四川盆地北部及周缘地区震旦系灯影组二段、四段储集层特征及成因差异
[李勇1, 2 
, 王兴志1, 2 , 冯明友2 , 曾德铭2 , 谢圣阳1, 2 , 凡睿3 , 王良军3 , 曾韬3 , 杨雪飞1, 2 ]
, 王兴志, 冯明友引用本文
李勇, 王兴志, 冯明友, 曾德铭, 谢圣阳, 凡睿, 王良军, 曾韬, 杨雪飞. 四川盆地北部及周缘地区震旦系灯影组二段、四段储集层特征及成因差异[J]. 石油勘探与开发, 2019,46(1): 52-64.
LI Yong, WANG Xingzhi, FENG Mingyou, ZENG Deming, XIE Shengyang, FAN Rui, WANG Liangjun, ZENG Tao, YANG Xuefei. Reservoir characteristics and genetic differences between the second and fourth members of Sinian Dengying Formation in northern Sichuan Basin and its surrounding areas[J]. Petroleum Exploration & Development, 2019,46(1): 52-64.
Doi: 10.11698/PED.2019.01.05LI Yong, WANG Xingzhi, FENG Mingyou, ZENG Deming, XIE Shengyang, FAN Rui, WANG Liangjun, ZENG Tao, YANG Xuefei. Reservoir characteristics and genetic differences between the second and fourth members of Sinian Dengying Formation in northern Sichuan Basin and its surrounding areas[J]. Petroleum Exploration & Development, 2019,46(1): 52-64.
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四川盆地北部及周缘地区震旦系灯影组二段、四段储集层特征及成因差异
第一作者简介：李勇（1986-）,男,四川乐山人,西南石油大学博士研究生,主要从事储集层地质学及测井地质学方面研究。地址：四川省成都市新都区新都大道8号,西南石油大学地球科学与技术学院,邮政编码：610500。E-mail：ly2005@yeah.net
摘要
基于野外露头、钻井岩心的宏观与微观研究,结合相关地球化学分析资料,对四川盆地北部及周缘地区震旦系灯影组二、四段储集层特征及成因进行了探讨与对比。研究认为：区内灯影组二段储集层分布于地层中部,主要受丘滩复合体和表生期岩溶作用的共同控制,近顺层分布的拉长状孤立藻格架溶洞和残余“葡萄花边”洞构成其储集空间主体,其中部分空间被多期亮晶白云石半充填,未见有沥青分布,连通性较差,多属于低孔、低渗型储集层;灯影组四段储集层在地层中上部—顶部发育,受丘滩集合体和埋藏溶蚀作用控制明显,近顺层分布的藻格架溶孔、溶洞、晶间孔和晶间溶孔构成其主要储集空间,其中部分空间被较多沥青和少量石英半充填,几乎未见亮晶白云石分布,连通性相对较好,多属于中—低孔、低渗型储集层,局部为中高孔、中渗型。受丘滩复合体发育程度与溶蚀作用差异的共同影响,沿宁强—广元—剑阁—阆中一线分布的台地边缘是最有利于优质储集层发育的区带,深埋地表之下的广元—阆中一带则是今后该领域油气勘探的主要地区。
关键词:
四川盆地; 川北地区; 震旦系; 灯影组; 丘滩复合体; 表生岩溶; 埋藏溶蚀; 储集层
中图分类号:TE122
文献标志码:A
文章编号:1000-0747(2019)01-0052-13
Reservoir characteristics and genetic differences between the second and fourth members of Sinian Dengying Formation in northern Sichuan Basin and its surrounding areas
LI Yong1, 2 , WANG Xingzhi1, 2 , FENG Mingyou2 , ZENG Deming2 , XIE Shengyang1, 2 , FAN Rui3 , WANG Liangjun3 , ZENG Tao3 , YANG Xuefei1, 2
, WANG Xingzhi, FENG Mingyou
Abstract
This study investigated the characteristics and genesis of reservoirs in the 2nd and 4th members of Sinian Dengying Formation in northern Sichuan and its surrounding areas, on the basis of outcrop, drilling cores and thin section observation and geochemical analysis. The reservoirs of 2ndmember are distributed in the middle part of the stratum. The reservoir quality is controlled by supergene karst and the distribution of mound-shoal complex. The bedded elongated isolated algal framework solution-cave and the residual “grape-lace" cave, which are partially filled with multi-stage dolosparite, constituted the main reservoir space of the 2nd member. There is no asphalt distribution in the pores. The pore connectivity is poor, and the porosity and permeability of the reservoir is relatively low. The reservoirs of 4th member were distributed in the upper and top part of the stratum. The reservoir quality is controlled by burial dissolution and the distribution of mound-shoal complex. The bedded algal framework solution-pores or caves, intercrystalline pores and intercrystalline dissolved pores constituted the main reservoir space of the 4th member. It’s partially filled with asphalt and quartz, without any dolosparite fillings in the pores and caves. The pore connectivity is good. Most of the 4th member reservoirs had medium-low porosity and low permeability, and, locally, medium-high porosity and medium permeability. Affected by the development of mound-shoal complex and heterogeneous dissolution, the platform margin along Ningqiang, Guangyuan, Jiange and Langzhong is the most favorable region for reservoir development. Deep buried Dengying Formation in the guangyuan and langzhong areas should be the most important hydrocarbon target for the future exploration.
