龍女寺—廣安地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層特征及主控因素

李菡韻 朱 訊 谷一凡 楊東凡 何溥為 涂羅樂 夏吉文

（1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；3.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621709；4.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000）

0 引言

四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組勘探始于20世紀(jì)70年代，龍女寺—廣安地區(qū)的女基井首次在棲霞組發(fā)現(xiàn)了孔隙型白云巖儲(chǔ)層，中途測(cè)試獲氣4.55×104m3／d。近年來，川西北地區(qū)雙魚石構(gòu)造多口鉆井在中二疊統(tǒng)棲霞組鉆遇大套優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層，獲得了高產(chǎn)氣流，展現(xiàn)出棲霞組天然氣勘探開發(fā)的巨大潛力。同時(shí)，川中地區(qū)鉆達(dá)中二疊統(tǒng)的40余口井中有28口井存在氣侵、氣測(cè)異常等良好顯示，特別是2015年在龍女寺區(qū)塊MX31-X1井、MX42井棲霞組測(cè)試獲得高產(chǎn)氣流，分別為36.69×104m3／d和22.42×104m3／d，也顯示出川中地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組具有較好的勘探潛力[1-3]。目前鉆井揭示棲霞組白云巖儲(chǔ)層具有厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)層縱橫向分布特征認(rèn)識(shí)尚不清楚等特點(diǎn)，關(guān)于其發(fā)育主控因素爭(zhēng)論較大。前人先后提出了混合水成因說、埋藏成因說、玄武巖淋濾成因說、多期流體疊合說、構(gòu)造—熱液成因說等[4-6]。筆者充分利用巖心及相關(guān)配套分析化驗(yàn)資料，結(jié)合測(cè)井、地震成果對(duì)龍女寺—廣安地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，分析其發(fā)育主控因素，優(yōu)選有利區(qū)，以期對(duì)后期深化天然氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地中部，構(gòu)造分區(qū)屬川中平緩構(gòu)造帶。中二疊世棲霞期大規(guī)模海侵導(dǎo)致海平面快速上升，全區(qū)處于淺海環(huán)境[7-9]，以深灰色厚層—塊狀亮晶生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r沉積為主。受后期白云石化流體改造，棲霞組發(fā)育的白云巖主要在其中上部[10-11]。區(qū)內(nèi)棲霞組與下伏下二疊統(tǒng)梁山組、上覆中二疊統(tǒng)茅口組均呈整合接觸（圖1）。

圖1 研究區(qū)二疊系地層柱狀示意圖

2 儲(chǔ)層基本特征

生物碎屑以其與油氣的密切成因聯(lián)系及重要的學(xué)術(shù)價(jià)值而日益受到沉積學(xué)家、尤其是石油地質(zhì)學(xué)家的重視。目前，中二疊統(tǒng)生物碎屑灘已成為本區(qū)乃至四川盆地的主力勘探目標(biāo)之一。

2.1 儲(chǔ)集巖類型

研究區(qū)棲霞組巖石類型多樣[12]，包括深灰色厚層—塊狀亮晶生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、云質(zhì)生屑灰?guī)r、灰—褐灰色中—細(xì)晶白云巖等。通過巖心、薄片鑒定，本區(qū)棲霞組儲(chǔ)集巖類型主要為殘余生屑云巖（圖2a），次為中—細(xì)晶白云巖（圖2b）。其中殘余生屑云巖的原巖為泥晶生屑灰?guī)r或亮晶生屑灰?guī)r，受后期白云石化作用的強(qiáng)烈改造，面孔率可達(dá)6%～10%，鏡下只能觀察到生屑?xì)堄嘟Y(jié)構(gòu)（圖2a），表現(xiàn)為白云石晶體的“霧心”結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)粒徑分布范圍在160～400 μm（圖2c）。中—細(xì)晶白云巖的原巖同樣為泥晶生屑灰?guī)r或亮晶生屑灰?guī)r，相比殘余生屑云巖，其白云石化程度更高，鏡下幾乎不可見生屑的殘余結(jié)構(gòu)，白云石晶體介于250～450 μm，自形程度高（圖2d）。

