龙女寺—广安地区栖霞组储层特征及主控因素

李菡韵 朱 讯 谷一凡 杨东凡 何溥为 涂罗乐 夏吉文

（1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041；2.西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500；3.中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621709；4.中国石油西南油气田公司蜀南气矿，四川 泸州 646000）

0 引言

四川盆地中二叠统栖霞组勘探始于20世纪70年代，龙女寺—广安地区的女基井首次在栖霞组发现了孔隙型白云岩储层，中途测试获气4.55×104m3／d。近年来，川西北地区双鱼石构造多口钻井在中二叠统栖霞组钻遇大套优质的白云岩储层，获得了高产气流，展现出栖霞组天然气勘探开发的巨大潜力。同时，川中地区钻达中二叠统的40余口井中有28口井存在气侵、气测异常等良好显示，特别是2015年在龙女寺区块MX31-X1井、MX42井栖霞组测试获得高产气流，分别为36.69×104m3／d和22.42×104m3／d，也显示出川中地区中二叠统栖霞组具有较好的勘探潜力[1-3]。目前钻井揭示栖霞组白云岩储层具有厚度薄、非均质性强、储层纵横向分布特征认识尚不清楚等特点，关于其发育主控因素争论较大。前人先后提出了混合水成因说、埋藏成因说、玄武岩淋滤成因说、多期流体叠合说、构造—热液成因说等[4-6]。笔者充分利用岩心及相关配套分析化验资料，结合测井、地震成果对龙女寺—广安地区中二叠统栖霞组储层特征进行研究，分析其发育主控因素，优选有利区，以期对后期深化天然气勘探提供参考。

1 地质背景

研究区位于四川盆地中部，构造分区属川中平缓构造带。中二叠世栖霞期大规模海侵导致海平面快速上升，全区处于浅海环境[7-9]，以深灰色厚层—块状亮晶生屑灰岩、泥晶生屑灰岩、泥晶灰岩沉积为主。受后期白云石化流体改造，栖霞组发育的白云岩主要在其中上部[10-11]。区内栖霞组与下伏下二叠统梁山组、上覆中二叠统茅口组均呈整合接触（图1）。

图1 研究区二叠系地层柱状示意图

2 储层基本特征

生物碎屑以其与油气的密切成因联系及重要的学术价值而日益受到沉积学家、尤其是石油地质学家的重视。目前，中二叠统生物碎屑滩已成为本区乃至四川盆地的主力勘探目标之一。

2.1 储集岩类型

研究区栖霞组岩石类型多样[12]，包括深灰色厚层—块状亮晶生屑灰岩、泥晶灰岩、泥质灰岩、泥晶生屑灰岩、云质生屑灰岩、灰—褐灰色中—细晶白云岩等。通过岩心、薄片鉴定，本区栖霞组储集岩类型主要为残余生屑云岩（图2a），次为中—细晶白云岩（图2b）。其中残余生屑云岩的原岩为泥晶生屑灰岩或亮晶生屑灰岩，受后期白云石化作用的强烈改造，面孔率可达6%～10%，镜下只能观察到生屑残余结构（图2a），表现为白云石晶体的“雾心”结构，该结构粒径分布范围在160～400 μm（图2c）。中—细晶白云岩的原岩同样为泥晶生屑灰岩或亮晶生屑灰岩，相比残余生屑云岩，其白云石化程度更高，镜下几乎不可见生屑的残余结构，白云石晶体介于250～450 μm，自形程度高（图2d）。

图2 研究区中二叠统栖霞组储集岩及储集空间类型图

2.2 储集空间类型

研究区栖霞组储集空间主要为孔隙和溶洞。孔隙类型包括晶间溶孔（图2b）、晶间孔（图2a），其中晶间孔的孔隙边缘平直，孔隙整体呈规则的三角状或多边形状（图2c），为中—细晶白云岩的白云石晶体的晶间部分，未被后期充填物充填。经薄片统计表明，晶间孔是研究区重要的储集空间类型之一，发育频率超过22%（图3a），常与晶间溶孔伴生。晶间溶孔是在晶间孔的基础上，由于烃类成熟产生的酸性流体或其他溶蚀性流体（包括大气淡水、热液流体）等，对其边缘扩溶而导致孔隙边缘呈港湾状（图2b）。晶间溶孔是研究区最主要的储集空间类型，发育频率达63.40%（图3a）。根据岩心观察和配套成像测井资料分析，本区栖霞组储层中溶洞以洞径介于2～3 cm的小洞为主，洞密度为29.07个／m，面洞率最大可达6.2%，平均面洞率为2.79%，以分散状分布为主。在成像测井上，孔、洞常与裂缝伴生，表现为暗色溶蚀孔洞斑块裂缝正旋暗色条带搭配。研究区溶洞以孔隙型溶洞为主，发育频率为12.67%（图3a），孔隙型溶洞是在孔隙基础上扩溶形成，往往被后期鞍状白云石、方解石或沥青充填（图2e）。裂缝型溶洞是沿裂缝扩溶形成，在目前钻井中虽然少见，发育频率仅1.84%（图3a），但对溶洞之间起到了较好的连通作用（图2f）。