Keyword:
Sichuan Basin; northern Sichuan area; Sinian; Dengying Formation; mound-shoal complex; supergene karst; burial dissolution; reservoir
0 引言
2011年以来, 四川盆地中部（后文简称“ 川中” ）高石梯— 磨溪地区发现了中国迄今为止最大的碳酸盐岩整装气藏, 震旦系灯影组是其主要产层之一。这是继20世纪60年代四川盆地西南部（后文简称“ 川西南” ）威远震旦系气藏和资阳震旦系气藏的发现后该领域油气勘探的又一重大突破, 展示出四川盆地深层— 超深层元古界碳酸盐岩地层具有巨大的勘探潜力[1, 2, 3]。然而目前针对灯影组的勘探和研究工作总体局限于川中及川西南地区, 盆地其他地区的勘探程度相对较低, 其储集层发育情况尚不明确。随着近年来四川盆地北部（后文简称“ 川北” ）震旦系灯影组勘探的不断深入, 笔者在对川北及周缘地区灯影组的野外地质调查及研究中发现, 龙门山北段和米仓山前缘灯影组中分布着众多的沥青脉, 并在其中发现了孔隙极为发育的优质储集层, 这可能预示着该地区具备找寻古老灯影组油气藏的良好前景。
前人针对川中及川西南地区震旦系灯影组做了大量研究并取得明显进展, 对其储集层成因的认识主要有3种观点：莫静、罗冰等认为桐湾期表生岩溶作用是优质储集层形成的关键[4, 5]; 陈娅娜等认为储集层溶蚀孔隙主要形成于准同生期的暴露溶蚀[6]; 宋金民等则认为灯影组为微生物岩储集层, 白云石化作用是优质储集层形成的关键[7]。笔者在野外地质调查中发现, 川北及周缘地区灯影组储集层特征与川中及川西南地区存在一定差异, 其储集层成因可能不同。本文在总结前人研究成果的基础上, 通过对川北及周缘地区灯影组二段与四段储集层特征及成因进行研究, 讨论其储集层发育的主控因素及分布规律, 以期为川北地区灯影组油气勘探提供有益的地质理论启示和实际地质资料依据。
1 区域地质概况
研究区位于四川省北部及陕西省汉中市南部的川陕交界地带, 构造上包括米仓山隆起带、川北低缓带北部, 以及大巴山断褶带北部（见图1）。由西至东从坳陷带过渡为褶皱带, 构造运动逐渐增强。
 | 图1 研究区位置图 |
四川盆地灯影组是继陡山沱组沉积之后发育的一套海侵退积式沉积序列, 以浅水碳酸盐台地沉积为主[8]（见图2）。根据野外露头剖面及钻井资料, 结合四川盆地有关灯影组的划分方案[9], 将研究区灯影组划分为4段。灯一段沉积期, 上扬子地区发生较大规模海侵, 形成了陆表海, 四川盆地沉积基底相对平坦, 水体深度相差不大, 研究区沉积了一套贫藻泥粉晶白云岩; 灯二段沉积期, 伴随着海平面的下降及构造作用的影响, 研究区演化成台地-盆地环境, 台地边缘及台内发育富含藻类的丘滩复合体, 其岩性主要为藻叠层白云岩、藻黏结白云岩、泥粉晶白云岩及少量砂屑白云岩、白云质岩溶角砾岩; 灯二段沉积末期, 桐湾运动Ⅰ 幕使灯二段地层遭受抬升剥蚀, 形成灯二段与灯三段之间的不整合; 灯三段沉积期发生快速海侵, 四川盆地大部分地区主要堆积了一套厚度较薄、颜色较深的泥岩、粉砂岩, 在研究区北部的汉中— 宁强一带, 受汉南古陆的影响, 主要沉积的是浅水潮坪相, 紫红色、土黄色为主, 中— 薄层状泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩夹砾岩; 灯四段沉积期, 随海平面的下降, 水体变浅, 研究区基本继承了灯二段的沉积格局, 底部岩性以泥粉晶白云岩为主, 藻类相对较少。中上部岩性以藻叠层白云岩、藻黏结白云岩、砂屑白云岩以及泥粉晶白云岩为主, 偶见条带状硅质云岩; 灯四段沉积末期, 桐湾运动Ⅱ 幕导致灯四段遭受不同程度的剥蚀, 在台地区形成寒武系与灯影组之间的不整合。此外, 已有的勘探及研究表明, 川西绵阳— 长宁一线在灯影组沉积晚期出现一条南北分段、北深南浅、东陡西缓的拉张性海槽[10, 11, 12], 沿槽台过渡带呈南北向带状展布的台地边缘既是丘滩复合体发育的区带, 也是后期溶蚀作用强烈改造的部位, 有利于储集层的形成和油气的聚集。
