邊緣下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鮞灘儲層的認(rèn)識尚存諸多分歧，尤其是在儲層白云石化、孔隙類型和成因方面。認(rèn)為構(gòu)成儲層的主要巖性是殘余鮞粒泥晶白云巖、殘余鮞粒粉晶白云巖和細(xì)晶白云巖，儲集空間以粒間孔和鮞?？诪橹?。沉積微相、鮞粒礦物成分和早期淡水溶蝕作用是儲層形成的主控因素，其中相控是基礎(chǔ)，是粒間孔發(fā)育的關(guān)鍵，鮞粒礦物成分和早期大氣淡水溶蝕是鮞?？仔纬傻臎Q定因素?；亓鳚B透白云石化作用是白云巖形成的關(guān)鍵，其主要貢獻(xiàn)在于增加了巖石強(qiáng)度，抑制壓溶和膠結(jié)作用，使早期孔隙得以保存。埋藏溶蝕作用有兩期，分別與有機(jī)酸和TSR產(chǎn)物有關(guān)，但埋藏溶蝕只是對原有儲集空間的有益改造。

四川盆地北部；飛仙關(guān)組；白云巖儲層；儲層特征；儲層成因；白云石化作用

1 前 言

研究區(qū)位于四川盆地北部孤立碳酸鹽巖臺地，面積約 2×104km2（圖 1）。近十五年來，在該區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了渡口河、鐵山坡、羅家寨［1］、普光［2］等大氣田，顯示了下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組具有巨大的油氣勘探潛力，油氣的發(fā)現(xiàn)同時(shí)也大大促進(jìn)了對飛仙關(guān)組的深入研究。迄今發(fā)表的眾多文獻(xiàn)涵蓋了飛仙關(guān)組沉積、儲層和成藏諸方面的研究成果，但各家觀點(diǎn)不一，分歧嚴(yán)重，尤其是關(guān)于白云石化作用、孔隙類型及其成因方面。關(guān)于白云石化作用，既有認(rèn)為屬混合水白云石化成因的［3～5］，也有認(rèn)為是埋藏白云石化成因的［6～8］，還有認(rèn)為是回流滲透白云石化及其他白云石化共同作用的結(jié)果［9～12］；對于孔隙類型，則多認(rèn)為主要是次生溶孔，由埋藏溶蝕作用形成［13～18］。本文認(rèn)為鮞粒白云巖的形成與準(zhǔn)同生至淺埋藏期回流滲透白云石化作用有關(guān)，主要孔隙類型為殘余粒間孔和鮞模孔，粒間孔形成于沉積期，而鮞?？讋t形成于準(zhǔn)同生期淡水溶蝕作用。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組自下而上可分為四個(gè)巖性段：露頭和鉆井揭示，下部一段為泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾鮞粒白云巖 （川東北百里峽地區(qū)的露頭以鮞粒白云巖為主）；二段以鮞粒白云巖為主夾泥晶灰?guī)r和膏鹽巖（露頭為膏溶角礫巖）；三段為泥晶灰?guī)r夾薄層鮞?；?guī)r；上部四段主要為泥質(zhì)白云巖、膏鹽巖和泥巖。飛仙關(guān)組在縱向上可劃分兩個(gè)三級層序，一段和二段構(gòu)成層序Ⅰ，三段和四段構(gòu)成層序Ⅱ，儲層主要發(fā)育在一段和二段臺地邊緣鮞灘微相，總體上處于層序Ⅰ的高位體系域。

