川北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層成巖演化序列

侯振學，王興志，宋光建，李軍龍，胡占群

（1中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部資料解釋中心；2西南石油大學資源與環(huán)境學院）

（3中國石油新疆油田公司；4中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司）

川北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層成巖演化序列

侯振學1，王興志2，宋光建3，李軍龍4，胡占群3

（1中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部資料解釋中心；2西南石油大學資源與環(huán)境學院）

（3中國石油新疆油田公司；4中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司）

早三疊世飛仙關期，川北地區(qū)為臺地與海槽相間的沉積格局，在兩者的轉換地帶，發(fā)育了大套臺地邊緣碳酸鹽鮞粒灘。該套儲層經歷的破壞性成巖作用類型主要有壓實、壓溶作用和膠結作用，建設性成巖作用主要有泥晶化作用、新生變形及重結晶作用、白云石化作用和溶蝕作用。討論了各種成巖作用的主要特征及對儲層的影響。結合成巖階段劃分，建立了該儲層的成巖序列。膠結作用可分為三期，對儲層的破壞作用非常強，尤其是第二期膠結作用以后，殘存下來的孔隙降至5%左右。白云石化作用主要有混合水白云石化和埋藏白云石化，它不僅將巖石孔隙度提高了5%左右，更重要的是在白云巖中形成了較多的晶間孔，為后期埋藏溶蝕作用創(chuàng)造了施展空間。埋藏溶蝕作用使白云巖中的晶間孔溶蝕擴大，形成晶間溶孔，這是優(yōu)質白云巖儲層形成的必要條件，它可將孔隙度再提高5%～20%左右。

鮞粒灘相；碳酸鹽巖儲層；成巖作用；飛仙關組；四川盆地北部

近年來，四川盆地北部下三疊統(tǒng)飛仙關組油氣勘探獲得重大突破，這里先后發(fā)現過羅家寨、渡口河、鐵山坡、普光、龍崗、元壩等多個大中型氣田，表明該套地層含有極為豐富的天然氣資源，它目前已成為我國西南乃至全國的重點勘探對象之一。

勘探已經證實，大部分飛仙關組氣藏富集在開江—梁平海槽兩側臺地邊緣鮞粒灘所形成的優(yōu)質儲層中［1］，但并不是所有的臺地邊緣鮞粒灘都能形成優(yōu)質儲層，這是因為成巖作用才是儲層形成的關鍵。本文分析了該區(qū)飛仙關組所經歷的成巖環(huán)境，劃分出不同的成巖階段，在此基礎上著重研究了成巖作用對儲層的影響并建立了成巖序列，這對該套儲層的油氣勘探將具有非常重要的意義。

1 成巖環(huán)境和成巖階段

研究表明，早三疊世飛仙關期，四川盆地北部為一開闊臺地—海槽—孤立臺地—海槽沉積環(huán)境格局，在海槽與臺地的轉換地帶，發(fā)育了大套臺緣灘［2-3］（圖1）。

這套以鮞灘沉積為主的地層自沉積至今已有2億多年的時間，在這漫長的地質歷史中，經歷了從地表到地下五六千米深度變化的埋藏過程，經受了多期次、多類型成巖作用的長期疊加，將由原生孔隙為主的灘相沉積體改造成了以次生孔隙占優(yōu)勢的儲層。根據巖石學特征及地球化學特征（鏡質體反射率和包裹體均一溫度），并結合前人研究［4］，可以發(fā)現飛仙關組先后經歷了同生期、準同生期、早成巖期以及晚成巖期等成巖階段，期間先后經歷了海底成巖環(huán)境，大氣淡水、海水及混合水成巖環(huán)境，淺埋藏、中埋藏及深埋藏成巖環(huán)境，受到了海水、大氣淡水、混合水和地層流體等影響，該套地層發(fā)生了復雜的成巖作用演化（圖2）。

