鄭 博，曹竣峰

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

引言

碳酸鹽巖廣泛分布于各地質(zhì)時代，約占沉積巖總面積的20%［1］。世界上有大約三分之一的油氣資源賦存在碳酸鹽巖中，其中又有一半是在白云巖中［2，3］。白云巖中的各種次生孔隙被認為是潛在的油氣儲集空間［4，5］。川東、渝北地區(qū)自1977年于上石炭統(tǒng)黃龍組獲高產(chǎn)工業(yè)氣流以來，前人已對該地區(qū)黃龍組沉積相和成巖作用特征進行了較深入的研究，積累了豐富的資料，但對成巖作用、沉積相與儲層發(fā)育關系的研究尚存不足。本文對川東、渝北地區(qū)白云巖儲層的巖石類型、成巖作用、成巖環(huán)境進行綜合研究，探討成巖作用與巖石物性、儲層特征的關系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

馬槽壩-黑樓門地區(qū)位于重慶市云陽、奉節(jié)和巫山縣境內(nèi)，構造上位于四川盆地東北部大巴山前緣坳陷帶，被西面的川東高陡褶皺帶構造帶、東面的齊岳山高陡背斜構造帶和北面的南大巴山前陸褶斷帶等3個構造帶夾持控制。上石炭統(tǒng)黃龍組為海相蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖沉積建造，超覆在志留系烴源巖層之上(圖1)。

2 儲層巖石學特征

2.1 儲層巖石類型

研究區(qū)內(nèi)白云巖儲層的巖石類型主要有微晶白云巖、粉-細晶白云巖、顆粒白云巖3類。

2.1.1 顆粒白云巖

顆粒白云巖是黃龍組二段最主要的巖石類型，根據(jù)沉積微相可分為潮坪-瀉湖相的白云巖顆粒白云巖、粒屑灘相的顆粒白云巖和潮道高能帶的顆粒白云巖(圖版1-3，1-4)，其中潮坪-瀉湖相白云巖主要為藻屑藻跡白云巖、藻砂屑白云巖、砂屑白云巖、球粒白云巖等;粒屑灘相白云巖主要為(含)生物屑白云巖、藻砂屑白云巖、蟲屑白云巖等;潮道高能帶的顆粒白云巖主要為砂礫屑白云巖，由于此類顆粒白云巖溶蝕孔洞非常發(fā)育，往往呈溶蝕孔洞殘余顆粒白云巖產(chǎn)出，部分受古表生期大氣淡水溶蝕作用而轉(zhuǎn)化為巖溶角礫巖。

圖1 馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組2段巖相古地理圖Fig.1 Sedimentary facies and palaeogeographic map of the second member of the Huanglong Formation in the Macaoba-Heiloumen region

2.1.2 微晶白云巖

主要形成于潮坪或瀉湖環(huán)境中，由微晶白云石組成，含有微-隱粒雜質(zhì)或有機質(zhì)，偶見發(fā)育水平藻紋層或具殘余藻屑紋層，也見有含石膏或石膏假晶的微晶云巖，局部裂縫發(fā)育(圖版1-1)。

2.1.3 粉-細晶白云巖

大部分具有殘余顆粒結(jié)構，白云石晶形較好，晶體較粗，部分可達細晶級，呈半自形-自形的晶粒支撐結(jié)構，發(fā)育針孔狀溶孔，有利儲層發(fā)育，往往分布于粒屑灘環(huán)境中(圖版1-2)。

2.2 儲集空間類型

2.2.1 原生粒間孔

原生粒間孔是指沉積前形成的孔隙。研究區(qū)原生粒間孔隙主要表現(xiàn)為碳酸鹽重結(jié)晶形成的晶間孔隙(圖版 1-3，1-5)。

2.2.2 次生粒內(nèi)及粒間溶孔

粒內(nèi)溶孔主要分布于部分生物碎屑、藻屑中，形態(tài)不規(guī)則，大小不等，孔徑一般為0.05～0.3mm，是較為常見孔隙類型。其孔隙有效面孔率不高，僅為1%～5%。粒間溶孔是顆粒之間的膠結(jié)物和基質(zhì)被溶蝕而形成。這種孔隙在研究區(qū)的生物碎屑砂屑白云巖、粉-細晶白云巖中較發(fā)育，其成因與古表生期的大氣淡水溶蝕有關(圖版1-3，1-4)。

2.2.3 鑄模孔

螺殼和辯鰓多形成粒內(nèi)溶孔，當溶蝕作用繼續(xù)進行時，粒內(nèi)溶孔進一步擴大，直到顆粒全部被溶蝕掉，形成鑄?？?圖版1-5)。而棘屑、腕足等基本不發(fā)生溶蝕。不同的巖石中鑄?？椎臄?shù)量不同，通常在0% ～8%之間，對儲層的貢獻較大。

