王廣偉　李平平　郝　芳,2　鄒華耀　余新亞

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院　北京　102249； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)　武漢　430074)

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建南地區(qū)飛仙關(guān)組三段白云巖分布與成因
——基于三維地震、巖石學(xué)和地球化學(xué)綜合分析

王廣偉1李平平1郝芳1,2鄒華耀1余新亞1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院北京102249； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)武漢430074)

摘要建南地區(qū)飛三段是現(xiàn)今研究區(qū)重要的產(chǎn)氣層，儲(chǔ)層類型主要為致密顆粒灰?guī)r和細(xì)晶白云巖，然而，相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層均發(fā)育于白云巖中。因此，對(duì)飛三段白云巖分布規(guī)律的研究是預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的基礎(chǔ)。本研究基于錄井、測(cè)井、巖芯和三維地震等資料，在構(gòu)建單井白云石含量曲線的基礎(chǔ)上，利用多屬性轉(zhuǎn)換分析建立三維地震屬性與白云石含量曲線的關(guān)系，反演白云石含量在平面和剖面上的分布，結(jié)合巖石學(xué)、地球化學(xué)和沉積相對(duì)白云巖化流體的性質(zhì)與來源進(jìn)行了分析。

建南地區(qū)飛三段白云巖以細(xì)晶、平面自形—半自形為主，非平面它形晶少量分布。陰極發(fā)光下白云石為暗紅色，無或少量環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)。利用多屬性轉(zhuǎn)換方法建立地震屬性與白云石含量的關(guān)系，當(dāng)選取5個(gè)地震屬性組合時(shí)對(duì)白云石含量的預(yù)測(cè)最佳，預(yù)測(cè)誤差為9%。五個(gè)屬性分別為 Amplitude Weighted Frequency、Amplitude Weighted Cosine Phase、Derivative Instantaneous Amplitude、Quadrature Trace 和 Integrate。將預(yù)測(cè)的白云巖分布與沉積相疊合顯示白云巖主要分布于臺(tái)內(nèi)洼地的兩側(cè)，向臺(tái)地內(nèi)部規(guī)模和厚度逐漸減小。綜合地球化學(xué)數(shù)據(jù)和白云巖的分布特征說明，白云巖化流體主要來源于臺(tái)內(nèi)洼地的泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r的壓實(shí)海源流體。隨埋深的加大，洼地沉積物中的富Mg流體優(yōu)先側(cè)向運(yùn)移至洼地兩側(cè)的孔隙性顆粒灘中并發(fā)生白云巖化作用。因此，洼地邊緣顆粒灘是優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的有利勘探區(qū)。

關(guān)鍵詞白云巖化白云巖化流體地震屬性飛仙關(guān)組建南地區(qū)

0引言

四川盆地是中國(guó)大型富天然氣盆地之一，其大中型氣田主要集中分布于二疊系和三疊系海相礁灘相儲(chǔ)層中[1-2]。大量勘探及研究表明，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育和分布與白云巖(化)密切相關(guān)[3-7]。在碳酸鹽巖層系中，尤其在深埋藏環(huán)境，白云巖因其常具有比周圍灰?guī)r更好的孔滲性而成為油氣勘探的優(yōu)選目標(biāo)[8-10]。然而，受白云巖化流體運(yùn)移方向和交代過程的影響，不同成因的白云巖體常具有特征性的幾何形態(tài)和分布特征[11]，如，準(zhǔn)同生白云巖化作用常形成側(cè)向廣泛分布的層狀白云巖，而熱液白云巖化作用則形成沿?cái)鄬觾蓚?cè)成線性分布的白云巖體[12]。因此，研究白云巖化機(jī)理，尤其是白云巖化流體來源和運(yùn)移方向是預(yù)測(cè)白云巖分布的基礎(chǔ)和前提[9]。

白云巖雖經(jīng)歷了200多年的研究，但現(xiàn)今仍是沉積學(xué)中的一個(gè)難題，即著名的“白云巖問題”[13-15]?？傮w來說，對(duì)白云巖化作用的研究主要集中于兩個(gè)方面：①白云巖化流體的來源，即有充足的Mg2+離子供應(yīng)；②具有能夠運(yùn)移Mg2+離子的水文動(dòng)力機(jī)制[9]。其研究則主要基于地層組合和接觸關(guān)系[16-20]，巖石學(xué)特征[21-26]和地球化學(xué)特征[27-30]。