2 成巖作用類型及特征

根據野外剖面和鉆井巖心的宏觀、微觀研究，結合地球化學分析，將研究區(qū)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層所經歷的成巖作用分為破壞性和建設性兩類成巖作用。其中破壞性成巖作用主要有壓實、壓溶作用、膠結作用，建設性成巖作用主要有泥晶化作用、新生變形及重結晶作用、白云石化作用及溶蝕作用。

圖1 川北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組沉積相分布

圖2 川北地區(qū)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層成巖階段、成巖環(huán)境及成巖作用類型

2.1 破壞性成巖作用

2.1.1 壓實作用和壓溶作用

壓實、壓溶作用是該區(qū)飛仙關組常見的成巖作用，主要發(fā)生在淺埋藏—深埋藏成巖環(huán)境中，表現為鮞粒的變形（圖3a）及壓溶縫合線（圖3b）。壓實作用是使沉積物孔隙縮小的主要破壞性成巖作用之一，在泥晶灰?guī)r、泥質灰?guī)r中最為明顯，但對于鮞?；?guī)r等顆粒巖來說，由于它們含有大量的早期膠結物，因而可以明顯地抵抗壓實作用的進行，導致壓實作用對其儲層性能的影響并不太強。壓溶作用是壓實作用的繼續(xù)和發(fā)展，強烈的壓溶作用所析出的組分為后期膠結作用提供了豐富的物源，因而壓溶作用屬破壞性成巖作用。壓溶作用形成的縫合線，在一定程度上可起到提高儲層滲透性的作用，但從總體來看，壓溶作用對儲層的影響以破壞性為主。

圖3 川北飛仙關組儲層壓實作用和壓溶作用特征

2.1.2 膠結作用

膠結作用是研究區(qū)飛仙關組鮞灘儲層原生孔隙和部分次生孔隙消失的主要原因。該鮞灘主要為方解石膠結，可以分為三期。第一期為纖狀或馬牙狀亮晶方解石膠結，沿顆粒邊緣呈單環(huán)帶（圖4）或多環(huán)帶分布，屬于鮞灘沉積后不久的海底膠結。第二期為粉—細晶方解石膠結，從孔隙邊緣向孔隙內部，具有晶體逐漸變粗的充填結構。這類膠結物是鮞灘沉積后不久在淺埋藏階段形成的。第三期為粗晶方解石，是在中—深埋藏環(huán)境下形成的，僅位于較大粒間孔、裂縫及溶洞內部。上述三期膠結作用對儲層的破壞非常強烈，尤其是第二期膠結作用以后，原生孔隙和大部分次生孔隙幾乎全被填塞，殘存下來的孔隙降至5%左右。

2.2 建設性成巖作用

2.2.1 泥晶化作用

川北地區(qū)飛仙關組碳酸鹽巖沉積中，常見有些鮞粒被一層暗色物質包圍，稱之為泥晶套（圖5），它是由泥晶化作用形成的。藍綠藻或真菌將分泌物排泄在鮞粒表面，導致鮞粒邊緣由暗色泥晶灰質組分構成。泥晶化作用對孔隙的增加可能影響不大，但增加了顆粒的抗壓能力，為后來的粒內溶孔、鑄?？椎男纬珊捅４鎰?chuàng)造了良好的條件。淺水高能環(huán)境下淘洗干凈的顆粒沉積物有利于藻類和真菌的活動，因此泥晶套是同生期海底成巖環(huán)境的標志。

圖4 川北飛仙關組儲層膠結作用特征

圖5 川北飛仙關組儲層泥晶化作用特征

2.2.2 新生變形及重結晶作用

早期成巖階段由于淡水作用，不穩(wěn)定的文石、高鎂方解石逐漸轉化成為低鎂方解石，局部泥晶基質及組成鮞粒圈層的泥晶方解石重新結晶形成微晶，即發(fā)生新生變形作用。白云石交代方解石之后，隨著埋藏深度的增加，溫度增高、壓力增大，同時在構造應力作用下，巖石普遍發(fā)生重結晶作用。重結晶過程中白云石晶粒變粗，由泥晶、微晶變?yōu)榉劬А⒓殹芯?。根據對研究區(qū)200塊樣品的分析對比后發(fā)現，細—中晶白云巖物性（平均孔隙度8.9%，平均滲透率21.8×10－3μm2）明顯好于泥粉晶白云巖（平均孔隙度3.9%，平均滲透率0.03×10－3μm2），因此說重結晶作用對儲層具有明顯的建設性意義。

