盛賢才，郭戰(zhàn)峰，馮 暢，胡曉鳳，包漢勇*

(1.中國石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430223；2.長江大學，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.中國石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430223；2.長江大學，湖北 武漢 431000)

應用鄂西渝東地區(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，結合儲層流體包裹體以及埋藏史、熱史資料，對其成巖作用類型、成巖演化序列、儲層孔隙演化進行了研究。結果顯示：該區(qū)石龍洞組的主要成巖作用類型包括膠結、壓實—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層形成的關鍵性成巖作用；研究區(qū)石龍洞組沉積時期潟湖邊緣淺灘、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，包括方斗山復背斜、石柱復向斜、齊岳山復背斜和利川復向斜等構造單元。

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，是油氣運移的有利指向區(qū)；早燕山期以及晚燕山—喜山期齊岳山復背斜以西構造改造相對較弱，構造較為簡單，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]。近年來的勘探評價均認為該地區(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)石龍洞組儲層縱、橫向特征是鄂西渝東地區(qū)勘探綜合評價要素之一，近年來，研究區(qū)的鄰區(qū)針對該層系的沉積儲層做了較多的工作[6-7]。該文通過對利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，探討了儲層形成機理，為進一步開展儲層縱橫向特征刻畫、成藏分析與勘探評價奠定了較好基礎。

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供應影響較大的沉積產物；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，地勢總體西高東低，總體為沉積水體較淺的碳酸鹽巖緩坡臺地沉積[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1、長生1井出現石膏或膏質云巖，區(qū)域厚度為160～340 m。測井顯示其自然伽馬為低值，中下部有一個低峰，與四川盆地中南部龍王廟組測井特征較相似，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、云質灰?guī)r、亮晶鮞粒灰?guī)r為主，可夾白云巖、膏質云巖；上段為灰、深灰、淺灰色泥晶云巖，亮晶云質砂屑灰?guī)r，砂屑云巖，角礫狀云巖，膏質云巖，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 膠結作用

研究區(qū)最明顯的膠結作用表現在石龍洞組淺灘相灰?guī)r中，多以世代膠結為特征，一般發(fā)育2個世代的膠結物(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，構成第1世代纖維狀等厚環(huán)邊膠結物，此類膠結物主要形成于海底成巖環(huán)境。第2世代膠結物為粒狀方解石，最常見的是在櫛殼狀膠結物之外形成第2世代或更晚期鑲嵌式膠結物，此類膠結物可能形成于淺埋藏階段。從薄片系統(tǒng)觀察結果來看，研究區(qū)絕大多數鮞粒、砂屑、生屑等未被壓扁變形，反映沉積之后膠結物形成較早，抵御了后期的埋藏壓實作用。

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1井)或石膏假晶(如利1井)，見藻紋層理，白云石形成于強烈蒸發(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構，呈層狀或不規(guī)則狀分布于泥晶白云巖或砂屑灰?guī)r、鮞?；?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)晶云巖構造微裂縫發(fā)育，推測白云石化發(fā)生在沉積物固結成巖之后，構造微裂縫溝通了能夠發(fā)生白云石化的成巖流體，從而導致了此類成巖作用的發(fā)生，內緩坡、淺緩坡相帶發(fā)育的高能淺灘發(fā)育相對多的殘留孔隙，有利于淺埋藏階段成巖流體的活動，因此，與高能淺灘有關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烴類侵位，導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 壓實及壓溶作用