圖2 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)集巖及儲(chǔ)集空間類型圖

2.2 儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)集空間主要為孔隙和溶洞?？紫额愋桶ňчg溶孔（圖2b）、晶間孔（圖2a），其中晶間孔的孔隙邊緣平直，孔隙整體呈規(guī)則的三角狀或多邊形狀（圖2c），為中—細(xì)晶白云巖的白云石晶體的晶間部分，未被后期充填物充填。經(jīng)薄片統(tǒng)計(jì)表明，晶間孔是研究區(qū)重要的儲(chǔ)集空間類型之一，發(fā)育頻率超過22%（圖3a），常與晶間溶孔伴生。晶間溶孔是在晶間孔的基礎(chǔ)上，由于烴類成熟產(chǎn)生的酸性流體或其他溶蝕性流體（包括大氣淡水、熱液流體）等，對(duì)其邊緣擴(kuò)溶而導(dǎo)致孔隙邊緣呈港灣狀（圖2b）。晶間溶孔是研究區(qū)最主要的儲(chǔ)集空間類型，發(fā)育頻率達(dá)63.40%（圖3a）。根據(jù)巖心觀察和配套成像測(cè)井資料分析，本區(qū)棲霞組儲(chǔ)層中溶洞以洞徑介于2～3 cm的小洞為主，洞密度為29.07個(gè)／m，面洞率最大可達(dá)6.2%，平均面洞率為2.79%，以分散狀分布為主。在成像測(cè)井上，孔、洞常與裂縫伴生，表現(xiàn)為暗色溶蝕孔洞斑塊裂縫正旋暗色條帶搭配。研究區(qū)溶洞以孔隙型溶洞為主，發(fā)育頻率為12.67%（圖3a），孔隙型溶洞是在孔隙基礎(chǔ)上擴(kuò)溶形成，往往被后期鞍狀白云石、方解石或?yàn)r青充填（圖2e）。裂縫型溶洞是沿裂縫擴(kuò)溶形成，在目前鉆井中雖然少見，發(fā)育頻率僅1.84%（圖3a），但對(duì)溶洞之間起到了較好的連通作用（圖2f）。

2.3 儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)棲霞組儲(chǔ)層物性為低孔—低滲背景下的局部層段高孔—高滲特征。測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)棲霞組儲(chǔ)層段孔隙度主要分布在大于等于2%且小于等于5%的范圍內(nèi)，平均孔隙度為4.08%，平均滲透率為1.025 mD（圖3b）。對(duì)133個(gè)巖心、薄片孔隙統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)以中—細(xì)晶白云巖孔隙度最高，平均值為4.5%，次為殘余生屑云巖，平均孔隙度為3.5%，而云質(zhì)生屑灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r的孔隙度普遍較低，平均值為1.2%～1.8%，總體上有隨著白云石含量增多，孔隙度相對(duì)增高的趨勢(shì)（圖3c）。依據(jù)巖心柱塞樣的孔隙度—滲透率關(guān)系，孔隙度小于2%的樣品受裂縫影響較明顯，而孔隙度在大于等于2%且小于4%的范圍內(nèi)，受裂縫影響明顯，而孔隙度在大于等于4%且小于6%的范圍內(nèi)，孔隙度和滲透率的關(guān)系受裂縫影響較小，總體上具有一定的正相關(guān)性（圖3d）。

綜合上述研究認(rèn)為，本區(qū)棲霞組儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要為晶間孔、晶間溶孔和溶洞，孔隙度—滲透率關(guān)系散點(diǎn)圖顯示出一定的正相關(guān)性，在孔隙度分布主體大于等于2%且小于4%的區(qū)間內(nèi)，受裂縫影響明顯，同時(shí)成像測(cè)井資料也表現(xiàn)出孔隙、溶洞與裂縫較發(fā)育的特征（圖3d），因此認(rèn)為研究區(qū)棲霞組的主要儲(chǔ)層類型為裂縫—孔隙（洞）型。

圖3 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層特征直方圖及散點(diǎn)圖

3 白云巖儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成、演化、分布以及質(zhì)量?jī)?yōu)劣情況受沉積作用、成巖作用等共同控制。沉積作用及其產(chǎn)物是儲(chǔ)層形成、演化的基礎(chǔ)，同時(shí)決定了主要儲(chǔ)層的大致分布范圍；成巖作用特別是溶蝕作用控制了儲(chǔ)層的品質(zhì)，進(jìn)而控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的最終展布。

