川西北中二疊統(tǒng)超深層白云巖儲層孔隙結構及 控制因素

楊天博，何治亮，金振奎，張軍濤，李雙建

[1.中國地質(zhì)大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 3.中國石化 石油勘探 開發(fā)研究院 構造與沉積儲層實驗室，北京 100083； 4.中國石油化工股份有限公司，北京 100728； 5.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249]

深層-超深層油氣資源的勘探是未來研究的重點領域和發(fā)展趨勢[1-4]，尤其是深層-超深層白云巖，具備形成規(guī)模性優(yōu)質(zhì)儲層的條件[5-9]，是實現(xiàn)油氣商業(yè)新發(fā)現(xiàn)的重要方向。

四川盆地西部龍門山山前帶的古生界碳酸鹽巖層系埋藏深度大(一般>6 500 m)，近年來針對該地區(qū)中二疊統(tǒng)的天然氣勘探取得了重要進展，發(fā)現(xiàn)了厚層孔隙型白云巖氣藏[10-11]。但是，在氣藏開發(fā)建產(chǎn)過程中，白云巖儲層橫向變化快、非均質(zhì)性強等問題進一步凸顯，并非所有類型的白云巖都能形成優(yōu)質(zhì)儲層。前人的研究主要集中在沉積微相和白云化作用、溶蝕作用對儲層物性影響的定性討論上[12-13]，對不同類型白云巖儲層孔隙結構差異性的成因缺乏更深入的研究。因此，為了深入認識超深層白云巖儲層孔隙的形成條件和保存機制，本文對川西北不同類型的白云巖儲層進行了巖石學、物性和儲集特征等方面研究，開展了精細的儲層描述和評價，特別是對孔隙結構進行了細致刻畫，并分析討論不同孔隙結構類型差異性的主控因素，為深層-超深層海相油氣藏的下一步的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于川北古中坳陷低緩帶西北部(圖1)，構造上處于龍門山前緣褶皺沖斷帶與川西前陸盆地的過渡區(qū)域。晚三疊世以來，受青藏高原的隆升和龍門山逆沖推覆的影響[14-16]，區(qū)內(nèi)沖斷變形強烈，發(fā)育一系列北東-南西向展布的逆沖推覆體，古生界-三疊系具有強烈的褶皺和沖斷變形特征，盆地內(nèi)中-新生界變形較弱[17-18]。

中二疊統(tǒng)沉積前，受加里東運動和云南運動的影響，四川盆地長期處于暴露剝蝕狀態(tài)，形成了具有準平原化的沉積基底[19]，中二疊世初，四川盆地經(jīng)歷了一次廣泛的海侵，開始沉積了一套淺水碳酸鹽巖建造[20-23]。根據(jù)鉆井和生物地層等資料顯示，川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)自下而上可包括梁山組、棲霞組和茅口組(圖1)，梁山組與下伏的石炭系為不整合接觸。其中白云巖主要發(fā)育在棲二段，見中-厚層狀白云巖，向上過渡為斑狀白云巖；在茅二段中也見有少量的斑狀白云巖分布。

2 白云巖儲層的巖石學特征

宏觀尺度上，根據(jù)野外露頭和巖心觀察，白云巖可分為兩類：白云化較徹底的塊狀白云巖和白云化不徹底的斑狀灰質(zhì)白云巖(圖2)。塊狀白云巖呈灰色、淺灰色，晶粒較粗，白云化徹底，基本不含灰?guī)r殘余；斑狀白云巖呈灰色、深灰色，白云化不徹底，由深色白云石斑塊和淺色交代殘余灰?guī)r基質(zhì)組成，白云石斑塊大小不一，從幾厘米到二十幾厘米不等。

中觀尺度上，首先可按產(chǎn)狀將白云巖(石)劃分為基質(zhì)白云巖和膠結物白云石，基質(zhì)白云巖主要通過交代作用或重結晶作用形成[24-25]，而膠結物白云石則是以孔洞縫中充填物的形式存在；其次，可以根據(jù)原始灰?guī)r結構的保存情況，將基質(zhì)白云巖劃分為兩類：原始結構基本無法識別的晶粒結構白云巖(A類)和保留了部分原始結構的殘余結構白云巖(B類)。

微觀尺度上，根據(jù)白云石的聚集形態(tài)、晶面彎曲度和自形程度等結構特征[24-27]，可將晶粒結構的基質(zhì)白云巖細分出4種微觀結構類型(圖3中A1—A4)；根據(jù)原始灰質(zhì)成分的含量將殘余結構的基質(zhì)白云巖細分出2種微觀結構類型(圖3中B1—B2)；同樣地，膠結物白云石也可以根據(jù)晶面彎曲程度劃分為平直晶面和非平直晶面2種膠結物(圖3中C1—C2)。

