李璐萍，梁金同，2，劉四兵，3，郭艷波，李堃宇，和 源，金九翔

（1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059；3.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059；4.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021；5.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041；6.中國石油大港油田分公司對外技術(shù)服務(wù)公司，天津 300280）

0 引言

近年來，隨著四川盆地川中古隆起區(qū)震旦系—寒武系的勘探與研究，洗象池（群）組白云巖逐漸成為盆地內(nèi)油氣資源勘探的潛在層系［1-2］。目前，川中地區(qū)鉆遇洗象池（群）組的探井共計70 余口，多口井在該層系的測試均獲得了工業(yè)氣流，表明洗象池（群）組具有一定的勘探潛力。由于地層的劃分與命名方案存在差異，四川盆地寒武系第三統(tǒng)中上部—芙蓉統(tǒng)地層曾被不同學(xué)者命名為洗象池群［1-3］、洗象池組［4-6］和婁山關(guān)群［7-8］等，并采用三分法［9］、四分法［10-11］以及五分法［12］對其內(nèi)部地層進(jìn)行細(xì)分。為避免歧義，本文采用川西—川中小區(qū)地層的劃分與命名方案，將川中地區(qū)該套地層命名為洗象池組。眾多學(xué)者已針對洗象池組層序地層、巖相古地理、成巖作用和儲層特征及其主控因素等方面進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為四川盆地洗象池期主要發(fā)育碳酸鹽巖局限臺地相［3，13-14］，臺內(nèi)灘亞相為有利儲集相帶，其發(fā)育受海平面變化與古隆起影響［4，15-17］；洗象池組儲層縱向上發(fā)育于地層旋回上部［5］，儲集巖性以顆粒白云巖為主，儲集空間以溶蝕孔洞為主，總體具有“低孔低滲”、孔滲相關(guān)性差等特征［4，6］；在儲層發(fā)育主控因素方面，現(xiàn)有研究認(rèn)為儲層發(fā)育主要受沉積相發(fā)育［6，18］和溶蝕作用控制［19-23］。然而，洗象池組白云巖成巖作用多樣、儲層成因復(fù)雜，尤其是白云化作用和破裂作用對優(yōu)質(zhì)儲層的形成具有重要意義。

針對四川盆地洗象池組白云巖成巖作用與演化序列的研究仍有諸多不足。因此，有必要針對儲層孔隙演化開展深入研究，為洗象池組優(yōu)質(zhì)儲層的形成機理提供依據(jù)。本文旨在通過對川中地區(qū)及鄰區(qū)典型鉆井巖心與薄片觀察，結(jié)合物性特征分析，明確該區(qū)儲層成巖作用特征與成巖演化，進(jìn)一步探討成巖作用對儲層孔隙演化的影響。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是揚子準(zhǔn)地臺的一個次級構(gòu)造單元，可進(jìn)一步劃分為6 個構(gòu)造分區(qū)（圖1a），研究區(qū)位于四川盆地中部，屬于川中古隆起平緩構(gòu)造區(qū)，位于樂山—龍女寺古隆起東南部。受樂山—龍女寺同沉積古隆起的影響［24］，川中地區(qū)洗象池組地層普遍遭受剝蝕，頂部洗三段缺失，與上覆奧陶系呈不整合接觸，地層厚度介于0～400 m，表現(xiàn)為由北西向東南增厚的趨勢；結(jié)合巖性和電性特征，川中地區(qū)洗象池組地層可細(xì)分為洗一1 段、洗一2 段、洗二1段和洗二2 段（圖1b）。洗象池組沉積期，四川盆地基本繼承了龍王廟期和高臺期的古地理格局，總體具有西陸東海的沉積背景［25］，為鑲邊臺地沉積，自西向東依次發(fā)育混積潮坪、云坪、臺地、臺地邊緣和斜坡—盆地［5］，其中川中地區(qū)洗象池組為局限臺地沉積，可劃分為臺坪和顆粒灘等亞相［17，26］。洗象池期，四川盆地處于一個海侵—海退旋回背景下，在合川—廣安與南川—石柱一帶古地貌高部位顆粒灘發(fā)育［5］，與龍王廟期同為四川盆地寒武紀(jì)臺地灘相儲集體發(fā)育的關(guān)鍵時期［3，27］。洗象池組白云巖先后經(jīng)歷了包括郁南運動、都勻運動和廣西運動等多期構(gòu)造抬升運動［28-29］，為巖溶儲層和構(gòu)造裂縫的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