然而，白云巖在盆地中的產(chǎn)狀與分布是白云巖化發(fā)生時(shí)盆地古流體活動(dòng)特征的直接標(biāo)志[11]，并可用于恢復(fù)白云巖化流體的運(yùn)移特征[31]。因此，對(duì)白云巖宏觀展布特征的精細(xì)刻畫，是認(rèn)識(shí)白云巖化流體來源和運(yùn)移方向的基礎(chǔ)。Longman等[32]利用中子—密度測(cè)井曲線計(jì)算了單井白云石含量的垂向變化，構(gòu)建了白云巖的剖面分布特征，并以此用于解釋威利斯頓盆地奧陶系紅河組白云巖的成因。然而，基于單井白云巖展布特征難以有效預(yù)測(cè)井間白云巖分布變化。相比，三維地震資料具有較好的連續(xù)性，然而，現(xiàn)今在白云巖的分布與成因研究中應(yīng)用極少，如，Sagan和Hart[33]和Ogiesoba[34]曾利用測(cè)井曲線與三維地震資料預(yù)測(cè)了孔隙度的分布，間接的用于指示高孔隙性白云巖儲(chǔ)層的分布。

建南地區(qū)位于四川盆地東部(圖1a)?，F(xiàn)今鉆井多集中分布于建南南、茶園和新店子灘體中，其他灘體如太平、樂福店等僅有少量或無探井(圖1b)，制約了對(duì)白云巖儲(chǔ)層分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)。本文首次將三維地震資料直接應(yīng)用于白云巖的分布預(yù)測(cè)中，并結(jié)合巖石學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，探討白云巖化流體的來源與運(yùn)移方向，擴(kuò)寬了研究白云巖化的方法和思路，對(duì)川東及其他地區(qū)白云巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與成因分析具有一定的借鑒意義。

圖1　建南地區(qū)構(gòu)造位置(a)與飛三段沉積期古地理分布(b)注：實(shí)心圓為鉆遇層狀白云巖的鉆井，剖面AA’ 見圖3Fig.1　The location (a) and general paleogeography (b) of the Jiannan area during deposition of T1f 3

1區(qū)域地質(zhì)背景

建南地區(qū)位于四川盆地東緣，構(gòu)造位置處于川東褶皺帶與湘鄂西褶皺帶的結(jié)合部位。受應(yīng)力條件和邊界條件的控制，川東與湘鄂西為典型的侏羅山式褶皺變形區(qū)，包括利川復(fù)向斜、齊岳山復(fù)背斜、石柱復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜和萬縣復(fù)向斜5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[35](圖1a)。研究區(qū)則位于石柱復(fù)向斜上(圖1b)。建南地區(qū)在前震旦系基底之上依次沉積了震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系[36]?？傮w上，盆地經(jīng)歷了海相沉積階段和陸相沉積階段[37]。以中三疊統(tǒng)巴東組頂部為界，之下為海相的碳酸鹽巖和泥巖沉積，之上為陸相的河流和湖泊沉積[38]。

建南地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組為海相碳酸鹽巖臺(tái)地沉積(圖1b)，與下伏長(zhǎng)興組和上覆嘉陵江組均為整合接觸，厚度約為400～550 m(圖2)。一般可將飛仙關(guān)組劃分為四個(gè)段，自下向上一次為飛一、飛二、飛三和飛四段。飛一和飛二段主要為泥晶灰?guī)r沉積；飛三段下部為泥晶灰?guī)r沉積，向上逐漸演化為顆粒灘沉積，構(gòu)成了建南地區(qū)主要的產(chǎn)氣層；建南地區(qū)大致以J28井為界，以南為南高點(diǎn)，以北為北高點(diǎn)[39]。顆粒灘在南高點(diǎn)主要分布于飛三段中—下部，向北逐漸抬升發(fā)育于中—上部[40]。飛四段主要為局限臺(tái)地相的膏質(zhì)泥灰?guī)r、泥晶云巖沉積，構(gòu)成了該區(qū)飛三段氣藏的直接蓋層。

下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組是四川盆地重要的產(chǎn)氣層[41-42]。在川東北，其優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要集中為飛仙關(guān)組一段和二段廣泛分布的顆粒白云巖，如普光、羅家寨、鐵山坡等氣田。其白云巖的分布與白云巖化機(jī)理的研究較為豐富。建南地區(qū)主要的產(chǎn)氣層則分布于飛仙關(guān)組三段，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)層占總探明儲(chǔ)層的50%以上，產(chǎn)量占建南氣田總產(chǎn)量的80%以上[43]。然而，由于白云巖分布較局限，對(duì)白云巖的形成機(jī)理與分布特征的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)今已有鉆井揭示，白云巖主要分布于建南氣田北部XD1井和L8井附近(圖1b)，顯示從臺(tái)內(nèi)洼地向臺(tái)地內(nèi)部逐漸減薄的趨勢(shì)(圖3)。

