四川盆地潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層形成主控因素與勘探區(qū)帶預(yù)測(cè)

朱 茂 黃世偉 宋 敘 王顯東 師江波 田小彬 姚倩穎 王 慧

（ 1中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；2中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國(guó)石油大慶油田公司勘探事業(yè)部；4中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

全球碳酸鹽巖油氣資源約有一半儲(chǔ)存在白云巖中[1]，國(guó)內(nèi)四川盆地、鄂爾多斯盆地近期的勘探發(fā)現(xiàn)也揭示白云巖儲(chǔ)層是深層碳酸鹽巖油氣最重要的儲(chǔ)集體[2-4]，因此針對(duì)白云巖的成因研究一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。前人也提出了多種經(jīng)典白云石化模式，如蒸發(fā)泵、滲透回流、埋藏、熱液和微生物白云石化作用等[5-9]，有效地指導(dǎo)了不同地區(qū)的白云巖儲(chǔ)層分布規(guī)律預(yù)測(cè)，在很大程度上解決了生產(chǎn)面臨的一些關(guān)鍵問題。

四川盆地中二疊統(tǒng)幾乎是中國(guó)油氣勘探跨越時(shí)間最長(zhǎng)的對(duì)象之一，從20世紀(jì)60年代延續(xù)至今，儲(chǔ)層類型也從早期的巖溶縫洞型石灰?guī)r儲(chǔ)層拓展至孔隙型白云巖儲(chǔ)層，并交替成為研究熱點(diǎn)。近年來，隨著盆地內(nèi)多口新井又鉆遇優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層并獲得高產(chǎn)氣流，使其再次成為前沿關(guān)注點(diǎn)[10-15]。特別是近兩年來，中國(guó)石油大慶油田公司在川中的潼南—合川區(qū)塊接連部署多口新井并獲得高產(chǎn)，展示了棲霞組—茅口組良好的勘探潛力。但是川中潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)前期認(rèn)識(shí)較少，對(duì)白云巖儲(chǔ)層機(jī)制與分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)缺乏整體性，很大程度上制約了勘探進(jìn)展。

本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，利用最新的油氣勘探成果和豐富的巖心、鉆井、錄井、分析化驗(yàn)、地震等基礎(chǔ)資料，從層序地層劃分與對(duì)比入手，結(jié)合四川盆地沉積背景分析，著眼于川中潼南—合川區(qū)塊，系統(tǒng)梳理和分析棲霞組—茅口組的沉積特征、儲(chǔ)層發(fā)育與分布特征，特別是對(duì)前期研究存在較大爭(zhēng)議的白云巖儲(chǔ)層發(fā)育主控因素和分布規(guī)律等問題[13-27]進(jìn)行深入研究，明確潼南—合川區(qū)塊的白云巖儲(chǔ)層特征、儲(chǔ)層類型及其發(fā)育的主控因素，指出棲霞組—茅口組有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)帶。研究成果對(duì)潼南—合川區(qū)塊下一步勘探選區(qū)選帶和目標(biāo)優(yōu)選有重要指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地處于揚(yáng)子臺(tái)地西北緣，潼南—合川區(qū)塊地理位置上位于遂寧、南充、廣安、重慶四地之間，構(gòu)造上處于川中低緩褶皺帶，區(qū)內(nèi)局部構(gòu)造寬緩，褶皺幅度低，大型斷裂不發(fā)育。本文研究主要集中在區(qū)塊內(nèi)三維地震滿覆蓋區(qū)域，面積為6400km2（圖1左）。

加里東末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成四川盆地部分隆升，受加里東古隆起的影響，寒武系及其以上地層遭受了不同程度的剝蝕，泥盆系及石炭系僅分布在古隆起的外圍。經(jīng)過長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕及準(zhǔn)平原化作用，中二疊世整個(gè)盆地廣泛接受海侵，在古風(fēng)化殼之上首先沉積了梁山組，為一套厚度不大（小于15m）的濱岸沼澤相含煤碎屑巖沉積。隨后快速海侵沉積了以淺水碳酸鹽臺(tái)地相為主的棲霞組，厚度為50～210m，巖性以灰色、淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主，夾少許燧石結(jié)核灰?guī)r，下部石灰?guī)r色深，含泥質(zhì)較重，上部石灰?guī)r色淺、質(zhì)純，局部發(fā)育白云巖。棲霞組上覆茅口組也為海相碳酸鹽巖沉積，巖性仍以石灰?guī)r為主，普遍含有豐富的生物碎屑。中二疊世末期，茅口組沉積中晚期受東吳運(yùn)動(dòng)和峨眉地幔柱活動(dòng)的影響，四川盆地大規(guī)模抬升，茅口組在盆地范圍內(nèi)遭受了不同程度的剝蝕，形成區(qū)域性暴露不整合面。茅口組之上覆蓋了龍?zhí)督M的泥巖（圖1右）。潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組為一套連續(xù)沉積，沉積分異不大，具備等時(shí)對(duì)比的條件。

