四川盆地栖霞组储层类型及形成控制因素

饶诗怡

四川盆地栖霞组储层类型及形成控制因素

饶诗怡

（成都理工大学能源学院，成都 610059）

四川盆地栖霞组是目前盆地油气勘探的重要层位，前人已对其开展过大量研究，但在诸多方面仍存在争议，不利于栖霞组进一步勘探开发工作。本文在调研盆地栖霞组相关文献的基础上，结合川中地区栖霞组勘探实践中相关地球化学实验结果，对前人的研究进行归纳和总结，包括层序地层格架、沉积相带、储层类型、储层成因、白云石化作用类型等。前人认为盆地栖霞组储层类型主要为晶粒白云岩储层和溶洞型灰岩储层，但在层序地层格架、沉积相带和储层成因方面有不同观点。其中，前人大多将栖霞组划分为1个或2个三级层序，在沉积相带的划分上有碳酸盐岩台地、碳酸盐岩缓坡和二者兼具等观点，认为栖霞组白云岩可能为埋藏、热液、渗透回流或多种白云石化作用叠加形成，白云岩储层成因则有热液溶蚀作用改造、有利相带叠加溶蚀作用等多种观点。

四川盆地；栖霞组 ；白云岩；白云石化作用

四川盆地二叠系栖霞组具有丰富的油气资源。在前期勘探中，发现多套具有良好储集能力的碳酸盐岩地层（何顺等，2020），勘探范围主要集中在川南和川东局部，构造背景总体属于泸州-开江古隆起（郝毅等，2020）；近年来，川西北、川中地区栖霞组勘探取得突破，双鱼石构造ST1、ST3等井和高石梯地区磨溪31X1、磨溪42、高石16等井均获高产工业气流，显示出四川盆地栖霞组有良好的勘探前景。但是，盆地栖霞组总体勘探程度较低，针对栖霞组的钻井资料较少，且高产井集中在川西北，其它地区突破较少。前人对盆地栖霞组储层成因和储层发育的控制因素开展过大量研究。针对栖霞组白云岩储层成因，提出了热液溶蚀作用改造（张文，2014）、热液白云岩化叠加早成岩期岩溶作用改造（芦飞凡等，2020）、有利相带叠加溶蚀作用（郝毅等，2012；关新等，2018）等观点；而针对白云岩成因，则提出埋藏白云石化、热液白云石化、渗透回流白云石化、多种白云石化作用叠加等在内的多种观点。

目前，盆地栖霞组储层发育机制尚无定论，分布规律不完全明确，影响对盆地栖霞组优质储层的预测和未来的勘探开发。本文在充分调研相关文献的基础上，以川中高石梯-磨溪地区为研究重点，对前人四川盆地栖霞组的研究进行梳理和总结，以期厘清已取得的研究成果，明确尚存在的问题，为栖霞组未来进一步的研究和勘探提供理论依据。

图1 四川盆地栖霞组地层厚度图

1 地质背景

四川盆地位于上扬子地台西北，是典型的多旋回叠合盆地。早海西期，云南运动使上扬子地台进一步隆升，四川盆地受风化剥蚀已基本准平原化，总体上表现为西高东低的缓坡（沈传波等，2007；姜德民等，2013；周进高等，2016；娄雪，2017）。受石炭纪-二叠纪冈瓦纳大陆成冰-间冰期事件影响，四川盆地在中二叠世发生大规模海侵，在此背景下沉积形成了梁山组和栖霞组（图1）（黄涵宇等，2017）。在栖霞期，虽然经历了抬升剥蚀，但川中古隆起残余地貌对沉积仍有影响，栖霞组海侵期地层西薄东厚，与古隆起残余古地貌形态吻合（郝毅等，2020）。

前人对栖霞组层序地层有多种不同的划分方案，主要包括：将梁山组、栖霞组在内的栖霞阶划分为3个三级层序（覃建雄，1998；陈洪德等，2002）；将梁山组和栖霞组划分为2个三级层序（白晓亮等，2020a）；将梁山组和栖霞组划分为1个三级层序（张运波，2011；陈思聪，2016）；将栖霞组划分为2个三级层序（胡明毅等，2010；孟宪武，2015）；

前人在研究四川盆地栖霞组沉积相时，主要有碳酸盐岩台地和碳酸盐岩缓坡两种模式，具体划分方案又稍有差异。在碳酸盐岩台地模式中，进一步划分出开阔台地、台地边缘、斜坡等相带（胡明毅等，2010；白晓亮等，2020b），或认为栖霞组沉积早期开阔台地相发育，沉积晚期局限台地相和台缘滩相发育（黄涵宇等，2017）；或划分为碳酸盐岩镶边台地（魏国齐，2010；厚刚福等，2017）；也有学者认为栖霞组海侵时期发育开阔台地，高位域时期演化为镶边碳酸盐台地（黎荣等，2019）。在碳酸盐岩缓坡模式中，将四川盆主体划分为开阔内缓坡相，将川西地区划分为较深水的外缓坡相（赵宗举等，2012）。