2.2.3 白云石化作用

白云石化作用是川北地區(qū)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層形成的關鍵因素［5］，根據巖石學和地球化學特征分為混合水白云石化和埋藏白云石化兩種類型。

2.2.3.1 混合水白云石化作用

對于混合水白云石化模式目前尚存在較大爭議［5-6］。近年來，Luczaj［7］對混合水白云石化的典型地點美國威斯康星?。╓isconsin Arch）碳酸鹽巖的成巖作用進行了重新研究，認為該弧的白云石化作用是由與溫度升高有關的濃鹵水導致的，是熱液成巖作用的結果［7-8］。與此相應的，國內也有人對四川盆地飛仙關組鮞灘儲層混合水白云石化模式提出了否定［9］。但本文認為，混合水白云石化并不能被完全否定，它對儲層的改造作用不可忽視。

不論從鉆井巖心還是野外剖面來看，四川盆地飛仙關組的白云石化作用受沉積相控制明顯。從單一灘體來看，大氣淡水滲流帶中的白云石化作用較強，大氣淡水與海水混合水帶中的為最強，而海水潛流帶中基本未發(fā)生（圖6），這是其它白云石化模式所不能解釋的。而且從鮞粒灰?guī)r與鮞粒白云巖的過渡巖類可以看出，鮞粒由半自形—它形的粉、細晶白云石構成，第一期膠結物為半自形、自形細晶馬牙狀白云石，第二期膠結物多未白云石化（圖7a），在深埋藏期多被溶蝕，這表明該類白云巖的主要白云石化作用是在第一期膠結物形成后不久發(fā)生的，推測是在同生—準同生期，由大氣淡水和混合水成因所致。在薄片中還可以觀察到這樣的現象，鮞粒的白云石化呈選擇性，且呈環(huán)帶狀（圖7b），這有可能是由于飛仙關期頻繁的海平面（四級）升降［10-11］，鮞粒在形成過程中不斷露出水面，接受大氣淡水的影響，在大氣淡水與海水混合帶發(fā)生混合水白云石化所形成的。

圖6 川北地區(qū)飛仙關組灘相儲層白云石化分帶模式

圖7 川北飛仙關組儲層白云石化作用特征

2.2.3.2 埋藏白云石化作用

埋藏白云石化主要沿著早期形成的孔縫周圍分布，形成的白云石呈半自形—自形，中晶為主，砂糖狀，可見鞍狀白云石（圖8）。含瀝青包裹體和氣烴包裹體，均一溫度大于90℃，表明為高溫成因，為中—深埋藏環(huán)境下形成的白云石。

圖8 川北飛仙關組儲層埋藏白云石化作用特征

上述兩類白云石化作用的結果，不僅將巖石孔隙度提高了5%左右，更重要的是在白云巖中形成了較多的晶間孔，它們不易被充填，為后期埋藏溶蝕作用創(chuàng)造了施展空間，能進一步提高孔隙度。

2.2.4 溶蝕作用

飛仙關組鮞灘主要經歷了三期溶蝕作用［12-13］，其中第二、三期溶蝕作用是優(yōu)質白云巖儲層形成的必要條件，可將孔隙度再提高5%～20%。

2.2.4.1 第一期溶蝕作用

由于海平面頻繁升降，灘相沉積物常暴露于大氣水環(huán)境,大氣淡水對鮞粒中的不穩(wěn)定礦物——文石、高鎂方解石等進行選擇性溶蝕，形成鮞模孔（負鮞）。該期溶蝕作用雖較強，但因發(fā)生時間較早，形成的孔隙大多被方解石、白云石和滲流物充填而失去儲滲能力。