圖1 潼南—合川區(qū)塊棲霞組沉積中晚期巖相古地理圖（左）及中二疊統(tǒng)綜合柱狀圖（右）Fig.1 Lithofacies paleogeography during the deposition period of the middle-late Qixia Formation (left) and comprehensive stratigraphic column of the Middle Permian (right) in Tongnan-Hechuan block

以經(jīng)典的層序地層學(xué)理論與方法為指導(dǎo)，在野外露頭、巖心、薄片等地質(zhì)資料和地震、測(cè)井等地球物理資料的基礎(chǔ)上，主要利用自然伽馬曲線旋回特征，采用海侵體系域、高位體系域的二分法，以合深4井為例，將中二疊統(tǒng)劃分為2個(gè)三級(jí)層序、6個(gè)四級(jí)層序（圖2）。棲霞組（SQ1）和茅口組（SQ2）各自均為一個(gè)完整的三級(jí)層序，每個(gè)三級(jí)層序又細(xì)分為海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）。

潼南—合川區(qū)塊三級(jí)層序界面十分明顯，棲霞組的底界和茅口組的頂界為暴露不整合面，是典型的巖性—巖相轉(zhuǎn)換面，界面上下地層存在陸相到海相的變化，相應(yīng)的自然伽馬曲線則表現(xiàn)出階梯狀的巨大差異。茅口組與下伏棲霞組的分界面為典型的侵蝕不整合面[15-16]，界面上下巖性和電性特征差異明顯，界面之下棲霞組頂部主要發(fā)育淺色生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r等，界面之上為茅一段典型的“眼球眼皮”石灰?guī)r發(fā)育段，主要發(fā)育灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，有機(jī)質(zhì)含量增多，自然伽馬曲線由棲霞組的中—低幅鋸齒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槊┛诮M底部的中—高幅指狀（圖2）。

三級(jí)層序內(nèi)體系域的劃分主要通過巖性組合和電性特征變化，特別是自然伽馬曲線的變化來確定。以茅口組為例，海侵體系域巖性以泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r為主，自然伽馬曲線呈中—高幅指狀。在最大海泛面附近巖性由泥質(zhì)灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r過渡到泥晶生屑灰?guī)r和生屑灰?guī)r，自然伽馬曲線表現(xiàn)出由高到低的明顯變化。高位體系域從下往上泥質(zhì)含量逐漸降低，沉積以生屑灰?guī)r為主，自然伽馬曲線轉(zhuǎn)變?yōu)殇忼X狀低值。在高位體系域的中上部白云石化作用明顯增強(qiáng)，部分可能伴隨有準(zhǔn)同生期表生巖溶現(xiàn)象，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

依照巖性疊加及變化關(guān)系可進(jìn)一步將高位體系域劃分為早期高位體系域（EHST）和晚期高位體系域（LHST）。以合深4井茅口組為例，EHST2巖性以中—厚層泥晶生屑灰?guī)r為主，夾薄層生屑灰?guī)r，為典型進(jìn)積序列，GR曲線表現(xiàn)為中—低幅鋸齒狀?yuàn)A小型箱狀特征；LHST2主要為較純的生屑灰?guī)r，為典型加積序列。EHST2和LHST2的分界面為巖性—巖相轉(zhuǎn)換面，界面之下發(fā)育泥晶—亮晶生屑灰?guī)r、含云灰?guī)r和含灰云巖，界面之上突變?yōu)樯寄嗑Щ規(guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，常規(guī)測(cè)井曲線表現(xiàn)為自然伽馬由下降至緩慢上升的轉(zhuǎn)換處（圖2）。合深4井成像測(cè)井資料和西北鄉(xiāng)野外剖面指示該界面可能為層間巖溶暴露面，見大量溶蝕現(xiàn)象。

