川西地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云石化作用及其對儲層的影響

唐順成,林良彪,蘇中堂,梁 茹,2,馬 慧,余 瑜

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.中國石化中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院,河南 濮陽 457001)

碳酸鹽巖儲層在油氣勘探中始終占據(jù)一席之地,而其中白云巖儲層更為重要［1］。困擾地質(zhì)學(xué)界200多年的白云巖成因問題對探索白云巖儲層有著重大意義,也是目前碳酸鹽巖沉積學(xué)研究的關(guān)鍵問題。目前主流的白云石化作用有滲透回流白云石化作用、蒸發(fā)泵白云石化作用、混合水白云石化作用、埋藏白云石化作用及構(gòu)造熱液白云石化作用［1-3］。近年來,隨著在川西地區(qū)多口探井中獲取高產(chǎn)氣流,四川盆地棲霞組表現(xiàn)出較好的勘探潛能［4］。四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖儲層也取得了許多關(guān)于白云巖成因的研究成果,但成因眾說紛紜。如曾德銘等［5］認(rèn)為川西北棲霞組白云巖儲層主要與混合水白云石化作用有關(guān);蔣志斌等［6］認(rèn)為川西北棲霞組云質(zhì)豹斑灰?guī)r中的“豹斑”是經(jīng)混合水白云石化形成,而晶粒白云巖經(jīng)埋藏白云石化形成,其中埋藏白云石化作用對儲集層的貢獻(xiàn)最大;裴森奇等［7］認(rèn)為川西北棲霞組白云巖是在多期埋藏白云石化作用的綜合影響下形成的產(chǎn)物,而個(gè)別樣品中存在的鞍狀白云石并不能證明熱液白云石化是棲霞組白云巖形成的主要成因;金振奎等［8］認(rèn)為滇東-川西中二疊統(tǒng)白云巖是淋濾玄武巖的大氣降水流向地下深處,在溫度較高的埋藏環(huán)境中形成的;韓曉濤等［9］認(rèn)為川西南棲霞組白云巖形成于異地高溫?zé)嵋毫黧w混入部分海水的構(gòu)造熱液模式;田景春等［10］認(rèn)為四川盆地棲霞組白云巖是多種白云石化作用疊加改造形成的產(chǎn)物。

前人對四川盆地棲霞組的研究主要涉及白云巖的成因,討論白云石化作用及其對儲層影響的文章不多,研究相關(guān)白云石化作用及其對儲層的貢獻(xiàn)更有利于該地區(qū)油氣的勘探開發(fā)。本文結(jié)合研究區(qū)沉積和構(gòu)造演化背景,利用野外剖面、鉆井巖心資料,根據(jù)巖石礦物鑒定及碳氧鍶同位素、稀土元素等地球化學(xué)手段,研究川西地區(qū)棲霞組白云石化作用及其對儲層的影響,為油氣勘探提供更有力的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地是上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺中呈北東向的菱形疊合盆地。盆地北緣為米倉山隆起和大巴山?jīng)_斷褶皺帶,西接甘孜—松潘褶皺帶和龍門山?jīng)_斷褶皺帶,東鄰黔渝湘鄂褶皺帶和雪峰隆起［11］。自震旦紀(jì)以來,四川盆地總體以下沉為主,卻又經(jīng)歷了多次的升降運(yùn)動,其發(fā)展過程中主要經(jīng)歷的6個(gè)構(gòu)造變革時(shí)期從老到新依次為揚(yáng)子旋回、加里東旋回、海西旋回、印支旋回、燕山旋回、喜馬拉雅旋回,其中海西旋回在四川盆地主要包括泥盆紀(jì)末的柳江運(yùn)動、石炭紀(jì)末的云南運(yùn)動和二疊紀(jì)中—晚期的東吳運(yùn)動［12］。云南運(yùn)動造成四川盆地長期遭受風(fēng)化剝蝕,而隨著中二疊世大范圍海侵,研究區(qū)接受沉積,形成棲霞組碳酸鹽巖沉積。棲霞組沉積期,海平面整體先升后降［12-13］。東吳運(yùn)動導(dǎo)致上揚(yáng)子地區(qū)地殼隆起,產(chǎn)生較多斷層和裂縫,伴有大量玄武巖噴出,形成峨眉山大火成巖省(ELIP)［13-14］。陳軒等［15］通過研究表明,鄰近斷裂帶的白云石化作用較遠(yuǎn)離斷裂帶的更強(qiáng),也使得白云巖儲層越厚,橫向連續(xù)性越好。

