川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組古巖溶儲層特征及發(fā)育主控因素

宋曉波，王瓊仙，隆軻，許國明，石國山，馮霞，鄧強，蔡左花

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院貴陽研究所）

川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組古巖溶儲層特征及發(fā)育主控因素

宋曉波，王瓊仙，隆軻，許國明，石國山，馮霞，鄧強，蔡左花

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院貴陽研究所）

受中三疊世末印支運動早期的影響，川西地區(qū)中三疊統(tǒng)碳酸鹽巖普遍受到剝蝕和巖溶作用。通過多口井和多個露頭剖面的巖心、巖屑觀察分析和地球化學分析表明，該區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組頂，古表生巖溶特征明顯。古巖溶作用為雷口坡組頂儲層的發(fā)育創(chuàng)造了條件，雷口坡組上部發(fā)育了一套巖溶孔隙型儲層，主要分布于四段上亞段，在新場地區(qū)儲層段累計厚度達38～75m，巖性主要為微—粉晶白云巖、灰質白云巖、白云質灰?guī)r、（藻）砂屑白云巖及（藻）砂屑灰?guī)r等，以Ⅱ—Ⅲ類儲層為主。認為該套儲層的發(fā)育主要受巖性組合、微古地貌及埋藏期巖溶作用控制。

雷口坡組；巖溶作用；巖溶儲層；儲層特征；控制因素；四川盆地西部

研究區(qū)位于四川盆地西部（川西地區(qū)）（圖1）。20世紀70—80年代，川西地區(qū)已在中三疊統(tǒng)海相雷口坡組發(fā)現(xiàn)了霧中山含氣構造和中壩氣田，儲層厚度大（累計大于80 m），巖性主要為淺灘相白云巖［1-4］。故相當長的一段時間內，川西地區(qū)的勘探重點以尋找雷口坡組“淺灘相白云巖儲層”為目標，而對于雷口坡組中的“古巖溶儲層”未給予充分重視，前人對此也僅對鄰區(qū)做了相關分析［5-6］。本研究區(qū)內由于鉆井資料少，對此的研究也較薄弱。2006年以來，中國石化集團對川西地區(qū)加大了海相地層的勘探，相繼部署實施了一批重點探井，其中的綿竹新場地區(qū)CK1井和XCS1井（位置見圖1）經測試，在雷口坡組頂風化殼分別測獲86.8×104m3/d和68×104m3/d高產工業(yè)氣流，這不僅實現(xiàn)了川西海相油氣勘探的新突破，同時也證實川西地區(qū)雷口坡組頂風化殼古巖溶儲層發(fā)育，展示了其良好的勘探前景。

本文通過對研究區(qū)近期實施的4口鉆井（XQS1、CK1、XCS1、HL1井）雷口坡組近400多個巖心和巖屑常規(guī)薄片樣品、42個物性樣品以及8個地球化學樣品的實驗分析，結合區(qū)內其他2口鉆井（LS1井和CH100井）

的相關資料，初步分析了雷口坡組頂古巖溶儲層的特征，探討了該套儲層發(fā)育的主控因素，以期為認識該套儲層分布規(guī)律及下一步的勘探部署提供參考。

圖1 研究區(qū)位置與地層分布圖

宋曉波：1983年生，工程師。2006年畢業(yè)于成都理工大學，主要從事石油天然氣勘探研究工作。通訊地址：550004貴州省貴陽市八鴿巖路247號；電話：（0851）6852282-602

1 地質特征

中三疊世沉積時，四川盆地為一受限制的陸表海，以碳酸鹽巖沉積為主，沉積了雷口坡組和天井山組。中三疊世末，受印支運動影響，四川盆地整體抬升，海水退出上揚子臺地，瀘州古隆起和開江古隆起形成，區(qū)域上有近10Ma的沉積間斷，中三疊統(tǒng)碳酸鹽巖普遍受到剝蝕和“喀斯特”化，形成了區(qū)域性不整合面。一方面，天井山組在大部分地區(qū)被剝蝕殆盡，殘存的僅限于盆地西緣的綿竹大園包—綿竹漢旺—江油馬角壩一帶，盆地內雷口坡組部分地層被剝蝕，總體上剝蝕厚度由東向西減?。涣硪环矫?，這種剝蝕也為中三疊統(tǒng)頂面古巖溶型儲層的形成創(chuàng)造了條件。鄰近的盆地北部廣元元壩地區(qū)已經發(fā)現(xiàn)了與古巖溶相關的雷口坡組頂氣藏［5］。另據分析，本研究區(qū)江油中壩的雷口坡組氣藏除了與灘相有關之外，也與不整合面古巖溶有關［3，7］。