圖2 合深4井中二疊統(tǒng)沉積層序綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive sedimentary sequence column of the Middle Permian in Well Heshen4

2 白云巖沉積特征與分布

加里東期—海西早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)中二疊世沉積的影響至關(guān)重要。受加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，四川盆地局部隆升形成川中古隆起，近“S”形展布[28-29]。盡管經(jīng)歷了海西早期整體抬升的夷平化作用，但這種西高東低的殘余古地貌格局仍控制了棲霞組—茅口組沉積早期的沉積特征[28-30]。

棲霞組沉積早期（SQ1-TST1）整個(gè)四川盆地發(fā)生快速海侵形成開闊臺(tái)地相；晚期（SQ1-HST1）逐漸海退演化為局限臺(tái)地相，臺(tái)緣沿川西劍閣—峨眉一帶展布，潼南—合川區(qū)塊在“S”形臺(tái)內(nèi)灘帶向海突出的一側(cè)，主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘和灘間洼地微相[28-29]。茅口組沉積早期（SQ2-TST2），水體急劇加深，演化為開闊臺(tái)地相；茅口組沉積中晚期（SQ2-HST2），受東吳Ⅱ幕拉張作用影響，碳酸鹽臺(tái)地發(fā)生分異，川中—川北地區(qū)發(fā)育兩級(jí)坡折，隨著水體逐漸降低，在坡折帶附近形成大面積臺(tái)內(nèi)灘沉積[29-30]?？傊徽撌窃跅冀M還是茅口組的高位體系域沉積期，潼南—合川區(qū)塊沉積水體均相對(duì)較淺，具有發(fā)育大面積臺(tái)內(nèi)灘的沉積背景，有形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的基礎(chǔ)。

根據(jù)實(shí)際鉆井資料，潼南—合川區(qū)塊的臺(tái)內(nèi)灘可分為臺(tái)內(nèi)中高能灘和臺(tái)內(nèi)低能灘。臺(tái)內(nèi)中高能灘主要發(fā)育在局部地貌相對(duì)較高、受波浪作用控制的地區(qū)，包含較多的生物碎屑，顆粒間被亮晶方解石膠結(jié)（圖3a、b），部分井還見具有生屑?xì)堄皹?gòu)造的中—細(xì)晶白云巖（圖3c、d）。臺(tái)內(nèi)低能灘形成于浪基面附近及以下，能量較低，以泥晶生屑灰?guī)r沉積為主（圖3e）。生屑為腕足類、珊瑚等，局部發(fā)育眼球狀構(gòu)造、生物擾動(dòng)構(gòu)造。臺(tái)內(nèi)灘一般由多個(gè)2～5m的小型旋回組成，由下至上粒度逐漸變粗，白云石化作用也逐漸增強(qiáng)，自然伽馬曲線表現(xiàn)為鋸齒狀低值和小型箱狀特征（圖2）。需要注意的是，并不是所有的臺(tái)內(nèi)灘均發(fā)生了白云石化，但白云巖均發(fā)育在高頻旋回頂部的臺(tái)內(nèi)中高能灘中（圖2）。常見表生巖溶作用形成的溶蝕縫洞，是該地區(qū)的主要儲(chǔ)集體（圖3d）。

灘間洼地分布于臺(tái)內(nèi)灘之間相對(duì)低洼地帶，巖性以富含泥質(zhì)的灰色、深灰色生屑泥晶灰?guī)r為主（圖3f），局部夾黑色泥巖紋層，生屑大小不均，主要由介殼類、腕足類、腹足類、海百合類碎屑構(gòu)成（圖3g—i），局部見暗色縫合線，整體致密。自然伽馬曲線整體為中高值，呈鋸齒狀?yuàn)A小型箱狀響應(yīng)特征（圖2）。

圖3 潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組巖石學(xué)特征圖版Fig.3 Plate of petrological characteristics of Qixia Formation-Maokou Formation in Tongnan-Hechuan block

