海水進退、灘坪出沒、云化巖溶等與碳酸鹽巖儲層關(guān)系研究
——以上揚子地臺龍王廟組為例

任娜娜，韓波，張軍濤，馮菊芳，王曉濤，朱爽，馬強，田海芹，何治亮

1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 2.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083

0 引言

國內(nèi)外大量油氣勘探實踐均已證實碳酸鹽巖儲層類型主要包括礁灘儲層、白云巖儲層、巖溶儲層及裂縫性(灰?guī)r)儲層[1-9]。能否成功預(yù)測這些儲層的分布及評價就成為了進一步勘探開發(fā)的關(guān)鍵任務(wù)。特別是對礁、灘相帶而言，除常規(guī)的地球物理技術(shù)外，沉積相、古地理以及儲層研究仍是重要的環(huán)節(jié)。前人對四川盆地龍王廟組儲層特征做了大量的研究工作，但仍存在較大的爭議，如早寒武世揚子碳酸鹽巖臺地模式[10-14]；臺地沉積格局[15-19]；臺內(nèi)灘的分布特征[20-21]；灘相儲層的形成機制[23-24]以及儲層的成巖作用[24-26]等。本文采用碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法對研究區(qū)內(nèi)6條野外基干剖面進行實測，并通過2口鉆井基干剖面描述、81個露頭和鉆井等資料點的重新解釋(圖1)以及室內(nèi)巖石薄片、陰極發(fā)光、SEM、電子探針、X-Ray、穩(wěn)定同位素、鑄體薄片、孔隙度、滲透率等分析，編制了一系列圖件，經(jīng)過綜合研究，總結(jié)出了灘、云灘、云溶灘等碳酸鹽巖儲層物性的變化規(guī)律。

1 灘

灘，即碳酸鹽巖顆粒灘，是指鮞粒灘、砂屑灘、藻屑灘等砂級的顆粒灘，主要發(fā)育在潮下高能帶。其水體不太淺，如潮間帶，水體不能反復(fù)懸浮顆粒(核心及小顆粒)，顆粒不能變大；水體也不能太深，水體能量不足以拖起大的礫屑反復(fù)分選磨圓[27-29]。因此，灘發(fā)育的環(huán)境需要特殊的環(huán)境條件范圍。本文根據(jù)近年來世界潮差觀測資料和波浪作用分析，選用“相對水深”條件數(shù)值，暫定顆粒灘發(fā)育相對水深約為5～15 m，也可取10 m水深平均值。中國沿海最大潮差10 m左右，世界最大潮差約為19.6 m，在地史上，最大潮差一般小于30 m。風(fēng)浪、涌浪和近岸波的波高幾厘米到20余米，最大可達30 m以上。不同的波浪作用形成的層理也反映了水動力的強弱和沉積相的類型，如平行層理與交錯層理的共生反映了灘相的發(fā)育等。潮差和波浪作用的意義，一方面可大體判斷某時期內(nèi)平均海平面的升降變化規(guī)律，另一方面根據(jù)碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)成因類型及發(fā)育規(guī)律可進一步明確潮下高能帶的規(guī)模和位置[30]。

圖1 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組露頭基干剖面、鉆井基干剖面及其他資料點分布示意圖Fig.1 Sketch of the main outcrop profiles, main well sections, and other various information points for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation, in Sichuan Basin and its periphery area, China

1.1 灘—灘作原點

根據(jù)成灘環(huán)境條件要求，本文把復(fù)雜的環(huán)境古地理恢復(fù)細節(jié)簡化為三個要點：

(1) 以灘作原點，如取相對水深10 m(圖2)。

(2) 假設(shè)海平面相對上升，水體變深。水體能量也相應(yīng)減小、顆粒含量降低、顏色加深、層理可由(大型)板狀層理變?yōu)椴钌踔了綄永?。沉積環(huán)境或沉積相則由灘演變?yōu)殚_闊臺地(或陸棚)。相對水深可取值10～25 m(甚至更深)。

(3) 假設(shè)海平面相對下降，水體變淺甚至出露水面。水體能量相應(yīng)減小、顆粒含量降低、顏色變淺甚至出現(xiàn)氧化色、層理可由(大型)板狀層理變?yōu)椴钌踔了綄永砩踔涟l(fā)育藻紋層。尤其出現(xiàn)準同生白云巖、白云巖發(fā)育，則可判斷沉積環(huán)境或沉積相由灘演變?yōu)榫窒夼_地(或潟湖，在一定的條件下)、潮間坪(有竹葉狀礫屑、貝殼、柱狀疊層石等)、潮上坪(藻)準同生白云巖、白云巖。相對水深可取值10～0 m(甚至遭受剝蝕)。

