白云石化作用對元壩地區(qū)長興組儲層發(fā)育的影響

摘 要

摘要：勘探實(shí)踐表明，四川盆地東北部元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組優(yōu)質(zhì)儲層的存在與巖石的白云石化作用具有較密切的關(guān)系，發(fā)生混合水白云石化作用的區(qū)域，其下部地層多發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。為此
摘要：勘探實(shí)踐表明，四川盆地東北部元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組優(yōu)質(zhì)儲層的存在與巖石的白云石化作用具有較密切的關(guān)系，發(fā)生混合水白云石化作用的區(qū)域，其下部地層多發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。為此，通過常規(guī)巖石薄片觀察、電子探針成分分析、成巖作用與微量元素分析，研究了白云石化作用對該區(qū)儲層發(fā)育的具體貢獻(xiàn)，并重點(diǎn)討論了過去受到質(zhì)疑的海相碳酸鹽巖混合水自云石化的觀點(diǎn)。結(jié)論認(rèn)為：①該區(qū)存在交代白云石化、混合水白云石化、埋藏白云石化、熱液白云石化等4種自云石化作用，尤其是混合水白云石化作用，其幾乎決定了優(yōu)質(zhì)儲層的分布；②同生期混合水白云巖的孔隙并不發(fā)育，而其下部地層溶蝕作用較強(qiáng)，溶蝕孔隙發(fā)育，原因在于同生期混合水白云巖多為粉晶自云巖，原始孔隙不發(fā)育，未給后期溶蝕創(chuàng)造條件，而其下部埋藏白云石化形成的白云巖晶粒相對較粗，易于溶蝕；③推測早期因混合水自云石化形成的白云巖，可為深埋過程中的白云石化作用提供豐富的Mg2+，促使深埋條件下的白云石化作用增強(qiáng)，為溶蝕孔洞的發(fā)育創(chuàng)造了條件，有利于形成優(yōu)質(zhì)儲層。
關(guān)鍵詞：四川盆地東北部；元壩地區(qū)；混合水白云石化；優(yōu)質(zhì)儲層；晚二疊世；碳酸鹽巖；溶蝕孔洞；沉積相
1 儲層巖石學(xué)特征及主要沉積相
    四川盆地東北部元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組沉積時期發(fā)育碳酸鹽巖臺地-臺地邊緣-臺緣斜坡-陸棚沉積，在臺地-臺地邊緣沉積了一套以微晶生屑灰?guī)r、白云巖和海綿礁灰?guī)r為主的碳酸鹽巖儲層，厚度介于221～345m，埋深大于6000m，油氣勘探潛力巨大[1～4]。
1.1 儲層巖石學(xué)特征
1.1.1微晶灰?guī)r
    微晶灰?guī)r顆粒含量小于5%，灰泥含量大于95%，生屑微晶灰?guī)r生屑含量介于5%～50%，灰泥含量大于50%，顆粒類型多為大小不等的生物碎屑。
1.1.2生屑灰?guī)r
    根據(jù)生屑、填隙物類型(亮晶、微晶)及白云石化(以下簡稱云化)強(qiáng)度、瀝青含量，共細(xì)劃分出微晶生屑灰?guī)r(長興組主要的巖石類型)、微晶礁屑灰?guī)r、微晶有孔蟲灰?guī)r、亮晶有孔蟲灰?guī)r、微晶介屑灰?guī)r、生屑藻屑灰?guī)r、含云生屑灰?guī)r、白云質(zhì)生屑灰?guī)r及含瀝青生屑灰?guī)r共9種類型。
1.1.3內(nèi)碎屑灰?guī)r
    顆粒含量大于50%，呈圓狀、次圓狀、橢圓狀，分選性為好-中等，顆粒類型主要為藻屑，伴生顆粒有蠕孔藻屑、有孔蟲屑、介形蟲屑等。
1.1.4藻灰?guī)r
    按結(jié)構(gòu)、構(gòu)造細(xì)分為藻粘結(jié)灰?guī)r、藻球?；?guī)r及疊層藻灰?guī)r。
1.1.5礁灰?guī)r
    礁灰?guī)r是元壩地區(qū)長興組特有的巖石類型，造礁生物主要為腦紋海綿及串管海綿，見綠藻(始角藻、米齊藻)、珊瑚、苔蘚、管孔藻等。居礁生物為有孔蟲、鰱科、腕足、腹足、介形蟲、棘皮、雙殼類等。根據(jù)礁灰?guī)r內(nèi)填隙物類型及成巖變化細(xì)分為海綿礁骨架巖、海綿礁障積巖、晶?；富?guī)r、云化礁灰?guī)r。
1.1.6白云巖
    主要為微晶白云巖，具微晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，見粉-細(xì)晶白云石斑點(diǎn)、斑塊，生物屑少，富含瀝青；細(xì)-中晶白云巖具細(xì)-中晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由半自形-自形菱面體狀細(xì)-中晶白云石組成，偶見生屑幻影，屬強(qiáng)云化成因并疊加有重結(jié)晶作用；生屑幻影白云巖具生屑幻影結(jié)構(gòu)，可識別出有孔蟲、介屑、棘屑，主要由粉-粗晶他形晶粒狀、自形菱面體狀白云石組成，含量超過90%。
1.2 沉積相
    元壩地區(qū)長興組可識別出開闊臺地、臺地邊緣、臺地前緣斜坡和陸棚共4類主要沉積相(圖1)。儲層主要發(fā)育在臺地邊緣生物礁、臺地邊緣淺灘相帶。

