四川盆地灯影组储层特征及主控因素

斯春松，郝 毅，周进高，倪 超，潘立银

（1.中国地质大学资源学院，武汉 430074；2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023）

四川盆地灯影组储层特征及主控因素

斯春松1，2，郝 毅2，周进高2，倪 超2，潘立银2

（1.中国地质大学资源学院，武汉 430074；2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023）

灯影组是前寒武纪最重要的含气层系之一。以钻井岩心及露头剖面样品的镜下岩石学特征为基础，以阴极发光、扫描电镜等实验方法为辅助手段，对四川盆地灯影组白云岩储层进行了研究。认为灯影组白云岩储层类型主要为藻叠层白云岩、藻纹层白云岩、藻砂屑白云岩、藻核形石白云岩、藻凝块白云岩等。储集空间被分为6类，其中砾间孔、大规模溶孔溶洞以及“葡萄花边”残留孔洞是灯影组最主要的储集空间。四川盆地灯影组形成储层的控制因素有：沉积相带、白云石化作用、表生喀斯特作用、构造作用以及海平面升降变化等。其中沉积相带是灯影组储层形成的物质环境基础，白云石化作用是储层得以保存的必要条件；表生喀斯特作用、构造作用、海平面升降等因素是储层形成的关键因素，构造裂缝是储层改善的重要条件；而胶结作用和硅化作用则是灯影组储层受到破坏的重要因素。

四川盆地；震旦系；灯影组；白云岩储层；控制因素

四川盆地是中国西部一个大型而古老的含油气叠合盆地（图1），面积约19×104km2［1］。震旦系是上扬子台地发展时期的第一个沉积盖层，同位素年龄为570～850 Ma［2］。上震旦统灯影组是由李四光等在湖北宜昌附近创建的“灯影石灰岩”演变而来［3］，该名称随后在四川盆地得到广泛使用。灯影组是国内最古老的碳酸盐岩含气储集层，1964年在四川盆地威远构造发现灯影组气田，该气藏受加里东期形成的乐山－龙女寺古隆起所控制［4］，探明储量达到了400×108m3以上［5］。自20世纪90年代开始，地质学家们就从岩石类型［6，7］、储层特征［8，9］、成岩作用［10－14］、烃源岩［15］及成藏特征［16，17］等方面对四川盆地灯影组进行了大量的研究工作。

1 灯影组储层岩石类型

1.1 地层划分及岩石学特征

四川盆地灯影组最新的地层划分方案经中国

图1 四川盆地灯影组主要露头及钻井位置图Fig.1 Geographic location of main outcrops and wells in Dengying Formation，Sichuan Basin

石油西南油气田分公司勘探开发研究院和中国石油勘探开发研究院专家商定（内部会议，2012），与以往划分方案有所不同，自下而上分为4段（图2）。灯一段岩性主要为泥微晶白云岩，藻类等微生物不发育，局部地区含膏岩。灯二段为富藻白云岩段，岩性除了泥微晶白云岩外，藻砂屑白云岩、藻凝块白云岩、藻团块白云岩、藻黏结白云岩、藻核形石白云岩等含藻类白云岩普遍发育；另外“葡萄花边”状构造普遍发育，这是四川盆地乃至整个中上扬子地区灯二段的典型标志。灯三段是一套以碎屑岩为主的砂泥岩地层，全盆地广泛分布，厚度从几十厘米至几十米不等。如盆地南部峨边先锋剖面，灯三段为蓝灰色泥岩及灰黑色泥岩，厚度为40 cm；而盆地北部南江杨坝剖面，灯三段厚约50 m，下部主要为含砾细砂岩，中上部主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及硅质岩。灯四段主要为一套含硅质泥微晶白云岩，硅质条带广泛发育，局部可见藻纹层。灯影组上覆地层为麦地坪组或筇竹寺组，属于下寒武统，与灯影组多为平行不整合接触。在四川盆地内，灯影组分布较均匀，厚度多为0.6～1 km，而盆地以外地区，普遍变薄。

