四川东部长兴组白云岩储层成岩系统研究.pdf 8页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn#四川东部长兴组白云岩储层成岩系统研究张兵，杨凯*（成都理工大学"油气藏地质及开发工程"重点实验室，成都610059）5摘要：在岩心观察与描述、野外剖面实测和样品采集的基础上，结合镜下薄片鉴定、Ｘ衍射分析、物性分析和地球化学特征分析，对四川东部长兴组白云岩储层沉积－成岩系统进行了深入研究。认为长兴组台地边缘生物礁、台地边缘浅滩为最重要的沉积相带，颗粒白云岩、生物礁白云岩和晶粒白云岩为最主要的储集层岩性，晶间孔、晶间溶孔和超大溶孔为最有效10的储集空间，孔洞缝复合型储层为最优质的储集类型。综合分析认为，长兴组沉积－成岩系统与白云岩储层在时空上具有良好的耦合关系，区域上的台地边缘礁滩相控制了长兴组储层的分布范围，而不同成岩系统对储层的贡献程度不同，混合热液成岩系统对储层贡献最大，并形成高孔高渗的孔洞缝复合型优质储层。关键词：四川东部；长兴组；沉积相；储层类型15中图分类号：P618.13DiageneticsystemsofDolomiteReservoirinChangxingformationZHANGBing,YANGKai20(StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059)Abstract:Basedonthedetailedcoreobservationanddescription,filedprofilesmeasurementandsamplecollection,usingthemicroscopicthinsectionidentification,scanningelectronmicroscopyandX-raydiffractionanalysis,wedothestudyonthereservoirsedimentary-diageneticsystemaboutthe25DolomiteinChangxingformationofEasternSichuan,andmakesurethedifferenttypesofdolomite.Wethinkthattheinlandseatrougheastchangxingformationinkaijiang-Liangpingmainlyhasfivesedimentaryfaciesdevelopment,includingforeslope,platformedgereef,platformedgeshallow,openplatformandrestrictedplatform.Thegraindolomite,biologicalreefdolomiteandcrystallinedolomitearethemainreservoirlithology.Wetaketheintergranularsolutionpores,intercrystallineporeand30supersolutionporesasthemosteffectivereservoirspace,andholesewcompositereservoirasthehighestqualityreservoirtype.Throughthecomprehensiveanalyses,ithasthefavorablecouplingrelationshapeinthespace-timebetweenthesedimentary-diageneticsysteminchangxingformationanddolomitereservoir.Theregionalplatformedgereeffaciescontrolsthedistributionofchangxingformationreservoir,differentdiageneticsystemonthereservoircontributionhavethedifferentdegree.35Mixedhydrothermaldiagenesissystemhasthebiggestcontributionforthereservoir,andwhichcanformthehighholeandpermeabilitycomplexhighqualityreservoirsItype.Keywords:EasternSichuan;ChangxingFormation;Sedimentaryfacies;Reservorstpyes;0引言40含油气盆地沉积和成岩作用所构建的沉积－成岩系统与储层在时间－空间上的匹配关[1-2]系，是当今储层沉积学及石油地质学界研究的热点之一。