本文研究區(qū)中二疊統(tǒng)分為兩個(gè)組,自下而上為棲霞組和茅口組(圖1)。其中,棲霞組地層從老到新又劃分為棲一段、棲二段,厚度在 20～300 m,基本穩(wěn)定在 100～150 m之間,以灰色-淺灰色白云巖和灰-深灰色灰?guī)r為主［13］,白云巖主要發(fā)育于棲二段。結(jié)合前人研究［12-13］,研究區(qū)棲霞組可劃分海侵體系域(TST)和高位體系域(HST),棲一段為海侵體系域,發(fā)育開闊臺地相,以泥晶灰?guī)r、藻灰?guī)r和生屑灰?guī)r為主,少量亮晶生屑灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r和白云巖;棲二段為高位體系域,發(fā)育臺地邊緣相,以生屑灰?guī)r、結(jié)晶白云巖、殘余顆粒白云巖為主。

圖1 研究區(qū)位置及地層柱狀圖Fig.1 Location and stratigraphic histogram of the study area(據(jù)梁茹等［16］、馬慧等［17］、Zhou J.G.等［18］修改)

2 白云巖儲層特征

2.1 白云巖巖石學(xué)特征

本次研究將川西棲霞組白云巖按照產(chǎn)狀分類,分為殘余結(jié)構(gòu)白云巖、結(jié)晶白云巖、鞍狀白云巖和脈體充填白云巖4類［16-17］。其中有利的白云巖儲集巖類主要為殘余結(jié)構(gòu)白云巖和結(jié)晶白云巖。

殘余結(jié)構(gòu)白云巖：因局部白云石化的強(qiáng)烈作用,具有原始粒屑結(jié)構(gòu)的粒屑灰?guī)r交代為具殘余結(jié)構(gòu)的白云巖(圖2-A),可識別出原始粒屑的幻影。顯微鏡下可觀察到白云石粒徑為 50～500 μm,為細(xì)—中晶,晶體較自形,呈半自形—自形,且表面明顯較臟,具霧心亮邊結(jié)構(gòu),不規(guī)則分布粒間溶孔或粒間孔(圖2-B)。陰極發(fā)光下,白云石晶體邊緣呈明亮紅光,可見明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu),總體發(fā)暗紅色的光。此類白云巖主要發(fā)育于漢深1井、廣元西北鄉(xiāng)剖面、洪雅張村剖面,少量發(fā)育于礦2井。

圖2 川西地區(qū)棲霞組白云巖巖石學(xué)特征Fig.2 Petrological characteristics of Qixia Formation dolomite in western Sichuan(據(jù)梁茹等［16］、馬慧等［17］、Zhou J.G.等［18］修改)(A)殘余結(jié)構(gòu)白云巖巖心,漢深1井,深度4 977.46 m,P2q2;(B)殘余結(jié)構(gòu)白云巖,漢深1井,深度4 972.6 m,P2q2,單偏光;(C)結(jié)晶白云巖巖心,礦2井,深度2 440.99 m,P2q2;(D)結(jié)晶白云巖,礦2井,深度2 448.07 m,P2q2,單偏光;(E)鞍狀白云石充填于巖石溶孔中,漢深1井,深度4 988.98 m,P2q2;(F)鞍狀白云石,漢深1井,深度4 988.98 m,單偏光;(G)脈體白云石充填,雙探9井,深度7 756.7 m,P2q2;(H)脈體充填白云石,雙探9井,深度7 752.4 m,P2q2,單偏光

