川東北飛仙關(guān)組白云巖化作用對鮞粒灘儲層的孔隙改造效應(yīng)

李開開，張學(xué)豐，賀訓(xùn)云，范俊佳

[1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2.海相儲層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3. 北京大學(xué) 石油與天然氣研究中心，北京 100871； 4. 中國石油 杭州地質(zhì)研究院 中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023； 5.中國石油 勘探開發(fā)研究院 中國石油集團(tuán)盆地構(gòu)造與油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083]

深埋白云巖儲層普遍具有比灰?guī)r更高的孔隙度而成為了目前油氣勘探的重要目標(biāo)[1]。近年來，涉及白云巖化作用如何影響碳酸鹽巖儲層孔隙形成與演化方面的問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者已開展了卓有成效的研究，但爭議依然很大。這是由于不同的成巖環(huán)境、白云巖化模式、白云巖化程度以及灰?guī)r母巖結(jié)構(gòu)差異[2-6]將可能產(chǎn)生截然不同的估算結(jié)果。盡管如此，不同的研究人員均發(fā)現(xiàn)：當(dāng)白云石含量超過一定范圍后，白云巖孔隙度和滲透率將隨著白云石含量增高而增大[7-9](圖1)，這預(yù)示著一定條件下白云巖化對優(yōu)質(zhì)儲層的形成有著積極的作用。前人提出的幾種白云巖化作用改造儲層模式在一定程度上能夠?qū)@種協(xié)同增長關(guān)系進(jìn)行解釋：①相關(guān)的溶解過程[6]；②白云巖化作用產(chǎn)生白云石晶間孔[8]；③具有較小體積的白云石對具有較大體積方解石的等摩爾交代[10]。然而，需要認(rèn)識到，這種關(guān)系的得出并非基于同一樣品的實(shí)驗(yàn)?zāi)M或計算機(jī)模擬，而是針對不同樣品的統(tǒng)計結(jié)果，因此根據(jù)這種正相關(guān)關(guān)系判斷白云巖化作用導(dǎo)致孔隙度增加是值得商榷的，需要進(jìn)一步挖掘深層次原因。

在川東北地區(qū)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[11-13]，長興組-飛仙關(guān)組白云巖化程度超過40%～50%后，儲層孔隙度與白云石含量之間存在與上述相似的正相關(guān)關(guān)系。不僅如此，對于白云巖儲層而言，不同殘余結(jié)構(gòu)類型的白云巖具有明顯不同的孔隙度和滲透率值[14]。由于原始巖石結(jié)構(gòu)的不斷破壞過程必將伴隨著巖石孔隙結(jié)構(gòu)的變化，追溯研究區(qū)鮞粒灘白云巖結(jié)構(gòu)演化歷程將有利于探討白云巖化作用對儲層孔隙的改造效應(yīng)，這需要扎實(shí)細(xì)致的巖石礦物學(xué)研究工作。有意義的是，川東北開江-梁平海槽東側(cè)白云巖區(qū)和西側(cè)灰?guī)r區(qū)飛仙關(guān)組鮞粒灘層序地層格架及沉積旋回特征具有相似性，且海槽西側(cè)鮞?；?guī)r基本保存了原始巖石結(jié)構(gòu)[15-16]。為此，本研究擬對比海槽兩側(cè)灰?guī)r和白云巖灘體旋回內(nèi)巖石類型、膠結(jié)物和孔隙特征異同，探索白云巖結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律；同時針對不同白云石含量的巖石樣品進(jìn)行成巖礦物含量以及面孔率進(jìn)行統(tǒng)計，定量化估算白云巖化作用對儲層孔隙的貢獻(xiàn)。

圖1 已報道的巖石孔隙度和滲透率與白云石含量關(guān)系Fig.1 The reported relationship of porosity and permeability with dolomite contenta.修改自Murray(1960) [7]；b. 修改自Powers(1962) [8]；c. 修改自Lucia和Major(1994) [9]

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

四川盆地川東北地區(qū)是我國重要的油氣勘探區(qū)域之一，近年來所發(fā)現(xiàn)的氣藏主要環(huán)開江-梁平海槽兩側(cè)分布(圖2)。受開江—梁平海槽構(gòu)造發(fā)育特征控制，其東西兩側(cè)長興組-飛仙關(guān)組沉積特征具較大差別。以飛仙關(guān)組為例，海槽的東側(cè)為地壘、地塹組成的斷塊邊界，坡度陡，因而斜坡相帶窄，且東側(cè)臺地地貌整體較高，沉積水體相對西側(cè)淺，在地壘頂部高能環(huán)境形成的臺緣鮞粒灘壩容易對后部的臺地沉積起到障壁、阻隔作用，使水體流動不暢，形成局限臺地潟湖環(huán)境的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r沉積或蒸發(fā)臺地相白云巖、紋層狀石膏白云巖、石膏以及紅層沉積。此外，臺地坡度的平緩也使臺地邊緣鮞灘垂向生長的厚度大，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了它的障壁作用。對于海槽西側(cè)，坡度平緩，斜坡相沉積較寬，與臺地沉積呈漸變過渡。在地貌上西側(cè)臺地相對東側(cè)低，沉積水體深，坡度平緩使水體深度側(cè)向變化大，因而使得臺緣鮞灘的發(fā)育具有厚度小、層數(shù)多、遷移變化快的特點(diǎn)。這樣的鮞粒灘對后部向陸方向臺地沉積不能起到較好的障壁作用，因此在臺緣鮞粒灘后開闊臺地相帶展布較寬，臺內(nèi)鮞粒灘發(fā)育，厚度、面積雖然小，但分布廣泛。

