川东地区下寒武统龙王庙组储层特征及主控因素研究

2020-09-28胡忠贵吴松长江大学沉积盆地研究中心湖北武汉430100

长江大学学报(自科版) 2020年5期

胡忠贵，吴松 (长江大学沉积盆地研究中心，湖北武汉 430100)

郭艳波，张文济，李世临，左云安 (中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆 400021)

黄宇飞 (长江大学沉积盆地研究中心，湖北武汉 430100)

随着川东地区主力产层石炭系气藏多处于开发中后期，老井产量下滑、新井产能不足，取得新发现的难度不断增大[1]，储量增长后继乏力，寻找新的潜力区块和接替层系迫在眉睫。近年来，中国石油西南油气田公司针对四川盆地震旦系-下古生界持续开展综合研究，积极实施风险勘探，围绕重大增储上产工程，形成了多个层次的勘探领域。川东钻探揭示该区发育达州-开江古隆起、鄂西古裂陷两大地质单元，震旦系-寒武系具有形成大中型气藏的潜力，是持续探索规模资源的重要区域。

四川盆地震旦系-下古生界勘探始于20世纪40年代，至今已有70余年的勘探历史[2]，由于寒武系的油气一直未取得太大的突破，以致于长期处于兼探地位。2012年，在川中地区龙王庙组多口井钻遇测试获气均大于100×104m3以上的重大发现，才开启了龙王庙组大规模勘探开发的重要征程。随后在乐山-龙女寺古隆起高石梯构造获日产104.7×104m3高产工业气流，在高磨地区发现并探明安岳特大型气田，川中地区龙王庙组的重大突破也引起了众多学者对震旦系-寒武系深层储层研究的重视。近年来通过对四川盆地的勘探实践，对盆地地质认识不断深化，跳出古隆起区域，甩开勘探发现古隆起斜坡区也具有良好的勘探前景，进一步明确了经过相控、岩溶、裂缝、白云石化等作用的叠加改造，深层仍具备有效储层规模发育条件[3]。

龙王庙组优质储层普遍发育，是寻找高产、效益储量的主力层系。众多学者对四川盆地龙王庙组储层的研究主要集中在安岳气田高石梯、磨溪区块，对四川盆地龙王庙组储层基本特征有一定的认识，认为龙王庙组发育颗粒滩相白云岩储层，储层在平面上具有较好的对比性和连片性[4]。前人研究表明龙王庙组储层的规模性发育多与颗粒滩密切相关[5～8]，有利储层主要发育在颗粒白云岩和晶粒白云岩中，既受沉积相物质基础的控制，又受多期白云石化作用、同生、埋藏溶蚀作用及烃类充注作用的影响[9]，同时伴随着裂缝的形成也对储层的改善有一定积极的影响。白云岩储层中白云石化程度与储层质量有很大的关系[10]，储层的形成经历了同生沉积成岩、埋藏及构造破裂3个阶段[11]，多成岩演化阶段在创造新的储集空间的同时也不可避免地使部分储集空间发生充填导致破坏。随着研究的不断深入，发现龙王庙组储层具有较强的非均质性，这些现实的因素作用在年代古老、埋深大的龙王庙组白云岩储层之上，给优质储层形成的主控因素研究带来了较大的困难。川东地区龙王庙组储层规模资源前景广阔，对沉积相的研究已有一定的认识[12～14]，笔者基于前人研究成果，结合川东地区楼探1井、五探1井等新钻井资料和区内及邻区老井资料，开展下寒武统龙王庙组储层特征研究，为深化该区深层储层勘探提供地质依据。

1 区域地质概况

川东地区地理位置包括四川省达州、开江、大竹、邻水等县市和重庆市的大部分县市，面积约5.5×104km2。构造位置上主要位于四川盆地东部，分布于华蓥山以东、齐岳山以西、北抵大巴山、南达南川-开隆一线，东北以万源断裂带与大巴山相接。区域构造上属于扬子板块的一部分，位于川东南中隆高陡构造区的东部，区内自西向东发育有北东向到北北东向隔档式褶皱构造。研究区海相沉积期以周期性拉张-隆升构造运动为主，主要经历了加里东、东吴、印支、喜山等多期构造运动，后期较为强烈[15]。在喜山期之前的构造运动，震旦系到三叠系地层历经了加里东、海西和印支运动，主要表现为隆升和拉张、弱挤压构造现象，以升降运动为主，在印支期形成盆地雏形。喜山期受北西、南东向的挤压以及北面大巴山弧的控制，使震旦系以上的地层强烈褶皱，各个时期的地层在沉积演化过程中存在复杂多样性。

