四川盆地西部雷口坡組第四段儲層非均質(zhì)性

康保平 鐘玉梅 劉昊年 宋 進

中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地西部是中國石化西南油氣分公司（以下簡稱分公司）油氣勘探開發(fā)的主要區(qū)塊，該區(qū)建立了新場等中淺層氣田，也是分公司開發(fā)的主戰(zhàn)場。相對于陸相勘探開發(fā)，該區(qū)的海相勘探起步較晚。從2006年開始，分公司在川西海相地區(qū)開展了以“四川盆地西部石油地質(zhì)綜合研究與選區(qū)評價”為代表的一系列研究，取得了一些認(rèn)識：四川盆地西部雷四3亞段發(fā)育上下兩套儲層，弄清了儲層分布情況，研究了上下儲層基本特征及控制因素。由于鉆井比較少，受限于巖心實驗分析資料，對四川盆地西部雷口坡組四段儲層非均質(zhì)性未曾涉及。隨著近年來海相勘探的持續(xù)推進，部署在龍門山構(gòu)造帶的海相A1井、B1井和C1井先后在雷四段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示了四川盆地西部雷口坡組巨大的油氣勘探開發(fā)潛力[1]。之后部署的B2、B3井等海相井未獲得理想的鉆探成果，儲層表現(xiàn)出很強的非均質(zhì)性[2]，嚴(yán)重制約著分公司海相氣井規(guī)模建產(chǎn)。為此，以A1井、B1井、C1井等井實驗分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用石油地質(zhì)、成藏演化等專業(yè)知識，分析四川盆地西部雷四段儲層的非均質(zhì)性，為該區(qū)海相氣田規(guī)模建產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 概況

四川盆地西部坳陷北接西秦嶺褶皺帶，西以龍門山斷裂帶為界，南接峨眉、瓦山斷塊 ，東與川中隆起平緩相接。根據(jù)沉積和構(gòu)造變形特征[3]，四川盆地西部坳陷中段分為6個構(gòu)造區(qū)帶，即成都凹陷、梓潼凹陷2個凹陷，龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、龍泉山構(gòu)造帶和中江斜坡帶4個構(gòu)造帶（圖1）。

圖1 四川盆地西部坳陷構(gòu)造單元劃分圖

在雷四段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流的A1井、B1井和C1井及未獲得理想鉆探的B2、B3井等海相井均分布于龍門山前構(gòu)造帶，龍泉山構(gòu)造帶和中江斜坡帶在海相地層未獲得油氣成果。 根據(jù)勘探成果，龍門山前構(gòu)造帶是川西雷口坡組天然氣勘探最有利的區(qū)帶之一，也是分公司“十三五”海相油氣勘探的主力陣地，因此，本次研究區(qū)域為龍門山前構(gòu)造帶和新場構(gòu)造帶。

2 雷四段儲層儲集非均質(zhì)性

截至目前，四川盆地西部雷四段獲高產(chǎn)海相井，產(chǎn)層段均為雷口坡組四段上亞段下儲層段，因此，以下描述的雷四段儲層均指雷四段上亞段下儲層（圖2）。

2.1 不同儲層巖性組成

根據(jù)分公司四川盆地西部雷四段儲層類型分類標(biāo)準(zhǔn)（表1），統(tǒng)計了A1井、B1井及C1井等6口井不同類型儲層646個樣品。

統(tǒng)計結(jié)果表明，Ⅰ類、Ⅱ類儲層組成巖性主要為白云巖[4]，Ⅲ類儲層組成的巖性有白云巖和石灰?guī)r。構(gòu)成Ⅰ—Ⅲ類儲層的白云巖均有粉晶白云巖、亮晶白云巖、泥晶白云巖和微晶白云巖（表2），但各類白云巖在Ⅰ—Ⅲ類儲層中所占比率各不相同（圖3）。Ⅰ類儲層粉晶白云巖含量最高，其次為泥晶白云巖，亮晶白云巖等；Ⅱ類儲層泥晶白云巖含量最高，其次為粉晶白云巖，微晶白云巖等；Ⅲ類儲層泥晶白云巖含量最高，其次為亮晶白云巖、粉晶白云巖等[2]。總體上，從Ⅰ類儲層到Ⅲ類儲層白云巖泥質(zhì)含量越來越高，顆粒越來越細，說明形成Ⅰ類儲層的水動力強于Ⅱ類、Ⅲ類儲層。Ⅰ—Ⅲ類儲層形成的環(huán)境水動力逐漸變?nèi)?，水體逐漸加深。