2 白云石化作用
   元壩地區(qū)長興組沉積后，經(jīng)歷了長期的埋藏和3次大的構(gòu)造運(yùn)動(即印支、燕山、喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動)，成巖作用歷史極其復(fù)雜，類型繁多，其中，白云石化作用對優(yōu)質(zhì)儲層的形成具有重要作用，尤其是混合水白云石化作用幾乎決定了優(yōu)質(zhì)儲層的分布。
2.1 交代白云石化
   交代白云石化發(fā)生在同生期。元壩2井長興組見典型的同生交代白云石化，巖性為粉晶云化腦紋狀海綿礁白云巖，腦紋狀海綿由腦紋狀海綿骨架、水管組成(圖2-a，b)。

   腦紋狀骨架成分分別為：完全由細(xì)粉晶白云石組成；完全由細(xì)粉晶方解石組成；骨架邊緣由細(xì)粉晶白云石組成；骨架內(nèi)部由細(xì)晶 粉晶方解石共同組成同心圈結(jié)構(gòu)。腦紋狀水管充填物成分有3種類型，即大部分水管被云泥充填；部分水管被細(xì)粉晶白云石、方解石充填；部分水管被白云石 瀝青、方解石-瀝青充填。
    同生期交代白云石化過程首先是腦紋狀海綿骨架原始成分為鈣質(zhì)海綿類，在富鎂介質(zhì)水環(huán)境下骨架不同程度發(fā)生細(xì)粉晶白云石化，骨架形狀組構(gòu)特征保存完好，形成粉晶云化腦紋狀海綿，這是同生期白云石化常具有的巖石學(xué)標(biāo)志；其次為腦紋狀海綿水管被云泥不同程度充填，說明介質(zhì)環(huán)境中有云泥形成，水管中云泥充填物證明腦紋狀鈣質(zhì)海綿寄生或沉積在有云泥形成的介質(zhì)環(huán)境中，為骨架白云石化提供了充分鎂離子來源。根據(jù)水管中充填物成分特征分析，充填可分為3個充填時期，即同生期被云泥機(jī)械充填；同生-淺埋藏期被細(xì)粉晶白云石-方解石化學(xué)方式充填；深埋藏期被瀝青充填。
    由于與白云質(zhì)腦紋狀海綿共積的含生屑灰泥基本上未發(fā)生云化，據(jù)此分析粉晶云化腦紋狀海綿白云巖白云石化前后的沉積水介質(zhì)環(huán)境有較大變化。
2.2 混合水白云石化
    目前海相碳酸鹽巖混合水白云石化觀點(diǎn)受到懷疑，但該區(qū)長興組生屑灰?guī)r大量存在粒間孔隙被方解石與白云石呈世代交替充填，應(yīng)為典型的混合水白云石化(圖3)。