上述的塊狀白云巖內(nèi)部主要見晶粒結構，而斑狀白云巖的云斑內(nèi)則主要為晶粒結構和殘余結構的白云巖。

2.1 基質(zhì)白云巖

1)晶粒結構白云巖(A類)

晶粒結構白云巖主要分布于棲二段中、下部，在宏觀上常以中厚層狀或塊狀白云巖產(chǎn)出，部分白云化程度較高的云斑內(nèi)部也具有晶粒結構，在野外常見“砂糖狀”特征，局部見針孔狀溶孔發(fā)育。微觀上，晶粒結構的白云巖可細分為4小類：A1平直晶面自形晶、A2平直晶面半自形晶、A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(過渡型)和A4非平直晶面他形晶白云巖(圖3,圖4)。

圖1 川西北地區(qū)地質(zhì)圖及中二疊統(tǒng)地層綜合柱狀圖Fig.1 The geological map of the northwestern Sichuan Basin, and the composite stratigraphic column of the Middle Permiana.川西北區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻[18]修改)；b.四川盆地構造區(qū)劃圖及研究區(qū)位置；c.川西北中二疊統(tǒng)地層綜合柱狀圖

其中，A1平直晶面自形晶和A2平直晶面半自形晶白云巖的晶粒大小一般為中-粗晶，白云石晶粒常呈菱形并具有明顯的霧心亮邊結構，靠近孔隙周緣的白云石自形程度更好，孔隙中還常見有瀝青充填(圖4a，b)；A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(過渡型)白云巖孔隙度通常低于前兩種類型，晶粒大小從細晶至粗晶都可見，局部可見白云石過度生長堵塞孔隙的現(xiàn)象(圖4c)；A4非平直晶面他形晶類型的白云巖通常較為致密，孔隙不發(fā)育，晶粒大小一般為細晶，重結晶強烈，偶見伴有縫合線發(fā)育(圖4d)，孔隙極不發(fā)育。

2)殘余結構白云巖(B類)

殘余結構白云巖主要分布于棲二段中上部，零星見于茅口組，主要出現(xiàn)在斑狀灰質(zhì)白云巖中，常呈“豹斑狀”產(chǎn)出。微觀上，殘余結構白云巖可細分為兩類：B1殘余灰質(zhì)白云巖和B2殘余痕跡白云巖(圖4e，f)。

在殘余灰質(zhì)白云巖內(nèi)，原生的灰?guī)r殘余結構占10%～50%，白云石含量在50%～90%。白云石通常聚集成直徑幾厘米至二十幾厘米的不規(guī)則斑狀形態(tài)，云斑內(nèi)部的白云石晶粒大小常為中-細晶，呈非平直半自形-他形；同時常可見一定量的灰質(zhì)殘余，多見腕足、苔蘚蟲、有孔蟲等灰質(zhì)生物碎屑(圖4e)，在灰質(zhì)含量較高時還可以分辨出原始石灰?guī)r的結構類型。

在殘余痕跡白云巖中，白云石含量占絕對主導，一般大于90%，灰質(zhì)成分較少，含量小于10%。白云石晶粒大小常為中-細晶，晶面不平直，半自形-他形，雖然此類白云巖中白云石含量較高，但是在巖石中還常可辨認出一些已被白云化卻仍可辨認出原始生屑的幻影結構(圖4f)。

圖2 川西北中二疊統(tǒng)白云巖產(chǎn)狀類型Fig.2 Occurrence classification of the Middle Permian dolomites, northwestern Sichuan Basina.淺灰色塊狀白云巖，呈砂糖狀，發(fā)育方解石充填的溶蝕孔洞(紅色箭頭所指)，廣元長江溝剖面,棲二段；b.灰色斑狀白云巖，云斑為深灰色呈不規(guī)則拉長狀，廣元長江溝剖面,棲二段；c.灰色砂糖狀白云巖，局部針孔狀溶孔發(fā)育(紅色箭頭所指)，ST3井，棲二段，埋深7 458 m；d.灰黑色 云斑灰?guī)r，云斑呈“樹枝狀”展布，ST3井，棲二段，埋深7 437 m

圖3 川西北中二疊統(tǒng)基質(zhì)白云巖和膠結物白云石結構類型(據(jù)文獻[24]修改)Fig.3 Textural classification of matrix and cement dolomites of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basin(modified after reference[24])

