四川盆地开江—梁平海槽两侧长兴组储层溶蚀分类及模式分析

2020-01-02邓思思王跃祥张云峰

天然气勘探与开发 2019年4期

邓思思徐亮王跃祥张奇张云峰谢林

1.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院 2.西南石油大学

0 引言

四川盆地上二叠统长兴组生物礁天然气勘探始于20世纪70年代。1976年在渝东地区的建南构造发现第一个长兴组生物礁气藏。2006年，龙岗1井礁滩气藏的突破，揭开了开江—梁平海槽西侧深层大中型礁、滩岩性天然气气藏勘探的序幕。目前，四川盆地北部一个绵延600 km、范围8 000 km2左右的环海槽礁、滩气藏富气带已清楚地揭示出来。勘探表明，长兴组储层主要分布在台缘带生物礁滩体中，储层是生物礁、滩经历不同程度白云石化、不同时期溶蚀作用及裂缝改造的结果。以往研究认为埋藏溶蚀是优质储层形成的关键，主要围绕与埋藏溶蚀有关的有机酸水和热液的分布及溶解能力开展研究[1-5]。本次通过对开江—梁平海槽两侧台缘带地区21口井的岩心精细描述及岩矿分析，开展溶蚀作用研究，系统分析不同时期溶蚀作用的识别标志和发育特征，表明长兴组共经历了准同生期、早成岩期与埋藏期三个阶段的溶蚀作用。

1 区域地质概况

图1 研究区井位分布图

长兴期四川盆地处于拉张环境，拉张环境造成的基底差异升降，使四川盆地内部相继出现了开江—梁平海槽、蓬溪—武胜台凹和城口—鄂西海槽，“三凹三隆”的构造沉积格局对长兴组生物礁的发育及分布起到了重要的控制作用（图1）。台地边缘水深适度，水动力强，洋流上升带来的深水海洋有机质在该处汇聚，是生物礁最有利的生长区。根据岩性、沉积旋回及生物组合特征，长兴组自下而上可划分为长一、长二和长三段。根据生物礁发育特征，可划分出早、晚两期，早期礁厚滩薄，晚期礁薄滩厚。早期礁发育于长一、长二段，分布宽，在台缘高带呈多排展布特征；晚期礁发育在长三段，主要分布在台缘[6]。目前已发现储量较大的生物礁气藏如铁山、天东和黄龙气藏均属于台地边缘礁型气藏。

2 准同生期大气淡水溶蚀

准同生期大气淡水溶蚀发生于同生期大气成岩环境中，礁、滩体在沉积过程中短期暴露于地表而处于淡水透镜体中，受到富含CO2的大气淡水淋滤，发生选择性和非选择性溶蚀，形成各种孔隙。它既可以选择性地溶蚀由文石和高镁方解石等准稳定矿物组成的颗粒或第一期方解石胶结物，形成粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔，又可发生非选择性溶蚀作用，形成溶缝和溶洞[7-9]。这种同生岩溶直接受环境中水介质的pH值和CaCO3饱和度的控制。但在根本上，同生风化岩溶是海平面波动的成岩响应。识别标志如下：

1）台缘礁、滩微相之中发育大量粒内孔和铸模孔

该期溶蚀发育于沉积物半固结至固结时期，为短暂的构造抬升或海平面下降时期所形成，其暴露区多发育于原始地貌高点，而台缘相带中地貌相对较高的生物礁微相和台缘滩相自然成为该期岩溶发育的有利区带，岩性以生物格架岩、亮晶颗粒岩为主，岩心和薄片上表现为粒内孔和铸模孔多期发育。频繁的水体变化是造成准同生期大气淡水溶蚀多期复合叠置的主要因素，因此多期溶蚀孔隙大量发育，且均匀地叠合在一起（图2）。

2）渗流粉砂充填物

粒内溶孔下部为渗流粉砂充填，之上为粒状方解石胶结物充填，显示出示底构造。渗流粉砂充填，是大气水渗流带的典型识别标志之一。其后的略等厚刃状或马牙状环边胶结物是大气潜流带的识别标志。随后的细晶—中粗晶方解石胶结物形成于大气潜流—浅埋藏环境中（图3）。

3）多期方解石胶结物呈不整合接触

第一期这种溶蚀作用发生的时间比较早，碳酸盐岩沉积物在经历了海底成岩环境的胶结作用之后，就受到了大气淡水的溶蚀。在颗粒灰岩中，可以见到第一期纤状方解石胶结物遭到溶蚀，变得残缺不全，其后的等轴细粒状、刃状或马牙状方解石胶结物与之呈胶结不整合接触（图4）。

