饒詩怡

四川盆地棲霞組儲層類型及形成控制因素

饒詩怡

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059）

四川盆地棲霞組是目前盆地油氣勘探的重要層位，前人已對其開展過大量研究，但在諸多方面仍存在爭議，不利于棲霞組進一步勘探開發(fā)工作。本文在調(diào)研盆地棲霞組相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，結(jié)合川中地區(qū)棲霞組勘探實踐中相關(guān)地球化學(xué)實驗結(jié)果，對前人的研究進行歸納和總結(jié)，包括層序地層格架、沉積相帶、儲層類型、儲層成因、白云石化作用類型等。前人認為盆地棲霞組儲層類型主要為晶粒白云巖儲層和溶洞型灰?guī)r儲層，但在層序地層格架、沉積相帶和儲層成因方面有不同觀點。其中，前人大多將棲霞組劃分為1個或2個三級層序，在沉積相帶的劃分上有碳酸鹽巖臺地、碳酸鹽巖緩坡和二者兼具等觀點，認為棲霞組白云巖可能為埋藏、熱液、滲透回流或多種白云石化作用疊加形成，白云巖儲層成因則有熱液溶蝕作用改造、有利相帶疊加溶蝕作用等多種觀點。

四川盆地；棲霞組 ；白云巖；白云石化作用

四川盆地二疊系棲霞組具有豐富的油氣資源。在前期勘探中，發(fā)現(xiàn)多套具有良好儲集能力的碳酸鹽巖地層（何順等，2020），勘探范圍主要集中在川南和川東局部，構(gòu)造背景總體屬于瀘州-開江古隆起（郝毅等，2020）；近年來，川西北、川中地區(qū)棲霞組勘探取得突破，雙魚石構(gòu)造ST1、ST3等井和高石梯地區(qū)磨溪31X1、磨溪42、高石16等井均獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，顯示出四川盆地棲霞組有良好的勘探前景。但是，盆地棲霞組總體勘探程度較低，針對棲霞組的鉆井資料較少，且高產(chǎn)井集中在川西北，其它地區(qū)突破較少。前人對盆地棲霞組儲層成因和儲層發(fā)育的控制因素開展過大量研究。針對棲霞組白云巖儲層成因，提出了熱液溶蝕作用改造（張文，2014）、熱液白云巖化疊加早成巖期巖溶作用改造（蘆飛凡等，2020）、有利相帶疊加溶蝕作用（郝毅等，2012；關(guān)新等，2018）等觀點；而針對白云巖成因，則提出埋藏白云石化、熱液白云石化、滲透回流白云石化、多種白云石化作用疊加等在內(nèi)的多種觀點。

目前，盆地棲霞組儲層發(fā)育機制尚無定論，分布規(guī)律不完全明確，影響對盆地棲霞組優(yōu)質(zhì)儲層的預(yù)測和未來的勘探開發(fā)。本文在充分調(diào)研相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以川中高石梯-磨溪地區(qū)為研究重點，對前人四川盆地棲霞組的研究進行梳理和總結(jié)，以期厘清已取得的研究成果，明確尚存在的問題，為棲霞組未來進一步的研究和勘探提供理論依據(jù)。

圖1 四川盆地棲霞組地層厚度圖

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于上揚子地臺西北，是典型的多旋回疊合盆地。早海西期，云南運動使上揚子地臺進一步隆升，四川盆地受風(fēng)化剝蝕已基本準平原化，總體上表現(xiàn)為西高東低的緩坡（沈傳波等，2007；姜德民等，2013；周進高等，2016；婁雪，2017）。受石炭紀-二疊紀岡瓦納大陸成冰-間冰期事件影響，四川盆地在中二疊世發(fā)生大規(guī)模海侵，在此背景下沉積形成了梁山組和棲霞組（圖1）（黃涵宇等，2017）。在棲霞期，雖然經(jīng)歷了抬升剝蝕，但川中古隆起殘余地貌對沉積仍有影響，棲霞組海侵期地層西薄東厚，與古隆起殘余古地貌形態(tài)吻合（郝毅等，2020）。

