韓心奕，伏美燕，鄧虎成，吳冬，胥旺，何溥為，陳培，郭恒瑋

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；2.中國石油東方地球物理公司西南物探研究院，四川 成都 610213；3.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），四川 成都 610059；4.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051）

0 引言

四川盆地二疊系棲霞組的油氣勘探最早開始于20世紀(jì)50年代，2003年礦2井在川西北棲霞組鉆遇優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，打開了尋找棲霞組白云巖儲(chǔ)層的新局面[1-2]。近年來，川中地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組油氣勘探獲得突破，磨溪31X1井、磨溪42井、高石8井相繼獲得高產(chǎn)氣流，顯示了良好的開發(fā)前景[3]。棲霞組儲(chǔ)層成因研究較多，主要包括埋藏?zé)嵋焊脑靃3-6]、有利沉積相帶控制[7-9]、多期同生溶蝕作用[1]等多種觀點(diǎn)。前人普遍認(rèn)為，該地區(qū)棲霞組發(fā)育以大量溶蝕孔洞為主要儲(chǔ)集空間的高能生屑灘相白云巖和生屑灰?guī)r/灰質(zhì)云巖儲(chǔ)層[10]。 溶蝕作用對儲(chǔ)層的改造通常具有多期性[11-12]，如鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組、塔里木盆地鷹山組的巖溶儲(chǔ)層，在同生期都經(jīng)歷了多期巖溶作用[13-14]。

本文在巖心觀察的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)采用了高石梯區(qū)塊11口井的巖屑資料，基于薄片、鉆錄井、測井等資料及地球化學(xué)參數(shù)分析，對川中地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層開展了巖石類型、儲(chǔ)集空間類型及物性特征的研究，并結(jié)合沉積背景和成巖演化特征探討了棲霞組儲(chǔ)層形成機(jī)理，重點(diǎn)探討了低頻次疊加的同生溶蝕作用對棲霞組灘相儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地中部的高石梯-磨溪地區(qū)，構(gòu)造上位于川中古隆起平緩構(gòu)造帶（見圖1a）。棲霞組沉積時(shí)期，受到來自黔北、鄂西北西方向的大規(guī)模海侵以及經(jīng)龍門山古島鏈從西往東的海侵，使得盆地內(nèi)海平面上升[15]，盆地內(nèi)部幾乎為碳酸鹽巖沉積。棲霞組沉積時(shí)構(gòu)造相對穩(wěn)定，沒有發(fā)生大的沉降作用[5]。棲霞組主要沉積碳酸鹽巖臺(tái)地相[16-17]，分為臺(tái)內(nèi)淺灘和臺(tái)內(nèi)緩坡沉積[18]。晚二疊世，四川盆地由于地幔上隆引起地殼破裂，發(fā)生峨眉地裂運(yùn)動(dòng)，峨眉山玄武巖沿?cái)嗔褞Т笠?guī)模噴發(fā)，川中高石梯-磨溪地區(qū)受到一定程度的影響[19-20]。研究區(qū)棲霞組地層厚度一般為80～110 m，劃分為棲一段和棲二段（見圖1b）。棲一段的巖性主要為含泥質(zhì)、生物碎屑的深灰色—黑色石灰?guī)r，頂部常見灰白色白云巖，為儲(chǔ)層發(fā)育段。棲二段多為顏色較淺的灰褐色泥晶生屑灰?guī)r、微亮晶球?；?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r、白云巖、泥晶灰?guī)r，局部含少量泥質(zhì)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及棲霞組地層綜合柱狀圖

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 儲(chǔ)層巖石類型

研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)層主要包括5種巖石類型，即晶粒白云巖、斑狀白云巖、顆粒白云巖、砂屑灰?guī)r、微亮晶球粒灰?guī)r（見圖2）。晶粒白云巖是棲霞組最主要的儲(chǔ)層巖石類型，以細(xì)晶和細(xì)—中晶白云巖為主，中—粗晶次之。細(xì)—中晶白云巖呈層狀分布在棲一段頂部，中—粗晶白云巖呈塊狀分布在棲二段。中—粗晶白云巖中的白云石常呈自形—他形晶體，晶體間鑲嵌式接觸。細(xì)—中晶白云巖中的白云石多為半自形結(jié)構(gòu)，晶間孔發(fā)育程度低于中—粗晶白云巖。川中地區(qū)棲霞組細(xì)—中晶白云巖的陰極發(fā)光呈暗紅色，稀土分配模式與同期石灰?guī)r相似，Sr同位素接近同期海水值[20]，分析認(rèn)為，細(xì)—中晶白云巖化發(fā)生時(shí)間應(yīng)為淺埋藏期。中—粗晶白云巖具有較高的Mn含量，87Sr/86Sr較重，具有明顯的正Eu異常，表示其經(jīng)歷了埋藏白云石化[21-22]。

