建南地区飞仙关组三段白云岩储层成因探讨

2013-06-13田亚秋李雄中石化江汉油田分公司勘探开发研究院湖北武汉430223

石油天然气学报 2013年3期

田亚秋，李雄（中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉430223）

下三叠统飞仙关组（T1f）沉积期，建南地区位于川东碳酸盐岩台地及鄂西开阔海的交界部位。由于来自西部的物源充足，台地生成的大量碳酸盐物质向深水区搬运，使得川东碳酸盐岩台地表现出向东增生的规律[1]。建南地区飞仙关组一段（T1f1）和二段（T1f2）沉积期为开阔海沉积；飞仙关组三段（T1f3）沉积期由于台地增生而演变为缓坡型碳酸盐岩台地中缓坡沉积，发育浅滩相颗粒灰岩和细晶云岩储层。根据建南地区3口井118块细晶云岩样品的统计数据来看，细晶云岩储层的平均孔隙度为6.89%，平均渗透率为1.95mD，是研究区最好的储集岩类。因此，有必要对白云岩的成因类型及其展布规律进行系统研究，从而提高白云岩储层预测的成功率。

1 层序地层格架下的白云岩展布特征

建南地区T1f3沉积期经历了多次的海平面升降变化，每次海平面的上升和下降都对应一个沉积层序，据此可将T1f3沉积期划分为3个Ⅳ级层序，从SSq1到SSq3，浅滩发育具有自西向东迁移抬升的规律，因此不同区域滩体及白云岩储层发育在不同的Ⅳ级层序之中（图1、2）。

1）SSq1期浅滩发育在建南地区西部的丰都马良剖面－石柱鱼池坝剖面－云2井一线，主要为颗粒岩浅滩，厚度为20～50m。从地表露头剖面和已钻井揭示情况来看，这一时期白云岩浅滩并不发育。

图1 建南地区T1f滩体展布特征示意图

图2 池16井－鱼池坝剖面－建41井－核桃园剖面－青龙璜厂剖面T1f层序地层与沉积相对比图

2）SSq2期浅滩发育在石柱栗新剖面－建南构造－茨竹1井－新场2井一线。其中，石柱栗新剖面、建南构造南高点、茨竹1井区、新场2井区主要为颗粒岩浅滩，厚度一般20～50m，滩体具有叠合连片分布的特点；建南构造北高点的局部地区（如建28井、新店1井）发育白云岩浅滩，根据目前钻探情况来看，白云岩浅滩都发育于颗粒岩浅滩之上，位于层序的高位域晚期，厚度一般为20～30m。

3）SSq3期浅滩发育在建南地区东部的咸丰梅坪－利川南－太1井区－龙驹坝构造－利川核桃园一线。其中，咸丰梅坪、太1井区滩体发育特征与上述建南构造南高点类似；龙8井区、利川核桃园剖面发育白云岩浅滩，滩体的厚度及展布特征与上述建28井以及新店1井区类似。

从上述分析可以看出，建南地区白云岩浅滩的发育与颗粒岩浅滩密切相关，只有在颗粒滩较发育的地区，才会局部发育白云岩浅滩，例如建南构造第2期颗粒滩发育，在其北高点的局部地区白云岩浅滩也较发育。另外，白云岩浅滩一般分布在颗粒岩浅滩的上部，位于每个层序的高位域晚期。至于，白云岩浅滩为何会有这种展布规律，还需从白云岩的成因方面进行进一步分析。

2 白云岩成因及其发育模式

白云岩是重要的碳酸盐岩油气储层，有关白云岩的成因以及白云化作用假设模式归纳起来主要有蒸发、渗透回流、海水、混合水以及埋藏白云化作用5种模式，前4种基本上发育于近地表成岩环境，最后一种则出现于埋藏成岩环境[2]。

在研究中主要利用白云岩地化特征进行成因分析。在不同的成岩环境中流体，引起白云化作用和白云石生成的流体显然具有不同的成分与特性，它们可以是正常海水，经过蒸发浓缩或修饰的海水、大气水与海水形成的混合水、地层水、甚至来自深部的热液等。由它们交代形成的白云岩，必然或多或少地留下其地球化学烙印，尤其是稳定同位素及相应计算数据（如利用同素计算的盐度指数Z，一般Z大于120被认为是海水环境），另外某些微量元素对比分析也是白云岩的地球化学特征成因解释基础。

在以往的研究中，多数研究者将建南地区长兴组（P2c）－T1f白云岩的成因归结为混合水白云岩化模式[3，4]。这种观点的主要证据是建南地区T1f3白云岩的C、O同位素之间存在比较明显的正相关关系（图3），认为受到了大气淡水的影响。另外，通过薄片观察经常可以看到，白云岩晶体选择性交代鲕粒以及 “雾心亮边”等指示大气淡水影响的现象。通过近期研究认为，早期大气淡水的影响对研究区白云岩的形成固然起到了很大作用，但是白云岩的最终形成应该是在浅埋藏时期。

与海水中的稀土元素配分曲线（图4）对比表明，白云岩的稀土元素特征与海水的类似。前人研究认为，海相环境沉积成岩的灰岩，除了重稀土元素有少量亏损外，较好地保存了原始海水的稀土元素配分型式，而原始灰岩的白云岩化也不会显著改变原岩的稀土元素组成，研究区白云岩与海水类似的稀土元素配分型式，一方面白云岩很好地继承了原始灰岩的稀土元素配分型式，另一方面白云岩化过程中很少受到其他非海水流体的影响。也就是说，白云岩化流体本身以原始海水或与海水类似的海源流体为主，基本排除了混合水白云岩化的可能性。

图3 龙8井白云岩碳氧同位素分布（据文献 [3]）

图4 龙8井T1f储层稀土元素颗粒陨石标准化配分曲线

通过对建28井、龙8井白云岩Sr、Mg元素的分析（图5），求得白云岩沉淀流体的w（Sr2＋）/w（Ca2＋）质量分数比平均值为0.039%，而海水的w（Sr2＋）/w（Ca2＋）为0.02%，淡水的w（Sr2＋）/w（Ca2＋）比为0.006%，推测沉淀白云石流体可能为浓缩的海源流体，也可以排除混合水白云岩化的可能性。

图5 白云岩化流体w （Sr2＋）/w （Ca2＋）与白云岩w （Sr）关系图

由建南地区T1f3白云岩C、O同位素计算的白云岩形成温度范围为40～50℃之间，平均值为45.5℃。假定古地表温度为20℃，古地温梯度为3℃/100m，推测T1f3白云岩的成岩深度为800m左右的浅埋藏时期。碳酸岩盐度指数Z均大于120（图6），指示白云石化为海相或浓缩的海源流体性质。

图6 T1f3碳酸盐岩盐度指数Z分布

结合上述T1f3白云岩展布规律以及成因特征的分析认为，研究区的白云岩成因模式为：白云岩的形成与颗粒滩发育时期的古地形密切相关，在海底胶结完成以后，由于海平面持续下降，位于古地形高地的颗粒滩接受大气淡水溶蚀，孔隙得到改善，为后期白云岩化流体的进入奠定了基础；浅埋藏时期，来源于围岩的压实流体（浓缩的海源流体）通过垂向和侧向汇聚进入到孔隙之中，从而开始发生白云岩化作用；最终，白云岩形成于浅埋藏时期。简单地说，白云岩的发育与展布主要受控于早期颗粒滩的暴露程度和规模。