1）沉積古地貌控制下形成的臺(tái)內(nèi)生屑灘，為儲(chǔ)層形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。沉積作用直接形成了區(qū)內(nèi)棲霞組儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。前人研究表明[13-14]，早二疊世發(fā)生的廣泛海侵使包括研究區(qū)在內(nèi)的四川盆地普遍接受淺水海相沉積，生物種類繁多，為生屑灘的形成提供了大量物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)古地貌差異對(duì)于臺(tái)內(nèi)生屑灘灘體的分布具有明顯的控制作用[6-8]，本區(qū)在棲霞組沉積期處于古隆起斜坡帶的陡緩轉(zhuǎn)折區(qū)，發(fā)育大面積分布的臺(tái)內(nèi)生屑灘，由于沉積古地貌較高，海侵期的波浪作用對(duì)灘體的改造較為徹底，形成了以亮晶生屑灘為主的灘體沉積，是儲(chǔ)層發(fā)育的最有利微相，為后期白云石化流體改造提供了寶貴的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，臺(tái)內(nèi)生屑灘的分布范圍大致決定了白云巖儲(chǔ)層的分布范圍。由于臺(tái)地內(nèi)部所處的沉積環(huán)境水體相對(duì)臺(tái)地邊緣較深，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，因而臺(tái)內(nèi)生屑灘具有單個(gè)灘體規(guī)模小、灘體厚度薄、縱向上多套灘體疊置的特點(diǎn)。

2）白云石化疊加埋藏溶蝕作用直接決定了白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育程度。根據(jù)對(duì)區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層段的巖心、薄片觀察，認(rèn)為儲(chǔ)層的發(fā)育與多期建設(shè)性成巖作用有密切關(guān)系。儲(chǔ)層主要由殘余生屑云巖、中—細(xì)晶白云巖構(gòu)成，而其他巖石類型很少見到儲(chǔ)集空間發(fā)育，因此本區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的最主要成巖作用為白云石化作用?；谔锞按旱龋?014）[4]682和蔣裕強(qiáng)等（2018）[10]18對(duì)本區(qū)棲霞組白云巖進(jìn)行的多類型地球化學(xué)特征分析結(jié)果認(rèn)為，混合水白云石化作用在棲霞組白云巖中并不占優(yōu)勢(shì)地位，該類型低溫條件下的白云石化作用趨向于原始結(jié)構(gòu)保存[15]，不利于儲(chǔ)集空間的形成。因此，埋藏白云石化疊加后期熱液白云石化作用是直接決定白云巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，其中熱液白云石化作用對(duì)生屑灘的改造最為劇烈，表現(xiàn)為相比生屑灰?guī)r，殘余生屑云巖、鞍狀白云石均呈δ18O負(fù)偏移、87Sr／86Sr正偏移的特點(diǎn)（圖4）。溶蝕作用是改善本區(qū)棲霞組白云巖儲(chǔ)層品質(zhì)較為普遍的建設(shè)性成巖作用，該現(xiàn)象在四川盆地多套含氣層系的儲(chǔ)層研究中均已得到證實(shí)[16-17]。埋藏期伴隨烴源巖的成熟，形成大量有機(jī)酸隨油氣共同運(yùn)移至棲霞組白云巖儲(chǔ)層中，后期熱液流體也具備溶蝕性。上述溶蝕性流體通過裂縫等輸導(dǎo)體系對(duì)前期白云石化作用所形成的晶間孔進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大，在一定程度上改善了白云巖儲(chǔ)層品質(zhì)。

圖4 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖各巖石類型鍶同位素及碳—氧同位素交會(huì)圖（VPDB標(biāo)準(zhǔn)）

3）多期構(gòu)造裂縫是改善白云巖儲(chǔ)層品質(zhì)的主要因素。研究區(qū)整體構(gòu)造平緩[18]，斷層不發(fā)育，但所經(jīng)歷的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)同樣可導(dǎo)致構(gòu)造裂縫的形成。從測(cè)試情況來看，高產(chǎn)氣層主要發(fā)育在裂縫較發(fā)育區(qū)，如MX42井，對(duì)巖心、薄片觀察均已證實(shí)該井區(qū)裂縫較為發(fā)育（圖2），說明裂縫從縱向上溝通了多套儲(chǔ)層，同時(shí)也為埋藏溶蝕階段的有機(jī)酸流體和熱液流體的運(yùn)移提供了通道，上述流體對(duì)白云巖儲(chǔ)層中儲(chǔ)滲空間的擴(kuò)溶進(jìn)一步改善了白云巖儲(chǔ)層品質(zhì)。