結(jié)晶白云巖：結(jié)晶白云巖是一種具晶粒結(jié)構(gòu)的白云巖(圖2-C)。川西棲霞組結(jié)晶白云巖在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育于礦2井、雙探9井,少量發(fā)育于雙探8井、漢深1井。顯微鏡下呈不等粒晶粒結(jié)構(gòu),粉晶—巨晶均有出現(xiàn),以粉—中晶為主,自形程度較好,具霧心亮邊結(jié)構(gòu),可見晶間孔或晶間溶孔,偶見溶縫(圖2-D)。陰極發(fā)光下,晶體中心均呈暗紅光,邊緣均呈明亮的桔紅光。

2.2 儲集空間類型

研究區(qū)儲集空間類型以粒間孔、晶間孔、溶孔、溶縫為主。粒間孔的面孔率為 4%～9%,孔隙大小在 50～150 μm,總體呈不規(guī)則圓孔狀,有些呈不規(guī)則長柱狀,孔洞邊緣總體較為平直,連通性較差,見于殘余結(jié)構(gòu)白云巖中,主要發(fā)育在殘余粒屑間(圖3-A)。晶間孔的面孔率為6%～15%,孔隙大小為 20～300 μm,總體呈不規(guī)則圓孔狀,部分呈不規(guī)則長柱狀,邊緣較為平直,連通性較好。主要見于粉晶白云巖以及細(xì)晶白云巖,主要發(fā)育在晶間(圖3-B)。溶孔的面孔率為5%～10%,孔隙大小為 30～400 μm,總體呈不規(guī)則圓孔狀,少數(shù)呈不規(guī)則長柱狀,邊緣呈港灣狀,主要見于粉晶白云巖以及細(xì)晶白云巖中,主要發(fā)育在晶間(圖3-C)。溶縫的面孔率約為 3%,寬度約為 30 μm,溶縫邊緣呈港灣狀特征,部分邊緣較為平直。連通性較好,主要見于粉晶白云巖以及細(xì)晶白云巖(圖3-D)。

圖3 川西地區(qū)棲霞組白云巖儲集空間特征Fig.3 Characteristics of reservoir space of Qixia Formation dolomite in western Sichuan(據(jù)梁茹等［16］、馬慧等［17］、Zhou J.G.等［18］修改)(A)殘余粒屑白云巖,不規(guī)則圓孔狀粒間孔,雙探8井,深度7 330.2 m,P2q2,單偏光;(B)細(xì)晶白云巖,不規(guī)則圓孔狀晶間孔,礦2井,深度2 459.57 m,P2q2,單偏光;(C)粉晶白云巖,溶孔,漢深1井,深度4 967.5 m,P2q2,單偏光;(D)細(xì)晶白云巖,溶縫,邊界較平直,雙探3井,深度7 462.2 m,P2q2,單偏光

2.3 儲集物性特征

通過研究區(qū)棲霞組鉆井取心段188件樣品的孔隙度、88件樣品的滲透率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)棲霞組內(nèi)部白云巖與灰?guī)r的孔、滲特征有較大區(qū)別。由圖4可以看出,白云巖儲層物性最好,孔隙度平均為1.64%,大多為0.50%～2.50%,最高可達(dá)10.39%;平均滲透率為2.35 ×10-3μm2,最高可達(dá)53.40×10-3μm2?；?guī)r儲層物性較差,平均孔隙度為1.11 %,最大值為3.12 %,平均滲透率為1.86×10-3μm2。

圖4 川西地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖孔隙度和滲透率分布直方圖Fig.4 Histogram of porosity and permeability distribution of carbonate rocks in Qixia Formation,western Sichuan