 | 图2 研究区上震旦统灯影组综合柱状剖面和沉积相特征简图 |
2 储集层特征及差异
受主控因素差异的影响, 研究区灯二段和灯四段储集层特征有着明显的不同（见表1 ）。
 | 表1 研究区灯二段、灯四段储集层特征及主控因素对比简表 |
2.1 储集岩类型
研究区灯影组岩石类型主要有白云岩和细粒碎屑岩两类, 白云质岩溶角砾岩和硅质岩较少。储集岩类相对简单, 以富藻白云岩占绝对优势。其中灯二段主要的储集岩石类型为藻黏结白云岩和藻叠层白云岩（见图3a— 图3c）, 其次是具有“ 葡萄花边” 构造的白云质岩溶角砾岩（见图3d）; 灯四段储集岩石类型以藻黏结白云岩和藻叠层白云岩为主（见图3e— 图3h）, 其次是粉晶白云岩（见图3i— 图3k）及砂屑白云岩（见图3l）。
 | 图3 研究区灯影组主要储集岩类型和储集空间特征 （a）旺苍鼓城剖面, 灯二段, 藻黏结白云岩, 藻格架孔被多期亮晶白云石全充填, 单偏光; （b）旺苍鼓城剖面, 灯二段, 藻叠层白云岩, 顺纹层的溶孔被多期白云石半充填, 单偏光; （c）旺苍水磨剖面, 灯二段, 藻黏结白云岩, 藻格架间溶洞被白云石半充填, 连通性较差; （d）南江杨坝剖面, 灯二段, 白云质岩溶角砾岩, 残余“ 葡萄花边” 洞发育; （e）宁强胡家坝剖面, 灯四段, 藻黏结白云岩, 藻格架孔被沥青半充填; （f）宁强胡家坝剖面, 灯四段, 藻黏结白云岩, 藻格架间溶孔发育, 被沥青半充填, 单偏光; （g）宁强胡家坝剖面, 灯四段, 藻叠层白云岩, 顺纹层溶蚀孔洞被沥青半充填; （h）宁强胡家坝剖面, 灯四段, 藻叠层白云岩, 富屑纹层溶解形成的顺层溶孔被沥青半充填, 单偏光; （i）旺苍鼓城剖面, 灯四段, 粉晶白云岩, 非选择性溶蚀作用形成的晶间溶孔被沥青及石英半充填, 单偏光; （j）旺苍鼓城剖面, 灯四段, 粉晶白云岩, 非选择性溶蚀作用形成的晶间溶孔、溶洞被石英及沥青半充填, 单偏光; （k）旺苍鼓城剖面, 灯四段, 粉晶白云岩, 白云石晶间溶孔, 石英弱溶蚀; （l）镇巴巴山剖面, 灯四段, 砂屑白云岩, 非选择性粒间溶孔发育, 见少量沥青充填, 单偏光 |
2.2 储集空间
研究区灯影组储集层的储集空间类型复杂多样。宏观及微观研究发现, 其储集空间总体为次生成因的孔、洞, 裂缝主要起连通各种孔洞、提高储集层渗透率的作用。
灯二段储集空间以近顺层分布的拉长状孤立藻格架溶洞和白云质岩溶角砾岩中的“ 葡萄花边” 洞常见。藻黏结白云岩和藻叠层白云岩中的原始藻格架孔极为发育, 孔径一般大于1 mm, 经胶结后空间大幅缩小, 在后期又受到溶蚀作用改造扩大, 形成藻格架溶洞, 洞径一般为5~15 mm, 局部可达20 mm以上, 其中常被多期亮晶白云石及少量石英半充填, 未见有沥青的分布, 连通性较差（见图3b、图3c）。“ 葡萄花边” 洞是白云质岩溶角砾间、溶沟、溶缝和溶洞被“ 葡萄花边” 构造、粒状亮晶白云石和石英充填后的残余空间, 洞径一般为0.5~2.0 cm, 最大可达10 cm以上（见图3d）。因多圈层的纤状白云石剖面形态似花边、立体形态似葡萄而得名的“ 葡萄花边” 构造, 有学者认为是与蓝细菌有关的原生沉积成因[13], 但更多的则认为是表生期岩溶产物[14, 15, 16]。“ 葡萄花边” 洞是灯二段特有的一种储集空间, 在灯四段地层中未见。
