白云石化作用对元坝地区长兴组储层发育的影响

韩定坤 傅恒 刘雁婷

1.中国石化勘探南方分公司 2.成都理工大学

白云石化作用对元坝地区长兴组储层发育的影响

韩定坤1傅恒2刘雁婷1

1.中国石化勘探南方分公司 2.成都理工大学

勘探实践表明，四川盆地东北部元坝地区上二叠统长兴组优质储层的存在与岩石的白云石化作用具有较密切的关系，发生混合水白云石化作用的区域，其下部地层多发育优质储层。为此，通过常规岩石薄片观察、电子探针成分分析、成岩作用与微量元素分析，研究了白云石化作用对该区储层发育的具体贡献，并重点讨论了过去受到质疑的海相碳酸盐岩混合水白云石化的观点。结论认为：①该区存在交代白云石化、混合水白云石化、埋藏白云石化、热液白云石化等4种白云石化作用，尤其是混合水白云石化作用，其几乎决定了优质储层的分布；②同生期混合水白云岩的孔隙并不发育，而其下部地层溶蚀作用较强，溶蚀孔隙发育，原因在于同生期混合水白云岩多为粉晶白云岩，原始孔隙不发育，未给后期溶蚀创造条件，而其下部埋藏白云石化形成的白云岩晶粒相对较粗，易于溶蚀；③推测早期因混合水白云石化形成的白云岩，可为深埋过程中的白云石化作用提供丰富的Mg2＋，促使深埋条件下的白云石化作用增强，为溶蚀孔洞的发育创造了条件，有利于形成优质储层。

四川盆地东北部 元坝地区 混合水白云石化 优质储层 晚二叠世 碳酸盐岩 溶蚀孔洞 沉积相

1 储层岩石学特征及主要沉积相

四川盆地东北部元坝地区上二叠统长兴组沉积时期发育碳酸盐岩台地—台地边缘—台缘斜坡—陆棚沉积，在台地—台地边缘沉积了一套以微晶生屑灰岩、白云岩和海绵礁灰岩为主的碳酸盐岩储层，厚度介于221～345 m，埋深大于6 000 m，油气勘探潜力巨大［1－4］。

1.1 储层岩石学特征

1.1.1 微晶灰岩

微晶灰岩颗粒含量小于5%，灰泥含量大于95%，生屑微晶灰岩生屑含量介于5%～50%，灰泥含量大于50%，颗粒类型多为大小不等的生物碎屑。

1.1.2 生屑灰岩

根据生屑、填隙物类型（亮晶、微晶）及白云石化（以下简称云化）强度、沥青含量，共细划分出微晶生屑灰岩（长兴组主要的岩石类型）、微晶礁屑灰岩、微晶有孔虫灰岩、亮晶有孔虫灰岩、微晶介屑灰岩、生屑藻屑灰岩、含云生屑灰岩、白云质生屑灰岩及含沥青生屑灰岩共9种类型。

1.1.3 内碎屑灰岩

颗粒含量大于50%，呈圆状、次圆状、椭圆状，分选性为好—中等，颗粒类型主要为藻屑，伴生颗粒有蠕孔藻屑、有孔虫屑、介形虫屑等。

1.1.4 藻灰岩

按结构、构造细分为藻粘结灰岩、藻球粒灰岩及叠层藻灰岩。

1.1.5 礁灰岩

礁灰岩是元坝地区长兴组特有的岩石类型，造礁生物主要为脑纹海绵及串管海绵，见绿藻（始角藻、米齐藻）、珊瑚、苔藓、管孔藻等。居礁生物为有孔虫、科、腕足、腹足、介形虫、棘皮、双壳类等。根据礁灰岩内填隙物类型及成岩变化细分为海绵礁骨架岩、海绵礁障积岩、晶粒化礁灰岩、云化礁灰岩。

1.1.6 白云岩

主要为微晶白云岩，具微晶结构、块状构造，见粉—细晶白云石斑点、斑块，生物屑少，富含沥青；细—中晶白云岩具细—中晶结构，块状构造，主要由半自形—自形菱面体状细—中晶白云石组成，偶见生屑幻影，属强云化成因并叠加有重结晶作用；生屑幻影白云岩具生屑幻影结构，可识别出有孔虫、介屑、棘屑，主要由粉—粗晶他形晶粒状、自形菱面体状白云石组成，含量超过90%。

1.2 沉积相

元坝地区长兴组可识别出开阔台地、台地边缘、台地前缘斜坡和陆棚共4类主要沉积相（图1）。储层主要发育在台地边缘生物礁、台地边缘浅滩相带。

图1 元坝地区长兴组沉积相剖面图

2 白云石化作用

元坝地区长兴组沉积后，经历了长期的埋藏和3次大的构造运动（即印支、燕山、喜马拉雅构造运动），成岩作用历史极其复杂，类型繁多，其中，白云石化作用对优质储层的形成具有重要作用，尤其是混合水白云石化作用几乎决定了优质储层的分布。

