五百梯-馬槽壩構(gòu)造區(qū)長興組儲(chǔ)層特征及主控因素分析

凌睿,胡忠貴

(長江大學(xué)沉積盆地研究中心 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北武漢430100)

雷晶超

(中石油長慶油田分公司勘探部，陜西 西安 710018)

韓露,左洺滔,傅聰

(長江大學(xué)沉積盆地研究中心 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北武漢430100)

五百梯-馬槽壩構(gòu)造區(qū)跨越開江-梁平海槽和城口-鄂西海槽，前人對該地長興組的研究已逾40年[1～4]。諸如元壩、普光、龍崗等大中型氣田的發(fā)現(xiàn)與大量開采，揭示出川東地區(qū)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層的巨大資源潛力[5～8]。前人針對開江-梁平海槽周緣臺(tái)地邊緣帶礁灘儲(chǔ)層的研究與勘探已經(jīng)取得了重大突破，但城口-鄂西海槽地區(qū)相應(yīng)的研究和勘探卻停滯不前[9～12]。對于川東地區(qū)長興組儲(chǔ)層研究，前人已建立了沉積相控制儲(chǔ)層分布、多期溶蝕且埋藏期溶蝕是儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵、多期白云巖化等觀念[13～16]。筆者立足于前人成果及最新資料，基于野外剖面、巖心觀察、巖石薄片鑒定、掃描電鏡微觀分析以及物性資料的綜合研究，對研究區(qū)長興組儲(chǔ)層發(fā)育特征進(jìn)行深入討論。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

五百梯-馬槽壩構(gòu)造區(qū)主要位于川東北地區(qū)，該區(qū)域是川東盆緣-大巴山前緣構(gòu)造復(fù)合帶的一部分(圖1)，包括五百梯東、天成寺、新興寺、路陽壩、三岔坪、馮家灣、硐村西、馬槽壩等含氣構(gòu)造區(qū)。東西向橫跨開江-梁平海槽和城口-鄂西海槽。地理位置上跨越開縣、云陽、奉節(jié)、巫溪等地。

研究區(qū)長興組平均厚度235m，有生物礁發(fā)育的井地層厚度大幅度增加，與上覆飛仙關(guān)組厚度互補(bǔ)。長興組自下而上可細(xì)分為3段：一段為灰色-褐灰色泥粉晶灰?guī)r，普遍含燧石結(jié)核，局部夾硅質(zhì)條帶，主要為低能沉積，通常以首套泥頁巖的產(chǎn)出為分層標(biāo)準(zhǔn)，該段自然伽馬相對較高，為25～35API；二段主要巖性為不同類型的灰?guī)r和白云巖，是儲(chǔ)層的主要發(fā)育層段，其中對儲(chǔ)層發(fā)育起建設(shè)性作用的巖性主要是與礁灘沉積相關(guān)的淺灰色-灰褐色(殘余)顆粒白云巖、生物礁白云巖、粉細(xì)晶白云巖等，該段自然伽馬一般位于10～20API之間；三段主要巖性是灰?guī)r，其中泥晶灰?guī)r最為發(fā)育，呈深灰色，在部分井中也觀察到深灰色的燧石結(jié)核灰?guī)r以及生屑灰?guī)r，也有生物礁灰?guī)r和溶孔白云巖的存在，是儲(chǔ)層發(fā)育的次要層段，自然伽馬一般在15～25API左右。

圖1 研究區(qū)地面構(gòu)造綱要圖

2 長興組儲(chǔ)層基本特征

基于野外剖面、巖心宏觀觀察，結(jié)合鏡下薄片、掃描電鏡下的微觀鑒定分析以及孔隙度等物性測試結(jié)果，對研究區(qū)長興組巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間類型和物性特征進(jìn)行了研究。

2.1 巖石學(xué)特征

1)礁白云巖(灰?guī)r) 海綿為其主要造礁生物，巖性以海綿礁灰?guī)r和礁白云巖為主，還包含各種過渡巖性，如礁灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等(圖2(a)、(b))。以海綿為主的礁灰?guī)r(或白云巖)在高能水體中具有較強(qiáng)的抗浪性[17]，常發(fā)育于臺(tái)地邊緣或臺(tái)內(nèi)高能環(huán)境中。在馬槽2井、天東021-4井、奉1井、奉探1井的巖心和薄片中大量發(fā)育。

2)顆?；?guī)r 顆?；?guī)r主要為生屑灰?guī)r(圖2(c))，生物碎屑間充填物常存在泥晶和亮晶兩種充填結(jié)構(gòu)，生物碎屑常見腕足、有孔蟲、蟲筵類等，體積分?jǐn)?shù)在50%以上。亮晶生屑灰?guī)r主要在水體動(dòng)蕩的淺灘環(huán)境中產(chǎn)出，也常形成生物礁的礁基或與生物礁相互層產(chǎn)出。

