四川盆地?zé)粲敖M儲層特征及主控因素

斯春松，郝 毅，周進(jìn)高，倪 超，潘立銀

（1.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，武漢 430074；2.中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023）

四川盆地?zé)粲敖M儲層特征及主控因素

斯春松1，2，郝 毅2，周進(jìn)高2，倪 超2，潘立銀2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，武漢 430074；2.中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023）

燈影組是前寒武紀(jì)最重要的含氣層系之一。以鉆井巖心及露頭剖面樣品的鏡下巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，以陰極發(fā)光、掃描電鏡等實驗方法為輔助手段，對四川盆地?zé)粲敖M白云巖儲層進(jìn)行了研究。認(rèn)為燈影組白云巖儲層類型主要為藻疊層白云巖、藻紋層白云巖、藻砂屑白云巖、藻核形石白云巖、藻凝塊白云巖等。儲集空間被分為6類，其中礫間孔、大規(guī)模溶孔溶洞以及“葡萄花邊”殘留孔洞是燈影組最主要的儲集空間。四川盆地?zé)粲敖M形成儲層的控制因素有：沉積相帶、白云石化作用、表生喀斯特作用、構(gòu)造作用以及海平面升降變化等。其中沉積相帶是燈影組儲層形成的物質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)，白云石化作用是儲層得以保存的必要條件；表生喀斯特作用、構(gòu)造作用、海平面升降等因素是儲層形成的關(guān)鍵因素，構(gòu)造裂縫是儲層改善的重要條件；而膠結(jié)作用和硅化作用則是燈影組儲層受到破壞的重要因素。

四川盆地；震旦系；燈影組；白云巖儲層；控制因素

四川盆地是中國西部一個大型而古老的含油氣疊合盆地（圖1），面積約19×104km2［1］。震旦系是上揚子臺地發(fā)展時期的第一個沉積蓋層，同位素年齡為570～850 Ma［2］。上震旦統(tǒng)燈影組是由李四光等在湖北宜昌附近創(chuàng)建的“燈影石灰?guī)r”演變而來［3］，該名稱隨后在四川盆地得到廣泛使用。燈影組是國內(nèi)最古老的碳酸鹽巖含氣儲集層，1964年在四川盆地威遠(yuǎn)構(gòu)造發(fā)現(xiàn)燈影組氣田，該氣藏受加里東期形成的樂山－龍女寺古隆起所控制［4］，探明儲量達(dá)到了400×108m3以上［5］。自20世紀(jì)90年代開始，地質(zhì)學(xué)家們就從巖石類型［6，7］、儲層特征［8，9］、成巖作用［10－14］、烴源巖［15］及成藏特征［16，17］等方面對四川盆地?zé)粲敖M進(jìn)行了大量的研究工作。

1 燈影組儲層巖石類型

1.1 地層劃分及巖石學(xué)特征

四川盆地?zé)粲敖M最新的地層劃分方案經(jīng)中國

圖1 四川盆地?zé)粲敖M主要露頭及鉆井位置圖Fig.1 Geographic location of main outcrops and wells in Dengying Formation，Sichuan Basin

石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院和中國石油勘探開發(fā)研究院專家商定（內(nèi)部會議，2012），與以往劃分方案有所不同，自下而上分為4段（圖2）。燈一段巖性主要為泥微晶白云巖，藻類等微生物不發(fā)育，局部地區(qū)含膏巖。燈二段為富藻白云巖段，巖性除了泥微晶白云巖外，藻砂屑白云巖、藻凝塊白云巖、藻團(tuán)塊白云巖、藻黏結(jié)白云巖、藻核形石白云巖等含藻類白云巖普遍發(fā)育；另外“葡萄花邊”狀構(gòu)造普遍發(fā)育，這是四川盆地乃至整個中上揚子地區(qū)燈二段的典型標(biāo)志。燈三段是一套以碎屑巖為主的砂泥巖地層，全盆地廣泛分布，厚度從幾十厘米至幾十米不等。如盆地南部峨邊先鋒剖面，燈三段為藍(lán)灰色泥巖及灰黑色泥巖，厚度為40 cm；而盆地北部南江楊壩剖面，燈三段厚約50 m，下部主要為含礫細(xì)砂巖，中上部主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及硅質(zhì)巖。燈四段主要為一套含硅質(zhì)泥微晶白云巖，硅質(zhì)條帶廣泛發(fā)育，局部可見藻紋層。燈影組上覆地層為麥地坪組或筇竹寺組，屬于下寒武統(tǒng)，與燈影組多為平行不整合接觸。在四川盆地內(nèi)，燈影組分布較均勻，厚度多為0.6～1 km，而盆地以外地區(qū)，普遍變薄。