川东地区龙王庙组岩性以碳酸盐岩为主，底部主要发育灰岩或云质灰岩与下伏沧浪铺组顶部泥灰岩呈整合接触；上部主要以白云岩为主，包括颗粒白云岩、(残余)鲕粒白云岩、粉晶白云岩等，顶部常以白云岩与上覆砂质白云岩分界，电性上以自然伽马由高到低的半幅点分界。石膏在研究区西南部普遍发育，以临7井为分布中心，向西南至东深1井、向东南至太和1井上部及下部均有分布。区内大部分地区龙王庙组岩性以白云岩为主，电性上主要表现为低自然伽马(见图1)。龙王庙组沉积期沉积环境变化较大，地层区域差异明显。区域沉积格局上，研究区主要形成碳酸盐岩台地沉积环境，由西向东呈混积潮坪相-局限台地相(云坪、台内滩、膏质潟湖)-开阔台地相的过渡(见图2)，局限台地相总体以白云岩沉积为主，开阔台地相以灰岩沉积为主。

2 储层特征

2.1 储集岩岩石学特征

基于楼探1井、五探1井、座3井、马深1井、太和1井、利1井、广探2井等钻井资料及石柱宝莲、城口羊丝桥、彭水太原板凳沟等野外剖面资料，结合普通及铸体薄片等微观镜下特征分析，表明川东地区下寒武统龙王庙组储集层主要岩石类型为(残余)鲕粒白云岩、砂屑白云岩及晶粒白云岩，宏观照片上亦可明显看到溶蚀孔(见图3(a)～(c))、洞(见图3(d)～(e))及微裂缝(见图3(f))发育。

1)鲕粒白云岩。颗粒白云岩是研究区下寒武统龙王庙组最主要的储集岩类型，以鲕粒白云岩储层较为发育。鲕粒是一种由核心和包壳组成的粒径小于2mm的球形或椭球形颗粒，其核心可以是陆源碎屑(石英、长石)、内碎屑、生物碎屑颗粒等。研究区鲕粒白云岩中鲕粒以薄皮鲕较常见，包壳层的厚度远小于核心的半径，通常只由1～2个薄层组成。包壳是由化学沉淀形成的微晶碳酸盐矿物呈同心状或放射状排列所组成，形成于缓慢的沉淀与弱搅动环境。部分鲕粒在成岩过程中发生压实、选择性溶蚀、白云石化等成岩作用，当白云石化作用进行的较为完全时，形成(残余)鲕粒白云岩，残余鲕粒多由较脏的细-粉晶白云石组成，发育粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等(见图3(g)，(h))。

2)砂屑白云岩。砂屑白云岩主要成分为藻砂屑，颜色较暗，有机质含量较高，砂屑的粒径一般在0.2～0.5mm。分选中等，磨圆度较好，次棱角状、次圆状，内部结构较为均一。砂屑颗粒、胶结物或两者均发生白云石化作用，形成砂屑白云岩，且重结晶作用较强，多为由粉-细晶白云石组成的残余颗粒结构，粒间多发育亮晶胶结物，砂屑白云岩中粒间溶孔、粒内溶孔等发育(见图3(i)，(j))。

3)晶粒白云岩。晶粒白云岩主要发育粉-细晶白云岩、少量中晶白云岩，单个白云石晶体一般小于0.25mm，压溶作用较强，先形成较大的晶间溶孔、溶洞，后溶孔被泥质及白云石化作用形成的晶形较好的颗粒较大的白云石充填，且伴有重结晶作用，晶形较为完整，部分晶粒白云岩中可见残留的颗粒轮廓幻影，晶间孔和晶间溶孔发育，局部发育溶洞，部分溶洞充填白云石，粉-细晶白云石经后期重结晶作用形成晶粒更为粗大的晶粒白云石。可见岩溶现象，成岩晚期发生溶蚀作用，泥质被溶蚀，形成大量溶孔，溶蚀沟内的渗流粉砂有沥青浸染现象，溶缝中有沥青充填(见图3(k))。

