低频次叠加的同生溶蚀作用对滩相储层发育的控制——以川中栖霞组为例
时间：2023-02-15 13:30:09 来源：千叶帆 本文已影响人
韩心奕，伏美燕，邓虎成，吴冬，胥旺，何溥为，陈培，郭恒玮
（1.成都理工大学能源学院，四川 成都 610059；
2.中国石油东方地球物理公司西南物探研究院，四川 成都 610213；
3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川 成都 610059；
4.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610051）
四川盆地二叠系栖霞组的油气勘探最早开始于20世纪50年代，2003年矿2井在川西北栖霞组钻遇优质白云岩储层，打开了寻找栖霞组白云岩储层的新局面[1-2]。近年来，川中地区中二叠统栖霞组油气勘探获得突破，磨溪31X1井、磨溪42井、高石8井相继获得高产气流，显示了良好的开发前景[3]。栖霞组储层成因研究较多，主要包括埋藏热液改造[3-6]、有利沉积相带控制[7-9]、多期同生溶蚀作用[1]等多种观点。前人普遍认为，该地区栖霞组发育以大量溶蚀孔洞为主要储集空间的高能生屑滩相白云岩和生屑灰岩/灰质云岩储层[10]。
溶蚀作用对储层的改造通常具有多期性[11-12]，如鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组、塔里木盆地鹰山组的岩溶储层，在同生期都经历了多期岩溶作用[13-14]。
本文在岩心观察的基础上，重点采用了高石梯区块11口井的岩屑资料，基于薄片、钻录井、测井等资料及地球化学参数分析，对川中地区栖霞组储层开展了岩石类型、储集空间类型及物性特征的研究，并结合沉积背景和成岩演化特征探讨了栖霞组储层形成机理，重点探讨了低频次叠加的同生溶蚀作用对栖霞组滩相储层发育的控制作用。
研究区位于四川盆地中部的高石梯-磨溪地区，构造上位于川中古隆起平缓构造带（见图1a）。栖霞组沉积时期，受到来自黔北、鄂西北西方向的大规模海侵以及经龙门山古岛链从西往东的海侵，使得盆地内海平面上升[15]，盆地内部几乎为碳酸盐岩沉积。栖霞组沉积时构造相对稳定，没有发生大的沉降作用[5]。栖霞组主要沉积碳酸盐岩台地相[16-17]，分为台内浅滩和台内缓坡沉积[18]。晚二叠世，四川盆地由于地幔上隆引起地壳破裂，发生峨眉地裂运动，峨眉山玄武岩沿断裂带大规模喷发，川中高石梯-磨溪地区受到一定程度的影响[19-20]。研究区栖霞组地层厚度一般为80～110 m，划分为栖一段和栖二段（见图1b）。栖一段的岩性主要为含泥质、生物碎屑的深灰色—黑色石灰岩，顶部常见灰白色白云岩，为储层发育段。栖二段多为颜色较浅的灰褐色泥晶生屑灰岩、微亮晶球粒灰岩、亮晶砂屑灰岩、白云岩、泥晶灰岩，局部含少量泥质。
图1 研究区区域构造位置及栖霞组地层综合柱状图
2.1 储层岩石类型
研究区栖霞组储层主要包括5种岩石类型，即晶粒白云岩、斑状白云岩、颗粒白云岩、砂屑灰岩、微亮晶球粒灰岩（见图2）。晶粒白云岩是栖霞组最主要的储层岩石类型，以细晶和细—中晶白云岩为主，中—粗晶次之。细—中晶白云岩呈层状分布在栖一段顶部，中—粗晶白云岩呈块状分布在栖二段。中—粗晶白云岩中的白云石常呈自形—他形晶体，晶体间镶嵌式接触。细—中晶白云岩中的白云石多为半自形结构，晶间孔发育程度低于中—粗晶白云岩。川中地区栖霞组细—中晶白云岩的阴极发光呈暗红色，稀土分配模式与同期石灰岩相似，Sr同位素接近同期海水值[20]，分析认为，细—中晶白云岩化发生时间应为浅埋藏期。中—粗晶白云岩具有较高的Mn含量，87Sr/86Sr较重，具有明显的正Eu异常，表示其经历了埋藏白云石化[21-22]。
