川北地區(qū)飛仙關(guān)組儲層形成與演化分析

吳 斌 肖世洪 馮明友

(1.重慶能源集團頁巖氣公司， 重慶 400060； 2.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 成都 610500)

近年來，四川盆地東北部的勘探和研究表明，沉積相的展布控制了飛仙關(guān)組儲層的發(fā)育范圍，多位于臺地邊緣的高能灘相地帶，后期成巖環(huán)境(云化作用和埋藏溶蝕作用)的強弱極大地影響了該套優(yōu)質(zhì)儲層的形成[1-6]。本次研究結(jié)合宏觀和微觀地質(zhì)資料，對飛仙關(guān)組儲層形成與演化進行探討，希望為該地區(qū)的地質(zhì)勘探提供一定的理論支撐。

1 地質(zhì)概況

川北地區(qū)在地理位置上東鄰大巴山和龍門山，面積約8 000 km2，該地區(qū)主要包含張家扁和九龍山等構(gòu)造，是川西北氣礦油氣勘探的主要對象。隨著龍門山島弧的形成，康滇古陸作為川北地區(qū)海域飛仙關(guān)組沉積的主要物源區(qū)，形成了川東碳酸鹽臺地、川中半局限海、開江— 梁平以及鄂西 — 城口海槽4個大的沉積單元，巖石類型的變化在縱向上具有碳酸鹽巖與泥巖交替沉積的特點(圖1)。

2 儲層特征

2.1 主要巖石類型

工區(qū)飛仙關(guān)組巖心的觀察及物性分析表明，有鮞粒云巖、鮞粒灰?guī)r、泥粉晶灰?guī)r以及泥粉晶云巖等4大類，其中鮞粒云巖、亮晶鮞粒灰?guī)r是主要的儲集巖類(圖2A、2C)。泥粉晶灰?guī)r在向粉晶白云巖轉(zhuǎn)化過程中，形成具殘余顆粒結(jié)構(gòu)的儲集空間，同時大量的粒間、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、晶間孔和鑄?？椎纫娪邗b粒白云巖中。另外，雖然鮞粒灰?guī)r在沉積過程中形成大量的原生孔，但是只能見到少量的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，其余大部分原生孔隙經(jīng)過后期多期次的膠結(jié)作用、壓實作用改造后很難保留下來(圖2B)。

2.2 儲滲空間類型及特征

根據(jù)儲集空間的大小、成因及形態(tài)，可將工區(qū)飛仙關(guān)組儲集空間分為孔隙、溶洞和裂縫3大類，其中主要孔隙類型有鑄?？住⒘?nèi)溶孔、晶間孔和殘余粒間孔。

鑄?？住⒘?nèi)溶孔由早期大氣水溶蝕作用或經(jīng)埋藏期溶蝕作用而形成，塊狀方解石充填且大多較規(guī)則是早期粒內(nèi)溶孔的主要特征(圖2A)；晚期粒內(nèi)溶孔主要是由顆粒內(nèi)亮晶或泥晶方解石被選擇性溶蝕而成，形狀多為不規(guī)則狀(圖2A和圖2C)，在飛一和飛三段這種晚期的粒內(nèi)溶孔為主要儲集空間。殘余鮞粒白云巖及鮞粒灰?guī)r中均可以出現(xiàn)鑄?？?，當(dāng)鮞粒之間填隙物是微-粉晶白云石時易形成鑄?？?圖2A)，溶掉的通常是經(jīng)微-粉晶白云石交代作用影響的鮞粒、砂屑和生屑。

殘余粒間孔及晶間孔主要是顆粒之間經(jīng)膠結(jié)作用形成的殘余粒間次生孔隙，部分殘余粒間和晶間溶蝕孔隙經(jīng)溶蝕作用改造而形成(圖2D和2E)，是工區(qū)次要的孔隙類型。此類孔隙主要在鮞粒白云巖及鮞?；?guī)r中發(fā)育，并且多見于亮晶膠結(jié)物生長的接合部位。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及飛仙關(guān)組地層沉積柱狀圖