灯四段储集空间以近顺层分布的藻格架间溶孔、溶洞为主, 其次为晶间孔、晶间溶孔及粒间溶孔。其中上部储集层段中的藻格架间溶孔、溶洞近顺纹层分布, 且多被沥青半充填, 石英较少, 几乎未见有亮晶白云石充填物的分布（见图3e— 图3h）, 这与灯二段储集空间内充填物有着明显的差异。晶间孔、晶间溶孔主要分布在晶粒白云岩和具颗粒残余结构的粉晶白云岩中, 多被沥青及石英半充填（见图3i— 图3k）。粒间溶孔较少, 主要分布在砂屑白云岩中, 孔径大小一般为0.05~1.00 mm, 常被少量沥青充填（见图3l）。
2.3 储集层物性
根据野外样品的常规物性分析, 研究区灯二段孔隙度为0.33%~5.12%, 平均为2.15%, 样品孔隙度均在6%以下（见图4a）; 其渗透率为（0.000 1~6.030 0）× 10-3 μ m2, 平均为0.318× 10-3 μ m2（见图4b）。灯四段孔隙度为0.35%~21.69%, 平均为4.95%, 孔隙度主要集中在2%~8%, 占样品总数的71%, 另有11.3%的样品孔隙度大于10%（见图4c）; 其渗透率为（0.000 1~20.900 0）× 10-3μ m2, 平均为1.177× 10-3μ m2（见图4d）。整个研究区灯影组多属于中— 低孔、低渗型储集层, 但灯四段储集层物性明显好于灯二段, 相对高孔的样品数多于灯二段, 局部构成中高孔、中渗型储集层; 灯四段、灯二段渗透性整体较差。灯二段储集空间常被多期亮晶白云石半充填, 连通性较差, 因此储集层渗透率低; 灯四段储集空间受到沥青和石英的充填, 部分喉道被堵塞是造成渗透率较低的主要原因。
 | 图4 研究区灯影组物性分布直方图（N表示样品个数） |
3 储集层成因及差异
3.1 沉积相对优质储集层形成的控制作用
研究区灯影组主体是碳酸盐台地相的产物（见图2b、图2c）, 主要包括台地边缘和局限台地两个亚相, 其中台地边缘亚相主要由台地边缘丘滩和丘滩间洼地微相构成, 局限台地亚相主要由云质潟湖夹台内丘滩微相构成。研究表明, 最有利于储集层形成与演化的沉积相带是台地边缘丘滩, 其次是局限台地内丘滩; 台地边缘滩间洼地为较有利相带, 局限台地内云质潟湖相通常不利于储集层发育（见图5）。
 | 图5 研究区震旦系灯影组各沉积相带储集层平均孔隙度 |
台地边缘丘滩和局限台地内丘滩在沉积时具有一定的相似性, 均沉积于地貌相对高地（台地边缘或台内地貌高地）, 较强的水动力条件和较多的营养组分利于颗粒的堆积和蓝藻（细菌）的生长, 主要形成藻黏结白云岩和藻叠层白云岩等, 构成地貌隆起的丘滩复合体。这些丘滩复合体中原生藻格架孔极为发育, 虽然这些原生孔隙经过多期亮晶白云石胶结后大幅缩小, 局部消失（见图3a）, 但也不失为地层中的相对孔渗较高部位。这些孔渗相对较高的沉积相带利于后期成岩过程中各种溶蚀流体的通过, 为后期次生溶孔、溶洞的形成奠定了基础。台地边缘丘滩和局限台地内点丘滩的差异是前者分布在水动力条件较强的台地边缘, 形成的丘滩复合体规模大, 在地层中的单层厚度和累计厚度较大, 如胡家坝剖面的灯四段; 后者分布在局限台地内的局部高地, 由广海推进到该处时的水动力条件也明显减弱, 堆积的丘滩复合体规模较小, 在地层中的单层厚度及累计厚度较小, 如旺苍水磨剖面的灯四段。