图2 储层主要岩石类型及其储集空间类型
研究区栖霞组砂屑灰岩较为普遍，一般具有颗粒支撑结构，粒间为亮晶胶结，颗粒含量较高，沉积在水动力相对较强区域，主要分布在栖二段上部。颗粒白云岩为生屑灰岩经过浅埋藏白云石化作用形成，可见残余生屑的轮廓，阴极发光下为红色光。斑状白云岩主要分布在栖二段，由泥晶生屑灰岩不均匀白云石化作用形成，并可见石灰岩基质的残余，阴极发光颜色为暗橘红色。微亮晶球粒灰岩的沉积水动力中等，颗粒以细小的球粒为主，球粒间可见微亮晶胶结物。
2.2 储集空间及物性特征
研究区栖霞组储集空间类型包括残余粒间孔、晶间孔、晶间溶孔、溶孔和溶洞[23]，以晶间孔、晶间溶孔和溶洞为主（见图2）。通过岩心观察分析，研究区发育溶孔、溶孔-溶洞和溶洞3种储集空间组合。通过与成像测井数据的标定，溶孔型储层在成像测井图像上显示出微小黑斑点状（见图3a），溶洞型储层在成像测井图上显示为大块黑色区域（见图3b），溶孔-溶洞型则介于两者之间（见图3c）。
图3 不同储层类型的成像测井特征
单井产能与溶洞型储层厚度的相关性分析结果表明，对产能贡献最大的为溶洞型储层。溶孔-溶洞和溶洞型储层主要分布于栖一段顶部、栖二段下部和中上部。通过统计溶洞发育段的岩性发现，溶洞主要发育在白云岩中，其次为亮晶砂屑灰岩和微亮晶球粒灰岩。综合岩性和储集空间的分析可知，川中栖霞组的优质储层类型为溶洞发育的白云岩、亮晶砂屑灰岩和微亮晶球粒灰岩储层。
通过岩石和岩屑薄片鉴定，利用测井资料和地球化学参数，本文对研究区栖霞组储层的形成机理开展了研究。
3.1 滩相是同生岩溶型储层形成的基础
研究区栖霞组为碳酸盐岩开阔台地[24]，发育滩和滩间海沉积。滩相是储层发育的物质基础。滩相颗粒白云岩、晶粒白云岩和砂屑灰岩是研究区优质储层岩石类型。根据不同沉积微相的测井响应特征，将自然伽马测井值小于33 API、电阻率小于10 000 Ω·m的箱性曲线作为滩相的测井识别标志。
栖霞组沉积早期（海侵域），受川中古隆起残余古地貌影响，四川盆地总体呈西高东低之势，研究区发生大规模海侵，水体普遍较深[15]。栖霞组沉积中晚期（高位域），相对海平面较低，沉积相发生了较大的变化，开阔台地开始成为盆地内主要的沉积相带[25]。研究区内古地貌的相对高低与川中古隆起形态有密切关系。通过古地貌图分析发现，研究区沿古隆起有环带状分布的缓坡带，目前高产井GS001-X45井分布于此带。滩相的发育受沉积古地貌控制明显，在古地貌较高部位，滩相厚度较大。通过对比古地貌高地区、缓坡带和斜坡区的滩相期次和厚度发现，高地区GS12井和缓坡区GS001-X45井的滩相厚度较大（见图4）。较厚的滩相沉积为优质储层的发育提供了物质基础。
图4 研究区栖霞组沉积相连井剖面
3.2 层序界面控制同生岩溶型储层纵向分布
层序界面对栖一段顶部储层的展布存在明显影响。在栖一段顶部发育全区可追踪对比的层序界面，该界面形成于海平面下降阶段，并持续处于低水位。在该界面下，研究区普遍发育高能滩相的沉积，以亮晶砂屑灰岩、微亮晶球粒灰岩为主，且发育一定的白云岩。
