牛曉燕 李建明 李冬冬

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北荊州)

中揚(yáng)子西部地區(qū)石龍洞組古巖溶儲(chǔ)層控制因素分析

牛曉燕 李建明 李冬冬

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北荊州)

區(qū)內(nèi)碳酸鹽臺(tái)地在形成、發(fā)展及消亡過程中,由于不同級(jí)次的相對(duì)海平面下降,臺(tái)地沉積過程中斷,出現(xiàn)頻繁暴露并伴隨溶蝕作用,在臺(tái)地埋藏后還受到地下熱水的溶蝕改造。區(qū)內(nèi)古巖溶劃分為同生期層間巖溶、裸露期古風(fēng)化殼巖溶、埋藏期熱水巖溶等三類。其中裸露期古風(fēng)化殼巖溶表現(xiàn)為臺(tái)地長(zhǎng)時(shí)間的暴露及溶蝕,一般可見明顯的古風(fēng)化殼巖溶垂向分帶?？刂铺妓猁}臺(tái)地古巖溶發(fā)育的主要因素有古構(gòu)造、全球性海平面變化、成巖作用、成巖相等因素。

中揚(yáng)子;石龍洞組;碳酸鹽巖;古巖溶;控制因素

0 引 言

江漢平原及鄰區(qū)地處揚(yáng)子陸塊中部,南北為江南造山帶和東秦嶺造山帶,腹地發(fā)育海陸疊合盆地,是典型的南方海相碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)[1]。區(qū)內(nèi)碳酸鹽臺(tái)地在形成、發(fā)展及消亡過程中,由于不同級(jí)次的相對(duì)海平面下降,臺(tái)地沉積過程中斷,出現(xiàn)暴露并伴隨溶蝕作用,在臺(tái)地埋藏后還受到地下熱水的溶蝕改造。

研究區(qū)在寒武紀(jì)主體為碳酸鹽巖臺(tái)地,沉積了一大套的白云巖,經(jīng)歷了多次的中期的海平面變化旋回,在寒武系頂?shù)?、石龍洞組頂?shù)葘游话l(fā)育多個(gè)Ⅰ型層序界面,經(jīng)受了較長(zhǎng)時(shí)期的暴露與古巖溶作用的改造。巖溶作用發(fā)育比較明顯的剖面有宜昌蓮沱王家坪石龍洞組剖面、石柱彭水板凳溝石龍洞組剖面。本文主要闡述石龍洞組的地面露頭與典型井利1井的井下地層古巖溶特征,來說明研究區(qū)寒武系古巖溶的控制因素。

1 典型井——利1井古巖溶儲(chǔ)層特征

1.1 巖 性

利1井所鉆遇的石龍洞組地層可分為兩段:

上段厚143m,巖性以灰、深灰,少數(shù)淺灰色泥晶白云巖為主,夾少量灰色粒屑云巖、雜色(淺棕紅、灰白、灰、灰綠)角礫狀白云巖及灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r等。粒屑以砂屑為主,次為粉屑,含量一般小于20%,少數(shù)60～70%,分選差,次圓～次棱狀,具正韻律結(jié)構(gòu)特征,角礫間多為砂屑云巖充填,且溶孔、針孔發(fā)育。

下段厚125m,深灰色灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r夾深灰色粒屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、團(tuán)塊灰?guī)r及少數(shù)灰質(zhì)云巖。多為泥晶結(jié)構(gòu),少數(shù)粉晶結(jié)構(gòu)。粒屑含量68～85%,以粉屑為主,少量砂屑、生屑。

1.2 儲(chǔ)集物性

區(qū)內(nèi)孔隙演化史表明,沉積物沉積初期原生孔隙度高達(dá)35%～40%。在同生成巖階段的海底成巖環(huán)境中膠結(jié)作用、壓實(shí)作用使孔隙度降低到10%～15%;受海平面升降影響,早寒武世末相當(dāng)大面積的地層曾暴露地表,接受大氣淡水的淋濾和溶蝕作用,形成部分粒間溶孔和粒1內(nèi)溶孔,但隨后的淡水膠結(jié)作用和混合水白云巖化作用使原生孔隙度進(jìn)一步下降到5%以下。