單從組成Ⅰ—Ⅲ類儲層巖性組成分析，白云巖顆粒越粗，泥晶含量越小，越有利于形成好的儲層。但從組成Ⅰ—Ⅲ類儲層的白云巖類型分析，其種類基本一致。因此，有必要詳細分析組成I—Ⅲ類儲層各類白云巖的儲集空間特征。

2.2 儲集空間類型

統(tǒng)計以上各井雷四段下儲層儲集空間，儲集空間主要有孔隙和裂縫[4-5]，種類多樣，類型豐富；孔隙所占比率為70.74%，裂縫所占比率為29.26%；孔隙中，不規(guī)則溶孔所占比率39.31%，其次為晶間溶孔[6]，比率為19.98%，晶間孔比率11.45%；裂縫中，溶蝕縫所占比率最高，為14.58%，成巖縫、構(gòu)造縫等比率均比較低（圖4）。

總體上，雷四段下儲層儲集空間以孔隙為主，主要有不規(guī)則溶孔、晶間溶孔[7]、晶間孔；裂縫在整個雷四段下儲層儲集空間類型中所占比率不大，主要有溶蝕縫和成巖縫[8]。這說明孔隙是影響雷四段下儲層類型的主要因素，而溶蝕作用和成巖作用扮演著重要角色。

圖2 四川盆地西部雷四段層序地層柱狀圖

表1 四川盆地西部雷四段儲層類型分類標(biāo)準(zhǔn)（中國石化西南油氣分公司，2016）

表2 四川盆地西部雷四段不同類型儲層巖性統(tǒng)計表（按所占比率順序）

圖3 四川盆地西部雷四段Ⅰ—Ⅲ類儲層巖性組成圖

圖4 四川盆地西部雷四段下儲層儲集空間類型圖

為此，分別統(tǒng)計Ⅰ—Ⅲ類儲層儲集空間發(fā)育情況，結(jié)果表明：Ⅰ—Ⅲ類儲層溶孔普遍發(fā)育，晶間孔Ⅰ類儲層最為發(fā)育，Ⅰ—Ⅱ類儲層溶蝕縫和成巖縫發(fā)育；Ⅲ類儲層則發(fā)育溶蝕縫和構(gòu)造縫（圖5）。由此可見，Ⅰ—Ⅱ類儲層主要受溶蝕作用和成巖作用的影響，而Ⅲ類儲層受溶蝕作用和構(gòu)造作用影響。這與石灰?guī)r只能形成裂縫型儲層相吻合（表1）。

分析Ⅰ—Ⅲ類儲層巖性特征及儲集空間類型可知，構(gòu)成Ⅰ—Ⅲ類儲層的巖性大體相同，但各巖性所占比率不同，造成了Ⅰ—Ⅲ類儲層儲集空間類型不同；而儲集空間類型不同是由于Ⅰ—Ⅲ類儲層所受溶蝕作用、成巖作用和構(gòu)造作用差異造成的。

2.3 孔喉結(jié)構(gòu)特征

圖5 四川盆地西部雷四段Ⅰ—Ⅲ類儲層儲集空間圖

四川盆地西部雷四段下儲層壓汞曲線表明Ⅰ類儲層進汞壓力最小，進汞飽和度最大，儲集空間主要為孔隙，孔喉結(jié)構(gòu)簡單，非均質(zhì)性不強；Ⅱ類儲層進汞壓力增大，進汞飽和度變小，儲集空間有孔隙及裂縫，孔喉結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，非均質(zhì)性增強；Ⅲ類儲層進汞壓力最大，進汞飽和度最小，儲集空間為孔隙和裂縫，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強[9]（圖6）。

為此，總結(jié)四川盆地西部雷四段下儲層Ⅰ—Ⅲ類儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征：Ⅰ—Ⅲ類儲層儲集空間逐漸復(fù)雜，進汞壓力逐漸增高，進汞飽和度逐漸降低，孔喉組合逐漸變細，分選性越來越差，分布越來越不均勻（表3）。