2.2 膠結物白云石

孔洞充填的白云石一般以孔洞縫內(nèi)的膠結物形式出現(xiàn)，按照其晶體形態(tài)可分為C1平直晶面的白云石膠結物和C2非平直晶面的鞍狀白云石膠結物(圖4g,i)。

平直晶面的白云石膠結物在研究區(qū)并不常見，一般充填在直徑大于2 mm的溶洞之中，白云石晶體自形-半自形，一般具有平直晶面，內(nèi)部還?？梢姯h(huán)帶生長結構(圖4g,h)

圖4 川西北中二疊統(tǒng)不同微觀結構類型白云巖鏡下照片F(xiàn)ig.4 Microscopic characteristics of the Middle Permian dolomites with different textures, northwestern Sichuan Basina.平直晶面自形中-粗晶白云巖，霧心亮邊結構明顯，孔隙中常見瀝青充填，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 458.6 m；b.平直晶面半自形中-粗晶白云巖，霧心亮邊結構明顯，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 458.9 m；c.平直晶面半自形-非平直晶面他形中-細晶白云巖，單偏光，茜素紅染色，棲二段，廣元長江溝剖面；d.非平直晶面他形細晶白云巖，伴有縫合線發(fā)育，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 460.1 m；e.殘余生屑白云巖，在云斑內(nèi)仍可見灰質(zhì)苔蘚蟲生屑，單偏光，棲二段，ST3井，埋深7 430.7 m；f.具有腹足類生屑幻影的白云巖，單偏光，棲二段，ST3井，埋深7 430.9 m；g.溶洞中充填的平直自形-半自形中-粗晶白云石膠結物，晶粒直徑明顯大于基質(zhì)白云巖，單偏光，棲二段，ST3井，埋深7 449.1 m；h.圖g的陰極發(fā)光圖像，白云石膠結物具有明顯的環(huán)帶結構，且其發(fā)光性明顯暗于周圍的細晶白云巖基質(zhì)；i.裂縫中充填 的鞍狀白云石膠結物，晶面彎曲呈鐮刀狀，單偏光，茜素紅染色，棲二段，ST3井，埋深7 441.0m

非平直晶面的鞍狀白云石在整個棲二段及茅口組部分層位都有分布，晶體通常較粗大，在巖心上呈乳白色，晶面彎曲程度較大，?？梢婄牭稜罨螂A梯狀(圖4i)，正交偏光下具有波狀消光特征，內(nèi)部包裹體均一化溫度較高，一般認為具有熱液成因性質(zhì)[28]，但也可能是壓溶、熱硫酸鹽還原等作用的產(chǎn)物[29]。

3 白云巖儲層的孔喉類型及特征

3.1 孔隙類型及特征

研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖儲層中原生孔隙不發(fā)育，幾乎全部為次生孔隙，且主要發(fā)育在晶粒結構白云巖中，殘余結構白云巖中孔隙較少。儲集空間主要為晶間孔和基質(zhì)溶孔及溶洞，同時也發(fā)育少量晶內(nèi)溶孔、微裂縫、溶蝕擴大縫等。

1)晶間孔

白云石晶體之間的孔隙，伴隨著白云化作用形成，孔隙直徑一般在0.001～1 mm，孔隙形態(tài)常呈多面體狀，在晶粒結構的白云巖中，尤其是具有平直自形-半自形結構的白云巖中，晶間孔較為發(fā)育(圖5a,b)，孔隙的形態(tài)、大小和白云石晶粒的大小、自形程度等特征密切相關。

2)基質(zhì)溶孔和溶洞

指在基質(zhì)白云巖中經(jīng)溶蝕作用形成的孔隙，具有非組構選擇性。因后期溶蝕擴大作用的程度不同，孔徑范圍變化較大，溶孔孔徑一般0.5～2 mm，而溶洞直徑一般大于2 mm，在巖心、露頭上也發(fā)現(xiàn)有已被充填的厘米、分米級溶洞(圖2a)，其顯著特征就是孔隙周圍可見明顯的溶蝕痕跡(圖5c,d)，多出現(xiàn)于中-粗晶基質(zhì)白云巖中，掃描電鏡下也可見孔隙周緣的白云石被溶蝕成不規(guī)則狀(圖5e)。

圖5 川西北中二疊統(tǒng)白云巖儲層孔隙類型Fig.5 Pore types of the Middle Permian dolomite reservoirs in the northwestern Sichuan Basina.晶間孔，孔隙中見瀝青充填，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 458.7 m；b.晶間孔，孔隙周緣的白云石常具有平直晶面，且自形程度較好，SEM照片，棲二段，ST3井，埋深7 458.1 m；c.基質(zhì)溶孔，孔隙周圍可見溶蝕痕跡，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 457.7 m；d.基質(zhì)溶洞，孔隙周圍可見溶蝕痕跡，單偏光，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 449.2 m；e.基質(zhì)溶孔，孔隙周緣的白云石被溶蝕殘缺不全，SEM照片，棲 二段，ST3井，埋深7 458.7 m；f.晶內(nèi)溶孔，發(fā)育在白云石晶體內(nèi)部，呈內(nèi)凹的中空狀，SEM照片，棲二段，ST3井，埋深7 458.1 m