以漢深1井和雙探3井為例。漢深1井棲霞組白云巖儲層物性分析顯示,儲層孔隙度為0.16%～10.39%,平均為1.75%,主要分布在0.50%～2.00%;滲透率為(0～39.10)×10-3μm2,總體平均為 1.78×10-3μm2,主要分布在(0.01～1.00)×10-3μm2,>0.10×10-3μm2的樣品占總數(shù)的54.55%(圖5-A)。雙探3井棲霞組白云巖儲層物性分析顯示,儲層孔隙度為0.23%～4.42%,平均為0.94%,主要分布在0.50%～1.50%;儲層滲透率為(0～53.40)×10-3μm2,總體平均為2.28×10-3μm2,主要分布在(0.001～1.00)×10-3μm2,>0.01×10-3μm2的樣品占80.43%(圖5-B)。

圖5 川西地區(qū)棲霞組儲層綜合柱狀圖Fig.5 Composite histogram of the Qixia Formation in western Sichuan

根據(jù)以上物性統(tǒng)計(jì)分析,川西地區(qū)棲霞組白云巖儲層總體以低孔、低滲為主,局部發(fā)育低孔-高滲型儲層。對比之下,無論是孔隙度還是滲透率,白云巖儲層明顯優(yōu)于灰?guī)r儲層。

3 白云巖儲層地球化學(xué)特征及白云石化作用

對川西地區(qū)的洪雅張村剖面、廣元西北鄉(xiāng)剖面、漢深1井、礦2井、雙探8井、雙探9井的棲霞組樣品進(jìn)行碳氧鍶同位素和稀土元素分析。本次地球化學(xué)分析樣品共 26 件,其中泥微晶灰?guī)r 1 件,殘余結(jié)構(gòu)白云巖 12 件,結(jié)晶白云巖 13 件,開展了碳氧鍶同位素、痕量元素分析。

3.1 碳氧同位素

碳氧同位素可用于識別成巖流體性質(zhì),并推測其成巖環(huán)境。前人研究發(fā)現(xiàn)碳穩(wěn)定同位素變化主要受到生物分餾作用、水體中碳穩(wěn)定同位素成分、有機(jī)質(zhì)的分解及從植物或土壤中獲取CO2過程的影響,與溫度聯(lián)系較?。?4］。對于δ13CPDB來說,大氣淡水成巖環(huán)境的產(chǎn)物明顯偏負(fù)(-7‰);海水成巖環(huán)境產(chǎn)物的δ13CPDB一般在0‰～4‰,呈低正異常。而溫度升高會導(dǎo)致碳酸鹽巖δ18O值偏負(fù),大氣淡水成巖環(huán)境下形成的碳酸鹽巖δ18O值亦是如此［19-22］。

川西地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖碳、氧同位素見表1。測試結(jié)果顯示：殘余結(jié)構(gòu)白云巖δ13C值范圍為1.95‰～3.85‰,平均值為3.47‰;δ18O值為-9.409‰～-4.753‰,平均值為-8.100‰;結(jié)晶白云巖δ13C值范圍為2.12‰～3.57‰,平均值為2.76‰;δ18O值范圍為-8.924‰ ～-4.850‰,平均值為-6.014‰(圖6)。

圖6 川西地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖δ13C-δ18O散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter diagram of δ13C-δ18O for Qixia Formation carbonate rocks in western Sichuan圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)橥诤Ｋ凰胤秶?/p>

3.2 鍶同位素

地質(zhì)歷史中海水的Sr同位素值與時(shí)間有較好的響應(yīng)關(guān)系,且主要受殼源和幔源兩大來源控制。當(dāng)白云石化流體為淡水或穿過硅鋁酸鹽地層時(shí),Sr同位素值就會高于背景值;因此可以通過鍶同位素較好地示蹤白云石化流體來源。研究區(qū)棲霞組泥微晶灰?guī)r的87Sr/86Sr值為0.707 20,落在二疊紀(jì)正常海水87Sr/86Sr值范圍(0.706 60 ～0.708 20)［23-28］內(nèi),與同期海水值一致,可以代表二疊紀(jì)同期海水鍶同位素組成［9］(圖7)。

圖7 川西地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖87Sr/86Sr散點(diǎn)圖Fig.7 Scattergram of 87Sr/86Sr for Qixia Formation carbonate rocks in western Sichuan圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)橥诤Ｋ凰胤秶?/p>