由于成岩对沉积的继承性，因此从沉积相入手研究成岩作用，能更有效地为储层预测提供依据。四川东部长兴组已经发现[3-5]了黄龙场、五百梯、高峰场和大猫坪为代表的一系列长兴组礁滩相大、中型气田，研究长兴组白云岩储层的形成、控制因素以及空间展布特征已成为关键的问题，广大地质工作者基金项目：博士点新教师基金(20135122120011)作者简介：张兵（1981-），男，副教授，主要研究方向：储层地质学研究.E-mail:zb4819890@qq.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn45对该地区沉积特征、储层基本特征的研究已非常系统和深入，近些年已积累有丰富的资料[6-11]，可能受限于认识和研究手段，对沉积－成岩系统与储层发育关系很少开展专项研究，本文旨在已有研究成果的基础上，探讨长兴组礁滩相储层与沉积-成岩系统的关系，揭示沉积-成岩系统储层物性及发育类型，希望为我国海相碳酸盐岩白云岩储层的勘探提供一定的实际指导意义。501区域地质概况研究区东起重庆开江县，西到川东达州市，北抵川东宣汉县，南达重庆万州-梁平一线，42面积近1×10km（图1），区内包括黄龙场、五百梯、大猫坪、高峰场等含气构造带，研究[6]区古地理位置属于开江—梁平台内海槽东段，已有勘探开发资料和前人研究成果，认为该地区二叠统长兴组连续分布，厚100米左右，与下伏上二叠统龙潭组连续沉积，上覆下三叠55统飞仙关组呈区域性不整合接触，区域构造属于川东弧形褶皱带的东北缘，上述各含气构造带与开江—梁平台内海槽走向近于正交，均呈北东－南西向弧形展布（图1）。虽然各构造带与海槽的形成演化过程没有直接关系，但其构造叠加作用对环海槽东段分布的长兴组白云岩储层具有极其重要的控制作用，长兴组白云岩储层与弧形褶皱带相重叠的部位，往往蕴藏[6]着丰富的油气资源。60图1研究区概况Fig.1Overviewofthestudyarea2沉积相特征通过钻井岩心、野外露头、镜下薄片以及测井、地震等资料的综合分析成果，对四川东65部长兴组沉积相特征进行了系统研究，确定研究区长兴组主要发育前缘斜坡、台地边缘生物礁、台地边缘浅滩、开阔台地和局限台地在内的五个沉积相带，最有利储层发育的相带主要[6-7]为台地边缘生物礁和台地边缘浅滩相带。前者可划分为礁核、礁基、礁坪和礁前等四种亚相，最有利储层发育的礁核亚相又可细分为骨架礁、障积礁、粘结礁和礁坪滩等微相类型；后者可划分为障壁滩亚相，包括生屑滩与滩间微相（图2）。-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn70图2台地边缘生物礁相剖面结构（天东10井）Fig.2Thestructuralmapofsedimentarysectionsofplatformedgereef（WellTiandong-10）研究区晚二叠世龙潭期为一次大规模海平面变化的海侵初期，区内沉积环境中水体浑浊，发育较多的泥质沉积，不利于生物的生长与发育。75长兴初期，研究区由于水体较浅且相对局限，生物礁达不到生长发育的条件，只在大猫坪构造带发育规模很小的灰泥丘沉积，而在五百梯、高峰场一线以东与城口—鄂西海槽之间发育开阔台地沉积环境；在城口—鄂西海槽地区，水体深度适宜且相对清洁，快速的海侵使洋流顺斜坡向上运动，给城口—鄂西海槽向陆一侧的缓坡坡折部位带来了丰富的营养物质，此时缓坡坡折带的水体可能刚好适应于生物的大量生长与发育，从而形成缓坡坡折带生物80礁；随着海侵速度的加快，缓坡边缘生物礁的生长速度逐渐不能赶上海平面与构造升降叠加的上升速度，使生物生长基底变深，最终导致生物礁被淹死，并被较深水沉积物所覆盖，总体形成向上变深的海侵追补型生物礁。长兴中、晚期，海侵继续进行，水体逐渐增高，此时研究区与城口—鄂西台间海槽水体相通，由此携带来的营养物质在缓坡边缘地带形成了大量的生物礁。