四川盆地北部上震旦统灯影组四段储层特征及其控制因素

段金宝 代林呈 李毕松 朱 祥 李 辉

中国石化勘探分公司

0 引言

上震旦统灯影组丘滩相白云岩储层是四川盆地天然气勘探的重要领域，也是近年来古老地层碳酸盐岩储层研究的热点[1]。四川盆地中部（以下简称川中地区）高石梯—磨溪地区（以下简称高磨地区）灯影组发现以高石1井为代表的多口日产百万立方米天然气高产井，揭示了该盆地内灯影组天然气勘探的巨大潜力[2]。四川盆地北部（以下简称川北地区）与高磨地区具有相似的地质背景，成为业界高度关注的新领域。

近年来，中国石化勘探分公司在川北地区持续开展系统野外地质工作，对于灯影组沉积与储层的认识取得了新的进展。研究表明，川北地区灯影组属于镶边台地模式，发育台缘丘滩和台内浅滩两类有利储集体。该区林庵寺剖面灯四段厚134.4 m，为典型的深水沉积，岩性主要为深灰色薄—中层泥晶灰岩、硅质灰岩夹硅质条带，藻类不发育，岩性致密；胡家坝剖面灯四段厚387.7 m，地层增厚明显，为典型的台地边缘丘滩相沉积，岩性以浅灰—灰白色厚层—块状藻凝块云岩、藻叠层云岩和颗粒云岩为主，藻格架孔、粒内与粒间溶孔、大型层状溶洞发育，储层累计厚度为150.0 m；旺苍鼓城剖面灯四段为局限台地浅滩沉积，岩性为深灰—浅灰色薄—厚层藻凝块云岩和藻/砂屑云岩夹藻叠层云岩、藻纹层云岩和泥—粉晶云岩，孔洞发育，储层累计厚度为42.0 m。从西至东，沉积相呈陆棚—斜坡—台地边缘—局限台地的规律分布。但是，关于该区灯四段储层发育控制的因素，目前认为存在着沉积相[3-5]、表生岩溶[6-9]、埋藏—热液作用[10-11]等诸多方面，对储集岩类型和储层发育规律的研究也尚未达成共识。此外，这些研究大多都是基于四川盆地或者上扬子地台等尺度进行的[12]，或者单一的集中于高磨地区[13]，而针对川北地区灯四段丘滩相储层特征和孔隙发育规律的研究则多是在全盆地灯影组沉积模式的基础上结合区域地质背景加以推测。加之，川北地区灯影组埋藏深度大、地质资料少、地震资料品质差、研究程度整体较低，因而制约了该区灯四段的天然气勘探。

因此，笔者以川北地区灯影组野外露头、钻井和测井/录井等资料为基础，结合区域地质背景，研究该区灯四段储层的基本特征，分析探讨该套丘滩相储层类型、分布规律和控制因素，以期为该区灯影组的油气勘探提供技术支撑。

1 区域地质背景

川北地区位于上扬子台地西北缘，构造位置主体位于川北古中坳陷低缓带和川东古斜中隆高陡断褶带西北部，西临龙门山断裂带，东接川东古斜中隆高陡断褶带，南部为川中古隆中斜平缓带，北与米仓山断裂带、大巴山断裂带相接（图1）[14]。

川北地区灯影组自下而上可划分为4段[15]，主要目的层段为灯四段，该段可进一步划分出两个亚段。其中，灯四段一亚段厚度介于60～150 m，岩性以灰—浅灰色中—厚层藻纹层云岩、藻/砂屑云岩夹藻叠层云岩及藻凝块云岩，顶部储层发育；灯四段二亚段（厚度介于80～200 m，岩性以浅灰—灰白色中层—块状藻凝块云岩、藻叠层云岩夹藻/砂屑云岩，中上部储层发育（图1）。