研究區(qū)內(nèi)十幾口井的中二疊統(tǒng)自然伽馬曲線特征相似，具有全區(qū)可對(duì)比性，據(jù)此搭建的層序地層格架（圖4）顯示潼南—合川區(qū)塊層序地層厚度相對(duì)均一，僅SQ1-TST1厚度差異較大，由西往東逐漸加厚，反映棲霞組沉積早期西高東低的沉積古地理背景。之后沉積厚度差異逐漸變小，至SQ2-TST2時(shí)大致填平補(bǔ)齊。潼南—合川區(qū)塊沉積期地貌不存在特別大的高低起伏，局部微古地貌的差異可能控制了沉積相帶的變化，白云巖儲(chǔ)層均發(fā)育在高位體系域中上部。

3 白云巖儲(chǔ)層特征、主控因素及發(fā)育模式

通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)20余口井的觀察統(tǒng)計(jì)，潼南—合川區(qū)塊棲霞組、茅口組共發(fā)育兩種類型儲(chǔ)層：孔洞—孔隙型白云巖儲(chǔ)層及茅一段泥灰?guī)r非常規(guī)儲(chǔ)層。雖然棲霞組、茅口組頂部均為不整合面，但是該區(qū)巖溶風(fēng)化殼儲(chǔ)層并不發(fā)育，究其原因主要有兩點(diǎn)：一是棲霞組頂部不整合面暴露時(shí)間短，巖溶作用弱；二是茅口組頂部雖然暴露時(shí)間夠長(zhǎng)，但潼南—合川區(qū)塊在茅口組沉積末期整體處于巖溶洼地，充填作用強(qiáng)，巖心見大量巖溶縫洞被泥質(zhì)、方解石和黃鐵礦完全充填現(xiàn)象。目前高產(chǎn)井產(chǎn)層段主要還是以孔洞—孔隙型白云巖儲(chǔ)層為主，所以本文重點(diǎn)探討該類型白云巖儲(chǔ)層的特征、主控因素和發(fā)育模式。

3.1 儲(chǔ)層特征

潼南—合川區(qū)塊棲霞組白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在棲二段，巖性主要為云質(zhì)含量較高的含灰云巖和含云灰?guī)r，單層厚度為2～5m，垂向多層疊置發(fā)育，累計(jì)厚度為3～15m，橫向變化差異大（圖4）。白云巖儲(chǔ)層物性較好，孔隙度為2.7%～7.2%。溶蝕孔洞、晶間溶孔（粒間/粒內(nèi)溶孔）是主要儲(chǔ)集空間（圖5a—c），成像測(cè)井上見明顯縫洞和高角度裂縫發(fā)育（圖6a）。

茅口組白云巖儲(chǔ)層主要分布在茅二段中上部，巖性主要為云質(zhì)含量較高的含灰云巖和含云灰?guī)r。與棲霞組白云巖儲(chǔ)層相比，茅口組這套白云巖儲(chǔ)層單層厚度大，厚度為3～15m，橫向比較連續(xù)（圖4）。根據(jù)樣品的物性資料分析，白云巖孔隙度一般大于3%，局部純白云巖段具有較高孔隙度和滲透率，測(cè)井孔隙度可達(dá)6.1%。溶蝕孔洞、晶間溶孔（粒間/粒內(nèi)溶孔）和溶縫（圖5d—f）構(gòu)成了茅二段白云巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。成像測(cè)井上見明顯斑狀溶蝕特征，整體高角度裂縫發(fā)育（圖6b）。

3.2 儲(chǔ)層主控因素

通過鉆井巖心和巖石薄片的觀察，結(jié)合大量的碳氧鍶同位素、稀土元素、U—Pb同位素定年、陰極發(fā)光等實(shí)驗(yàn)分析，綜合分析認(rèn)為潼南—合川區(qū)塊白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育受臺(tái)內(nèi)中高能灘相、層序控制的巖溶作用和早期白云石化作用的控制，其中白云石化作用形成于準(zhǔn)同生期—早埋藏期，白云石化流體是沉積期海水，而非地層幔源熱液。

3.2.1 臺(tái)內(nèi)中高能灘是有利儲(chǔ)層形成的巖相基礎(chǔ)