圖2 儲(chǔ)層主要巖石類型及其儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)棲霞組砂屑灰?guī)r較為普遍，一般具有顆粒支撐結(jié)構(gòu)，粒間為亮晶膠結(jié)，顆粒含量較高，沉積在水動(dòng)力相對較強(qiáng)區(qū)域，主要分布在棲二段上部。顆粒白云巖為生屑灰?guī)r經(jīng)過淺埋藏白云石化作用形成，可見殘余生屑的輪廓，陰極發(fā)光下為紅色光。斑狀白云巖主要分布在棲二段，由泥晶生屑灰?guī)r不均勻白云石化作用形成，并可見石灰?guī)r基質(zhì)的殘余，陰極發(fā)光顏色為暗橘紅色。微亮晶球?；?guī)r的沉積水動(dòng)力中等，顆粒以細(xì)小的球粒為主，球粒間可見微亮晶膠結(jié)物。

2.2 儲(chǔ)集空間及物性特征

研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)集空間類型包括殘余粒間孔、晶間孔、晶間溶孔、溶孔和溶洞[23]，以晶間孔、晶間溶孔和溶洞為主（見圖2）。通過巖心觀察分析，研究區(qū)發(fā)育溶孔、溶孔-溶洞和溶洞3種儲(chǔ)集空間組合。通過與成像測井?dāng)?shù)據(jù)的標(biāo)定，溶孔型儲(chǔ)層在成像測井圖像上顯示出微小黑斑點(diǎn)狀（見圖3a），溶洞型儲(chǔ)層在成像測井圖上顯示為大塊黑色區(qū)域（見圖3b），溶孔-溶洞型則介于兩者之間（見圖3c）。

圖3 不同儲(chǔ)層類型的成像測井特征

單井產(chǎn)能與溶洞型儲(chǔ)層厚度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，對產(chǎn)能貢獻(xiàn)最大的為溶洞型儲(chǔ)層。溶孔-溶洞和溶洞型儲(chǔ)層主要分布于棲一段頂部、棲二段下部和中上部。通過統(tǒng)計(jì)溶洞發(fā)育段的巖性發(fā)現(xiàn)，溶洞主要發(fā)育在白云巖中，其次為亮晶砂屑灰?guī)r和微亮晶球?；?guī)r。綜合巖性和儲(chǔ)集空間的分析可知，川中棲霞組的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型為溶洞發(fā)育的白云巖、亮晶砂屑灰?guī)r和微亮晶球?；?guī)r儲(chǔ)層。

3 同生巖溶型儲(chǔ)層形成機(jī)理

通過巖石和巖屑薄片鑒定，利用測井資料和地球化學(xué)參數(shù)，本文對研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)層的形成機(jī)理開展了研究。

3.1 灘相是同生巖溶型儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)

研究區(qū)棲霞組為碳酸鹽巖開闊臺(tái)地[24]，發(fā)育灘和灘間海沉積。灘相是儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。灘相顆粒白云巖、晶粒白云巖和砂屑灰?guī)r是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層巖石類型。根據(jù)不同沉積微相的測井響應(yīng)特征，將自然伽馬測井值小于33 API、電阻率小于10 000 Ω·m的箱性曲線作為灘相的測井識(shí)別標(biāo)志。

棲霞組沉積早期（海侵域），受川中古隆起殘余古地貌影響，四川盆地總體呈西高東低之勢，研究區(qū)發(fā)生大規(guī)模海侵，水體普遍較深[15]。棲霞組沉積中晚期（高位域），相對海平面較低，沉積相發(fā)生了較大的變化，開闊臺(tái)地開始成為盆地內(nèi)主要的沉積相帶[25]。研究區(qū)內(nèi)古地貌的相對高低與川中古隆起形態(tài)有密切關(guān)系。通過古地貌圖分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沿古隆起有環(huán)帶狀分布的緩坡帶，目前高產(chǎn)井GS001-X45井分布于此帶。灘相的發(fā)育受沉積古地貌控制明顯，在古地貌較高部位，灘相厚度較大。通過對比古地貌高地區(qū)、緩坡帶和斜坡區(qū)的灘相期次和厚度發(fā)現(xiàn)，高地區(qū)GS12井和緩坡區(qū)GS001-X45井的灘相厚度較大（見圖4）。較厚的灘相沉積為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 研究區(qū)棲霞組沉積相連井剖面

3.2 層序界面控制同生巖溶型儲(chǔ)層縱向分布

層序界面對棲一段頂部儲(chǔ)層的展布存在明顯影響。在棲一段頂部發(fā)育全區(qū)可追蹤對比的層序界面，該界面形成于海平面下降階段，并持續(xù)處于低水位。在該界面下，研究區(qū)普遍發(fā)育高能灘相的沉積，以亮晶砂屑灰?guī)r、微亮晶球?；?guī)r為主，且發(fā)育一定的白云巖。