3)晶內(nèi)溶孔

白云石晶體內(nèi)部遭受溶蝕形成的孔隙，較少見，具有組構選擇性溶蝕特征，掃描電鏡下常呈中空狀(圖5f)，可能與白云石晶體內(nèi)相對不穩(wěn)定的核心組分的溶蝕有關。

3.2 喉道類型及特征

喉道是連通孔隙的狹窄部分，主流喉道的大小、形態(tài)及其與孔隙的配位關系是影響儲層的滲流能力的重要因素[30]。

結合前人對碳酸鹽巖儲層中喉道類型的劃分方案[30-32]，研究區(qū)中二疊統(tǒng)白云巖儲層中主要識別出了3種喉道類型：晶間隙型、構造裂縫型和孔隙縮小型(圖6)。其中晶間隙型和孔隙縮小型喉道較為常見。

1)晶間隙型

喉道形態(tài)受控于白云石晶體的形態(tài)，規(guī)則-短喉型喉道多出現(xiàn)在平直自形-半自形白云巖中，一般具有窄、短、平的特征(圖6a,d)；而在應力集中、壓溶作用較強的非平直他形白云巖中則常見彎曲-曲折型喉道(圖6e)。

2)構造裂縫型

相比于晶間隙型喉道，此類喉道較長、較寬且較平直，寬度一般在0.1 mm以下。此類喉道可連通各種零散而孤立分布的晶間孔隙，使其孔隙結構整體呈網(wǎng)格狀分布(圖6b)。

3)孔隙縮小型

由于在大晶體的垮塌堵塞或白云石的競爭生長(膠結作用)導致孔隙空間堵塞形成的喉道，常出現(xiàn)在較大的溶孔和溶洞中(圖6c,f)。

4 白云巖儲層的儲集特征

4.1 物性特征

川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖儲層物性整體為低孔、中-低滲特征。巖心樣品孔隙度平均為2.8%，最高可達7.6%，孔隙度整體分布頻率主要在2%～5%。晶粒白云巖儲層物性最好，尤以對于晶粒較粗的白云巖，儲集空間以晶間孔和基質(zhì)溶孔及溶洞為主，平均孔隙度為4.42%，最大可達7.59%(圖7a)，平均滲透率為1.46×10-3μm2，最大滲透率可達53.4×10-3μm2；斑狀白云巖/灰質(zhì)云巖物性通常較差，僅見少量的晶間孔和基質(zhì)溶孔，平均孔隙度為2.62%，最大孔隙度為4.20%，滲透率通常也較低(圖7b)；純灰?guī)r儲層孔隙常不發(fā)育，僅見少量的粒間孔和粒間溶孔，平均孔隙度為2.29%(圖7c)，滲透率通常較低，僅在裂縫發(fā)育的儲層見極高滲透率。

圖6 川西北中二疊統(tǒng)白云巖儲層喉道類型Fig.6 Throat types of the Middle Permian dolomite reservoirs,northwestern Sichuan Basina.規(guī)則-短喉型喉道(紅色箭頭所指)，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 448.92；b.構造裂縫型喉道(紅色箭頭所指)，藍色鑄體，棲二段，ST3井，埋深7 449.10 m；c.孔隙縮小型喉道(紅色箭頭所指)，白云石晶體堵塞溶孔形成，藍色鑄體，棲二段，ST3井,7 457.90 m；d.規(guī)則-短喉型喉道(紅色箭頭所指)，SEM照片，棲二段，ST3井，埋深7 458.10 m；e.彎曲-曲折型喉道(紅色箭頭所指)，SEM照片，棲二段，ST3井，埋深7 458.90 m； f.孔隙縮小型喉道(紅色箭頭所指)，由于白云石大晶體的過度生長形成，SEM照片，棲二段，ST3井，埋深7 456.80 m

圖7 川西北中二疊統(tǒng)棲霞組不同巖性和結構儲層孔隙度/面孔率分布直方圖Fig.7 Porosity/surface pore rate histogram of reservoirs with different lithology and textures in the Middle Permian Qixia Formation, northwestern Sichuan Basina.晶粒白云巖儲層孔隙度分布直方圖；b.斑狀白云巖/灰質(zhì)云巖儲層孔隙度分布直方圖；c.純灰?guī)r儲層孔隙度分布直方圖； e.不同微觀結構白云巖儲層面孔率分布直方圖