由表1可知,殘余結(jié)構(gòu)白云巖87Sr/86Sr值處于0.706 14～0.709 55范圍內(nèi),部分落在同期海水87Sr/86Sr值范圍內(nèi),部分高于同期海水87Sr/86Sr值,平均值為0.708 31;結(jié)晶白云巖87Sr/86Sr值在0.707 96～0.710 36 之間,大部分高于同期海水87Sr/86Sr值,平均值為0.708 79(圖7)。

3.3 稀土元素

稀土元素可以較好地示蹤流體,不同的成巖流體具有不同的REE配分特征和不同的Ce、Eu異常。川西地區(qū)棲霞組白云巖稀土元素含量見表2。本文利用PAAS(后太古代澳大利亞頁巖)對棲霞組白云巖稀土元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［29］,并建立了REE配分模式(圖8-A)及δCe-δEu異常散點(diǎn)圖(圖8-B),用以判斷流體來源及性質(zhì)。

圖8 川西地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖稀土元素?cái)?shù)據(jù)分析圖Fig.8 REE data analysis of Qixia Formation carbonate rocks in western Sichuan圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)橥诤Ｋ凰胤秶?/p>

研究區(qū)泥微晶灰?guī)r與各類白云巖(石)的∑REE含量均較低,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wREE)為 (0.968 8～9.384 4)×10-6(表2),平均值為 2.919 3×10-6,遠(yuǎn)低于PAAS(184.773 0×10-6),表明研究區(qū)泥微晶灰?guī)r和各類白云巖在沉積和成巖過程中基本沒有受到陸源物質(zhì)的影響,能夠準(zhǔn)確反映同期海水的REE特征［30-32］。REE配分模式圖顯示,殘余結(jié)構(gòu)白云巖和結(jié)晶白云巖的REE配分模式與泥微晶灰?guī)r相似,整體表現(xiàn)出輕稀土元素虧損、重稀土元素富集且Ce、Eu虧損的配分特征,基本繼承了泥微晶灰?guī)r的特征。泥微晶灰?guī)rδCe值為0.663×10-6,明顯呈負(fù)異常;δEu值為0.650 2×10-6,同樣顯負(fù)異常。殘余結(jié)構(gòu)白云巖δCe值為(0.831 9～0.986 5)×10-6,平均值為 0.897 1×10-6,顯負(fù)異常;δEu值為(0.784 7 ～1.260 7)×10-6,平均值為0.961 9×10-6,略顯負(fù)異常。結(jié)晶白云巖δCe值為(0.449 7～1.113 1)×10-6,平均值為0.826 6×10-6,顯負(fù)異常;δEu值在(0.676 8～1.113 8)×10-6,平均值為0.915 7×10-6,呈弱負(fù)異常。

3.4 白云石化作用

由研究區(qū)各類巖石學(xué)特征及地球化學(xué)特征可知,殘余結(jié)構(gòu)白云巖和結(jié)晶白云巖的δ13C值均落在同期海水范圍內(nèi),大于泥微晶灰?guī)r,表明白云石化流體無大氣淡水的參與［32-38］;REE配分模式均與泥微晶灰?guī)r相似,Ce負(fù)異常,Eu弱負(fù)異常甚至異常不明顯,表明白云石化流體以原始海水為主。結(jié)晶白云巖的δ18O值基本落在同期海水范 圍內(nèi),相對偏負(fù),接近二疊系海水的界限;而殘余結(jié)構(gòu)白云巖的δ18O平均值為-8.100‰,明顯低于δ18O值為-5.529‰的泥微晶灰?guī)r,說明該類白云巖受到了熱分餾作用［15］。同時(shí)殘余結(jié)構(gòu)白云巖的δCe與δEu相對于泥微晶灰?guī)r偏正,說明殘余結(jié)構(gòu)白云巖成巖環(huán)境相對氧化,且溫度相對升高,而結(jié)晶白云巖成巖環(huán)境相對殘余結(jié)構(gòu)白云巖來說略缺氧、低溫。