由于此时海平面的上升85速度较早期低，导致该带内生物礁的生长速度超过海平面上升与构造运动叠加而增加的可容空间，当生物礁顶部生长于海平面附近时，可形成向上变浅的海侵并进型生物礁；在较大海平面上升过程中伴随有多个次一级的海平面升降旋回，导致多个海侵并进型生物礁在垂向上叠加。3长兴组储层特征903.1储层岩石类型及孔隙类型通过大量的钻井岩心观察、系统的野外剖面观测以及室内薄片鉴定分析，认为四川东部-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn长兴组岩石类型主要包括白云岩和灰岩两类。其中，白云岩可分为微晶白云岩、晶粒白云岩、颗粒白云岩、灰质白云岩、碎裂化白云岩及生物礁白云岩等；灰岩可分为微晶灰岩、白云质灰岩、砂屑灰岩、生物屑灰岩以及生物礁灰岩等，该区碳酸盐岩储层主要发育在晶粒白云岩、[6]95生物礁白云岩和颗粒白云岩中。通过四川东部不同钻井的孔隙类型分类统计，认为长兴组主要包括粒间孔、粒内溶孔、晶间孔、晶间溶孔和铸模孔等储集空间类型，特别是在各类白云岩中，大多数晶间孔经过后期溶蚀作用的改造形成孔隙更大的晶间溶孔，而部分溶蚀更强的晶间溶孔继续扩大形成溶斑孔。从各种孔隙类型统计数据反映出有效的储集空间更多的是晶间孔、晶间溶孔和粒内溶孔，100其次为超大溶孔和粒间孔。3.2储层类型四川东部长兴组礁滩相储层由孔隙、孔洞和裂缝组成的储集空间非常发育，由孔、洞、缝的不同组合方式及其所占比例的差异性导致了储集层类型的复杂性，据此，进一步将储层[12]划分为4种类型，分别为裂缝型储层、孔隙型储层、孔洞型储层和孔洞缝复合型储层：（1）105裂缝型储层，在局限台地和前缘斜坡相带中最发育，属低孔低渗储集类型；（2）孔隙型储层，在台地边缘浅滩和开阔台地相带中最发育，晶间孔、晶间溶孔为最主要的储集空间，为四川东部长兴组常见的储集类型；（3）孔洞型储层，在台地边缘生物礁和浅滩相中最发育，粒间溶孔、晶间溶孔和生物骨架孔洞为最主要的储集空间，也为研究区比较常见的储集类型；（4）孔洞缝复合型储层，在高能台地边缘生物礁滩相中发育，并因后期破裂作用形成裂缝，并在110原有的孔洞型储层的基础上最终形成孔洞缝复合型储层，虽发育较少，确为研究区最优质最重要的储集类型。4成岩阶段划分与成岩作用特征四川东部长兴组白云岩储层包括胶结作用、新生变形作用、压实作用、压溶作用、重结晶作用、充填作用、硅化膏化作用、深部热液溶蚀作用和破裂作用等成岩作用类型。按成岩115作用与储层发育关系，对储层发育起建设性作用的主要有白云岩化作用、溶解作用、破裂作[13]用和重结晶作用。综合成岩作用特征分析，参照国家碳酸盐岩成岩阶段划分标准（SY/T5478-2003），从成岩作用的过程出发，将长兴组白云岩储层的演化过程依次划分为准同生阶段、早成岩阶段、中成岩阶段、晚成岩阶段和构造隆升阶段五个期次的成岩演化模式（图3），而不同的成岩阶段有不同的代表性成岩作用，以下将分别阐述。1204.1准同生成岩阶段典型的成岩作用早期多世代环边栉壳状胶结作用多见于准同生期海水渗流带，在岩石中呈多世代包绕颗粒生长，局部见有机质残余，这种方解石胶结作用的第一世代形成时期较早，多呈等厚环边的纤维状方解石胶结作用，环边厚0.05～0.15mm；准同生白云岩化作用主要形成泥微晶白云岩，常具泥质条带、鸟眼、石膏假晶、钙结壳和藻纹层-藻团粒结构，白云石晶体细小，125呈它形-半自形晶，其成因可用萨勃哈泻湖-潮坪和礁滩顶部等暴露环境蒸发泵白云岩化模式加以解释。-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图3长兴组成岩阶段划分和演化模式Fig.3DiageneticstagedividingandpatternofChangxingFormation1304.2早成岩阶段典型的成岩作用早成岩阶段早期为环边生长的呈干净透明的等轴粒状方解石，分布在少数骨架岩或生物碎屑间和充填各类剩余孔隙空间，粒径为0.05～0.2mm，到早成岩阶段晚期，也呈干净透明的等粒状，由于方解石晶体继续增生变大，可形成中-粗晶，粒径可达0.5～1.0mm，主要充填各类剩余孔隙空间；压实作用是长兴组中普遍发育和对储层发育非常不利的破坏性成岩作135用，主要表现为碳酸盐岩沉积物的压实和变形，造成原生孔隙的强烈缩小是对储层发育不利的主要原因；浅埋藏白云岩化作用，产物主要为灰质粉-细晶颗粒或礁白云岩，由很脏的它形-半自形晶白云石组成，颗粒或礁结构保存完好，生物骨架、体腔和粒间孔隙中环边生长的晶簇状白云石。