圖2 川東北地區(qū)開江-梁平海槽兩側(cè)氣田及井位分布Fig.2 Distribution of gas fields and wells along both sides of the Kaijiang-Liangping Trough in the northeastern Sichuan Basin

關(guān)于川東北開江-梁平海槽兩側(cè)臺地邊緣礁灘體層序地層學(xué)相關(guān)研究前人已做了大量扎實(shí)工作[17-18]。以飛仙關(guān)組為例，海槽東、西兩側(cè)均可識別出兩個三級層序，每個層序均由一個海侵體系域和一個高位體系域構(gòu)成。第一個海侵體系域由開闊臺地潮坪沉積物充填，高位體系域主要為鮞粒灘沉積。海槽西側(cè)第二個海侵體系域與第一個相近，同為開闊臺地潮坪沉積物構(gòu)成；而海槽東側(cè)則為碎屑灘及灘間沉積。第二個高位體系域在兩側(cè)均表現(xiàn)為蒸發(fā)臺地相沉積。鉆井資料顯示，鮞粒灘相主要發(fā)育于飛一段和飛二段，對應(yīng)于第一個三級層序的高位體系域沉積。層序格架內(nèi)發(fā)育一系列向上變淺的米級沉積旋回[16,19]。

2 巖石礦物學(xué)觀察

通過詳細(xì)的井下巖心觀察和室內(nèi)顯微鏡下薄片觀察，識別出開江-梁平海槽兩側(cè)鮞粒灘內(nèi)各自具有的巖相。其中，如灰質(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)r等過渡類巖相所占比例較小，在此不作詳細(xì)描述。巖石分類方法及相關(guān)術(shù)語參照前人成果[20-22]。需要指出的是，并非所有巖石類型均能在地質(zhì)實(shí)際中的每一個灰?guī)r灘體或白云巖灘體中找到，理想剖面的繪制(圖3)主要基于厚層灘體巖性分布特征。

海槽西側(cè)灰?guī)r相區(qū)共識別出3種巖石類型：

1) 亮晶鮞?；?guī)r。該類巖石主要分布于鮞粒灘體中上部，且多位于向上變淺的米級旋回上部(圖3)。鮞粒具有同心圈層，且多有灰黑色泥晶套環(huán)繞鮞粒外緣(圖3a，b)，鮞粒粒內(nèi)溶孔、鑄模孔較為發(fā)育；粒間通?？梢?期方解石膠結(jié)物，占據(jù)大部分粒間孔隙(圖3b)。由灘體頂部至中部，粒內(nèi)溶蝕程度逐漸減弱，未溶蝕部分多見不同程度的重結(jié)晶(圖3c，d)；粒間第二期方解石膠結(jié)物逐漸減少直至消失，第一期和第三期膠結(jié)物直接接觸(圖3c)。

2) 泥晶鮞?；?guī)r。該類巖石多以薄層或透鏡體分布于灘體下部，位于向上變淺的米級旋回下部(圖3)，并與亮晶鮞?；?guī)r呈漸變關(guān)系。泥晶基質(zhì)見于粒間孔隙，極大減小巖石孔滲性(圖3e，f)；局部也可見粒內(nèi)溶孔、鑄?？装l(fā)育(圖3f)。未溶蝕鮞粒內(nèi)部多為晶面較臟的重結(jié)晶方解石填充(圖3e，f)。

3) 粒泥巖或泥晶灰?guī)r。該類巖石主要位于灘體和米級旋回底部(圖3)。鮞粒含量急劇減少，一般小于20%；細(xì)粒沉積物居多(圖3g，h)。

圖3 開江-梁平海槽兩側(cè)飛仙關(guān)組二段米級旋回單元內(nèi)巖石類型及鏡下特征Fig.3 Lithologic types and their photomicrographic features in the meter-scale cycle of the T1f 2 member on both sides of the Kaijinag-Liangping Trougha.元壩22井，埋深6 407.7 m；b. 元壩22井，埋深6 407.7 m；c. 元壩101井，埋深6 796.7 m；d. 元壩27井，埋深6 125 m；e. 元壩2井，埋深6 433.2 m；f. 元壩22井，埋深6 432 m；g. 元壩27井，埋深6 124.5 m；h. 元壩27井，埋深6 124.75 m；i. 渡5井，埋深4 790.8 m；j. 普光2井，埋深4 950.1 m； k. 毛壩4井；l. 羅家2井，埋深3 232.2 m；m. 普光2井，埋深4 971.72 m；n. 普光2井，埋深5 186.6 m；o. 羅家2井，埋深6 440 m；p. 羅家2井，埋 深3 210 m