图2 四川盆地震旦系综合柱状图Fig.2 Integrated stratigraphic column of the Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

1.2 灯影组储层主要岩石类型

前面已经提到，灯影组主要有泥质白云岩、粉－细晶白云岩、泥微晶白云岩、颗粒白云岩及与藻类微生物相关的白云岩等，岩石类型达到8种以上［6］，但储集岩性主要以藻类（蓝细菌［7］）参与的白云岩为主。藻类成因白云岩储层的主要岩性有藻叠层白云岩（图3-A，B）、藻纹层白云岩（图3-C）、藻砂屑白云岩（图3-D）、藻核形石白云岩（图3-E）、藻凝块白云岩（图3-F）等。这些储层岩性的形成与藻类生长有关，成因相对简单，一般在阴极射线照射下发橙色暗光（图3-G，H）。除含藻类白云岩可以形成储层外，泥微晶白云岩经过表生喀斯特作用后也可形成储集空间。此外还有一类特殊的岩性：“葡萄花边”状白云岩（图3-I），其形态特殊，主要发育在灯影组第二段的中下部。从正面看像一颗颗的“葡萄石”，从侧面看则像一层层的“花边”状纹层，经研究其主要形成于已经存在的缝洞系统中，是一种多期次胶结物生长的表现，不但是判断地层归属的重要标志，而且是孔洞发育的主要储集岩性。

2 储集空间类型

前人针对灯影组储层的研究有很多，灯影组储集空间类型被分为晶间（溶）孔、粒间（溶）孔、粒内（溶）孔及裂缝［9］。本文以最新的露头及钻井资料为基础，从储层的发育层位、控制因素、组构选择性以及储层有效性等方面综合考虑，将灯影组储集空间分为6类（表1）。其中灯二段以“葡萄花边”构造残留孔洞为主，而灯四段以砾间孔及大规模溶孔、溶洞最为重要，这些孔洞是灯影组最有利的储集空间类型。

a.格架孔（窗格孔）。此类孔隙受沉积相带控图3 灯影组藻类白云岩的宏观、微观特征Fig.3 Macro and micro characteristics of the algal dolomite in Dengying Formation

（A）藻叠层白云岩野外宏观特征，贵州金沙岩孔剖面，灯二段；（B）藻叠层白云岩镜下微观照片，早期格架孔被白云石胶结充填，四川峨边先锋剖面灯四段，铸体薄片，12.5×，（－）；（C）藻纹层含硅质白云岩，岩心照片，gs1井，灯四段；（D）藻砂屑白云岩，岩心照片，针状溶孔发育，z4井，灯二段；（E）藻核形石白云岩，核形石由藻类包绕形成，四川南江杨坝剖面，灯二段；（F）藻凝块白云岩，藻格架孔发育，被白云石半充填，gk1井，灯二段，铸体薄片，12.5×，（－）；（G）藻凝块白云岩，暗色为含藻的白云石凝块，藻凝块外为泥晶白云石胶结物，中间亮色为亮晶白云石晶体，gk1井，灯四段，薄片照片，25×，（－）；（H）藻凝块白云岩的阴极发光特征，与（G）图的视域一致，藻凝块发橙色暗光，泥晶白云石几乎不发光，亮晶白云石发橙红色亮光，25×，（CL）；（I）“葡萄花边状”白云岩，四川峨边先锋剖面，灯二段制，主要发育在藻凝块、藻叠层白云岩中，其孔隙分布形态主要反映了藻类的生长形态，可以呈叠层状（图3-B、图4-A）或窗格状（图3-F）。孔隙的形成主要是早期藻类等有机质被溶解后形成；但该类孔隙易被胶结物充填，因此多数为无效孔，仅少量薄片可以见到有效孔隙存在（图4-A）。

