鄧思思 徐 亮 王躍祥 張 奇 張云峰 謝 林

1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院 2.西南石油大學

0 引言

四川盆地上二疊統(tǒng)長興組生物礁天然氣勘探始于20世紀70年代。1976年在渝東地區(qū)的建南構造發(fā)現(xiàn)第一個長興組生物礁氣藏。2006年，龍崗1井礁灘氣藏的突破，揭開了開江—梁平海槽西側深層大中型礁、灘巖性天然氣氣藏勘探的序幕。目前，四川盆地北部一個綿延600 km、范圍8 000 km2左右的環(huán)海槽礁、灘氣藏富氣帶已清楚地揭示出來?？碧奖砻?，長興組儲層主要分布在臺緣帶生物礁灘體中，儲層是生物礁、灘經(jīng)歷不同程度白云石化、不同時期溶蝕作用及裂縫改造的結果。以往研究認為埋藏溶蝕是優(yōu)質儲層形成的關鍵，主要圍繞與埋藏溶蝕有關的有機酸水和熱液的分布及溶解能力開展研究[1-5]。本次通過對開江—梁平海槽兩側臺緣帶地區(qū)21口井的巖心精細描述及巖礦分析，開展溶蝕作用研究，系統(tǒng)分析不同時期溶蝕作用的識別標志和發(fā)育特征，表明長興組共經(jīng)歷了準同生期、早成巖期與埋藏期三個階段的溶蝕作用。

1 區(qū)域地質概況

圖1 研究區(qū)井位分布圖

長興期四川盆地處于拉張環(huán)境，拉張環(huán)境造成的基底差異升降，使四川盆地內部相繼出現(xiàn)了開江—梁平海槽、蓬溪—武勝臺凹和城口—鄂西海槽，“三凹三隆”的構造沉積格局對長興組生物礁的發(fā)育及分布起到了重要的控制作用（圖1）。臺地邊緣水深適度，水動力強，洋流上升帶來的深水海洋有機質在該處匯聚，是生物礁最有利的生長區(qū)。根據(jù)巖性、沉積旋回及生物組合特征，長興組自下而上可劃分為長一、長二和長三段。根據(jù)生物礁發(fā)育特征，可劃分出早、晚兩期，早期礁厚灘薄，晚期礁薄灘厚。早期礁發(fā)育于長一、長二段，分布寬，在臺緣高帶呈多排展布特征；晚期礁發(fā)育在長三段，主要分布在臺緣[6]。目前已發(fā)現(xiàn)儲量較大的生物礁氣藏如鐵山、天東和黃龍氣藏均屬于臺地邊緣礁型氣藏。

2 準同生期大氣淡水溶蝕

準同生期大氣淡水溶蝕發(fā)生于同生期大氣成巖環(huán)境中，礁、灘體在沉積過程中短期暴露于地表而處于淡水透鏡體中，受到富含CO2的大氣淡水淋濾，發(fā)生選擇性和非選擇性溶蝕，形成各種孔隙。它既可以選擇性地溶蝕由文石和高鎂方解石等準穩(wěn)定礦物組成的顆?；虻谝黄诜浇馐z結物，形成粒內溶孔、鑄模孔和粒間溶孔，又可發(fā)生非選擇性溶蝕作用，形成溶縫和溶洞[7-9]。這種同生巖溶直接受環(huán)境中水介質的pH值和CaCO3飽和度的控制。但在根本上，同生風化巖溶是海平面波動的成巖響應。識別標志如下：

1）臺緣礁、灘微相之中發(fā)育大量粒內孔和鑄模孔

該期溶蝕發(fā)育于沉積物半固結至固結時期，為短暫的構造抬升或海平面下降時期所形成，其暴露區(qū)多發(fā)育于原始地貌高點，而臺緣相帶中地貌相對較高的生物礁微相和臺緣灘相自然成為該期巖溶發(fā)育的有利區(qū)帶，巖性以生物格架巖、亮晶顆粒巖為主，巖心和薄片上表現(xiàn)為粒內孔和鑄模孔多期發(fā)育。頻繁的水體變化是造成準同生期大氣淡水溶蝕多期復合疊置的主要因素，因此多期溶蝕孔隙大量發(fā)育，且均勻地疊合在一起（圖2）。