3)顆粒/晶粒白云巖 顆粒白云巖主要是砂礫屑白云巖、生屑白云巖等，常由于白云石化作用形成顆粒殘余結(jié)構(gòu)(圖2(d))。晶粒白云巖主要由0.02～0.1mm粉晶及0.1～0.25mm的細(xì)晶白云石組成，該類巖石往往發(fā)育有晶間孔和晶間溶孔，局部沿晶間溶孔發(fā)育形成溶洞。顆粒白云巖和晶粒白云巖有較為發(fā)育的儲(chǔ)集空間，是有利的儲(chǔ)集巖石類型(圖2(e))。

另外，在研究區(qū)可見泥晶藻及藻屑灰(白云)巖、蟲藻灰?guī)r等，僅局部發(fā)育，主要見于馬槽1井、馬槽2井中，以藍(lán)綠藻類為主且藻類大量有機(jī)質(zhì)化。該類巖石為灰泥充填，形成于水體較深的弱動(dòng)蕩環(huán)境(圖2(f))。

圖2 研究區(qū)長興組主要巖石類型及特征

2.2 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型

1)原生粒間孔和次生粒間溶孔 長興組儲(chǔ)層大多屬于礁灘相沉積，巖石中生物、砂礫屑等顆粒含量較高，因而以粒間孔為主的原生孔隙較為發(fā)育。但由于膠結(jié)作用和充填作用，使得原生孔隙多被堵塞，失去儲(chǔ)集意義[18](圖3(a))。粒間溶孔在強(qiáng)烈白云石化和溶蝕作用下，導(dǎo)致大多數(shù)巖石顆粒和填隙物完全白云石化，形成大量晶間溶孔(圖3(b))。

2)鑄?？?由各種生物被選擇性溶蝕形成。通過顯微鏡的觀察可以發(fā)現(xiàn)，巖石中螺殼和雙殼出現(xiàn)時(shí)往往形成粒內(nèi)溶孔，酸性流體在粒內(nèi)溶孔中進(jìn)一步發(fā)生溶蝕作用，擴(kuò)大溶蝕范圍，從而形成了鑄?？?。鑄模孔是研究區(qū)長興組的重要孔隙類型，對研究區(qū)巖層的儲(chǔ)集性能有著至關(guān)重要的作用，鑄模孔在不同巖石類型中含量不等，體積分?jǐn)?shù)通常在0%～8%之間。

3)晶間孔、晶間溶孔 晶間孔主要發(fā)育在白云巖中，主要出現(xiàn)于殘余顆粒白云巖和晶粒白云巖中(圖3(c))。晶間溶孔形狀多不規(guī)則(圖3(d))，是長興組儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間類型，白云石化程度和后期溶蝕作用的強(qiáng)弱控制該孔隙的發(fā)育，僅見于部分層段。

4)裂縫 成巖裂縫的發(fā)育最為普遍，其次是較為平直的構(gòu)造縫及在其基礎(chǔ)上形成的溶蝕擴(kuò)大縫(圖3(e)、(f))。

圖3 研究區(qū)長興組主要儲(chǔ)集空間類型

圖4 研究區(qū)長興組儲(chǔ)層孔隙度分布直方圖

2.3 儲(chǔ)集物性特征

根據(jù)取心井油層物性報(bào)告資料，統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)長興組536件孔隙度樣品，結(jié)果表明：孔隙度最大16.03%，最小0.15%，平均1.2%；其中小于2%的樣品占多數(shù)，達(dá)89%，反映長興組總體物性較差或礁灘儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)(圖4)。

3 儲(chǔ)層主控因素分析

3.1 臺(tái)緣礁灘相

臺(tái)緣礁灘本身沉積水體較淺，在高水位體系域中晚期，海平面整體下降的大環(huán)境下，易與大氣水充分接觸。由于當(dāng)時(shí)海水的快速變深-緩慢變淺的高頻變化，以至于礁灘體沉積后在海底膠結(jié)的時(shí)間很短，從而長時(shí)間接受大氣水溶蝕，加之原本殘留的大量原生孔隙，使其成為溶蝕作用和白云石化作用發(fā)生的主要場所，大大促進(jìn)了儲(chǔ)層的形成。通過對不同類型巖石進(jìn)行分析化驗(yàn)(圖5)發(fā)現(xiàn)，顆粒巖儲(chǔ)層較其他巖石類型儲(chǔ)層物性好，其中物性最好的儲(chǔ)層巖性是白云質(zhì)顆粒巖和礁白云巖。