潼南—合川區(qū)塊在棲霞組、茅口組高位體系域時(shí)期具備發(fā)育淺水臺(tái)內(nèi)中高能灘的沉積背景，此時(shí)生物繁盛，生屑質(zhì)的臺(tái)內(nèi)灘分布范圍廣，沉積厚度大，是該區(qū)最有利的儲(chǔ)集巖發(fā)育帶（圖2）。生屑顆粒相較于泥質(zhì)灰?guī)r等，具有更好的抗浪骨架和抗壓實(shí)能力，可提高原始孔隙度和滲透率[29]。根據(jù)該區(qū)棲霞組—茅口組樣品物性與巖性關(guān)系分析，儲(chǔ)層物性最好的主要是晶粒白云巖。這種白云巖通過原巖恢復(fù)均具有顆粒結(jié)構(gòu)，現(xiàn)余孔隙均為早期孔隙的繼承（圖3d）。而泥晶生屑灰?guī)r物性比較差，絕大部分致密無孔隙。

3.2.2 層序控制的巖溶作用是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要因素

成像測(cè)井及巖心均表明白云巖發(fā)育段存在大量的溶蝕孔洞，結(jié)合白云巖儲(chǔ)層在層序格架的發(fā)育位置來看，其主要發(fā)育于高位體系域四級(jí)層序界面之下的特征（圖2）指示巖溶作用類型為準(zhǔn)同生巖溶。受高頻海平面變化控制的準(zhǔn)同生期暴露以組構(gòu)選擇性溶蝕為典型特征，發(fā)育粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎瓤紫额愋?，通常形成基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層。

潼南—合川區(qū)塊棲霞組沉積期巖溶作用強(qiáng)度不高，旋回中上部臺(tái)內(nèi)中高能灘只發(fā)育米級(jí)以下的小型巖溶縫洞，縫洞規(guī)模小，縫洞內(nèi)充填角礫、滲流粉砂及下一期海侵沉積物。相對(duì)來說，茅二段沉積期的巖溶作用更強(qiáng)，除了能在野外剖面見茅二段順層分布的6～10m的大型巖溶縫洞系統(tǒng)之外，合深4井巖心和成像測(cè)井也能見到茅二段發(fā)育大型縫洞系統(tǒng)證據(jù)（圖2、圖6b）。合深4井茅二段取心從上到下具有明顯的巖溶分帶特征，巖溶作用逐漸變強(qiáng)，最底部發(fā)育水平狀溶洞，巖性也逐漸從泥質(zhì)灰?guī)r過渡到含云灰?guī)r和含灰云巖。通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)只有巖溶縫洞中的生屑顆粒充填物發(fā)生了白云石化作用，具有明顯的滲流特征。巖溶弱改造段的圍巖主要為泥晶生屑灰?guī)r，它與縫洞中的殘留角礫未發(fā)生白云石化作用。

圖4 潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)層序?qū)Ρ葓D（連井位置見圖1）Fig.4 Sequence correlation of the Middle Permian in Tongnan-Hechuan block (well section location is in Fig.1)

圖5 潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組儲(chǔ)層特征圖版Fig.5 Plate of reservoir characteristics of Qixia Formation-Maokou Formation in Tongnan-Hechuan block

圖6 潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育段成像測(cè)井特征Fig.6 Imaging logging characteristics of dolomite reservoir section of Qixia Formation-Maokou Formation in Tongnan-Hechuan block

沈安江等人做過的溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)揭示了巖溶作用具有相控性，同等條件下，臺(tái)內(nèi)灘相沉積物更易被大氣淡水溶解[31-32]，表明巖溶作用實(shí)際上同臺(tái)內(nèi)中高能灘相是密不可分的。

3.2.3 早期白云石化作用是孔隙保存的關(guān)鍵

白云石化作用會(huì)提高巖石的抗壓性能，早期孔隙形成后，如果沒有經(jīng)歷白云石化作用，大規(guī)模的壓溶作用不但會(huì)壓縮孔隙空間，產(chǎn)生的鈣質(zhì)流體還會(huì)充填原生孔隙，對(duì)儲(chǔ)層起破壞作用。所以早期的白云石化作用是儲(chǔ)層孔隙得以保存的關(guān)鍵因素。