2.2.4.2 第二期溶蝕作用

第二期溶蝕作用發(fā)生于構造擠壓之后、大量烴類充注之前。開江—梁平海槽的海槽相飛仙關組之下的烴源巖（主要為二疊系烴源巖）在成油過程中會產生豐富的有機酸或與之有關的酸性地層水，在側向上或者垂向上運移至海槽與臺地之間由于構造作用形成的裂隙或者斷層中，并進入鮞灘儲層，從而產生強烈的溶蝕作用，形成大量的溶孔、溶洞和溶蝕縫，尤其是對白云石化形成的晶間孔強烈溶蝕，形成大量晶間溶孔。該期溶蝕孔、洞、縫未見明顯變形，表明它們形成于擠壓構造運動之后，隨后被大量烴類充注。由于后期熱演化，現今這些溶孔、溶洞、裂縫（溶縫）中，普遍賦存瀝青（圖9），表明它們形成于瀝青侵位之前，是液態(tài)烴的主要儲滲空間。溶蝕孔洞中也充填有少量粗晶方解石，包裹體均一溫度為86～122℃，表明是中—深埋藏環(huán)境下的產物。

2.2.4.3 第三期溶蝕作用

該期溶蝕作用發(fā)生于烴聚集并演化為瀝青之后。隨著早期灘相儲層中的液態(tài)烴向氣態(tài)烴轉變，釋放出較多的腐蝕性組分，并對灘相儲層進一步溶解，形成一定數量的次生孔隙。該期溶孔主要為晶間溶孔和粒內溶孔，粒內溶孔常具有定向和新月形的特征，有時發(fā)育成超大孔隙或寬大的溶縫（圖9）。溶孔、裂隙異常干凈，一般沒有瀝青充填，常見孔隙周圍白云石晶體被強烈溶蝕。少數晶間溶孔中有少量瀝青充填，可能是早期充填瀝青的殘留。

圖9 川北飛仙關組儲層溶蝕作用特征

3 成巖序列

根據以上研究，筆者建立了四川盆地北部飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層成巖序列，共分為六個階段（圖10），各階段所對應的孔隙度演化見圖2。

（a）同生期海底成巖環(huán)境（圖10a） 早三疊世，主要堆積了一套分選和磨圓度均較好的顆粒，原生粒間孔達40%以上。在同生階段的海底環(huán)境主要經歷了第一期纖狀、柱狀方解石膠結作用,其次為泥晶化作用，使疏松顆粒弱—半固結，孔隙度降低至30%以下。

圖10 川北地區(qū)飛仙關組優(yōu)質鮞灘儲層成巖序列

（b）準同生期海水、大氣淡水及混合水成巖環(huán)境（圖10b） 早三疊世，隨海平面升降變化，灘體頻繁暴露于海平面之上，接受大氣淡水、海水或混合水的成巖改造，主要發(fā)生混合水白云石化和第一期大氣淡水溶蝕。灘體顆粒和第一期方解石膠結物轉變?yōu)榘自剖纬梢灶w粒白云巖為主的巖體，其中的晶間孔較為發(fā)育。隨后發(fā)生的溶蝕作用，形成一定數量的粒內溶孔及鑄?？住w孔隙度又升高至接近40%。

（c）早成巖期淺埋藏環(huán)境（圖10c） 中三疊世—晚三疊世，灘體進入了淺埋藏階段，主要發(fā)生壓實、壓溶作用，第二期方解石膠結及重結晶作用，前兩種為主。由于前期泥晶化作用的影響，鑄?？准傲热芸谆疚词芷茐?。粒間孔基本消失，只剩下少量未被膠結物充填的成為殘余粒間孔。沉積物完全固結，灘體孔隙度受到嚴重破壞，孔隙度又降至5%左右。