如上，在0～25 m之間有規(guī)律地取值，可代表某一時期相對海平面的升降變化特征。此方法既是碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法，也是灘坪儲層演化研究的基礎(chǔ)。

圖2 灘相發(fā)育的相對古水深與水動力條件關(guān)系示意圖Fig.2 Relative paleowater depth related to the hydrodynamic conditions

1.2 基干剖面實測

前人對揚子地區(qū)尤其是四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組沉積、儲層的研究成果十分豐富。本文從最基本的基干剖面入手，為研究奠定了扎實的資料基礎(chǔ)。由于研究區(qū)山高溝深、植被發(fā)育，盡管也有全取芯井，但觀察視野受限，因此，露頭基干剖面的優(yōu)選就顯得十分重要。所選基干剖面滿足如下三個條件：1)頂?shù)浊宄?)剖面連續(xù)(無斷層)；3)可獲取資料(無不可處理的覆蓋)。優(yōu)選出貴州金沙巖孔、貴州習(xí)水土河、湖北宣恩高鑼、湖南慈利南山坪、四川南江沙灘、四川城口楊寺橋、MX8井、ED2井8條基干剖面。

1.2.1 基干剖面實測程序

基干剖面描述分為以下三個層次：

(1) 踏勘(粗)分層，控制宏觀規(guī)律。確定頂?shù)祝R別大的旋回層序如層序、四級層序邊界，識別劃分體系域。

(2) 細描分層，沉積層序細描。這是關(guān)鍵一步。根據(jù)本文提出的“灘坪組合快速沉積相分析法”，對每一層進行沉積相、相對古水深分析并野外賦值，如對貴州金沙巖孔下寒武統(tǒng)龍王廟組露頭基干剖面的實測和分析就較好的應(yīng)用了該方法。

(3) 精描定層，取全、取準各種資料，特別是定量資料。

碳酸鹽巖臺地相中，因顆粒灘的特殊結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，更容易區(qū)分和鑒定，故首先根據(jù)沉積巖性、沉積構(gòu)造、生物標志等綜合分析識別該沉積微相，以灘相作原點，賦值水深10 m。識別標志如下：沉積巖性為顆粒云巖、顆?；?guī)r為主，藻屑、礫屑、生物屑和鮞粒等；沉積構(gòu)造為大型板狀層理；典型標志—大量顆粒組成。在金沙巖孔剖面龍王廟組底部，第一層發(fā)育較純的鮞粒亮晶灰?guī)r，約30 cm厚，鮞粒直徑約0.8 mm，夾少量泥晶白云巖條帶，其中見黃鐵礦團塊。第二層開始出現(xiàn)夾白云質(zhì)條帶的亮晶鮞?；?guī)r，且向上白云質(zhì)、泥質(zhì)條帶增多，并發(fā)育有層狀分布的豆粒，粒徑大于2 mm，響應(yīng)于海侵體系域的水進過程。因此根據(jù)灘坪組合分析法判斷，第一、二層為高能顆粒灘相(圖3a，b)。

沉積環(huán)境或沉積相由灘演變?yōu)橄鄬ι钏h(huán)境，周邊有顆粒灘間斷展布，即海平面相對上升，水體變深，水體能量相應(yīng)減小，通過對典型標志綜合分析確定環(huán)境，進而相對水深最大賦值20 m。識別標志如下：沉積巖性為泥灰?guī)r、泥巖為主；巖石顏色為深色；沉積構(gòu)造為波狀層理、水平層理；典型標志為灘條組合(顆粒灘—泥質(zhì)條帶組合沉積特征)；生物標志以狹鹽性生物為主，如海百合、珊瑚等。第二層的上部可見泥質(zhì)含量升高，見灘條組合(圖3c)。在第三層出現(xiàn)薄層泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r，根據(jù)分析法判斷該層處于一個相對較深的水體環(huán)境，第三層的沉積末期，對應(yīng)最大海泛面。該剖面第四至七層根據(jù)分析法可判斷為顆粒灘相。

沉積環(huán)境或沉積相由灘演變?yōu)闇\水環(huán)境(坪)，即海平面相對下降，水體變淺甚至出露水面，水體能量減小，通過對典型標志綜合分析確定環(huán)境，進而相對水深最小賦值0 m。識別標志如下：沉積巖性為泥粉晶云巖為主；巖石顏色為淺色，甚至出現(xiàn)氧化色；沉積構(gòu)造為波狀層理、水平層理或發(fā)育藻紋層；典型標志為灘紋組合(顆粒灘—藻紋層組合沉積特征)；生物標志為廣鹽性生物，如瓣鰓類、腹足類。剖面的第八層為中厚層準同生白云巖，發(fā)育紋層狀層理，見層狀疊層石(圖3d)。判斷為淺水環(huán)境，沉積相為云坪相。