圖1 四川盆地北部孤立臺地沉積背景及研究區(qū)位置圖

早三疊世飛仙關(guān)期，研究區(qū)呈現(xiàn)孤立碳酸鹽巖臺地背景［19］，其東側(cè)為城口—鄂西海槽，西側(cè)為開江—梁平海槽，環(huán)繞孤立臺地發(fā)育了臺地邊緣，其內(nèi)為咸化潟湖（圖1）。飛仙關(guān)期一時(shí)，由于大規(guī)模海侵，研究區(qū)水體較深，以泥質(zhì)灰?guī)r沉積為主，中晚期才出現(xiàn)鮞灘，該時(shí)期臺緣相帶分布在盤龍洞—羅家寨—普光—鐵山坡一帶；二時(shí)發(fā)生海退，鮞灘大規(guī)模發(fā)育，其縱向上加積生長和向海槽方向的進(jìn)積明顯，臺地邊緣灘壩發(fā)育較寬并起著良好的障壁作用，加上干旱氣候條件，使孤立臺地內(nèi)部演化為膏鹽湖環(huán)境；三時(shí)，隨著開江—梁平海槽被填平補(bǔ)齊，整個(gè)四川盆地連成統(tǒng)一的臺地，受又一次海侵的影響，研究區(qū)表現(xiàn)為寬緩的臺內(nèi)沉積，以灰?guī)r為主；四時(shí)，受海退的影響，四川盆地逐漸潮坪化，研究區(qū)表現(xiàn)為蒸發(fā)潮坪沉積。上述沉積背景、氣候條件和相帶演化是儲層發(fā)育的重要基礎(chǔ)，也控制了儲層孔隙的形成背景和演化趨勢。

3 儲層特征

3.1 巖石學(xué)特征

構(gòu)成臺地邊緣鮞灘儲層的主要巖性為殘余鮞粒泥微晶白云巖、殘余鮞粒粉—細(xì)晶白云巖和晶粒白云巖。殘余鮞粒泥微晶白云巖中，鮞粒由泥晶—粉晶白云石組成，鮞粒圈層結(jié)構(gòu)、環(huán)邊膠結(jié)物及鮞?？椎仍冀Y(jié)構(gòu)保存較好，主要發(fā)育鮞模孔（圖2a）。殘余鮞粒粉—細(xì)晶白云巖中，鮞粒由自形程度較好的粉晶—細(xì)晶白云石組成，鮞粒原始結(jié)構(gòu)基本被破壞，但顆粒形態(tài)和粒間孔保存完好，以發(fā)育粒間孔為主（圖2b）。晶粒白云巖主要為細(xì)晶結(jié)構(gòu)，晶體大小為0.15～0.40 mm，以自形—半自形為主，大多數(shù)白云石晶面平直，部分彎曲，晶體污濁，有時(shí)見霧心亮邊結(jié)構(gòu)，發(fā)育殘余溶孔（圖2c）。

3.2 孔隙特征

鮞灘儲層的主要儲集空間有鮞粒粒間孔、鮞?？缀蜕倭康娜芏醇傲芽p。露頭和巖心尺度的宏觀孔隙主要有溶孔、溶洞，局部呈蜂窩狀，孔徑1～2mm，面孔率3%～8%（圖2d）。薄片尺度的微觀孔隙因巖性不同而有所變化，殘余鮞粒泥微晶白云巖的主要儲集空間為鮞內(nèi)溶孔（圖2a，2e）、少量殘余粒間孔和溶孔。鮞內(nèi)溶孔形態(tài)多樣，有鮞模孔、半圓孔和環(huán)狀孔等，大小0.5～1.5 mm不等，其中有時(shí)可見示頂?shù)讟?gòu)造，該類孔隙相對孤立，偶見微裂縫連通。殘余鮞粒粉—細(xì)晶白云巖的主要儲集空間為粒間孔 （圖2b，2f），局部見擴(kuò)溶現(xiàn)象，孔徑 0.1～0.5 mm，連通性好。晶粒白云巖主要儲集空間為殘余溶孔，孔徑一般為0.1～0.2mm。鮞灘儲層的孔隙中常見瀝青充填，有時(shí)見少量自形程度高而明亮的白云石、方解石和石英等自生礦物。以上鮞灘白云巖儲層的儲集空間特征可歸納如表1。

3.3 物性特征

以羅家2井為例。245個(gè)樣品分析數(shù)據(jù)表明，孔隙度介于0.65%～26.8%,平均9.02%,滲透率在0.01×10－3μm2至 858×10－3μm2之間， 平均 34.6×10－3μm2。儲層壓汞曲線表現(xiàn)為低平臺、高平臺、單斜或兩段式特征，這說明樣品中既有以大孔為主的優(yōu)質(zhì)儲層，也有以微孔為主的差儲層，還有雙重孔隙介質(zhì)的儲層。