海槽東側(cè)白云巖相區(qū)共識別出4類巖相。

1) 殘余粒屑白云巖。該類巖石粒間常見白云石膠結(jié)，也可見泥晶基質(zhì)填充，據(jù)此可將該類巖石進(jìn)一步分為兩類。亮晶殘余粒屑白云巖多發(fā)育于鮞粒灘體上部以及高頻旋回頂部，與前人觀察結(jié)果吻合[23-24]。鮞粒內(nèi)多由微晶-細(xì)晶白云石晶體構(gòu)成(圖3i,j)，陰極發(fā)光下呈紅-暗橘紅色(圖4a，b)；核心或圈層易被溶蝕形成粒內(nèi)溶孔甚至是鑄?？祝慈芪g部分依然保留原始巖石結(jié)構(gòu)；鮞粒外緣常可見灰黑色泥晶套(圖3i,j)。粒間多發(fā)育兩期無色透明白云石膠結(jié)物，其晶體發(fā)育位置、大小及形狀均與亮晶鮞?；?guī)r一期和二期方解石膠結(jié)物相似；有所區(qū)別的是，亮晶殘余粒屑白云巖很少在粒間孔隙中央發(fā)育3期方解石或白云石膠結(jié)物；其空間或被瀝青、瀝青后方解石占據(jù)，或保留至今(圖3i,j)。

泥晶殘余粒屑白云巖多分布于高頻旋回下部，與泥晶鮞?；?guī)r相對應(yīng)。粒間多為泥晶-極細(xì)晶基質(zhì)白云石，陰極射線下發(fā)暗紅-紫色光(圖4c，d)。

2) 殘余粒形白云巖。該類巖石主要分布于鮞粒灘中部以及高頻旋回中部。相較于亮晶殘余粒屑白云巖，殘余粒形白云巖具有如下特征(圖3k,圖4e，圖4f)：①盡管鮞粒外形保存較為完整，但鮞粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及粒間膠結(jié)物僅隱約可見，陰極發(fā)光總體不如亮晶殘余粒屑云巖明亮；②構(gòu)成鮞粒的白云石晶體明顯較為粗大(細(xì)-中晶)，鮞粒圈層結(jié)構(gòu)消失；③鮞粒間僅可見第一期白云石膠結(jié)物；④粒間孔和擴(kuò)大溶蝕孔明顯發(fā)育；⑤大多數(shù)鮞粒并沒有發(fā)生溶蝕而保留完整。

3) 幻影白云巖。該類巖石通常呈透鏡體或薄層發(fā)育于殘余粒形白云巖中或局部發(fā)育于亮晶殘余粒屑白云巖帶內(nèi)，相似的分布特征也為前人所報道[23-25]。無論上巖心還是鏡下觀察均不能分辨顆粒、膠結(jié)物和基質(zhì)等組構(gòu)，多呈現(xiàn)分布較為均一的細(xì)-中晶白云石，僅局部有跡可循，似為“幻影”(圖3l,圖4g)；陰極射線或反射光下鮞粒輪廓依稀可見(圖4h)。白云石晶體 陰極發(fā)光下呈暗橘紅色。

圖4 開江-梁平海槽東側(cè)飛仙關(guān)組二段不同類型白云巖及其顯微特征Fig.4 Varying dolomites and their photomicrographic features in the Feixianguan Formation to the eastern side of the Kaijiang-Liangping Trougha.亮晶殘余粒屑云巖，單偏光，普光2井，埋深4 950.1 m；b.對應(yīng)于照片a的陰極發(fā)光特征；c.泥晶殘余粒屑云巖，單偏光，普光2井，埋深4 971.72 m；d.對應(yīng)于照片c的陰極發(fā)光特征；e. 殘余粒形云巖，單偏光，Mb4井；f.對應(yīng)于照片e的陰極發(fā)光特征；g. 幻影云巖，單偏光，坡2井，埋深4 058 m； h.對應(yīng)于照片g的陰極發(fā)光特征

4) 泥晶白云巖。與灰?guī)r鮞粒灘體中粒泥巖或泥晶灰?guī)r相似，泥晶白云巖多以薄層發(fā)育于灘體最下部及高頻旋回底部。巖石由均一的極細(xì)-細(xì)晶他形-半自形白云石晶體構(gòu)成(圖3o,p)，呈現(xiàn)暗色陰極發(fā)光。

3 海槽兩側(cè)成巖作用對比

有關(guān)于研究區(qū)飛仙關(guān)組成巖作用類型和演化過程在筆者先期研究中已有報道[26]，本文在此基礎(chǔ)上結(jié)合前人研究成果[27-30]認(rèn)為，開江-梁平海槽兩側(cè)鮞粒灘沉積后經(jīng)歷了相似的海底成巖和大氣水成巖作用(盡管東、西兩側(cè)大氣水作用規(guī)模與強(qiáng)度有異)，具有類似特征的第一期(海底)和第二期(大氣水)方解石膠結(jié)物，并經(jīng)歷了相似的油氣充注歷史。然而，基于上述海槽兩側(cè)鮞粒灘體巖石分類，進(jìn)一步的成巖觀察發(fā)現(xiàn)，不同巖相內(nèi)具有不同的膠結(jié)物類型，指示了明顯不同的成巖歷史。

1) 海槽西側(cè)灰?guī)r鮞粒灘體自上而下粒間膠結(jié)物由3期方解石膠結(jié)物(圖3a,b)變?yōu)閮善?第一期和第二期)膠結(jié)物(圖3c,d)。海槽東側(cè)白云巖灘體則由兩期(海底和大氣水)白云石膠結(jié)物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐黄?圖3i,j,k)。第三期方解石膠結(jié)物在白云巖灘體中并未發(fā)育。