2.2.4 晶間溶孔和超大溶孔

伴有溶蝕作用形成擴大的晶間溶孔或超大溶孔在欠壓實的埋藏交代成因的晶粒狀白云巖中很發(fā)育，是最重要的儲集空間(圖版1-6)。多為中孔和大孔，部分為溶洞，鏡下測量孔徑為 0.15～1.4mm，面孔率5% ～18%。大多數(shù)白云石晶間溶孔被晚期中-粗晶方解石、細-中晶白云石、瀝青、天青石、螢石、石英等充填。影響了空隙的有效性。

2.3 儲層成巖作用類型

對馬槽壩-黑樓門地區(qū)石炭系黃龍組巖石薄片進行鏡下觀察表明，研究區(qū)碳酸鹽儲層成巖作用主要有:膠結(jié)作用、壓實壓溶作用、白云石化作用、石膏化作用、硅化作用和大氣淡水溶解作用、去云化作用等。

圖版1說明:a.微晶白云巖，充填溶洞的白云石具有晶間孔.門南1井，C2h2，照片對角線長4mm(-);b.粉-細晶含灰質(zhì)白云巖，大量白云石晶間溶孔被方解石充填，局部晶間孔被黃鐵礦充填.馬槽1-1，C2h3，照片對角線長1.6mm(-);c.粉晶蟲屑白云巖，裂縫中充填白云石.云安6井，C2hl2，照片對角線長4mm(-);d.具溶蝕孔亮晶砂屑白云巖，粒內(nèi)溶孔、粒間孔.門南1井，C2hl2，照片對角線長4mm(-);e.亮晶藻砂屑白云巖，生物屑內(nèi)溶孔并充填白云石.門南1井，C2hl2，照片對角線長1.6mm(+);f.具溶蝕孔硅化微晶粉屑白云巖，溶蝕洞，洞內(nèi)充填自生石英和有機質(zhì).茨竹1井，第1回次，C2hl2，對角線長1.6mm(-);g.殘余生物屑微-粉晶白云巖，充填生物體腔的灰泥重結(jié)晶，具粒內(nèi)溶孔.茨竹1井，C2h2，照片對角線長1.6mm(-);h.硅化殘余砂屑細-粉晶白云巖.云安6井126號，C2hl3，照片對角線長1.8mm(-);i殘余生物屑微-粉晶白云巖，膏?？妆话自剖糠殖涮?茨竹1井，C2h2，照片對角線長4mm(+)

2.3.1 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用在黃龍組層位中普遍發(fā)育(圖版1-1)，常見的膠結(jié)物為泥-微晶結(jié)構，微-亮晶膠結(jié)結(jié)構，亮晶膠結(jié)結(jié)構。淡水膠結(jié)主要發(fā)生在淡水滲流帶和潛流帶，形成等軸粒狀亮晶方解石膠結(jié)物。由于膠結(jié)作用，使顆粒碳酸鹽巖的原巖或呈二世代結(jié)構，有的還可見三世代結(jié)構。第一世代為纖狀-短柱狀方解石，第二世代開始粒間孔隙完全被充填，因此，膠結(jié)作用是破壞巖石儲集性能的的成巖作用，其結(jié)果是使部分或全部原生孔隙遭到破壞，使巖石孔隙度、滲透率下降。

2.3.2 壓實作用

碳酸鹽沉積物在埋藏過程中，受到壓實作用出現(xiàn)失水、流動及塑性變形等現(xiàn)象。受壓實后可發(fā)生礦物的穩(wěn)定化作用，如不穩(wěn)定的高鎂方解石向穩(wěn)定的低鎂方解石轉(zhuǎn)化。同時形成顆粒變形，使顆粒間變?yōu)槲⒖p合線接觸關系。通常發(fā)生在淺埋藏-半深埋藏的早成巖階段早期至晚期。

2.3.3 壓溶作用

壓實作用的持續(xù)會使巖石發(fā)生溶解并有自生礦物和充填縫合線的形成，充填物有黑色有機質(zhì)及黃鐵礦、粗晶方解石、白云石等礦物，有時伴有白云石化等，其特征受原巖性質(zhì)和應力強度的控制。壓溶作用則是在物理作用的基礎上疊加了化學作用，是淺埋-深埋藏環(huán)境下的地質(zhì)事件，對巖石的儲集性能有較大的影響。

2.3.4 重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用在各巖性中的結(jié)晶程度和分布不同。白云巖的重結(jié)晶作用相對灰?guī)r更強烈一些，礦物晶體粒度呈微晶-粉晶或粉晶-中晶，最發(fā)育的是粉晶-細晶結(jié)構。強烈的重結(jié)晶作用使原巖的組構消失或僅留下部分殘余結(jié)構。重結(jié)晶強度對儲層孔隙的影響甚為明顯，中等重結(jié)晶程度的粉-細晶白云巖有利于孔隙度和滲透率的提高(圖版1-8)。