四川盆地在前震旦纪受晋宁运动影响，构造运动剧烈，并伴随大规模的断裂和火山活动，为复杂基底的形成阶段。早震旦世陡山沱期，四川盆地整体下沉，海水入侵，川北地区由隆升区演变为沉积区，仅北部汉南一带处于古陆剥蚀区，为主要陆源来源区，其附近沉积上震旦统观音崖组滨岸相碎屑岩，其余地区沉积上震旦统陡山沱组陆棚相泥页岩。川北地区灯影期继承了陡山沱期的沉积格局，海侵范围继续扩大，汉南古陆核部进一步由南江地区向镇巴西乡地区迁移[15]，灯影组由两个三级海侵—海退组成的海平面变化旋回构成。灯一段是晚震旦世早期海侵的产物，与下伏陡山沱组呈整合接触，与上覆灯二段为连续沉积。灯二早期海侵达到最大，海平面开始下降，灯二段底部沉积粒度较粗、颜色较浅的碳酸盐岩，灯二沉积末期气候变为干旱，海水盐度增加，有利于藻类白云岩的沉积。随后受桐湾Ⅰ幕运动的影响，川北地区灯二段整体抬升遭受风化剥蚀，与灯三段呈假整合接触。灯三段沉积期攀西裂谷活动加剧，海平面上升，沉积海侵相碎屑岩，与灯四段呈整合接触。灯四段相对海平面进一步下降，为丘滩复合体主要发育期，微生物岩厚层堆积，台缘与台内地层厚度及沉积特征进一步分异，灯四段沉积末期受桐湾Ⅱ幕运动的影响，川北地区灯四段与上覆下寒武统宽川铺组或筇竹寺组呈不整合接触。灯影组的古地理格局奠定了下寒武统沉积演化的地质背景[16]。

图1 研究区构造位置及灯影组地层柱状图（据本文参考文献[14]修改）

2 储层特征

2.1 岩石学特征

野外露头观察、岩心描述和镜下薄片鉴定表明，川北地区灯四段储集岩类型复杂多样，储层主要赋存于藻凝块云岩、藻纹层云岩、藻屑云岩和砂屑云岩中。

藻凝块云岩。也称为凝块状云岩或凝块石，呈浅灰—白灰色，厚层—块状，主要是由若干个中小型凝块结构构成，这类岩石表面通常表现出云雾状、雪花状、疙瘩状或皱纹状特征，具有格架构造、丘形构造和斑马状构造（图2-a、b），主要分布在灯四段上部。

藻叠层云岩。也称为叠层石，呈浅灰—白灰色，中层—块状，藻类密集分布，各纹层起伏趋势基本一致（图2-c）；横向上连续性好，呈层状展布，具有一定起伏形态。藻叠层云岩孔洞、溶扩缝发育（图2-d），分布在灯四段的中上部。

砂屑云岩。灰—浅灰色中—厚层，砂屑颗粒主要由泥—粉晶白云石组成，含量介于60%～70%，粒径一般介于0.3～0.9 mm，分选、磨圆度一般—较好，多呈次棱角状—次圆状，内部结构较为均一，粒内、粒间溶孔发育（图2-e），分布在灯四段中上部。

藻屑云岩。灰—浅灰色、中—厚层，藻屑颗粒主要由粉—泥晶白云石组成，颜色较暗，含量介于55%～65%，粒径一般介于0.2～0.8 mm，分选、磨圆度一般—较好，多呈次棱角状—次圆状，藻类形态多呈泡沫状或不规则形态，内部结构较为松散，储集空间主要包括粒内溶孔、粒间溶孔、晶间（溶）孔、顺层溶洞和溶缝等（图2-f），分布在灯四段中上部。

2.2 储集空间类型

灯四段储层储渗空间成因复杂，类型较多，以次生成因的孔、缝、洞为主，偶见残余原生孔隙。研究表明，灯四段孔隙类型主要有4种，其中以藻格架孔、粒内溶孔为主，其次为粒间溶孔和晶间（溶）孔。溶扩缝和大型溶洞对该区的油气储渗也具有较大的贡献。

图2 灯四段储层特征照片

2.2.1 藻格架孔

为藻类及其原始孔隙溶蚀扩大形成，孔隙边缘呈港湾状，孔隙形态多为椭圆状，孔径介于0.2～0.8 mm，多被沥青、白云石和石英等半—全充填，连通性好，主要分布于藻凝块云岩和藻叠层云岩中（图2-b）。