通過陰極發(fā)光、白云石有序度、碳氧同位素、U—Pb同位素定年等實(shí)驗(yàn)分析來確定潼南—合川區(qū)塊白云石化的時(shí)間。陰極發(fā)光下石灰?guī)r呈弱發(fā)光—不發(fā)光特征，指示海水環(huán)境。白云巖與石灰?guī)r特征類似，絕大部分弱發(fā)光—弱紅褐色光，指示其主要形成于早期的海水—淺埋藏環(huán)境。從地球化學(xué)角度來看，白云巖樣品低有序度（平均值為0.62）的特征指示白云石為早期快速結(jié)晶，符合準(zhǔn)同生期—早埋藏期白云石化的特征。另外碳氧同位素實(shí)驗(yàn)分析表明，潼南—合川區(qū)塊棲霞組、茅口組巖石樣品的碳氧同位素大部分均落在中二疊世海水范圍內(nèi)（圖7a），表明白云石化流體主要來自同時(shí)期的海水，而非地層幔源熱液，白云巖形成的時(shí)間相對(duì)較早。稀土微量元素實(shí)驗(yàn)分析也很好地證明了這一點(diǎn)，棲霞組和茅口組的白云巖和石灰?guī)r稀土元素含量較低，白云巖整體繼承石灰?guī)r的稀土元素配分模式，大體上均為Ce正?！踟?fù)異常，Eu正?！跽惓５奶卣?。只有極少情況下才會(huì)出現(xiàn)Eu正異常，指示部分樣品受熱作用影響（圖7b）。在年代學(xué)方面，通過U—Pb同位素測(cè)年法對(duì)棲霞組—茅口組的白云巖樣品進(jìn)行定年，實(shí)驗(yàn)得到的年齡分別是286Ma±10Ma和257Ma±10Ma（圖7c、d），鎖定了棲霞組和茅口組白云石化的時(shí)間均為二疊紀(jì)，這是白云巖形成于早期最直接的證據(jù)。綜合以上分析，潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組白云石化作用形成于準(zhǔn)同生期—早埋藏期。

圖7 潼南—合川區(qū)塊巖石樣品地球化學(xué)、年代學(xué)特征圖版Fig.7 Plate of geochemical and chronological characteristics of rock samples in Tongnan-Hechuan block

3.2.4 斷裂及與斷裂相關(guān)的熱液作用進(jìn)一步加劇了儲(chǔ)層非均質(zhì)性

棲霞組—茅口組沉積期的早期斷裂提供了巖溶通道和白云石化流體運(yùn)移通道，擴(kuò)孔擴(kuò)縫之后，早期白云石化作用保存孔隙，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能起著重要的改善作用。茅口組沉積中晚期峨眉地裂活動(dòng)進(jìn)入高發(fā)期，深部熱液流體沿走滑斷裂進(jìn)入棲霞組和茅口組，對(duì)儲(chǔ)層起著“雙刃劍”作用：一方面熱液沿?cái)嗔言谄涓浇纬扇芪g孔洞；另一方面形成重結(jié)晶白云巖，熱液礦物沉淀充填孔洞，對(duì)儲(chǔ)層起破壞作用。潼南—合川區(qū)塊部分巖心的溶洞內(nèi)可見自形石英晶體沿洞壁生長(zhǎng)和白云巖溶孔被硅質(zhì)充填等現(xiàn)象。儲(chǔ)層孔洞中充填的白云石和石英中的包裹體均一溫度較高，也表明受到深部熱液流體的疊加改造作用。熱液作用并不是導(dǎo)致早期石灰?guī)r儲(chǔ)層白云石化的直接因素，而是進(jìn)一步加劇了白云巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

3.3 儲(chǔ)層發(fā)育模式

潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層的形成受原始沉積發(fā)育背景及早期白云石化作用、巖溶作用、深部熱液流體的疊加改造等因素的控制和影響。本文對(duì)白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育過程和制約因素進(jìn)行討論，建立潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育模式（圖8）。

潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層具有殘余顆粒結(jié)構(gòu)特征，其形成顯然與高能環(huán)境的沉積相有關(guān)。古地貌的高部位是高能碳酸鹽巖臺(tái)內(nèi)灘相最有利的發(fā)育位置。棲霞組沉積中后期，準(zhǔn)同生期頻繁的、短期性的海平面下降，古地貌高部位的臺(tái)內(nèi)中高能灘相不斷暴露，遭受大氣淡水溶蝕作用，形成大量的溶蝕孔洞縫。這種高孔高滲臺(tái)內(nèi)灘也是富鎂流體的匯聚區(qū)，容易接受同期富鎂流體，發(fā)生準(zhǔn)同生回流滲透白云石化（圖8a、b），保存早期形成的大量孔隙。經(jīng)過準(zhǔn)同生期白云石化作用和大氣淡水溶蝕作用形成的孔隙與構(gòu)造裂縫共同提供流體通道，為次生孔隙的進(jìn)一步發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。