利1井在下寒武世石龍洞期處于局限臺(tái)地潮間-潮上環(huán)境,巖性主要是粉晶白云巖。經(jīng)過各種物性統(tǒng)計(jì)分析,角礫白云巖、針孔白云巖和結(jié)晶白云巖的物性較好。特別是針孔白云巖,如表1所示,說明后期的巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層的物性有很大的改善。

利1井石龍洞組孔隙度主要集中在4%～12%,占總樣品的65%;滲透率則集中于 0.01～1×10-3μm2,約占總樣品數(shù)的50%。根據(jù)碳酸鹽巖儲(chǔ)集巖分類標(biāo)準(zhǔn)[2],結(jié)合中揚(yáng)子西部地區(qū)的地質(zhì)背景,我們把孔隙度在12%～20%之間劃分為Ⅰ類儲(chǔ)層,評(píng)價(jià)為好的孔隙型儲(chǔ)集巖;孔隙度在5%～12%之間的劃分為Ⅱ類儲(chǔ)層,評(píng)價(jià)為較好的縫洞—孔隙型儲(chǔ)集巖;孔隙度在2%～5%之間劃分為Ⅲ類儲(chǔ)層,評(píng)價(jià)為裂縫-孔隙型儲(chǔ)集巖;孔隙度在<2%劃分為Ⅳ類儲(chǔ)層,評(píng)價(jià)為差的儲(chǔ)集巖。綜上述分析,利1井的石龍洞組儲(chǔ)層屬于較好的縫洞-孔隙型儲(chǔ)層。另外,利1井石龍洞組的孔滲關(guān)系數(shù)據(jù)表顯示,孔隙度和滲透率大致成正相關(guān)的關(guān)系。

表1 中揚(yáng)子西部地區(qū)利1井石龍洞組巖性及物性表

1.3 儲(chǔ)集空間類型

石龍洞組儲(chǔ)層在成巖演化過程中疊加古表生作用,經(jīng)歷對(duì)孔隙具建設(shè)性作用的溶蝕作用,內(nèi)碎屑、鮞粒常溶蝕成粒內(nèi)孔、鑄?？?溶蝕率最高可達(dá)46.2%,含膏鹽巖的去膏化作用易形成針孔、晶洞、溶洞等孔洞型儲(chǔ)集空間,并與巖溶縫連通,構(gòu)成好的儲(chǔ)集體。

研究表明,利1井石龍洞組儲(chǔ)集空間類型按形態(tài)、大小可分為四大類:洞穴、孔隙、喉道及裂縫。按成因類型分類,則可將儲(chǔ)集空間分為洞穴、孔隙和裂縫。其中洞穴包括由裂縫擴(kuò)溶而形成的裂縫性洞穴和由孔隙擴(kuò)溶而形成的孔隙性洞穴?？紫犊煞譃槿芸?、生物體腔孔、鑄?？缀头墙M構(gòu)溶孔。溶孔可再細(xì)分為礫內(nèi)溶孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔,分別由角礫、顆粒內(nèi)部、粒間充填物和晶粒的溶蝕而形成。裂縫分為構(gòu)造縫、溶蝕縫和壓溶縫,其中,構(gòu)造縫有充填縫和張開縫兩小類。

2 石龍洞組古巖溶控制因素分析

2.1 古構(gòu)造因素與全球海平面變化的控制

構(gòu)造背景是古巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)。古巖溶發(fā)育常位于沉積間斷面及不整合面附近,區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制著巖溶分區(qū)。

早寒武世晚期是全球海平面上升時(shí)期,但區(qū)內(nèi)總體表現(xiàn)為進(jìn)積沉積序列,乃至最終臺(tái)地暴露并有古巖溶作用發(fā)生,顯示出構(gòu)造沉降減弱甚至出現(xiàn)構(gòu)造隆升作用,石龍洞組頂部的巖溶特征亦顯示巖溶作用發(fā)生之前白云巖已固結(jié)并有古裂縫形成,此也印證了構(gòu)造的影響。此外,古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的古裂縫的發(fā)育,有利于古巖溶的發(fā)育,總體上看,石龍洞組等地層的古巖溶發(fā)育主要受構(gòu)造隆升控制[2]。