圖2 四川盆地震旦系綜合柱狀圖Fig.2 Integrated stratigraphic column of the Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

1.2 燈影組儲層主要巖石類型

前面已經(jīng)提到，燈影組主要有泥質(zhì)白云巖、粉－細(xì)晶白云巖、泥微晶白云巖、顆粒白云巖及與藻類微生物相關(guān)的白云巖等，巖石類型達(dá)到8種以上［6］，但儲集巖性主要以藻類（藍(lán)細(xì)菌［7］）參與的白云巖為主。藻類成因白云巖儲層的主要巖性有藻疊層白云巖（圖3-A，B）、藻紋層白云巖（圖3-C）、藻砂屑白云巖（圖3-D）、藻核形石白云巖（圖3-E）、藻凝塊白云巖（圖3-F）等。這些儲層巖性的形成與藻類生長有關(guān)，成因相對簡單，一般在陰極射線照射下發(fā)橙色暗光（圖3-G，H）。除含藻類白云巖可以形成儲層外，泥微晶白云巖經(jīng)過表生喀斯特作用后也可形成儲集空間。此外還有一類特殊的巖性：“葡萄花邊”狀白云巖（圖3-I），其形態(tài)特殊，主要發(fā)育在燈影組第二段的中下部。從正面看像一顆顆的“葡萄石”，從側(cè)面看則像一層層的“花邊”狀紋層，經(jīng)研究其主要形成于已經(jīng)存在的縫洞系統(tǒng)中，是一種多期次膠結(jié)物生長的表現(xiàn)，不但是判斷地層歸屬的重要標(biāo)志，而且是孔洞發(fā)育的主要儲集巖性。

2 儲集空間類型

前人針對燈影組儲層的研究有很多，燈影組儲集空間類型被分為晶間（溶）孔、粒間（溶）孔、粒內(nèi)（溶）孔及裂縫［9］。本文以最新的露頭及鉆井資料為基礎(chǔ)，從儲層的發(fā)育層位、控制因素、組構(gòu)選擇性以及儲層有效性等方面綜合考慮，將燈影組儲集空間分為6類（表1）。其中燈二段以“葡萄花邊”構(gòu)造殘留孔洞為主，而燈四段以礫間孔及大規(guī)模溶孔、溶洞最為重要，這些孔洞是燈影組最有利的儲集空間類型。

a.格架孔（窗格孔）。此類孔隙受沉積相帶控圖3 燈影組藻類白云巖的宏觀、微觀特征Fig.3 Macro and micro characteristics of the algal dolomite in Dengying Formation