在分析了儲層巖性、儲集空間及孔喉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實鉆資料，分析造成產(chǎn)量差異或者失利的真正原因。對比獲產(chǎn)井A1井、B1井、C1井及失利井B2井，其中A1井、B1井、C1井測試產(chǎn)量分別為60.32×104m3/d、121.05×104m3/d和48.5×104m3/d，分析發(fā)現(xiàn)，A1井、B1井、C1井產(chǎn)層儲層均為Ⅰ、Ⅱ類儲層，而失利井B2井儲層類型為Ⅲ類儲層或者含氣層（圖7）。由此可知，不同的儲層類型造成了各井產(chǎn)氣差異大，儲層類型是決定產(chǎn)氣的主要因素，Ⅰ、Ⅱ類儲層能獲得理想的產(chǎn)量。通過之前儲集空間分析可知，Ⅰ、Ⅱ類儲層受溶蝕作用和成巖作用的影響，Ⅲ類儲層受溶蝕作用和構(gòu)造作用的影響。因此，溶蝕作用和成巖作用對儲層形成起著關(guān)鍵作用[9]，也是造成儲層非均質(zhì)性強的主要原因。

3 成巖作用非均質(zhì)性

圖6 四川盆地西部雷口坡組四段Ⅰ—Ⅲ類儲層壓汞曲線圖

表3 四川盆地西部雷四段下儲層Ⅰ—Ⅲ類儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征表

圖7 四川盆地西部雷四段獲產(chǎn)井與非獲產(chǎn)井測試段對比圖

對于成巖作用的分析，利用四川盆地西部雷四段下儲層薄片資料（表4）。結(jié)果表明，石灰?guī)r類白云石化弱—中，白云石化作用不強，白云巖類白云石化普遍強。由于形成四川盆地西部雷四段下儲層的主要巖性為各類白云巖，因此，白云石化作用是四川盆地西部雷四段下儲層的主要成巖作用。溶蝕作用在石灰?guī)r類和白云巖類均普遍發(fā)育。綜上所述，白云石化、溶蝕作用是影響四川盆地西部雷四段下儲層的關(guān)鍵因素[10]。下面對白云石化、溶蝕作用進行深入的分析。

3.1 白云石化

通常情況下，碳酸鹽巖中碳、氧同位素示蹤古海洋（湖泊）、古氣候、古地理特征及演化。白云石有序度則是從白云石分子結(jié)構(gòu)入手，通過X-射線衍射分析，探討在不同的成巖作用和不同的白云石化模式中白云石分子結(jié)構(gòu)上發(fā)生的變化。有序度介于0～1之間，有序度的高低反映不同的沉積環(huán)境。一般情況下，在高鹽度環(huán)境快速結(jié)晶的白云石其有序度低；在鹽度較低環(huán)境緩慢結(jié)晶的白云石其有序度高。已有研究認(rèn)為（曾理等），白云石化成因模式主要有蒸發(fā)模式、滲透—回流模式 、混合水模式 、海水模式 、埋藏模式及熱液成因模式[11]。

孟萬斌根據(jù)白云石有序度、碳氧同位素、鍶同位素及稀土元素等研究了川北元壩地區(qū)白云石化作用模式，即，準(zhǔn)同生期蒸發(fā)泵白云石化作用模式、準(zhǔn)同生期滲透—回流白云石化作用模式、成巖早期淺埋藏狀態(tài)下的地層水白云石化作用模式和成巖晚期熱液白云石化作用模式[11-12]。蒸發(fā)白云石化模式白云石有序度最低，其次為滲透—回流白云化模式，埋藏白云石化模式形成的白云石和鞍狀白云石的有序度δ值較高。這對利用白云石有序度、碳氧同位素等手段確定白云石化作用模式提供了便利。

表4 四川盆地西部雷四段下儲層各類巖性成巖作用表

四川盆地西部雷四段白云石有序度總體較低，δ值為0.44～0.73，其碳氧同位素主要分布于2個集中區(qū)域（圖8）。結(jié)合四川盆地西部雷四段沉積環(huán)境研究及前人白云石化成因模式認(rèn)識，綜合判定四川盆地西部雷四段白云石化為蒸發(fā)瀉湖環(huán)境中的蒸發(fā)泵作用—準(zhǔn)同生白云石化作用（藍色圈區(qū)域）和滲透—回流白云石化作用（圖紅色圈區(qū)域），即；準(zhǔn)同生白云石化和淺埋藏(滲透—回流)白云石化。蒸發(fā)泵作用—準(zhǔn)同生白云石化作用其白云石有序度δ值為0.44～0.56；滲透—回流白云石化作用其白云石有序度δ值為0.62～0.73（圖8）。