2）滲流粉砂充填物

粒內溶孔下部為滲流粉砂充填，之上為粒狀方解石膠結物充填，顯示出示底構造。滲流粉砂充填，是大氣水滲流帶的典型識別標志之一。其后的略等厚刃狀或馬牙狀環(huán)邊膠結物是大氣潛流帶的識別標志。隨后的細晶—中粗晶方解石膠結物形成于大氣潛流—淺埋藏環(huán)境中（圖3）。

3）多期方解石膠結物呈不整合接觸

第一期這種溶蝕作用發(fā)生的時間比較早，碳酸鹽巖沉積物在經(jīng)歷了海底成巖環(huán)境的膠結作用之后，就受到了大氣淡水的溶蝕。在顆?；?guī)r中，可以見到第一期纖狀方解石膠結物遭到溶蝕，變得殘缺不全，其后的等軸細粒狀、刃狀或馬牙狀方解石膠結物與之呈膠結不整合接觸（圖4）。

4）陰極發(fā)光表現(xiàn)為不發(fā)光—昏暗光

Fe2＋是陰極發(fā)光的猝滅劑，Mn2＋是陰極發(fā)光的激活劑，因此，F(xiàn)e2＋、Mn2＋的含量及其比率變化是控制白云石發(fā)光的主要因素。郭建華等（1991）認為Fe/Mn小于6.5時發(fā)橙紅光—黃色光，大于13則不發(fā)光；Zinkernagel等對鐵白云石－白云石系列的陰極發(fā)光特性研究之后認為FeCO3含量小于4.5%時呈橘紅色，4.5%～10.0%之間發(fā)暗紅光，大于10%則發(fā)黑褐色光或不發(fā)光。由于Fe2＋、Mn2＋含量與成巖環(huán)境的氧化還原程度有關，一般認為，發(fā)光強度在一定程度上反映成巖環(huán)境的氧化還原程度。發(fā)黃色、紅色光的白云石Fe2＋、Mn2＋含量較高，代表還原環(huán)境。不發(fā)光的白云石要么形成于地表附近的氧化環(huán)境，不含F(xiàn)e2+、Mn2+，要么形成于深部還原環(huán)境，F(xiàn)e2+含量較高。準同生期大氣淡水溶蝕作用陰極發(fā)光表現(xiàn)為不發(fā)光—發(fā)昏暗光特征（圖5）。

圖2 準同生期大氣淡水溶蝕形成的均勻狀孔隙特征圖版

圖3 滲流粉砂充填物及示頂?shù)讟嬙靾D版

圖4 不同期次膠結物接觸關系圖版

5）地球化學標志

通過電子探針微量元素分析表明，同生期巖溶作用形成的方解石膠結物總體上都顯示出低的Mg、Sr和Na值以及低的Fe、Mn值，反映了來自大氣淡水的稀釋作用特征。不含F(xiàn)e、Mn或低的Fe、Mn含量，指示了近地表的氧化和弱氧化環(huán)境（圖6）。

同生期大氣淡水溶蝕為短暫的構造抬升或海平面下降時期所形成。橫向上各種溶蝕孔隙呈透鏡狀分布；縱向上自上而下可劃分為大氣滲流帶、大氣潛流帶和海底潛流帶，大氣滲流帶和大氣潛流帶頂部溶蝕作用強，發(fā)育大量溶蝕孔洞，在大氣水未進入的海底潛流帶，海底膠結作用極強，原生孔隙被大量充填，孔隙度大幅降低。

3 早成巖期近地表巖溶

該期巖溶發(fā)育于長興組沉積末期，其上部地層未經(jīng)過長期的埋藏成巖環(huán)境，即脫離海底成巖環(huán)境直接暴露，接受溶蝕而發(fā)育的巖溶。由于未經(jīng)過中—深埋藏成巖環(huán)境，碳酸鹽巖礦物未來得及完全穩(wěn)定轉化，因此，溶蝕空間表現(xiàn)為泥質、滲流粉砂、方解石充填的非選擇性的溶洞。早成巖近地表巖溶水運動形式包括漫流和管流，原生及準同生期大氣水溶蝕形成的孔隙是該期巖溶重要的先期通道基礎，故往往具有相控、層控的特征，垂向上具有分帶特征。識別標志如下：