以此類推到該剖面的30個小層進行沉積相的快速識別和層序的劃分，繪制綜合柱狀圖(圖4)，進而賦值恢復(fù)古水深，繪制出相對海平面的升降變化曲線，建立沉積模式，為儲層的成因和分布研究奠定基礎(chǔ)。

圖3 貴州金沙巖孔下寒武統(tǒng)龍王廟組野外露頭圖a.第一層，鮞粒亮晶灰?guī)r，見黃鐵礦團塊、結(jié)核；b.第二層，層狀分布的豆粒，粒徑大于2 mm；c.第二層上部，白云質(zhì)條帶灰?guī)r，云質(zhì)、泥質(zhì)條帶增多；d.第八層，中厚層紋層狀白云巖，見層狀疊層石Fig.3 Outcrop for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Jinsha, Guizhou province, China

圖4 貴州金沙巖孔下寒武統(tǒng)龍王廟組露頭基干剖面實測圖a.樣品YK1-1，鮞?；?guī)r，單偏光；b.樣品YK-3-1，準同生白云巖，單偏光；c.樣品YK-7-6，砂屑云巖，原巖為顆?；?guī)r，后期顆粒發(fā)生白云石化，鑄體片，單偏光；d.樣品YK-8-1，砂質(zhì)泥晶云巖，石英呈條帶狀展布，單偏光；e.樣品YK-16-1，亮晶鮞粒細晶白云巖，含砂屑，鮞粒，粒內(nèi)溶孔發(fā)育，鑄體片，單偏光；f.樣品YK-17-1，泥粉晶白云巖，藻紋層發(fā)育，單偏光；g.樣品YK-18-1，亮晶礫屑粉細晶白云巖，粒內(nèi)溶孔發(fā)育，鑄體片，單偏光；h.樣品YK-21-1，泥粉晶白云巖，藻紋層發(fā)育，見鳥眼構(gòu)造，單偏光；i.樣品YK-23-1，灰泥亮晶顆粒粉細晶白云巖，單偏光；j.樣品YK-24-1，準同生泥粉晶白云巖，單偏光；k.樣品YK-26-1，顆粒粉細晶白云巖，晶間孔和晶間溶孔發(fā)育，鑄體片，單偏光；l.樣品YK-29-2，準同生白云巖，含石英粉砂，正交光Fig.4 The main outcrop profile for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Jinsha, Guizhou province, China

1.2.2 基干剖面取樣要求

基干剖面要選用三類樣品：

(1) 代表性樣品。剖面上每層的頂?shù)捉缑嫣幏謩e取能代表該層巖性、沉積構(gòu)造等特征的典型樣品。以小見大，代表整個剖面各個層的分層標準和依據(jù)，使后續(xù)的室內(nèi)工作更全面系統(tǒng)。如宣恩高鑼剖面劃分為15個小層，選取了30個代表性樣品，可以表示15個小層每一層的頂?shù)捉缑娌町惡突編r性特征。

(2) 證據(jù)樣品。選取小層中具典型的沉積特征、生物標志等為該層后續(xù)的室內(nèi)解釋提供依據(jù)。如圖4中的YK-02-01即為鮞粒的證據(jù)樣品，進行薄片觀察所得典型現(xiàn)象，為金沙巖孔剖面第二小層判斷為灘相提供了有力的證據(jù)。

(3) 疑問樣品，深入分析研究。該研究在野外基干剖面中存在的最大疑問是某些層內(nèi)石灰?guī)r和白云巖的野外區(qū)分。因為巖層中方解石和白云石的發(fā)育分布相互消長、相互穿插，石灰?guī)r、白云巖既可同層而變，也可上下相異又相同。不僅宏觀如此，鮞粒、顆粒與“條”、與“斑”也是如此。如用鹽酸點到“斑”上，可顯示為白云巖；而在非斑區(qū)又顯示為石灰?guī)r。針對類似這樣的疑問于野外采集相關(guān)樣品，便于后期通過室內(nèi)分析，如陰極發(fā)光、電子探針等方法進行進一步的研究。通過這一樣品的選取，為以后研究豹斑灰?guī)r等問題提供了基礎(chǔ)支持。

1.2.3 基干剖面室內(nèi)研究

對基干剖面所取樣品進行巖石薄片、陰極發(fā)光、SEM、電子探針、X-Ray、穩(wěn)定同位素、鑄體薄片、孔隙度、滲透率等分析，編制各類圖件。經(jīng)過綜合研究，本次野外實測巖石定名與室內(nèi)分析化驗十分吻合，方解石含量基本反映了海平面升降變化(圖5)。