圖8 四川盆地西部雷四段碳氧同位素特征圖及對應(yīng)白云石有序度分布圖

3.1.1 準(zhǔn)同生白云石化

四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組為一套較淺水的碳酸鹽巖臺地相沉積體系，主要發(fā)育局限臺地、蒸發(fā)臺地、臺地邊緣和開闊臺地等[13]，雷四段為潮坪相沉積，主要發(fā)育潮間帶和潮下帶亞相[14]。隨著海平面不斷降低，蒸發(fā)臺地中的灘體不斷生長并部分出露海面[15]，形成潮坪環(huán)境。海水通過毛細管作用向潮坪沉積物滲透運動，蒸發(fā)濃縮發(fā)生白云石化作用，形成準(zhǔn)同生泥—微晶白云巖[16]（圖9）。

準(zhǔn)同生白云石化形成的泥—微晶白云巖，其晶體以非平直晶面、它形晶為主，晶面混濁，晶緣港灣緊密相嵌接觸；陰極射線下，發(fā)光較暗；鍶同位素檢測結(jié)果，87Sr/86Sr=0.708 25；白云石有序度比較低；電子探針微量元素分析無鐵無錳或低鐵低錳的特征。

圖9 準(zhǔn)同生白云石化、滲透回流白云石化機理示意圖

3.1.2 淺埋藏（滲透回流）白云石化

四川盆地西部雷四段沉積期為局限臺地沉積環(huán)境，沉積水體淺且海平面變化相對頻繁，白云石化流體主要為同時期海水[17]。由于受環(huán)境所限，蒸發(fā)作用強烈，水體鹽度增高、相對密度增大，水體在重力作用下向下運動，滲透進入到潮坪沉積物的下部，發(fā)生淺埋藏(滲透—回流)白云石化[12]（圖9），形成了橫向展布穩(wěn)定的大厚度白云巖[17-18]。由于成巖介質(zhì)鹽度較高，白云石化速度較快，形成粉—細晶白云石，以平直晶面自形晶的菱面體為主，表面粗糙，常具亮邊霧心之特征，晶形不好，表面較臟。白云石有序度較準(zhǔn)同生期白云石化高；陰極射線下，晶體中心(霧心部分)發(fā)光相對較暗，晶體邊部(亮邊部份)發(fā)橘紅色光；探針微量元素分析，霧心部分Fe2+含量略高于核部，Mn2+含量顯著低于核部。這些特征表明白云石化發(fā)生于淺埋藏(滲濾回流)成巖環(huán)境的早成巖階段，亮邊與白云石的共軸生長（膠結(jié)）有關(guān)。

3.2 溶蝕作用

3.2.1 表生溶蝕作用

印支運動早期，四川盆地西部整體抬升[1,6-7]，雷四上亞段進入表生成巖環(huán)境，巖石暴露地表遭受風(fēng)化剝蝕、形成不整合界面[1,19]，在強烈的大氣水作用下，巖石發(fā)生表生溶蝕。

表生溶蝕作用使得晶粒結(jié)構(gòu)白云巖的晶間孔、晶緣縫被溶蝕形成擴大的晶間孔與不規(guī)則溶孔；孔、縫不發(fā)育的白云巖則發(fā)生白云石表面溶蝕，使致密的泥晶白云巖經(jīng)強烈的溶蝕作用改造成巖溶角礫白云巖，也使得顆粒結(jié)構(gòu)碳酸鹽巖的顆粒或骨架及其間的填隙物發(fā)生非選擇性溶蝕，形成粒間溶孔、粒間溶蝕擴大孔、體腔充填物溶孔，在構(gòu)造應(yīng)力釋放造成的裂縫基礎(chǔ)上發(fā)生溶蝕，形成溶蝕擴大縫?？傊砩芪g作用在一定程度上增加了巖石的面孔率和面縫率，對川西雷四段孔隙起到了加強和鞏固的作用[2]，也為后續(xù)埋藏溶蝕作用提供了流體進出的通道和接納反應(yīng)生成物沉淀的空間。

3.2.2 再埋藏溶蝕作用

四川盆地西部雷四段在表生成巖階段后便進入了漫長的再埋藏成巖階段[3]。印支期，地層有機酸沿著表生溶蝕和構(gòu)造運動產(chǎn)生的孔縫運移，對巖石進一步溶蝕，發(fā)生埋藏溶蝕作用[6,20]。埋藏溶蝕作用主要表現(xiàn)為粒屑顆粒被溶蝕，各種儲集巖中的早期（準(zhǔn)同生期—埋藏溶蝕前）充填物被溶蝕，呈非選擇性溶蝕，這樣產(chǎn)生了大量的次生溶蝕孔縫[7]，這些孔縫大多保存至進氣期，是儲集巖中最為有效的孔縫類型。