2) 海槽東側(cè)鮞粒巖顯然經(jīng)歷了強(qiáng)烈的白云巖化作用，而海槽西側(cè)僅局部發(fā)生。白云巖化作用前的灰?guī)r鮞粒及其膠結(jié)物結(jié)構(gòu)控制了白云巖的輪廓、晶體大小、形狀以及組構(gòu)差異；殘余粒屑白云巖粒間的兩期白云石晶體發(fā)育位置及晶體特征與亮晶鮞?；?guī)r前兩期方解石膠結(jié)物極為相似(圖3a,b,i,j)。

3) 海槽東側(cè)白云巖儲層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的熱化學(xué)硫酸鹽還原作用(TSR)，可觀察到硬石膏和/或天青石的交代現(xiàn)象，孔洞縫中發(fā)育與TSR關(guān)系密切的方解石、白云石、黃鐵礦和硫磺等成巖礦物；海槽西側(cè)灰?guī)r儲層中并未發(fā)生TSR作用，孔洞中可見到一定量的嵌晶-連晶狀方解石及石英礦物，晶體內(nèi)可見到烴類包裹體[26,29-30]。

4) 海槽東側(cè)白云巖及部分晚期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)生了強(qiáng)烈溶解，導(dǎo)致晶面上呈現(xiàn)明顯的溶蝕邊界以及豐富的擴(kuò)大溶蝕孔[30-31]。相反，海槽西側(cè)灰?guī)r儲層內(nèi)僅見到少量粒間溶孔和擴(kuò)大溶孔。

4 白云巖結(jié)構(gòu)演化與控制因素

已有研究表明[6,21,32-36]，白云巖結(jié)構(gòu)的多樣性可能歸因于不同的白云巖化模式或性質(zhì)不同的白云巖化流體。對于川東北地區(qū)飛仙關(guān)組，國內(nèi)學(xué)者往往應(yīng)用多種白云巖化模式分別闡述不同沉積相格局下的白云巖類型成因，如潟湖潮坪相的泥微晶白云巖和顆粒灘相的顆粒云巖及夾雜的粉-細(xì)晶云巖[37-38]，這具有合理性。值得注意的是，僅對于顆粒灘發(fā)育的白云巖成因而言，盡管觀點(diǎn)有別，研究人員多傾向于應(yīng)用單一白云巖化模式或不同模式的早晚疊加進(jìn)行解釋[24-25,38-41]，即在同一時間域內(nèi)顆粒灘內(nèi)巖石經(jīng)歷著相同的白云巖化流體改造，這為后文的討論奠定了基礎(chǔ)。

顆粒灘內(nèi)殘余粒形白云巖和幻影白云巖原始結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，目前被認(rèn)為是這些類型白云巖遭受了更為強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用和埋藏溶蝕作用[27-28,42]。然而，值得思考的是，在近于相同深度和溫壓條件下，同一灘體內(nèi)灰?guī)r原巖僅僅依靠這些晚期成巖作用的改造能否形成上述特征迥異的白云巖結(jié)構(gòu)類型？因此，需要對白云巖作用前后的沉積、成巖作用過程效應(yīng)進(jìn)行重新審視。

4.1 沉積作用對白云巖結(jié)構(gòu)演化的影響

在沉積期，海槽東、西兩側(cè)鮞粒灘體均表現(xiàn)出相似的米級旋回的沉積特征，且垂向上沉積物的疊置關(guān)系大致相同，高部位發(fā)育相對高能的鮞粒巖類(如亮晶鮞?；?guī)r和亮晶殘余粒屑白云巖)，而低部位則發(fā)育低能的細(xì)粒巖類(如泥晶灰?guī)r和泥晶云巖)。據(jù)此可以推斷，海槽東側(cè)發(fā)育的保存原始結(jié)構(gòu)的亮晶殘余粒屑白云巖、泥晶殘余粒屑白云巖以及泥晶云巖的灰?guī)r前身可能分別對應(yīng)于海槽西側(cè)發(fā)育的亮晶鮞?；?guī)r、泥晶鮞粒灰?guī)r以及泥晶灰?guī)r(圖3)。這些相對應(yīng)的巖類往往具有相似的顆粒大小、形狀、圈層結(jié)構(gòu)以及孔隙類型，為上述推論提供了關(guān)鍵證據(jù)。白云巖原始結(jié)構(gòu)的保存可能與灰?guī)r前身內(nèi)部細(xì)小粒度以及數(shù)目眾多的成核位點(diǎn)有關(guān)[32,43-44]。然而，沉積作用控制無法解釋殘余粒形白云巖和幻影白云巖的分布以及原始結(jié)構(gòu)的破壞。