2基礎(chǔ)資料與研究方法

圖2　建南地區(qū)JP7井和XD1井飛仙關(guān)組白云巖和灰?guī)r的測(cè)井響應(yīng)特征注：PEF曲線在鉆遇白云巖儲(chǔ)層的XD1井顯示明顯的低值，一般小于4，而JP7井飛仙關(guān)組PEF值約為5，指示其巖性為灰?guī)r?？紫缎詢?chǔ)層發(fā)育處，DEN與CNL曲線顯示分開，而非儲(chǔ)層發(fā)育處兩曲線重合。受泥質(zhì)含量的影響，飛四段和飛一段底部亦顯示PEF低值特征。Fig.2　Lithofacies and well logs of the JP7 and XD1 wells showing the log response of limestone and dolostone in the Feixianguan Formation

本研究所利用的資料主要包括巖芯、薄片、測(cè)井和三維地震體。巖芯以鉆遇白云巖且取芯較連續(xù)的XD1和L8井為主。XD1井飛三段取芯累計(jì)長(zhǎng)度為49.7 m，L8井為30 m。共收集巖芯薄片649塊以及相應(yīng)的鑒定報(bào)告649份。其中，XD1和L8井薄片389塊。巖芯薄片取樣間距約0.3至0.5 m，薄片均采用茜蘇紅染色，用以區(qū)分白云石和方解石。此外，共收集了J26、J431、J69、JS1、JZ1、Tai1、XD1、JP2、JP7、和L8井等15口井的常規(guī)測(cè)井(GR和電阻率)、孔隙度測(cè)井和PEF測(cè)井曲線。收集的三維地震采集于2007年，面積917 km2，測(cè)網(wǎng)密度 25 m×25 m，主體位于石柱復(fù)向斜內(nèi)[44]。

基于巖石體積法，利用PEF測(cè)井曲線和巖芯標(biāo)定構(gòu)建單井白云石含量曲線。之后，利用多屬性轉(zhuǎn)換分析方法[45]進(jìn)行三維地震屬性的優(yōu)選，并建立白云石含量曲線與地震屬性的關(guān)系用于反演白云石含量在三維空間中的展布特征。

為了預(yù)測(cè)白云石含量在三維空間中的分布變化，首先構(gòu)建單井目的層段白云石含量曲線。本文主要選擇對(duì)碳酸鹽巖地層中方解石和白云石有較強(qiáng)分辨能力的PEF曲線(密度測(cè)井的一種)，并選擇取芯段較連續(xù)的巖芯(XD1和L8)進(jìn)行標(biāo)定。如圖2所示，PEF曲線在XD1井飛三段白云巖層段表現(xiàn)出明顯的低值，一般小于4，而未鉆遇白云巖的JP7井PEF曲線值一般為5左右。此外，泥質(zhì)或黏土礦物會(huì)對(duì)巖石的PEF值產(chǎn)生影響，PEF值隨泥質(zhì)含量的增加而減小。然而，飛三段GR曲線普遍為低值，表明碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量極少，對(duì)目的層段的影響較小，故本文未作泥質(zhì)含量的校正。泥質(zhì)含量在飛仙關(guān)組底部較高(圖2)，因此，在反演結(jié)果中應(yīng)注意區(qū)分。Wangetal.[46]對(duì)建南飛三段巖芯樣品的X衍射分析同樣也顯示樣品均為方解石和白云石組成。因此，構(gòu)建白云石含量與PEF曲線關(guān)系時(shí)可采用雙礦物模型(巖石僅由方解石和白云石兩種礦物組分組成)。當(dāng)構(gòu)建完白云石含量曲線后，即可利用多屬性轉(zhuǎn)換法建立白云石含量與三維地震屬性的關(guān)系，主要包括三步[34,45]：①逐步回歸；②驗(yàn)證分析；③神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和應(yīng)用。

圖3　建南地區(qū)飛三段沉積相與白云巖分布 注：剖面顯示白云巖從洼地邊緣向臺(tái)內(nèi)逐漸較薄尖滅，GR單位API，DOL為白云石含量(%)，剖面位置參見圖1b。Fig.3　Distribution of deposition facies and dolomite of the T1f 3 in the Jiannan area

