鄂西渝東地區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組成巖作用特征

盛賢才，郭戰(zhàn)峰，馮 暢，胡曉鳳，包漢勇*

(1.中國(guó)石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430223；2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 431000)

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鄂西渝東地區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組成巖作用特征

盛賢才1，郭戰(zhàn)峰1，馮 暢2，胡曉鳳1，包漢勇1*

(1.中國(guó)石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430223；2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 431000)

應(yīng)用鄂西渝東地區(qū)利1井(或剖面)下寒武統(tǒng)石龍洞組301件碳酸鹽巖薄片的觀察資料，結(jié)合儲(chǔ)層流體包裹體以及埋藏史、熱史資料，對(duì)其成巖作用類型、成巖演化序列、儲(chǔ)層孔隙演化進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示：該區(qū)石龍洞組的主要成巖作用類型包括膠結(jié)、壓實(shí)—壓溶、白云石化、破裂、溶蝕等作用；淺埋藏階段白云石化以及中—深埋藏階段溶蝕是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵性成巖作用；研究區(qū)石龍洞組沉積時(shí)期潟湖邊緣淺灘、淺緩坡淺灘發(fā)育區(qū)域(龍山茨巖塘一帶及其以西)將是儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

碳酸鹽巖；成巖作用；孔隙演化；下寒武統(tǒng)石龍洞組；鄂西渝東地區(qū)

0 引 言

鄂西渝東地區(qū)指重慶涪陵—萬州以東、湖北恩施—建始以西區(qū)域，包括方斗山復(fù)背斜、石柱復(fù)向斜、齊岳山復(fù)背斜和利川復(fù)向斜等構(gòu)造單元。

近年來的勘探成果表明，研究區(qū)緊鄰湘鄂西下寒武統(tǒng)生烴中心[1]，加里東期處于古斜坡背景[2]，海西—印支期繼承性發(fā)展，是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)；早燕山期以及晚燕山—喜山期齊岳山復(fù)背斜以西構(gòu)造改造相對(duì)較弱，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，加上發(fā)育區(qū)域性分布的中寒武統(tǒng)蒸發(fā)巖類蓋層，保存條件較好[3]。近年來的勘探評(píng)價(jià)均認(rèn)為該地區(qū)是下寒武統(tǒng)石龍洞組等海相層系的油氣勘探有利區(qū)[4-5]。下寒武統(tǒng)石龍洞組儲(chǔ)層縱、橫向特征是鄂西渝東地區(qū)勘探綜合評(píng)價(jià)要素之一，近年來，研究區(qū)的鄰區(qū)針對(duì)該層系的沉積儲(chǔ)層做了較多的工作[6-7]。該文通過對(duì)利1井以及野外露頭剖面(如雙流壩)的301件薄片系統(tǒng)觀察，結(jié)合包裹體資料以及埋藏史、熱史研究，分析了石龍洞組主要成巖作用類型以及演化過程，探討了儲(chǔ)層形成機(jī)理，為進(jìn)一步開展儲(chǔ)層縱橫向特征刻畫、成藏分析與勘探評(píng)價(jià)奠定了較好基礎(chǔ)。

1 沉積背景

研究區(qū)地表露頭資料顯示下寒武統(tǒng)石龍洞組下伏地層天河板組以細(xì)陸源碎屑巖和灰?guī)r的混合沉積為主，是早寒武世中期受陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)影響較大的沉積產(chǎn)物；而石龍洞組沉積期，四川、黔北以及鄂西渝東一帶古地貌趨于平緩，地勢(shì)總體西高東低，總體為沉積水體較淺的碳酸鹽巖緩坡臺(tái)地沉積[8-9]。該區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組連片分布，以碳酸鹽巖為主，李2、恩頁(yè)1、長(zhǎng)生1井出現(xiàn)石膏或膏質(zhì)云巖，區(qū)域厚度為160～340 m。測(cè)井顯示其自然伽馬為低值，中下部有一個(gè)低峰，與四川盆地中南部龍王廟組測(cè)井特征較相似，二者有較好的可比性。石龍洞組可分上下2段，下段以深灰色泥晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、亮晶鮞?；?guī)r為主，可夾白云巖、膏質(zhì)云巖；上段為灰、深灰、淺灰色泥晶云巖，亮晶云質(zhì)砂屑灰?guī)r，砂屑云巖，角礫狀云巖，膏質(zhì)云巖，石膏夾少量泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r等，主體屬于碳酸鹽巖內(nèi)緩坡、淺緩坡沉積，沉積相帶向東南方向遷移，其中淺緩坡相帶由李2井一帶遷移至龍山茨巖塘一帶。