雷口坡組在區(qū)域上一般自下而上分為四個巖性段。鉆探揭示，發(fā)育古巖溶儲層的雷口坡組四段（雷四段）厚度達350～380m，按巖性可分為下、中、上三個亞段（圖2）：下亞段厚約180～200 m，以大套的厚層膏巖為主，夾部分深色微晶白云巖，在研究區(qū)保留齊全；中亞段厚約70～80 m，由硬石膏巖、微晶白云巖不等厚互層組成，在HL1井以東附近被剝蝕尖滅；上亞段厚約90～120 m，巖性主要為微—細晶白云巖、灰質白云巖、白云質灰?guī)r、（藻屑）砂屑灰?guī)r和白云巖，夾微晶灰?guī)r，主要分布在CH100井以西，向東逐漸被剝蝕尖滅（圖1）。

圖2 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段連井剖面地層對比

2 古巖溶證據

2.1 巖石學特征

通過對川西地區(qū)CK1、XCS1、XQS1和HL1等4口探井雷口坡組四段的巖心和近400個樣品薄片的詳細觀察，可見巖溶角礫（圖3a）、膏溶角礫巖（圖3b）、巖溶孔縫洞、去白云石化、去膏化、硅化及滲流粉砂充填（圖3c）等古表生巖溶標志。鉆井過程中，各井在不整合面附近還出現(xiàn)有不同程度的井漏、鉆井放空等現(xiàn)象，所取巖心破碎、收獲率低，說明古巖溶孔洞發(fā)育。

圖3 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段古巖溶特征

2.2 地球化學特征

碳氧穩(wěn)定同位素δ13C和δ18O值是確定是否有大氣淡水參與成巖作用的最為靈敏的地球化學指標之一［7－11］，大氣淡水與巖石間的相互作用，會使碳酸鹽巖中的δ13C值和δ18O值降低。

從XCS1井和XQS1井雷四段的6個巖心樣品δ13C和δ18O分析結果（圖4）來看，隨著距離向雷四段頂不整合面的靠近，δ13C和δ18O值呈逐漸減小趨勢。在XQS1井不整合面上所取到的樣品δ13C值僅為0.2‰（圖4a），δ18O值小于-5‰（圖4b），表現(xiàn)出明顯的負偏。δ13C和δ18O值的變化，說明埋深越淺、越靠近不整合面，巖石受大氣淡水作用改造而發(fā)生的蝕變作用越強烈。

圖4 川西地區(qū)XCS1井和XQS1井雷口坡組四段巖石樣品碳氧穩(wěn)定同位素—深度關系圖

地球化學組分石灰土是巖溶地區(qū)分布較為廣泛的一種土壤類型［12］。在XQS1井5706m處取巖心，所取巖心破碎（推測厚度約為10cm），并見不整合面風化殘留物——石灰土，呈灰白色，性軟，重量輕。經實驗分析（表1），石灰土與其附近的母巖（微晶灰?guī)r）相比，巖石地球化學組分上略有差異，可溶性物質