A.鮞粒云巖，粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，L16井，飛三段，井深5 201.8 m，(-)×5；B.亮晶鮞?；?guī)r，三期膠結(jié)，第一期為馬牙狀亮晶方解石，第二期為中 - 細晶方解石，第三期為中 - 粗晶方解石，B1井，飛三段，井深5 219 m， (-)×5；C.位于顆粒之間的殘余粒間孔，L16井，井深5 202 m，飛一段，(-)×5；D.鮞粒云巖，殘余粒間溶孔，TS5井，井深2 892.57 m，飛一段；E.鮞?；?guī)r中的粒間孔發(fā)育，被瀝青近全充填，方解石1～3期膠結(jié)，L16井，飛三段，井深5 207.86 m，(-)×5；F.亮晶鮞?；?guī)r中的縫合線及溶孔，S1井，井深4 494.02 m，飛三段，(-)×2.5。

圖2川北地區(qū)飛仙關(guān)組巖石類型及儲集空間圖

此外，由壓溶而成的壓溶縫，常發(fā)育于碳酸鹽巖中，呈鋸齒狀，在縫合縫中主要充填一些不溶殘余物，如黏土泥和瀝青等(圖2F)。研究層段中的縫合線并未充分發(fā)育，可作為油氣滲濾的通道。

3 飛仙關(guān)組儲層形成及演化探討

工區(qū)飛仙關(guān)組的灘體主要分布于飛一和飛三段中，灘體類型中臺緣鮞粒灘占優(yōu)勢，臺內(nèi)碎屑灘和鮞粒灘(圖1和圖3)次之。飛仙關(guān)儲層的形成和演化經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積、成巖環(huán)境，沉積環(huán)境的變化形成了不同的巖石微相及微相組合，則成巖環(huán)境及演化有著較大的差異[9-11]，其成巖作用也發(fā)生了相應(yīng)的變化(圖3)。研究發(fā)現(xiàn)飛仙關(guān)組灘相儲層有2種沉積、成巖改造序列：第一種，淺水高能帶，自下而上變淺，在同生 — 準(zhǔn)同生期接受沉積，后被未固結(jié)物覆蓋經(jīng)歷短暫的海底成巖環(huán)境，便暴露于水體附近，為受大氣淡水成巖作用環(huán)境改造的序列，最后由于上覆沉積物的堆積轉(zhuǎn)入淺埋藏、中埋藏和深埋藏成巖環(huán)境；第二種，深水低能或淺水低能帶，在同生 — 準(zhǔn)同生期接受沉積，一直未出露于水體之上，由于上覆沉積物的堆積而直接埋入地覆，接受埋藏成巖環(huán)境的改造。我們可以通過圖3認(rèn)識川北地區(qū)飛仙關(guān)組儲層形成及演化。

圖3 川北地區(qū)飛仙關(guān)組沉積相、沉積環(huán)境及成巖作用關(guān)系圖

飛仙關(guān)期沉積了一套分選、磨圓較好的高能灘體，該套高能灘體作為飛仙關(guān)組主要的儲集體，原生孔隙空間可達30%以上。此后，這些高能灘體進入淺埋藏期，顆粒邊緣分別被第一、二期纖維柱狀和粉-細晶方解石膠結(jié)，這些膠結(jié)產(chǎn)物充填原生孔隙空間，使最初的原生孔隙降低20%～90%，在此期間沉積產(chǎn)物固結(jié)成巖。海平面發(fā)生周期變化，顆粒灘也周期性地暴露于水體之上，大氣淡水、海水和混合水對其進行改造?；旌纤苹饔檬沟迷摃r期高能灘體中的顆粒和第一二期方解石膠結(jié)物向白云石轉(zhuǎn)化，沉積巖體轉(zhuǎn)變以顆粒白云巖為主，儲集空間以晶間孔為主；同時，由于準(zhǔn)同生期的溶蝕作用，形成一定數(shù)量的粒間、粒內(nèi)溶孔和鑄?？?。經(jīng)淺埋藏期的儲層改造作用，高能灘體中的孔隙空間可達5%～20%。此后，隨著上覆沉積物的不斷增加，高能灘體進入中埋藏期，部分孔隙被第三期中-粗晶方解石膠結(jié)物充填；同時，高能灘體中相鄰地層發(fā)生有機質(zhì)熱演化作用，大量液態(tài)烴形成，一些伴生有機酸類腐蝕物進入地層水。前期形成的次生孔隙基本消失，有效孔隙降至5%以下。在深埋藏期，酸性流體沿斷層和裂縫進入高能灘體中，發(fā)生溶蝕作用形成粒間、粒內(nèi)溶孔，其孔隙空間可達5%～8%，液態(tài)烴類物質(zhì)開始進入儲集體中。隨著地溫及埋藏深度不斷增加，儲集體中的液態(tài)烴向氣態(tài)烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化，一些酸類腐蝕性組分被釋放出來，儲集體的顆粒邊緣進一步被溶解，形成少量次生孔隙，局部有效孔隙度可達6%～12%。至此，飛仙關(guān)組的儲層形成，后期構(gòu)造運動對儲層的改造作用不明顯，僅局部形成一些裂隙，影響儲層的產(chǎn)能。