2 主要成巖作用類型及特征

2.1 膠結(jié)作用

研究區(qū)最明顯的膠結(jié)作用表現(xiàn)在石龍洞組淺灘相灰?guī)r中，多以世代膠結(jié)為特征，一般發(fā)育2個(gè)世代的膠結(jié)物(圖1a)，第1世代呈纖維狀或馬牙狀圍繞顆粒外緣，垂直于顆粒壁生長(zhǎng)，構(gòu)成第1世代纖維狀等厚環(huán)邊膠結(jié)物，此類膠結(jié)物主要形成于海底成巖環(huán)境。第2世代膠結(jié)物為粒狀方解石，最常見的是在櫛殼狀膠結(jié)物之外形成第2世代或更晚期鑲嵌式膠結(jié)物，此類膠結(jié)物可能形成于淺埋藏階段。從薄片系統(tǒng)觀察結(jié)果來看，研究區(qū)絕大多數(shù)鮞粒、砂屑、生屑等未被壓扁變形，反映沉積之后膠結(jié)物形成較早，抵御了后期的埋藏壓實(shí)作用。

圖1 鄂西渝東地區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組成巖作用的顯微照片

2.2 白云石化作用

研究區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組白云巖是主要巖石類型，可分為2種。第1種白云巖中的白云石主要以泥晶為主，可含石膏(如恩頁(yè)1井)或石膏假晶(如利1井)，見藻紋層理，白云石形成于強(qiáng)烈蒸發(fā)的潮坪環(huán)境，白云石主要為它形晶，巖性致密，孔隙不發(fā)育，薄片中無充填瀝青的晶間孔。第2種白云巖中的白云石主要以粉晶為主，少量為細(xì)晶，一般為半自形—自形晶，顯微鏡下白云石一般較臟，部分白云石可見霧心亮邊結(jié)構(gòu)，呈層狀或不規(guī)則狀分布于泥晶白云巖或砂屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r和泥晶灰?guī)r中。這類白云石主要形成于淺埋藏成巖階段，顯微薄片觀察表明，粉(細(xì))晶云巖構(gòu)造微裂縫發(fā)育，推測(cè)白云石化發(fā)生在沉積物固結(jié)成巖之后，構(gòu)造微裂縫溝通了能夠發(fā)生白云石化的成巖流體，從而導(dǎo)致了此類成巖作用的發(fā)生，內(nèi)緩坡、淺緩坡相帶發(fā)育的高能淺灘發(fā)育相對(duì)多的殘留孔隙，有利于淺埋藏階段成巖流體的活動(dòng)，因此，與高能淺灘有關(guān)的巖相組合的此類白云石化更常見。該類白云巖中白云石晶間孔隙發(fā)育，晶粒間多面體晶間孔主要被瀝青充填(圖1b)，因此，推測(cè)白云石化過程屬于摩爾交代，伴隨白云石化作用還有有體積收縮孔產(chǎn)生，以至于次生孔隙(主要是晶間孔隙)大量形成，而且在白云石化作用發(fā)生后，晶間孔未被充填即出現(xiàn)烴類侵位，導(dǎo)致晶間孔被晚期烴類熱解作用所形成的瀝青等所充填。