圖5 準同生期大氣淡水溶蝕膠結物陰極發(fā)光特征圖版

圖6 顆粒灰?guī)r和藻灰?guī)r孔隙中方解石膠結物電子探針分析結果

1）發(fā)育高角度溶蝕縫、溶洞

上部（晚期礁）巖溶作用強烈，儲集空間表現(xiàn)為高角度的溶蝕縫、溶洞；向下（早期礁）巖溶作用變弱，溶蝕形態(tài)以花斑狀為主（圖7）。

2）滲流粉砂、泥砂等機械充填物

縫洞中充填物包括滲流粉砂、泥砂等機械充填物及層紋狀方解石、柱狀方解石等化學充填物（圖8），如QL 017-X1井4 143.55 m位置，溶洞中為泥質、碎屑充填；TS 4井2-95位置，溶洞為角礫、泥質充填，角礫不具有分選性，為原地垮塌堆積；又如TD021-3井4 289.3 m位置，溶洞被角礫、方解石充填。對充填物成分分析可知，角礫成分與圍巖基本相同，表明為原地堆積；泥質成分的主要黏土礦物為伊利石，表明風化程度中等。另外，皮殼狀孔洞中充填有方解石和碎屑。據(jù)此可知該期巖溶發(fā)育時間相對較短，相對不完善。

圖7 早成巖期近地表巖溶溶蝕特征

圖8 早成巖期近地表巖溶充填特征

通過對研究區(qū)單井統(tǒng)計分析表明（表1），大部分井都不同程度發(fā)育該期巖溶，從巖溶分布位置可知，晚期礁溶蝕強度遠遠大于早期礁，表明長興組末期應存在區(qū)域性的暴露面，且?guī)r溶作用厚度較大的井一般為礁、灘體發(fā)育的井。

4 埋藏期巖溶

埋藏期溶蝕發(fā)生在中—深埋藏階段，該期巖溶水來源于下伏地層烴源巖熱演化過程中形成的酸性流體及巖漿期后熱液。主要表現(xiàn)為對斷裂裂縫網(wǎng)絡和先期存在的孔洞層的擴大溶蝕。埋藏環(huán)境中，碳酸鹽巖深部溶蝕孔隙的發(fā)現(xiàn)，是20世紀80年代以來碳酸鹽巖成巖作用研究的突出進展之一。它為碳酸鹽巖盆地深部的油氣勘探開拓了前景。識別標志如下：

表1 長興組單井取心井段早成巖期近地表巖溶發(fā)育套數(shù)、位置及厚度統(tǒng)計表

1）孔隙形狀及與膠結物的切割關系

埋藏期多發(fā)生非選擇性溶蝕，并多與油氣運移相伴生，因此常見孔隙被烴類侵染，孔隙常切斷、晚期裂縫中的膠結物、機械/化學壓實作用之后的膠結物、縫合線；埋藏期膠結物中常含有烴類包體的膠結物；在顆粒巖中，中期次生孔隙也可以根據(jù)孔隙形狀加以區(qū)別，如伸長的舌狀孔隙，大于或等于顆粒的超大孔隙等。

2）洞穴被粗晶—巨晶方解石、白云石、石英等充填

因作用時間長，成巖環(huán)境穩(wěn)定，膠結物晶體一般大于0.1 mm，以單晶或嵌晶形式充填于孔隙或孔洞的中心部位，與第一期、第二期方解石呈膠結不整合接觸，或直接與顆?；蚨幢诮佑|。根據(jù)流體性質的不同充填物可表現(xiàn)為方解石、白云石、石英等，缺少機械充填物（圖9）。