2.2.2 粒内溶孔

为颗粒内部被部分溶解后的产物，形态不规则，孔径介于0.2～0.4 mm，连通性一般，主要分布于灯四段中上部的藻屑云岩、砂屑云岩中（图2-e）。

2.2.3 粒间溶孔

为粒间孔溶蚀扩大形成，孔隙边缘常有溶蚀圆滑的现象和胶结物的残余部分。分布于砂屑云岩中，连通性较好（图2-e）。

2.2.4 晶间（溶）孔

为晶间孔溶蚀扩大形成，孔隙边缘多呈港湾状、孤岛状，孔径介于0.1～0.4 mm，连通性一般，主要分布于藻叠层云岩和细—粉晶云岩中，或形成于溶洞中充填的白云石晶体之间（图2-d）。

2.2.5 溶洞

主要分布于滩体中上部，洞径一般介于2～20 mm，最大超过50 mm。受溶蚀作用的影响，溶洞多为顺层拉长状于丘滩相储层中呈层状稳定分布，连通性好，充填程度低（图2-a）。垂向溶洞发育较少，仅分布在地层上部—顶部，大多被岩溶角砾、沥青或者泥质充填，有效性差。

2.2.6 溶扩缝

宽度一般大于1 mm，形态不规则，洞壁不平整，多呈港湾状，主要沿藻类溶蚀扩大，被沥青、白云石和石英等半—全充填（图2-d）。

2.3 物性特征

通过对区内灯四段62块常规物性样品分析可知，孔隙度介于1.58%～13.33%，平均值为5.43%，其中，孔隙度介于2%～8%的占样品总数的84.75%；渗透率介于 9.0×10－5～ 20.9 mD，平均值为 1.24 mD，其中，渗透率大于1.0 mD的样品占样品总数的16.98%。灯四段储层总体上呈中—低孔隙度、低渗透率特征（图3）。

根据灯四段孔隙度—渗透率关系图（图4）分析，储层的孔渗关系具有明显的分区性：红圈区的孔渗关系相关性明显，渗透率随孔隙度的增大而增大；红圈区斜率线值较低，表明随着孔隙度的增加，渗透率上升程度不大，裂缝对该类储层的孔隙度影响较小，孔隙结构简单，为孔隙型、孔洞型储层。蓝圈区的孔渗关系的相关性较差，孔隙度变化不大，而渗透率变化较大，该类储层受裂缝影响较大，为裂缝—孔隙型储层。灯四段储层主要表现为孔隙型、孔洞型储层和裂缝—孔隙型储层。

2.4 储层分类与展布特征

2.4.1 储层分类

图3 灯四段储层孔隙度—渗透率分布直方图

图4 灯四段储层孔隙度—渗透率关系图

区内灯四段丘滩沉积后经历了多期成岩作用的差异改造，不同区域呈现不同的储层岩性和储集空间类型组合特征。通过对研究区灯四段储层的宏/微观特征综合分析，将灯四段储层分为丘核相孔洞型储层、丘坪相裂缝—孔隙型储层和浅滩相孔隙型储层3种类型（表1）。

2.4.2 纵向展布特征

灯四段储层在纵向分布上具有明显的层控性（图5），主要分布在一亚段上部与二亚段中上部。一亚段储层厚度介于20～40 m，岩性以藻屑云岩及砂屑云岩为主，粒内溶孔、粒间溶孔及小型溶洞发育，以浅滩相孔隙型储层为主，顶部储层藻类含量增多，溶缝与溶洞规模增大，表现为裂缝—孔隙型储层夹孔洞型储层特征。二亚段储层厚度介于40～120 m，岩性以藻凝块云岩和藻叠层云岩为主，藻格架孔、顺层溶洞及溶扩缝大规模发育，储集性能优越，表现为孔洞型与裂缝—孔隙型储层的特征。

表1 川北地区灯四段储层类型特征划分表

图5 胡家坝剖面灯四段储层分布图

2.4.3 横向展布特征

横向上，台缘储层和台内储层具有明显差异性。台缘储层累厚大、规模好，以孔洞型储层及裂缝—孔隙储层为主，储层主要分布于各亚段中上部。台内储层以浅滩相孔隙型储层为主，其次为丘核相孔洞型储层，两类储层均发育于二亚段中—上部，一亚段储层不发育。整体上，台缘相带内储层规模大，横向分布稳定，台内相带内储层规模一般，横向对比性较差（图6）。

