川西氣田雷四上亞段白云巖儲層特征及發(fā)育主控因素

高恒逸，王勇飛，鄧美洲，王瓊仙，李勇，陳麗花

中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院

0 前言

四川盆地川西坳陷中三疊統(tǒng)雷口坡組四段（簡稱雷四段）白云巖分布廣泛，是油氣勘探開發(fā)的重要目的層。近年來，在新場—孝泉—合興場隆起帶和龍門山前帶，雷四段天然氣勘探評價(jià)相繼取得了新的突破和重要進(jìn)展，彭州地區(qū)多口鉆井均獲得了中—高產(chǎn)油氣流，展示了川西氣田雷四段氣藏巨大的勘探開發(fā)潛力，雷四段白云巖儲層特征及控制因素也逐漸成為了川西坳陷碳酸鹽巖氣藏勘探開發(fā)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)［1-7］。前人研究認(rèn)為雷口坡組儲層的形成主要與表生溶蝕和埋藏溶蝕有關(guān)［1-3］。川西氣田構(gòu)造低部位的評價(jià)井證實(shí)了區(qū)域上儲層分布廣泛，但縱橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，薄互層疊置復(fù)雜，實(shí)際儲層分布情況與前期認(rèn)識存在矛盾。為進(jìn)一步明確優(yōu)質(zhì)儲層分布，指導(dǎo)井位及靶點(diǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣田高效開發(fā)，本文以川西氣田主產(chǎn)氣層雷口坡組四段上亞段（簡稱雷四上亞段）為研究對象，利用5口井的巖石薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、元素錄井和測井曲線等資料對雷四上亞段儲層特征及發(fā)育控制因素進(jìn)行研究，建立優(yōu)質(zhì)儲層分布模式，為潮坪相薄互層白云巖儲層的精細(xì)預(yù)測提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

川西氣田處于四川省成都市彭州、都江堰境內(nèi)（圖1a），東南距成都市約45 km，構(gòu)造位置處于龍門山大型構(gòu)造帶中段前緣的石羊場—金馬—鴨子河構(gòu)造帶上，東南部緊鄰成都凹陷。石羊場—金馬—鴨子河構(gòu)造帶整體為一受關(guān)口斷裂和彭縣斷裂夾持的斷背斜，南緩北陡，總體上呈北東走向［4］。中晚三疊世，川西地區(qū)由于西側(cè)康滇古陸和龍門山—九頂山古島鏈的存在，阻滯了川西湖盆與松潘外海溝通，同時(shí)由于局部區(qū)域構(gòu)造升降運(yùn)動頻繁，干旱與潮濕氣候交替出現(xiàn)，導(dǎo)致海盆水體的進(jìn)退及含鹽濃度、溫度等沉積條件發(fā)生周期性變化，雷口坡組形成多套以白云巖－硬石膏巖為主的蒸發(fā)巖沉積組合旋回［5］。拉丁期末(天井山期)，印支早期運(yùn)動使地臺整體隆升，海水退出上揚(yáng)子臺地，川西地區(qū)天井山組基本剝蝕殆盡,僅殘存于大園包、江油馬角壩、綿竹漢旺一帶,雷口坡組頂部也普遍受到剝蝕［6］，雷四段由西向東有逐漸變薄的趨勢。研究區(qū)雷四段自上而下分為上、中、下3個(gè)亞段，其中上亞段為主要產(chǎn)氣層段，地層厚度約為130～140 m（圖1b），主要為潮坪相沉積，發(fā)育藻云坪、云坪、灰云坪及灰坪等沉積微相。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置與川西氣田雷四段上亞段地層綜合柱狀圖Fig.1 Tectonic location map of the study area and comprehensive stratigraphic column of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

2 儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

川西氣田雷四上亞段巖石類型復(fù)雜多樣，可分為白云巖類、石灰?guī)r類和過渡巖類。白云巖類主要包括藻紋層白云巖（圖2a）、藻粘結(jié)白云巖（圖2b）、藻砂屑或藻團(tuán)塊白云巖（圖2c）、晶粒白云巖（圖2d）等有利于儲層發(fā)育的巖性，以及不利于儲層發(fā)育的（藻）泥晶白云巖（圖2e）；石灰?guī)r類主要包括泥灰?guī)r和藻砂屑灰?guī)r等（圖2f），儲層不發(fā)育，鏡下未觀察到明顯的儲集空間；過渡巖類包括含灰白云巖、灰質(zhì)白云巖（圖2g）、含云灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。