（A）藻疊層白云巖野外宏觀特征，貴州金沙巖孔剖面，燈二段；（B）藻疊層白云巖鏡下微觀照片，早期格架孔被白云石膠結(jié)充填，四川峨邊先鋒剖面燈四段，鑄體薄片，12.5×，（－）；（C）藻紋層含硅質(zhì)白云巖，巖心照片，gs1井，燈四段；（D）藻砂屑白云巖，巖心照片，針狀溶孔發(fā)育，z4井，燈二段；（E）藻核形石白云巖，核形石由藻類包繞形成，四川南江楊壩剖面，燈二段；（F）藻凝塊白云巖，藻格架孔發(fā)育，被白云石半充填，gk1井，燈二段，鑄體薄片，12.5×，（－）；（G）藻凝塊白云巖，暗色為含藻的白云石凝塊，藻凝塊外為泥晶白云石膠結(jié)物，中間亮色為亮晶白云石晶體，gk1井，燈四段，薄片照片，25×，（－）；（H）藻凝塊白云巖的陰極發(fā)光特征，與（G）圖的視域一致，藻凝塊發(fā)橙色暗光，泥晶白云石幾乎不發(fā)光，亮晶白云石發(fā)橙紅色亮光，25×，（CL）；（I）“葡萄花邊狀”白云巖，四川峨邊先鋒剖面，燈二段制，主要發(fā)育在藻凝塊、藻疊層白云巖中，其孔隙分布形態(tài)主要反映了藻類的生長形態(tài)，可以呈疊層狀（圖3-B、圖4-A）或窗格狀（圖3-F）?？紫兜男纬芍饕窃缙谠孱惖扔袡C質(zhì)被溶解后形成；但該類孔隙易被膠結(jié)物充填，因此多數(shù)為無效孔，僅少量薄片可以見到有效孔隙存在（圖4-A）。

表1 四川盆地?zé)粲敖M儲集空間類型劃分Table 1 The classification of the reservoir spaces types in Dengying Formation of Sichuan Basin

b.粒內(nèi)（間）溶孔。該類孔隙也明顯受沉積相帶控制，主要發(fā)育在顆粒白云巖中。其形成條件是顆粒本身或顆粒之間的膠結(jié)物容易被溶解，主要發(fā)育在燈二段的顆粒白云巖中（圖4-B）。z4井可見大段粒內(nèi)孔發(fā)育的針孔狀顆粒白云巖，顆粒本身可能為藻砂屑，幾乎已被完全溶蝕并大多被亮晶白云石取代，僅有顆粒周緣早期的泥晶膠結(jié)物被保留下來。薄片下可見粒內(nèi)孔發(fā)育，但有效孔隙并不多，且連通性較差，孔隙中見瀝青充注（圖4-C）。此外，藻砂屑、藻凝塊這些顆粒之間的膠結(jié)物被溶蝕后也可形成次生粒間溶孔（圖4-E）?？紫吨車３Ｒ姷酵砥谛纬傻牧辆О自剖约盀r青。

c.礫間孔。由于燈影組不像早三疊世飛仙關(guān)組那樣可以形成大規(guī)模鮞灘，在沉積初期難以形成完全依靠顆粒支撐的結(jié)構(gòu)組分，因此，有大規(guī)模粒間孔的儲集層是很難發(fā)現(xiàn)的。但燈影末期在桐灣運動的作用下，大規(guī)模長時間的表生喀斯特作用得以發(fā)生，大量喀斯特角礫之間可以形成礫間孔（圖4-D），這是燈影組最主要的儲集空間類型之一。

d.大規(guī)模溶孔、溶洞。燈二期末及燈四末期有2次大的構(gòu)造運動（桐灣運動Ⅰ幕及Ⅱ幕），此時海平面相對下降，長時間沉積間斷，地層大范圍暴露地表并發(fā)生溶蝕作用，此時大量的大規(guī)?？锥幢阈纬闪?。此類孔洞空間可大可小，小的約1 mm（圖4-F），大的可以達(dá)到數(shù)米甚至數(shù)十米（圖4-G）。根據(jù)近年來的成像測井?dāng)?shù)據(jù)（圖4-G），此類儲集空間主要發(fā)育在燈四段上部，即構(gòu)造不整合面頂部，是燈影組最重要的儲集空間之一。