局限台地云质潟湖、丘滩间洼地位于各类丘滩之间的平坦洼地之中, 范围较广。由于受到周围丘滩地貌高地的屏蔽作用, 水动力条件弱, 因此主要堆积的是泥— 粉晶白云石。这些细粒沉积物在后期埋藏过程中受到极强的压实和压溶作用, 原生晶间孔隙大幅缩小, 残存的微小晶间孔也多为无效孔隙。但是由于丘滩间洼地的沉积物质地较纯, 基本不含藻类及泥质等, 在埋藏过程中重结晶作用相对较强, 易形成粉— 细晶白云岩, 使白云石晶粒变粗和趋于自形, 从而提高了岩石的有效孔隙度和渗透率, 在后期溶蚀流体的作用下形成一定数量的晶间溶孔, 从而提高其储集性能。局限台地内的云质潟湖中除主要堆积细粒碳酸盐岩外, 还含有一定数量的泥质和分散状藻类, 不利于后期重结晶作用及溶蚀作用的进行, 储集性能较差。
3.2 表生期岩溶作用对灯二段储集层形成的控制作用
受桐湾运动Ⅰ 幕和Ⅱ 幕的影响, 研究区灯影组经历了两期表生岩溶作用的改造, 分别在灯二段顶部与灯四段顶部形成两个风化面。在野外剖面及钻井岩心中, 灯二段及灯四段中上部均见有被机械碎屑物充填的溶沟、溶缝及白云质岩溶角砾岩（见图6）, 但灯四段地层中未见大型溶洞及典型表生岩溶充填产物— — “ 葡萄花边” 构造, 说明表生岩溶作用对灯四段影响不明显; 而灯二段中上部分布有大量的顺层、穿层的“ 葡萄花边” 构造及残余“ 葡萄花边” 洞, 其洞径可达几厘米至数十厘米; “ 葡萄花边” 纤状白云石中的Sr2+、Na+、K+和Fe2+等元素与其后两期粒状亮晶白云石充填物相比明显偏低（见表2）, 阴极射线下“ 葡萄花边” 构造发光较弱（见图6e）, 表明其属于开放氧化的大气淡水环境产物, 而粒状亮晶白云石则为较为封闭的埋藏环境产物, 沉淀水体盐度较高。结合大量野外剖面的观察和地球化学特征, 笔者认为“ 葡萄花边” 构造的形成与桐湾运动Ⅰ 幕导致的灯二段表生岩溶作用有关, 类似于现代碳酸盐岩溶洞中的钟乳石。
 | 图6 研究区灯影组岩溶产物特征 （a）MS1井, 灯四段, 8 200.75 m, 泥晶云岩, 溶沟中充填角砾岩; （b）TX1井, 灯二段, 2 535.02 m, 泥晶云岩, 溶沟被蓝灰色泥岩充填; （c）桃园剖面, 灯二段, 白云质岩溶角砾岩, 见“ 葡萄花边” 构造和角砾间洞; （d）李家沟剖面, 灯二段, 葡萄花边结构及晶粒白云石胶结, 单偏光; （e）李家沟剖面, 灯二段, 葡萄花边结构发光弱, 暗褐色, 晶粒白云石发光强, 亮红色阴极发光 |
| 表2 研究区灯二段溶洞中白云石充填物电子探针分析结果 |
研究区灯二段与桐湾运动Ⅰ 幕有关的表生期岩溶作用模式如图7所示。从风化面向下分为垂直渗流带、水平潜流带和深部缓流带, 分别对应于灯二段上部、灯二段中部以及灯二段下部。在垂直渗流带中, 下渗的大气淡水主要形成一定数量近垂向分布的溶沟、溶缝, 但多被后期机械碎屑物充填。在水平潜流带中, 下渗的大气淡水尚未饱和, 并在潜水面顶托作用的影响下变为近水平运移为主, 形成较多近水平方向展布的溶孔、溶洞和溶缝, 如该带与台地边缘或台内的丘滩叠加, 则可形成更多和更大的储集空间; 同时, 可在相应地层中形成一定数量的溶塌角砾岩和顺层、穿层的溶沟, 并被多圈层的葡萄花边状白云石半充填。上述溶蚀孔隙虽被后来的多期粒状亮晶白云岩半充填, 但仍然残留有较多的储集空间。在深部缓流带, 下渗的流体达到过饱和, 主要发生粒状亮晶白云石的沉淀, 充填早期孔隙, 导致其储集层不发育。
 | 图7 研究区灯二段沉积相横向对比及表生期岩溶模式图 |
通过野外实测及采样分析, 对研究区3个露头剖面的灯二段储集层进行了划分。将孔隙度大于10%的储集层段划分为一类层, 孔隙度为5%~10%的储集层段划分为二类层, 孔隙度为2%~5%的储集层段划分为三类层。从储集层分布对比图可以看出, 储集层主要发育在灯二段中部, 即表生期岩溶中的水平潜流带（见图8）, 并且丘滩复合体越发育的地方, 储集层发育越好; 其垂直渗流带和深部缓流带中仅有零星的孔隙发育层段且厚度很薄, 一般都小于半米。因此, 与桐湾运动Ⅰ 幕有关的表生期岩溶作用是灯二段储集层形成的关键, 有利的沉积相带与桐湾运动Ⅰ 幕表生期岩溶的水平潜流带叠加是储集层形成的主要原因; 而与桐湾运动Ⅱ 幕有关的表生期岩溶作用对灯四段储集层有一定影响, 但不是其储集层形成的关键。