通過鑄體薄片分析統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，對于不同微觀結構類型的白云巖儲層，其面孔率也具有顯著差異。其中A1平直晶面自形晶和A2平直晶面半自形晶孔隙最為發(fā)育，平均面孔率在7%～12%，最大面孔率可達18%；A3平直晶面半自形晶-非平直晶面他形晶(過渡型)面孔率次之，一般在4%～8%；而A4非平直晶面他形晶白云巖相對致密孔隙較不發(fā)育，面孔率一般僅在1%～2%；對于殘余結構白云巖，不管是B1殘余灰質(zhì)白云巖還是B2殘余痕跡白云巖，通過鑄體薄片都未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)?？紫?，面孔率一般低于2%(圖7d)。

4.2 孔隙結構分類

根據(jù)川西北中二疊統(tǒng)白云巖儲層的巖石學特征、物性分析、常規(guī)壓汞和CT掃描測試方法，對白云巖儲層的孔隙結構特征進行綜合研究，并建立了一套多參數(shù)的儲層孔隙結構劃分標準(表1)。

1)Ⅰ類儲層：中孔低滲大孔粗喉型

中孔低滲大孔粗喉型是物性相對最好的一類儲層，常發(fā)育在具有平直晶面自形晶結構和平直晶面半自形晶結構的白云巖中，該類儲層中的孔隙和喉道類型多樣且組合復雜，喉道以規(guī)則-短喉型和孔隙縮小型為主，受溶蝕作用的影響，所形成的不同孔喉規(guī)模相差較大，從而造成壓汞曲線上最大連通孔喉半徑大、孔喉分選系數(shù)大、最大進汞飽和度高等特點(圖8a，b)。通過CT掃描的結果可以更直觀地發(fā)現(xiàn)：由于溶蝕作用的影響?？梢娍讖捷^大的基質(zhì)溶孔、溶洞發(fā)育，雖然這些溶孔、溶洞在總體數(shù)量上不占優(yōu)勢，但其所占體積較大，半徑分布在40～120 μm的孔隙在體積頻率上占絕對優(yōu)勢(圖8c)，且其孔喉配位數(shù)高、連通性較好(圖8d，f)，大孔粗喉型的孔喉組合占主導(圖8c—f)；而半徑較小的晶間孔雖然在孔隙數(shù)量上占絕對優(yōu)勢，但其總體積不大，零散分布于大型溶孔之間，且孔喉配位數(shù)相對較低，因而對儲層的儲集性和滲透性都貢獻不大。

圖8 川西北中二疊統(tǒng)Ⅰ類儲層孔隙結構特征Fig.8 Pore structure characteristics of Type 1 reservoir of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basina.Ⅰ類儲層典型毛細管壓力曲線；b.Ⅰ類儲層孔喉半徑分布頻率；c.Ⅰ類儲層孔喉半徑分布頻率(體積加權)； d.Ⅰ類儲層孔喉配位數(shù)分布頻率(體積加權)；e.Ⅰ類儲層CT三維灰度圖；f.Ⅰ類儲層CT三維球棍模型

2)Ⅱ類儲層：中-低孔特低滲中孔中喉型

此類儲層常發(fā)育在具有平直晶面自形晶結構、平直晶面半自形晶和平直晶面半自形-非平直晶面他形晶(過渡型)結構的白云巖中，所對應的儲層物性一般，相比于Ⅰ類儲層，Ⅱ類儲層中溶蝕作用的影響相對較弱，總體的儲集空間較Ⅰ類儲層小，孔喉組合類型同樣較復雜，喉道也以規(guī)則-短喉型和孔隙縮小型為主，在壓汞曲線上表現(xiàn)出最大連通孔喉半徑稍小、最大進汞飽和度稍低、孔喉分選系數(shù)變化不大等特點(圖9a，b)。通過CT掃描的結果可以更直觀地發(fā)現(xiàn)：受溶蝕作用改造形成的晶間溶孔、溶洞數(shù)量較Ⅰ類儲層明顯減少(圖9c—f)，孔隙、喉道體積分布頻率出現(xiàn)雙峰態(tài)特征(圖9c)，說明在Ⅱ類儲層中存在兩套孔喉組合系統(tǒng)，一套以大孔、粗喉型為主，主要受溶蝕作用控制，溶孔更為發(fā)育，孔隙和喉道半徑均較大，且孔隙配位數(shù)高，對儲層的儲集性和滲透性都有較大貢獻，可能在成巖歷史中曾經(jīng)是溶蝕性流體的主流通道(圖9c—f)；而另一套以中孔、中喉型為主，晶間孔更發(fā)育，可能因為溶蝕作用的影響程度不大或是后期膠結作用更強，微觀非均質(zhì)性顯著。