    通過對比分析巴巴多斯群島更新世碳酸鹽巖混合水白云石化的情況(圖3～a，b)[5]，發(fā)現(xiàn)元壩地區(qū)長興組生屑灰?guī)r混合水白云石化(圖3-c，d)與其有很大的相似性：①白云石膠結(jié)物的量較低并且分布不連續(xù)；②白云石膠結(jié)物經(jīng)常作為幾個不連續(xù)的透明白云石膠結(jié)物帶出現(xiàn)，且被夾于透明方解石膠結(jié)物之間；③白云石干凈、明亮，方解石膠結(jié)物晶體形態(tài)從纖狀、粒狀、粉晶、中晶、巨晶不等，各期次膠結(jié)特征是晶體依次增大；④沉淀白云石膠結(jié)物的水體有很寬的組分范圍，根據(jù)電子探針對長興組白云巖微量元素分析，Sr0、Na20、K2O表現(xiàn)為較低值，說明大部分白云石形成有淡水的加入[6](表1)。
2.3 埋藏白云石化
    埋藏白云石化是沉積巖處于封閉的埋藏環(huán)境下發(fā)生的白云石化作用。埋藏白云石化鎂離子的來源主要包括：①構(gòu)造埋藏條件下壓力作用使黏土礦物在較大埋深和較高地溫條件下轉(zhuǎn)化時產(chǎn)生的鎂離子；②壓溶作用供給的鎂離子。長興組白云巖中充填超大溶孔中的自形白云石，以及斑塊狀白云石化均為埋藏環(huán)境下的白云石化。
2.4 熱液白云石化
    熱液白云石化是在與構(gòu)造有關(guān)的深埋藏環(huán)境下，深部富含鎂離子等金屬元素的高溫流體向上運(yùn)移，最終交代方解石形成異形白云石并伴生一系列熱液礦物組合。長興組熱液白云石化作用伴生的熱液礦物組合有天青石+菱鍶礦+異形白云石，螢石+自生石英+異形白云石等。
3 成巖序列與孔隙的關(guān)系
3.1 成巖序列
    根據(jù)元壩地區(qū)長興組典型井薄片中可辨認(rèn)的成巖特征，該區(qū)成巖序列按成巖階段可分為同生期、表生期及埋藏期3個成巖階段。
    同生期成巖階段交代白云石化作用與沉積同時發(fā)生，白云石化作用受沉積微相控制，長興組沉積晚期由于沉積微相差異，元壩2井、元壩101井、元壩102井區(qū)處于臺地邊緣局限漏湖沉積微相環(huán)境，發(fā)生的混合水白云石化作用較強(qiáng)，發(fā)育了一套同生期交代白云巖；而處在斜坡、陸棚沉積區(qū)的元壩4井區(qū)，由于缺乏白云石化作用的環(huán)境[7～9]，白云石化作用較弱，白云巖層不發(fā)育。同生期發(fā)生的白云石化和主要在同生期發(fā)生的混合水白云石化對長興組碳酸鹽巖儲層的發(fā)育具有重要意義。
    長興組表生期成巖階段主要發(fā)生在同生期交代白云石化作用后，由于海平面的升降，臺地邊緣區(qū)曾一度出露水面，早期沉積的碳酸鹽巖遭受大氣淡水的淋濾作用，發(fā)育溶蝕洞，該時期形成的溶蝕孔洞為埋藏期有機(jī)酸的溶蝕作用奠定了基礎(chǔ)。
    埋藏期白云石化作用發(fā)生在后期的埋藏階段，這一時期形成了斑點(diǎn)、斑塊狀白云石集合體，在部分白云石集合體內(nèi)形成晶間孔隙。埋藏期為有機(jī)酸溶蝕形成溶孔及溶縫的主要時期，長興組溶蝕孔洞儲層即在這一時期形成。
3.2 孔隙發(fā)育特征
    元壩地區(qū)長興組碳酸鹽巖儲集巖主要為溶蝕孔洞云巖、灰質(zhì)云巖。根據(jù)巖心與測井資料分析，溶蝕作用具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，經(jīng)對典型井的研究發(fā)現(xiàn)，在同生期混合水白云巖下部地層，白云巖溶蝕孔洞發(fā)育，物性好，形成了該區(qū)的一套主要儲層。
    如元壩2井、元壩101井、元壩102井均在長興組頂部發(fā)育了一套局限渴湖沉積環(huán)境中的同生期混合水白云巖，其下部地層溶蝕作用較強(qiáng)，溶蝕孔隙發(fā)育，測井解釋的孔隙度為4%～12%(圖4)，形成了一套較好的儲層，測試獲得高產(chǎn)天然氣硫。而元壩4井，由于在長興組頂部未發(fā)育該套白云巖，其下部溶蝕作用弱，溶蝕孔隙不發(fā)育，測井解釋的孔隙度小于2%(圖4)，未鉆遇儲層。
 

4 結(jié)論
    1) 長興組頂部同生期混合水白云巖的下部地層溶蝕作用較強(qiáng)，溶蝕孔隙發(fā)育，可能是同生期混合水白云巖多為粉晶白云巖，原始孔隙不發(fā)育，未給后期溶蝕創(chuàng)造條件，而其下部的埋藏白云石化形成的白云巖晶粒相對較粗，易于溶蝕，形成了較好的儲集巖。
    2) 主要在同生期發(fā)生的混合水白云石化對長興組碳酸鹽巖儲層發(fā)育的重要意義在于，早期形成的白云巖在埋深過程中的高溫條件下，因壓溶作用形成的富Mg2+粒間水[10]為埋藏白云石化提供了豐富的Mg2+，有利于埋藏白云巖的形成，為儲層的形成奠定了基礎(chǔ)。
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(本文作者：韓定坤1 傅恒2 劉雁婷1 1.中國石化勘探南方分公司；2.成都理工大學(xué))