茅口組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育模式與棲霞組略有不同。茅二段中部存在一期時(shí)間較長(zhǎng)的層間巖溶暴露面，接受大氣淡水淋濾時(shí)間更久，溶蝕作用更強(qiáng)。海平面整體下降時(shí)，古地貌較高部位發(fā)育的臺(tái)內(nèi)中高能灘整體接受大氣淡水淋濾，巖溶改造強(qiáng)烈。其中古地貌斜坡區(qū)巖溶作用強(qiáng)度更大，以下蝕作用和侵蝕作用為主，從而形成比較穩(wěn)定的大型縫洞系統(tǒng)。在茅口組沉積中后期下一期海侵時(shí)，打碎的巖溶角礫和生屑顆粒充填巖溶縫洞。同時(shí)期受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響，海水中充斥著大量富硅、富鎂物質(zhì)。這種富鎂海水沿早期溶蝕通道、斷裂、裂縫滲入巖溶縫洞，還處于早埋藏期未完全固結(jié)的縫洞充填物發(fā)生白云石化作用（圖8c）。殘留的溶蝕孔洞、溶縫和白云巖粒間孔構(gòu)成了這套白云巖儲(chǔ)層最主要的儲(chǔ)集空間。

除以上因素外，深部熱液流體的疊加溶蝕作用和充填作用，進(jìn)一步影響了潼南—合川區(qū)塊白云巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，但并不是控制白云石化的主要因素。

圖8 潼南—合川區(qū)塊中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.8 Development mode of the Middle Permian dolomite reservoir in Tongnan-Hechuan block

4 有利勘探區(qū)帶評(píng)價(jià)

4.1 源儲(chǔ)配置

潼南—合川區(qū)塊發(fā)育寒武系、二疊系、志留系多套烴源巖，其中潼南—合川區(qū)塊東部殘留志留系，區(qū)內(nèi)龍馬溪組發(fā)育一套黑色碳質(zhì)頁巖，TOC普遍大于0.5%，烴源巖厚度為15～60m。同時(shí)二疊系茅一段泥灰?guī)r為潛在有利烴源巖，平均TOC＞1%，厚度可達(dá)100m以上。

潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組油氣輸導(dǎo)條件較好。一方面，橫向輸導(dǎo)系統(tǒng)普遍發(fā)育，不但自身發(fā)育高孔滲的輸導(dǎo)層，中二疊統(tǒng)底界與茅口組頂界均是盆地級(jí)區(qū)域性不整合面，對(duì)油氣的側(cè)向運(yùn)移起到了重要作用；另一方面，該區(qū)走滑斷裂發(fā)育，這些走滑斷裂主要呈北西向和近東西向分布，雖然斷距較小，但斷穿地層較多，向下斷至震旦系燈影組之下，向上斷至二疊系—三疊系，可作為油氣運(yùn)移高效通道，溝通深層寒武系筇竹寺組和志留系龍馬溪組等優(yōu)質(zhì)烴源巖，控制油氣運(yùn)聚成藏。

4.2 勘探方向

圖9 潼南—合川區(qū)塊三維地震區(qū)棲霞組沉積微古地貌圖（a）及有利勘探區(qū)帶分布圖（b）Fig.9 Sedimentary micro paleogeomorphology (a) and favorable exploration zone (b) of Qixia Formation in 3D seismic area of Tongnan-Hechuan block

早期白云石化作用疊加表生巖溶改造的微古地貌高部位是規(guī)模優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)。在潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組整體處于淺水碳酸鹽臺(tái)地的沉積背景下，沉積期微古地貌高部位臺(tái)內(nèi)中高能灘更加發(fā)育，頻繁的海平面升降使其也更易暴露地表，受到大氣淡水淋濾作用形成溶蝕孔洞。這種高孔高滲臺(tái)內(nèi)灘是富鎂流體的匯聚區(qū)，易發(fā)生白云石化，從而形成優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層。