第一步主要是通過最小二乘法原則優(yōu)選地震屬性組合。例如，存在n個(gè)地震屬性和m口鉆井的目標(biāo)曲線(本文為白云石含量曲線)，存在一個(gè)“分析算法”用于選取最佳的屬性組合用于預(yù)測(cè)目標(biāo)曲線，達(dá)到預(yù)測(cè)誤差最小。該算法首先尋找第一個(gè)最優(yōu)屬性，確定后即開始尋找第二個(gè)；當(dāng)?shù)诙€(gè)與第一個(gè)屬性組合后可以更好的預(yù)測(cè)目標(biāo)曲線。隨后再尋找第三個(gè)屬性，當(dāng)這個(gè)屬性與前兩個(gè)組合時(shí)則具有更低的預(yù)測(cè)誤差。依次類推，逐漸增加用于預(yù)測(cè)目標(biāo)曲線的地震屬性個(gè)數(shù)。然而，并非屬性越多，預(yù)測(cè)的效果越好。因此，需要一個(gè)“驗(yàn)證算法”用于確定最佳屬性數(shù)量，以達(dá)到屬性組合的最優(yōu)化，即第二步的驗(yàn)證測(cè)試。例如，當(dāng)程序已選擇兩個(gè)最佳屬性時(shí)，驗(yàn)證算法會(huì)隱藏第一口井的目標(biāo)曲線，用m-1口井的目標(biāo)曲線和2個(gè)最佳屬性擬合，預(yù)測(cè)被隱藏的第一口井的目標(biāo)曲線。之后，隱藏第二口井，用另外的m-1口井和2個(gè)最佳屬性擬合，預(yù)測(cè)第二口井的目標(biāo)曲線；依次隱藏各口井，用另外m-1口井的目標(biāo)曲線和屬性組合，預(yù)測(cè)被隱藏井的目標(biāo)曲線；最后求取這m口井的平均預(yù)測(cè)誤差。之后，再依次計(jì)算3個(gè)屬性組合、4個(gè)屬性組合等的平均預(yù)測(cè)誤差。當(dāng)增加屬性個(gè)數(shù)，驗(yàn)證誤差卻開始增大時(shí)，第二步結(jié)束，此時(shí)便確定了最佳地震屬性個(gè)數(shù)和組合。第三步，即利用選取的最優(yōu)屬性組合進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，建立目標(biāo)曲線與地震屬性的擬合關(guān)系，完成目標(biāo)曲線在三維地震中的反演。

3結(jié)果

3.1白云巖的巖石學(xué)與分布特征

建南地區(qū)飛三段白云巖依據(jù)晶體大小可劃分為泥—粉晶白云巖和細(xì)晶白云巖(圖4a)。已有鉆井資料顯示，泥粉晶白云巖僅在XD1井飛三段上部發(fā)育，累計(jì)厚度小于1 m，為準(zhǔn)同生白云巖[46]，本文不做詳細(xì)的分析。細(xì)晶白云巖是建南地區(qū)最為發(fā)育的白云巖類型，構(gòu)成了本區(qū)最為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層(圖4a)。

細(xì)晶白云巖主要分布于建南地區(qū)北高點(diǎn)飛三段顆粒灘的中下部，頂界面相對(duì)突變，底界面為漸變面，并與白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r互層分布(圖4a)。作為對(duì)比，圖4b給出了德克薩斯侏羅系Smackover組滲透回流白云巖作用形成的白云巖分布特征[47]。Smackover組白云巖化流體來源于上部Buckner組蒸發(fā)鹵水，隨離鹵水源距離的增加，白云石含量向下逐漸減少?？紫抖鹊淖兓瘎t受白云巖化之前灰?guī)r母巖的影響[47]。

依據(jù)Sibley和Gregg[21]的白云石晶體分類，細(xì)晶白云巖主要由平面自形—半自形晶體組成，他形晶少量分布(圖5a)?？紫额愋鸵跃чg孔和晶間溶孔為主(圖5a，b)，局部發(fā)育少量的溶孔(圖5b)。在部分白云巖化層段可見白云石優(yōu)先交代顆粒灰?guī)r中的鮞?；騼?nèi)碎屑[39]。陰極發(fā)光下，白云石晶體為暗紅色光，無或少量的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5c，d)。

圖4　建南地區(qū)飛三段 (a)和德克薩斯侏羅系Smackover組(b)白云石含量和孔隙度剖面分布特征注: XD1巖芯位置見圖2。圖b引自文獻(xiàn)47；GS：顆粒巖；PS：泥粒巖；WS：粒泥巖；MD：灰泥巖。Fig.4　Vertical profiles showing the variations of dolomite content and porosity in the T1f 3 in the Jiannan area (a) and in the Upper Jurassic Smackover Formation (b) in the Texas

3.2白云巖的平面預(yù)測(cè)與展布

研究區(qū)XD1井和L8井共取芯約80 m，并進(jìn)行了大量的巖芯薄片鑒定，對(duì)巖芯礦物成分有了精細(xì)的統(tǒng)計(jì)(圖6)。同時(shí)，兩口探井均進(jìn)行了GR、電阻率和PEF測(cè)井，為構(gòu)建白云石含量曲線提供了基礎(chǔ)資料。在碳酸鹽巖地層中，PEF測(cè)井對(duì)灰?guī)r和白云巖具有較強(qiáng)的識(shí)別能力(圖2)，是判斷白云巖與灰?guī)r最為可靠的測(cè)井之一[33-34]。理論上，純白云巖PEF值為3.14，純灰?guī)rPEF值為5.15?；屹|(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)rPEF值介于兩者之間，隨白云石含量的增加而減小。利用巖芯與PEF測(cè)井曲線并參考GR曲線確定白云石含量與PEF值的關(guān)系曲線為：Y= -48.29x+ 248.84；Y為碳酸鹽巖中白云石含量，x為測(cè)量的PEF值。當(dāng)x>5.15時(shí)，為純灰?guī)r，當(dāng)x<3.14時(shí)為純白云巖。利用公式計(jì)算的白云石含量與巖芯薄片的統(tǒng)計(jì)值具有較好的相關(guān)性(圖6)，因此，可應(yīng)用于其他鉆井白云石含量曲線的構(gòu)建。