前人對棲霞組層序地層有多種不同的劃分方案，主要包括：將梁山組、棲霞組在內(nèi)的棲霞階劃分為3個三級層序（覃建雄，1998；陳洪德等，2002）；將梁山組和棲霞組劃分為2個三級層序（白曉亮等，2020a）；將梁山組和棲霞組劃分為1個三級層序（張運波，2011；陳思聰，2016）；將棲霞組劃分為2個三級層序（胡明毅等，2010；孟憲武，2015）；

前人在研究四川盆地棲霞組沉積相時，主要有碳酸鹽巖臺地和碳酸鹽巖緩坡兩種模式，具體劃分方案又稍有差異。在碳酸鹽巖臺地模式中，進一步劃分出開闊臺地、臺地邊緣、斜坡等相帶（胡明毅等，2010；白曉亮等，2020b），或認為棲霞組沉積早期開闊臺地相發(fā)育，沉積晚期局限臺地相和臺緣灘相發(fā)育（黃涵宇等，2017）；或劃分為碳酸鹽巖鑲邊臺地（魏國齊，2010；厚剛福等，2017）；也有學(xué)者認為棲霞組海侵時期發(fā)育開闊臺地，高位域時期演化為鑲邊碳酸鹽臺地（黎榮等，2019）。在碳酸鹽巖緩坡模式中，將四川盆主體劃分為開闊內(nèi)緩坡相，將川西地區(qū)劃分為較深水的外緩坡相（趙宗舉等，2012）。

2 白云巖儲層

白云巖儲層是四川盆地棲霞組主要的儲層類型之一，主要發(fā)育在盆地西部，在盆內(nèi)其它地區(qū)有零星分布（圖2）（田景春等，2014）。盆地內(nèi)棲霞組發(fā)育多種類型的白云巖，包括晶粒白云巖、斑狀白云巖（灰質(zhì)云巖）和顆粒白云巖，形成的儲集空間主要有晶間孔、晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔、溶蝕孔洞和裂縫。

圖2 四川盆地地層柱狀圖和棲霞組白云巖等厚度圖（據(jù)田景春等，2014）

2.1 晶間孔型

晶間孔型白云巖儲層主要發(fā)育在晶形較好、晶面平直的晶粒白云巖中未被方解石充填的區(qū)域，巖性以細-中晶、中-粗晶白云巖為主，晶體呈點線接觸。部分晶間孔也可發(fā)育在孔洞充填物中，形狀多呈不規(guī)則的多邊形。非平直晶面的它形晶白云石呈鑲嵌接觸，結(jié)構(gòu)較為致密，故幾乎不發(fā)育晶間孔（白曉亮等，2019）。晶粒白云巖是盆地棲霞組白云巖中分布最廣的一類，主要發(fā)育在棲一段上部和棲二段，形成于水動力條件較強的環(huán)境。

晶間溶孔是在晶間孔發(fā)育的基礎(chǔ)上，經(jīng)過后期溶蝕作用擴大形成的，邊緣?？梢娙芪g后的殘余痕跡，呈不規(guī)則的港灣狀，鏡下溶孔邊緣常有瀝青充填。

晶間孔型儲層的儲集空間以晶間孔和晶間溶孔為主，特征如圖3。其儲集空間的形成與與白云石化作用有關(guān)，白云石結(jié)構(gòu)和白云石含量對白云巖晶間孔發(fā)育具有重要的控制作用（孟森等，2017）。該類儲層孔隙度8%～10%，滲透率大于1x10-32，在川西和川中地區(qū)廣泛分布，橫向連續(xù)性差，受礁灘相帶控制。盆地晶間孔型白云巖主要形成有一定規(guī)模的Ⅱ類儲層，產(chǎn)能中等（胡安平等，2018），如雙魚石構(gòu)造的ST1井鉆遇棲霞組厚層白云巖，獲得日產(chǎn)83.72×104m3工業(yè)氣流。

圖3 四川盆地棲霞組晶間孔型白云巖特征與儲集空間

a.半自形-自形，發(fā)育晶間溶孔、微裂隙，MX42，4655.62m；b.具殘余顆粒結(jié)構(gòu)，半自形，發(fā)育少量晶間孔，MX42，4650.50m；c.局部見粒屑白云石，半自形，MX42，4659.68m；d.具殘余顆粒結(jié)構(gòu)，發(fā)育晶間孔和晶間溶孔；MX108，4671.80m；e.局部見粒屑白云石，半自形-自形，發(fā)育晶間溶孔，MX10，4689.78m；半自形，發(fā)育晶間溶孔、微裂隙，MX108，4989.46m