利用潼南—合川區(qū)塊三維地震資料，通過殘厚法恢復(fù)棲霞組和茅口組沉積期微古地貌。棲霞組沉積期的微古地貌整體具有西高東低的特征（圖9a），微古地貌高地位于研究區(qū)西側(cè)高石16井—磨溪42井區(qū)，由西到東呈階梯狀降低。結(jié)合已知鉆井分布情況，鉆遇白云巖儲(chǔ)層的井位基本位于微古地貌高部位，棲霞組白云巖儲(chǔ)層具有環(huán)洼分布的特征。預(yù)測(cè)潼南—合川區(qū)塊棲霞組有利勘探區(qū)帶位于西側(cè)的高石18井區(qū)、北部的磨溪42—磨溪31x1井區(qū)和磨溪39井區(qū)、中部的高石16井—合深4井區(qū)（圖9b）。

茅口組沉積期的微古地貌略微發(fā)生了變化，古地貌高地集中在研究區(qū)的中部高石16井—高石113井附近（圖10a）。茅二段的白云巖儲(chǔ)層巖溶改造作用強(qiáng)烈，層間巖溶作用形成的大型縫洞系統(tǒng)控制茅口組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育?？紤]到巖溶作用的影響，巖溶斜坡部位水動(dòng)力更強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕改造能力也更強(qiáng)，結(jié)合已鉆井分布趨勢(shì)，預(yù)測(cè)潼南—合川區(qū)塊茅口組優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層主要分布在沉積期微古地貌高地的邊緣斜坡。有利勘探區(qū)帶位于微古地貌最高的高石16井—高石113井區(qū)附近的邊緣斜坡，其中合深4井區(qū)東北方向的磨溪39井—淶1井一線相對(duì)西側(cè)的高石18井—潼4井區(qū)來說沉積期微古地貌略高，臺(tái)內(nèi)中高能灘相更發(fā)育，部分區(qū)域疊合下伏的龍馬溪組有利烴源巖，是更為有利的勘探區(qū)帶（圖10b），新鉆井在這一區(qū)帶內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了厚10m以上的白云巖儲(chǔ)層，并獲得高產(chǎn)。

5 結(jié)論

依據(jù)巖性、電性、溶蝕現(xiàn)象等特征，確立了潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組層序劃分方案。將棲霞組和茅口組劃分為2個(gè)三級(jí)層序和6個(gè)四級(jí)層序，層序地層厚度顯示潼南—合川區(qū)塊沉積期地貌不存在特別大的高低起伏，局部微古地貌的差異控制了沉積相帶的變化。潼南—合川區(qū)塊棲霞組—茅口組均屬于淺水碳酸鹽巖沉積，臺(tái)內(nèi)生屑灘大面積分布，白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在高頻旋回頂部的臺(tái)內(nèi)中高能灘相中。

潼南—合川區(qū)塊的棲霞組和茅口組白云巖儲(chǔ)層特征略有差異。棲霞組白云巖儲(chǔ)層單層厚度薄，垂向疊置發(fā)育。茅口組白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在茅二段中上部，單層厚度大，橫向較連續(xù)。溶蝕孔洞、晶間溶孔（粒間/粒內(nèi)溶孔）和溶縫構(gòu)成了棲霞組和茅口組白云巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。通過鉆井巖心和巖石薄片的觀察，結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)分析，明確了棲霞組—茅口組白云巖的發(fā)育受臺(tái)內(nèi)中高能灘相帶、受層序控制的巖溶作用和早期白云石化作用3個(gè)因素控制。早期白云石化作用疊加表生巖溶改造的微古地貌高部位是潼南—合川區(qū)塊規(guī)模優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)，棲霞組優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在微古地貌高部位，具有環(huán)洼分布的特征，有利勘探區(qū)帶位于研究區(qū)的中西部；層間巖溶作用形成的大型縫洞系統(tǒng)控制茅口組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育，優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在微古地貌高地的邊緣斜坡，最有利的勘探區(qū)帶位于中部的合深4井區(qū)東北方向的磨溪39井—淶1井一線，并得到多口新鉆井印證。

圖10 潼南—合川區(qū)塊三維地震區(qū)茅口組沉積微古地貌圖（a）及有利勘探區(qū)帶分布圖（b）Fig.10 Sedimentary micro paleogeomorphology (a) and favorable exploration zone (b) of Mao Formation in 3D seismic area of Tongnan-Hechuan block