4）阴极发光表现为不发光—昏暗光

Fe2＋是阴极发光的猝灭剂，Mn2＋是阴极发光的激活剂，因此，Fe2＋、Mn2＋的含量及其比率变化是控制白云石发光的主要因素。郭建华等（1991）认为Fe/Mn小于6.5时发橙红光—黄色光，大于13则不发光；Zinkernagel等对铁白云石－白云石系列的阴极发光特性研究之后认为FeCO3含量小于4.5%时呈橘红色，4.5%～10.0%之间发暗红光，大于10%则发黑褐色光或不发光。由于Fe2＋、Mn2＋含量与成岩环境的氧化还原程度有关，一般认为，发光强度在一定程度上反映成岩环境的氧化还原程度。发黄色、红色光的白云石Fe2＋、Mn2＋含量较高，代表还原环境。不发光的白云石要么形成于地表附近的氧化环境，不含Fe2+、Mn2+，要么形成于深部还原环境，Fe2+含量较高。准同生期大气淡水溶蚀作用阴极发光表现为不发光—发昏暗光特征（图5）。

图2 准同生期大气淡水溶蚀形成的均匀状孔隙特征图版

图3 渗流粉砂充填物及示顶底构造图版

图4 不同期次胶结物接触关系图版

5）地球化学标志

通过电子探针微量元素分析表明，同生期岩溶作用形成的方解石胶结物总体上都显示出低的Mg、Sr和Na值以及低的Fe、Mn值，反映了来自大气淡水的稀释作用特征。不含Fe、Mn或低的Fe、Mn含量，指示了近地表的氧化和弱氧化环境（图6）。

同生期大气淡水溶蚀为短暂的构造抬升或海平面下降时期所形成。横向上各种溶蚀孔隙呈透镜状分布；纵向上自上而下可划分为大气渗流带、大气潜流带和海底潜流带，大气渗流带和大气潜流带顶部溶蚀作用强，发育大量溶蚀孔洞，在大气水未进入的海底潜流带，海底胶结作用极强，原生孔隙被大量充填，孔隙度大幅降低。

3 早成岩期近地表岩溶

该期岩溶发育于长兴组沉积末期，其上部地层未经过长期的埋藏成岩环境，即脱离海底成岩环境直接暴露，接受溶蚀而发育的岩溶。由于未经过中—深埋藏成岩环境，碳酸盐岩矿物未来得及完全稳定转化，因此，溶蚀空间表现为泥质、渗流粉砂、方解石充填的非选择性的溶洞。早成岩近地表岩溶水运动形式包括漫流和管流，原生及准同生期大气水溶蚀形成的孔隙是该期岩溶重要的先期通道基础，故往往具有相控、层控的特征，垂向上具有分带特征。识别标志如下：

图5 准同生期大气淡水溶蚀胶结物阴极发光特征图版

图6 颗粒灰岩和藻灰岩孔隙中方解石胶结物电子探针分析结果

1）发育高角度溶蚀缝、溶洞

上部（晚期礁）岩溶作用强烈，储集空间表现为高角度的溶蚀缝、溶洞；向下（早期礁）岩溶作用变弱，溶蚀形态以花斑状为主（图7）。

2）渗流粉砂、泥砂等机械充填物

缝洞中充填物包括渗流粉砂、泥砂等机械充填物及层纹状方解石、柱状方解石等化学充填物（图8），如QL 017-X1井4 143.55 m位置，溶洞中为泥质、碎屑充填；TS 4井2-95位置，溶洞为角砾、泥质充填，角砾不具有分选性，为原地垮塌堆积；又如TD021-3井4 289.3 m位置，溶洞被角砾、方解石充填。对充填物成分分析可知，角砾成分与围岩基本相同，表明为原地堆积；泥质成分的主要黏土矿物为伊利石，表明风化程度中等。另外，皮壳状孔洞中充填有方解石和碎屑。据此可知该期岩溶发育时间相对较短，相对不完善。

图7 早成岩期近地表岩溶溶蚀特征

图8 早成岩期近地表岩溶充填特征

通过对研究区单井统计分析表明（表1），大部分井都不同程度发育该期岩溶，从岩溶分布位置可知，晚期礁溶蚀强度远远大于早期礁，表明长兴组末期应存在区域性的暴露面，且岩溶作用厚度较大的井一般为礁、滩体发育的井。