1.3 基干剖面的基礎(chǔ)核心標準作用

基干剖面的研究，起到了基礎(chǔ)、核心和對比標準的作用。用基礎(chǔ)剖面的研究成果對三類資料進行重新認識和處理：

(1) 覆蓋區(qū)鉆井資料。

(2) 區(qū)域地質(zhì)志有關(guān)露頭剖面資料。

圖5 貴州金沙、習(xí)水下寒武統(tǒng)龍王廟組基干剖面野外、室內(nèi)海平面升降變化賦值與成分分析Fig.5 Sea level fluctuation curves drawn based on the main outcrop profile and the laboratory composition analyses coincide very well

(3) 現(xiàn)有各類生產(chǎn)資料及研究報告等。

統(tǒng)一對各類資料如厚度、巖性、單因素等進行統(tǒng)計，通過“碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法”對上述資料進行沉積相的快速劃分；在各資料點沉積微相確定的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一層序、體系域劃分和對比，分體系域沉積相平面投點。編制單剖面圖、剖面對比圖(圖6，7)和巖相古地理圖(圖8)。

Sq1海侵體系域時期，海水入侵方向為南東至北西向，盆地東緣主要發(fā)育開闊潮下沉積；盆地中部為一套潟湖沉積；潟湖西側(cè)為云坪沉積，湖北宜昌—十堰地區(qū)也為云坪沉積；受控于盆地西南部的康滇古陸和西北部的漢南古陸和摩天嶺古陸，盆地西側(cè)為混積潮坪；盆地邊緣的金沙習(xí)水地區(qū)和鄂西地區(qū)發(fā)育局部顆粒灘，主要為鮞粒灘和砂屑灘(圖8a)；Sq1的高位體系域時期，由于相對海平面下降，可容納空間變小，云坪沉積范圍擴大，盆地東南部的仁懷—畢節(jié)地區(qū)也出現(xiàn)了云坪沉積；顆粒灘范圍也有所擴大，特別是川中地區(qū)顆粒灘廣泛分布；川東緣仍以開闊潮下沉積為主；在盆地東南地區(qū)出現(xiàn)局部膏質(zhì)潟湖微相(圖8b)。Sq2海侵體系域時期，顆粒灘范圍進一步擴大，不但金沙習(xí)水地區(qū)的顆粒灘展布范圍發(fā)展到赤水地區(qū)，在黔江咸豐地區(qū)更是有大片顆粒灘，宜昌地區(qū)的顆粒灘仍是繼承性發(fā)育；盆地西南部的膏質(zhì)潟湖又演化為潟湖沉積(圖8c)。Sq2的高位體系域時期，先期有部分顆粒灘沉積，但后期主要是云坪沉積，整體來看顆粒灘發(fā)育程度比不上海侵時期；同時由于水體相對變淺，潟湖多演化為膏質(zhì)潟湖沉積(圖8d)。Sq3時期由于發(fā)生大規(guī)模持續(xù)性海退，盆地內(nèi)部和東緣大部分的地層暴露出地表被剝蝕，僅在東緣地區(qū)靠近斜坡地帶有所沉積，沿著湄潭—秀山和慈利—石門地區(qū)沉積云坪(圖8e)。從四川盆地及周緣龍王廟組綜合巖相古地理圖上可以看出，盆地東緣及南緣廣泛發(fā)育開闊臺地沉積，以灰坪沉積為主；顆粒灘主要發(fā)育在潟湖兩側(cè)，在潟湖沉積東側(cè)顆粒灘多呈條帶狀展布，在潟湖沉積西側(cè)顆粒灘多疊置于云坪沉積之上(圖8f)。

圖6 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組層序地層沉積相綜合對比(東西向)Fig.6 Correlations between the sequence stratigraphy and facies for the Longwangmiao Formation of the Lower Cambrian,Sichuan Basin and its periphery area, China(from west to east)

圖7 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組南北向?qū)有虻貙映练e相綜合對比(南北向)Fig.7 The correlations of the sequence stratigraphy and facies of the Longwangmiao Formation of the Lower Cambrian, Sichuan Basin and its periphery area, China(from south to north)

圖8 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組構(gòu)造—巖相古地理圖Fig.8 Tectonic-palaeogrography for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation, Sichuan Basin, China

以“碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法”識別的沉積微相為基礎(chǔ)，進行單井相、連井相分析，劃分層序和體系域，最終繪制綜合沉積相圖，恢復(fù)巖相古地理。該方法所得結(jié)果較前人的研究更全面的識別出高能灘相，灘相的增多使研究區(qū)的有效儲層范圍擴大，為后期的儲層研究和勘探開發(fā)提供了重要依據(jù)。