Ca和Mn有一定淋失，難溶或不溶物質Si、K、Fe、A1等相對富集，說明此石灰土風化程度尚低，還處在碳酸鹽巖風化的初級階段，應為碳酸鹽巖紅色風化殼的前身。

表1 川西地區(qū)XQS1井雷口坡組四段石灰土與母巖（灰色微晶灰?guī)r）組分分析結果

從以上特征分析可以發(fā)現(xiàn)，綿竹新場地區(qū)雷四段頂與典型的古巖溶界面附近的地球化學特征可以類比，這表明了雷四段頂古表生巖溶的存在。

3 巖溶儲層特征

3.1 儲層分布

鉆探揭示，在CH100井以東地區(qū)，由于上亞段大部分被剝蝕，故巖溶儲層主要發(fā)育在中、下亞段（圖1，圖2）。在CH100井以西地區(qū)，雷口坡組頂古巖溶孔隙型儲層主要分布在雷四段的上亞段，而中、下亞段發(fā)育較薄，儲層一般在距雷口坡組頂向下0～5 m后出現(xiàn)，最深的在距雷口坡組頂向下90 m內可見（如XQS1井）；儲層段厚度較大，累計厚度約38～75 m（XQS1井約38.5 m，CK1井約58 m，XCS1井約75 m），鉆進中油氣顯示活躍。儲層厚度由西向東逐漸減薄，至HL1井僅12 m，且鉆井油氣顯示相對較弱。

3.2 巖性特征

雷四段中、上亞段巖溶型儲層巖性主要為（針孔）微—粉晶白云巖、微—粉晶灰質白云巖、粉晶白云質灰?guī)r、微—粉藻砂屑白云巖、（含）砂屑粉晶白云巖、（含）砂屑白云質灰?guī)r、（藻）砂屑含白云質灰?guī)r、（藻）砂屑灰?guī)r、微—粉晶灰?guī)r等（圖2，表2）。在新場地區(qū)，橫向上，從XQS1井到XCS1井，白云巖類儲層增厚，儲層晶粒變粗（圖2）；縱向上，由上至下，巖性呈（白云質）灰?guī)r—灰質白云巖—白云巖過渡。雷四段下亞段儲層巖性主要為灰色白云質膏鹽巖、含膏質白云巖及泥微晶白云巖等。

表2 川西地區(qū)XCS1井和XQS1井雷口坡組四段中—上亞段巖溶儲層不同巖類的物性特征

3.3 儲集空間

薄片觀察表明，雷口坡組四段頂古巖溶儲層儲集空間類型多樣，包括溶洞、晶間溶孔、溶縫、溶蝕擴大孔、晶間孔、裂縫和粒間溶孔等均有發(fā)育（圖5）。

溶孔普遍可見，晶間溶孔主要分布于白云巖中（圖5a），粒間溶孔分布于藻砂屑白云質灰?guī)r及部分砂屑灰?guī)r中?？讖揭话?.05～1.0mm，最大可達1.8mm，部分溶孔被方解石充填。在平面上，從XQS1井向XCS1井方向，儲層次生溶孔增加，原生孔隙減少，這表明巖溶作用由西向東增強。

圖5 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段儲層孔隙特征

溶洞主要分布于顆粒白云質灰?guī)r及HL1井雷四段下亞段部分膏鹽巖中。尤其以XCS1井含砂屑白云質灰?guī)r巖心中發(fā)育最佳，多呈蜂窩狀分布（圖5b）。據對XCS1井5600.13～5600.36m井段的統(tǒng)計，發(fā)育溶洞45個，洞密度195個/m，均為小洞，形狀為近圓形，大小2mm×2mm至3mm×4mm，部分被方解石充填，巖心取心率僅為5%。

裂縫構造縫和溶縫均較發(fā)育，溶縫寬度一般0.01～1.5 mm（圖5c），構造縫縫長40～160 mm，縫寬0.2～1.2 mm，多為中縫，連續(xù)—半連續(xù)，部分被方解石半充填，密度一般13～26條/m。

3.4 物性特征

對42個儲層樣品實驗分析表明，XCS1井雷口坡組頂巖溶儲層的孔隙度一般為1.12%～14.92%，平均6.45%（產層段平均孔隙度為10.1%）；滲透率為（0.020～13.655）×10－3μm2，平均3.656×10－3μm2（產層段平均滲透率10.1×10－3μm2）。XQS1井雷口坡組頂巖溶儲層的孔隙度一般為0.81%～12.76%，平均5.17%；滲透率為（0.005～3.737）×10－3μm2，平均0.308×10－3μm2。另據CK1井雷口坡組四段頂巖溶儲層段測井解釋，孔隙度為2.6%～10.5%，滲透率為（0.01～0.95）×10－3μm2。總體上，該套儲層儲集性能較好，按照“四川盆地碳酸鹽巖儲層分類評價標準”［13］歸類，以Ⅱ—Ⅲ類儲層為主。