2.2 儲集空間類型

研究區(qū)雷四上亞段白云巖儲層儲集空間類型復(fù)雜、多樣，儲層主要發(fā)育藻格架孔、粒間孔、晶間（溶）孔，其次發(fā)育少量溶洞、微裂縫和鑄?？椎龋?］。藻格架孔是主要的儲集空間類型（圖2a，2b），主要分布在藻紋層白云巖和（殘余）藻粘結(jié)白云巖中；孔隙形狀一般不規(guī)則，孔隙直徑變化范圍較大，從0.01 mm到1 mm均有發(fā)育，內(nèi)部常見白云石、方解石等礦物充填；藻格架孔常見順層或均勻分布，連通性好。粒間（溶）孔主要分布在藻砂屑白云巖、藻團(tuán)塊白云巖中（圖2c），以原生孔為主，后期部分被充填或半充填，連通性較好。晶間（溶）孔是研究區(qū)主要孔隙類型之一，主要分布在泥—粉晶白云巖和殘余藻結(jié)構(gòu)白云巖中；孔隙直徑介于0.05～0.4 mm，分布不均，孔隙形態(tài)不規(guī)則狀，且大小懸殊(圖2d)。

溶洞在研究區(qū)局部較發(fā)育，主要分布在藻粘結(jié)白云巖內(nèi)，孔洞直徑為2～15 mm左右，分布不均勻，部分空間被白云石、石英等礦物充填(圖2h)；在掃描電鏡下，孔喉間見瀝青和硫磺充填，溶洞整體來看連通性不好。微裂縫、溶縫的發(fā)育（圖2e）改善了儲層儲集性能。研究表明，研究區(qū)至少發(fā)育3期裂縫，早期裂縫被充填或半充填，后期裂縫大部分保留，部分被擴(kuò)溶。砂屑灰?guī)r中偶見粒內(nèi)溶孔（鑄?？祝?，部分被充填、半充填，連通性不好。

圖2 川西氣田雷四上亞段儲層主要巖石類型及儲集空間類型Fig.2 Main rock types and reservoir space types of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

2.3 儲層物性特征

5口井361塊樣品的實(shí)測物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：川西氣田雷四上亞段儲層孔隙度為2.00%～23.70%,平均為5.47%；滲透率為（0.001～186）×10-3μm2，平均為5.54×10-3μm2，其中滲透率大于1×10-3μm2的樣品占39.5%。根據(jù)研究區(qū)儲層特征及行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，將儲層劃分為Ⅰ類（φ≥10%）、Ⅱ類（10%＞φ≥5%）、Ⅲ類（5%＞φ≥2%）儲層。統(tǒng)計(jì)表明Ⅰ類儲層占比為60.4%，Ⅱ類儲層占比為28.3%，Ⅲ類儲層占比為11.4%（圖3a）。根據(jù)孔隙度與滲透率的相關(guān)性分析（圖3b），研究區(qū)雷四上亞段樣品點(diǎn)可分為2個(gè)區(qū)域：①A區(qū)，呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)性，說明該區(qū)域儲層類型以孔隙型為主；②B區(qū)，呈現(xiàn)低孔高滲的特征，反映該區(qū)域樣品裂縫相對較發(fā)育，儲層類型以裂縫-孔隙型為主。綜上所述，研究區(qū)雷四上亞段白云巖儲層物性受溶孔、溶洞等影響較大，局部裂縫發(fā)育，儲層類型以孔隙型為主，裂縫-孔隙型次之。儲層物性總體上具有低孔、低滲特征。

圖3 川西氣田雷四上亞段儲層孔隙度直方圖和孔隙度-滲透率關(guān)系圖Fig.3 Porosity histogram of and porosity-permeability crossplot of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