壓實作用是使研究區(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)生了早期膠結作用，壓實作用對其影響較小，表現為骨架顆粒之間主要為點接觸。隨著埋深繼續(xù)增加，巖層發(fā)生壓溶作用，主要表現為碳酸鹽巖顆?；蚓鎻澢疏偳稜?，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、膠結物和基質，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)經歷了多期構造改造，巖層破裂較為強烈，從利1井鉆井巖心以及薄片等觀察結果來看，下寒武統(tǒng)石龍洞組裂縫十分發(fā)育，根據裂縫之間的交叉關系、充填物成分結合包裹體測溫，該地區(qū)至少發(fā)生5期破裂作用(圖1c)。第1期裂縫以微細縫為主，主要見于粉晶白云巖中，與埋藏白云石化關系密切，形成時期較早，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℃，結合演化史和熱史分析，裂縫形成時間應在早石炭世之前。第3期裂縫較為發(fā)育，切割第1、2期裂縫充填物，被硅質、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，推測該期裂縫形成時以及充填時液態(tài)烴大部分已經熱解成氣態(tài)烴，方解石充填物中的包裹體均一溫度為173～242℃，時間為晚三疊世，有機包裹體以氣態(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，形成時代推測大致在燕山—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。根據孔隙充填物組分以及相互交切關系可以識別出3期溶蝕孔隙。第1期溶蝕作用強烈，常見于研究區(qū)石龍洞組中上段的粉(細)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|、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，暗示溶蝕作用與該期構造關系密切，亦應大致形成于海西期。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，因而認為與第4期構造裂縫關系密切，主要形成于印支期，溶蝕洞縫亦主要見于粉細晶云巖中，充填物以方解石為主，部分溶蝕洞縫中見有硅質、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，形成時間較第1期溶蝕作用晚，應在液態(tài)烴熱解和瀝青形成之后的大量生氣階段。第3期溶蝕作用亦較強烈，與之相關的溶蝕孔(洞)主要見于粉細晶云巖中(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溶孔，其次是孔徑較小的晶間溶孔，未見充填物?，F今利1井下寒武統(tǒng)石龍洞組巖心孔隙度最大可達22.9%，平均孔隙度為7.53%，主峰孔隙度優(yōu)勢區(qū)集中于4%～12%，與這期未充填孔隙發(fā)育井段一致，形成時期推測在燕山—喜山期。

通過進一步分析認為研究區(qū)石龍洞組多期溶蝕作用可能均與熱化學反應TSR有關。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反應的3個基本條件——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，威遠氣田震旦系以及寒武系儲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，石龍洞組儲層形成過程中的多期溶蝕與TSR有關可能具有普遍意義。

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，淺灘沉積時相對海平面下降可導致時間不長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)邊膠結物的形成使得淺灘原始沉積孔隙減小很快。強烈蒸發(fā)的潮坪環(huán)境則發(fā)生準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)境及逐漸增強的壓實作用，潮坪沉積物孔隙減小很快，原始孔隙幾乎消失殆盡。淺灘沉積由于進一步膠結作用使得原始粒間孔隙繼續(xù)減少，以致最終成為非儲層或差儲層。淺埋藏階段另一個重要成巖事件是埋藏白云石化，推測是由構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。經過此階段成巖作用之后，出現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)出現多次構造升降，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)等逐漸成為影響儲層孔隙發(fā)育的主要成巖作用類型。海西晚期的一幕構造運動形成的裂縫對儲層影響較大，推測裂縫溝通了烴源巖和石龍洞組儲層，來自烴源巖的富烴、富硅的流體進入石龍洞組，形成最重要的一次烴類充注，而由烴類充注產生的TSR反應導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，加劇了儲層非均質性，隨后相關孔、縫被硅質、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。中三疊世印支運動早幕在石龍洞組再一次形成與小型斷層有關的裂縫，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，儲集性能改善，這期埋藏溶蝕應發(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、硅質等充填導致儲層孔隙度降低，方解石捕獲的有機包裹體以氣態(tài)烴為主。燕山—喜山期構造運動再一次在石龍洞組中形成裂縫，與之有關埋藏溶蝕作用發(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，為儲層形成提供了物質基礎，淺埋藏階段與淺灘系列有關的白云石化為更晚期的成巖流體提供了活動空間，而深埋藏階段的溶蝕作用造就了儲層現今的儲集空間。因此，研究區(qū)石龍洞組沉積時期潟湖邊緣淺灘、淺緩坡淺灘發(fā)育區(qū)域(龍山茨巖塘一帶及其以西)將是儲層發(fā)育有利區(qū)。

4 結 論

(1) 研究區(qū)主要成巖作用包括膠結、壓實—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，是導致儲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晶云巖，主要形成于淺埋藏階段，一般與高能淺灘沉積有關；中—深埋藏階段的溶蝕作用對巖性有較強的選擇性，主要發(fā)生于淺埋藏白云化作用有關的粉細晶云巖中，溶蝕作用可能與TSR有關。

(3) 研究區(qū)石龍洞組碳酸鹽巖成巖序列研究結果表明，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行，對石龍洞組儲層的最終形成有利。

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編輯 林樹龍

20141203；改回日期：20150410

國家重大專項“中揚子地區(qū)海相層系油氣成藏條件與勘探評價(二期)”(2011ZX05005-003-004)

盛賢才(1965-)，男，高級工程師，1986年畢業(yè)于中國地質大學(武漢)地層古生物專業(yè)，2002年畢業(yè)于長江大學礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)，獲碩士學位，現從事油氣儲層與勘探評價工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.002

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0004-04

* 參加此項研究的還有文可東。