2.2 溶孔-溶洞型

溶孔-溶洞型白云巖儲層主要發(fā)育在中-粗晶白云巖中，在細晶白云巖和顆粒白云巖中也可發(fā)育（郝毅等，2012；胡安平等，2018）。當(dāng)后期溶蝕作用強烈時，晶間溶孔或沿層面的生物體腔（珊瑚、棘皮、海百合莖和綠藻等）可進一步擴大形成溶蝕孔洞（婁雪，2017；白曉亮等，2019），沿裂縫的延伸方向或在裂縫附近發(fā)育（黃涵宇等，2017）。研究認為孔洞型白云巖是受后期流體強烈溶蝕改造形成的，孔洞中充填鞍狀白云石，鏡下具有殘留的顆粒結(jié)構(gòu)和霧心亮邊特征。

溶孔-溶洞型儲層的儲集空間以溶蝕孔洞為主，可有針狀溶孔和少量晶間孔、晶間溶孔發(fā)育。溶蝕孔洞根據(jù)成因可分為風(fēng)化殼巖溶發(fā)育的垂直滲流帶的半充填溶洞，水平潛流帶的溶洞和洞穴角礫巖間的殘余洞穴（裴森奇等，2018）。前人研究表明，該類型儲層溶蝕孔洞大小多為1～10cm，其中孔洞孔隙度為3%～5%，滲透率（0.1～1）× 10-3μm2盆地溶孔-溶洞型儲層多形成于棲二段，在川西南地區(qū)分布，橫向連續(xù)性同樣較差，主要形成中高產(chǎn)能的Ⅱ類儲層，非均質(zhì)性較強（馮明友等，2015；胡安平等，2018）。

圖4 四川盆地棲霞組溶孔-溶洞型白云巖特征

a. 溶洞，MX42，4656.07m；b. 溶洞，MX108，4690.87m

棲霞組沉積后經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運動，除晶間孔、晶間溶孔和溶蝕孔洞外，發(fā)育大量構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫具有多期次性，可見水平縫、斜交縫和近直立縫。早期形成的裂縫多被方解石或瀝青充填，現(xiàn)存的裂縫多形成于喜山期（婁雪，2017）。此外，白云巖中還發(fā)育溶蝕縫，為后期先形成的裂縫或礦物解理在埋藏溶蝕作用下被溶蝕流體改造形成（彭先等，2020）。裂縫作為儲集空間影響較小，但可以連通孔隙空間，提高儲層滲透性。

3 溶洞型灰?guī)r

前人對四川盆地棲霞組儲層研究都集中在白云巖儲層上，針對溶洞型灰?guī)r儲層的研究較少。由于峨眉地裂運動和東吳運動的影響，地表形成大量張性裂縫，后期出露海面并受到大氣淡水滲入，形成了古巖溶縫，其向下擴溶則可使棲霞組灰?guī)r溶蝕擴大為古巖溶洞穴，形成溶洞型灰?guī)r儲層（圖5）（羅志立，1981；陳宗清，2009）。

在川中地區(qū)，棲霞組存在多期巖溶作用，包括暴露溶蝕作用和埋藏巖溶作用。溶洞的發(fā)育和暴露溶蝕作用密切相關(guān)，主要是由于海平面下降使古地貌較高的位置發(fā)生暴露溶蝕而形成。川中地區(qū)棲霞組的溶洞型灰?guī)r儲層主要發(fā)育在亮晶砂屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r和微亮晶球?；?guī)r中，形成于在顆粒灘水動力較強的環(huán)境。棲一段頂部溶洞發(fā)育，棲二段下部和中上部溶洞發(fā)育程度相對較差。研究表明，在四川盆地范圍內(nèi)，瀘州古隆起控制區(qū)是棲霞組古巖溶最為發(fā)育的地區(qū)（陳宗清，2009）。

圖5 四川盆地棲霞組溶洞型灰?guī)r巖心特征

該類型儲層的儲集空間主要為溶洞。在川中高石梯-磨溪地區(qū)，溶洞型灰?guī)r可形成一類良好的儲層，主要受古地貌和同生溶蝕作用控制。

4 儲層發(fā)育主控因素

4.1 顆粒灘相是儲層發(fā)育的基礎(chǔ)

