吳 斌 肖世洪 馮明友
(1.重慶能源集團頁巖氣公司, 重慶 400060; 2.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 成都 610500)
近年來,四川盆地東北部的勘探和研究表明,沉積相的展布控制了飛仙關(guān)組儲層的發(fā)育范圍,多位于臺地邊緣的高能灘相地帶,后期成巖環(huán)境(云化作用和埋藏溶蝕作用)的強弱極大地影響了該套優(yōu)質(zhì)儲層的形成[1-6]。本次研究結(jié)合宏觀和微觀地質(zhì)資料,對飛仙關(guān)組儲層形成與演化進行探討,希望為該地區(qū)的地質(zhì)勘探提供一定的理論支撐。
川北地區(qū)在地理位置上東鄰大巴山和龍門山,面積約8 000 km2,該地區(qū)主要包含張家扁和九龍山等構(gòu)造,是川西北氣礦油氣勘探的主要對象。隨著龍門山島弧的形成,康滇古陸作為川北地區(qū)海域飛仙關(guān)組沉積的主要物源區(qū),形成了川東碳酸鹽臺地、川中半局限海、開江— 梁平以及鄂西 — 城口海槽4個大的沉積單元,巖石類型的變化在縱向上具有碳酸鹽巖與泥巖交替沉積的特點(圖1)。
工區(qū)飛仙關(guān)組巖心的觀察及物性分析表明,有鮞粒云巖、鮞粒灰?guī)r、泥粉晶灰?guī)r以及泥粉晶云巖等4大類,其中鮞粒云巖、亮晶鮞粒灰?guī)r是主要的儲集巖類(圖2A、2C)。泥粉晶灰?guī)r在向粉晶白云巖轉(zhuǎn)化過程中,形成具殘余顆粒結(jié)構(gòu)的儲集空間,同時大量的粒間、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、晶間孔和鑄??椎纫娪邗b粒白云巖中。另外,雖然鮞粒灰?guī)r在沉積過程中形成大量的原生孔,但是只能見到少量的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔,其余大部分原生孔隙經(jīng)過后期多期次的膠結(jié)作用、壓實作用改造后很難保留下來(圖2B)。
根據(jù)儲集空間的大小、成因及形態(tài),可將工區(qū)飛仙關(guān)組儲集空間分為孔隙、溶洞和裂縫3大類,其中主要孔隙類型有鑄??住⒘?nèi)溶孔、晶間孔和殘余粒間孔。
鑄??住⒘?nèi)溶孔由早期大氣水溶蝕作用或經(jīng)埋藏期溶蝕作用而形成,塊狀方解石充填且大多較規(guī)則是早期粒內(nèi)溶孔的主要特征(圖2A);晚期粒內(nèi)溶孔主要是由顆粒內(nèi)亮晶或泥晶方解石被選擇性溶蝕而成,形狀多為不規(guī)則狀(圖2A和圖2C),在飛一和飛三段這種晚期的粒內(nèi)溶孔為主要儲集空間。殘余鮞粒白云巖及鮞粒灰?guī)r中均可以出現(xiàn)鑄???,當(dāng)鮞粒之間填隙物是微-粉晶白云石時易形成鑄???圖2A),溶掉的通常是經(jīng)微-粉晶白云石交代作用影響的鮞粒、砂屑和生屑。
殘余粒間孔及晶間孔主要是顆粒之間經(jīng)膠結(jié)作用形成的殘余粒間次生孔隙,部分殘余粒間和晶間溶蝕孔隙經(jīng)溶蝕作用改造而形成(圖2D和2E),是工區(qū)次要的孔隙類型。此類孔隙主要在鮞粒白云巖及鮞?;?guī)r中發(fā)育,并且多見于亮晶膠結(jié)物生長的接合部位。
圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及飛仙關(guān)組地層沉積柱狀圖
A.鮞粒云巖,粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔,L16井,飛三段,井深5 201.8 m,(-)×5;B.亮晶鮞?;?guī)r,三期膠結(jié),第一期為馬牙狀亮晶方解石,第二期為中 - 細晶方解石,第三期為中 - 粗晶方解石,B1井,飛三段,井深5 219 m, (-)×5;C.位于顆粒之間的殘余粒間孔,L16井,井深5 202 m,飛一段,(-)×5;D.鮞粒云巖,殘余粒間溶孔,TS5井,井深2 892.57 m,飛一段;E.鮞?;?guī)r中的粒間孔發(fā)育,被瀝青近全充填,方解石1~3期膠結(jié),L16井,飛三段,井深5 207.86 m,(-)×5;F.亮晶鮞?;?guī)r中的縫合線及溶孔,S1井,井深4 494.02 m,飛三段,(-)×2.5。