2.3 储层物性特征

研究区栖霞组储层物性为低孔—低渗背景下的局部层段高孔—高渗特征。测井资料统计结果表明，区内栖霞组储层段孔隙度主要分布在大于等于2%且小于等于5%的范围内，平均孔隙度为4.08%，平均渗透率为1.025 mD（图3b）。对133个岩心、薄片孔隙统计表明，研究区以中—细晶白云岩孔隙度最高，平均值为4.5%，次为残余生屑云岩，平均孔隙度为3.5%，而云质生屑灰岩、亮晶生屑灰岩、泥晶生屑灰岩的孔隙度普遍较低，平均值为1.2%～1.8%，总体上有随着白云石含量增多，孔隙度相对增高的趋势（图3c）。依据岩心柱塞样的孔隙度—渗透率关系，孔隙度小于2%的样品受裂缝影响较明显，而孔隙度在大于等于2%且小于4%的范围内，受裂缝影响明显，而孔隙度在大于等于4%且小于6%的范围内，孔隙度和渗透率的关系受裂缝影响较小，总体上具有一定的正相关性（图3d）。

综合上述研究认为，本区栖霞组储层的储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔和溶洞，孔隙度—渗透率关系散点图显示出一定的正相关性，在孔隙度分布主体大于等于2%且小于4%的区间内，受裂缝影响明显，同时成像测井资料也表现出孔隙、溶洞与裂缝较发育的特征（图3d），因此认为研究区栖霞组的主要储层类型为裂缝—孔隙（洞）型。

图3 研究区中二叠统栖霞组储层特征直方图及散点图

3 白云岩储层发育主控因素

碳酸盐岩储层的形成、演化、分布以及质量优劣情况受沉积作用、成岩作用等共同控制。沉积作用及其产物是储层形成、演化的基础，同时决定了主要储层的大致分布范围；成岩作用特别是溶蚀作用控制了储层的品质，进而控制了优质储层的最终展布。

1）沉积古地貌控制下形成的台内生屑滩，为储层形成提供了物质基础。沉积作用直接形成了区内栖霞组储层发育的物质基础。前人研究表明[13-14]，早二叠世发生的广泛海侵使包括研究区在内的四川盆地普遍接受浅水海相沉积，生物种类繁多，为生屑滩的形成提供了大量物质基础，同时古地貌差异对于台内生屑滩滩体的分布具有明显的控制作用[6-8]，本区在栖霞组沉积期处于古隆起斜坡带的陡缓转折区，发育大面积分布的台内生屑滩，由于沉积古地貌较高，海侵期的波浪作用对滩体的改造较为彻底，形成了以亮晶生屑滩为主的滩体沉积，是储层发育的最有利微相，为后期白云石化流体改造提供了宝贵的物质基础。因此，台内生屑滩的分布范围大致决定了白云岩储层的分布范围。由于台地内部所处的沉积环境水体相对台地边缘较深，水动力条件相对较弱，因而台内生屑滩具有单个滩体规模小、滩体厚度薄、纵向上多套滩体叠置的特点。