4.2 淡水淋濾作用對白云巖結(jié)構(gòu)演化的影響

大氣淡水淋濾與否將對鮞粒外緣膠結(jié)物性質(zhì)有較大影響，并可能對白云巖結(jié)構(gòu)的發(fā)育有深刻的影響。由于淡水作用，海底膠結(jié)物也將在淡水影響下發(fā)生由文石向低鎂方解石轉(zhuǎn)化，其外緣勢必形成較為穩(wěn)定的淡水方解石膠結(jié)物(圖3a，b)，這使得鮞粒內(nèi)外礦物成分和穩(wěn)定性存在差異，并將對隨后的成巖路徑、流體演化以及孔隙發(fā)育過程有強(qiáng)烈的影響[45-49]。在白云巖化過程中，鮞粒內(nèi)部不穩(wěn)定文石顆粒將發(fā)生快速白云巖化[21,50-51]，數(shù)目眾多的白云巖化質(zhì)點(diǎn)以及較高的比表面積將導(dǎo)致形成的白云石具有晶面較臟、晶體細(xì)小、他形的特征(圖3i，j)。而鮞粒外緣較為自形、明亮的方解石膠結(jié)物將轉(zhuǎn)變?yōu)榕c鮞粒內(nèi)部截然不同的白云石晶體(更為干凈、晶體較大、半自形-自形特征，圖3i，j)，這將有利于原始鮞粒外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保存。

與之形成鮮明對比的是，在遠(yuǎn)離暴露面的鮞?；?guī)r層，粒間孔隙持續(xù)保留了原始海水，這使得粒內(nèi)文石顆粒和粒間文石質(zhì)海水膠結(jié)物的新生變形同時進(jìn)行，于是鮞粒內(nèi)外具有較為均一的礦物成分。當(dāng)白云巖化作用發(fā)生時，鮞粒外緣難以形成具有精美櫛殼狀結(jié)構(gòu)的膠結(jié)物[52]，不利于后續(xù)成巖作用過程中泥晶套及內(nèi)部原始結(jié)構(gòu)的保存。

暴露面附近的亮晶鮞粒灰?guī)r層遭受強(qiáng)烈的淡水選擇性溶蝕作用，形成粒內(nèi)溶孔或鑄?？?圖3a，b)，并在亮晶殘余粒屑白云巖中得到很好的繼承，包括相似的發(fā)育位置、大小及形態(tài)特征(圖3i，j)，其呈現(xiàn)的較為明亮的陰極發(fā)光特征暗示著淡水的影響(圖4b)。對于遠(yuǎn)離暴露面的鮞?；?guī)r層而言，未遭受淋濾的鮞粒內(nèi)部泥晶質(zhì)點(diǎn)在原生海水或近飽和的混合流體(高比例的海水和淡水)作用下發(fā)生重結(jié)晶，形成晶面較臟的鑲嵌狀微亮晶方解石(圖3c，d)，多具有無陰極發(fā)光和高Sr含量特征，這在世界其他地區(qū)多有報道[53-57]。有意思的是，在泥晶殘余粒屑云巖以及殘余粒形云巖層段，鮞粒內(nèi)部白云石晶體呈現(xiàn)極為類似的較臟的晶面、不規(guī)則形狀(鑲嵌狀)以及較粗的晶體大小(細(xì)-中晶，圖3k，m)。較粗的白云石晶體可能與微亮方解石晶體的發(fā)育以及較少的成核位置密切相關(guān)[43]。顯然，該類型云巖與遠(yuǎn)離暴露面的鮞?；?guī)r具有良好的對應(yīng)關(guān)系。隨著粒內(nèi)這些晶體較大的白云石后期不斷增長，鮞粒圈層結(jié)構(gòu)以及鮞粒外緣泥晶套逐漸被“擦除”痕跡，并區(qū)別于亮晶殘余粒屑白云巖。這與前人研究成果吻合：白云巖結(jié)構(gòu)取決于灰?guī)r前身的礦物大小及形狀等方面特征[6,32,58]。由此可以認(rèn)識到，鮞?；?guī)r是否遭受淡水淋濾將對白云巖結(jié)構(gòu)演化起到關(guān)鍵作用。

4.3 重結(jié)晶及晚期溶蝕作用對白云巖結(jié)構(gòu)演化的影響

如前所述，灰?guī)r母巖所具有的結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致初始白云巖晶體大小及結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性，這種多樣性可能會對隨后的白云巖重結(jié)晶程度有重大影響。前人曾報道了不同白云石晶體微觀結(jié)構(gòu)與重結(jié)晶作用之間的密切聯(lián)系[59]；同時也證實(shí)了不同的白云巖結(jié)構(gòu)和白云巖化流體地球化學(xué)控制著白云巖的重結(jié)晶程度[60]。對于研究區(qū)初始形成的微-細(xì)晶的殘余粒屑白云巖和泥晶白云巖而言，細(xì)小且致密的晶體決定了儲層空間相對匱乏的重結(jié)晶流體以及較弱的水-巖作用，從而導(dǎo)致原始晶體及結(jié)構(gòu)在后續(xù)成巖過程中變化微弱。前人針對其他地區(qū)白云巖的研究成果中也有相應(yīng)表述[61]。對于初始形成的具有較粗晶體(細(xì)-中晶)的殘余粒形白云巖而言，豐富的孔隙水將極大的提高水-巖比率，促進(jìn)強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用，形成更為鮮明的白云石晶體結(jié)構(gòu)差異。