4.3中成岩阶段典型的成岩作用140中成岩阶段以中埋藏白云岩化、重结晶作用和溶蚀作用为主，岩石主要由具雾心亮边结构的自形粉-细晶、部分为中晶白云石组成，具不很明显的残余颗粒或礁结构，残余颗粒的粒间溶孔、晶间孔、超大溶孔、生物体腔孔都非常发育，在超大溶孔内往往生长有环壁分布的白云石晶簇，部分充填有少量方解石，一般不含外来的其它物质，为深部溶解作用的典型标志；溶蚀作用主要发生在粉－细晶白云岩中，以形成晶间溶孔和粒内溶孔为主，少量铸模-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn145孔，也可见到压溶缝或破裂缝溶蚀扩大形成的溶缝，此类溶孔多呈半充填状，常见的充填有方解石、白云石、石英、萤石和天青石，充填作用对储层的质量有一定的影响，但总体上是储层发育较有利的成岩溶蚀作用阶段。4.4晚成岩阶段典型的成岩作用该阶段以强烈重结晶作用为主，伴有局部的强烈溶蚀作用，岩性主要为原始结构消失的150中-粗晶白云岩，所形成的白云石的晶形相对中成岩阶段具有更自形、更粗和更明亮，部分具雾心亮边结构，强烈重结晶和溶蚀作用形成的晶间孔、晶间溶孔、超大溶孔和溶裂缝非常都发育，溶孔中常充填有自生石英、碳化沥青和具有环带结构与马鞍状晶面的异形白云石。4.5构造隆升阶段典型的成岩作用该阶段发生在燕山—喜山早期，研究区普遍发生褶皱、断裂与构造隆升，以白云岩发生155构造碎裂化为主，因深部流体参与，也伴随有强烈的重结晶作用、溶蚀作用、硫酸盐热化学反应和自生石英的沉淀作用，岩石或被密集的网状裂缝分割成大小不均匀的碎块，或沿裂缝被强烈溶蚀，导致原始岩石结构完全破坏，后期形成的孔、洞、缝的连通性非常好，往往充填有自生石英晶体、热液方解石、异形白云石和碳化沥青。5沉积-成岩系统与储层发育的关系160前人对成岩作用的研究主要是强调演化阶段或者岩类，而很少将成岩作用上升到成岩系[1-2]统来进行研究。在含油气盆地中，由于储层发育连续地受到沉积与成岩作用影响，因此，将沉积作用与成岩作用纳入到统一的系统中研究储层发育以及沉积和成岩作用与储层在时空上的耦合关系，具有重要的理论和实践意义。5.1沉积相对储层发育的控制165通过单井储层测井解释结果，可确定储层主要发育于礁滩相地层的中、上部，以颗粒白云岩、礁白云岩和晶粒白云岩为最有利储层发育的岩性。结合沉积相横向展布特征，分析储层-沉积相的关系（图4），认为峰18井和峰003-X3井储层最发育，储层发育段集中在长兴组上部台地边缘生物礁滩相中，并且大部分储层发育在台地边缘生物礁和浅滩组合的岩隆带偏向于前缘斜坡的侧翼，峰8井与峰003-2井顶部发育薄层的差储层，其中前者储层发育170在前缘斜坡中，后者储层发育在开阔台地相中，认为台缘礁滩相控制了四川东部长兴组白云岩储层的分布范围。5.2成岩系统对储层发育的控制基于成岩作用与流体之间存在的密切关系，综合上述各成岩阶段特征产物的各项岩石结构与地球化学特征所反映的成岩流体性质和成岩环境，从盆地大尺度的成岩作用研究角度出[1-2]175发，按“水文体制”可将四川东部长兴组白云岩划分为4个相对独立的，但又继承性发展[14]演化的成岩系统：①准同生阶段同生卤水成岩系统；②早成岩阶段地层封存卤水成岩系统；③中-晚成岩阶段混合热液成岩系统；④构造隆升阶段构造热液成岩系统。每一个成岩系统具有各自相对独立的流体来源和流体性质、物理-化学环境和水-岩反应序列，以及相对应的成岩组合。