本研究共構(gòu)建了15口鉆井的白云石含量曲線。將白云石含量曲線導(dǎo)入已建立時(shí)深關(guān)系的三維地震體中，并利用多屬性轉(zhuǎn)化分析方法建立地震屬性與白云石含量的關(guān)系，確定最優(yōu)屬性組合。當(dāng)屬性增加至6個(gè)時(shí)，驗(yàn)證誤差(Validation error)開始增大(圖7a)，故選取5個(gè)地震屬性時(shí)具有最優(yōu)的預(yù)測(cè)效果，預(yù)測(cè)誤差為9.08%。五個(gè)地震屬性分別為Amplitude Weighted Frequency、Amplitude Weighted Cosine Phase、Derivative Instantaneous Amplitude、Quadrature Trace 和Integrate(圖7b)。最終反演得到白云石含量的三維數(shù)據(jù)體。

圖5　建南地區(qū)飛三段白云巖的鏡下特征a.細(xì)晶白云巖，晶體以自形—半自形為主，晶間孔非常發(fā)育，中部溶縫被方解石(箭頭)全充填。單片光，紅色鑄體，L8，3 838.04 m；b.細(xì)晶白云巖，溶孔和晶間孔發(fā)育。單片光，紅色鑄體，XD1，3 262.41 m；c和d同一視域，白云石晶體成暗紅色陰極發(fā)光，無或少量環(huán)帶結(jié)構(gòu)。晶間方解石(箭頭)為暗色陰極發(fā)光。c為單偏光，d為陰極發(fā)光。XD1，3 263.71 m。Fig.5　Photomicrographs showing the petrography of the T1f 3 dolomite in the Jiannan area

圖6　建南地區(qū)飛三段取芯段PEF計(jì)算的白云石含量與巖芯統(tǒng)計(jì)白云石含量關(guān)系注：a為XD1井，b為L(zhǎng)8井。P-DOL為基于PEF計(jì)算的白云石含量，T-DOL為基于薄片統(tǒng)計(jì)的白云石含量；兩種方法得到的白云石含量具有較好的相關(guān)性。Fig.6　Profiles showing the correlations between dolomite contents calculated from PEF logs and thin-sections form the T1f 3 cores in the Jiannan area

圖7　地震屬性優(yōu)選a及相應(yīng)的地震屬性類型b 注：當(dāng)?shù)卣饘傩栽黾又亮鶄€(gè)時(shí)，驗(yàn)證誤差開始增加，故選取前五個(gè)為最優(yōu)屬性組合。Fig.7　The optimal number of attributes and associated seismic attributes

圖8　不同時(shí)間切片的白云巖平面分布注: a.為飛四頂界面向下10 ms；b.為飛三頂界面之上2 ms；c.為飛三頂界面之下2 ms；d.為飛三頂界面之下10 ms；黑色曲線為斷層Fig.8　Horizon slices from different times showing the dolomite distribution

圖9　建南地區(qū)飛仙關(guān)組白云巖的剖面分布特征注:飛仙關(guān)組底部受泥質(zhì)含量的影響，顯示白云石含量較高的假象，可結(jié)合鉆井排除Fig.9　Transect through dolomite-content volume showing dolomite distributions of T1f in the Jiannan area

基于三維白云石數(shù)據(jù)體得到飛四段頂界面以下10 ms (圖8a)和飛三段頂界面以上 2 ms (圖8b)兩個(gè)飛四段內(nèi)的順層切片，飛三頂界面以下2 ms (圖8c)和界面以下10 ms (圖8d)兩個(gè)飛三段內(nèi)部的順層切片。總體而言，建南地區(qū)飛四段白云巖較發(fā)育，分布范圍較廣(圖8a)，這與四川盆地飛四沉積期普遍發(fā)育局限臺(tái)地相準(zhǔn)同生白云巖的特征相一致。向下近飛四段底部，白云巖分布范圍逐漸減少(圖8b)；至飛三段頂界面以下2 ms附近白云石含量普遍較低，主要發(fā)育灰?guī)r；向下白云石含量和分布范圍增加，白云巖呈零星狀分布于三維區(qū)的北部(圖8d)。在J31井附近，白云巖呈條帶狀沿?cái)鄬訋Х植?圖8c，d)。這種現(xiàn)象存在兩種可能性解釋。第一種是受斷層擾動(dòng)的影響，地震屬性在斷層附近預(yù)測(cè)的白云石精度較差所致。第二種可能性為斷層相關(guān)的熱液白云巖。熱液白云巖常沿?cái)鄬訋Х植?，平面上成條帶狀，如Appalachian盆地的奧陶系的Trenton-Black River組[48-49]、也門山的侏羅系[12]以及塔里木盆地下奧陶統(tǒng)[50]熱液白云巖。遺憾的是，本次研究未獲得J31井的巖芯資料。因此，若為熱液白云巖則有待進(jìn)一步的研究。本文則主要研究塊狀細(xì)晶白云巖的分布。剖面上，細(xì)晶白云巖在J41井和XD1井間成斷續(xù)狀分布(圖9)。

