田艷紅, 劉樹根, 趙異華, 宋金民, 宋林珂, 孫 瑋, 梁 鋒, 張長俊李俊良, 尹柯惟, 王晨霞, 吳 娟, 林 彤, 白志強, 彭瀚霖, 陳會芝

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059;2.中國石油 西南油氣田公司 川中油氣礦, 四川 遂寧 629001)

自2012年在四川盆地中部地區(qū)(簡稱川中地區(qū))安岳氣田勘探下組合，磨溪8井在寒武系龍王廟組(C-1l)獲氣1.906 8×106m3/d[1]之后，該層位才得到重視。隨著勘探研究和開發(fā)生產的深入，川中地區(qū)連續(xù)多口井在龍王廟組獲高產氣流。2013年在磨溪區(qū)塊龍王廟組獲探明地質儲量440.383×109m3[2]，成為中國現(xiàn)今單體規(guī)模最大的特大型海相碳酸鹽巖整裝氣藏，使得龍王廟組成為四川盆地油氣勘探的一個新的重點領域。以往對四川盆地龍王廟組的研究涉及地層和沉積的較多[3-11]，部分學者對成藏條件進行了探討[1,2,12-16]，眾多學者從儲集層微相、儲集巖石學特征和儲層發(fā)育分布規(guī)律等對龍王廟組儲層進行研究[13,17-20]，但對深埋碳酸鹽巖儲層復雜的成巖作用和演化過程研究較少。

現(xiàn)今勘探研究成果表明，深部碳酸鹽巖成巖作用是龍王廟組優(yōu)質儲層油氣成藏的關鍵因素[1,14,21-25]。尤其川中地區(qū)龍王廟組(曾)埋深超過5 km，是典型的深埋藏碳酸鹽巖優(yōu)質儲層；同時經歷多期構造疊合及油氣多期成藏，成巖演化過程復雜：因此對龍王廟組深部優(yōu)質碳酸鹽巖儲層的成巖作用研究尤為重要。本文通過鉆井巖心、普通薄片、鑄體薄片、陰極發(fā)光、碳氧同位素和主元素分析等方法和手段，對龍王廟組儲層的成巖作用，尤其是深埋優(yōu)質儲層形成的建設性、破壞性和保持性成巖作用進行了深入探討。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)在區(qū)域構造位置上屬于樂山-龍女寺古隆起，位于古隆起的核部地區(qū)，現(xiàn)今構造主體為磨溪和高石梯構造。下寒武統(tǒng)龍王廟組除在樂山-龍女寺核部地區(qū)(資陽以西)剝蝕殆盡外，在研究區(qū)廣泛分布；除尖滅線附近，地層厚度在52～120 m，總體具有西薄東厚的特點；與上覆高臺組和下伏滄浪鋪組均為整合接觸[18]。優(yōu)質儲層為局限臺地顆粒灘相，沉積時處于Ⅲ級海平面升降旋回中的海退半旋回早期，位于平均浪基面附近，沉積水體能量高，形成的灘體規(guī)模大，為優(yōu)質儲層的形成提供了良好的沉積環(huán)境[7](圖1)。

2 儲層巖石學特征

研究區(qū)龍王廟組沉積微相有顆粒灘、灘間洼地和混積顆粒灘，巖性以顆粒白云巖、晶粒白云巖為主，局部含泥質紋層/條紋/條帶或砂質。優(yōu)質儲層巖性主要為粉-細晶(殘余)砂屑白云巖、粉-細晶(殘余)鮞粒白云巖、粉-細晶白云巖，及少量礫屑白云巖和中晶白云巖。其中顆粒灘微相是龍王廟組優(yōu)質儲層形成的主要沉積環(huán)境，發(fā)育砂屑白云巖、礫屑白云巖、鮞粒白云巖，粒間多亮晶膠結，溶蝕孔洞發(fā)育，局部裂縫發(fā)育，面孔率可達25%，見瀝青侵染呈斑塊狀或條帶狀(圖2-A)。

顯微鏡下鑒定主要儲集巖性特征如下。

粉-細晶(殘余)砂屑白云巖：為顆粒灘微相沉積物，沉積時水動力能量較強。礦物成分以白云石為主，砂屑結構清晰，含量(面積分數(shù))多在60%以上，局部可達80%，顆粒支撐，以點和線接觸為主。砂屑大小主要為中砂屑，局部見粉屑及礫屑，磨圓較好，部分因壓實作用呈扁平狀，局部含礫屑。由于重結晶作用較強，多顯殘余砂屑結構，由粉-細晶白云石組成，粒間多亮晶膠結(圖2-B)。該類巖性儲集空間類型主要為粒間溶孔、粒內溶孔、鑄?？缀途чg孔及溶洞，面孔率可達25%，是優(yōu)質儲層形成的最主要儲集巖類。