圖2 四川盆地北部孤立臺地邊緣鮞灘白云巖儲層特征

3.4 儲層地球物理特征

傳統(tǒng)測井曲線上，鮞灘儲層表現(xiàn)為低伽馬、低電阻率、低密度和高聲波、高中子響應(yīng)特點(diǎn)，非儲層的泥晶灰?guī)r表現(xiàn)為相對的高伽馬、高電阻率、高密度和低聲波、低中子響應(yīng)特點(diǎn)。地震剖面上表現(xiàn)強(qiáng)—中強(qiáng)振幅的“亮點(diǎn)”響應(yīng)特征。

表1 四川盆地北部孤立臺地邊緣飛仙關(guān)組鮞粒灘儲層儲集空間類型及特征

4 儲層成因

飛仙關(guān)組臺緣鮞灘白云巖儲層的形成受沉積和成巖作用雙重控制，其成因可歸結(jié)為以下四個(gè)方面。

4.1 臺緣帶鮞粒灘微相是儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

鮞灘儲層的相控因素十分明顯，表現(xiàn)在四個(gè)方面：第一，臺緣鮞灘相帶是鮞灘儲層賴以發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；第二，鮞灘沉積時(shí)形成的大量鮞粒粒間孔是儲層的主要儲集空間；第三，當(dāng)前勘探證實(shí)優(yōu)質(zhì)鮞灘儲層分布在臺緣相帶，離開臺緣帶，白云巖儲層不發(fā)育；第四，微相對孔隙類型及其分布具有控制意義。以羅家2井取心段為例，在一個(gè)向上變淺的鮞灘沉積旋回中，由下至上發(fā)育含礫鮞粒白云巖微相、具交錯(cuò)層理鮞粒白云巖微相、鮞粒白云巖微相和紋層狀泥晶白云巖微相，鮞模孔主要分布在鮞灘上部，緊鄰潮坪沉積，而粒間孔分布于鮞灘的中下部。

4.2 鮞粒礦物成分和準(zhǔn)同生期大氣淡水淋溶作用是鮞內(nèi)溶孔形成的關(guān)鍵因素

早三疊世是“文石?！毕颉胺浇馐！鞭D(zhuǎn)變的過渡時(shí)期［20］，也就是說，該時(shí)期碳酸鹽工廠既可以生產(chǎn)文石質(zhì)礦物也可以生產(chǎn)方解石質(zhì)礦物。反映在飛仙關(guān)組上，則表現(xiàn)為既產(chǎn)生文石質(zhì)鮞粒也形成方解石質(zhì)鮞粒，特別是在同一個(gè)鮞粒中，有的同心紋層由文石組成，而有的則由方解石組成。由于文石和方解石礦物的穩(wěn)定性不一樣，當(dāng)鮞灘暴露大氣環(huán)境時(shí)，在淡水作用下，不穩(wěn)定的文石很容易被溶蝕而產(chǎn)生溶孔，同時(shí)在鄰近孔隙中以方解石形式繞顆粒表面沉淀下來而形成環(huán)邊膠結(jié)物，這種鑄?？缀铜h(huán)邊膠結(jié)物共生的現(xiàn)象是文石質(zhì)顆粒選擇性溶蝕的有力證據(jù)［21］，其結(jié)果是發(fā)育了大量的鮞內(nèi)溶孔，包括鮞?？祝ｉg孔則因環(huán)邊膠結(jié)物的充填顯著減少甚至被完全充填。而方解石在地表環(huán)境相對穩(wěn)定，因此方解石質(zhì)鮞粒不易溶蝕，同時(shí)也因缺乏鈣質(zhì)來源而鮮有粒間膠結(jié)物沉淀，造成方解石質(zhì)鮞粒灘中主要發(fā)育粒間孔而缺乏鮞?？住?/p>