表1 四川盆地灯影组储集空间类型划分Table 1 The classification of the reservoir spaces types in Dengying Formation of Sichuan Basin

b.粒内（间）溶孔。该类孔隙也明显受沉积相带控制，主要发育在颗粒白云岩中。其形成条件是颗粒本身或颗粒之间的胶结物容易被溶解，主要发育在灯二段的颗粒白云岩中（图4-B）。z4井可见大段粒内孔发育的针孔状颗粒白云岩，颗粒本身可能为藻砂屑，几乎已被完全溶蚀并大多被亮晶白云石取代，仅有颗粒周缘早期的泥晶胶结物被保留下来。薄片下可见粒内孔发育，但有效孔隙并不多，且连通性较差，孔隙中见沥青充注（图4-C）。此外，藻砂屑、藻凝块这些颗粒之间的胶结物被溶蚀后也可形成次生粒间溶孔（图4-E）。孔隙周围常常见到晚期形成的亮晶白云石以及沥青。

c.砾间孔。由于灯影组不像早三叠世飞仙关组那样可以形成大规模鲕滩，在沉积初期难以形成完全依靠颗粒支撑的结构组分，因此，有大规模粒间孔的储集层是很难发现的。但灯影末期在桐湾运动的作用下，大规模长时间的表生喀斯特作用得以发生，大量喀斯特角砾之间可以形成砾间孔（图4-D），这是灯影组最主要的储集空间类型之一。

d.大规模溶孔、溶洞。灯二期末及灯四末期有2次大的构造运动（桐湾运动Ⅰ幕及Ⅱ幕），此时海平面相对下降，长时间沉积间断，地层大范围暴露地表并发生溶蚀作用，此时大量的大规模孔洞便形成了。此类孔洞空间可大可小，小的约1 mm（图4-F），大的可以达到数米甚至数十米（图4-G）。根据近年来的成像测井数据（图4-G），此类储集空间主要发育在灯四段上部，即构造不整合面顶部，是灯影组最重要的储集空间之一。

e.“葡萄花边”残留孔洞。经研究认为，此类孔隙是一种特殊的孔隙类型，横向发育面积较广，纵向上主要发育在灯影组第二段中下部（图4-H）。该类孔洞仅发育在具“葡萄花边”构造的白云岩中，从地球化学特征［12］来看，“葡萄花边”是在表生期淡水喀斯特缝洞系统中形成的多期次海水胶结物，其生长过程中可能有大气淡水参与，是一种暴露喀斯特的标志。但众所周知，在灯影组第二段中下部目前还没有发现大的不整合标志，因此排除了构造运动的可能，全盆范围的表生喀斯特作用很可能是在海平面大规模下降的背景之下形成的。需要提到的是，在薄片中还看到很多晶间孔，但实质都是已存在的孔洞空间内晚期亮晶白云石胶结物产生后形成的一种表象，也属于“葡萄花边”残留孔洞的范畴，因此未单独进行分类。

f.裂缝。在对野外露头、岩心、显微镜下薄片进行观察时可以看到，灯影组中的构造裂缝是普遍发育的，且裂缝有被溶蚀扩大的现象。据前人研究，灯影组裂缝主要形成于早、晚两个时期［9］。早期裂缝多被充填或胶结，而具有切割早期裂缝特征的晚期裂缝则多可以形成有效缝（图4-I），这些裂缝不但是有效的储集空间，还可以连通整个储层段，尤其是前面提到的大规模孔洞相对较孤立，需要裂缝系统对其进行沟通、疏导。因此，裂缝在整个灯影组储层中起到了关键的作用。

3 主控因素分析

四川盆地灯影组白云岩储层形成的控制因素较多，其中沉积相带、白云石化作用、溶蚀作用及构造作用是储层形成的有利因素，而压实作用、压溶作用、胶结作用等破坏性成岩作用则是灯影组储层变差的主要原因。