e.“葡萄花邊”殘留孔洞。經(jīng)研究認(rèn)為，此類孔隙是一種特殊的孔隙類型，橫向發(fā)育面積較廣，縱向上主要發(fā)育在燈影組第二段中下部（圖4-H）。該類孔洞僅發(fā)育在具“葡萄花邊”構(gòu)造的白云巖中，從地球化學(xué)特征［12］來看，“葡萄花邊”是在表生期淡水喀斯特縫洞系統(tǒng)中形成的多期次海水膠結(jié)物，其生長過程中可能有大氣淡水參與，是一種暴露喀斯特的標(biāo)志。但眾所周知，在燈影組第二段中下部目前還沒有發(fā)現(xiàn)大的不整合標(biāo)志，因此排除了構(gòu)造運動的可能，全盆范圍的表生喀斯特作用很可能是在海平面大規(guī)模下降的背景之下形成的。需要提到的是，在薄片中還看到很多晶間孔，但實質(zhì)都是已存在的孔洞空間內(nèi)晚期亮晶白云石膠結(jié)物產(chǎn)生后形成的一種表象，也屬于“葡萄花邊”殘留孔洞的范疇，因此未單獨進(jìn)行分類。

f.裂縫。在對野外露頭、巖心、顯微鏡下薄片進(jìn)行觀察時可以看到，燈影組中的構(gòu)造裂縫是普遍發(fā)育的，且裂縫有被溶蝕擴(kuò)大的現(xiàn)象。據(jù)前人研究，燈影組裂縫主要形成于早、晚兩個時期［9］。早期裂縫多被充填或膠結(jié)，而具有切割早期裂縫特征的晚期裂縫則多可以形成有效縫（圖4-I），這些裂縫不但是有效的儲集空間，還可以連通整個儲層段，尤其是前面提到的大規(guī)?？锥聪鄬^孤立，需要裂縫系統(tǒng)對其進(jìn)行溝通、疏導(dǎo)。因此，裂縫在整個燈影組儲層中起到了關(guān)鍵的作用。

3 主控因素分析

四川盆地?zé)粲敖M白云巖儲層形成的控制因素較多，其中沉積相帶、白云石化作用、溶蝕作用及構(gòu)造作用是儲層形成的有利因素，而壓實作用、壓溶作用、膠結(jié)作用等破壞性成巖作用則是燈影組儲層變差的主要原因。

3.1 沉積相帶

沉積微相是燈影組白云巖儲層形成的物質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)。由于碳酸鹽巖沉積不同于碎屑巖，其主要是進(jìn)行化學(xué)沉淀而不是機械沉積，因此碳酸鹽巖環(huán)境最初沉積物多為灰泥沉淀［18］。只有在水體相對高能動蕩的沉積相帶，顆?；蛟搴诵问?、藻團(tuán)塊才可能形成。這些顆粒除了在沉積物中作為骨架可以起到支撐作用外，有些顆粒本身也易被溶蝕，（圖4-B）從而形成次生孔隙。在燈影組中，顆粒淺灘、藻凝塊丘、藻疊層丘等相帶是儲層發(fā)育最有利的沉積相帶，經(jīng)大量野外宏觀及鏡下微觀研究即可發(fā)現(xiàn)，格架孔、粒內(nèi)溶孔及粒間溶孔都集中發(fā)育在這些高能相帶中。

3.2 白云石化作用

對四川盆地?zé)粲敖M巨厚層白云巖的成因歷來有著不同的見解，但大多數(shù)觀點認(rèn)為，數(shù)百米甚至上千米厚的灰?guī)r地層，在埋藏期很難完全轉(zhuǎn)變?yōu)檩^純的白云巖；另外，考慮到鏡下顯微特征，以及沉積時期的古環(huán)境、古氣候等因素，認(rèn)為燈影組白云巖很可能是準(zhǔn)同生期白云石化的產(chǎn)物，甚至可能是原生白云石。而較早期的白云石化作用是燈影組儲層得以保存的重要條件。眾所周知，在地層持續(xù)深埋時，灰?guī)r比白云巖更容易發(fā)生壓實及壓溶作用，這不但對儲層中的空間起到了破壞作用，而且壓溶產(chǎn)生的富鈣流體還容易填充到周圍已經(jīng)存在的孔隙中，對儲層起到了雙重破壞作用［18］。而燈影組這種較早期形成的白云巖可以在埋藏過程中最大程度地保存已有的儲集空間。