4.3 回流滲透白云石化作用對先期孔隙的保存起著重要的建設(shè)性作用

飛仙關(guān)組白云石化作用是個(gè)爭論已久的熱門話題。筆者認(rèn)為，鮞灘白云巖儲層經(jīng)歷了兩期白云石化作用。第一期為回流滲透白云石化作用，這是形成白云巖的主要因素；第二期為埋藏白云石化作用，以形成白云石亮邊和自形白云石充填孔隙為主。

關(guān)于鮞灘白云巖儲層的回流滲透白云石化作用，有三方面的論據(jù)值得提及：

（1）存在回流滲透白云石化的地質(zhì)背景。早三疊世，研究區(qū)為孤立碳酸鹽巖臺地，在臺地邊緣鮞灘的障壁作用和干旱氣候條件下，鮞粒灘后潟湖演變?yōu)楦帑}湖，當(dāng)石膏沉積后，由于消耗了大量Ca2+，引起潟湖內(nèi)水體的Mg2+/Ca2+值大幅升高，大量的高M(jìn)g2+鹵水沿著富孔隙的臺緣鮞灘下滲，導(dǎo)致了大規(guī)模的白云石化作用［22］。從潟湖向臺緣障壁鮞灘，白云石化由強(qiáng)變?nèi)?，白云巖厚度由厚變薄而灰?guī)r逐漸增厚（圖3），顯示白云石化流體由潟湖向臺緣鮞灘運(yùn)移的特征。

圖3 川北孤立臺地邊緣飛仙關(guān)組鮞灘白云巖連井分布圖

（2）巖石學(xué)證據(jù)顯示，白云石化發(fā)生在準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕及環(huán)邊膠結(jié)物沉淀之后、石油充注之前的淺埋藏期。對巖心和薄片的觀察發(fā)現(xiàn)，白云巖儲層中縫合線少見，而縫合線在灰質(zhì)沉積物埋深數(shù)十米時(shí)就開始出現(xiàn)。其次，鮞粒和環(huán)邊膠結(jié)物一起發(fā)生白云石化，且部分白云石在石油充注前有輕微溶蝕痕跡，這些巖石學(xué)現(xiàn)象有力地支持鮞灘在極淺埋藏時(shí)就已發(fā)生白云石化作用的認(rèn)識。

（3）地球化學(xué)分析顯示，由潟湖向臺地邊緣，穩(wěn)定氧同位素表現(xiàn)出逐漸偏輕的特點(diǎn)（圖4）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，回流滲透白云石化以交代方式進(jìn)行，很好地保存了原巖結(jié)構(gòu)，如仍可見鮞粒圈層結(jié)構(gòu)、環(huán)邊膠結(jié)物形態(tài)、完好的鮞?？缀土ｉg孔等特征 （圖2），然而，未見白云石化產(chǎn)生孔隙的證據(jù)，這說明回流滲透白云石化作用是以等體積交代的方式進(jìn)行的。

圖4 川北孤立臺地邊緣飛仙關(guān)組鮞灘白云巖碳、氧同位素分布圖

回流滲透白云石化作用對儲層的主要貢獻(xiàn)在于增加了巖石強(qiáng)度，抑制壓溶和膠結(jié)作用，有利于孔隙保存。

至于埋藏白云石化作用，主要表現(xiàn)為白云石加大形成亮邊結(jié)構(gòu)和明亮自形白云石晶體充填孔縫，這種白云石化作用會(huì)造成一定的減孔。

4.4 埋藏溶蝕作用對原有儲集空間具有一定的改善作用

除了準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用外，埋藏溶蝕現(xiàn)象也常見，可分辨出兩期。

第一期，發(fā)生在回流滲透白云石化之后、油氣充注之前。該期溶蝕作用有兩種表現(xiàn)形式：在鮞粒灰?guī)r中表現(xiàn)為溶蝕粒間孔中的第二世代粒狀方解石，之后被瀝青充填；在鮞粒白云巖中則表現(xiàn)為靠粒間孔壁的白云石有弱溶蝕，爾后被充填瀝青［18］。該期溶蝕可能與有機(jī)酸有關(guān)。