2.3 壓實(shí)及壓溶作用

壓實(shí)作用是使研究區(qū)泥晶灰?guī)r、泥晶云巖沉積物孔隙縮小和地層厚度減小的主要成巖作用；而對(duì)研究區(qū)的砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、砂屑云巖而言，由于發(fā)生了早期膠結(jié)作用，壓實(shí)作用對(duì)其影響較小，表現(xiàn)為骨架顆粒之間主要為點(diǎn)接觸。隨著埋深繼續(xù)增加，巖層發(fā)生壓溶作用，主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖顆粒或晶面彎曲呈鑲嵌狀，形成縫合線?？p合線與巖石層理平行或近于平行，常切過顆粒、膠結(jié)物和基質(zhì)，并且還切割了部分(溶蝕)孔、縫充填物，表明壓溶作用發(fā)生較晚。

2.4 破裂作用

自加里東以來，研究區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造改造，巖層破裂較為強(qiáng)烈，從利1井鉆井巖心以及薄片等觀察結(jié)果來看，下寒武統(tǒng)石龍洞組裂縫十分發(fā)育，根據(jù)裂縫之間的交叉關(guān)系、充填物成分結(jié)合包裹體測(cè)溫，該地區(qū)至少發(fā)生5期破裂作用(圖1c)。第1期裂縫以微細(xì)縫為主，主要見于粉晶白云巖中，與埋藏白云石化關(guān)系密切，形成時(shí)期較早，可能在淺埋藏階段形成，被后期所有裂縫所切割。第2期裂縫形成于埋藏白云石化之后，被后期所有裂縫所切割，裂縫被方解石全充填，包裹體均一溫度為118～170℃，結(jié)合演化史和熱史分析，裂縫形成時(shí)間應(yīng)在早石炭世之前。第3期裂縫較為發(fā)育，切割第1、2期裂縫充填物，被硅質(zhì)、瀝青以及黃鐵礦所充填，被更晚期的裂縫切割，該期裂縫充填物盡管無包裹體資料，但根據(jù)裂縫形成序列判斷，裂縫大致形成于海西期，巖層裂縫發(fā)育過程中很可能伴隨烴類充注。第4期裂縫十分發(fā)育，常見切割第1、2、3期裂縫，但被更晚期的裂縫所切割，大部分裂縫充填物以方解石為主，但未見瀝青，因此，推測(cè)該期裂縫形成時(shí)以及充填時(shí)液態(tài)烴大部分已經(jīng)熱解成氣態(tài)烴，方解石充填物中的包裹體均一溫度為173～242℃，時(shí)間為晚三疊世，有機(jī)包裹體以氣態(tài)烴為主。第5期裂縫亦較為發(fā)育，切割所有早期裂縫，未見充填物，形成時(shí)代推測(cè)大致在燕山—喜山期。

2.5 溶蝕作用

研究區(qū)石龍洞組主要溶蝕作用是埋藏溶蝕作用。根據(jù)孔隙充填物組分以及相互交切關(guān)系可以識(shí)別出3期溶蝕孔隙。第1期溶蝕作用強(qiáng)烈，常見于研究區(qū)石龍洞組中上段的粉(細(xì))晶云巖中，一般在顯微薄片之下?？煞譃榛鶐r和溶蝕縫—孔系統(tǒng)兩部分(圖1d)，前者為粉晶云巖，溶蝕作用較弱，溶孔不發(fā)育；后者為溶蝕孔和溶蝕縫組成溶蝕孔—縫系統(tǒng)，且?guī)缀醣还栀|(zhì)、瀝青以及黃鐵礦全充填，由于該期溶蝕孔與第3期裂縫系統(tǒng)相伴出現(xiàn)，暗示溶蝕作用與該期構(gòu)造關(guān)系密切，亦應(yīng)大致形成于海西期。第2期溶蝕作用常常形成較大的非選擇性溶蝕洞穴，常與第4期裂縫相伴出現(xiàn)，因而認(rèn)為與第4期構(gòu)造裂縫關(guān)系密切，主要形成于印支期，溶蝕洞縫亦主要見于粉細(xì)晶云巖中，充填物以方解石為主，部分溶蝕洞縫中見有硅質(zhì)、白云石，缺乏瀝青，且可見該期洞穴充填物切割第1期溶蝕孔—縫之中充填物，使早期充填物呈“孤島狀”(圖1e)，因此，形成時(shí)間較第1期溶蝕作用晚，應(yīng)在液態(tài)烴熱解和瀝青形成之后的大量生氣階段。第3期溶蝕作用亦較強(qiáng)烈，與之相關(guān)的溶蝕孔(洞)主要見于粉細(xì)晶云巖中(圖1f)，此外角礫云巖、砂屑云巖等巖層中亦可見，大部分為孔徑較大的非組構(gòu)溶孔，其次是孔徑較小的晶間溶孔，未見充填物。現(xiàn)今利1井下寒武統(tǒng)石龍洞組巖心孔隙度最大可達(dá)22.9%，平均孔隙度為7.53%，主峰孔隙度優(yōu)勢(shì)區(qū)集中于4%～12%，與這期未充填孔隙發(fā)育井段一致，形成時(shí)期推測(cè)在燕山—喜山期。