4 巖溶儲層發(fā)育主控因素

影響巖溶儲層發(fā)育的因素眾多，主要包括：巖相和地層特征、古地貌、古氣候、古水文系統(tǒng)、地層暴露時間、先存的孔洞系統(tǒng)、埋藏期巖溶及后期充填作用等。綜合分析認為，川西地區(qū)整體具有相似的構造沉積背景，雷口坡組頂巖溶儲層的形成主要受巖性組合、微古地貌及埋藏期巖溶作用的控制。

4.1 巖性的影響

碳酸鹽巖的可溶程度與巖石性質和結構有關，不同類型的碳酸鹽巖決定了其自身的可溶性［14］。通過對各鉆井儲層發(fā)育段巖性的統(tǒng)計（表2）表明，總體上，白云巖類（包括白云質灰?guī)r）溶蝕孔隙發(fā)育程度優(yōu)于石灰?guī)r類，而顆粒灰?guī)r類溶蝕孔隙發(fā)育程度優(yōu)于非顆粒灰?guī)r類。

對于微—粉晶白云巖類，一方面是由于隨著白云石化作用增強，晶間孔隙率增大，改善了巖石的滲透率，有利于流體沿晶間孔隙發(fā)生滲透性溶蝕，使孔隙逐漸擴大延伸；另一方面，由于灰質白云巖和白云質灰?guī)r中存在差異溶蝕，從而在該類巖石中易形成一些較大的溶蝕孔洞（圖5a）。

對于顆?；?guī)r類，一方面，由于顆粒和基質之間本身存在著溶蝕差異性，即在同等條件下，基質一般較顆粒更易溶；另一方面，顆粒灰?guī)r本身原生粒間孔隙較發(fā)育，連通性一般較非顆?；?guī)r好，侵蝕性水流也可沿粒間空隙擴散溶濾，分散到整個巖石之中，以致呈現(xiàn)出空間溶蝕特征。

因此，不整合面下雷口坡組頂?shù)膸r性組合對風化殼巖溶儲層的形成具有重要的控制作用，研究區(qū)雷口坡組四段白云巖相區(qū)及淺灘發(fā)育區(qū)有利于巖溶儲層發(fā)育。

4.2 微古地貌的影響

古地貌條件是古巖溶儲層分布的主要控制因素之一［14-15］。不同巖溶地貌區(qū)，碳酸鹽巖的溶蝕程度各

異，儲集性能與成藏組合也不相同。川西地區(qū)處于印支期古巖溶斜坡帶上，總體對碳酸鹽巖溶解作用強烈，對巖溶儲層發(fā)育有利。但在大斜坡的背景下，由于微古地貌的變化，巖溶作用及巖溶儲層發(fā)育程度又有一定的差異性。

勘探實踐表明，儲層物性與微古地貌相對高程總體呈正相關關系，高程越高，物性越好，反之則物性越差［16］。從XCS1井和XQS1井兩口井物性資料統(tǒng)計結果（表2）來看，亦具有此特征，XQS1井（平均孔隙度5.17%）較XCS1井（平均孔隙度6.45%）溶蝕孔隙發(fā)育程度稍差，且溶蝕孔洞直徑小，面孔率低；而XCS1井除各類溶孔發(fā)育之外，還見溶洞層（圖5b），面孔率相對較高，儲層厚度也較XQS1井大得多，推測這可能與XCS1井較XQS1井微古地貌相對較高有關（圖6）。