2 儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

川中地區(qū)寒武系洗象池組巖性以中—厚層白云巖為主，西側(cè)受古陸碎屑輸入影響［5，30］，局部含少量陸源粉砂或砂（圖2a）。洗象池組白云巖類型多樣，結(jié)合顯微薄片觀察，具體可識別出顆粒白云巖（圖2b，2c）、殘余顆粒白云巖（圖2d）和晶粒白云巖（圖2e—2 h）等3 種主要的白云巖類，以及裂縫和溶蝕孔（洞）中充填的少量鞍狀白云石（圖2i）。洗象池組儲層主要發(fā)育在（殘余）顆粒白云巖和晶粒白云巖中。

顆粒白云巖是研究區(qū)洗象池組主要的儲集巖性之一，常以薄層狀產(chǎn)出。顆粒以泥晶白云石為主，主要包括砂屑（圖2b）和少量鮞粒（圖2c）以及粉屑等，顆粒間局部見世代膠結(jié)現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)亦可見原始組構(gòu)保存不完整的殘余顆粒白云巖，具殘余顆粒結(jié)構(gòu)（圖2d），根據(jù)膠結(jié)物的分布尚可辨別殘余顆粒的輪廓，一定程度上保留了其原始的微晶結(jié)構(gòu)，屬于準(zhǔn)同生白云石化的產(chǎn)物。

晶粒白云巖是洗象池組又一重要的儲集巖性，多以厚層—塊狀產(chǎn)出，可進(jìn)一步細(xì)分為泥晶—細(xì)粉晶白云巖和粗粉—細(xì)晶白云巖。具體而言，前者中的白云石（圖2e，2f）晶體細(xì)小、自形程度差，常呈鑲嵌接觸，偶見黃鐵礦紋層；后者中的白云石晶體較粗、自形程度較好，結(jié)構(gòu)較致密，晶面通常較臟，可見霧心亮邊結(jié)構(gòu)（圖2g）與顆粒幻影或殘余顆粒結(jié)構(gòu)（圖2h）。

2.2 儲集空間類型

鑄體薄片與掃描電鏡觀察結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)洗象池組白云巖儲集空間類型以溶蝕孔（洞）（圖3a—3d）為主，同時發(fā)育（殘余）粒間孔（圖3e）、（殘余）晶間孔（圖3f）和微裂縫（圖3g—3i）。

溶蝕孔（洞）包括粒間溶孔、晶間溶孔和溶洞等，以表生期和成巖晚期非組構(gòu)選擇性溶蝕為主，在巖心及剖面中常順層分布。粒間溶孔主要發(fā)育在砂屑白云巖、鮞粒白云巖與殘余顆粒白云巖中（圖3a）；晶間溶孔是晶體經(jīng)酸性流體溶蝕改造所形成的，形狀通常不規(guī)則，主要發(fā)育在粗粉—細(xì)晶白云巖中（圖3b，3c）；溶洞主要由（殘余）顆粒白云巖中的粒間溶孔進(jìn)一步擴大或晶粒白云巖沿裂縫發(fā)生溶蝕形成，洞徑一般大于2.00 mm，野外剖面中常受大氣淡水淋濾改造，呈蜂窩狀［6，31］（圖3d）。