川西地區(qū)棲霞組流體是一種高鹽度流體,但研究區(qū)棲霞組缺乏膏巖沉積,因此蒸發(fā)泵白云石化作用或滲透回流白云石化作用不適用于該區(qū)。

上述特征均揭示這兩類白云巖形成于流體性質(zhì)與棲霞組正常海水相近或鹽度稍高、埋藏較淺的環(huán)境,推測其是一個(gè)淺埋藏白云石化的過程,在文石、高鎂方解石穩(wěn)定化過程中鎂離子會釋放出來,后期在壓實(shí)作用下,封存于孔隙中的流體在沉積物中流動,導(dǎo)致沉積物發(fā)生白云石化。

研究區(qū)非儲層的白云石有鞍狀白云石(圖2-E、F)和脈體充填白云石(圖2-G、H)。研究［16-17］表明,川西地區(qū)棲霞組鞍狀白云石常見于條帶狀構(gòu)造裂隙內(nèi)及溶孔內(nèi),顯微鏡下多見曲面他形粗晶。曲面他形具波狀消光的巖石學(xué)特征及δ13C未見負(fù)偏且與二疊紀(jì)海水相近的地化特征指示非大氣淡水成因,結(jié)合δ18O明顯偏負(fù)與Eu正異常的特征,推測白云石化流體為峨眉山玄武巖噴發(fā)過程中沿?cái)嗔洋w系運(yùn)移的溶有碳酸鹽的熱液,這些流體穿過了下伏硅酸鹽地層,使其87Sr/86Sr值明顯高于同期海水,因此認(rèn)為鞍狀白云石應(yīng)為峨眉山玄武巖噴發(fā)過程中熱液成因的白云石;而脈體充填白云石分布于巖石裂隙內(nèi),晶體呈半自形—他形,陰極發(fā)光稍亮,δ13C值基本在二疊紀(jì)海水范圍內(nèi),δ18O偏負(fù),Ce負(fù)異常,Eu非正異常,說明白云石化流體非熱液流體,該類白云石可能為埋藏期孔隙囚禁鹵水沿裂隙形成,δ18O偏負(fù)應(yīng)為埋藏條件溫度效應(yīng)的反映。

4 白云石化作用對儲層的影響

白云石化作用是白云巖儲層形成的關(guān)鍵因素,無論是棲霞組還是茅口組,四川盆地中二疊統(tǒng)儲層均主要發(fā)育在白云巖中,說明白云石化作用對儲層形成具有明顯影響。西北鄉(xiāng)剖面和礦2井棲霞組內(nèi)白云巖儲層發(fā)育情況可證明,白云石化作用的確可以使原始非儲層轉(zhuǎn)變?yōu)閮?。川西地區(qū)棲霞組白云石化作用對儲層的影響包括4個(gè)方面：①白云石化作用控制晶間孔的形成;②白云石化過程的伴生溶蝕作用;③白云石化使巖石更抗壓實(shí)壓溶;④構(gòu)造熱液白云石化對儲層的改造。川西地區(qū)棲霞組白云巖儲層演化如圖9所示。

圖9 川西地區(qū)棲霞組白云巖儲層演化示意圖Fig.9 Diagram demonstrating evolution of Qixia Formation dolomite reservoir in western Sichuan

4.1 白云石化作用控制晶間孔的形成

根據(jù)文獻(xiàn)［39］～［45］可將白云石化作用對孔隙的增減機(jī)理歸為3種機(jī)制：

2CaCO3+Mg2+→CaMg(CO3)2+Ca2+

(1)

體積減少13%,形成孔隙;

(2)

體積增加75%,極大程度地減孔;

(3)