 | 图8 研究区灯二段储集层分布对比简图 |
3.3 埋藏期溶蚀作用对灯四段储集层形成的控制作用
大多数学者认为埋藏期溶蚀作用可有效改善碳酸盐岩储集层的储集性能[17, 18, 19, 20, 21, 22]。Mazzullo等[23]提出埋藏成岩阶段有机质热成熟作用释放出的CO2、H2S及有机酸能使碳酸盐岩储集层产生次生孔隙。佘敏等[24]针对埋藏有机酸性流体对白云岩储集层的溶蚀作用做了模拟, 认为有机酸在深埋条件下对白云岩地层有较强的溶蚀性。通过对野外剖面以及镜下薄片的观察分析认为, 研究区灯四段虽然经历了准同生期暴露溶蚀、表生期暴露溶蚀和埋藏期溶蚀作用, 但是现今储集层的孔隙空间主要是在埋藏溶蚀作用下形成并保存至今。从储集层溶蚀孔洞的充填特征来看, 研究区灯四段储集层溶蚀孔洞中充填物主要为沥青和少量石英（见图3f、图3h— 图3j）, 说明灯四段储集层孔洞在形成后不久就发生了油气充注。如果溶蚀孔洞形成于准同生期或表生期, 孔洞中必然会有多期白云石胶结物存在, 这在灯二段储集层孔洞中明显可见（见图3d）。从储集层垂向分布特征来看, 灯四段储集层主要分布在灯四段中上部至顶部, 且从顶部往下储集层物性逐渐变差, 这与灯二段储集层垂向分布特征明显不同。表生期岩溶顶部的垂直渗流带中溶沟、溶缝常常被机械碎屑物充填（见图6a）, 使得储集层物性比中上部的水平潜流带差。另一方面, 研究区灯四段中未发现大型溶蚀缝洞, 这与川中地区明显不同。川中地区灯四段与灯二段中均发育大型溶洞、溶缝, 钻井过程中常出现井漏、放空等现象。说明桐弯运动Ⅱ 幕的抬升剥蚀对研究区灯四段储集层的影响不明显。
前人研究表明, 灯影组上覆地层筇竹寺组是研究区最好的烃源岩之一, 在寒武纪末期已经达到了生烃门限, 二叠纪到三叠纪期间开始大量生烃[1, 25]。烃源岩中的有机质在向液态烃及液态烃在向气态烃转化过程中, 产生大量有机酸、CO2、H2S等腐蚀性流体为研究区灯四段埋藏溶蚀提供了物质基础。在生烃及排烃的早期, 筇竹寺组释放出大量腐蚀性组分随压实流体向下运移至灯四段, 并发生选择性或非选择性溶蚀; 其中富藻类白云岩中多发生选择性溶蚀, 主要原因是富藻部分（富藻纹层、藻黏结组分）难于溶解, 因此多选择性溶蚀贫藻组构（见图3f、图3h）, 形成近顺层展布的藻格架间溶孔、溶洞和溶缝; 而贫藻白云岩多发生非选择性溶蚀（见图3i、图3j）, 形成晶间溶孔、溶洞和粒间溶孔等。此外, 紧邻台地边缘西侧的拉张槽内（斜坡-盆地）发育有巨厚的麦地坪段和筇竹寺组两套烃源岩, 其有机质含量更高[26], 大量的腐蚀性流体可侧向进入东侧台地相的灯四段。其溶蚀模式如图9所示。灯四段顶部及台地边缘更靠近烃源岩, 腐蚀性流体更充足, 使这些部位形成较多的溶蚀孔隙; 由灯四段顶部向下或由台地边缘向台地内部, 侵入的腐蚀性流体逐渐减少, 溶蚀作用逐渐减弱, 形成的溶蚀孔隙减少。溶蚀发生后的油气充注避免了后期碳酸盐矿物的沉淀, 从而导致研究区现今灯四段储集层储集空间中几乎未见碳酸盐矿物的分布, 期间仅有少量SiO2从孔隙流体中析出充填溶蚀孔洞。
 | 图9 研究区灯四段埋藏溶蚀模式图 |
三叠纪以后, 随着埋深增加, 地层温度升高至160 ℃以上[27], 油气开始裂解形成大量的天然气和沥青, 并释放出一定的H2S和CO2[28]。在较为封闭的高压环境下, 造成气-水界面下降, 不仅使原有的储集空间增大, 同时会产生大量具有溶蚀性的水溶气, 使早期孔隙进一步溶蚀扩大, 甚至孔隙中充填的石英发生局部溶解（见图3k）。裂解产生的沥青虽堵塞了部分孔隙, 但残留的孔隙仍然是重要的储集空间。