3.2 海平面下降

海平面周期性的升降變換在較大程度上控制著儲(chǔ)層的發(fā)育位置。在地質(zhì)歷史時(shí)期中，當(dāng)海平面處于下降過程時(shí)，水體長期保持較淺的狀態(tài)，碳酸鹽沉積物可以順利堆積，為后期碳酸鹽巖的形成打下基礎(chǔ)。在實(shí)際勘探中可以發(fā)現(xiàn)礁灘體(生物礁、臺(tái)緣灘、臺(tái)內(nèi)灘)主要在長興組的中上部(長興組二段)大量發(fā)育，恰恰對應(yīng)的是海平面下降的地質(zhì)歷史時(shí)期(圖6)。白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育也有著類似的特征，大多數(shù)在礁灘相儲(chǔ)層的上方出現(xiàn)。海平面下降時(shí)沉積的物質(zhì)往往隨著后期海平面的上升以及成巖作用的改造，具有良好的滲透率和孔隙度，從而成為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

圖5 研究區(qū)不同巖石類型物性分布直方圖

圖6 長興組連井沉積相對比剖面

圖7 研究區(qū)長興組白云石體積分?jǐn)?shù)與孔隙度的關(guān)系圖

3.3 同生期大氣水溶作用

在野外和室內(nèi)的觀察中發(fā)現(xiàn)，溶蝕孔隙主要為晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔等，可見大部分孔隙為新月形，為同生期滲流帶大氣水溶蝕作用的產(chǎn)物；昏暗-不發(fā)光的陰極發(fā)光特征也反映出大氣水環(huán)境的特征。另外，從孔隙產(chǎn)狀及分布特征來看，主要分布于高位體系域的中上部，反映孔隙形成與層序演化及海平面變化息息相關(guān)。

3.4 埋藏期溶蝕作用

在埋藏的過程中儲(chǔ)層整體已基本形成，期間發(fā)生的溶蝕作用主要是在原有儲(chǔ)層的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造。在該過程中，酸性流體順著儲(chǔ)層中的孔隙流動(dòng)，溶蝕了儲(chǔ)層周圍原本孔隙性較差的圍巖，將其改造成儲(chǔ)層，擴(kuò)大了原有儲(chǔ)層的規(guī)模，并獲得更好的孔滲性。

3.5 白云石化作用

在五百梯-馬槽壩地區(qū)長興組的儲(chǔ)層中絕大部分巖性為白云巖，相較于礁灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r，礁白云巖和鮞粒白云巖物性更好。白云石化作用在研究區(qū)的長興組多期次發(fā)生，前人研究表明，方解石轉(zhuǎn)化為白云石的過程中，體積縮小14%[19]，從而增加了大量的新空間。但是就研究區(qū)長興組而言，主要是同生期大氣水溶蝕作用控制著儲(chǔ)層的發(fā)育，白云石化僅在局部地區(qū)起到一定作用。通過奉探1井長興組取心段白云石體積分?jǐn)?shù)與孔隙度分布關(guān)系(圖7)來看，兩者呈弱正相關(guān)關(guān)系，說明白云石含量的增加有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成。

4 有利儲(chǔ)集區(qū)帶預(yù)測

通過對儲(chǔ)層主控因素的分析確定，白云石化作用及與海平面下降相關(guān)的同生期大氣水溶性作用是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的關(guān)鍵成巖作用，且兩者均作用于礁灘發(fā)育部位，控制了有利相帶的分布。通過地質(zhì)與地震相結(jié)合，對單井資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，綜合考慮孔隙度分布、儲(chǔ)層厚度及儲(chǔ)能系數(shù)等參數(shù)，選擇以下3點(diǎn)作為有利儲(chǔ)集區(qū)帶的劃分標(biāo)準(zhǔn)：①處于有利相帶上；②白云巖厚度大于10m；③儲(chǔ)能系數(shù)大于2.5。研究區(qū)長興組有利區(qū)帶展布規(guī)律如圖8所示。

圖8 研究區(qū)長興組有利區(qū)帶分布預(yù)測圖

5 結(jié)論

1)長興組主要巖石類型有泥晶灰?guī)r、生物屑灰?guī)r、礁灰?guī)r、礁白云巖、(殘余)顆粒白云巖、晶粒白云巖等。其中，顆粒白云巖、礁白云巖和晶粒白云巖是主要儲(chǔ)集巖類。儲(chǔ)集空間類型繁多，主要有粒間孔、晶間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、晶間溶孔和超大溶孔及裂縫，其中對儲(chǔ)層貢獻(xiàn)最大就是晶間孔、晶間溶孔、超大溶孔及各種裂縫。巖心物性資料表明孔隙度基本小于2.0%，平均為1.2%左右，總體上屬于低孔、特低滲儲(chǔ)層。

2)影響長興組儲(chǔ)層分布的因素主要受沉積相帶控制，臺(tái)緣礁灘相是尋找有利儲(chǔ)層帶的基礎(chǔ)，海平面升降規(guī)律、埋藏期溶蝕作用、白云石化作用以及同生期大氣水溶蝕作用是臺(tái)緣礁灘相成為有利儲(chǔ)層的主要原因。