4討論

基于巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，不同學(xué)者對(duì)建南地區(qū)飛三段細(xì)晶白云巖成因給出了不同的解釋。主要的觀點(diǎn)包括滲透回流白云巖化作用、混合水白云巖化作用[51-52]和埋藏白云巖化作用[43,46]。然而，混合水白云巖化模式自提出就一直倍受質(zhì)疑[53-55]，且對(duì)建南北高點(diǎn)顆粒灘成巖作用的研究并未顯示強(qiáng)烈的大氣淡水成巖作用特征[46]。因此，較小的淡水透鏡體和短暫的暴露時(shí)間并不能解釋細(xì)晶白云巖的成因。本文基于前人研究的基礎(chǔ)，結(jié)合巖石學(xué)和宏觀展布特征探討飛三段白云巖的流體來源和性質(zhì)，進(jìn)一步分析滲透回流白云巖化作用和淺埋藏白云巖化作用在建南地區(qū)飛三段白云巖形成中的可能性。

4.1白云巖化流體來源

建南地區(qū)飛三段白云巖垂向上與飛四段局限臺(tái)地相沉積較近。飛三段白云巖是否為飛四沉積期鹵水滲透回流作用的產(chǎn)物，即白云巖化流體是否來自于飛四期蒸發(fā)海水？對(duì)比建南地區(qū)飛三段與美國(guó)德克薩斯侏羅系Smackover組滲透回流白云巖的分布顯示出明顯的差異性。侏羅系Smackover組白云巖化流體來源于上部Buckner組蒸發(fā)鹵水，白云石隨離白云巖化流體源(Buckner組)距離的增加向下含量逐漸減少(圖4b)。若飛三段細(xì)晶白云巖的云化流體來源于飛四段蒸發(fā)海水，則距飛四段最近的飛三段頂部應(yīng)具有最高的白云石含量，即應(yīng)與Smackover組的分布特征相似。然而，建南地區(qū)飛三段白云巖主要集中分布于顆粒灘的中下部(圖4a)，現(xiàn)今已有鉆井均顯示飛三段白云巖與飛四段準(zhǔn)同生白云巖之間均存在灰?guī)r隔層，指示白云巖化流體并非來自于上部飛四段鹵水。此外，為了消除因鉆井分布范圍的局限性帶來的影響，可以通過三維白云石含量數(shù)據(jù)體的順層切片檢查研究區(qū)是否存在飛三段白云巖與飛四段直接相鄰的現(xiàn)象。結(jié)果顯示，白云巖在飛四段普遍發(fā)育(圖8a，b)，然而，飛三段與飛四段垂向上并非連續(xù)分布，中間存在灰?guī)r隔層(圖8c)，因此，飛三段白云巖化流體并非來自于飛四段蒸發(fā)海水。

此外，基于Sr同位素的特征也可得到相同的結(jié)論。碳酸鹽巖的Sr同位素具有很好的地層年代效應(yīng)和較好的穩(wěn)定性，不受蒸發(fā)作用、溫度和生物作用的影響而發(fā)生分餾[56-57]，且碳酸鹽巖能夠繼承其沉淀海水的Sr同位素組成特征[58]。因此，Sr同位素可用于分析白云巖化流體的性質(zhì)?；?guī)r、白云巖與同期海水Sr同位素的對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖10)，白云巖與灰?guī)r的Sr同位素均與同期海水Sr同位素組成具有非常好的相關(guān)性，進(jìn)一步說明了白云巖化流體來源于同期海水而非飛四段Sr同位素值較高的蒸發(fā)鹵水。

圖10　飛三段白云巖、灰?guī)r的Sr同位素與同期海水Sr同位素組成特征注：海水Sr同位素演化曲線來自于文獻(xiàn)59Fig.10　Sr isotope ratios of T1f 3 carbonates plotted on strontium curve of the Lower Triassic seawater