利用测井标志对单井的栖霞组储层进行识别，在此基础上，通过连井对比分析发现，优质储层具有沿栖一段顶界层状展布的特征（见图5）。然而，在古地貌高地区的GS3井、GS1井，栖霞组纵向上仅发育1套优质储层，而在古地貌缓坡区的GS9井，纵向上发育3套优质储层。这一分布特征受到不同的同生期溶蚀改造影响，将在3.3节进行探讨。
图5 研究区栖霞组优质储层连井对比剖面
3.3 同生溶蚀频次控制了优质储层的发育
通过对研究区栖霞组地质背景的分析，栖霞组上覆地层完整，未经受过长时期的暴露剥蚀，因此无明显的表生成岩特征。栖霞组大规模的溶蚀作用主要与同生期溶蚀有关。同生期的淡水淋滤溶蚀作用发生在海平面短暂下降阶段，浅水高能带的滩相易暴露于淡水渗流带。
通过阴极发光分析（见图6），古地貌高地区微亮晶球粒灰岩的胶结物发光性较强，呈橘红色，指示较强的淡水改造特征（见图6b），古地貌缓坡区微亮晶球粒灰岩发光性中等（见图6d），古地貌斜坡区微亮晶球粒灰岩发光性极弱（见图6f）。古地貌高地区滩体在海平面下降过程中易于暴露，高频次的短暂同生期暴露导致溶蚀强烈。但是，由于暴露次数过多且溶蚀强烈，易于造成角砾化作用，使得溶洞垮塌且被充填破坏。在岩屑分析中，发现古地貌高地区GS12井滩相发育段的岩性复杂，且泥晶灰岩占比较高，指示存在较强的角砾化。在低频次叠加的同生期淡水改造作用下，古地貌缓坡区滩体优质储层更加发育。古地貌缓坡区GS001-X45井储层段的岩屑主要由砂屑灰岩和晶粒白云岩组成，泥晶灰岩占比明显低于GS12井，指示了角砾化程度较弱。因此，在古地貌缓坡区发生的低频次同生溶蚀对优质储层的发育具有明显控制作用。
图6 受同生溶蚀作用影响的碳酸盐岩岩石薄片及阴极发光特征
由于研究区栖霞组储层发育主要受沉积相、层序界面和同生期溶蚀的影响，本文根据沉积相、同生溶蚀作用的组合关系，分析了栖霞组优质储层的地质成因。根据测井岩性解释和溶洞发育段的测井识别，研究区栖霞组优质储层包括溶洞型石灰岩、溶洞型云灰互层和溶洞型白云岩3类储层，均发育在具有低频同生淡水溶蚀作用的高能环境（见图7）。
图7 储层成因类型及其特征
溶洞型石灰岩储层发育在古地貌缓坡区的高能滩相。在海平面变化过程中，高能滩反复暴露，导致低频次叠加的同生溶蚀作用，形成溶洞型石灰岩储层。在淡水淋滤下，石灰岩发生新生变形，所释放的Mg2+离子向滩的周缘和滩体下部运移[26-28]。至浅埋藏期，在滩的边缘易发生白云石化，从而形成云灰互层的白云岩储层。
溶洞型白云岩储层形成于埋藏成岩阶段，与热液改造作用有关。溶洞型云灰互层在埋藏期发生了更加彻底的白云石化，从而形成溶洞型中—粗晶白云岩储层。根据以上分析，建立了同生溶蚀控制下的优质储层发育模式（见图8）。
图8 川中地区栖霞组优质储层发育模式
1）高石梯-磨溪地区栖霞组储层岩石类型包括晶粒白云岩、斑状白云岩、颗粒白云岩、砂屑灰岩和微亮晶球粒灰岩5种类型。储层的储集空间以晶间孔、晶间溶孔和溶洞为主。溶洞发育的白云岩、亮晶砂屑灰岩和微亮晶球粒灰岩储层是该地区优质储层，对产能贡献明显。
2）研究区优质储层形成的主要控制因素为低频次叠加的同生溶蚀作用。古地貌高地区的储层受到高频次溶蚀作用，可见明显角砾化，破坏了储集空间。优质储层主要发育在古地貌缓坡区的高能滩，受低频次溶蚀作用控制，形成溶洞型储层。
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