粒間孔和晶間孔也是區(qū)內(nèi)重要的儲集空間類型。粒間孔主要發(fā)育在（殘余）顆粒白云巖中，孔隙多呈不規(guī)則多邊形，在巖心和露頭中常呈針孔狀，孔隙直徑一般小于0.12 mm，局部見瀝青充填（圖3e）。晶間孔為白云石晶體之間的孔隙，主要出現(xiàn)在自形程度相對較好的粗粉—細(xì)晶白云巖中（圖3b，3f），孔隙直徑一般為0.001～0.200 mm，孔隙形態(tài)常呈多面體狀。

微裂縫主要包括構(gòu)造縫、溶縫和縫合線。構(gòu)造縫的形成與成巖過程與多期構(gòu)造活動有關(guān)，縫寬一般小于0.01 mm（圖3g），可能被白云石或方解石（半）充填形成細(xì)脈，或被后期流體進(jìn)一步溶蝕，形成溶縫（圖3h）?？p合線的發(fā)育與中—深埋藏條件下強烈的壓溶作用有關(guān)，可作為烴類運移的通道（圖3i）。微裂縫的儲集性能有限，但對改善滲流條件具有重要意義［32］。

2.3 物性特征

川中地區(qū)寒武系洗象池組白云巖孔隙度普遍小于10.0%，絕大多數(shù)樣品孔隙度低于2.0%，本文參考以往的儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)［5，20-21］，將2.0%作為儲層孔隙度的下限。分析結(jié)果（圖4）表明，洗象池組白云巖儲層孔隙度為2.0%～10.2%，平均孔隙度為3.9%，滲透率為5.60×10-5～28.10 mD，平均滲透率為0.64 mD，總體反映了低—特低孔滲的儲層特征。盡管如此，部分樣品仍具較好的孔滲物性，以GT2井洗二1 段儲層為例，其平均孔隙度為4.5%，且孔隙度大于6.0%的樣品占比超過20%，說明在整體致密的背景下仍可發(fā)育一定的優(yōu)質(zhì)儲層。

對于儲層孔-滲相關(guān)性而言，川中地區(qū)寒武系洗象池組儲層部分樣品的滲透率雖然隨孔隙度的增加而增強，但二者整體相關(guān)性并不明顯，說明孔隙對滲透率的影響有限。由此可以推測，微裂縫對改善洗象池組白云巖儲層滲透率具有重要意義，即該區(qū)主要發(fā)育裂縫-孔隙型儲層，孔隙型儲層次之。

3 儲層成巖作用

川中地區(qū)洗象池組白云巖經(jīng)歷了多期次、多類型的成巖作用改造，主要包括白云化作用、溶蝕作用、膠結(jié)充填作用、壓實壓溶作用、重結(jié)晶作用以及構(gòu)造破裂作用，其中溶蝕作用和白云化作用是優(yōu)質(zhì)儲層形成的關(guān)鍵。

3.1 白云化作用

基于上述巖石學(xué)特征和薄片觀察，該區(qū)洗象池組白云化作用按形成環(huán)境不同可劃分為準(zhǔn)同生白云化作用、混合水白云化作用和埋藏白云化作用。準(zhǔn)同生白云化作用包括蒸發(fā)泵白云化和回流滲透白云化作用，前者形成的泥晶—細(xì)粉晶白云巖晶粒細(xì)小且自形程度差，發(fā)育水平紋層（圖5a）；后者形成的粉晶白云巖或亮晶粒屑白云巖常具殘余顆粒結(jié)構(gòu)，白云石晶體多為細(xì)粉晶—粗粉晶。根據(jù)暗紅色、弱陰極發(fā)光特征，這2 種白云巖可能形成于近地表—淺埋藏的成巖環(huán)境（圖5b，5c）。（殘余）顆粒白云巖中亦可見纖狀和粒狀世代膠結(jié)現(xiàn)象，說明其成因也可能與淺灘暴露期間的混合水白云化作用有關(guān)。埋藏環(huán)境下的持續(xù)白云化作用疊加重結(jié)晶作用，使得白云石具霧心亮邊結(jié)構(gòu)和環(huán)帶陰極發(fā)光特征（圖5d）。相較于準(zhǔn)同生白云化形成的致密、低孔滲的白云巖而言，早期形成的顆粒白云巖孔隙度較大，后期疊加埋藏白云化作用形成的粗粉—細(xì)晶白云巖內(nèi)孔隙較為發(fā)育，是重要的油氣儲集空間。