（d）晚成巖期中埋藏階段（圖10d） 侏羅紀，灘體埋藏深度繼續(xù)增加，當達到中埋藏階段時，壓實、壓溶作用繼續(xù)進行，同時發(fā)生第三期中—粗晶方解石的膠結，早期灘體中部分較大的次生孔洞消失，孔隙度進一步減低到5%以下。同時，在裂縫或者縫合線發(fā)育的地方，埋藏白云石化作用開始，形成砂糖狀白云巖，但是由于其僅局部發(fā)育，因此圖中未明確標示。

（e）晚成巖期深埋藏階段（圖10e） 白堊紀，當灘體進入深埋藏階段后，隨著下伏或相鄰地層中的有機質演化成熟，液態(tài)烴開始大量形成，并產生較多的伴生有機酸等腐蝕性組分進入地層水。這些地層水沿斷層和裂縫進入灘體中發(fā)生較強的溶蝕作用，形成大量的粒間溶孔、粒內溶孔及晶間溶孔，使灘體孔隙度上升至5%～8%。同時液態(tài)烴進入灘體儲層，因此該階段形成的孔隙中現今多被瀝青充填或者半充填。隨著埋藏深度的進一步增加，早期灘相儲層中的液態(tài)烴開始向氣態(tài)烴轉變，并釋放出較多的腐蝕性組分，對灘相儲層進一步溶蝕，形成一定數量的次生孔隙，使鮞灘儲層孔隙度局部又可達到15%左右。此過程中，烴類的進入可避免儲集空間被后期膠結物再次充填。

（f）構造抬升期（圖10f） 侏羅紀—白堊紀發(fā)生的印支—燕山構造運動對儲層影響不明顯，僅局部產生的裂縫可以提高儲層的滲透率。

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Diagenetic Evolution Sequence of Lower Triassic Feixianguan Excellent Oolitic Beach Reservoir in Northern Sichuan Basin

Hou Zhenxue,Wang Xingzhi,Song Guangjian,Li Junlong,Hu Zhanqun

A platform/trough in-between sedimentary pattern developed in northern Sichuan Basin during Early Triassic Feixianguan age.Thick carbonate oolitic beach reservoirs of platform-marginal facies are developed in the transition zones between platforms and troughs.The reservoirs underwent both destructive and constructive diagenesis.The destructive diagenesis includes compaction,pressolution and cementation and the constructive diagenesis are micritization,neomorphism and recrystallization,dolomitization,dissolution.The main characteristics of these diagenesis and the influence to reservoirs are discoursed.Combined with every diagenetic stage,a diagenetic evolution sequence of reservoirs is set up.Cementation can be divided into three phases,all of which acted as heavy destruction,especially after the second phase of cementation,the porosity in reservoirs decreased to about 5%.Dolomitization includes mixed-water dolomitization and burial dolomitization,which not only increased porosity by about 5 percent but also made a great number of intercrystalline pores form to create favorable rooms for the post-burial dissolution.Burial dolomitization can enlarge intercrystalline pores in dolostone to form intercrystalline dissolution porosity that can increase about 5%to 20%of additional porosity,which is a necessary condition to be high quality dolostone reservoirs.

Oolitic beach facies;Carbonate reservoir;Diagenesis;Feixianguan Formation;Northern part of Sichuan Basin

TE112.23

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.03.003

1672-9854(2012)-03-0018-07

2011-10-30；改回日期：2012-03-11

侯振學：1986年生，碩士，2011年畢業(yè)于西南石油大學礦產普查與勘探專業(yè)。主要從事沉積學、儲層地質學、測井解釋及儲層評價等方面的研究。通訊地址：065201河北省廊坊市燕郊經濟開發(fā)區(qū)行宮大街中海油基地中海油服油田技術事業(yè)部資料解釋中心；電話：(0316)3366262

本文的主要內容是第一作者在西南石油大學資源與環(huán)境學院學習期間完成的，特此說明。

吳厚松

Hou Zhenxue：male,Master.Add:Data Interpretation Center,CNOOC Oilfield Services Limited，Yanjiao,Lanfang,Hebei,065201,China