圖2川北地區(qū)飛仙關(guān)組巖石類型及儲集空間圖
此外,由壓溶而成的壓溶縫,常發(fā)育于碳酸鹽巖中,呈鋸齒狀,在縫合縫中主要充填一些不溶殘余物,如黏土泥和瀝青等(圖2F)。研究層段中的縫合線并未充分發(fā)育,可作為油氣滲濾的通道。
工區(qū)飛仙關(guān)組的灘體主要分布于飛一和飛三段中,灘體類型中臺緣鮞粒灘占優(yōu)勢,臺內(nèi)碎屑灘和鮞粒灘(圖1和圖3)次之。飛仙關(guān)儲層的形成和演化經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積、成巖環(huán)境,沉積環(huán)境的變化形成了不同的巖石微相及微相組合,則成巖環(huán)境及演化有著較大的差異[9-11],其成巖作用也發(fā)生了相應(yīng)的變化(圖3)。研究發(fā)現(xiàn)飛仙關(guān)組灘相儲層有2種沉積、成巖改造序列:第一種,淺水高能帶,自下而上變淺,在同生 — 準(zhǔn)同生期接受沉積,后被未固結(jié)物覆蓋經(jīng)歷短暫的海底成巖環(huán)境,便暴露于水體附近,為受大氣淡水成巖作用環(huán)境改造的序列,最后由于上覆沉積物的堆積轉(zhuǎn)入淺埋藏、中埋藏和深埋藏成巖環(huán)境;第二種,深水低能或淺水低能帶,在同生 — 準(zhǔn)同生期接受沉積,一直未出露于水體之上,由于上覆沉積物的堆積而直接埋入地覆,接受埋藏成巖環(huán)境的改造。我們可以通過圖3認(rèn)識川北地區(qū)飛仙關(guān)組儲層形成及演化。
圖3 川北地區(qū)飛仙關(guān)組沉積相、沉積環(huán)境及成巖作用關(guān)系圖
飛仙關(guān)期沉積了一套分選、磨圓較好的高能灘體,該套高能灘體作為飛仙關(guān)組主要的儲集體,原生孔隙空間可達30%以上。此后,這些高能灘體進入淺埋藏期,顆粒邊緣分別被第一、二期纖維柱狀和粉-細晶方解石膠結(jié),這些膠結(jié)產(chǎn)物充填原生孔隙空間,使最初的原生孔隙降低20%~90%,在此期間沉積產(chǎn)物固結(jié)成巖。海平面發(fā)生周期變化,顆粒灘也周期性地暴露于水體之上,大氣淡水、海水和混合水對其進行改造?;旌纤苹饔檬沟迷摃r期高能灘體中的顆粒和第一二期方解石膠結(jié)物向白云石轉(zhuǎn)化,沉積巖體轉(zhuǎn)變以顆粒白云巖為主,儲集空間以晶間孔為主;同時,由于準(zhǔn)同生期的溶蝕作用,形成一定數(shù)量的粒間、粒內(nèi)溶孔和鑄???。經(jīng)淺埋藏期的儲層改造作用,高能灘體中的孔隙空間可達5%~20%。此后,隨著上覆沉積物的不斷增加,高能灘體進入中埋藏期,部分孔隙被第三期中-粗晶方解石膠結(jié)物充填;同時,高能灘體中相鄰地層發(fā)生有機質(zhì)熱演化作用,大量液態(tài)烴形成,一些伴生有機酸類腐蝕物進入地層水。前期形成的次生孔隙基本消失,有效孔隙降至5%以下。在深埋藏期,酸性流體沿斷層和裂縫進入高能灘體中,發(fā)生溶蝕作用形成粒間、粒內(nèi)溶孔,其孔隙空間可達5%~8%,液態(tài)烴類物質(zhì)開始進入儲集體中。隨著地溫及埋藏深度不斷增加,儲集體中的液態(tài)烴向氣態(tài)烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化,一些酸類腐蝕性組分被釋放出來,儲集體的顆粒邊緣進一步被溶解,形成少量次生孔隙,局部有效孔隙度可達6%~12%。至此,飛仙關(guān)組的儲層形成,后期構(gòu)造運動對儲層的改造作用不明顯,僅局部形成一些裂隙,影響儲層的產(chǎn)能。
總之,多種因素控制了工區(qū)飛仙關(guān)組優(yōu)質(zhì)儲層的形成[12-13],沉積環(huán)境是影響高能灘體分布范圍的基礎(chǔ)因素;成巖作用是決定優(yōu)質(zhì)儲層基本特征和儲集空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素,控制著儲層的最終展布。