巖石孔隙體積變化和巖石孔隙度受到的影響均較小。

通過將川西地區(qū)棲霞組白云巖與灰?guī)r的物性特征進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)孔滲性能不好的灰?guī)r,經(jīng)過白云石化后孔滲性能得到改善;結(jié)合顯微鏡下薄片的觀察,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)棲霞組白云巖多發(fā)育粒間孔、晶間孔、溶孔以及溶縫。因此研究區(qū)的白云石化作用總體上應(yīng)該是一個(gè)增孔的過程。

4.2 白云石化過程的伴生溶蝕作用

J.Warren［1］認(rèn)為白云石化過程包括了結(jié)構(gòu)組成的改變及孔隙流體演化的反應(yīng),并在這個(gè)過程中形成了交代和膠結(jié)產(chǎn)物。而在白云石化過程晚期,當(dāng)白云石的沉淀速率低于方解石的溶蝕速度,便可形成一定的孔隙［43］。而巖石經(jīng)過白云石化后,成分的非均質(zhì)性增強(qiáng)導(dǎo)致選擇性溶蝕更易發(fā)生［46］。楊俊杰等［47］認(rèn)為隨著埋藏深度的增加,白云巖將比灰?guī)r更易溶解,因此在深埋藏條件下,白云巖儲層儲集性更加優(yōu)良。

白云石化過程中白云石化流體自身造成的溶蝕非常重要。正如張學(xué)豐等［46］所說,白云石化是一個(gè)反復(fù)溶蝕-沉淀的過程,這個(gè)過程伴隨著方解石或文石的溶解,只要有合適的流體通道和充足的 Mg2+,就會不斷發(fā)生白云石化。在淺埋藏階段,研究區(qū)棲霞組中有機(jī)質(zhì)處于未成熟—半成熟階段;而在埋藏后期,有機(jī)質(zhì)成熟,逐步釋放出CO2、有機(jī)酸等腐蝕性物質(zhì),與地層水作用后,生成的腐蝕性流體沿儲集空間流動并溶蝕儲集層,形成溶蝕孔洞、孔縫,使相鄰儲集空間相互連通,提高儲集層的物性。

4.3 白云石化對儲層孔隙的保存作用

白云石化作用對儲層的影響還體現(xiàn)在孔隙保存方面,早期白云石化增強(qiáng)了地層的抗壓能力,起到保存孔隙的作用。

研究區(qū)殘余結(jié)構(gòu)白云巖中粒間孔發(fā)育在殘余顆粒周邊,為繼承性孔隙。灘間微相發(fā)育的結(jié)晶白云巖,若晶體大小一致,則可發(fā)育較好的孔隙;若形成不等粒結(jié)晶白云巖,則孔隙體積會減小,甚至不發(fā)育孔隙。對比研究區(qū)棲霞組白云巖與灰?guī)r現(xiàn)今孔隙度差異,整體來說川西地區(qū)灰?guī)r儲層的物性比白云巖要差,可見白云石化對孔隙的保存是有意義的。

4.4 構(gòu)造熱液白云石化對儲層的改造

據(jù)王春梅［48］研究,東吳運(yùn)動時(shí)期棲霞組埋藏深度僅400 ～600 m,而實(shí)驗(yàn)得出的包裹體均一溫度竟高達(dá) 243℃,這并非僅埋藏條件下能夠達(dá)到的程度。此外,據(jù)黃思靜等［49］、朱傳慶等［50］的研究表明,峨眉山玄武巖噴發(fā)事件發(fā)生于中二疊世末,其造成川西地區(qū)古熱流值急劇升高;而此時(shí)棲霞組沉積處于淺埋藏環(huán)境,深度不足500 m,巖石尚未完全壓實(shí),具有一定的孔隙,孔隙中可能存有改變不大的海水或鹵水。峨眉山玄武巖噴發(fā)事件造成地殼隆升,局部地層升溫,同時(shí)伴隨有活躍的構(gòu)造斷裂運(yùn)動,這些運(yùn)動為深部熱液的上涌提供了良好通道［9］。當(dāng)深部熱液進(jìn)入碳酸鹽巖地層中,會打破原始地層孔隙水與圍巖之間的化學(xué)平衡,并發(fā)生溶蝕、交代或沉淀作用,改變原有儲層的孔隙結(jié)構(gòu)同時(shí)改變儲層的儲集性能［23］。研究區(qū)熱液對儲層的改造主要表現(xiàn)為熱液溶蝕和充填作用。