2 白云岩储层

白云岩储层是四川盆地栖霞组主要的储层类型之一，主要发育在盆地西部，在盆内其它地区有零星分布（图2）（田景春等，2014）。盆地内栖霞组发育多种类型的白云岩，包括晶粒白云岩、斑状白云岩（灰质云岩）和颗粒白云岩，形成的储集空间主要有晶间孔、晶间溶孔、粒内溶孔、溶蚀孔洞和裂缝。

图2 四川盆地地层柱状图和栖霞组白云岩等厚度图（据田景春等，2014）

2.1 晶间孔型

晶间孔型白云岩储层主要发育在晶形较好、晶面平直的晶粒白云岩中未被方解石充填的区域，岩性以细-中晶、中-粗晶白云岩为主，晶体呈点线接触。部分晶间孔也可发育在孔洞充填物中，形状多呈不规则的多边形。非平直晶面的它形晶白云石呈镶嵌接触，结构较为致密，故几乎不发育晶间孔（白晓亮等，2019）。晶粒白云岩是盆地栖霞组白云岩中分布最广的一类，主要发育在栖一段上部和栖二段，形成于水动力条件较强的环境。

晶间溶孔是在晶间孔发育的基础上，经过后期溶蚀作用扩大形成的，边缘常可见溶蚀后的残余痕迹，呈不规则的港湾状，镜下溶孔边缘常有沥青充填。

晶间孔型储层的储集空间以晶间孔和晶间溶孔为主，特征如图3。其储集空间的形成与与白云石化作用有关，白云石结构和白云石含量对白云岩晶间孔发育具有重要的控制作用（孟森等，2017）。该类储层孔隙度8%～10%，渗透率大于1x10-32，在川西和川中地区广泛分布，横向连续性差，受礁滩相带控制。盆地晶间孔型白云岩主要形成有一定规模的Ⅱ类储层，产能中等（胡安平等，2018），如双鱼石构造的ST1井钻遇栖霞组厚层白云岩，获得日产83.72×104m3工业气流。

图3 四川盆地栖霞组晶间孔型白云岩特征与储集空间

a.半自形-自形，发育晶间溶孔、微裂隙，MX42，4655.62m；b.具残余颗粒结构，半自形，发育少量晶间孔，MX42，4650.50m；c.局部见粒屑白云石，半自形，MX42，4659.68m；d.具残余颗粒结构，发育晶间孔和晶间溶孔；MX108，4671.80m；e.局部见粒屑白云石，半自形-自形，发育晶间溶孔，MX10，4689.78m；半自形，发育晶间溶孔、微裂隙，MX108，4989.46m

2.2 溶孔-溶洞型

溶孔-溶洞型白云岩储层主要发育在中-粗晶白云岩中，在细晶白云岩和颗粒白云岩中也可发育（郝毅等，2012；胡安平等，2018）。当后期溶蚀作用强烈时，晶间溶孔或沿层面的生物体腔（珊瑚、棘皮、海百合茎和绿藻等）可进一步扩大形成溶蚀孔洞（娄雪，2017；白晓亮等，2019），沿裂缝的延伸方向或在裂缝附近发育（黄涵宇等，2017）。研究认为孔洞型白云岩是受后期流体强烈溶蚀改造形成的，孔洞中充填鞍状白云石，镜下具有残留的颗粒结构和雾心亮边特征。

溶孔-溶洞型储层的储集空间以溶蚀孔洞为主，可有针状溶孔和少量晶间孔、晶间溶孔发育。溶蚀孔洞根据成因可分为风化壳岩溶发育的垂直渗流带的半充填溶洞，水平潜流带的溶洞和洞穴角砾岩间的残余洞穴（裴森奇等，2018）。前人研究表明，该类型储层溶蚀孔洞大小多为1～10cm，其中孔洞孔隙度为3%～5%，渗透率（0.1～1）× 10-3μm2盆地溶孔-溶洞型储层多形成于栖二段，在川西南地区分布，横向连续性同样较差，主要形成中高产能的Ⅱ类储层，非均质性较强（冯明友等，2015；胡安平等，2018）。