不僅如此，初始白云巖的孔隙度和滲透率差異將引發(fā)不同程度的白云巖重結(jié)晶作用，這是由于該類參數(shù)決定了成巖流體是否能在孔隙介質(zhì)中流動并與白云石質(zhì)點(diǎn)發(fā)生充分接觸[35,60-61]。目前并不能恢復(fù)出研究區(qū)白云巖重結(jié)晶前的初始孔滲值，但不同類型白云巖現(xiàn)今孔滲差異將提供一些線索(圖5a，b)?；糜鞍自茙r具有最高的孔隙度和滲透率值，其晶體最為粗大且原始結(jié)構(gòu)破壞最為嚴(yán)重(圖3l，圖4g，圖4h)，反映其經(jīng)歷了程度最高的重結(jié)晶作用；殘余粒形云巖的物性以及結(jié)構(gòu)特征表明其經(jīng)歷了中等程度重結(jié)晶(圖4e，f)，為過渡類型產(chǎn)物；亮晶殘余粒屑云巖具有較高的孔隙度，然而其晶體細(xì)小以及原始結(jié)構(gòu)保存較好的特征表明后續(xù)的重結(jié)晶作用較弱(圖3i，j)，偏低的滲透率可能影響了重結(jié)晶流體的流動。顯然，不同類型白云巖重結(jié)晶前初始孔滲特征與現(xiàn)今孔滲特征有著良好的對應(yīng)關(guān)系，后文將進(jìn)一步闡述白云巖初始物性的差異原因。重結(jié)晶作用期間，先期存在的原生和次生孔隙為鮞粒內(nèi)部白云石重結(jié)晶以及鮞粒邊緣白云石膠結(jié)物的生長提供了空間，這些白云石持續(xù)生長并指向孔隙中央。隨著重結(jié)晶程度增大，新生白云石數(shù)目不斷增多，晶體不斷增大，將使得鮞粒粒形逐漸消失，最終形成結(jié)構(gòu)完全破壞的幻影白云巖。類似的白云巖結(jié)構(gòu)特征以及演化過程同樣見于其他地區(qū)古生界糖粒狀白云巖[34]，區(qū)別是這些地區(qū)糖粒狀白云石主要為孔洞充填礦物而非重結(jié)晶的產(chǎn)物。

深埋藏階段，伴隨著石油的充注以及隨后烴類的氧化裂解，區(qū)內(nèi)白云巖儲層發(fā)生由有機(jī)酸或TSR作用引發(fā)的埋藏溶蝕作用[30-31,62]。這一過程將產(chǎn)生粒間擴(kuò)大溶蝕孔以及其他新生孔隙(圖3l，圖4g)，導(dǎo)致鮞粒外形進(jìn)一步殘缺不全，加速原始鮞粒結(jié)構(gòu)的破壞。目前并不確定究竟是重結(jié)晶作用還是深埋藏溶蝕作用對鮞粒的離散起到主要控制作用。前人提供了溶解-再沉淀的循環(huán)模式以解釋British West Indies地區(qū)Brac組菱形白云石生長以及白云巖原始結(jié)構(gòu)逐漸消失的過程[35]。然而，巖石薄片及陰極發(fā)光觀察發(fā)現(xiàn)(圖3l，圖4g，圖4h)，在川東北地區(qū)飛仙關(guān)組，構(gòu)成幻影云巖的大部分糖粒狀白云石晶體呈現(xiàn)較臟的晶面、不規(guī)則形狀以及斑駁狀陰極發(fā)光特征，明顯區(qū)別于溶解-再沉淀形成的菱形白云石。同時，糖粒狀白云石外緣多包裹固體瀝青(圖3l，圖4g)也指示了其生長所需空間并非來源于深埋藏溶蝕過程中白云巖自身溶解，而是來自于早期孔隙的保存。這些都預(yù)示著白云巖重結(jié)晶作用可能主要控制了鮞粒的離散過程。

5 白云巖化作用在孔隙演化過程中的影響

圖5 川東北飛仙關(guān)組不同類型白云巖和灰?guī)r物性特征對比Fig.5 Histograms showing petrophysical properties of various dolostones and limestones in the Feixianguan Formation,northeastern Sichuan Basina.孔隙度；b. 滲透率

圖6 開江-梁平海槽兩側(cè)典型井位飛仙關(guān)組二段部分結(jié)構(gòu)組構(gòu)含量以及孔隙度縱向分布Fig.6 Vertical profiles of the percentage of some rock fabrics and porosity for the T1f 2 member from typical wells on both sides of the Kaijiang-Liangping Trougha.元壩27井,埋深6 120～6 136 m,鮞?；?guī)r段第三期方解石膠結(jié)物含量和孔隙度剖面；b. 普光2井，埋深4 902～4 969 m，鮞粒云巖段油充注前 粒間孔含量和孔隙度剖面(兩口井相應(yīng)井段柱狀圖改自前人圖件[16])

為評估白云巖化作用對儲層孔隙的貢獻(xiàn)，本次研究在開江-梁平海槽西側(cè)灰?guī)r區(qū)和東側(cè)白云巖區(qū)分別選取元壩27井和普光2井井段進(jìn)行孔隙度和礦物組構(gòu)對比分析。研究中重點(diǎn)統(tǒng)計的第三期方解石膠結(jié)物主要分布于粒間孔中心，呈嵌晶-連晶狀，明顯區(qū)別于一期膠結(jié)物(針狀或纖維狀)和二期膠結(jié)物(葉片狀或粒狀)；陰極發(fā)光下呈暗紅-不發(fā)光，區(qū)別于二期膠結(jié)物(紅-橘紅色)；晶體略混濁，含有大量兩相流體包裹體和極少量烴類包裹體，晶體外緣如有剩余孔隙多可見瀝青填充，有別于晚期的孔洞方解石充填物(內(nèi)含兩相包體及大量有機(jī)包體，且多沿孔洞貼邊瀝青向孔隙中央生長)。其他礦物識別特征在筆者先期研究中已有報道[26]，在此不做詳述。