3.1 沉积相带

沉积微相是灯影组白云岩储层形成的物质环境基础。由于碳酸盐岩沉积不同于碎屑岩，其主要是进行化学沉淀而不是机械沉积，因此碳酸盐岩环境最初沉积物多为灰泥沉淀［18］。只有在水体相对高能动荡的沉积相带，颗粒或藻核形石、藻团块才可能形成。这些颗粒除了在沉积物中作为骨架可以起到支撑作用外，有些颗粒本身也易被溶蚀，（图4-B）从而形成次生孔隙。在灯影组中，颗粒浅滩、藻凝块丘、藻叠层丘等相带是储层发育最有利的沉积相带，经大量野外宏观及镜下微观研究即可发现，格架孔、粒内溶孔及粒间溶孔都集中发育在这些高能相带中。

3.2 白云石化作用

对四川盆地灯影组巨厚层白云岩的成因历来有着不同的见解，但大多数观点认为，数百米甚至上千米厚的灰岩地层，在埋藏期很难完全转变为较纯的白云岩；另外，考虑到镜下显微特征，以及沉积时期的古环境、古气候等因素，认为灯影组白云岩很可能是准同生期白云石化的产物，甚至可能是原生白云石。而较早期的白云石化作用是灯影组储层得以保存的重要条件。众所周知，在地层持续深埋时，灰岩比白云岩更容易发生压实及压溶作用，这不但对储层中的空间起到了破坏作用，而且压溶产生的富钙流体还容易填充到周围已经存在的孔隙中，对储层起到了双重破坏作用［18］。而灯影组这种较早期形成的白云岩可以在埋藏过程中最大程度地保存已有的储集空间。

3.3 溶蚀作用

对于四川盆地灯影组白云岩储层而言，溶蚀作用的发育有3个主要期次：一是准同生期存在的大气淡水淋滤溶蚀作用，多为具有组构选择性的溶蚀；二是埋藏阶段发生的酸性流体溶蚀作用，此类溶蚀作用发生较晚，主要表现为非组构选择性溶蚀，多沿缝合线和裂缝发育；三是表生喀斯特期，即灯二段末和灯四段末发生了两期构造抬升，灯二段早中期发生了大规模海平面下降，在这3个特殊时期，已固结成岩的地层暴露接受长时期、大范围、大规模的表生溶蚀作用，复杂的喀斯特缝洞储层由此产生（图5）。根据本文相关的课题研究，认为四川盆地内表生喀斯特作用是灯影组储层形成的关键因素。

3.4 破坏性成岩作用

常见的破坏性成岩作用主要是指压实-压溶作用、胶结作用、热液矿物充填等。经研究，对于四川盆地灯影组白云岩储层而言，胶结作用和硅化作用是灯影组白云岩储层受到破坏的最主要因素。

图5 表生喀斯特储层发育模式图Fig.5 Reservoir development model of epigenetic karst

胶结作用主要见于颗粒白云岩和藻黏结白云岩中，是四川盆地灯影组储集空间减少的最主要成岩作用之一，它存在于整个成岩作用阶段，主要就是充填原生孔隙以及后期溶蚀作用和构造破裂作用产生的次生储集空间。在灯影组中，胶结物主要表现为纤状、片状、粒状亮晶白云石，胶结作用以多世代胶结为主。最为典型的胶结物特征就是“葡萄花边”状构造，其成因就是在表生喀斯特作用下形成的溶孔溶洞中，不同颜色不同类型的胶结物从洞壁向孔洞中心按期次生长，最后一期胶结物一般为粗晶粒状白云石。虽然孔洞被大量充填，但仍会有一些孔洞残留下来，但由于多期次的胶结作用造成这些残留孔洞相对孤立，连通性变差（图6-A）。

硅化作用是在研究区较为发育的一种交代成岩作用，对储层破坏明显，无论从野外露头还是岩心中都可以发现，在灯四段尤为发育。硅化作用主要分为2种类型：第一类为选择性硅化作用，硅质主要对藻凝块、藻纹层等格架孔进行有规律的充填，原岩多为藻类白云岩（图6-B，C），形成时间可能较早；第二种是非选择性硅化作用，硅质主要对各类孔洞进行充填或者发生交代作用，镜下可见硅质多为较大的自形石英晶体，其成因可能与热液有关。硅化作用对灯影组白云岩储层无疑起着很大的破坏性作用，不但使岩石结构变得致密，更为重要的是减少了储集空间并且阻碍了储层之间的连通。