通過本次研究,我們獲得了以下幾方面的認(rèn)識:
(1)鮞粒云巖和亮晶鮞?;?guī)r是區(qū)內(nèi)飛仙關(guān)組的主要儲集巖類,儲滲空間成因復(fù)雜,以次生的孔、洞、縫為主,僅偶見殘余的原生粒間孔。
(2)工區(qū)飛仙關(guān)組儲層的形成和演化經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積和成巖環(huán)境,沉積作用和后期成巖作用是其主要的控制因素。灘體的高部位是儲集體發(fā)育的有利部位,后期云化及埋藏溶蝕作用是次生儲集空間發(fā)育的必要條件,極大地提高了儲層的儲集性能。
[1] 王興志,張帆,蔣志斌,等.四川盆地東北部飛仙關(guān)組儲層研究[J].地學(xué)前緣,2008,15(1):117-122.
[2] 王一剛,洪海濤,夏茂龍,等.四川盆地二疊、三疊系環(huán)海槽礁、灘富氣帶勘探[J].天然氣工業(yè),2008,28(1):22-27.
[3] 陳更生,曾偉,楊雨,等.川東北部飛仙關(guān)組白云石化成因探討[J].天然氣工業(yè),2005,25(4):40-41.
[4] 王一剛,文應(yīng)初,洪海濤,等.川東北三疊系飛仙關(guān)組深層鮞灘氣藏勘探目標(biāo)[J].天然氣工業(yè),2004,24(12):5-9.
[5] 吳斌,王興志,張帆,等.川北地區(qū)飛仙關(guān)組儲層特征及主控因素研究[J].現(xiàn)代地質(zhì),2012,26(1):168-174.
[6] 楊躍明,段勇,何鯉,等.川西地區(qū)天然氣勘探新思路[J].天然氣工業(yè),2009,29(6):4-8.
[7] Ehrenberg S N, Nadeau P H.Sandstone vs Carbonate Petroleum Reservoirs:A Global Perspective on Porosity-Depth and Porosity-Permeability Relationships[J].AAPG Bulletin,2005,89(4):435-445.
[8] Lillian Hess Tanguay,Gerald M,F(xiàn)riedman.Petrophysical Characteristics and Facies of Carbonate Reservoirs[J].The Red River Formation(Ordovician),Williston basin,AAPG Bulletin,2001,85(3):491-523.
[9] 藍貴,朱永剛,張豫,等.川西北部飛三段鮞?;?guī)r孔隙演化及儲層特征[J].天然氣工業(yè),2004(23):20-230.
[10] Esrafili-Dizaji B,Rahimpour-Bonab H.Effects of Depositional and Diagenetic Characteristics on Carbonate Reservoir Quality:a Case Study from the South Pars Gas Field in the Persian Gulf[J].Petroleum Geoscience,2009,15:325-344.
[11] 唐洪,吳斌,張婷,等.川東北鐵山 — 龍會地區(qū)長興組焦灘相儲層特征及主控因素 [J].現(xiàn)代地質(zhì),2013,27(3):644-651.
[12] 楊曉萍,趙文智,鄒才能,等. 低滲透儲層成因機理及優(yōu)質(zhì)儲層形成與分布[J].石油學(xué)報,2004,28(4):57-64.
[13]王興志,張帆,馬青,等.四川盆地東部晚二疊世 — 早三疊世飛仙關(guān)期礁、灘特征與海平面變化[J].沉積學(xué)報,2002,20(2):249-254.