图4 四川盆地栖霞组溶孔-溶洞型白云岩特征

a. 溶洞，MX42，4656.07m；b. 溶洞，MX108，4690.87m

栖霞组沉积后经历了多期次的构造运动，除晶间孔、晶间溶孔和溶蚀孔洞外，发育大量构造裂缝。构造裂缝具有多期次性，可见水平缝、斜交缝和近直立缝。早期形成的裂缝多被方解石或沥青充填，现存的裂缝多形成于喜山期（娄雪，2017）。此外，白云岩中还发育溶蚀缝，为后期先形成的裂缝或矿物解理在埋藏溶蚀作用下被溶蚀流体改造形成（彭先等，2020）。裂缝作为储集空间影响较小，但可以连通孔隙空间，提高储层渗透性。

3 溶洞型灰岩

前人对四川盆地栖霞组储层研究都集中在白云岩储层上，针对溶洞型灰岩储层的研究较少。由于峨眉地裂运动和东吴运动的影响，地表形成大量张性裂缝，后期出露海面并受到大气淡水渗入，形成了古岩溶缝，其向下扩溶则可使栖霞组灰岩溶蚀扩大为古岩溶洞穴，形成溶洞型灰岩储层（图5）（罗志立，1981；陈宗清，2009）。

在川中地区，栖霞组存在多期岩溶作用，包括暴露溶蚀作用和埋藏岩溶作用。溶洞的发育和暴露溶蚀作用密切相关，主要是由于海平面下降使古地貌较高的位置发生暴露溶蚀而形成。川中地区栖霞组的溶洞型灰岩储层主要发育在亮晶砂屑灰岩、泥晶生屑灰岩和微亮晶球粒灰岩中，形成于在颗粒滩水动力较强的环境。栖一段顶部溶洞发育，栖二段下部和中上部溶洞发育程度相对较差。研究表明，在四川盆地范围内，泸州古隆起控制区是栖霞组古岩溶最为发育的地区（陈宗清，2009）。

图5 四川盆地栖霞组溶洞型灰岩岩心特征

该类型储层的储集空间主要为溶洞。在川中高石梯-磨溪地区，溶洞型灰岩可形成一类良好的储层，主要受古地貌和同生溶蚀作用控制。

4 储层发育主控因素

4.1 颗粒滩相是储层发育的基础

前人研究表明，有利的沉积相带是栖霞组优质白云岩储层形成的物质基础。目前，四川盆地内包括晶间孔型白云岩、溶孔-溶洞型白云岩和溶洞型灰岩在内的三种已知的储层均发育在颗粒滩中。台缘滩和台内滩水体较浅，水动力条件强，属高能沉积环境，大量生物碎屑在原地堆积形成颗粒滩，颗粒之间充填亮晶胶结物，形成原生孔隙发育的亮晶颗粒灰岩，为白云岩的形成提供了物质基础。在形成原生孔隙发育的原岩的同时，也为后期建设性成岩作用改造提供了有利条件（苗钱友等，2014；沈浩等，2016；关新等，2018），有利于后期流体进入发生白云石化，从而形成优质的白云岩储层。而滩间海水体较深，水动力条件弱，多形成颜色较深的泥晶灰岩，孔隙发育较差，不利于白云石化作用。在碳酸盐岩台地沉积体系中，台缘滩和台内滩是栖霞组白云岩储层发育的主要相带；在缓坡沉积体系中，白云岩储层主要发育在中-浅水缓坡的颗粒滩微相中。

古地貌对栖霞组沉积时期沉积相带的分布具有明显控制作用，还有利于后期白云石化作用和溶蚀作用发生（赵文智等，2014；赵文智等，2015）。在古地貌高地，高能滩相发育，易形成岩性较纯、原生孔隙发育的颗粒灰岩，在同生-准同生期，古地貌高地更易暴露在海平面之上，有利于发生白云石化作用和溶蚀作用；在古地貌洼地，水体深，水动力条件弱，发育滩间海，缺乏易溶组分，泥质含量较高，原生孔隙不发育，不利于白云岩储层形成（关新等，2018）。在研究川中地区栖霞组白云岩储层时发现，由于在栖霞组沉积期，川中古隆起在研究区呈北东-南西方向展布，故颗粒滩沉积大多也为北东-南西方向延伸。

4.2 多期白云石化作用是储层发育的关键

白云岩是四川盆地栖霞组储层主要的岩石类型，白云石化作用是储层发育的关键因素。前人对四川盆地栖霞组白云岩储层的白云石化作用做过大量研究，对盆地栖霞组白云岩储层储集物性特征的研究表明，白云石化作用形成的中-粗晶白云岩物性最好，可作为优质的储层。