2）白云石化叠加埋藏溶蚀作用直接决定了白云岩储层的发育程度。根据对区内中二叠统栖霞组储层段的岩心、薄片观察，认为储层的发育与多期建设性成岩作用有密切关系。储层主要由残余生屑云岩、中—细晶白云岩构成，而其他岩石类型很少见到储集空间发育，因此本区储层发育的最主要成岩作用为白云石化作用。基于田景春等（2014）[4]682和蒋裕强等（2018）[10]18对本区栖霞组白云岩进行的多类型地球化学特征分析结果认为，混合水白云石化作用在栖霞组白云岩中并不占优势地位，该类型低温条件下的白云石化作用趋向于原始结构保存[15]，不利于储集空间的形成。因此，埋藏白云石化叠加后期热液白云石化作用是直接决定白云岩储层形成的关键，其中热液白云石化作用对生屑滩的改造最为剧烈，表现为相比生屑灰岩，残余生屑云岩、鞍状白云石均呈δ18O负偏移、87Sr／86Sr正偏移的特点（图4）。溶蚀作用是改善本区栖霞组白云岩储层品质较为普遍的建设性成岩作用，该现象在四川盆地多套含气层系的储层研究中均已得到证实[16-17]。埋藏期伴随烃源岩的成熟，形成大量有机酸随油气共同运移至栖霞组白云岩储层中，后期热液流体也具备溶蚀性。上述溶蚀性流体通过裂缝等输导体系对前期白云石化作用所形成的晶间孔进一步溶蚀扩大，在一定程度上改善了白云岩储层品质。

图4 研究区中二叠统栖霞组白云岩各岩石类型锶同位素及碳—氧同位素交会图（VPDB标准）

3）多期构造裂缝是改善白云岩储层品质的主要因素。研究区整体构造平缓[18]，断层不发育，但所经历的多期构造运动同样可导致构造裂缝的形成。从测试情况来看，高产气层主要发育在裂缝较发育区，如MX42井，对岩心、薄片观察均已证实该井区裂缝较为发育（图2），说明裂缝从纵向上沟通了多套储层，同时也为埋藏溶蚀阶段的有机酸流体和热液流体的运移提供了通道，上述流体对白云岩储层中储渗空间的扩溶进一步改善了白云岩储层品质。

4 优质储层展布特征及油气勘探意义

根据测井解释的储层物性参数，参照储层分类标准，统计不同类型储层的纵向分布、平面分布特征，明确不同类型储层在本区的纵横向分布情况。

1）储层纵向上分布不连续，平面上非均质性强。根据测井解释成果，本区栖霞组纵向上一般发育2～4套储层，集中发育在该组中—上部白云岩层段中，具有单套厚度薄、纵向多套叠置的特点，横向上储层分布不连续，展现出较强的非均质性。平面上以台内生屑滩的滩体分布范围为约束，根据实钻井、测井解释标定、地震储层预测成果分析可知，研究区栖霞组优质储层平面分布非均质性强，受生屑滩控制明显，优质储层在MX42、MX107、MX31-X1及GS16井区集中发育（图5），以高孔段储层为主，厚度超过8 m，平均孔隙度为4.5%。

2）油气勘探意义。基于研究区栖霞组优质储层分布、叠合实际测试成果，认为当区内栖霞组纵向上储层累计厚度超过8 m时，往往测试能获得高产气流。因此，笔者根据研究区台内生屑滩的分布，结合栖霞组优质储层展布特征（地震预测）及实钻井测试效果，划分出MX42-MX51井区（87.26 km2）、MX31-NJJ井区（133.23 km2）、GS16-GS112井区（80 km2）3个有利区和 MX107-MX46井区（77.65 km2）、MX42井区北部（27.66 km2）两个次有利区（图5）。有利区的划分可为后期该区块栖霞组深化天然气勘探开发提供有力依据。

图5 研究区中二叠统栖霞组储层厚度叠合产能平面分布图

5 结论

1）研究区中二叠统栖霞组储集岩类型以残余生屑云岩、中—细晶白云岩为主，储集空间中孔隙类型以晶间孔、晶间溶孔为主，溶洞类型以孔隙型溶洞为主，次为裂缝型溶洞。储层物性为低孔—低渗背景下的局部高孔—高渗，主要储层类型为裂缝—孔隙（洞）型。

2）古地貌控制下的台内生屑滩为后期建设性成岩作用的改造提供了宝贵的物质基础。生屑滩滩体的分布范围大致决定了储层分布范围；后期白云石化作用和埋藏溶蚀作用是优质白云岩储层形成的决定性因素；多期构造运动形成的构造裂缝极大地改善了白云岩储层的储渗能力；本区栖霞组白云岩储层纵向上具有单套厚度薄、多套叠置的特点，横向则分布不连续，展现出较强的非均质性，储层在MX42、MX107、MX31-X1、GS16井区集中发育。

3）根据栖霞组台内生屑滩的滩体分布，结合优质储层展布特征及实钻井测试效果划分出3个有利区、2个次有利区，为深化天然气勘探开发，建议下一步对龙女寺多期栖霞组开展台内滩体的地震预测，明确裂缝发育有利区，精细刻画有利储渗体分布范围，为后期井位部署提供依据。