2.3.5 巖溶作用

巖溶作用是溶解作用的一種特殊類型，不飽和富有溶蝕性和流動性的水溶液對已固結(jié)成巖的碳酸鹽巖可溶巖產(chǎn)生溶解作用。而古巖溶儲層又是其中非常重要一類。馬槽壩-黑樓門地區(qū)石炭系儲層就是古巖溶儲層。按巖溶作用形成時期可分為表生期的巖溶作用和埋藏期的溶蝕作用(圖版1-5，1-7，)。

3 儲層物性特征

3.1 孔滲物性特征

據(jù)研究區(qū)白云巖儲層的物性資料分析結(jié)果，孔隙度分布范圍為0.14% ～15.24%，平均值為3.35%，在孔隙度分布直方圖上主峰位于1.0% ～6.0%之間(圖2)，約占孔隙總量的84%;滲透率分布范圍為(＜0.01～290)×10-3μm2，平均值為1.51 ×10-3μm2，滲透率主峰有兩個，一個為位于 ＜0.01×10-3μm2，另一在(1 ～100)×10-3μm2之間(圖2)。由上述的孔滲數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)黃龍組儲層總體上屬于低孔低滲儲層。

圖2 馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組儲層分布直方圖Fig.2 Bar charts showing the distribution of the dolostone reservoirs in the Macaoba-Heiloumen region

圖3 馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組儲層孔滲相關圖Fig.3 Correlation of porosity and permeability of the dolostone reservoirs in the Macaoba-Heiloumen region

馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組儲層孔隙度與滲透率相關圖反映黃龍組孔隙度與滲透率呈弱正相關性(圖3)，相關系數(shù)為0.35，說明孔喉對儲層滲流能力仍有較大影響。但在同一孔隙度范圍內(nèi)，滲透率的變化可達2～3個數(shù)量級，說明裂縫對改善儲層的滲流能力起關鍵作用，與鏡下可見較發(fā)育的溶縫吻合。

3.2 孔隙結(jié)構特征

孔隙結(jié)構是指巖石孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布特征及其相互連通關系，由于它能較好地表征儲層的儲滲能力、流體分布、油氣產(chǎn)層的產(chǎn)能、油水在油層中的運動、水驅(qū)油效率及原油采收率的大小等特征，因而成為儲層研究的的重要內(nèi)容之一。

3.2.1 喉道形態(tài)類型

馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組儲層喉道以孔隙小型、宿頸型、管狀喉道型與片狀喉道型為主，而點狀喉道基本未見。

3.2.2 喉道大小

最大連通孔喉半徑(Rc10)為 0.0214～13.3046μm，平均值2.3187μm;中值孔喉半徑(Rc50)為0.0115 ～0.9356μm，平均值0.3209μm，在產(chǎn)出規(guī)模上，多以中、細喉為主，次為微喉。

3.2.3 孔喉組合關系

研究區(qū)黃龍組儲層的儲集空間雖由多種類型的孔隙組合而成，但往往以其中一種或幾種孔隙占主導地位。從鑄體薄片資料來看，巖石的各種溶孔雖然較發(fā)育，但孔隙之間的連通性仍然較差，其孔喉關系以中、小孔-中細喉組合為主，小孔-細、微喉型組合與小孔-微喉型組合次之，少部份為中、小孔-中喉組合，以及微孔-微喉型組合。

4 儲層控制因素

4.1 巖性

巖石是儲層存在與發(fā)育的物質(zhì)基礎，不同的巖石類型在不同的環(huán)境中其分布及組合也不盡相同，孔隙的發(fā)育特征和分布特征也有很大的差異。根據(jù)研究區(qū)的儲層特征可以看出，儲層主要發(fā)育在顆粒白云巖、晶粒白云巖和白云質(zhì)巖溶角礫巖等巖性中，而且在這3種儲集巖中，其孔隙類型和孔隙組合特征也不相同，反映了原始沉積組構對儲層物性的控制，其在顆粒云巖和云質(zhì)巖溶角礫巖中最為明顯。