通過進(jìn)一步分析認(rèn)為研究區(qū)石龍洞組多期溶蝕作用可能均與熱化學(xué)反應(yīng)TSR有關(guān)。研究區(qū)中寒武統(tǒng)覃家廟組及下寒武統(tǒng)石龍洞組中多層含石膏地層提供了充足的硫酸根來源，石龍洞組中富含氣態(tài)烴類的包裹體以及孔縫系統(tǒng)中瀝青表明曾經(jīng)有足夠的烴源供給，而包裹體均一溫度資料顯示，石龍洞組儲(chǔ)層溫度一般在120℃以上，這些資料表明，研究區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組碳酸鹽巖具備發(fā)生TSR反應(yīng)的3個(gè)基本條件——即充足的烴源、地層中發(fā)育有膏巖和較高的溫度(一般大于120℃)。值得指出的是，威遠(yuǎn)氣田震旦系以及寒武系儲(chǔ)層在形成過程中也可能受到硫酸鹽與烴類發(fā)生的TSR的影響[10-11]，因此，石龍洞組儲(chǔ)層形成過程中的多期溶蝕與TSR有關(guān)可能具有普遍意義。

3 成巖序列與孔隙演化

研究區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組沉積之后，在近地表環(huán)境下，淺灘沉積時(shí)相對(duì)海平面下降可導(dǎo)致時(shí)間不長(zhǎng)的淺灘暴露和大氣淡水溶蝕作用，形成鑄模孔等，但第1世代纖維狀等厚環(huán)邊膠結(jié)物的形成使得淺灘原始沉積孔隙減小很快。強(qiáng)烈蒸發(fā)的潮坪環(huán)境則發(fā)生準(zhǔn)同生白云石化以及石膏形成作用，形成原始晶間孔。受淺埋藏成巖環(huán)境及逐漸增強(qiáng)的壓實(shí)作用，潮坪沉積物孔隙減小很快，原始孔隙幾乎消失殆盡。淺灘沉積由于進(jìn)一步膠結(jié)作用使得原始粒間孔隙繼續(xù)減少，以致最終成為非儲(chǔ)層或差儲(chǔ)層。淺埋藏階段另一個(gè)重要成巖事件是埋藏白云石化，推測(cè)是由構(gòu)造改造形成的微裂縫溝通了成巖流體，從而發(fā)生了白云石化。經(jīng)過此階段成巖作用之后，出現(xiàn)了由埋藏白云石化作用而形成的次生晶間孔，粉晶云巖孔隙度為3%～6%。海西期以來研究區(qū)出現(xiàn)多次構(gòu)造升降，但總體上下寒武統(tǒng)石龍洞組埋深持續(xù)增加，逐步進(jìn)入深埋藏環(huán)境，多期破裂和埋藏溶蝕(及充填)等逐漸成為影響儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的主要成巖作用類型。海西晚期的一幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的裂縫對(duì)儲(chǔ)層影響較大，推測(cè)裂縫溝通了烴源巖和石龍洞組儲(chǔ)層，來自烴源巖的富烴、富硅的流體進(jìn)入石龍洞組，形成最重要的一次烴類充注，而由烴類充注產(chǎn)生的TSR反應(yīng)導(dǎo)致主要在粉晶云巖中發(fā)生了較大規(guī)模埋藏溶蝕作用，次生溶蝕孔—縫發(fā)育，加劇了儲(chǔ)層非均質(zhì)性，隨后相關(guān)孔、縫被硅質(zhì)、瀝青、黃鐵礦充填，成巖作用向孔隙堵塞、破壞的方向發(fā)展，孔隙度可能降低至5%以下。