3)Ⅲ類儲層：低孔特低滲小孔細喉型

Ⅲ類儲層主要出現(xiàn)在致密白云巖或斑狀白云巖中，尤其是在具有非平直晶面他形晶結構或具有殘余結構的晶粒白云巖或斑狀白云巖中，儲層的物性相對較差，孔隙類型主要為致密白云巖中殘余的少量晶間孔和晶間微孔，或是斑狀白云巖中在云斑周圍與方解石基質(zhì)過渡區(qū)域出現(xiàn)的晶間微孔，孔隙之間的喉道常為彎曲-曲折型，受壓實和壓溶作用的影響較大，因此該類孔隙結構儲集性和滲透性均較差，其所對應的壓汞曲線表現(xiàn)出最大連通孔喉半徑小、最大進汞飽和度低、孔喉分選系數(shù)小等特點(圖10a—d)。

5 孔隙結構差異性的主控因素

如前文所述，川西北中二疊統(tǒng)棲霞組的優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育在白云巖中，但不同類型的白云巖在物性特征、孔喉類型、孔隙結構等方面均表現(xiàn)出較大差異。造成白云巖儲層孔隙結構差異性的主控因素，一方面是先驅灰?guī)r的巖石組構，另一方面是后期多種成巖作用的疊加耦合，特別是白云化作用和溶蝕作用方式的影響。

5.1 先驅灰?guī)r的巖石組構

川西北棲霞組中上部主要發(fā)育相對高能的臺緣淺灘相沉積[20,22]，垂向上可見多套灘相顆粒灰?guī)r和灘間泥?；?guī)r的疊置組合。對于晶粒結構白云巖，前人通過對偏光顯微鏡下透射光的特殊處理進行原巖結構恢復，認為原巖主要為生屑灰?guī)r和砂屑灰?guī)r(圖11a,b)[33]；在殘余結構白云巖中，?？捎^察到有孔蟲、苔蘚蟲、腹足類、藻類等生物碎屑的殘留或者幻影結構(圖11c)，在未發(fā)生白云化的基質(zhì)灰?guī)r部分，其巖性也以顆?；?guī)r和泥?；?guī)r為主(圖11d)，這說明顆粒灘是后期白云化作用發(fā)生的物質(zhì)基礎。

圖10 川西北中二疊統(tǒng)Ⅲ類儲層孔隙結構特征Fig.10 Pore structure characteristics of Type Ⅲ reservoir of the Middle Permian, northwestern Sichuan Basina.Ⅲ類儲層典型毛細管壓力曲線；b.Ⅲ類儲層孔喉半徑分布頻率；c.Ⅲ類儲層(斑狀灰質(zhì)白云巖)CT二維切片； d.Ⅲ類儲層(斑狀灰質(zhì)白云巖)CT三維灰度圖

圖11 川西北中二疊統(tǒng)棲霞組晶粒結構、殘余結構白云巖及先驅灰?guī)r巖石組構Fig.11 The grain structure, remnant dolomite,and fabrics of precursor limestone in the Middle Permian Qixia Formation, northwestern Sichuan Basina.細晶白云巖，晶間孔和晶間溶孔發(fā)育，棲霞組，礦2井，埋深2 423.6 m(據(jù)文獻[32])；b.與圖a同一視域，經(jīng)原巖結構恢復技術處理，可見部分原始顆粒結構(據(jù)文獻[32])；c.殘余結構白云巖，可見含灰質(zhì)腹足類生屑幻影，棲霞組，ST3井，埋深7 430.7 m；d.含云質(zhì)顆?；?guī)r，未云化 部分的亮晶生屑-砂屑基質(zhì)灰?guī)r，棲霞組，ST3井，埋深7 430.7 m

但是，如前文所述，無論是晶粒結構的白云巖還是殘余結構的白云巖，在儲層物性、孔隙結構等方面上都表現(xiàn)出了較強的非均質(zhì)性，先驅灰?guī)r的巖石組構差異是造成這種非均質(zhì)性的一個重要原因。