1.4 沉積模式建立

在上述研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)“碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法”識別沉積相，進行單井相、連井相、平面相的分析，恢復(fù)巖相古地理。結(jié)合臺地格局，根據(jù)該分析法進行賦值、恢復(fù)古水深，從而建立了揚子地區(qū)沉積模式。賦值依據(jù)如下：在典型沉積相確定的基礎(chǔ)上(坪：0 m；灘：10 m；相對深水環(huán)境：20 m)，以灘為中心原點，通過顆粒含量、顆粒類型和膠結(jié)方式這三個要素對顆粒灘相進行細化，通過沉積相以及不同要素所占比重進行古水深值的加權(quán)整合。這樣，通過對典型沉積環(huán)境的識別與細化，在0～20 m之間有規(guī)律地取值計算，可獲得碳酸鹽巖臺地上各個位置的古水深數(shù)據(jù)，對多點數(shù)據(jù)進行整理和優(yōu)選，最終繪制出碳酸鹽巖臺地的古水深平面展布圖，建立起碳酸鹽巖沉積模式。

針對該研究區(qū)，通過賦值和計算，制定了具體的標準和數(shù)值(圖9)，根據(jù)臺地格局及巖相古地理研究，恢復(fù)完沉積水深后，結(jié)合海平面變化情況，建立各體系域沉積演化模式圖(圖10)。在海侵期，盆地大范圍被海水覆蓋，局部高地處于水體動蕩環(huán)境，連片發(fā)育顆粒灘。在高位期，相對海平面由高變低，顆粒灘變少，潮坪相發(fā)育，部分地區(qū)甚至發(fā)育有暴露標志。

綜合分析認為，在龍王廟期，揚子地區(qū)基本是臺平、坡陡、盆深的沉積模式。三三兩兩，高低有序：南北縱向上，至少有川西海陸交互邊緣、川東及臺地邊緣三條相對突起高能帶；東西橫向上，至少有川北、川中和貴州三條相對突起高能帶；由此相對突起高能帶所限形成四個(兩兩)相對洼地。對于 “相對”這一概念，在臺地上，地形高差并不是太大；灘隨著海平面升降的變化，在空間上也發(fā)生遷移和疊加，在洼地地區(qū)(賦值20 m左右)也有灘的發(fā)育，在突起地區(qū)也有開闊臺地、局限臺地甚至潟湖的發(fā)育。隨著海平面的降低，之前的高能灘發(fā)生暴露和剝蝕，出現(xiàn)潮坪相的發(fā)育條件；之前的洼地在水深相對變淺的情況下若符合高能灘相的發(fā)育條件，也會出現(xiàn)顆粒灘的沉積，類似于“潮汐層理”中砂層、泥層的分布關(guān)系，這也是龍王廟組層序地層的基本格架和巖相分布規(guī)律。

圖9 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組沉積古水深賦值依據(jù)Fig.9 The Sedimentary depth assignment basis for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation，Sichuan Basin and its periphery area, China

圖10 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組綜合沉積模式示意圖Fig.10 The comprehensive sedimentary model for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation， Sichuan Basin and its periphery area, China

2 云灘——儲層改造

由上文可知，灘相、坪(潟湖)相均可發(fā)育白云巖，但灘發(fā)育的初期基本上還是石灰?guī)r。在室內(nèi)研究儲層物性與巖石類型之間關(guān)系時，清晰地顯示出由泥晶(灰泥)石灰?guī)r——顆粒石灰?guī)r——泥粉晶白云巖——中粗晶(顆粒)白云巖到粉細晶(顆粒)白云巖，儲層物性一般逐漸變好的規(guī)律。即對于白云巖并不是晶粒越粗大越好，即使是顆粒石灰?guī)r，不遭受云化作用，儲層物性一般也不理想。由此可見，云化(或稱白云化、白云石化和白云巖化)作用可以改善儲層物性(圖11，12)。

2.1 灘的云化環(huán)境

潮坪，或稱蒸發(fā)潮坪、薩布哈(潟湖)，最易發(fā)生白云化作用[29]。換言之，淺水蒸發(fā)環(huán)境有利于白云化作用，反之，灘如果總是在潮下，就不易發(fā)生白云化作用。海平面的不斷升降變化，導(dǎo)致灘出露水面，遭受大氣淡水的溶蝕(瞬時)，提供灘發(fā)生云化作用的環(huán)境條件(較長時間)，甚至發(fā)生淡水與海水的混合。即在海平面不斷升降變化過程中，至少發(fā)生三種最重要的白云化作用：潮坪蒸發(fā)泵準同生白云化作用、回流滲透白云化作用及混合白云化作用，也可能部分發(fā)生調(diào)整白云化作用或產(chǎn)生少量淡水白云石[29]。之所以在一個層序的高位體系域中經(jīng)常見到灘坪組合韻律，即此環(huán)境組合的綜合產(chǎn)物(圖7)，該巖相組合可簡稱為“灘紋”組合，紋層主要為藻(疊層石)紋層或黏土粉砂雜質(zhì)富集的沉積微韻律層。