3.3 溶蝕作用

對于四川盆地?zé)粲敖M白云巖儲層而言，溶蝕作用的發(fā)育有3個主要期次：一是準(zhǔn)同生期存在的大氣淡水淋濾溶蝕作用，多為具有組構(gòu)選擇性的溶蝕；二是埋藏階段發(fā)生的酸性流體溶蝕作用，此類溶蝕作用發(fā)生較晚，主要表現(xiàn)為非組構(gòu)選擇性溶蝕，多沿縫合線和裂縫發(fā)育；三是表生喀斯特期，即燈二段末和燈四段末發(fā)生了兩期構(gòu)造抬升，燈二段早中期發(fā)生了大規(guī)模海平面下降，在這3個特殊時期，已固結(jié)成巖的地層暴露接受長時期、大范圍、大規(guī)模的表生溶蝕作用，復(fù)雜的喀斯特縫洞儲層由此產(chǎn)生（圖5）。根據(jù)本文相關(guān)的課題研究，認(rèn)為四川盆地內(nèi)表生喀斯特作用是燈影組儲層形成的關(guān)鍵因素。

3.4 破壞性成巖作用

常見的破壞性成巖作用主要是指壓實-壓溶作用、膠結(jié)作用、熱液礦物充填等。經(jīng)研究，對于四川盆地?zé)粲敖M白云巖儲層而言，膠結(jié)作用和硅化作用是燈影組白云巖儲層受到破壞的最主要因素。

圖5 表生喀斯特儲層發(fā)育模式圖Fig.5 Reservoir development model of epigenetic karst

膠結(jié)作用主要見于顆粒白云巖和藻黏結(jié)白云巖中，是四川盆地?zé)粲敖M儲集空間減少的最主要成巖作用之一，它存在于整個成巖作用階段，主要就是充填原生孔隙以及后期溶蝕作用和構(gòu)造破裂作用產(chǎn)生的次生儲集空間。在燈影組中，膠結(jié)物主要表現(xiàn)為纖狀、片狀、粒狀亮晶白云石，膠結(jié)作用以多世代膠結(jié)為主。最為典型的膠結(jié)物特征就是“葡萄花邊”狀構(gòu)造，其成因就是在表生喀斯特作用下形成的溶孔溶洞中，不同顏色不同類型的膠結(jié)物從洞壁向孔洞中心按期次生長，最后一期膠結(jié)物一般為粗晶粒狀白云石。雖然孔洞被大量充填，但仍會有一些孔洞殘留下來，但由于多期次的膠結(jié)作用造成這些殘留孔洞相對孤立，連通性變差（圖6-A）。

硅化作用是在研究區(qū)較為發(fā)育的一種交代成巖作用，對儲層破壞明顯，無論從野外露頭還是巖心中都可以發(fā)現(xiàn)，在燈四段尤為發(fā)育。硅化作用主要分為2種類型：第一類為選擇性硅化作用，硅質(zhì)主要對藻凝塊、藻紋層等格架孔進(jìn)行有規(guī)律的充填，原巖多為藻類白云巖（圖6-B，C），形成時間可能較早；第二種是非選擇性硅化作用，硅質(zhì)主要對各類孔洞進(jìn)行充填或者發(fā)生交代作用，鏡下可見硅質(zhì)多為較大的自形石英晶體，其成因可能與熱液有關(guān)。硅化作用對燈影組白云巖儲層無疑起著很大的破壞性作用，不但使巖石結(jié)構(gòu)變得致密，更為重要的是減少了儲集空間并且阻礙了儲層之間的連通。

3.5 構(gòu)造作用

在四川盆地?zé)粲敖M儲層中，大規(guī)模孔洞是主要的儲集空間；但由于膠結(jié)作用的存在，孔洞周邊多被膠結(jié)物半充填，僅在中心部位有孔洞被保留下來，相對較為孤立。喜馬拉雅期的構(gòu)造運動則產(chǎn)生了較為復(fù)雜的斷裂-裂縫系統(tǒng)，除裂縫本身可以作為儲集空間外，還對燈影組較大而孤立的儲集空間形成連通-疏導(dǎo)作用。另外，早期桐灣Ⅰ幕、桐灣Ⅱ幕等構(gòu)造運動也是造成表生喀斯特孔洞的重要條件（圖2）。