寒武系第6個(gè)三級(jí)層序SQ6-HST,區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng),海平面出現(xiàn)區(qū)域性下降,研究區(qū)水體急劇變淺,在廣大的碳酸鹽臺(tái)地分布區(qū),具鳥眼等暴露標(biāo)志,在石門楊家坪以及渝東一帶,發(fā)育有蒸發(fā)巖,宜昌王家坪等地發(fā)育溶蝕孔洞,其頂界應(yīng)屬類型Ⅰ界線不整合。

石龍洞組的古巖溶主要是發(fā)育在SQ6-HST的頂界附近,在剖面上這種分布特征表現(xiàn)明顯,一般發(fā)育在距石龍洞組頂5m以內(nèi)。

2.2 成巖作用的控制

研究區(qū)石龍洞組成巖作用豐富多樣。通過以觀察巖石薄片和鑄體薄片為基礎(chǔ),結(jié)合電子探針、碳氧同位素分析等成果,對(duì)石龍洞組儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了分析研究,認(rèn)為該區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育與孔隙演化主要與表生溶蝕作用以及埋藏溶蝕、白云石化作用等主要成巖作用密切相關(guān),此外,壓實(shí)、膠結(jié)和充填作用等,對(duì)研究區(qū)石龍洞組儲(chǔ)層發(fā)育主要起破壞性作用。在平面上,古巖溶主要發(fā)育于白云石化-表生溶蝕成巖相中,如圖1所示。

圖1 中揚(yáng)子西部地區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組成巖相圖

(1)白云石化作用對(duì)古巖溶的控制

白云石化作用是區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖中普遍發(fā)育的一種交代作用,能使碳酸鹽巖的孔隙度增大及巖石孔隙類型增多,從而增強(qiáng)其可溶性。(2)溶蝕作用對(duì)古巖溶的控制

碳酸鹽巖的溶蝕是受富含CO2的大氣水或地下水淋濾、溶解而產(chǎn)生的,它們多數(shù)出現(xiàn)在沉積物表面容易出露于大氣的地區(qū)(如潮間帶等地)、滲流帶內(nèi)以及古侵蝕面有關(guān)的地段。溶蝕作用是碳酸鹽巖地層中產(chǎn)生儲(chǔ)集空間的重要作用。本區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組古巖溶中的溶蝕現(xiàn)象很普遍,且溶蝕作用強(qiáng)烈,沉積物從沉積于海底開始到暴露地表,然后到埋藏階段均可發(fā)生溶蝕作用,并形成一些溶蝕孔隙。

碳、氧穩(wěn)定同位素分析結(jié)果表明,δ13C‰和δ18O‰(PDB)值呈現(xiàn)較大的負(fù)值,見表2。Z值中有3個(gè)大于120,顯示出高鹽度海水沉積特征,但是頂部的D樣品Z值小于120,表明鹽度淡化。同時(shí)所有的測(cè)試樣品計(jì)算的古鹽度均偏小,這些與成巖過程中大氣淡水的加入以及成巖溫度有關(guān)。

表2 中揚(yáng)子西部石龍洞組碳、氧同位素組成與古溫度、古鹽度、Z值計(jì)算表

(3)壓實(shí)壓溶作用對(duì)古巖溶的控制

沉積物隨著埋藏深度的增加,壓力、溫度不斷升高,其孔隙度降低,厚度不斷減小。壓實(shí)、壓溶現(xiàn)象在本區(qū)下寒武統(tǒng)地層中普遍存在。

2.3 成巖相影響

(1)典型單剖面成巖段研究

宜昌蓮沱王家坪下寒武統(tǒng)石龍洞組儲(chǔ)層成巖段特征:該剖面發(fā)育局限臺(tái)地相沉積,自下而上可劃分為潮間坪夾潮上坪-瀉湖-潮上坪。根據(jù)詳細(xì)的巖石薄片和鑄體薄片觀察分析,將該剖面自下而上劃分為六個(gè)成巖段,如圖2所示。