3.5 构造作用

在四川盆地灯影组储层中，大规模孔洞是主要的储集空间；但由于胶结作用的存在，孔洞周边多被胶结物半充填，仅在中心部位有孔洞被保留下来，相对较为孤立。喜马拉雅期的构造运动则产生了较为复杂的断裂-裂缝系统，除裂缝本身可以作为储集空间外，还对灯影组较大而孤立的储集空间形成连通-疏导作用。另外，早期桐湾Ⅰ幕、桐湾Ⅱ幕等构造运动也是造成表生喀斯特孔洞的重要条件（图2）。

3.6 海平面升降作用

前面已经提到，“葡萄花边”残留孔洞形成于灯二段中下部，地层暴露的成因与构造作用关系不大，很可能是与海平面升降运动相关的。其中当海平面下降时，岩石暴露，表生喀斯特作用形成大规模孔洞。当海平面上升时，孔洞中开始形成多期次胶结物（葡萄花边）对孔洞进行充填，未完全充填则会形成“葡萄花边”构造残留孔洞，是灯二段的主要储集空间。

图6 灯影组中的破坏性成岩作用Fig.6 Destructive diagenesis in Dengying Formation

4 结论

a.灯影组储集岩性主要跟藻白云岩有关，此外泥微晶白云岩在大规模表生喀斯特作用下也可以形成储集空间。

b.从发育层位、控制因素、组构选择性等方面考虑，将四川盆地灯影组白云岩储集空间划分为6类，其中砾间孔和大规模溶孔溶洞是灯四段主要的储集空间，而“葡萄花边状”溶孔则是灯二段的主要储集空间。

c.灯影组储层主要受到沉积相带、白云石化作用、溶蚀作用以及成岩作用和构造作用等因素控制，其中沉积相带是储集岩形成的物质基础，溶蚀作用是储层形成的关键因素，而硅化作用和胶结作用是破坏储层的主要因素。

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Characteristics and controlling factors of reservoir in Sinian Dengying Formation，Sichuan Basin，China

SI Chun-song1，2，HAO Yi2，ZHOU Jin-gao2，NI Chao2，PAN Li-yin2
1.Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；
2.Hangzhou Institute of Petroleum Geology，PetroChina，Hangzhou 310023，China

Dengying Formation of Sinian is one of the most important gas-bearing strata in Precambrian of China.Based on the lithology characteristics，the scanning electron microscope，the cathode luminescence and some other experimental analyses，this paper studies some samples taken from the outcrops and the drilling cores of Dengying Formation in Sichuan Basin.This paper studies the dolomite reservoir of Dengying Formation.The types of the dolomite reservoir are mainly the algal stromatolite dolomite，algal lamellar dolomite，algal dolarenite，algal oncolite dolomite and algal grumous dolomite，and so on.There are altogether 6 kinds of reservoir pore spaces in Dengying Formation.Among them，the interbreccia pores，the mass dissolved pores-caves and the“grape-lace”remnant pores-caves are very important.The Development of the dolomite reservoir is mainly controlled by sedimentary facies，dolomitization，dissolution，sea level ecstasy and tectonic action.The sedimentary facies is the environment basement of the reservoir.The dolomization is the key that the reservoir can be preserved.The dissolution，sea level eustasy and tectonic action are the key factors to make pore spaces.The tectonic fracture is an important factor to improve the reservoir.The cementation and silicification will fill the pores and are destructive factors for the reservoir in Dengying Formation.

Sichuan Basin；Sinian；Dengying Formation；dolomite reservoir；controlling factor

TE122.21

A

10.3969／j.issn.1671-9727.2014.03.02

1671-9727（2014）03-0266-08

2013-11-04

国家科技重大专项（2011ZX05004-002）；中国石油勘探与生产分公司前期研究项目（2012ZD01-02-03）

斯春松（1968－），男，高级工程师，研究方向：石油天然气地质，E-mail：sics＿hz＠petrochina.com.cn。