由于顆?；?guī)r在早成巖階段具有較強的抗壓實能力，因而能夠保存一定的原始孔隙度，為后期白云化流體的進入提供條件，原始顆?；?guī)r中粒間孔、粒內(nèi)孔、粒間溶孔及鑄?？自诎自苹饔煤蠛芸赡軙跃чg孔、晶間溶孔的形式在原位置繼承下來。同時，顆?；?guī)r中生物碎屑和內(nèi)碎屑的含量及類型、早期膠結作用和準同生溶蝕作用的強弱也都是制約后期白云化作用進行、影響現(xiàn)今白云巖儲層孔隙結構的重要因素，具有A1—A2平直自形-半自形結構的晶粒白云巖孔喉連通性好、物性較優(yōu)，通常是高能環(huán)境下的高孔滲顆?；?guī)r經(jīng)白云化作用形成的，而原始灰泥含量較高、泥晶藻類碎屑較多、泥晶套更發(fā)育的泥粒灰?guī)r或者粒泥灰?guī)r，包括部分早期膠結作用較強的顆?；?guī)r，則更易于形成殘余結構白云巖。

5.2 白云化作用的階段性

根據(jù)前人對川西中二疊統(tǒng)白云巖成因的研究，白云化作用的發(fā)生和晚二疊世早期峨眉山地幔柱隆起產(chǎn)生的異常熱事件(距今約259 Ma)[34-35]密不可分，當?shù)貙訙囟瓤朔税自剖纬傻膭恿W屏障后，通過海源流體的供給在淺埋藏環(huán)境下形成了大規(guī)模的白云巖[36-37]。

白云化作用的過程開始之后，首先在基質(zhì)中形成分散的晶核，之后隨著白云化流體沿著灰?guī)r中的孔縫滲流通道源源不斷的供給，晶核逐漸生長成微晶最終形成菱面體，灰?guī)r中原始顆粒也開始被白云化流體交代，直至形成白云石菱面體的網(wǎng)格骨架[38]。但是，此過程中發(fā)生的化學反應可能并非僅僅只有造成摩爾體積減小、孔隙度增加的交代反應：

2CaCO3(s)+Mg2+(aq)→CaMg(CO3)2(s)+ Ca2+(aq)

(1)

在實際過程可能還存在碳酸鈣同鎂離子和碳酸根直接化合形成白云石同時造成孔隙度減小的反應：

(2)

所以實際的反應過程可能是介于以上兩個端元的中間反應：

(3)

其中，x的取值介于0～1。因此，白云化作用過程是否能產(chǎn)生孔隙空間主要取決于此過程中的化學反應按(1)和(2)兩端元進行的程度大小[24,39]。

對于川西北地區(qū)下二疊統(tǒng)的碳酸鹽巖，在不考慮后期溶蝕作用增孔的情況下，可發(fā)現(xiàn)絕大部分非溶蝕性孔隙仍發(fā)育在晶粒白云巖中，純石灰?guī)r和具有殘余結構白云巖內(nèi)很少有非溶蝕性孔隙發(fā)育。這說明了早期白云化作用的增孔效應并不明顯，甚至可能是減孔的過程[40](圖12a)，并且當白云化作用進行地不徹底而形成云質(zhì)灰?guī)r時，其抗壓實、壓溶能力更差，由于礦物成分、晶格結構的差異，在云灰接觸區(qū)域易形成縫合線，反而不利于保存孔隙(圖12b,c2)，這便可以解釋為什么斑狀白云巖儲層物性較差，孔隙結構僅以Ⅲ類低孔特低滲小孔細喉型為特征，且僅發(fā)育少量晶間孔和晶間微孔。

而對于白云化作用進行徹底的晶粒白云巖，由于其在白云化過程中期建立起了剛性支撐的白云石菱面體網(wǎng)格骨架，在開放-半開放成巖系統(tǒng)中，菱面體間的原始石灰?guī)r失去的支撐更易溶解垮塌，被流體直接帶出，從而形成了多孔的白云石菱面體骨架(圖12b,c3)，白云石通常具有A1平直自形晶結構，由于白云石具有比方解石更強的抗壓溶性和脆性，加之白云石菱面體骨架的支撐作用，使得在深層-超深層儲層中白云巖的孔隙空間更夠得到更好的保存且易形成裂縫，這種白云巖是Ⅰ類和Ⅱ類孔隙結構發(fā)育的基礎。

圖13 川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)過度白云化作用對孔隙結構的影響Fig.13 The impact of over-dolomitization during the Middle Permian on pore structure, northwestern Sichuan Basin a1.平直晶面自形-半自形結構白云巖，陰極發(fā)光圖像；a2.平直晶面半自形晶-過渡型結構白云巖，陰極發(fā)光圖像； b.過度白云化作用對晶間孔和喉道形態(tài)的影響，同時也造成孔隙度的持續(xù)性降低，據(jù)文獻[41]修改