2.2 储集空间类型

通过岩心、薄片观察及扫描电镜等分析表明，研究区下寒武统龙王庙组储层的储集空间类型有孔隙、洞穴和裂缝3大类，主要有(残余)粒间孔、晶间溶孔、粒间(溶)孔、粒内溶孔和铸模孔等，还见构造缝和压溶缝等裂缝。另外从野外剖面还可以看到各类孔隙溶蚀扩大或沿裂缝局部溶蚀扩大形成的大型溶洞(见图3(a)，(d)，(e))。

晶间孔及晶间溶孔常发育在白云石晶体之间，常被溶蚀扩大，广泛发育于晶粒白云岩，多为微晶白云石经重结晶转变为较粗晶白云石的过程中，由白云石晶粒重新排布调整而成，一般形态规则，边缘较平直，孔隙大小受控于晶体的大小。在各类颗粒岩和藻白云岩的胶结物中也可见到，镜下形态多呈不规则多边形或港湾状，位于自形、半自形白云石晶体间，大多连通性较差(见图3(g))。

粒间(溶)孔、粒内溶孔和铸模孔主要发育于砂(砾)屑、鲕粒等颗粒之间，为粒间孔经溶蚀扩大或颗粒内部被部分溶蚀或被全部溶蚀形成的孔隙(见图3(i))。粒间孔多形成于颗粒滩沉积期，孔隙较小且不规则。

在研究区及盆地周缘野外露头中，龙王庙组普遍发育微裂缝，并且裂缝往往有被溶蚀扩大的特征，并且存在较为明显的期次性。此外，裂缝大多存在充填-半充填的特征，充填物多为方解石、石英和白云石，此类裂缝不仅具有一定的储集能力，更重要的是在对储层段的沟通与输导方面发挥着重要作用。

龙王庙组储集层中可见多期构造缝相互切割，整体上裂缝较平直，多被后期次生矿物充填。当溶蚀作用沿未完全充填的构造缝进行时，形成弯曲不规则的溶蚀孔缝，并起到改善储集层储集性能的作用。储集层中较为常见的溶蚀成因缝为压溶缝，多表现为缝合线或粒缘缝，部分溶缝被沥青、次生矿物等充填。除前面叙述的储集空间外，城口羊丝桥等剖面(见图3(e))龙王庙组发育有顺层展布的直径大于2m的大型溶洞，大气淡水或地层水沿裂缝运移并对白云岩进行溶解，导致溶蚀扩大。

2.3 储层物性特征

对研究区龙王庙组取心井五探1井、利1井及广探2井的541个岩心样品物性资料分析统计(见图4(a)，图中N表示样品个数)可知，孔隙度小于2%的占69.32%，2%～12%的占21.81%，大于12%的占8.87%。其中五探1井23个样品中，孔隙度最大为2.75%，最小为0.46%，平均为1.22%，孔隙度小于2%的占95.65%，孔隙度大于2%的仅占4.35%；在利1井的412个样品中，孔隙度最大为22.9%，平均为4.25%，孔隙度小于2%的占61.16%，孔隙度2%～5%的占39.84%，孔隙度比五探1井好；在广探2井的106个样品中，孔隙度最大为2.48%，最小为0.26%，平均为1.14%，孔隙度小于2%的占95.28%，孔隙度2%～3%的占4.72%。通过对盆地周缘的重庆城口-陕西镇坪一带的5个剖面采集新鲜露头样品共47个进行孔隙度分析，结果表明孔隙度最小为0.82%，最大为4.48%，孔隙度平均为1.84%。其中孔隙度主要分布在1%～3%(见图4(b))，小于2%的占65.95%，1%～3%的占82.97%。

从钻井取心和野外露头孔隙度统计分析来看，岩心孔隙度分布范围较大，但孔隙度整体偏低，其中五探1井取心段仅7m，代表性较差。露头样品孔隙度分布较为集中，总体孔隙度相对优于岩心孔隙度。岩心和露头样品孔隙度特征不能完全代表下寒武统龙王庙组储层段的孔隙度发育情况，但表现出龙王庙组储层较强的非均质性。