2.1 交代白云石化

交代白云石化发生在同生期。元坝2井长兴组见典型的同生交代白云石化，岩性为粉晶云化脑纹状海绵礁白云岩，脑纹状海绵由脑纹状海绵骨架、水管组成（图2－a，b）。

脑纹状骨架成分分别为：完全由细粉晶白云石组成；完全由细粉晶方解石组成；骨架边缘由细粉晶白云石组成；骨架内部由细晶—粉晶方解石共同组成同心圈结构。脑纹状水管充填物成分有3种类型，即大部分水管被云泥充填；部分水管被细粉晶白云石、方解石充填；部分水管被白云石—沥青、方解石—沥青充填。

同生期交代白云石化过程首先是脑纹状海绵骨架原始成分为钙质海绵类，在富镁介质水环境下骨架不同程度发生细粉晶白云石化，骨架形状组构特征保存完好，形成粉晶云化脑纹状海绵，这是同生期白云石化常具有的岩石学标志；其次为脑纹状海绵水管被云泥不同程度充填，说明介质环境中有云泥形成，水管中云泥充填物证明脑纹状钙质海绵寄生或沉积在有云泥形成的介质环境中，为骨架白云石化提供了充分镁离子来源。根据水管中充填物成分特征分析，充填可分为3个充填时期，即同生期被云泥机械充填；同生—浅埋藏期被细粉晶白云石—方解石化学方式充填；深埋藏期被沥青充填。

由于与白云质脑纹状海绵共积的含生屑灰泥基本上未发生云化，据此分析粉晶云化脑纹状海绵白云岩白云石化前后的沉积水介质环境有较大变化。

2.2 混合水白云石化

目前海相碳酸盐岩混合水白云石化观点受到怀疑，但该区长兴组生屑灰岩大量存在粒间孔隙被方解石与白云石呈世代交替充填，应为典型的混合水白云石化（图3）。

图2 长兴组同生期交代白云石化显微照片

通过对比分析巴巴多斯群岛更新世碳酸盐岩混合水白云石化的情况（图3－a，b）［5］，发现元坝地区长兴组生屑灰岩混合水白云石化（图3－c，d）与其有很大的相似性：①白云石胶结物的量较低并且分布不连续；②白云石胶结物经常作为几个不连续的透明白云石胶结物带出现，且被夹于透明方解石胶结物之间；③白云石干净、明亮，方解石胶结物晶体形态从纤状、粒状、粉晶、中晶、巨晶不等，各期次胶结特征是晶体依次增大；④沉淀白云石胶结物的水体有很宽的组分范围，根据电子探针对长兴组白云岩微量元素分析，Sr O、Na2O、K2O表现为较低值，说明大部分白云石形成有淡水的加入［6］（表1）。

2.3 埋藏白云石化

埋藏白云石化是沉积岩处于封闭的埋藏环境下发生的白云石化作用。埋藏白云石化镁离子的来源主要包括：①构造埋藏条件下压力作用使黏土矿物在较大埋深和较高地温条件下转化时产生的镁离子；②压溶作用供给的镁离子。长兴组白云岩中充填超大溶孔中的自形白云石，以及斑块状白云石化均为埋藏环境下的白云石化。

2.4 热液白云石化

热液白云石化是在与构造有关的深埋藏环境下，深部富含镁离子等金属元素的高温流体向上运移，最终交代方解石形成异形白云石并伴生一系列热液矿物组合。长兴组热液白云石化作用伴生的热液矿物组合有天青石＋菱锶矿＋异形白云石，萤石＋自生石英＋异形白云石等。

3 成岩序列与孔隙的关系

3.1 成岩序列

根据元坝地区长兴组典型井薄片中可辨认的成岩特征，该区成岩序列按成岩阶段可分为同生期、表生期及埋藏期3个成岩阶段。

同生期成岩阶段交代白云石化作用与沉积同时发生，白云石化作用受沉积微相控制，长兴组沉积晚期由于沉积微相差异，元坝2井、元坝101井、元坝102井区处于台地边缘局限澙湖沉积微相环境，发生的混合水白云石化作用较强，发育了一套同生期交代白云岩；而处在斜坡、陆棚沉积区的元坝4井区，由于缺乏白云石化作用的环境［7－9］，白云石化作用较弱，白云岩层不发育。同生期发生的白云石化和主要在同生期发生的混合水白云石化对长兴组碳酸盐岩储层的发育具有重要意义。