中三疊世印支運(yùn)動(dòng)早幕在石龍洞組再一次形成與小型斷層有關(guān)的裂縫，伴隨裂縫發(fā)育，在石龍洞組中粉晶云巖為主的巖層段再一次發(fā)生埋藏溶蝕作用，形成次生溶蝕洞、縫，儲(chǔ)集性能改善，這期埋藏溶蝕應(yīng)發(fā)生在早期古油藏基本熱解作用之后，隨后溶蝕洞(縫)被方解石、硅質(zhì)等充填導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度降低，方解石捕獲的有機(jī)包裹體以氣態(tài)烴為主。燕山—喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再一次在石龍洞組中形成裂縫，與之有關(guān)埋藏溶蝕作用發(fā)育層段與早期埋藏溶蝕作用發(fā)育段基本一致，且基本上未充填，形成裂縫—孔隙型或孔隙型儲(chǔ)層，目前孔隙度為0.53%～22.90%，滲透率為0.003×10-3～445.000×10-3μm2。

顯然，研究區(qū)石龍洞組沉積階段的高能淺灘系列有利于原生殘留孔隙的保存，為儲(chǔ)層形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，淺埋藏階段與淺灘系列有關(guān)的白云石化為更晚期的成巖流體提供了活動(dòng)空間，而深埋藏階段的溶蝕作用造就了儲(chǔ)層現(xiàn)今的儲(chǔ)集空間。因此，研究區(qū)石龍洞組沉積時(shí)期潟湖邊緣淺灘、淺緩坡淺灘發(fā)育區(qū)域(龍山茨巖塘一帶及其以西)將是儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)主要成巖作用包括膠結(jié)、壓實(shí)—壓溶、白云石化、破裂和溶蝕作用等，其中白云石化(主要是埋藏白云石化)、破裂、溶蝕(主要是埋藏溶蝕)形成了次生晶間孔、縫和次生溶蝕孔(縫)等，是導(dǎo)致儲(chǔ)層最終形成的主要成巖作用類型。

(2) 石龍洞組的埋藏白云石化作用形成了粉細(xì)晶云巖，主要形成于淺埋藏階段，一般與高能淺灘沉積有關(guān)；中—深埋藏階段的溶蝕作用對(duì)巖性有較強(qiáng)的選擇性，主要發(fā)生于淺埋藏白云化作用有關(guān)的粉細(xì)晶云巖中，溶蝕作用可能與TSR有關(guān)。

(3) 研究區(qū)石龍洞組碳酸鹽巖成巖序列研究結(jié)果表明，高能淺灘沉積系列易于淺埋藏階段白云石化以及中—深埋藏階段溶蝕作用的進(jìn)行，對(duì)石龍洞組儲(chǔ)層的最終形成有利。

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編輯 林樹龍

20141203；改回日期：20150410

國(guó)家重大專項(xiàng)“中揚(yáng)子地區(qū)海相層系油氣成藏條件與勘探評(píng)價(jià)(二期)”(2011ZX05005-003-004)

盛賢才(1965-)，男，高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地層古生物專業(yè)，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣儲(chǔ)層與勘探評(píng)價(jià)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.002

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0004-04

* 參加此項(xiàng)研究的還有文可東。