4 有利區(qū)探討

四川盆地西部雷口坡組為局限臺地相沉積環(huán)境[6]，主要發(fā)育潮間帶和潮下帶亞相，橫向上分布較為穩(wěn)定[14]。在沉積和成巖過程中，雷口坡組四段下儲層發(fā)生準(zhǔn)同生—淺埋白云石化作用并形成大規(guī)模的白云巖[17]。印支早期運動使得四川盆地整體抬升[7]，海平面下降、地表水的脫離、地層有機酸的進入，使得雷四段發(fā)生表生溶蝕作用[6-7]。之后四川盆地西部雷口坡組進入了埋藏成巖階段，地層有機酸沿著表生溶蝕和構(gòu)造運動產(chǎn)生孔、縫運移，產(chǎn)生大量的次生溶蝕孔縫，形成有效的孔隙[10]。隨著繼續(xù)埋深，雷四段部分地層受到一定程度的深部熱液的控制，熱液對巖性進行蝕變與改造，進入了深埋藏溶蝕期[21]。深埋藏溶蝕期可發(fā)生熱液白云石化模式并形成油氣的有利儲集體[22-23]；主要表現(xiàn)為晚期形成的粗晶膠結(jié)物在深埋藏條件下被溶蝕形成孔隙，封閉的地質(zhì)流體環(huán)境能保持儲集空間[24]。

由于四川盆地構(gòu)造具有繼承性[25]，準(zhǔn)同生—淺埋白云石化作用、表生溶蝕作用均易在構(gòu)造高部位發(fā)生，而深層埋藏溶蝕作用可為深層油氣向上運移提供良好的輸導(dǎo)條件[21]，有利于油氣的聚集。因此，分析實鉆資料及構(gòu)造區(qū)帶，龍門山前及四川盆地西部斜坡帶相對高部位是油氣聚集的有利區(qū)域，也是四川盆地西部雷四段勘探的有利區(qū)帶及下一步繼續(xù)勘探的方向（圖10）。

5 結(jié)論

1）四川盆地西部雷口坡組雷四段下儲層主要由粉晶白云巖、亮晶白云巖、泥晶白云巖和微晶白云巖等組成，在Ⅰ—Ⅲ類儲層中所占比率各不相同，并且從Ⅰ—Ⅲ類儲層白云巖泥質(zhì)含量越來越高，顆粒越來越細。

2）四川盆地西部雷口坡組雷四段下儲層儲集空間有孔隙和裂縫，種類多樣，類型豐富；Ⅰ—Ⅲ類儲層溶孔普遍發(fā)育，晶間孔Ⅰ類儲層最為發(fā)育，Ⅰ—Ⅱ類儲層溶蝕縫和成巖縫發(fā)育；Ⅲ類儲層則發(fā)育溶蝕縫和構(gòu)造縫，因此，Ⅰ—Ⅱ類儲層主要受溶蝕作用和成巖作用的影響，Ⅲ類儲層受溶蝕作用和構(gòu)造作用影響。

圖10 四川盆地西部雷四段下儲層演化圖

3）四川盆地西部雷口坡組雷四段壓汞資料表明，Ⅰ—Ⅲ類儲層儲集空間逐漸復(fù)雜，進汞壓力逐漸增高，進汞飽和度逐漸降低，孔喉組合逐漸變細，分選性越來越差，分布越來越不均勻。

4）分析對比獲產(chǎn)井和失利井發(fā)現(xiàn)，儲層類型是造成產(chǎn)氣差異大的主要因素；Ⅰ、Ⅱ類儲層受溶蝕作用和成巖作用的影響，Ⅲ類儲層受溶蝕作用和構(gòu)造作用的影響。因此，溶蝕作用和成巖作用對儲層形成起著關(guān)鍵作用，也是控制儲層非均質(zhì)性的主要因素。

5）分析成巖作用及溶蝕作用可知，四川盆地西部雷口坡組雷四段儲層受白云石化和溶蝕作用的影響；白云石化有準(zhǔn)同生白云石化和淺埋藏白云石化；溶蝕作用有表生溶蝕作用、再埋藏溶蝕作用和深埋藏溶蝕作用。

6）準(zhǔn)同生—淺埋白云石化作用、表生溶蝕作用及深埋藏溶蝕作用共同影響并改造了四川盆地西部雷口坡組雷四段儲層品質(zhì)，四川盆地構(gòu)造具有繼承性，結(jié)合實鉆資料及構(gòu)造區(qū)帶，龍門山前及四川盆地西部斜坡帶相對高部位是油氣聚集的有利區(qū)域，也是下一步繼續(xù)勘探的方向。