前人研究表明，有利的沉積相帶是棲霞組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，四川盆地內(nèi)包括晶間孔型白云巖、溶孔-溶洞型白云巖和溶洞型灰?guī)r在內(nèi)的三種已知的儲層均發(fā)育在顆粒灘中。臺緣灘和臺內(nèi)灘水體較淺，水動力條件強，屬高能沉積環(huán)境，大量生物碎屑在原地堆積形成顆粒灘，顆粒之間充填亮晶膠結(jié)物，形成原生孔隙發(fā)育的亮晶顆粒灰?guī)r，為白云巖的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在形成原生孔隙發(fā)育的原巖的同時，也為后期建設(shè)性成巖作用改造提供了有利條件（苗錢友等，2014；沈浩等，2016；關(guān)新等，2018），有利于后期流體進入發(fā)生白云石化，從而形成優(yōu)質(zhì)的白云巖儲層。而灘間海水體較深，水動力條件弱，多形成顏色較深的泥晶灰?guī)r，孔隙發(fā)育較差，不利于白云石化作用。在碳酸鹽巖臺地沉積體系中，臺緣灘和臺內(nèi)灘是棲霞組白云巖儲層發(fā)育的主要相帶；在緩坡沉積體系中，白云巖儲層主要發(fā)育在中-淺水緩坡的顆粒灘微相中。

古地貌對棲霞組沉積時期沉積相帶的分布具有明顯控制作用，還有利于后期白云石化作用和溶蝕作用發(fā)生（趙文智等，2014；趙文智等，2015）。在古地貌高地，高能灘相發(fā)育，易形成巖性較純、原生孔隙發(fā)育的顆粒灰?guī)r，在同生-準同生期，古地貌高地更易暴露在海平面之上，有利于發(fā)生白云石化作用和溶蝕作用；在古地貌洼地，水體深，水動力條件弱，發(fā)育灘間海，缺乏易溶組分，泥質(zhì)含量較高，原生孔隙不發(fā)育，不利于白云巖儲層形成（關(guān)新等，2018）。在研究川中地區(qū)棲霞組白云巖儲層時發(fā)現(xiàn)，由于在棲霞組沉積期，川中古隆起在研究區(qū)呈北東-南西方向展布，故顆粒灘沉積大多也為北東-南西方向延伸。

4.2 多期白云石化作用是儲層發(fā)育的關(guān)鍵

白云巖是四川盆地棲霞組儲層主要的巖石類型，白云石化作用是儲層發(fā)育的關(guān)鍵因素。前人對四川盆地棲霞組白云巖儲層的白云石化作用做過大量研究，對盆地棲霞組白云巖儲層儲集物性特征的研究表明，白云石化作用形成的中-粗晶白云巖物性最好，可作為優(yōu)質(zhì)的儲層。

目前，學(xué)者對白云石化作用的類型有不同的觀點。針對全盆提出了埋藏白云石化（何幼斌和馮增昭，1996；王運生和金以鐘，1997）；熱液白云石化，認為深部熱異常流體沿斷裂、裂縫和高能灘體運移使灰?guī)r發(fā)生白云石化（江青春，2014）；淺埋藏期海水白云石化作用（婁雪，2017）；準同生期滲透回流白云石化作用（郝毅等，2020）；還有學(xué)者提出多種不同類型白云石化作用疊加的觀點，如（田景春等，2014;張文等，2014）。川西、川西南是當(dāng)前盆地棲霞組白云石化作用研究的熱點地區(qū)，提出了：“玄武巖淋濾白云石化”，認為富含Mg2+的淡水沿裂縫和節(jié)理向地下滲流，使石灰?guī)r發(fā)生白云石化（金振奎等，1999）；埋藏白云石化（孟森等，2017）；海水白云石化（周進高等，2019）；埋藏?zé)嵋撼梢颍ㄅ嵘娴龋?018），構(gòu)造熱液成因（韓曉濤等，2016），埋藏白云石化和構(gòu)造熱液白云石化雙重作用（王欣欣，2016）、高能灘混合水白云石化疊加熱液、埋藏白云石化（郭維，2012）等觀點，還提出了盆地西北部特有的“棲霞模式”（李博等，2020）。近年來，還有學(xué)者認為盆地棲霞組白云巖儲層成因與巖溶系統(tǒng)充填物發(fā)生白云石化作用有關(guān)（譚秀成等，2015）。普遍認為白云巖儲層的物性也與白云石化有關(guān)：白云石化作用越徹底，則在埋藏過程中孔隙將得到更好保存，為溶蝕流體提供運移通道，使儲層物性進一步提高。