圖11 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組主要巖石類型與孔隙度的關(guān)系Fig.11 Relationship between the lithology and the porosity for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation, Sichuan Basin and its periphery area, China

圖12 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組巖石類型、云化作用與儲集物性之間的關(guān)系a.樣品YK-02-01 亮晶鮞?；?guī)r，鮞粒呈放射狀，正交光； b.樣品YK-01-01 亮晶鮞?；?guī)r，鮞粒內(nèi)部發(fā)生白云巖化作用，單偏光； c.樣品GL-13-02 顆粒云巖，粒間孔、粒間溶孔發(fā)育，鑄體薄片； d.樣品YK-24-01 泥晶白云巖，見一條微裂縫，單偏光； e.樣品YK-04-03 粉晶白云巖，部分發(fā)生白云巖化作用，單偏光； f.樣品YK-25-01 粉細晶白云巖，晶粒大小0.01～0.15 mm，可見晶間孔發(fā)育，鑄體薄片。Fig.12 Relationship between lithology, dolomitization, and reservoir properties for the Lower Cambrian Longwangmiao Formation, Sichuan Basin and its periphery area, China

另外，在一個層序的海侵體系域中多發(fā)育“灘條”組合，實際可看作石灰?guī)r與泥巖頁巖的“潮汐層理”構(gòu)型：即灰?guī)r夾頁巖為條、頁巖加灰?guī)r為瘤、灰?guī)r頁巖互層為鏈(條)。

綜上，灘的云化環(huán)境即灘出露水面變成了潮坪環(huán)境。

2.2 灘的云化過程

云化作用為交代作用，而交代作用的實質(zhì)為原礦物遭受溶解新礦物發(fā)生沉淀。因此要發(fā)生溶解作用，需要流體、孔隙系統(tǒng)予以支持，同時還要保證對方解石不飽和而對白云石飽和的流體能不斷流動。所以，綜合暴露環(huán)境，蒸發(fā)環(huán)境、鎂離子富集等方面，灘坪最適宜發(fā)生白云化作用。

灘的云化過程即原來的灘相顆粒石灰?guī)r出露水面遭受淡水淋濾和蒸發(fā)作用，在初始空隙系統(tǒng)影響下，在發(fā)育(潮坪潟湖)準同生白云巖的同時，發(fā)生回流滲透及混合等白云石化作用。研究區(qū)白云巖的類型主要為顆粒白云巖、泥粉晶白云巖和粉細晶白云巖。顆粒白云巖的顆粒和膠結(jié)物均發(fā)生白云石化，可見殘余顆粒結(jié)構(gòu)幻影，有序度為0.77(圖12c)；泥晶白云巖，發(fā)育藻紋層理，可見少量陸源石英，有序度0.52(圖12d)；粉細晶白云巖，晶粒大小0.05～0.15 mm，晶間孔發(fā)育，有序度0.68(圖12f)，研究區(qū)白云巖有序度值普遍較低。

對研究區(qū)龍王廟組樣品碳氧同位素分析，龍王廟組灰?guī)r與早寒武海水的碳氧同位素范圍(圖13a)基本一致，δ13C值受成巖作用過程中同位素交換作用的影響微弱，而δ18O值受沉積后成巖作用影響顯著，Kaufmanetal.[31]提出當δ18O<-10‰時，樣品已遭受嚴重成巖蝕變，數(shù)據(jù)不能使用。對龍王廟109個樣品測試，剔除了6個δ18O<-10‰的樣品，其他103個原巖樣品δ18O為-9.9‰～-5.7‰，平均值為-8.07‰。

利用δ18O計算古地溫的經(jīng)驗公式為：T(℃)=15.976 - 4.2×δ18O + 0.13×(δ18O+0.22)2，應(yīng)用此公式計算古生代以來的樣品，而年代古老的樣品易受成巖蝕變的影響，因此利用“年代效應(yīng)”校正的方法，把古生代樣品校正為第四紀海相灰?guī)r的δ18O值，計算出的結(jié)果比較符合地質(zhì)實際。本次采用的龍王廟組樣品的δ18O平均值為-8.07‰，第四紀海相灰?guī)r的δ18O平均值為-1.2‰，兩者差值Δδ18O=6.87‰，校正后計算出的古地溫分布范圍是10 ℃～28 ℃，平均值為21 ℃，說明當時為溫暖或炎熱的亞熱帶氣候，與古板塊揭示的揚子板塊在寒武紀時位于30°N，105°E的結(jié)論一致[32]，同時也說明白云石化作用發(fā)生的溫度較低，發(fā)生的時間主要在準同生期和成巖階段早期。

圖13 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟組氧同位素與白云石含量交會圖(a)和氧同位素含量與碳同位素含量交會圖(b)Fig.13 Cross plot of oxygen isotope to dolomites(a) and strontium content to dolomites(b), from the Lower Cambrain Longwangmiao Formation, Sichuan Basin and its periphery area, China