由于研究区钻遇龙王庙组的井少，取心井及井段也少，有必要充分利用测井孔隙度来描述龙王庙组储层孔隙度。研究区五探1井、座3井、猫1井、马深1井、楼探1井测井解释成果表明，孔隙度小于2%的占86.12%，孔隙度在2%～6%的占13.78%，无大于12%的样本点(见图5)。其中五探1井有853个数据，孔隙度最大为6.268%，最小为0.1%，平均为1.89%；孔隙度小于2%的占59.2%，大于2%的占38.28%，大于6%的仅占1.52%。座3井有988个数据，孔隙度最大为3.947%，最小为0.001%，平均为0.64%；孔隙度小于2%的占90.99%，大于2%仅占9.01%。猫1井有1800个数据，孔隙度最大为11.478%，最小为0.001%，平均为0.22%；孔隙度小于1%的占98.11%，大于1%的仅占1.89%。该井的物性较差，个别孔隙度较大，可能是有微裂缝所致。马深1井有889个数据，孔隙度最大为4.313%，最小为0.053%，平均为0.464%；孔隙度小于2%的占92.58%，大于2%的仅占7.42%。楼探1井有1433个数据，孔隙度最大为4.80%，最小为0.001%，平均为0.31%；孔隙度小于1%的占90.72%。根据前面的研究结果及龙王庙组储层孔隙度-渗透率交会图(见图6)，可知孔隙度和渗透率呈现较好的正相关性，亦出现低孔高渗的特征，总体以裂缝-孔隙型为主。

3 储层发育的主控因素

3.1 储层发育受岩石类型直接控制

研究区主要的储集层发育于白云岩中，以颗粒白云岩和晶粒白云岩居多，表明储层的发育程度与岩性有着密切的关系。颗粒白云岩处于相对较高部位，沉积环境水动力强，属于高能(台内)滩相沉积的产物，发育高能颗粒滩白云岩储层，粒度较粗、分选较好，原生孔隙发育。其次，后期成岩作用和断裂更可以使白云岩的溶蚀作用持续发生、增强。一方面白云石由方解石云化而来，白云石化的过程中岩石收缩，体积变小，会产生一定的孔隙；另一方面，埋藏深度增加，温度随之升高，造成白云石更易发生溶蚀作用；此外，白云石比方解石脆性强，更容易随构造运动产生更多的裂缝。在断裂和裂缝发育的地方，流体易流动、岩石易溶蚀，高能白云岩储层质量相对更好，以顺层岩溶白云岩储层居多。而泥晶类白云岩发育于低能环境，岩性致密，孔隙度极低。因此，水体能量较高环境下的颗粒白云岩或晶粒(粉晶及以上)白云岩的储集性能比低能环境下的泥晶白云岩要好，早期沉积的岩性差异为后期储层的形成发育提供了重要来源。

3.2 沉积相是储层发育的物质基础

颗粒滩主要发育在广泛的局限台地内部，受局部的地貌高地所控制，在这里波浪作用较强，碳酸盐生长率较高，易形成厚层的台内滩建隆。早期沉积的颗粒白云岩发育大量粒间孔，具有很高的孔隙度。尽管这些孔隙在后期成岩过程中不断缩小，但薄片上观察残余粒间孔是颗粒白云岩的重要孔隙类型。通过对不同沉积微相孔隙度统计(见图7)表明，储层物性由好到差依次为颗粒滩(台内滩)、云坪、泥云坪、灰云坪。主要储集层几乎都与发育于颗粒滩和滩顶的云坪有关。颗粒滩孔隙度分布在0.1%～6.27%，平均为2.81%；云坪微相孔隙度为0.1%～5.677%，平均为1.67%；泥云坪孔隙度分布在0.1%～0.67%，平均为0.25%；灰云坪孔隙度分布范围为0.1%～1.794%，平均为0.139%。表明颗粒滩是储层发育的物质基础，同时，较高的原生孔隙度为准同生期及表生期的大气淡水渗透提供了重要的基础。局限台地内部的滩体往往形成正向的地貌，在高频海平面振荡的背景下极易接近或出露水面，进而发生准同生白云石化或准同生岩溶作用，对储层的改善至关重要。