3.2 溶蝕作用

全球絕大多數(shù)的碳酸鹽巖都是在地表或近地表受到大氣淡水溶蝕作用的改造而成為良好的儲層［33］。對于研究區(qū)洗象池組儲層而言，溶蝕作用一定程度上可通過形成次生孔隙而改善儲層物性，是區(qū)內(nèi)最重要的建設(shè)性成巖作用。根據(jù)溶蝕作用發(fā)生階段和環(huán)境的不同，該區(qū)白云巖儲層的溶蝕作用分為準(zhǔn)3 期。

第Ⅰ期為準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用，形成于大氣淡水參與的相對開放環(huán)境，常具有組構(gòu)選擇性；其發(fā)育分布與頻繁的短期海平面升降有關(guān)，其分布通常受控于短期層序界面［34］。這些溶蝕孔隙一般很快被方解石或白云石充填，如被充填的鳥眼孔（圖5e）等，未能形成有效儲集空間。

第Ⅱ期為表生溶蝕作用，與加里東期構(gòu)造抬升所致的地層剝蝕密切相關(guān)，是區(qū)內(nèi)巖溶儲層形成的主要時期［20］。洗象池組表生溶蝕（巖溶）和氧化作用強烈，形成粒間溶孔、晶間溶孔、溶縫和順層溶蝕孔（洞）（圖5f），局部見古巖溶角礫（圖5g），以及泥質(zhì)或細(xì)碎屑物質(zhì)充填的古風(fēng)化縫。

第Ⅲ期為埋藏溶蝕作用，是指由中—深埋藏條件下地層壓釋酸性流體或有機酸溶蝕改造所形成的非選擇性溶孔，是對現(xiàn)有孔隙的擴容改造。洗象池組埋藏溶蝕孔隙以晶間溶孔、粒間溶孔和溶縫等為主，有機酸參與的埋藏溶蝕作用亦可見殘余瀝青［35］（圖5h），形成了研究區(qū)內(nèi)又一重要的有效儲集空間類型。

3.3 膠結(jié)充填作用

膠結(jié)充填作用是降低研究區(qū)洗象池組儲層物性的主要因素之一，根據(jù)成巖環(huán)境和階段可分3期，即以纖狀膠結(jié)物為代表的第I期海底膠結(jié)作用、以粒狀膠結(jié)物為代表的第Ⅱ期大氣淡水—淺埋藏膠結(jié)作用和被（鞍狀）白云石、方解石及石英等充填的第Ⅲ期埋藏膠結(jié)作用。

3.4 壓實壓溶作用

壓實壓溶作用主要發(fā)生在埋藏成巖環(huán)境中，以縫合線的出現(xiàn)為典型特征，在剖面露頭中常順層分布?？p合線雖使地層減縮，為方解石膠結(jié)作用提供物質(zhì)來源［7］，但經(jīng)后期溶蝕或構(gòu)造作用可成為油氣運移通道和儲集空間，對于洗象池組儲層物性的影響具兩重性。

3.5 構(gòu)造破裂作用

構(gòu)造破裂作用是該區(qū)又一主要的建設(shè)性成巖作用，洗象池組白云巖中構(gòu)造縫普遍發(fā)育，局部出現(xiàn)構(gòu)造角礫白云巖（圖5i），二者均為構(gòu)造破裂作用的產(chǎn)物。當(dāng)破裂作用與大規(guī)模巖溶作用同時發(fā)生時可形成有效縫，進(jìn)一步溶蝕后可形成溶縫，有效改善洗象池組儲層物性。