研究發(fā)現(xiàn)，在西側(cè)鮞粒灰?guī)r灘體，孔隙度最高值發(fā)育于向上變淺的高頻旋回頂部(圖6a)，這意味著早期大氣淡水作用在鮞?；?guī)r儲層的改造方面具有極為重要的影響。這種影響理論上在東側(cè)鮞粒云巖灘體應(yīng)同樣得以體現(xiàn)，孔隙面貌(孔隙度及分布特征)應(yīng)具有相似特征。然而，孔隙度數(shù)據(jù)顯示(圖6b)，白云巖孔隙度峰值通常并非發(fā)育于米級旋回頂部，而是距頂部有一定距離；且最好的儲層巖石類型是灘體中上部的殘余粒形白云巖和幻影白云巖，而非位于灘體頂部的亮晶殘余粒屑白云巖。類似的物性縱向分布特征在前人研究工作中也有報道[19]。顯然，在東側(cè)鮞粒白云巖灘體中，淡水成巖對儲層的改造效應(yīng)在某種程度上被“削弱”，后續(xù)的成巖作用對儲層孔隙應(yīng)該有著更為強(qiáng)烈的改造效應(yīng)。

對于海槽西側(cè)鮞?；?guī)r段，大部分粒間空間被埋藏壓溶作用產(chǎn)生的第三期方解石膠結(jié)物封堵(圖3c，d)，這種孔隙破壞效應(yīng)進(jìn)一步體現(xiàn)于現(xiàn)今孔隙度與該期方解石體積比率之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖7a)。然而，在海槽東側(cè)鮞粒白云巖段通常不發(fā)育類似的方解石膠結(jié)物，從而“節(jié)省”出大量的粒間儲集空間(圖3k，l)。這種改造效應(yīng)導(dǎo)致白云巖現(xiàn)今孔隙度與油充注前粒間孔隙度之間存在正相關(guān)關(guān)系(圖7b)，很好地解釋了白云巖相對灰?guī)r具有更優(yōu)儲集物性的現(xiàn)象[15-16,30]。這些方解石膠結(jié)物在白云巖段的缺失很可能反映了白云巖相對灰?guī)r具有更強(qiáng)的抗壓實(shí)、壓溶能力[63-65]，由此決定了灰?guī)r段第三期(壓溶成因)方解石膠結(jié)物的潛在發(fā)育量與白云巖段瀝青前粒間孔隙度之間應(yīng)該有良好的對應(yīng)關(guān)系。與此同時，針對密西西比地區(qū)Black Creek氣田Smackover組顆?；?guī)r儲層的研究表明[66]，豐富的早期膠結(jié)物將抑制壓溶作用以及相應(yīng)壓溶成因方解石的產(chǎn)出。研究區(qū)遠(yuǎn)離暴露面的亮晶鮞粒灰?guī)r層相對暴露面附近的灰?guī)r層賦存較少的淡水膠結(jié)物，導(dǎo)致前者傾向發(fā)育更為豐富的第三期方解石膠結(jié)物。于是，與前者位置對應(yīng)的殘余粒形白云巖和幻影白云巖將擁有更為豐富的粒間孔隙(多數(shù)晶間孔隙實(shí)際由粒間孔隙演化而來)，展現(xiàn)出更為明顯的孔隙保存效應(yīng)。此種效應(yīng)下，這兩類白云巖不僅具有高孔隙度，還具有高滲透率特征(圖5a，b)。這很好地解釋了同一灘體內(nèi)不同類型白云巖在重結(jié)晶作用前的初始物性具有的明顯差異：殘余粒形白云巖和幻影白云巖孔隙主要分布于粒間(晶間)，明顯區(qū)別于亮晶殘余粒屑白云巖(粒內(nèi)孔隙為主，粒間孔隙為次)，并與各自滲透率有著良好的對應(yīng)關(guān)系。

基于上述論述可以推斷，研究區(qū)儲層孔隙度隨白云石程度增高而增大[13](圖8a)主要是由于粒間第三期方解石膠結(jié)物發(fā)育程度減弱以及對應(yīng)的原生粒間孔隙的保存。為證實(shí)此推論，研究選取顆粒大小相近、不同白云石含量的白云巖樣品進(jìn)行薄片點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計。結(jié)果顯示(圖8b)，當(dāng)白云石含量從0增至40%時，第三期方解石膠結(jié)物含量沒有顯著變化或僅略微減??；而當(dāng)白云石含量高于40%并繼續(xù)增長時，方解石膠結(jié)物含量急劇減少。有意思的是，該方解石膠結(jié)物含量隨白云石含量的變化趨勢與研究區(qū)孔隙度隨白云石含量變化趨勢呈鏡像關(guān)系；而且，由于白云巖化作用減少的第三期方解石膠結(jié)物的量(3.5%～15.5%,平均 7.6%)近似等于孔隙度的變化值，這無疑為上述論斷提供了有力證據(jù)。因此，我們可以得出結(jié)論，對于鮞粒巖而言，白云巖化過程并沒有導(dǎo)致新孔隙的生成，卻很好地保存了原始粒間孔隙(也應(yīng)保存了其他早期孔隙)；而孔隙保存效應(yīng)是否顯著則取決于對應(yīng)的鮞?；?guī)r母巖中第三期方解石膠結(jié)物發(fā)育的潛力。