5.3 溶蝕作用的差異性

川西北下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖中可識別出準同生階段和中-深埋藏階段兩期溶蝕作用，這兩期溶蝕作用對儲層質(zhì)量的影響均表現(xiàn)出了一定的差異性。

準同生期的溶蝕作用主要發(fā)育在近地表環(huán)境下的淡水滲流帶和潛流帶，此時的溶蝕作用多具有選擇性，會對一些文石或高鎂方解石質(zhì)顆粒進行溶蝕。雖然現(xiàn)今能識別出的準同生期溶蝕孔隙、孔洞數(shù)量較少且多被后期膠結充填，但在淺埋藏階段白云化作用發(fā)生時推測仍有部分溶蝕孔隙(洞)尚存，這些孔隙(洞)可為白云化流體提供通道，有利于白云化作用的進行，并且這些孔洞可能具有一定的繼承性，在白云化過程結束后仍有部分孔洞未被完全充填。

中-深埋藏期的溶蝕作用主要來源于有機質(zhì)熱演化釋放的有機酸、H2S等組分[12-13]，而且由于埋藏較高溫條件下白云巖較灰?guī)r的易溶性[42-43]埋藏期溶蝕主要發(fā)生在白云巖儲層中。根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡和CT掃描發(fā)現(xiàn)，受有機酸溶蝕作用影響的孔隙主要是一些半徑較大(通常大于50 μm)的晶間孔，溶蝕后會使平直的白云石晶面變成不規(guī)則狀、港灣狀；而當白云巖的孔喉半徑小到一定范圍時，可發(fā)現(xiàn)這些小型的孔喉基本未受到溶蝕作用的影響或影響較弱，因而還保留了四面體或多面體的孔隙形態(tài)，以及平直-片狀的喉道形態(tài)(規(guī)則-短喉型)。中-深埋藏期的溶蝕作用也是造成Ⅰ,Ⅱ類儲層孔隙結構差異性的主要原因，Ⅰ類儲層中-大孔粗喉型的孔喉組合更為發(fā)育，受溶蝕作用的影響更強，同時成巖體系相對開放，溶蝕后產(chǎn)物被迅速帶出，從而使白云巖的多孔骨架保留，過度白云化作用較弱；而Ⅱ類儲層發(fā)育大孔粗喉型和中孔中喉型兩套孔喉組合，說明溶蝕作用的程度有限，同時成巖體系更封閉，溶蝕后產(chǎn)物無法及時帶出，造成微區(qū)的溶蝕-沉淀過程更明顯，儲層具有極強的非均質(zhì)性。

6 結論

1)川西北中二疊統(tǒng)宏觀上主要可識別出白云化較徹底的塊狀白云巖和白云化不徹底的斑狀白云巖兩種產(chǎn)狀類型，中觀尺度上可根據(jù)白云巖的結構-成因分類劃分出晶粒結構和殘余結構兩種基質(zhì)白云巖以及孔洞充填的膠結物白云石，并且還可根據(jù)白云石的晶體自形程度、晶面彎曲度等特征進行更細致的微觀結構類型劃分。

2)結合物性分析、壓汞實驗和CT掃描等測試主要可識別出3種孔隙結構類型的白云巖儲層，其中Ⅰ類中孔低滲大孔粗喉型和Ⅱ類中-低孔特低滲中孔中喉型孔隙結構主要發(fā)育在物性較好的孔隙式白云巖中，而Ⅲ類低孔特低滲小孔細喉型孔隙結構主要發(fā)育在較致密的白云巖或斑狀白云巖中。

3)棲霞組中上部臺緣淺灘相沉積為后期白云巖儲層的發(fā)育提供了條件，原始孔隙度較優(yōu)的顆粒灰?guī)r經(jīng)白云化作用后易于形成多孔的晶粒白云巖儲層，而原始灰泥含量更高、物性較差的泥?；?guī)r和粒泥灰?guī)r后期則更易于形成殘余結構白云巖。

4)白云巖儲層孔隙結構的差異性還主要受控于埋藏期多種成巖作用在時空上的疊加，白云化作用不徹底形成的斑狀白云巖抗壓實、壓溶能力弱，僅能形成Ⅲ類儲層；而白云化作用徹底形成的晶粒白云巖具有菱面體骨架，抗壓實、壓溶能力極強，是優(yōu)質(zhì)儲層形成的基礎，但過度白云化作用會造成白云石晶體的競爭生長而堵塞孔隙，從而形成具有Ⅲ類孔隙結構的致密白云巖；Ⅰ類和Ⅱ類儲層前期的白云化作用徹底，兩者差別主要取決于晚期溶蝕作用的強弱。