3 储层发育控制因素

3.1 台缘丘滩是储层最有利的沉积相带

四川盆地灯影组总体为浅水碳酸盐岩台地沉积[16]，从西到东依次发育陆源区（古陆）、混积潮坪、古裂陷及裂陷边缘丘滩相、局限台地、台地边缘浅滩（包括台内滩）、台地前缘—盆地边缘斜坡、浅海盆地等相区（带）。在围绕德阳—安岳古裂陷槽的边缘地带不同井位、野外剖面均发现有反映高能量藻凝块云岩、藻叠层云岩、藻/砂屑云岩的丘滩沉积体系。另外，由于微地貌、水动力条件的细微差异，局限台地内可形成较多类型不同的点滩（如内碎屑滩、绵层状藻/砂屑滩、藻黏结颗粒滩和鲕粒滩）沉积体。

图7 川北地区灯四段不同储集岩类物性统计直方图

从川北地区不同岩性物性统计来看，与丘滩体建造相关的藻凝块云岩、藻叠层云岩、藻/砂屑云岩孔隙度要明显高于泥—粉晶云岩、细晶云岩，可见灯四段储层物性与岩性密切相关（图7）。而不同沉积微相控制不同岩性的分布特征[3]，丘核微相主要沉积高能且质纯的藻凝块云岩及藻叠层云岩，丘坪微相主要堆积层状分布的藻叠层云岩及藻纹层云岩，浅滩环境以藻屑云岩及砂屑云岩发育为主，而潟湖及滩间海环境沉积相对低能的泥晶云岩及泥质云岩，不利于原始孔隙的发育。岩性差异为储层后期形成提供了物质基础，而不同岩性形成于不同的沉积环境，因此沉积相直接控制了储层的发育位置和分布范围，是储层孔隙发育的物质基础。

3.2 丘滩相早成岩期组构选择性溶蚀是大规模增孔的关键

四川盆地灯影组地层年代老、埋深大，多期成岩作用是导致储层非均质性强及储层复杂的主要原因，成岩作用是储层最终形成及赋存的关键[17]。川北地区灯影组直接形成孔隙的成岩作用或产生有利于孔隙形成与演化的成岩作用主要为早成岩期组构选择性溶蚀作用。

根据川北地区灯四段储层溶蚀作用形成的机理、先后顺序、持续时间、特征、影响因素以及与储集空间的关系等，将溶蚀作用分为同生期岩溶、早成岩期岩溶和埋藏期岩溶等3种类型。

同生—准同生期岩溶作用发生于沉积物形成后不久、沉积物尚未完全脱离沉积环境时期，成岩环境属于同生—准同生期[18-19]。区内该期溶蚀作用的形成多与海平面频繁升降过程和滩体分布密切相关。灯四段中上部发育多期丘滩复合体，这些沉积体在较低级（五级）海平面下降的影响下，海平面附近及以下的沉积物（岩）由沉积—同生成岩环境转变为同生—准同生成岩环境，在开放的氧化环境中，受大气淡水和混合水的影响，在海平面之上及附近的丘滩体内部可短时间建立起小规模的淡水透镜体，从而发生准同生期岩溶作用[20-21]。每期海平面升降过程中形成的淡水透镜体的大小多受微生物生态群落及组合控制，其顶部常具有干裂暴露标志。丘滩沉积体中的第一期海底纤（柱）状胶结物被部分溶蚀成港湾状及膏模孔洞的形成也被认为是同生期溶蚀作用的表现，但形成的粒间溶孔、藻格架溶孔和膏模孔洞在长达6亿年的成岩过程中几乎全部充填和胶结。因此，同生期岩溶作用对川北地区灯影组储层的影响不明显或影响不大。

早成岩期岩溶作用发生于桐湾运动Ⅱ幕时期，区内基底整体抬升，导致灯四段地层大规模暴露于海平面之上，受到大气淡水改造。该期岩溶作用在先期渗透层的基础上对灯四段地层进行改造，藻凝块云岩和颗粒云岩主要形成花斑状分布的孔洞和层状分布的大型溶洞，藻叠层云岩主要形成顺藻层分布的溶孔和溶缝，孔洞多被塑性角砾充填，构成囊状或海绵状溶蚀系统。该期岩溶作用主要受高能相带控制，具有明显的层控性，对灯四段储层影响明显。