目前，学者对白云石化作用的类型有不同的观点。针对全盆提出了埋藏白云石化（何幼斌和冯增昭，1996；王运生和金以钟，1997）；热液白云石化，认为深部热异常流体沿断裂、裂缝和高能滩体运移使灰岩发生白云石化（江青春，2014）；浅埋藏期海水白云石化作用（娄雪，2017）；准同生期渗透回流白云石化作用（郝毅等，2020）；还有学者提出多种不同类型白云石化作用叠加的观点，如（田景春等，2014;张文等，2014）。川西、川西南是当前盆地栖霞组白云石化作用研究的热点地区，提出了：“玄武岩淋滤白云石化”，认为富含Mg2+的淡水沿裂缝和节理向地下渗流，使石灰岩发生白云石化（金振奎等，1999）；埋藏白云石化（孟森等，2017）；海水白云石化（周进高等，2019）；埋藏热液成因（裴森奇等，2018），构造热液成因（韩晓涛等，2016），埋藏白云石化和构造热液白云石化双重作用（王欣欣，2016）、高能滩混合水白云石化叠加热液、埋藏白云石化（郭维，2012）等观点，还提出了盆地西北部特有的“栖霞模式”（李博等，2020）。近年来，还有学者认为盆地栖霞组白云岩储层成因与岩溶系统充填物发生白云石化作用有关（谭秀成等，2015）。普遍认为白云岩储层的物性也与白云石化有关：白云石化作用越彻底，则在埋藏过程中孔隙将得到更好保存，为溶蚀流体提供运移通道，使储层物性进一步提高。

图6 川中高石梯-磨溪地区栖霞组白云岩储层成因模式图

对川中高石梯-磨溪地区白云岩储层研究后发现，该区域白云岩成因以准同生期白云石化叠加埋藏白云石化作用为主，后期经一定程度的热液流体改造（图6）。

4.3 同生溶蚀作用是优质储层发育的有利条件

研究认为四川盆地栖霞组白云岩经历了不同期次的溶蚀作用，主要为同生-准同生期淡水溶蚀、埋藏期热液溶蚀和埋藏期与有机质成熟演化有关的溶蚀作用。

在栖霞组高位域时期，海平面升降频繁，发育在浅水高能环境中的颗粒滩易暴露在海平面之上，受到富含CO2的大气淡水的淋滤溶蚀作用（Palmer and Edmond，1989；黄思静，1997），形成早期的孔隙，顺层面或层理分布（张建勇等，2015）,为晚期热液流体提供运移通道。在阴极发光下方解石呈桔红色，指示淡水改造（图7）。白云岩储层发育在向上变粗的颗粒滩旋回上部，距离旋回顶部暴露面越近，白云石化作用程度越高，储层物性也越好（娄雪，2017）。

图7 栖霞组暴露溶蚀特征

在二叠纪-三叠纪早-中期，川西地区构造活动活跃，发生大规模拉张裂陷，火山岩喷发热事件频繁，使栖霞组白云岩经历了多期次热液活动改造，白云岩晶粒变粗，晶间溶孔和晶面溶蚀孔发育，改善了储层储集空间（李国蓉等，2009；张廷山等，2011；罗志立等，2012；白晓亮等，2019）。同时，热液充注也会造成后期矿物充填。除鞍状白云石外，还可见自生石英、萤石、磷灰石等共生的热液矿物组合（Davies and Smith，2006；田景春等，2014）。

5 结论

（1）四川盆地栖霞组主要的储层类型有晶间孔型白云岩储层、溶孔-溶洞型白云岩储层和溶洞型灰岩储层三种；

（2）晶粒白云岩储层是四川盆地栖霞组的优质储层，其形成和发育受沉积相带、白云石化作用和溶蚀作用控制。其中，有利的沉积相带是储层形成的物质基础，白云石化作用是白云岩储层形成的关键，同生溶蚀作用为优质储层的形成提供了有利条件；

（3）四川盆地栖霞组白云岩储层的研究应在地区差异性的基础上重点关注储层成因和展布规律，为未来勘探开发提供依据；在川中地区应对栖霞组溶洞型灰岩开展进一步研究。

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Reservoir Types and Control Factors of the Xixia Formation in the Sichuan Basin

RAO Shi-yi

(Energy Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

The Qixia Formation in the Sichuan basin is an important horizon for oil and gas exploration at present. A great deal of research has been done on it, but there are still disputes in many aspects such as sequence stratigraphic framework, sedimentary facies zone, reservoir type, reservoir genesis and dolomitization type. This paper summarizes the previous research results. The reservoir types of the Qixia Formation are crystalline dolomite reservoir, dissolution pore-karst cave dolomite reservoir and karst cave limestone reservoir. Controlling factors of reservoir development are favorable grain bank sedimentary facies zone, dolomitization and dissolution.

Sichuan basin; Xixia Formation; dolomitite; dolomitization

P536

A

1006-0995（2022）01-0071-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.014

2021-04-11

饶诗怡（2000— ），女，四川南充人，资源勘查工程专业在读，碳酸盐岩沉积和储层地质学