3.3 成岩作用是优质储层形成的关键

研究区龙王庙组储集层主要经历了近地表同生成岩、中浅埋藏早成岩和深埋藏晚成岩3个阶段，其中近地表同生成岩阶段持续时间短，但成岩作用活跃，主要包括胶结、溶蚀和海水渗透白云石化作用，有利于孔隙的形成和保存；中浅埋藏早成岩阶段持续时间长，主要受包括大气淡水影响的白云石化作用及压实、胶结、重结晶等成岩作用，对孔隙的改造作用较为复杂；深埋藏晚成岩阶段主要包括埋藏白云石化、压溶、重结晶、有机质成熟产生酸类等外源流体对岩石的溶蚀作用，其中胶结、溶蚀和白云石化作用最为常见，其次为重结晶、压实和压溶。在各个成岩阶段，破裂和充填作用也很常见。在储层的形成过程中，起建设性作用的有溶蚀作用、白云石化作用和破裂作用。

1)溶蚀作用。溶蚀作用在研究区龙王庙组储集层的鲕粒白云岩、鲕粒灰岩和晶粒白云岩中最为常见，形成大量的次生溶孔，如粒内溶孔、粒间(溶)孔、晶间溶孔等。根据溶蚀作用发生时间的相对早晚和被溶蚀物质成分的差异，可分为早期选择性溶蚀和晚期非选择性溶蚀，选择性溶蚀作用主要发生在同生期和早成岩期，研究区龙王庙组沉积期水体整体较浅，海平面波动频繁，沉积物间歇性暴露，在大气淡水淋滤作用下，发生颗粒内部选择性溶蚀而粒间胶结物不溶的现象。溶蚀对象为颗粒碳酸盐岩内部的文石质和高镁方解石质的鲕粒、生屑等，形成大量粒内溶孔和铸模孔。若白云岩中发育有膏质结核，在选择性溶蚀作用下，可形成膏模孔。晚期非选择性溶蚀作用主要发生在晚成岩期，是流体沿裂缝、先存孔隙流动并将其扩大的一种溶蚀作用(见图8(a))，以粒间、晶间的胶结物为溶蚀对象，常形成粒间溶孔、晶间溶孔、溶蚀缝等非选择性溶蚀作用形成的溶蚀孔隙，其直径常大于白云石晶体的直径，溶孔的边缘多不规则，具有溶蚀扩大的特征，部分溶孔内被沥青充填(见图8(b))，说明溶蚀作用在烃类充注之前发生。

2)白云石化作用。在研究区龙王庙组储集层中，白云石化作用广泛发育，对孔隙的形成和保存具有重要意义。受加里东运动影响，川东地区龙王庙组沉积时海平面下降，古陆夷平，发生小幅度的区域差异性升降运动，形成不对称的半地堑与地垒的古地貌格局，此时川东地区总体上为浅水碳酸盐台地环境。西北以小幅度隆升为主，水体变浅形成局限台地，局部云坪发育区水体较浅，波动频繁，沉积物常间歇性暴露，遭受剥蚀及大气淡水淋滤、准同生期云化等改造作用影响。根据研究区龙王庙组发育的白云石微观特征(见图8(c),(d))，可初步识别出准同生期海水渗透白云石化作用、早成岩阶段大气淡水白云石化作用和埋藏白云石化作用。

3)破裂作用。研究区龙王庙组所受的破裂作用常见，包括早-中成岩阶段的成岩压实破裂作用和晚成岩阶段的构造破裂作用。前者形成的裂缝规模相对较小，显微镜下表现为颗粒破裂、错位等微裂缝(见图8(e))，后者形成的裂缝规模较大，形态各异，呈平直、弯曲或分叉状的网状缝(见图8(f))，也见有在破裂缝的基础上经过溶蚀作用而形成的裂溶缝和溶蚀孔隙，无论是成岩期形成的压实破裂缝，还是构造期形成的构造破裂缝，抑或是叠加溶蚀作用形成的裂溶缝，都对储层物性的提高有很大的贡献。