-6- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn180①同生卤水成岩系统，以压实作用和胶结作用为主，原生的粒间孔和粒内孔大部分在准同生期被充填而孔隙不发育，如微晶白云岩非常致密，孔隙度非常低，孔隙结构很差，为单峰细歪度，为微孔－微喉型组合，一般不具备储集层意义；图4长兴组储层分布与礁、滩相沉积关系185Fig.4TherelationofreservoirandreefandshoalfaciesofChangxingFormation②地层封存卤水成岩系统，虽然进一步的压实、压溶和胶结作用使原生孔隙大部分遭到彻底破坏，但该时期大范围的埋藏交代白云岩化及重结晶作用有利于晶间孔的发育，孔隙结构较差，为单峰细歪度，为中小孔－细喉型组合;③混合热卤水成岩系统，埋藏白云岩化作用、重结晶作用和压溶作用强烈，对储层起到190了极其重要的建设性作用，形成原始结构几近完全消失的颗粒白云岩和生物礁白云岩，部分-7- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn储层具低孔低渗性，但是对储层发育的总体影响并不是太大，孔隙结构较好，单峰较细歪度，为中孔－细喉型组合；④混合热液成岩系统，以喜山早期晚时区域构造隆升作用为主，破裂作用和溶蚀作用较强，原有的孔隙不断溶蚀扩大，由于所形成的破裂缝很少被次生矿物所充填，在较短的时间195内而被油气充注，多为有效缝，发育的裂缝对改善储层的物性影响很大，孔隙结构好，分选好的单峰较粗歪度，为中、大孔－细喉型组合，以复合型优质储层为主。6结论（1）长兴组主要发育有包括前缘斜坡、台地边缘生物礁、台地边缘浅滩、开阔台地和局限台地在内的五个沉积相带，最有利储层发育的相带主要为台地边缘生物礁和台地边缘浅200滩相带。（2）储集岩类型主要以颗粒白云岩、生物礁白云岩和晶粒白云岩为主，晶间孔、晶间溶孔和超大溶孔为最有效的储集空间，孔隙型、孔洞型储层在研究区最发育，孔洞缝复合型储层为最优质的储层类型。（3）按沉积-成岩系统与储层在时间-空间上的耦合与匹配关系，四川东部长兴组优质205白云岩储层控制因素可归结为以下几点：台地边缘礁滩相控制了白云岩储层的分布范围和展布规律；而不同成岩系统对储层的贡献程度不同，混合热液成岩系统为高孔高渗的最优质储层。[参考文献](References)[1]李忠,韩登林,寿建峰.沉积盆地成岩作用系统及其时空属性[J].岩石学报，2006，22(8)：2151-2164.210[2]马永生，蔡勋育，李国雄.四川盆地普光大型气藏基本特征及成藏富集规律[J].地质学报，2006，79（6）：861-865.[3]张永昌，朱光有，梁英波。四川盆地普光大型气田H2S及优质储层形成机理探讨[J].地质评论，2006,52（2）：230-235.[4]倪新峰，陈洪德，田景春，等.川东北地区长兴组-飞仙关组沉积格局及成藏控制意义[J].石油与天然气地215质，2007，28（4）：458-465.[5]李忠，刘嘉庆.沉积盆地成岩作用的动力机制与时空分布研究若干问题及趋向[J].地质前缘，2009，5(3)：157-158.[6]张兵，郑荣才，文华国，等.四川东部长兴组礁滩相储层识别标志及其预测[J].高校地质学报，2009，15（2）：273-284.220[7]王正和，郭彤楼，谭钦银，等.四川盆地东北部长兴组-飞仙关组各沉积相带储层特征[J].石油与天然气地质，2011，32（1）：56-63.[8]耿威，郑荣才，李爽，等.开江-梁平台内海槽东段长兴组礁、滩相储层特征[J].成都理工大学学报（自然科学版），2008，35（6）：639-647.[9]吴熙纯，刘效曾，杨仲伦，等.川东上二叠统长兴组生物礁控储层的形成[J].石油与天然气地质，1990，22511（3）：283-297.[10]郭彤楼.元坝气田长兴组储层特征与形成主控因素研究[J].岩石学报，2011，27（8）：2381-2391.[11]牟传龙，马永生，王瑞华，等.川东北地区上二叠统盘龙洞生物礁成岩作用研究[J].沉积与特提斯地质，2005，25（1-2）：198-202.[12]张兵，郑荣才，史建南，等.四川盆地东部长兴组礁滩相储层测井地质特征[J].吉林大学学报（地球230科学版），2012，42（1）：17-25.[13]董霞，郑荣才，王炯.开江-梁平地区上二叠统长兴组储层岩石学特征[J].岩石矿物学杂志，2010，29（1）：67-78.[14]ZHB,ZHRC,WXB,etal.GeochemicalcharacteristicsanddiageneticsystemsofdolomitereservirsoftheChangxingFormationintheeasternSiChuanBsasin,China[J].PetroleumScience,2012,9:141-153.235-8-'