四川盆地灯影组储层的石油充注时期主要为中—深埋藏期，此时高成熟度的有机质演化产生的有机酸对碳酸盐矿物的溶解作用比碳酸更强，有机酸的进入导致在烃类充注之前形成的某些孔隙周边的白云石被溶蚀扩大。此外，石油在裂解过程中，形成大量的天然气和沥青，并释放出H2S和CO2，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，使孔洞充填物产生晶内/间溶孔。根据川北地区灯影组的地层埋藏史，寒武纪末期筇竹寺组烃源岩已经达到了生烃门限，特别是二叠纪后，筇竹寺组烃源岩开始大量的生烃、排烃，靠近寒武系的灯四段上部的各类白云岩在富含有机酸的地层水作用下表现为动态溶蚀—沉淀（重结晶）模式。生烃及排烃的早期，筇竹寺组释放出的大量腐蚀性组分随压实流体向下运移至灯四段，由灯四段顶部向下，侵入的腐蚀性组分越少，到达灯四段下部时几乎没有。因此灯四段中上部与有机质成熟演化有关的埋藏溶蚀作用较强，而下部较弱。这表明埋藏岩溶作用对储层的影响小。

3.3 储层发育模式

根据川北地区灯影组储层在形成和演化过程中的埋藏深度、成岩阶段、成岩作用类型、构造作用和孔隙演化等特征，将该区灯四段储层的形成与演化大致分为4个阶段。

3.3.1 沉积—同生—准同生期原生孔隙形成阶段

灯四段沉积期，川北地区整体处于镶边台地沉积，水体相对较浅，波浪淘洗作用充分，发育藻类云岩和颗粒云岩，岩石原始藻格架孔、粒内孔、粒间孔、白云石晶间孔发育。这些沉积物堆积的同时，在高频海平面升降的影响下，易间歇性暴露于海平面之上，接受大气淡水、海水及混合水的影响。藻类云岩、颗粒云岩及其第一期纤（柱）状白云石溶解形成早期孔洞层；部分浅水区的藻叠层云岩顶部形成小规模的溶沟、溶缝、暴露干裂及少量溶孔（可能属于膏盐类矿物的溶解）；泥—粉晶云岩未暴露于水体之上接受溶蚀作用的改造，仅局部含有石膏晶体或结核发生溶解作用，形成膏盐模孔洞（图8-a）。

3.3.2 第一次浅埋藏期原始孔隙减少阶段

图8 灯四段储层发育模式图

随着沉积作用的进行，经过沉积—同生—准同生期改造的沉积物（沉积岩）被埋藏进入第一次真正意义上的埋藏阶段。随埋藏深度的增加，早期藻凝块云岩和颗粒云岩类发生第二和第三期的粉—细晶的胶结作用，早期藻格架孔和粒间/粒内溶孔大幅度减少；同时，藻叠层云岩及泥—粉晶云岩中除早期的少量膏模孔洞及其他孔隙被粉晶白云石全充填外，强烈的压实作用使晶间孔中地层水排出，晶粒间发生紧密堆积，晶间孔急剧缩小，残存的晶间孔也成为无效孔隙。

3.3.3 早成岩期次生孔隙大规模形成阶段

灯影组沉积后，虽然经历了短期海底和浅埋藏孔隙破坏阶段，但原始孔隙系统仍然保留。四川盆地在桐湾运动Ⅱ幕的影响下，基底整体抬升，导致灯四段地层抬升至海平面之上，接受溶蚀作用改造。藻凝块云岩和颗粒云岩主要形成花斑状溶蚀孔洞和层状分布的大型溶洞，藻叠层云岩主要形成顺藻层分布的溶孔和溶缝。该期岩溶作用形成的孔洞规模较大，连通性强，主要沿高能相带顺层分布，是灯四段储层增孔的关键因素（图8-b）。