4 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布特征及油氣勘探意義

根據(jù)測(cè)井解釋的儲(chǔ)層物性參數(shù)，參照儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)不同類型儲(chǔ)層的縱向分布、平面分布特征，明確不同類型儲(chǔ)層在本區(qū)的縱橫向分布情況。

1）儲(chǔ)層縱向上分布不連續(xù)，平面上非均質(zhì)性強(qiáng)。根據(jù)測(cè)井解釋成果，本區(qū)棲霞組縱向上一般發(fā)育2～4套儲(chǔ)層，集中發(fā)育在該組中—上部白云巖層段中，具有單套厚度薄、縱向多套疊置的特點(diǎn)，橫向上儲(chǔ)層分布不連續(xù)，展現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。平面上以臺(tái)內(nèi)生屑灘的灘體分布范圍為約束，根據(jù)實(shí)鉆井、測(cè)井解釋標(biāo)定、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果分析可知，研究區(qū)棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層平面分布非均質(zhì)性強(qiáng)，受生屑灘控制明顯，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層在MX42、MX107、MX31-X1及GS16井區(qū)集中發(fā)育（圖5），以高孔段儲(chǔ)層為主，厚度超過8 m，平均孔隙度為4.5%。

2）油氣勘探意義?；谘芯繀^(qū)棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布、疊合實(shí)際測(cè)試成果，認(rèn)為當(dāng)區(qū)內(nèi)棲霞組縱向上儲(chǔ)層累計(jì)厚度超過8 m時(shí)，往往測(cè)試能獲得高產(chǎn)氣流。因此，筆者根據(jù)研究區(qū)臺(tái)內(nèi)生屑灘的分布，結(jié)合棲霞組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布特征（地震預(yù)測(cè)）及實(shí)鉆井測(cè)試效果，劃分出MX42-MX51井區(qū)（87.26 km2）、MX31-NJJ井區(qū)（133.23 km2）、GS16-GS112井區(qū)（80 km2）3個(gè)有利區(qū)和 MX107-MX46井區(qū)（77.65 km2）、MX42井區(qū)北部（27.66 km2）兩個(gè)次有利區(qū)（圖5）。有利區(qū)的劃分可為后期該區(qū)塊棲霞組深化天然氣勘探開發(fā)提供有力依據(jù)。

圖5 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層厚度疊合產(chǎn)能平面分布圖

5 結(jié)論

1）研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)集巖類型以殘余生屑云巖、中—細(xì)晶白云巖為主，儲(chǔ)集空間中孔隙類型以晶間孔、晶間溶孔為主，溶洞類型以孔隙型溶洞為主，次為裂縫型溶洞。儲(chǔ)層物性為低孔—低滲背景下的局部高孔—高滲，主要儲(chǔ)層類型為裂縫—孔隙（洞）型。

2）古地貌控制下的臺(tái)內(nèi)生屑灘為后期建設(shè)性成巖作用的改造提供了寶貴的物質(zhì)基礎(chǔ)。生屑灘灘體的分布范圍大致決定了儲(chǔ)層分布范圍；后期白云石化作用和埋藏溶蝕作用是優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層形成的決定性因素；多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造裂縫極大地改善了白云巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲能力；本區(qū)棲霞組白云巖儲(chǔ)層縱向上具有單套厚度薄、多套疊置的特點(diǎn)，橫向則分布不連續(xù)，展現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，儲(chǔ)層在MX42、MX107、MX31-X1、GS16井區(qū)集中發(fā)育。

3）根據(jù)棲霞組臺(tái)內(nèi)生屑灘的灘體分布，結(jié)合優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布特征及實(shí)鉆井測(cè)試效果劃分出3個(gè)有利區(qū)、2個(gè)次有利區(qū)，為深化天然氣勘探開發(fā)，建議下一步對(duì)龍女寺多期棲霞組開展臺(tái)內(nèi)灘體的地震預(yù)測(cè)，明確裂縫發(fā)育有利區(qū)，精細(xì)刻畫有利儲(chǔ)滲體分布范圍，為后期井位部署提供依據(jù)。