3 優(yōu)質(zhì)儲層控制因素

川西氣田雷四上亞段白云巖儲層非均質(zhì)強(qiáng)，綜合沉積、成巖、構(gòu)造演化等因素分析表明，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育和分布主要受沉積高頻旋回、溶蝕作用和古今構(gòu)造等3個(gè)因素控制。

3.1 潮間帶高頻旋回中—上部微相是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的基礎(chǔ)

雷四段沉積晚期，川西坳陷為帶有臺地邊緣的局限臺地—蒸發(fā)臺地沉積體系，由西向東依次為障壁臺緣、潟湖和潮坪等［7］。研究區(qū)主要發(fā)育潮坪相，潮坪相可進(jìn)一步劃分為潮下帶、潮間帶和潮上帶3個(gè)亞相［8］,其中以潮間帶為主，潮下帶次之（圖4）。潮間帶內(nèi)發(fā)育云坪、藻云坪、藻砂屑灘、含膏云坪、灰云坪和含泥云坪等微相，潮下帶以灰坪和含云灰坪為主。

圖4 川西氣田A井雷四上亞段單井綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive column of Upper Submember of Leikoupo Member 4 of Well A in West Sichuan Gas Field

巖性組合和電性特征是識別和劃分高頻層序的主要依據(jù)。雷四上亞段可劃分為4個(gè)五級層序和22個(gè)六級層序（圖4），井間高頻層序?qū)Ρ刃院茫?,9］。潮間帶六級層序的旋回特征較明顯,如川西氣田雷四上亞段潮間帶六級完整沉積旋回垂向巖性組合模式圖（圖5），反映了水體由深變淺的沉積特征：巖性自下而上整體呈現(xiàn)灰質(zhì)含量逐漸降低、白云石含量升高、晶粒變粗、藻含量增高的特征。研究區(qū)已鉆井巖心剖析對比表明，潮間帶六級完整旋回垂向沉積序列由下至上依次為灰云坪、云坪、藻砂屑灘和藻云坪（圖5）。

圖5 川西氣田雷四上亞段段潮間帶六級完整沉積旋回垂向巖性組合模式圖Fig.5 Vertical lithologic association model of sixth-order complete sedimentary cycle in the intertidal zone of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

藻云坪位于潮間帶六級旋回的上部（圖5），水動力條件中—弱，主要發(fā)育藻紋層白云巖和藻粘結(jié)白云巖等。藻云坪沉積古地貌相對較高，由于海平面升降明顯導(dǎo)致藻云坪頻繁暴露，使其容易受到準(zhǔn)同生期大氣淡水淋濾溶蝕，造成藻紋層(粘結(jié))格架孔發(fā)育。已鉆井資料顯示，藻云坪微相內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，以Ⅰ、Ⅱ類儲層為主,孔隙度為1.66%～20.21%，平均為7.56%，滲透率為（0.005～147）×10-3μm2，平均為8.65×10-3μm2。

藻砂屑灘位于六級旋回的中上部，水動力條件強(qiáng)，主要發(fā)育藻砂屑白云巖、砂屑白云巖，顆粒結(jié)構(gòu)有利于原生粒間孔的形成，同時(shí)由于海平面的升降，藻砂屑灘也容易暴露在水面之上，受大氣淡水進(jìn)一步溶蝕。藻砂屑灘內(nèi)儲層發(fā)育，以Ⅱ類和Ⅲ類儲層為主,孔隙度為0.18%～14.90%，平均為4.28%，滲透率為（0.004～26.3）×10-3μm2，平均為3.68×10-3μm2。

云坪位于六級旋回的中—下部，水動力條件較弱，主要發(fā)育（藻）泥晶白云巖，后期重結(jié)晶可形成粉—細(xì)晶白云巖。在白云石化作用過程中形成一部分晶間孔，為儲層進(jìn)一步改造提供了有利條件。晶粒白云巖內(nèi)儲層較發(fā)育，以Ⅲ類儲層為主,孔隙度為0.01%～23.70%，平均為4.55%，滲透率為（0.003～80.2）×10-3μm2,平均為5.34×10-3μm2。

灰云坪、云灰坪位于六級旋回下部，主要以含灰白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，這些巖石的孔隙不發(fā)育，后期重結(jié)晶、溶蝕作用對其改造弱，儲層發(fā)育較差。已鉆井樣品物性統(tǒng)計(jì)顯示:孔隙度為0.07%～7.39%，平均為2.14%;滲透率為（0.000 7～18.2）×10-3μm2，平均為0.55×10-3μm2。