圖6 川西地區(qū)晚三疊世沉積前微古地貌推測圖

從區(qū)域的構造-沉積演化來看，印支運動晚期（早三疊世小塘子期）盆地西緣龍門造山帶向東推覆，發(fā)生盆山轉換，雷口坡組頂碳酸鹽巖風化殼隨盆山轉換而被陸相沉積物覆蓋，隨著上覆沉積物的加厚，風化殼逐漸進入以深埋壓實為主的后生成巖作用階段。此階段，一方面由于后期的埋藏壓實、充填、膠結作用，使暴露成巖階段形成的孔、縫、洞空間遭到壓實，充填減少，但另一方面，隨著埋深加大和地溫升高，隨沉積物充填到早期各種縫孔洞中的海水、地層水及有機質熱演化所產生的酸性流體等，在新的環(huán)境下對碳酸鹽巖又起到溶解作用，又會促使碳酸鹽巖發(fā)生溶解和溶蝕，形成新的溶孔、溶縫，對巖溶儲層的最終形成起到建設性作用。因此認為，本區(qū)雷口坡組頂在經歷古表生巖溶作用形成大量的多類型溶蝕孔、洞、縫之后，又接受了埋藏巖溶作用的進一步改造，才形成現(xiàn)今優(yōu)質孔隙型儲層。

5 結論

（1）川西地區(qū)雷口坡組頂古巖溶特征明顯，雷四段發(fā)育古巖溶孔隙型儲層，儲集性能好，以Ⅱ—Ⅲ類儲層為主，厚度較大，是本區(qū)海相主要的儲層之一。

（2）川西地區(qū)雷口坡組頂古巖溶儲層的發(fā)育主要受巖性組合、微古地貌及埋藏期巖溶作用控制，白云巖相區(qū)及臺內灘發(fā)育區(qū)與微古地貌高部位的疊合區(qū)應是該套巖溶儲層最有利發(fā)育區(qū)。

4.3 埋藏期巖溶作用的影響

通過對XCS1井雷四段上亞段在白云質灰?guī)r溶蝕孔洞充填方解石中捕獲的58個鹽水包裹體的綜合分析，包裹體的均一溫度變化范圍在100～145℃之間，這說明本區(qū)存在埋藏期巖溶作用。以地溫梯度30℃/km和地表溫度20℃作計算，埋藏期發(fā)生巖溶作用（及方解石結晶）時的埋深約在2600～4100m（淺—深埋藏期）。另據薄片及巖心觀察，部分溶蝕孔洞的發(fā)育不受巖石結構控制，且孔隙中異常干凈，未受有機質及瀝青浸染，說明其形成時間應晚于生烴高峰期（燕山期），同時也證實晚期埋藏期的溶蝕作用曾對儲層進行過改造。

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編輯：趙國憲

Characteristics and Main Controlling Factors of Middle Triassic Leikoupo Paleokarst Reservoirs in Western Sichuan Basin

Song Xiaobo,Wang Qiongxian,Long Ke,Xu Guoming,Shi Guoshan, Feng Xia,Deng Qiang,Cai Zuohua

By influence of early Indosinian movement，the middle Triassic carbonate rocks were generally subjected to denudation and karstification in western Sichuan Basin.Observation and geochemical analysis of cores and rock debris from several wells and outcrops show many distinct features of epikarstification on the upper part of Middle Triassic Leikoupo Formation.The paleokarstification created good conditions for reservoir development on the upper part of Leikoupo Formation.A set of porous karst reservoirs develops in the Upper Submember of Leikoupo 4th Member, which mainly consists of dolomicrite,crystalline dolostone,lime-dolostone,dolomitic limestone and algal dolarenite/ calcarenite and is 38～75 m of accumulated thickness in Xinchang Gas Field.The Leikoupo 4th Member reservoirs are mainly TypesⅡandⅢ.It is deemed that the development of reservoirs is controlled by lithology combination, microtopography and burial karstification.

Middle Trassic;Leikoupo Formation;Karstification;Karst Reservoir;Reservoir characteristics;Controlling factor;Sichuan Basin

TE112.23

A

2012-08-28；改回日期：2013-02-21

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.02.002

1672-9854(2013)-02-0008-07

Song Xiaobo：male,Geology Engineer.Add:Guiyang Institute of Exploration&Production Research Institute, SNOPEC Southwest Oil and Gas Branch Company,247 Bageyan Rd.,Guiyang,550004,China