圖7 開江-梁平海槽兩側(cè)典型井位飛仙關(guān)組部分結(jié)構(gòu)組構(gòu)含量與現(xiàn)今孔隙度散點(diǎn)關(guān)系Fig.7 Scatter diagram showing the relationship of the percentage of some rock fabrics and the present porosity for the T1f2 member from typical wells on both sides of the Kaijiang-Liangping Trougha.元壩27井，埋深6 120～6 136 m，鮞?；?guī)r段第三期方解石膠結(jié)物含量與現(xiàn)今孔隙度關(guān)系；b. 普光2井，埋深4 902～4 969 m，鮞粒云巖段油充注前 粒間孔隙含量與現(xiàn)今孔隙度關(guān)系

圖8 川東北飛仙關(guān)組鮞粒巖白云石含量與孔隙度和方解石膠結(jié)物含量之間的關(guān)系Fig.8 The relationship of dolomite content with porosity and calcite cement content in the Feixianguan Formation oolites,northeastern Sichuan Basina. 白云石含量和孔隙度關(guān)系[13]；b. 本研究統(tǒng)計的第三期方解石膠結(jié)物含量與白云石含量關(guān)系

值得注意的是，上述結(jié)論可能并不適用于其他巖相。研究區(qū)泥晶云巖孔隙度和滲透率分別為3.2%和10.5×10-3μm2，分別遠(yuǎn)高于泥晶灰?guī)r相應(yīng)值(1.0%和0.1×10-3μm2，圖5a，b)，但后者卻并不發(fā)育第三期方解石膠結(jié)物。前人研究也表明，白云巖化對于鮞?；?guī)r儲層和細(xì)粒基質(zhì)主導(dǎo)的灰?guī)r儲層的改造有截然不同的效應(yīng)[67]。

對于研究區(qū)白云巖依靠骨架支撐獲得的早期孔隙而言，快速的油充注不僅能夠有效阻止膠結(jié)作用的發(fā)生，還能夠分擔(dān)上覆巖石的壓力，減弱了壓實(shí)壓溶作用對其的破壞作用[68-69]。然而，僅從孔隙度絕對值角度考慮，我們目前還無法明確油的充注究竟是孔隙建設(shè)者還是破壞者，這是由于一方面油裂解形成的瀝青的確占據(jù)了白云巖前期積攢的部分早期孔隙，且瀝青含量較高(1.11%～5.73%)[70]；另一方面油的充注將引發(fā)后續(xù)的烴-水-巖相互作用(如TSR)，礦物的溶解-沉淀在很長時間內(nèi)持續(xù)發(fā)生。限于篇幅，有關(guān)于深埋藏溶蝕作用對儲層孔隙改造的效應(yīng)將在后續(xù)論文成果中報道。

6 結(jié)論

1) 與以往認(rèn)識不同，研究認(rèn)為，對于鮞粒灘而言，原始結(jié)構(gòu)保存程度不同的白云巖形成并不僅僅受控于重結(jié)晶和深埋藏溶蝕作用程度。沉積旋回實(shí)質(zhì)上搭建了鮞粒灘不同結(jié)構(gòu)類型白云巖分布的早期框架；早期大氣水淋濾對鮞粒巖結(jié)構(gòu)、礦物組成以及穩(wěn)定性等方面的效應(yīng)是白云巖結(jié)構(gòu)分異的重要原因；重結(jié)晶和深埋藏溶蝕作用加劇了原始鮞粒結(jié)構(gòu)破壞。

2) 白云石含量與巖石孔隙度之間的協(xié)同增長關(guān)系并不能指示白云巖化作用新增了孔隙。對于鮞粒灘儲層而言，白云巖化作用并沒有導(dǎo)致新孔隙產(chǎn)生，而是有效地保存了原生粒間孔隙和淡水淋濾成因孔隙(～7.6%)，構(gòu)成了現(xiàn)今儲層的主要孔隙。巖石孔隙度隨白云石含量增加而增大的值與壓溶成因方解石膠結(jié)物的減少量高度吻合，這是由于白云石相對方解石具有的更有效的抗壓實(shí)壓溶作用，總體反映了白云巖孔隙保存效應(yīng)。

3) 盡管早期淡水淋濾對鮞粒灘白云巖儲層的形成有著積極的作用，但白云巖孔隙保存效應(yīng)對現(xiàn)今儲層孔隙度和滲透率的貢獻(xiàn)更為巨大，從而導(dǎo)致鮞粒灘最優(yōu)質(zhì)儲層往往發(fā)育于暴露面之下的一定距離，且最好的儲層巖石類型是灘體中上部的殘余粒形白云巖和幻影白云巖，而非位于灘體頂部的亮晶殘余粒屑白云巖。

4) 白云巖結(jié)構(gòu)差異演化是鮞粒灘體不同部位白云巖物性(特別是滲透率)具有明顯差異的重要原因。