通过对研究区宁强胡家坝、旺苍鼓城、旺苍水磨、南江贵民等剖面的研究, 纵向上, 灯四段储集层主要发育在中上部— 顶部; 顶部物性最好, 尽管有较多沥青及少量石英的充填, 面孔率最大仍超过15%; 往下物性逐渐变差, 到下部几乎无储集层的分布。横向上, 宁强胡家坝剖面处于拉张槽（斜坡-盆地）东侧的台地边缘, 丘滩复合体发育, 灯四段储集层发育程度最好, 其次为靠近台地边缘的鼓城剖面; 水磨剖面和贵民剖面因处于台地内部, 仅分布有一定数量的台内丘滩复合体, 储集层发育相对较差（见图10）。因此, 埋藏期溶蚀作用是灯四段优质储集层形成的关键, 有利的沉积相带与埋藏岩溶作用的叠加是灯四段储集层形成的主要原因。
 | 图10 研究区灯四段储集层分布对比图 |
对于研究区灯二段来说, 一方面, 其上覆地层灯三段主要由混积潮坪相的细粒碎屑岩组成, 其下伏陡山沱组也为一套紫红色含砾砂岩, 来自于灯三段和陡山沱组的与有机质成熟演化有关的埋藏溶蚀作用极弱; 另一方面, 灯影组上覆筇竹寺组有机质成熟演化过程中产生的腐蚀性组分也难于向下运移到灯二段。因此, 埋藏溶蚀作用对灯二段储集层的改造不明显, 这可能也是灯二段中几乎未见有沥青分布的主要原因。但是川中地区灯二段储集层孔隙中普遍见沥青, 这是因为川中地区陡山沱组泥页岩与灯三段泥岩均含有较高的有机质丰度, 是良好的烃源岩, 其生成的烃类在裂解过程中产生沥青会充填在孔洞中。
3.4 灯二段、灯四段储集层成因差异
从前文的论述中可以看出, 研究区震旦系灯影组优质储集层的形成受到沉积相和溶蚀作用共同控制。丘滩复合体是储集层发育的基础, 其展布规律及发育程度对灯二段、灯四段储集层的分布都有明显的影响。但是影响灯二段、灯四段储集层形成的关键因素是不同的。对于灯二段而言, 储集层的形成主要受到桐湾运动I幕表生期岩溶作用影响, 后期埋藏溶蚀作用对灯二段储集层的改造不明显。对灯四段而言, 桐湾运动Ⅱ 幕表生期岩溶作用对其影响较小, 由此形成的孔隙空间有限, 主要为后期腐蚀性流体进入提供了通道。埋藏溶蚀作用是灯四段优质储集层形成的主要原因。
埋藏过程中, 多期腐蚀性流体的充注使得大量次生孔洞形成的同时也阻止了新的碳酸盐矿物沉淀, 且油气的充注可以有效阻止灯四段储集层孔隙被后期成岩矿物充填, 因此灯四段储集层物性明显要好于灯二段。这与川中地区灯影组储集层成因有差异。前人研究认为川中地区震旦系灯影组灯二段、灯四段为裂缝孔洞型储集层, 大型溶洞、溶缝发育, 表生岩溶作用是其储集层形成的关键[5]。
4 储集层分布及有利勘探区预测
储集层成因研究表明, 研究区灯影组储集层的发育主要受沉积相和溶蚀作用的共同控制。丘滩复合体发育并经历表生期岩溶或埋藏溶蚀改造的地区是有利储集层的发育区, 深埋地表之下的储集层发育区则是有利勘探区。
4.1 灯二段
研究区灯二段储集层主要发育在地层的中部, 具有单层厚度薄（一般为1~10 m）, 层数较多, 累积厚度较大（一般为20~60 m）的特点（见图8）。平面上, 有利储集相带分布范围较广, 主要沿宁强— 广元— 剑阁呈弧形分布, 该带是在丘滩复合体的基础上经表生期岩溶流体的溶蚀-沉淀复合改造而成的孔洞型白云岩储集层分布区, 储集厚度一般为40~60 m, 为最有利储集层发育区。如胡家坝灯二段储集层厚约50 m, 平均孔隙度为2.48%, 平均渗透率为0.49× 10-3μ m2。而旺苍鼓城— 水磨、元坝— 旺苍、通江以北（MS1井）一带发育局限台地内丘滩复合体, 单层厚度较薄, 累计厚度为20~50 m, 在成岩作用及构造复合改造下可形成裂缝-孔隙、裂缝-孔洞型储集层, 为较有利储集层发育区。如水磨灯二段储集层厚约47.2 m, 平均孔隙度为2.18%, 平均渗透率为0.04× 10-3 μ m2。