4 成巖序列與孔隙演化

洗象池組白云巖儲層的孔隙演化與成巖演化密切相關(guān)，根據(jù)川中地區(qū)寒武系洗象池組白云巖儲層成巖作用特征，總結(jié)出該區(qū)洗象池組顆粒白云巖（圖6a—6f）與晶粒白云巖（圖6g—6o）成巖演化經(jīng)歷了海水、大氣淡水和埋藏成巖作用，成巖階段可劃分為同生—準(zhǔn)同生階段、早成巖階段、表生成巖階段和晚成巖階段4 個階段。

4.1 同生—準(zhǔn)同生階段

在早期淺海和地表滲流環(huán)境下，區(qū)內(nèi)洗象池組碳酸鹽巖主要發(fā)生早期膠結(jié)作用、準(zhǔn)同生白云化作用及大氣淡水溶蝕作用，部分溶蝕孔隙很快由于充填作用而消失。研究表明，碳酸鹽巖原生孔隙度可達(dá)40%～70%［38］，而同生—準(zhǔn)同生階段膠結(jié)或充填作用可引發(fā)減孔效應(yīng)，雖然膏?？缀透嗳芸滓欢ǔ潭壬峡筛纳苾游镄?，但依據(jù)薄片中顆粒的接觸關(guān)系可以估算，該階段洗象池組儲層孔隙度仍明顯減少至不足15%。

4.2 早成巖階段

隨著埋深增加、溫度升高，洗象池組白云巖和孔隙水由開放進(jìn)入半封閉—封閉的淺—中埋藏環(huán)境，早期形成的白云巖發(fā)生重結(jié)晶作用，部分形成結(jié)構(gòu)較自形的粗粉—細(xì)晶白云巖，而大部分過度重結(jié)晶形成以半自形—他形結(jié)構(gòu)為主的粗粉—細(xì)晶白云巖。該階段成巖作用主要包括壓實作用、重結(jié)晶作用、膠結(jié)充填作用與構(gòu)造破裂作用，研究區(qū)洗象池組白云巖儲層孔隙度進(jìn)一步降低至8%～10%。

4.3 表生成巖階段

加里東末期，樂山—龍女寺古隆起區(qū)域整體發(fā)生抬升，成巖環(huán)境相對開放。受到大氣淡水與地下水的共同作用，發(fā)生表生巖溶，洗象池組地層上部形成大量溶孔（洞）。同時，強烈的構(gòu)造抬升使得大量構(gòu)造裂縫發(fā)育，有利于后期流體運移而提高儲層滲透性。整體而言，該階段研究區(qū)洗象池組儲層孔隙度以增加為主，依據(jù)后期充填物含量可以估算，孔隙度為10%～12%。

4.4 晚成巖階段

處于中—深埋藏階段的洗象池組白云巖已基本脫離氧化環(huán)境，隨著埋深、溫度、壓力的升高，逐漸出現(xiàn)壓溶減孔現(xiàn)象。在中—深埋藏條件下，雖然地層酸性流體（如CO2、有機酸等）可通過形成溶孔和溶縫而改善儲層物性，但深部流體上移過程中會沉淀出方解石、（鞍狀）白云石和石英等熱液礦物而充填溶蝕孔隙（洞），使得薄片觀察到的孔隙度僅為3%～5%。

5 結(jié)論

（1）川中地區(qū)寒武系洗象池組有利儲集巖性以（殘余）顆粒白云巖和粗粉—細(xì)晶白云巖為主；儲集空間以溶蝕孔洞為主，包括粒間溶孔、晶間溶孔以及溶洞等，主要發(fā)育裂縫-孔隙型儲層。

（2）川中地區(qū)寒武系洗象池組碳酸鹽巖成巖演化經(jīng)歷了海水、大氣淡水和埋藏成巖作用，成巖階段可劃分為同生—準(zhǔn)同生階段、早成巖階段、表生成巖階段和晚成巖階段4 個階段。白云化作用和溶蝕作用是形成該區(qū)洗象池組優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵因素，其中表生溶蝕（巖溶）和埋藏溶蝕作用對孔隙演化起決定性建設(shè)作用；膠結(jié)充填作用破壞了洗象池組儲層的大量原生孔隙和次生孔隙，降低了儲層物性。