龍王廟組氧同位素與白云石含量呈正相關(guān)(圖3b)，白云石含量高的地方δ18O值明顯正偏，推測溫暖或炎熱的亞熱帶氣候，加之干旱條件導(dǎo)致海水蒸發(fā)作用強烈，海水濃縮形成鹽度較高的富鎂流體，使得白云石化作用得以進行，這也為白云石化作用主要形成于早期成巖階段提供了有利證據(jù)。

綜上可知，巖石的初始孔隙系統(tǒng)非常重要。石灰?guī)r能否發(fā)生白云化作用、白云化作用能否進行徹底、規(guī)模白云化形成的白云巖以后還能否發(fā)生組構(gòu)再優(yōu)化以及油氣能否發(fā)生早期充注等都可能受到初始孔隙系統(tǒng)的影響。由于早期孔隙系統(tǒng)的差異，導(dǎo)致了石灰?guī)r與白云巖之間的各種過渡巖石類型、各類巖石復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。進而，夾在大套顆粒白云巖中的石灰?guī)r夾層也可能因為其初始孔隙系統(tǒng)不發(fā)育而形成(圖14)。對于大規(guī)模白云化作用時期都未發(fā)生白云化的石灰?guī)r或云化不徹底的白云巖，其再埋藏后，孔隙系統(tǒng)變好的可能性也很小。因此，初始孔隙系統(tǒng)發(fā)育、早期云化、早期巖溶是灘優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的三個最有利的條件。

ED2井龍王廟組厚150 m，僅有一層厚度約17 m的泥晶石灰?guī)r，云化的很徹底，但幾乎不見潮坪(潟湖)準同生白云巖，看似“不符合灘坪組合”的基本規(guī)律，極有可能是灘坪組合的極端典型。理由如下：一是灘可能是一種“漏灘”，即初始孔隙系統(tǒng)非常發(fā)育，暴露、蒸發(fā)、回流(滲透)形成了動態(tài)平衡，同生、準同生白云化作用與回流滲透和混合白云化作用同步進行，邊蒸發(fā)、邊云化，無需太長時間；二是同生、準同生白云巖與近地表的準同生后回流滲透白云巖、混合白云巖，可能在風(fēng)暴以及灘發(fā)育期間被高能水流打碎、磨蝕，因而“消失”。初始孔隙系統(tǒng)的發(fā)育也為后期的巖溶作用打下了基礎(chǔ)。

2.3 云化灘的儲層物性改造

(顆粒)石灰?guī)r云化成白云巖，一般而言都會對儲層物性起到改善作用，通過物性測試可以看出(圖11)，顆粒白云巖的平均孔隙度6.4%，顆?；?guī)r的平均孔隙度為2.8%；泥粉晶白云巖的平均孔隙度為3.3%，泥晶灰?guī)r的平均孔隙度為1.7%。即便只有部分發(fā)生白云石化的云斑石灰?guī)r或含斑的灰質(zhì)白云巖，儲層物性都會大大變好[33-34]，通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)(圖15)，發(fā)生斑狀白云石化的部分發(fā)育晶間孔，而為發(fā)生云化的基質(zhì)灰?guī)r則巖性致密，幾乎不存在孔隙。

3 云溶灘——儲層優(yōu)化

上文所述巖溶為云化交代作用的本質(zhì)屬性巖溶，本章所述可不與交代作用在本質(zhì)屬性上有必然聯(lián)系。

3.1 云溶灘的同生、準同生、準同生后早期的巖溶

前文論述灘的云化環(huán)境和過程時，也隱含了同生、準同生、準同生后早期的巖溶作用。在同生、準同生白云巖發(fā)育時，可以發(fā)生大氣淡水的淋濾作用；在準同生后期的早期，巖溶作用更復(fù)雜，與再后期地表巖溶作用幾乎完全相同。金沙巖孔、習(xí)水土河、安岳氣田等龍王廟組(甚至震旦系)灘白云巖儲層，以及ED2井龍王廟組白云巖的巖溶作用可能包含這幾種巖溶作用[35-38]。