a.熱液溶蝕作用：來自盆地深部的熱液流體,可攜帶大量CO2和H2S等酸性氣體［50］,當(dāng)其作用于碳酸鹽巖地層時(shí),可對其進(jìn)行溶蝕改造;同時(shí)隨著溫度、壓力以及流體性質(zhì)改變,流體在飽和狀態(tài)下便會發(fā)生沉淀,析出熱液礦物,棲霞組白云巖溶蝕孔洞內(nèi)充填石英、螢石、黃鐵礦和鞍狀白云石等熱液礦物組合,便是熱液活動及其溶蝕作用的佐證。熱液溶蝕對棲霞組白云巖進(jìn)行改造,為油氣充注奠定了基礎(chǔ),對儲層起到了建設(shè)性作用。

b.充填作用：熱液流體進(jìn)入棲霞組碳酸鹽巖地層中,并沿裂隙充填形成鞍狀白云石。峨眉山大火成巖省內(nèi)帶和中帶的構(gòu)造運(yùn)動更加強(qiáng)烈,熱液流體更易沿裂縫上涌進(jìn)入棲霞組碳酸鹽巖地層中,這些熱液流體同樣可以沿裂隙等充填形成脈體充填白云石。此外,較高溫度的流體會造成原有白云石重結(jié)晶或過度生長,白云石晶粒變粗,進(jìn)一步破壞儲層物性,對儲層是一種破壞性作用。

5 結(jié)論

a.川西中二疊統(tǒng)棲霞組有利的白云巖儲集巖類主要為殘余結(jié)構(gòu)白云巖和結(jié)晶白云巖。通過薄片及巖心觀察,殘余結(jié)構(gòu)白云巖晶體較自形,為細(xì)—中晶,具殘余結(jié)構(gòu),陰極發(fā)光下總體發(fā)暗紅光,晶體邊緣呈明亮紅光;結(jié)晶白云巖具不等粒晶粒結(jié)構(gòu),粉—中晶為主,自形程度較好,具有霧心亮邊結(jié)構(gòu),陰極發(fā)光下晶體中心發(fā)暗紅光,邊緣發(fā)明亮的桔紅光。儲集空間類型以粒間孔、晶間孔、溶孔、溶縫為主。白云巖儲層平均孔隙度為1.64%,平均滲透率為2.35×10-3μm2,物性優(yōu)于灰?guī)r,總體以低孔、低滲為主,局部發(fā)育低孔-高滲型儲層。

b.研究區(qū)棲霞組白云巖儲層主要是埋藏白云石化作用的結(jié)果,殘余結(jié)構(gòu)白云巖和結(jié)晶白云巖為埋藏白云石化作用的產(chǎn)物。這兩類白云巖形成于流體性質(zhì)與棲霞組正常海水相近或鹽度稍高、埋藏較淺的環(huán)境,在后期受到熱事件的影響。

c.研究區(qū)白云石化作用為優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育構(gòu)建了良好條件,保證了后期油氣的充注與保存。但不同種類的白云石化作用對儲層產(chǎn)生的影響也可能截然相反,如早期發(fā)生埋藏白云石化作用對白云巖儲層有建設(shè)性作用,發(fā)育大量晶間孔,有利于儲滲空間的形成,使其早期就具有相對較好的物性特征。隨著白云石化流體的持續(xù)供給,許多白云石開始形成次生加大邊或向半自形轉(zhuǎn)變,晶間孔逐漸縮小,孔隙度逐步變差。后期峨眉山玄武巖噴發(fā)事件影響下發(fā)生的熱液白云石化作用再次對儲層進(jìn)行破壞性作用,形成的鞍狀白云石或脈體充填白云石占據(jù)儲層部分孔縫,使孔滲條件變差。