基于白云巖的分布特征并結(jié)合地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以較好的確定白云巖化流體的來源和運(yùn)移方向。建南地區(qū)飛三段預(yù)測(cè)的白云巖分布與沉積相疊合顯示(圖11)，白云巖主要分布于臺(tái)內(nèi)洼地兩側(cè)的顆粒灘中，且向臺(tái)地內(nèi)部逐漸變薄尖滅(圖3)，指示白云巖化流體來源于臺(tái)內(nèi)洼地。白云巖的Sr同位素與同期海水相似的Sr同位素指示細(xì)晶白云巖的云化流體為同期海源流體。因此，白云巖化流體應(yīng)為臺(tái)內(nèi)洼地泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r沉積期封存的同期海水。此外，白云石晶體的生長(zhǎng)受成核速率與溫度的控制，平面晶一般形成于相對(duì)較低的溫度(晶面彎曲溫度約50oC)，而非平面晶的生長(zhǎng)溫度一般相對(duì)較高[11,21]。建南地區(qū)飛三段白云巖主要由平面自形—半自形晶組成，非平面—它形晶少量分布，說明白云石形成深度與晶體從平面晶向非平面晶轉(zhuǎn)化的深度范圍相重合。這與Wangetal.[46]基于氧同位素計(jì)算的白云巖形成于44°C～53°C之間的結(jié)果一致。

相對(duì)于近地表，埋藏環(huán)境中較高的溫度更有利于白云巖化作用的發(fā)生[60]。隨埋藏深度的增加，臺(tái)內(nèi)洼地泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r更容易壓實(shí)，差異性壓實(shí)作用促使洼地沉積物中封存的海水優(yōu)先側(cè)向匯聚于洼地兩側(cè)的孔隙性顆粒灘中，并發(fā)生白云巖化作用[46]。

4.2白云巖的分布與控制因素

建南地區(qū)飛三段白云巖平面上成斑狀分布(圖11)，剖面上呈斷續(xù)狀分布(圖9)，說明受壓實(shí)流體即白云巖化流體規(guī)模的影響，飛三段白云巖化作用程度較低。這也反應(yīng)了壓實(shí)流體并不能提供大規(guī)模的白云巖化作用。這可能也是建南地區(qū)飛三段白云巖與川東北地區(qū)相比規(guī)模較小的主要原因。受壓實(shí)流體規(guī)模的影響，建南地區(qū)飛三段白云巖規(guī)模整體較小，緊鄰?fù)莸氐念w粒灘白云巖厚度較大，向臺(tái)內(nèi)方向白云巖化作用受顆粒灰?guī)r母巖物性的影響成零星斷續(xù)分布。受壓實(shí)流體匯聚和運(yùn)移方向的影響，白云巖主要分布于臺(tái)內(nèi)洼地兩側(cè)的顆粒中，且向臺(tái)地內(nèi)部逐漸變薄尖滅。然而，圖11顯示白云巖的分布并非完全受控于灘體和臺(tái)內(nèi)洼地的距離，這可能與白云巖化作用的影響因素相關(guān)(如云化流體規(guī)模和運(yùn)移方向、距云化流體源的距離，以及灰?guī)r母巖的孔滲性或幾個(gè)因素的組合)?；诼额^資料，Garcia-Fresca等[61]模擬了新墨西哥二疊系San Andres組的白云巖化過程。結(jié)果顯示，當(dāng)白云巖化流體充足時(shí)，模擬的白云巖分布與露頭分布特征相似。當(dāng)白云巖化程度僅達(dá)到50%時(shí)，白云巖受灰?guī)r母巖滲透率的影響明顯；近流體來源處白云巖化程度相對(duì)較高，隨白云巖化流體向前運(yùn)移，滲透率相對(duì)較高的區(qū)域優(yōu)先發(fā)生白云巖化作用。因此，平面上的斑狀分布特征反應(yīng)了飛三段白云巖化流體的不足，同時(shí)也說明了白云石化流體的體積是控制建南地區(qū)飛三段埋藏白云巖規(guī)模的主要因素之一。

圖11　建南地區(qū)飛三段白云巖的分布與沉積相關(guān)系Fig.11　Correlation between T1f 3 dolomite and associated paleogeography in the Jiannan area

4.3白云石含量預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用與影響因素

本研究共構(gòu)建了15口井的白云石含量曲線，利用多屬性轉(zhuǎn)化分析方法建立地震屬性與白云石含量的關(guān)系，達(dá)到預(yù)測(cè)飛三段白云石含量分布的目的。當(dāng)選取5個(gè)地震屬性組合時(shí)預(yù)測(cè)效果最佳。雖然預(yù)測(cè)誤差約為9%，但整體仍能較好的反應(yīng)白云石的宏觀分布特征，可用于指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的勘探。川東北地區(qū)二疊—三疊系白云巖較發(fā)育，為優(yōu)質(zhì)的天然氣儲(chǔ)層，因此，對(duì)白云巖分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)是尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的基礎(chǔ)。因此，本文采用的測(cè)井、巖芯和地震相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法對(duì)川東北及其他地區(qū)白云巖儲(chǔ)層的勘探具有一定的借鑒意義。