總之，多種因素控制了工區(qū)飛仙關(guān)組優(yōu)質(zhì)儲層的形成[12-13]，沉積環(huán)境是影響高能灘體分布范圍的基礎(chǔ)因素；成巖作用是決定優(yōu)質(zhì)儲層基本特征和儲集空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，控制著儲層的最終展布。

4 結(jié) 語

通過本次研究，我們獲得了以下幾方面的認(rèn)識：

(1)鮞粒云巖和亮晶鮞?；?guī)r是區(qū)內(nèi)飛仙關(guān)組的主要儲集巖類，儲滲空間成因復(fù)雜，以次生的孔、洞、縫為主，僅偶見殘余的原生粒間孔。

(2)工區(qū)飛仙關(guān)組儲層的形成和演化經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積和成巖環(huán)境，沉積作用和后期成巖作用是其主要的控制因素。灘體的高部位是儲集體發(fā)育的有利部位，后期云化及埋藏溶蝕作用是次生儲集空間發(fā)育的必要條件，極大地提高了儲層的儲集性能。

[1] 王興志，張帆，蔣志斌，等.四川盆地東北部飛仙關(guān)組儲層研究[J].地學(xué)前緣，2008，15(1)：117-122.

[2] 王一剛，洪海濤，夏茂龍，等.四川盆地二疊、三疊系環(huán)海槽礁、灘富氣帶勘探[J].天然氣工業(yè)，2008，28(1)：22-27.

[3] 陳更生，曾偉，楊雨，等.川東北部飛仙關(guān)組白云石化成因探討[J].天然氣工業(yè)，2005，25(4)：40-41.

[4] 王一剛，文應(yīng)初，洪海濤，等.川東北三疊系飛仙關(guān)組深層鮞灘氣藏勘探目標(biāo)[J].天然氣工業(yè)，2004，24(12)：5-9.

[5] 吳斌，王興志，張帆，等.川北地區(qū)飛仙關(guān)組儲層特征及主控因素研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26(1)：168-174.

[6] 楊躍明，段勇，何鯉，等.川西地區(qū)天然氣勘探新思路[J].天然氣工業(yè)，2009，29(6)：4-8.

[7] Ehrenberg S N, Nadeau P H.Sandstone vs Carbonate Petroleum Reservoirs:A Global Perspective on Porosity-Depth and Porosity-Permeability Relationships[J].AAPG Bulletin,2005，89(4)：435-445.

[8] Lillian Hess Tanguay,Gerald M，F(xiàn)riedman.Petrophysical Characteristics and Facies of Carbonate Reservoirs[J].The Red River Formation(Ordovician),Williston basin，AAPG Bulletin，2001，85(3)：491-523.

[9] 藍貴，朱永剛，張豫,等.川西北部飛三段鮞?；?guī)r孔隙演化及儲層特征[J].天然氣工業(yè)，2004(23)：20-230.

[10] Esrafili-Dizaji B，Rahimpour-Bonab H.Effects of Depositional and Diagenetic Characteristics on Carbonate Reservoir Quality:a Case Study from the South Pars Gas Field in the Persian Gulf[J].Petroleum Geoscience,2009，15：325-344.

[11] 唐洪，吳斌，張婷,等.川東北鐵山 — 龍會地區(qū)長興組焦灘相儲層特征及主控因素 [J].現(xiàn)代地質(zhì),2013，27(3)：644-651.

[12] 楊曉萍，趙文智，鄒才能,等. 低滲透儲層成因機理及優(yōu)質(zhì)儲層形成與分布[J].石油學(xué)報,2004，28(4)：57-64.

[13]王興志，張帆，馬青,等.四川盆地東部晚二疊世 — 早三疊世飛仙關(guān)期礁、灘特征與海平面變化[J].沉積學(xué)報,2002，20(2)：249-254.