3）洞穴沿裂縫、縫合線擴溶形成串珠狀溶孔

如LG 001-28、JZ1井等均發(fā)現(xiàn)有沿裂縫和縫合線進一步擴大溶蝕形成的串珠狀孔洞，多未充填（圖10）。

4）裂縫中方解石具有較高的均一溫度

通過對裂縫中方解石包裹體均一溫度統(tǒng)計可知，其多分布在110～140 ℃之間，為埋藏（熱液）成因（圖11）。

圖9 孤立狀小型洞穴及其充填物圖版

圖10 沿裂縫及縫合線的擴大溶蝕特征圖版

該期巖溶作用的通道為斷層、裂縫及先期存在的孔洞層，在臺緣帶礁、灘儲層中普遍含瀝青，表明曾發(fā)生過液態(tài)烴充注，有機質在熱成熟早期產(chǎn)生的有機酸和CO2在液態(tài)烴充注前進入儲層，對先期存在的孔洞層擴大溶蝕，隨后液烴大量充注，使孔隙被瀝青半充填或全充填。

5 發(fā)育模式

綜上，形成生物礁三期溶蝕綜合模式（圖12）：

圖12 生物礁三期巖溶溶蝕綜合模式圖

長興組沉積時期，臺地邊緣顆?；?guī)r發(fā)育，形成粒屑灘，由于水體淺、能量高、營養(yǎng)物質適中等條件具備，生物礁在粒屑灘等較硬的基底上發(fā)育并向上生長。隨著礁、灘體的進一步生長及海平面暫時性相對下降的影響，礁、灘體出露海平面以上并停止生長，處于大氣水成巖環(huán)境中[10-17]。

第一期溶蝕，準同生大氣淡水巖溶作用橫向上呈透鏡狀分布，主要發(fā)育在臺地邊緣外帶及臺內局部地貌高點上，多發(fā)生在礁頂灘，臺緣帶早晚期礁都存在該期溶蝕。多期的礁、灘體營建和海平面下降控制了多套準同生期大氣淡水溶蝕作用的發(fā)育。同一個暴露階段可能是由多個次一級的海平面變化和暴露組成，隨著次一級的潛水面的升降、遷移，同一位置處的沉積物可能受到了多次滲流、潛流作用帶的疊加、復合，經(jīng)歷了多次大氣淡水溶蝕作用的改造，使得其儲集性能得到進一步的提升，形成孔隙型儲層[18-20]，孔隙度增加1%～4%。

第二期溶蝕，早成巖近地表巖溶作用，其特征是上部管狀流為主，溶蝕作用強烈，縫洞發(fā)育[17-19]。向下溶蝕強度減弱，漫流為主，呈花斑狀。晚期礁暴露最充分，巖溶現(xiàn)象最發(fā)育，礁頂灘、礁核、礁基都可見到，形成非選擇性溶蝕孔洞、縫，呈花斑狀、蜂窩狀。

第三期溶蝕，埋藏巖溶—酸性流體及巖漿期后熱液溶蝕作用，有機酸水沿著海槽的斷層向上運移至礁灘儲層中，再沿儲層由臺地邊緣向臺地內部作側向運移。因此，在臺地邊緣溶蝕作用最強，向臺內溶蝕作用逐漸減弱。在斷裂帶附近形成溶蝕帶[17-19]，局部順斷層、裂縫的溶蝕具有穿層性，具層控疊加效應，使前兩期形成的儲層更加發(fā)育，對溶蝕帶儲層的貢獻約增加孔隙度3%～15%。

6 結論

長興組礁、灘儲層存在三期溶蝕作用，前兩期溶蝕明顯受控于沉積（微）相，平面上主要發(fā)育在臺地邊緣外帶及臺內局部地貌高點上。

1）準同生期大氣淡水巖溶呈透鏡狀分布，發(fā)育規(guī)模與地貌及暴露時間相關，在臺緣帶形成粒內溶孔和鑄?？住?/p>

2）早成巖期近地表巖溶發(fā)生在巖溶高地，原生及準同生期大氣水溶蝕形成的孔隙是該期巖溶重要的先期通道，形成高角度溶縫、溶洞。晚期礁溶蝕強度大于早期礁，說明在礁、灘體形成后曾經(jīng)有較長時間的暴露地表的巖溶過程。

3）埋藏期巖溶主要對斷層附近溶蝕帶有利，表現(xiàn)為對斷裂、裂縫網(wǎng)絡和先期存在的孔洞層的擴大溶蝕，常見沿裂縫和縫合線擴溶形成的串珠狀孔洞。疊加前兩期溶蝕使優(yōu)質儲層更加發(fā)育。