第二期，發(fā)生在深埋環(huán)境下，主要是對已有孔隙的擴(kuò)溶，形成一些超大溶孔和溶洞，以及少量富含瀝青和天然氣包裹體的塊狀方解石充填物。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)塊狀方解石常具雙晶結(jié)構(gòu)，對其中包裹體測溫顯示，均一溫度介于120～170℃，為深埋環(huán)境成因。超大溶孔和塊狀方解石共生現(xiàn)象通常被認(rèn)為與TSR溶蝕和沉淀有關(guān)［3，23］。

大量薄片觀察顯示，埋藏溶蝕對總孔隙的貢獻(xiàn)小于10%，不能單獨(dú)形成儲層，但對原有儲層可有一定改善。

5 結(jié) 論

由孤立臺地邊緣鮞灘的障壁作用和干旱炎熱氣候引起的灘后咸化潟湖環(huán)境是飛仙關(guān)組鮞粒儲層發(fā)育的重要地質(zhì)背景，它控制了儲層孔隙的形成和演化趨勢。

構(gòu)成臺地邊緣鮞灘儲層的主要巖性為殘余鮞粒泥微晶白云巖、殘余鮞粒粉—細(xì)晶白云巖和晶粒白云巖，主要儲集空間為殘余粒間孔、鮞內(nèi)溶孔及其擴(kuò)溶孔。

臺緣帶鮞粒灘相是儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，奠定了粒間孔在儲集空間中的重要地位。鮞粒礦物成分和準(zhǔn)同生期大氣淡水淋溶作用是形成鮞內(nèi)溶孔的關(guān)鍵因素?；亓鳚B透白云石化作用對早期孔隙的保存起著重要建設(shè)性作用。埋藏溶蝕作用主要對早期孔隙進(jìn)行擴(kuò)溶，對儲集空間具有一定改善。

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Characteristics and Genesis of Lower Triassic Feixianguan Oolitic Beach Reservoir in Isolated Platform,Northern Sichuan Basin

Zhou Jingao,Guo Qingxin,Shen Anjiang,
Zhang Jianyong,Hao Yi,Pan Liyin,Xin Yongguang

Numerous research documents have shown divergent viewpoints on the Lower Triassic Feixianguan oolitic beach reservoir,especially on dolomitization,pore types and pore genesis,in the isolated platform in northern Sichuan Basin.Based on data from outcrops,drilling cores,and reservoir characteristics,it is indicated that the reservoir mainly consists of remnant oolitic micritic crystalline dolostone and fine crystalline dolostone.Intergranular pores and oomoldic pores are common types of reservoir space.The controlling factors of reservoir genesis are sedimentary microfacies,mineral component of ooids and early meteoric leaching.The microfacies is the basic for development of intergranular pores;the mineral composition of ooids and the meteoric leaching are the crucial for forming oolimoldic spaces.Seepage reflux dolomitization plays an important role in preserving early pores.It contributes increasing rock strength and repressing pressolution and cementation but buried dolomitization plays a part reaction on filling pore space,which is limited.Two stages of buried dissolution can be recognized.The first stage happened after seepage reflux dolomitization,which is correlated with dissolution by organic acid,and the second happened in deep buried environment,which maybe is correlated with TSR.Buried dissolution just only improves reconstruction of original reservoir space.

Lower Triassic;Feixianguan Formation；Dolostone reservoir;Reservoir characteristics；Reservoir genesis;Dolomitization;Sichuan Basin

TE112.23

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.02.008

1672-9854(2012)-02-0057-06

2011-12-06；改回日期2012-04-05

本文受國家科技攻關(guān)項(xiàng)目《四川、塔里木等盆地及鄰區(qū)海相碳酸鹽巖大油氣田形成條件、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價(jià)》（編號：2008ZX0504-003）資助

周進(jìn)高：1967年生，高級工程師。1986年畢業(yè)于廣東石油學(xué)校，2004年獲西南石油學(xué)院理學(xué)碩士學(xué)位。主要從事碳酸鹽巖沉積儲層和油氣地質(zhì)評價(jià)研究。通訊地址：310023浙江杭州西溪路920號；電話：（0571）85224939

趙國憲

Zhou Jingao：male,Senior Engineer.Add:PetroChina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd.,Hangzhou,Zhejiang,310023,China