3.2 溶蝕作用是優(yōu)質(zhì)儲層形成的關(guān)鍵因素

根據(jù)溶蝕作用形成的機(jī)理、先后順序及其與儲集空間的關(guān)系等，可將發(fā)生在雷四上亞段中的溶蝕作用分為準(zhǔn)同生期溶蝕、表生期巖溶和埋藏期溶蝕3大類。

3.2.1 準(zhǔn)同生期溶蝕控制優(yōu)質(zhì)儲層的形成與發(fā)育

準(zhǔn)同生期溶蝕發(fā)生在準(zhǔn)同生—早成巖階段。由于海平面周期性升降變化，位于潮間帶亞相的相對高部位的藻云坪、藻砂屑灘和云坪容易頻繁暴露出水面之上，遭受大氣淡水的淋濾（次要流體還有大氣水和海水混合水，甚至海水），造成文石、高鎂方解石等不穩(wěn)定礦物組分被溶解，使得藻粘結(jié)格架孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔和鑄模孔等比較發(fā)育［10］。在巖心上可見侵蝕面（圖6a）和順層溶孔(圖6b)等準(zhǔn)同生期暴露溶蝕的典型特征［11］。由于準(zhǔn)同生溶蝕孔隙形成時(shí)間早，后期部分被方解石、白云石等礦物充填或半充填(圖6c，6d)。薄片中常見的等厚環(huán)邊和膠結(jié)物與基質(zhì)陰極發(fā)光一致（圖6e，6f）等標(biāo)志表明準(zhǔn)同生期形成的孔隙在早期發(fā)生了膠結(jié)作用［12］。后期孔隙保存較好、膠結(jié)物含量少的層段可以發(fā)育物性好的儲層。

圖6 川西氣田雷四上亞段準(zhǔn)同生期溶蝕及早期膠結(jié)標(biāo)志Fig.6 Signs of penecontemporaneous dissolution and early cementation of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

3.2.2 表生期溶蝕對優(yōu)質(zhì)儲層改造作用明顯

表生溶蝕作用往往發(fā)生在表生成巖階段。由于構(gòu)造抬升使已固結(jié)的高度膠結(jié)的碳酸鹽巖進(jìn)入近地表環(huán)境，并遭受大氣水的溶蝕作用，表生溶蝕作用一般發(fā)生在不整合面以下垂向距離數(shù)米至上百米范圍內(nèi)［13］。研究區(qū)雷口坡組頂部由于受到中三疊世末期印支運(yùn)動的影響，局部地區(qū)后期重新暴露于地表，遭受剝蝕及大氣水的淋濾，造成石膏、方解石等相對易溶的礦物被溶解，形成了溶孔、溶洞和溶縫等，儲層進(jìn)一步被改造。通過測井儲層評價(jià)研究，對E井—C井—D井—B井—A井進(jìn)行連井對比分析(圖7),結(jié)果表明：研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在距離雷口坡組頂部不整合面下100 m以內(nèi)，100 m以下儲層相對欠發(fā)育。研究區(qū)巖心、薄片中常見溶洞（圖8a，8b)、滲流粉砂（圖8c）和示底構(gòu)造(圖8d)等表生溶蝕的典型標(biāo)志［14］，部分早期膠結(jié)形成的等厚亮晶環(huán)邊被溶蝕破壞（8c）。

圖7 川西氣田雷四上亞段儲層連井對比圖（剖面位置見圖1a）Fig.7 Reservoir correlation section of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field（section location is shown in Fig.1a）

圖8 川西氣田雷四上亞段表生溶蝕標(biāo)志Fig.8 Signs of supergene dissolution of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

3.2.3 埋藏期溶蝕對儲層的影響較弱

埋藏期溶蝕作用主要發(fā)生在中—晚期深埋藏成巖階段，溶蝕流體一般為有機(jī)酸或構(gòu)造熱液。川西地區(qū)在印支中晚期構(gòu)造整體下沉，上覆地層開始沉積，至燕山期—喜馬拉雅期雷四段埋深達(dá)到約4 000～7 000 m。埋藏期溶蝕作用對研究區(qū)雷四段儲層改造作用較弱，溶蝕標(biāo)志不明顯，僅在局部偶見埋藏溶蝕孔、瀝青或六方柱狀石英等熱液礦物充填。