4.2 灯四段
研究区灯四段储集层主要发育在地层的中上部— 顶部, 具有单层厚度相对较薄（一般为1~17 m）, 层数较多, 累积厚度大（一般为40~160 m）的特点（见图10）。横向上, 有利储集相带分布范围较广, 沿宁强胡家坝— 广元— 剑阁— 阆中一带发育台地边缘丘滩复合体与丘滩间洼地, 单个丘滩复合体虽然厚度小、但纵向频繁发育, 横向发育广（连片分布可达10~40 km）, 经后期埋藏溶蚀作用改造后可形成极佳的孔洞型或洞孔型白云岩储集层, 为研究区灯四段储集层最有利发育区。如研究区北部宁强胡家坝一带灯四段储集层极为发育, 储集层以藻黏结白云岩、藻叠层白云岩及晶粒白云岩为主, 储集层厚度累计可达165 m, 发育较多顺层分布的溶孔、溶洞, 平均孔隙度为5.377%, 平均渗透率为1.36× 10-3μ m2, 面孔率可达10%以上。此外, 旺苍鼓城— 水磨、元坝— 旺苍、巴中— 通江一带发育台内点丘滩, 储集层厚度为20~60 m, 规模相对较小, 在后期埋藏溶蚀作用改造下可形成孔隙型、孔洞型储集层, 为较有利储集相带。鼓城— 桃园— 水磨一带灯四段野外露头实测显示该区储集层厚度约40~60 m, 鼓城一带灯四段储集层平均孔隙度为5.17%, 平均渗透率为0.23× 10-3 μ m2; 水磨一带灯四段储集层平均孔隙度为4.14%, 平均渗透率为0.13× 10-3 μ m2, 指示该区灯四段储集层总体孔渗较好。
研究区内广元— 南江一线以北地区灯影组抬升至地表之上, 丧失了油气保存条件; 但该线以南则深埋于地表之下, 油气保存条件良好。因此, 发育于当时台地边缘的广元— 剑阁一线应该属于灯二段油气勘探的有利地区; 广元— 阆中一线应该属于灯四段油气勘探的有利地区。近期阆中地区已钻的川深1井在灯四段顶部及中上部钻遇较好的丘滩相溶蚀孔洞型储集层, 岩心观察面孔率可达4%~10%, 孔洞被沥青半充填, 证实该地区具有较好的勘探潜力。
5 结论
研究区灯影组主要的储集岩类为藻黏结白云岩、藻叠层白云岩和粉晶白云岩。此外, 灯二段发育部分白云质岩溶角砾岩储集层, 灯四段发育少量砂屑白云岩储集层。灯二段储集层为低孔、低渗型储集层, 其储集空间以近顺层分布的拉长状孤立藻格架溶洞和残余“ 葡萄花边” 洞为主, 储集空间内常被多期亮晶白云石半充填, 未见有沥青的分布, 彼此连通性较差。灯四段储集层为中低孔、低渗型储集层, 局部为中高孔、中渗型, 其储集空间为近顺层分布的藻格架溶孔、溶洞、晶间孔和晶间溶孔, 储集空间内常被沥青和少量石英半充填, 几乎未见有白云岩的充填, 连通性相对较好。
研究区灯影组储集层受沉积相叠加溶蚀作用共同控制。沉积相是灯二段与灯四段储集层发育的基础, 台地边缘丘滩复合体是储集层发育最有利的沉积相带, 其次为局限台地内丘滩。有利的沉积相带与桐湾运动Ⅰ 期表生岩溶的水平潜流带叠加是灯二段储集层形成的主要原因; 灯四段储集层的形成是有利的沉积相带与埋藏溶蚀作用叠加的结果。
受丘滩复合体发育程度与溶蚀作用差异的影响, 靠近拉张槽的东侧台地边缘带为灯二段及灯四段最有利的储集层发育区, 主要分布在宁强— 广元— 剑阁— 阆中一带; 台地内部丘滩发育的局部地区为较有利的储集层发育区, 如旺苍鼓城— 光雾山一带。其中深埋于地表之下的广元— 阆中一线可作为灯影组今后油气勘探的最有利地区。
The authors have declared that no competing interests exist.
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