圖6 川中高石梯-磨溪地區(qū)棲霞組白云巖儲層成因模式圖

對川中高石梯-磨溪地區(qū)白云巖儲層研究后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域白云巖成因以準同生期白云石化疊加埋藏白云石化作用為主，后期經(jīng)一定程度的熱液流體改造（圖6）。

4.3 同生溶蝕作用是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的有利條件

研究認為四川盆地棲霞組白云巖經(jīng)歷了不同期次的溶蝕作用，主要為同生-準同生期淡水溶蝕、埋藏期熱液溶蝕和埋藏期與有機質(zhì)成熟演化有關(guān)的溶蝕作用。

在棲霞組高位域時期，海平面升降頻繁，發(fā)育在淺水高能環(huán)境中的顆粒灘易暴露在海平面之上，受到富含CO2的大氣淡水的淋濾溶蝕作用（Palmer and Edmond，1989；黃思靜，1997），形成早期的孔隙，順層面或?qū)永矸植迹◤埥ㄓ碌龋?015）,為晚期熱液流體提供運移通道。在陰極發(fā)光下方解石呈桔紅色，指示淡水改造（圖7）。白云巖儲層發(fā)育在向上變粗的顆粒灘旋回上部，距離旋回頂部暴露面越近，白云石化作用程度越高，儲層物性也越好（婁雪，2017）。

圖7 棲霞組暴露溶蝕特征

在二疊紀-三疊紀早-中期，川西地區(qū)構(gòu)造活動活躍，發(fā)生大規(guī)模拉張裂陷，火山巖噴發(fā)熱事件頻繁，使棲霞組白云巖經(jīng)歷了多期次熱液活動改造，白云巖晶粒變粗，晶間溶孔和晶面溶蝕孔發(fā)育，改善了儲層儲集空間（李國蓉等，2009；張廷山等，2011；羅志立等，2012；白曉亮等，2019）。同時，熱液充注也會造成后期礦物充填。除鞍狀白云石外，還可見自生石英、螢石、磷灰石等共生的熱液礦物組合（Davies and Smith，2006；田景春等，2014）。

5 結(jié)論

（1）四川盆地棲霞組主要的儲層類型有晶間孔型白云巖儲層、溶孔-溶洞型白云巖儲層和溶洞型灰?guī)r儲層三種；

（2）晶粒白云巖儲層是四川盆地棲霞組的優(yōu)質(zhì)儲層，其形成和發(fā)育受沉積相帶、白云石化作用和溶蝕作用控制。其中，有利的沉積相帶是儲層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，白云石化作用是白云巖儲層形成的關(guān)鍵，同生溶蝕作用為優(yōu)質(zhì)儲層的形成提供了有利條件；

（3）四川盆地棲霞組白云巖儲層的研究應(yīng)在地區(qū)差異性的基礎(chǔ)上重點關(guān)注儲層成因和展布規(guī)律，為未來勘探開發(fā)提供依據(jù)；在川中地區(qū)應(yīng)對棲霞組溶洞型灰?guī)r開展進一步研究。

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Reservoir Types and Control Factors of the Xixia Formation in the Sichuan Basin

RAO Shi-yi

(Energy Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

The Qixia Formation in the Sichuan basin is an important horizon for oil and gas exploration at present. A great deal of research has been done on it, but there are still disputes in many aspects such as sequence stratigraphic framework, sedimentary facies zone, reservoir type, reservoir genesis and dolomitization type. This paper summarizes the previous research results. The reservoir types of the Qixia Formation are crystalline dolomite reservoir, dissolution pore-karst cave dolomite reservoir and karst cave limestone reservoir. Controlling factors of reservoir development are favorable grain bank sedimentary facies zone, dolomitization and dissolution.

Sichuan basin; Xixia Formation; dolomitite; dolomitization

P536

A

1006-0995（2022）01-0071-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.014

2021-04-11

饒詩怡（2000— ），女，四川南充人，資源勘查工程專業(yè)在讀，碳酸鹽巖沉積和儲層地質(zhì)學(xué)