3.6 海平面升降作用

前面已經(jīng)提到，“葡萄花邊”殘留孔洞形成于燈二段中下部，地層暴露的成因與構(gòu)造作用關(guān)系不大，很可能是與海平面升降運動相關(guān)的。其中當(dāng)海平面下降時，巖石暴露，表生喀斯特作用形成大規(guī)?？锥?。當(dāng)海平面上升時，孔洞中開始形成多期次膠結(jié)物（葡萄花邊）對孔洞進(jìn)行充填，未完全充填則會形成“葡萄花邊”構(gòu)造殘留孔洞，是燈二段的主要儲集空間。

圖6 燈影組中的破壞性成巖作用Fig.6 Destructive diagenesis in Dengying Formation

4 結(jié)論

a.燈影組儲集巖性主要跟藻白云巖有關(guān)，此外泥微晶白云巖在大規(guī)模表生喀斯特作用下也可以形成儲集空間。

b.從發(fā)育層位、控制因素、組構(gòu)選擇性等方面考慮，將四川盆地?zé)粲敖M白云巖儲集空間劃分為6類，其中礫間孔和大規(guī)模溶孔溶洞是燈四段主要的儲集空間，而“葡萄花邊狀”溶孔則是燈二段的主要儲集空間。

c.燈影組儲層主要受到沉積相帶、白云石化作用、溶蝕作用以及成巖作用和構(gòu)造作用等因素控制，其中沉積相帶是儲集巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，溶蝕作用是儲層形成的關(guān)鍵因素，而硅化作用和膠結(jié)作用是破壞儲層的主要因素。

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Characteristics and controlling factors of reservoir in Sinian Dengying Formation，Sichuan Basin，China

SI Chun-song1，2，HAO Yi2，ZHOU Jin-gao2，NI Chao2，PAN Li-yin2
1.Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；
2.Hangzhou Institute of Petroleum Geology，PetroChina，Hangzhou 310023，China

Dengying Formation of Sinian is one of the most important gas-bearing strata in Precambrian of China.Based on the lithology characteristics，the scanning electron microscope，the cathode luminescence and some other experimental analyses，this paper studies some samples taken from the outcrops and the drilling cores of Dengying Formation in Sichuan Basin.This paper studies the dolomite reservoir of Dengying Formation.The types of the dolomite reservoir are mainly the algal stromatolite dolomite，algal lamellar dolomite，algal dolarenite，algal oncolite dolomite and algal grumous dolomite，and so on.There are altogether 6 kinds of reservoir pore spaces in Dengying Formation.Among them，the interbreccia pores，the mass dissolved pores-caves and the“grape-lace”remnant pores-caves are very important.The Development of the dolomite reservoir is mainly controlled by sedimentary facies，dolomitization，dissolution，sea level ecstasy and tectonic action.The sedimentary facies is the environment basement of the reservoir.The dolomization is the key that the reservoir can be preserved.The dissolution，sea level eustasy and tectonic action are the key factors to make pore spaces.The tectonic fracture is an important factor to improve the reservoir.The cementation and silicification will fill the pores and are destructive factors for the reservoir in Dengying Formation.

Sichuan Basin；Sinian；Dengying Formation；dolomite reservoir；controlling factor

TE122.21

A

10.3969／j.issn.1671-9727.2014.03.02

1671-9727（2014）03-0266-08

2013-11-04

國家科技重大專項（2011ZX05004-002）；中國石油勘探與生產(chǎn)分公司前期研究項目（2012ZD01-02-03）

斯春松（1968－），男，高級工程師，研究方向：石油天然氣地質(zhì)，E-mail：sics＿h(yuǎn)z＠petrochina.com.cn。