3.3.4 中—深埋藏期次生孔隙调整阶段

灯四段在受到桐湾运动Ⅱ幕引起的早成岩期岩溶作用改造后，被快速埋藏。随埋藏深度的增加，早期地层进一步受到压实和压溶作用的改造，使岩性更加致密；同时，地层温度逐渐升高，灯四段早期泥—粉晶云岩发生较强的重结晶作用，转变为白云石晶体自形程度较高的粉—细晶云岩，有效孔隙度和渗透率增加。二叠纪后，灯四段埋深超过2 000 m，地温超过100 ℃，上覆巨厚的筇竹寺组烃源岩进入成熟—生油高峰期，产生的大量腐性组分随地层水的排除进入灯四段，并向下逐渐侵入。这些具有腐蚀性的地层水对灯四段的藻凝块云岩、藻叠层云岩、颗粒云岩和粉—细晶云岩产生较强的溶蚀作用，对先期优质储层的孔隙结构进行调整（图8-c）。此外，由于藻叠层云岩和藻纹层云岩的纹层具有近水平方向展布，成层性好，后期易受到硅化作用的影响，形成致密硅质层。

4 讨论

对比川中地区灯四段储层分析，认为川北地区与之具有相似性（表2），这表明川北地区灯四段具备发育优质储层的地质背景。但储层控制因素表现不同，川北地区灯四段表现为相控型储层，储层发育程度及溶蚀作用强度受沉积相控制，储集空间主要为与藻类发育有关的溶蚀孔洞；川中地区灯四段储层受沉积相及不整合岩溶作用共同控制，导致不同区域储层分布规律的差异性，川北地区优质储层分布主要受高能丘滩相带及古地貌控制，川中地区优质储层主要分布于岩溶残丘—岩溶高地与丘滩相带的叠合区。

针对川北地区满覆盖三维地震工区，结合资料情况和地质背景，依靠井震结合方法，以残余厚度法为主，精细刻画了寒武系沉积前的古地貌：川北地区总体地貌具有西部低、中部高、东部逐渐变低的特征。地貌高地由川中地区延伸至阆中—南江一带，沿绵阳—长宁裂陷槽呈南北状展布，向西部裂陷槽过渡带窄、陡，地貌差异大，向东部过渡带宽、缓，地貌差异小，在巴中一带呈现出次级地貌高地（图9-a）。

综合分析的结果表明，阆中—元坝—广元—胡家坝一带为储层发育最有利区，储层累计厚度介于80～120 m；南江—巴中一带为储层发育较有利区，储层累计厚度介于40～60 m（图9-b）。一方面是因为沉积地貌较高处，高能丘滩相带发育；同时，藻类越发育，越易于奠定较好的溶蚀物质基础，更易于发生早成岩期组构选择性溶蚀，形成顺藻类分布的溶蚀孔洞。

表2 川北地区与川中地区灯四段储层特征对比表

图9 川北地区灯四段平面分布图

5 结论

1）川北地区灯四段发育优质储层，储集岩类型以藻凝块云岩、藻叠层云岩、藻屑云岩及砂屑云岩为主，储集空间包括藻格架孔、粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔、顺层溶洞及溶扩缝，总体表现为中—低孔、低渗的丘核相孔洞型储层、丘坪型裂缝—孔隙型储层及浅滩相孔隙型储层。

2）灯四段储层纵上分布具有层控性，主要分布在各亚段中上部，一亚段储层以浅滩相孔隙型储层为主，二亚段储层发育规模及厚度较大，以丘核相孔洞型储层和丘坪相裂缝—孔隙型储层为主。横向上分布台缘储层累计厚度与规模大；台内储层累计厚度与规模小，以浅滩相孔隙型储层为主。

3）川北地区灯四段储层孔隙发育主要受沉积相和成岩作用控制。丘核、颗粒滩和丘坪微相有利于储层发育；岩溶作用和重结晶作用有利于孔隙形成；早成岩期组构选择性溶蚀作用是丘滩相储层孔隙大规模增加的关键因素。

4）川北地区与川中地区灯四段储层具有相似性但控制因素不同，川北地区灯四段储层为相控，川中地区灯四段储层受沉积相及不整合岩溶作用共同控制，这导致了两个地区储层分布规律的差异性，川北地区优质储层分布主要受高能丘滩相带及古地貌控制，川中地区优质储层主要分布于岩溶残丘—岩溶高地与丘滩相带的叠合区。结论认为，阆中—元坝—广元—胡家坝一带为川北地区灯四段储层发育最有利区，南江—巴中地区一带为储层发育较有利区。