4.2 沉積微相

由研究區(qū)儲層的巖性與物性關系可知，顆粒白云巖與晶粒白云巖的物性特征整體較好，而這兩種巖石類型的發(fā)育和分布顯然是受沉積相的控制。顆粒白云巖本身的沉積特征表明它的沉積環(huán)境主要為高能的粒屑灘、潮道，在這種環(huán)境中，由于波浪和潮汐的簸選和改造，細粒的灰泥及云泥被帶走，沉積粗粒碎屑;原始滲透率較高;加之較短的埋藏時間和較淺的埋藏深度，后又被抬升改造，使得滲透率更為發(fā)育，因此粒屑淺灘、潮道是研究區(qū)儲層發(fā)育的最有利沉積環(huán)境(圖1)。泥粉晶白云巖的分布特征及沉積特征主要受到局限的瀉湖環(huán)境所控制，雖然在這一環(huán)境中能量低，沒有大量的顆粒物質(zhì)沉積，然而在蒸發(fā)條件下，它為其埋藏白云化提供了一個極好的沉積成巖環(huán)境;高鹽度的海水在埋藏過程中，造成了沉積物的白云化，從而發(fā)育白云石晶間孔隙，因此局限的蒸發(fā)瀉湖環(huán)境有利于儲層的發(fā)育。

4.3 白云化作用

研究區(qū)較好的碳酸鹽巖油氣儲層，幾乎都為白云石化形成的白云巖(成巖白云巖)。有利儲層發(fā)育的巖石類型有微-粉-細晶白云巖、交代殘余狀的顆?；屹|(zhì)粉晶白云巖、藻紋層狀的灰質(zhì)微-粉晶白云巖等。因此，白云化作用是研究區(qū)碳酸鹽巖成巖過程中最為普遍和重要的成巖作用。理論上，由方解石轉(zhuǎn)化為白云石的過程可縮小14.81%的體積(即所謂的減體積效應)，由此產(chǎn)生規(guī)則的多面體晶間孔而使巖石的孔隙度增大。因此，白云巖化過程是形成次生孔隙的一個重要因素。根據(jù)薄片鏡下觀察，黃龍組碳酸鹽巖白云化作用具有多期次的特點，按儲層的白云巖化的階段，分為準同生交代白云巖和成巖期交代白云巖。

4.3.1 準同生交代白云石化

準同生白云石化作用的產(chǎn)物主要為泥-微晶白云巖(圖版1-1)、含硬石膏或與硬石膏互層產(chǎn)出的膏質(zhì)泥-微晶白云巖、膏質(zhì)藻團粒微晶等，白云石晶體細小，通常＜0.004mm，大小均勻，形態(tài)以它形晶為主。此類巖石較為致密，孔隙不發(fā)育，但在有裂縫發(fā)育時，可形成溶蝕孔隙。大多數(shù)孔隙被后期的方解石或白云石晶體充填或半充填?？捎脺释舭l(fā)泵白云巖化模式加以解釋，即在干旱炎熱的蒸發(fā)潮坪環(huán)境中，由于孔隙水強烈蒸發(fā)濃縮，導致石膏結(jié)晶，形成高鎂鹵水鈣質(zhì)沉積物而發(fā)生白云巖化作用，主要分布在有強烈蒸發(fā)作用的薩勃哈潮坪和暴露的灘頂體相帶，常伴生有石膏、莓狀黃鐵礦等礦物。

4.3.2 成巖交代白云石化

黃龍組白云巖儲層原始結(jié)構普遍遭到程度不同的破壞(如鮞粒、蟲屑和砂屑結(jié)構)。部分白云巖為原始結(jié)構完全消失的晶粒白云巖(圖版1-8，1-9)，晶體大小為0.03 ～0.1mm，大小較均勻，形態(tài)以半自形～自形晶為主，晶體鏡下呈棕褐色，殘余大量原巖微晶或雜質(zhì)，重結(jié)晶作用明顯，具霧心亮邊結(jié)構。這種現(xiàn)象是由淺埋藏成巖作用與成巖孔隙流體演化造成的，為典型的粉-細晶結(jié)構，是一類最有利儲層發(fā)育的巖石類型。

5 結(jié)論

(1)馬槽壩-黑樓門地區(qū)黃龍組儲層巖石類型主要為顆粒白云巖、微晶白云巖、粉-細晶白云巖。

(2)研究區(qū)黃龍組儲集空間以次生粒間及粒內(nèi)溶孔為主，并伴生有超大溶孔。儲層總體上屬于低孔低滲儲層，以小孔-中細喉組合為主。儲層成巖作用主要有膠結(jié)作用、壓實壓溶作用、白云化作用、石膏化作用、硅化作用和大氣淡水溶解作用、去云化作用等。

(3)控制儲層發(fā)育的最主要因素是白云巖化作用，按時間先后分為準同生交代白云石化作用和成巖交代白云石化作用。古表生期大氣水的巖溶作用以及再埋藏期的構造破裂和深部溶蝕作用對儲層發(fā)育也產(chǎn)生了重要影響，而粒屑淺灘、潮道等沉積微相則是儲層發(fā)育的先決條件。

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