然而，該方法在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意泥質(zhì)含量的影響。本文利用PEF測(cè)井曲線擬合白云石含量的計(jì)算公式，進(jìn)行單井白云石含量曲線的構(gòu)建。由于建南地區(qū)目的層GR值整體較低，非碳酸鹽礦物含量較少，以及避免引入新的誤差，因此，未對(duì)PEF測(cè)井曲線值進(jìn)行泥質(zhì)含量的校正?？傮w來說，白云石PEF值較低，方解石PEF值較大。然而，隨碳酸鹽巖中泥質(zhì)含量的增加，PEF值逐漸變小，表現(xiàn)出白云石含量增加的假象，進(jìn)而出現(xiàn)預(yù)測(cè)的白云石含量較大的假象(圖9)。因此，對(duì)可能受泥質(zhì)影響較大的準(zhǔn)同生成因白云巖進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)注意泥質(zhì)含量的影響并進(jìn)行必要的校正。

5結(jié)論

(1) 建南地區(qū)飛三段白云巖主要由細(xì)晶、平面自形—半自形晶組成，以晶間孔和晶間溶孔為主，并發(fā)育少量的溶孔，構(gòu)成了本區(qū)最為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。

(2) 當(dāng)選取5個(gè)地震屬性組合時(shí)具有最佳的預(yù)測(cè)效果，白云石含量的預(yù)測(cè)誤差為9.08%。五個(gè)地震屬性分別為Amplitude Weighted Frequency、Amplitude Weighted Cosine Phase、Derivative Instantaneous Amplitude、Quadrature Trace 和Integrate。

(3) 建南地區(qū)飛三段白云巖主要分布于臺(tái)內(nèi)洼地兩側(cè)的顆粒灘中，向臺(tái)內(nèi)方向厚度逐漸減薄并成零星斷續(xù)狀分布，表現(xiàn)出明顯的相控特征，指示白云巖化流體來源于臺(tái)內(nèi)洼地的同期海源壓實(shí)流體。

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Distribution and Origin of the Third Member of Feixianguan Formation in the Jiannan Area：Comprehensive analysis from three-dimensional seismic, petrography, and geochemistry

WANG GuangWei1LI PingPing1HAO Fang1,2ZOU HuaYao1YU XinYa1

(1. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2. China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

Abstract:The third member of Feixianguan Formation (T1f3) is an important gas reservoir in the Jiannan area which consists mainly of tight grainstones and crystalline dolostones. However, the high quality reservoir is limited in the dolostones. Therefore, understanding the distribution mechanism of dolostones is prerequisite to predict the distribution of high-quality reservoir. In this study, the dolomite-content logs were firstly constructed based on the well logs and cores. Secondly, the correlation between dolomite-contents and seismic attributes derived from 3-D seismic volume were defined using the method of multiattribute transforms to predict the distribution of dolomite in the Jiannan area. At last, the predicted dolomite distribution and paleogeography were integrated to explain the source and nature of the dolomitizing fluid.

The dolostone of T1f3in the Jiannan area consist mainly of fine-grained, planar-e to planar-s crystals, and minor nonplanar crystals. Under CL, dolomite crystals show zoned to uniform dull red luminescence. Five most effective attributes were selected based on the method of multiattribute transforms. These attributes are Amplitude Weighted Frequency, Amplitude Weighted Cosine Phase, Amplitude Envelope, Quadrature Trace and Instantaneous Phase. Integration dolomite distribution and paleogeography indicates that dolomites mainly occur along the opposing margins of a trough. During progressively burial, owing to the increase in pore pressure and different compactability of sediments, Mg-rich, seawater-derived, compaction flow from trough sediments moved laterally and preferentially through less rapidly compacting, trough-margin shoals, which caused extensive dolomitization in shoals. Shoals along margins of the trough can be recognized as important exploration targets.

Key words:dolomitization; dolomitizing fluid; seismic attribute; Feixianguan Formation; Jiannan area

中圖分類號(hào)P588.24+5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

通訊作者李平平男博士講師E-mail: lpp@cup.edu.cn

作者簡(jiǎn)介第一王廣偉男1986年出生博士碳酸鹽巖成巖與孔隙演化E-mail: wanggw_86@qq.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(2011ZX05005-003-009HZ)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41103020); 中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M580600)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2011ZX05005-003-009HZ; National Natural Science Foundation of China, No.41103020; China Postdoctoral Science Foundation, No.2015M580600]

收稿日期：2014-11-03； 收修改稿日期： 2015-02-08

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.01.016

文章編號(hào)：1000-0550(2016)01-0168-13