3.3 古今構(gòu)造高部位有利于前期孔隙的保存

石羊場—金馬—鴨子河正向構(gòu)造帶自印支晚期已具備雛形，燕山期進(jìn)一步發(fā)展，于喜馬拉雅期定型。從構(gòu)造演化特征及形態(tài)看，從印支晚期至今該構(gòu)造的高部位基本一致。川西雷口坡組內(nèi)部烴源巖在須家河組三段沉積末期進(jìn)入生烴門限，在須家河組五段沉積末期進(jìn)入成熟階段，早侏羅世末到現(xiàn)今達(dá)到過成熟階段。從構(gòu)造和生排烴演化史看［15-16］，石羊場—金馬—鴨子河構(gòu)造帶的形成早于生排烴高峰期，因此構(gòu)造高部位長期處于油氣聚集的指向區(qū)。油氣充注后，能有效抑制規(guī)模膠結(jié)物的形成，較好地保存了早期孔隙。構(gòu)造低部位的儲層在埋藏期膠結(jié)作用相對較強(qiáng),孔隙中常見細(xì)—粗晶白云石和嵌晶方解石等膠結(jié)充填。A井、B井和C井分別位于鴨子河構(gòu)造和石羊場構(gòu)造的相對高部位，這3口鉆井測試均獲中—高產(chǎn)天然氣流，測井解釋儲層厚度為68.2～69.7 m（圖7）,測井孔隙度為4.45%～6.35%，平均為5.44%。D井、E井構(gòu)造位置較低，測試未獲天然氣，測井解釋儲層厚度為43.8～46.4 m,測井孔隙度為4.48%～4.85%，平均為4.67%。

4 儲層分布模式

以5口已鉆井實(shí)鉆資料為基礎(chǔ)，綜合沉積、構(gòu)造及儲層發(fā)育主控因素等認(rèn)識，初步建立了雷四上亞段儲層發(fā)育分布模式（圖9）。整體上看川西氣田儲層分布廣泛但非均質(zhì)強(qiáng)，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類儲層相互疊置分布?？v向上，受沉積高頻旋回和表生溶蝕控制，Ⅰ、Ⅱ類儲層主要集中分布在雷四上亞段中、上部，下部相對欠發(fā)育。平面上，受古今構(gòu)造高部位控制，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在金馬、鴨子河構(gòu)造高部位，石羊場次之，構(gòu)造低部位儲層欠發(fā)育。

圖9 川西氣田雷四上亞段儲層分布模式圖Fig.9 Reservoir distribution pattern of Upper Submember of Leikoupo Member 4 in West Sichuan Gas Field

5 結(jié)論

（1）川西氣田雷口坡組四段上亞段有利儲層主要發(fā)育在藻紋層白云巖、藻粘結(jié)白云巖、藻砂屑白云巖和泥-粉晶白云巖內(nèi)，儲集空間類型以藻格架孔、晶間（溶）孔、粒間孔為主，儲層總體具有低孔、低滲特征。

（2）川西氣田雷口坡組四段上亞段白云巖儲層非均質(zhì)強(qiáng)，主要受沉積高頻旋回、溶蝕作用和古今構(gòu)造等3個(gè)因素控制：位于六級沉積旋回高部位的藻云坪、砂屑灘和云坪微相是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；準(zhǔn)同生期溶蝕作用是儲層發(fā)育的關(guān)鍵，表生期溶蝕作用對儲層產(chǎn)生進(jìn)一步的改善作用，埋藏溶蝕作用影響較弱；古今構(gòu)造相對高部位為前期孔隙的保存提供了有利條件。

（3）縱向上，受沉積高頻旋回和表生溶蝕控制，Ⅰ類、Ⅱ類儲層主要集中分布在雷四上亞段中、上部；平面上，受古今構(gòu)造高部位控制，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在石羊場—金馬—鴨子河構(gòu)造高部位。