圖2 中揚(yáng)子西部地區(qū)宜昌蓮沱王家坪下寒武統(tǒng)石龍洞組儲(chǔ)層柱狀剖面圖

(2)成巖相平面分布研究

以單剖面成巖段分析為基礎(chǔ),結(jié)合各個(gè)剖面和單井成巖作用分析,總結(jié)出研究區(qū)平面成巖相分布規(guī)律,成巖相可分為三個(gè)區(qū)域:①白云石化+表生溶蝕作用成巖相區(qū):該成巖相主要分布在研究區(qū)西部靠近利川古隆起區(qū)和東北部的宜昌地區(qū),該區(qū)水體淺,主要發(fā)生了白云石化成巖作用和表生溶蝕成巖作用,形成了良好的儲(chǔ)集空間,為儲(chǔ)層分布有利區(qū)。②白云石化+表生溶蝕+壓實(shí)壓溶作用成巖相區(qū):該成巖相主要分布在研究區(qū)北部,由于該區(qū)水體較深,主要發(fā)生了白云石化成巖作用、表生溶蝕成巖作用和壓實(shí)壓溶成巖作用,為儲(chǔ)層發(fā)育的次有利分布區(qū)。③白云石化+壓實(shí)壓溶+膠結(jié)作用成巖相區(qū):該成巖相主要分布在工區(qū)東南部永順王村地區(qū),該區(qū)主要發(fā)生了表生溶蝕作用、壓實(shí)壓溶作用和膠結(jié)作用,由于膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育起破壞作用,該區(qū)為儲(chǔ)層發(fā)育不利分布區(qū)。

(3)沉積相控制

以下寒武統(tǒng)SQ6-HST沉積特征為例研究本區(qū)沉積相對(duì)古巖溶的控制,SQ6-HST沉積特征呈現(xiàn)出東南低西北和東北高的古地理特征(見圖3),海水由南東向北侵入的特點(diǎn),自南向西北和東北依次發(fā)育主要由潮下→潮間→潮上的一套以緩坡環(huán)境的海相碳酸鹽為主體的沉積。工區(qū)西北部利1井至武隆一帶和工區(qū)東北部石門楊家坪一帶為古高地地區(qū),發(fā)育潮上蒸發(fā)坪,以發(fā)育含石膏的白云巖和膏巖沉積為主要特征。

該高地周緣地區(qū)為潮間坪沉積,主要發(fā)育晶粒白云巖,為良好的儲(chǔ)集巖分布區(qū)。而永順-張家界-松滋以北地區(qū)為潮下灘間海及瀉湖沉積,發(fā)育大套的粉晶云巖沉積,局部夾淺灘相顆?；?guī)r沉積。從沉積相的分布來看,好的原生儲(chǔ)集巖主要分布在潮間坪,其次為潮下淺灘亞相沉積中。但是研究區(qū)由于在石龍洞組沉積晚期受海平面變化與地殼運(yùn)動(dòng)影響,遭受大氣淡水淋濾。

3 結(jié) 論

1)江漢平原及鄰區(qū)海相碳酸鹽巖可分為同生期層間巖溶、裸露期古風(fēng)化殼巖溶及埋藏期熱水巖溶。同生期層間巖溶與高頻相對(duì)海平面下降有關(guān);裸露期古風(fēng)化殼巖溶與低頻相對(duì)海平面下降有關(guān);埋藏期熱水巖溶主要為非選擇性溶蝕,與裂縫的關(guān)系較為密切;

2)控制碳酸鹽臺(tái)地上古巖溶發(fā)育的相關(guān)因素有古構(gòu)造、全球性海平面變化、成巖作用、成巖相等,其中石龍洞組地層的古巖溶發(fā)育主要受構(gòu)造隆升控制;

3)通過分析碳酸鹽巖在不同的溫度、壓力等環(huán)境條件下的溶蝕作用機(jī)理,古巖溶發(fā)育與分布規(guī)律,從而了解古巖溶對(duì)油氣儲(chǔ)集的控制規(guī)律[3],為油田的勘探、 開發(fā)提供一定的技術(shù)思路。

圖3 中揚(yáng)子西部地區(qū)下寒武統(tǒng)石龍洞組SQ6-HST巖相古地理圖

[1] 盛賢才,郭戰(zhàn)峰,陳學(xué)輝,等.江漢平原及鄰區(qū)海相碳酸鹽巖的古巖溶特征及控制因素[J].海相油氣地質(zhì),2007,4(2)

[2] 孔金祥.明月峽構(gòu)造帶石炭系儲(chǔ)集層研究[J].天然氣勘探與開發(fā),2001,24(3)

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TE122

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1004-9134(2010)02-0069-04

2009-07-12 編輯:姜 婷)

牛曉燕,女,1984年生,學(xué)士學(xué)位,2007年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè),現(xiàn)就讀于長(zhǎng)江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)研究生。郵編:434023