长兴组表生期成岩阶段主要发生在同生期交代白云石化作用后，由于海平面的升降，台地边缘区曾一度出露水面，早期沉积的碳酸盐岩遭受大气淡水的淋滤作用，发育溶蚀孔洞，该时期形成的溶蚀孔洞为埋藏期有机酸的溶蚀作用奠定了基础。

埋藏期白云石化作用发生在后期的埋藏阶段，这一时期形成了斑点、斑块状白云石集合体，在部分白云石集合体内形成晶间孔隙。埋藏期为有机酸溶蚀形成溶孔及溶缝的主要时期，长兴组溶蚀孔洞储层即在这一时期形成。

3.2 孔隙发育特征

元坝地区长兴组碳酸盐岩储集岩主要为溶蚀孔洞云岩、灰质云岩。根据岩心与测井资料分析，溶蚀作用具有较强的非均质性，经对典型井的研究发现，在同生期混合水白云岩下部地层，白云岩溶蚀孔洞发育，物性好，形成了该区的一套主要储层。

如元坝2井、元坝101井、元坝102井均在长兴组顶部发育了一套局限澙湖沉积环境中的同生期混合水白云岩，其下部地层溶蚀作用较强，溶蚀孔隙发育，测井解释的孔隙度为4%～12%（图4），形成了一套较好的储层，测试获得高产天然气流。而元坝4井，由于在长兴组顶部未发育该套白云岩，其下部溶蚀作用弱，溶蚀孔隙不发育，测井解释的孔隙度小于2%（图4），未钻遇储层。

图3 元坝与巴巴多斯群岛地区混合水白云石化显微照片

表1 元坝地区长兴组混合水白云石化电子探针成分表

图4 元坝2井、元坝102井、元坝4井岩相与孔隙关系图

4 结论

1）长兴组顶部同生期混合水白云岩的下部地层溶蚀作用较强，溶蚀孔隙发育，可能是同生期混合水白云岩多为粉晶白云岩，原始孔隙不发育，未给后期溶蚀创造条件，而其下部的埋藏白云石化形成的白云岩晶粒相对较粗，易于溶蚀，形成了较好的储集岩。

2）主要在同生期发生的混合水白云石化对长兴组碳酸盐岩储层发育的重要意义在于，早期形成的白云岩在埋深过程中的高温条件下，因压溶作用形成的富Mg2＋粒间水［10］为埋藏白云石化提供了丰富的Mg2＋，有利于埋藏白云岩的形成，为储层的形成奠定了基础。

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Effect of dorag dolomitization on the development of reservoirs in the Changxing Fm in the Yuanba area

Han Dingkun1，Fu Heng2，Liu Yanting1
（1.Sinopec South Exploration Company，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 10，pp.22－26，10／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Exploration practices show that the quality reservoirs in the Permian Changxing Fm in the Yuanba area are closely related with the dolomitization，and most of the reservoirs are in high quality at the lower buried beds having experienced dorag dolomitization.Based on thin section observation，composition analysis through electronic probe microscopy，diagenesis and trace element studies，this paper discusses how the dolomitization makes contribution to the development of reservoirs in this study area，focusing on the previously questioned view of dorag dolomitization occurring in marine carbonate rocks.The following conclusions are achieved.（1）The dolomites in this area resulted from four types of dolomitization：metasomatic dolomitization，dorag dolomitization，burial dolomitization，and hydrothermal dolomitization，among which the dorag dolomitization is essential to the distribution of quality reservoirs.（2）Pores and fractures are not well developed in the crystal dolomites originated from contemporaneous dorag dolomitization，while at the lower buried beds the denudation pores are developed due to rather strong dissolution on the relatively coarse crystals of domlomites originated from the burial dolomitization.（3）The early dolomites resulting from the dorag dolomitization can provide rich Mg2＋for deep burial dolomitization，and thus enhance dolomitization under such burial depths，creating favorable conditions for the development of dissolution pores and cavities and high quality reservoirs.

Sichuan Basin，northeast，hybrid water dolomitization，quality reservoir，denudation pore，Changxing Fm，Yuanba area

韩定坤等.白云石化作用对元坝地区长兴组储层发育的影响.天然气工业，2011，31（10）：22－26.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.005

韩定坤，1957年生，高级工程师，硕士；1980年毕业于中国地质大学，从事油气勘探工作，现任中国石化勘探南方分公司副总地质师，获省部级科技进步三等奖2次。地址：（610041）四川省成都市高新区二环路南四段九号。电话：（028）85164621。E－mail：hdk808＠sina.com

2011－09－05 编辑 罗冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.005

Han Dingkun，senior engineer，born in 1957，is engaged in petroleum exploration.

Add：No.9，South Sec.4，2ndCircle Rd.，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

Tel：＋86－28－8516 4621 E－mail：HDK808＠sina.com