4 埋藏期岩溶

埋藏期溶蚀发生在中—深埋藏阶段，该期岩溶水来源于下伏地层烃源岩热演化过程中形成的酸性流体及岩浆期后热液。主要表现为对断裂裂缝网络和先期存在的孔洞层的扩大溶蚀。埋藏环境中，碳酸盐岩深部溶蚀孔隙的发现，是20世纪80年代以来碳酸盐岩成岩作用研究的突出进展之一。它为碳酸盐岩盆地深部的油气勘探开拓了前景。识别标志如下：

表1 长兴组单井取心井段早成岩期近地表岩溶发育套数、位置及厚度统计表

1）孔隙形状及与胶结物的切割关系

埋藏期多发生非选择性溶蚀，并多与油气运移相伴生，因此常见孔隙被烃类侵染，孔隙常切断、晚期裂缝中的胶结物、机械/化学压实作用之后的胶结物、缝合线；埋藏期胶结物中常含有烃类包体的胶结物；在颗粒岩中，中期次生孔隙也可以根据孔隙形状加以区别，如伸长的舌状孔隙，大于或等于颗粒的超大孔隙等。

2）洞穴被粗晶—巨晶方解石、白云石、石英等充填

因作用时间长，成岩环境稳定，胶结物晶体一般大于0.1 mm，以单晶或嵌晶形式充填于孔隙或孔洞的中心部位，与第一期、第二期方解石呈胶结不整合接触，或直接与颗粒或洞壁接触。根据流体性质的不同充填物可表现为方解石、白云石、石英等，缺少机械充填物（图9）。

3）洞穴沿裂缝、缝合线扩溶形成串珠状溶孔

如LG 001-28、JZ1井等均发现有沿裂缝和缝合线进一步扩大溶蚀形成的串珠状孔洞，多未充填（图10）。

4）裂缝中方解石具有较高的均一温度

通过对裂缝中方解石包裹体均一温度统计可知，其多分布在110～140 ℃之间，为埋藏（热液）成因（图11）。

图9 孤立状小型洞穴及其充填物图版

图10 沿裂缝及缝合线的扩大溶蚀特征图版

该期岩溶作用的通道为断层、裂缝及先期存在的孔洞层，在台缘带礁、滩储层中普遍含沥青，表明曾发生过液态烃充注，有机质在热成熟早期产生的有机酸和CO2在液态烃充注前进入储层，对先期存在的孔洞层扩大溶蚀，随后液烃大量充注，使孔隙被沥青半充填或全充填。

5 发育模式

综上，形成生物礁三期溶蚀综合模式（图12）：

图12 生物礁三期岩溶溶蚀综合模式图

长兴组沉积时期，台地边缘颗粒灰岩发育，形成粒屑滩，由于水体浅、能量高、营养物质适中等条件具备，生物礁在粒屑滩等较硬的基底上发育并向上生长。随着礁、滩体的进一步生长及海平面暂时性相对下降的影响，礁、滩体出露海平面以上并停止生长，处于大气水成岩环境中[10-17]。

第一期溶蚀，准同生大气淡水岩溶作用横向上呈透镜状分布，主要发育在台地边缘外带及台内局部地貌高点上，多发生在礁顶滩，台缘带早晚期礁都存在该期溶蚀。多期的礁、滩体营建和海平面下降控制了多套准同生期大气淡水溶蚀作用的发育。同一个暴露阶段可能是由多个次一级的海平面变化和暴露组成，随着次一级的潜水面的升降、迁移，同一位置处的沉积物可能受到了多次渗流、潜流作用带的叠加、复合，经历了多次大气淡水溶蚀作用的改造，使得其储集性能得到进一步的提升，形成孔隙型储层[18-20]，孔隙度增加1%～4%。

第二期溶蚀，早成岩近地表岩溶作用，其特征是上部管状流为主，溶蚀作用强烈，缝洞发育[17-19]。向下溶蚀强度减弱，漫流为主，呈花斑状。晚期礁暴露最充分，岩溶现象最发育，礁顶滩、礁核、礁基都可见到，形成非选择性溶蚀孔洞、缝，呈花斑状、蜂窝状。

第三期溶蚀，埋藏岩溶—酸性流体及岩浆期后热液溶蚀作用，有机酸水沿着海槽的断层向上运移至礁滩储层中，再沿储层由台地边缘向台地内部作侧向运移。因此，在台地边缘溶蚀作用最强，向台内溶蚀作用逐渐减弱。在断裂带附近形成溶蚀带[17-19]，局部顺断层、裂缝的溶蚀具有穿层性，具层控叠加效应，使前两期形成的储层更加发育，对溶蚀带储层的贡献约增加孔隙度3%～15%。