3.2 云溶灘的表生巖溶

通過對龍王廟組層序地層學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地及周緣地區(qū)大部分缺失第三個(Ⅳ級)層序(圖8e)，這是由于龍王廟期末期發(fā)生的一次規(guī)模海退，海岸線已退到臺地斜坡之外，甚至貴州三都地區(qū)也發(fā)育了準同生白云巖[39]。在研究區(qū)多地、多井區(qū)都發(fā)現(xiàn)了地表龍王廟組巖溶。龍王廟組表生巖溶至少還可劃分兩種類型、兩類地區(qū)，一類是盆地內(nèi)部和東部地區(qū)，以龍王廟期之后這次暴露巖溶為主(圖16)；另一類地區(qū)則在后期疊加了加里東期巖溶、海西期巖溶[37,40]、甚至包括燕山、喜山期的巖溶，可成為復(fù)合疊加巖溶區(qū)，磨溪地區(qū)、宜昌地區(qū)等盆地東部邊緣、北部邊緣及特殊高地地區(qū)都可能發(fā)生這種復(fù)合疊加巖溶。表生巖溶對儲層物性的優(yōu)化起到了極為重要的作用，但初始孔隙系統(tǒng)及后期孔隙系統(tǒng)的演化仍是影響后期各期巖溶作用的重要因素。對于地史覆蓋區(qū)的川東地區(qū)，龍王廟期末期的這次巖溶在某種意義上來說，是地表巖溶的重要事件。為此，第三個(Ⅳ級)層序的存留及巖溶作用強度還都有待細化、深化。

圖14 四川盆地及周緣ED2井龍王廟組綜合柱狀圖Fig.14 Comprehensive column of ED 2 well, the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Sichuan Basin, China

4 云溶灘中的裂縫——儲層強化

灘白云巖疊加裂縫系統(tǒng)改造，儲層物性無疑會得到更大的改善和強化[41]。裂縫可以分為構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫，構(gòu)造縫是在構(gòu)造應(yīng)力下巖石破裂形成的縫隙，貫穿巖石的能力比較強；非構(gòu)造縫是指成巖縫，如層理縫和縫合線等。裂縫既可以作為天然氣的儲集空間，又可以作為滲流通道，改善儲層的滲流能力。研究區(qū)龍王廟組疊加了多期構(gòu)造運動，產(chǎn)生了多期構(gòu)造裂縫，后期被方解石充填，多以亮晶方解石充填為主。

圖15 豹斑灰?guī)r不同組分的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征a.豹斑灰?guī)r，可見生物碎屑，基巖為灰?guī)r，部分發(fā)生白云石化，白云石晶粒為粉晶，單偏光；b.豹斑灰?guī)r，黃色框1部分為泥粉晶白云石，黃色框2部分為灰?guī)r基質(zhì)，掃描電鏡；c.圖15b中黃色框1放大，泥粉晶白云巖，晶間孔發(fā)育，掃描電鏡；d.圖15b中黃色框2放大，泥晶灰?guī)r，巖性致密，無孔隙發(fā)育，掃描電鏡Fig.15 Microscopic pore characteristics in different patchy limestone components

圖16 四川盆地及周緣下寒武統(tǒng)龍王廟后期暴露巖溶標志a.咸豐廟梁子石龍洞組頂部石鐘乳，見生長紋層；b.湖南石門楊家坪剖面石龍洞頂部見角礫云巖中砂巖填隙物；c.貴州習(xí)水土河剖面頂部第19層見溶蝕孔洞層，孔洞多呈橢圓扁平狀，多約0.5 cm×1 cm，部分溶蝕孔洞發(fā)生完全充填、半充填，或未充填Fig.16 Exposed karst signs of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Sichuan Basin, China

綜合分析四川盆地及周緣龍王廟組儲層發(fā)育的基本成因規(guī)律。除了灘、云灘、云溶灘等內(nèi)因進行儲層的改造和優(yōu)化以外，其外因構(gòu)造活動、大不整合等也增加了裂縫、利于再生孔隙系統(tǒng)發(fā)生，對儲層進一步強化。內(nèi)因、外因有利結(jié)合，綜合作用產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)儲層。

5 結(jié)論

(1) 揚子臺地龍王廟組，在特殊氣候異常蒸發(fā)風(fēng)暴發(fā)育時期，海水進退、灘坪出沒、云化巖溶等因素共同控制了灘體儲層的發(fā)育、云化、巖溶等儲層優(yōu)化作用。

(2) 灘、云灘、云溶灘(加裂縫)是灘石灰?guī)r經(jīng)不同程度白云化作用和早期巖溶作用，儲層物性漸次改善的規(guī)律。同生、準同生及準同生后早期的白云化作用及巖溶作用，因初始孔隙系統(tǒng)的重要性及其對后期演化提供有利條件，特別重要；表生巖溶作用(及裂縫)，既可大大改善儲層物性，也可形成新的儲集空間。

(3) 揚子臺地龍王廟期灘相發(fā)育的特殊時期和環(huán)境條件——臺平、坡陡、盆深的古地理沉積格局，適用“碳酸鹽巖臺地灘坪組合快速沉積相分析法”。即“以灘為原點”取相對古水深10 m(最佳區(qū)間在5～15 m之間)、根據(jù)灘條組合或灘坪組合定量賦值取20 m或0 m，快速繪制相對海平面升降變化曲線，識別層序、劃分體系域。