利用測井標(biāo)志對單井的棲霞組儲(chǔ)層進(jìn)行識(shí)別，在此基礎(chǔ)上，通過連井對比分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層具有沿棲一段頂界層狀展布的特征（見圖5）。然而，在古地貌高地區(qū)的GS3井、GS1井，棲霞組縱向上僅發(fā)育1套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，而在古地貌緩坡區(qū)的GS9井，縱向上發(fā)育3套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。這一分布特征受到不同的同生期溶蝕改造影響，將在3.3節(jié)進(jìn)行探討。

圖5 研究區(qū)棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層連井對比剖面

3.3 同生溶蝕頻次控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育

通過對研究區(qū)棲霞組地質(zhì)背景的分析，棲霞組上覆地層完整，未經(jīng)受過長時(shí)期的暴露剝蝕，因此無明顯的表生成巖特征。棲霞組大規(guī)模的溶蝕作用主要與同生期溶蝕有關(guān)。同生期的淡水淋濾溶蝕作用發(fā)生在海平面短暫下降階段，淺水高能帶的灘相易暴露于淡水滲流帶。

通過陰極發(fā)光分析（見圖6），古地貌高地區(qū)微亮晶球?；?guī)r的膠結(jié)物發(fā)光性較強(qiáng)，呈橘紅色，指示較強(qiáng)的淡水改造特征（見圖6b），古地貌緩坡區(qū)微亮晶球?；?guī)r發(fā)光性中等（見圖6d），古地貌斜坡區(qū)微亮晶球?；?guī)r發(fā)光性極弱（見圖6f）。古地貌高地區(qū)灘體在海平面下降過程中易于暴露，高頻次的短暫同生期暴露導(dǎo)致溶蝕強(qiáng)烈。但是，由于暴露次數(shù)過多且溶蝕強(qiáng)烈，易于造成角礫化作用，使得溶洞垮塌且被充填破壞。在巖屑分析中，發(fā)現(xiàn)古地貌高地區(qū)GS12井灘相發(fā)育段的巖性復(fù)雜，且泥晶灰?guī)r占比較高，指示存在較強(qiáng)的角礫化。在低頻次疊加的同生期淡水改造作用下，古地貌緩坡區(qū)灘體優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層更加發(fā)育。古地貌緩坡區(qū)GS001-X45井儲(chǔ)層段的巖屑主要由砂屑灰?guī)r和晶粒白云巖組成，泥晶灰?guī)r占比明顯低于GS12井，指示了角礫化程度較弱。因此，在古地貌緩坡區(qū)發(fā)生的低頻次同生溶蝕對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育具有明顯控制作用。

圖6 受同生溶蝕作用影響的碳酸鹽巖巖石薄片及陰極發(fā)光特征

4 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育模式

由于研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)層發(fā)育主要受沉積相、層序界面和同生期溶蝕的影響，本文根據(jù)沉積相、同生溶蝕作用的組合關(guān)系，分析了棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)成因。根據(jù)測井巖性解釋和溶洞發(fā)育段的測井識(shí)別，研究區(qū)棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層包括溶洞型石灰?guī)r、溶洞型云灰互層和溶洞型白云巖3類儲(chǔ)層，均發(fā)育在具有低頻同生淡水溶蝕作用的高能環(huán)境（見圖7）。

圖7 儲(chǔ)層成因類型及其特征

溶洞型石灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育在古地貌緩坡區(qū)的高能灘相。在海平面變化過程中，高能灘反復(fù)暴露，導(dǎo)致低頻次疊加的同生溶蝕作用，形成溶洞型石灰?guī)r儲(chǔ)層。在淡水淋濾下，石灰?guī)r發(fā)生新生變形，所釋放的Mg2+離子向?yàn)┑闹芫壓蜑w下部運(yùn)移[26-28]。至淺埋藏期，在灘的邊緣易發(fā)生白云石化，從而形成云灰互層的白云巖儲(chǔ)層。

溶洞型白云巖儲(chǔ)層形成于埋藏成巖階段，與熱液改造作用有關(guān)。溶洞型云灰互層在埋藏期發(fā)生了更加徹底的白云石化，從而形成溶洞型中—粗晶白云巖儲(chǔ)層。根據(jù)以上分析，建立了同生溶蝕控制下的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育模式（見圖8）。

圖8 川中地區(qū)棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育模式

5 結(jié)論

1）高石梯-磨溪地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層巖石類型包括晶粒白云巖、斑狀白云巖、顆粒白云巖、砂屑灰?guī)r和微亮晶球粒灰?guī)r5種類型。儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間以晶間孔、晶間溶孔和溶洞為主。溶洞發(fā)育的白云巖、亮晶砂屑灰?guī)r和微亮晶球?；?guī)r儲(chǔ)層是該地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，對產(chǎn)能貢獻(xiàn)明顯。

2）研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主要控制因素為低頻次疊加的同生溶蝕作用。古地貌高地區(qū)的儲(chǔ)層受到高頻次溶蝕作用，可見明顯角礫化，破壞了儲(chǔ)集空間。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在古地貌緩坡區(qū)的高能灘，受低頻次溶蝕作用控制，形成溶洞型儲(chǔ)層。