粉-細晶(殘余)鮞粒白云巖：以顆粒灘微相沉積為主，沉積時水動力能量較強。礦物成分以白云石為主，鮞粒結構清晰，面積分數(shù)多在60%以上?？梢娬ｕb、復鮞、薄皮鮞、偏心鮞等，鮞粒多由較臟的細粉晶白云石組成，磨圓較好，粒徑大小在0.2～1 mm，多數(shù)在0.5～1 mm。由于重結晶作用較強，部分顯殘余鮞粒結構，粒間多亮晶膠結。顆粒支撐為主，多以點接觸，局部見壓實作用，呈線接觸(圖2-C)。少數(shù)鮞粒白云石化不均一，見白云石充填裂縫切穿鮞粒。粒間溶孔、粒內溶孔和晶間孔為主要的儲集空間類型，內部多被有機質半充填或全充填，鏡下鑒定面孔率可達13%。

圖1 川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組巖相古地理圖Fig.1 Lithofacies-paleogeographic map of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in the central area of Sichuan Basin(據姚根順等(2013)、鄒才能等(2014)、周進高等(2014)修編)

圖2 川中地區(qū)龍王廟組優(yōu)質儲層主要儲集巖性Fig.2 Main lithologic characters of the high-quality reservoirs of the Longwangmiao Formation in the central area of Sichuan Basin(A)富溶蝕孔洞細晶殘余砂屑白云巖，蜂窩狀溶孔，S17井，深度4 490.02 m; (B)粉晶砂屑白云巖，S28井，深度3 881.48 m; (C)粉晶鮞粒白云巖，X26井，深度4 916.11 m; (D)富晶間溶孔含瀝青細晶白云巖，X17井，深度4 638.61 m

粉-細晶白云巖：以粉-細晶白云石為主，局部見中晶白云石，陰極發(fā)光可見殘余砂屑結構，原巖應為顆粒白云巖，后期經強烈重結晶作用呈現(xiàn)較粗大的晶粒白云巖。該類巖性儲集性能較好，粒間溶孔、晶間孔及粒內溶孔發(fā)育；瀝青多沿孔壁分布，半充填或全充填(圖2-D)。該類溶孔局部成層狀分布，面孔率可達12%。

3 優(yōu)質儲層的成巖作用

(曾)深埋藏優(yōu)質碳酸鹽巖儲層成巖作用可從3個方面進行研究，即建設性、破壞性和保持性，這3個方面相輔相成，互相影響。

3.1 建設性成巖作用

主要有溶蝕作用、構造破裂作用和烴類(有機酸)充注。

3.1.1 溶蝕作用

研究區(qū)溶蝕孔隙發(fā)育，通過宏觀巖心觀察和顯微薄片鑒定，可識別出(準)同生期溶蝕作用、埋藏溶蝕作用和表生溶蝕作用。

a.(準)同生期溶蝕作用，主要發(fā)生在(準)同生-早成巖階段，與高級別的海平面變化或臺地邊緣碳酸鹽沉積物的早期暴露有關，也被稱為沉積喀斯特或同生喀斯特。主要受大氣淡水的淋濾(次要流體還有大氣水和海水混合水甚至海水)，不穩(wěn)定礦物組分文石、高鎂方解石被溶解，溶蝕作用具組構選擇性，形成粒內溶孔或鑄?？住Ｑ芯繀^(qū)該溶蝕作用主要發(fā)生于顆粒灘微相的粉-細晶(殘余)砂屑白云巖和粉-細晶(殘余)鮞粒白云巖，多被白云石、瀝青或黃鐵礦充填(圖3-A,B)。

圖3 川中地區(qū)龍王廟組優(yōu)質儲層溶蝕作用Fig.3 Dissolution of the high-quality reservoirs of the Longwangmiao Formation in the central area of Sichuan Basin(A)亮晶膠結礫屑白云巖，粒內溶孔/鑄?？妆患毦О自剖涮?，X20-2井，深度4 711.56 m; (B)粒內溶孔充填瀝青和黃鐵礦，X26井，深度4 920.03 m; (C)晶間孔壁被瀝青充填，X17井，深度4 670.31 m; (D)熱液溶蝕孔洞被馬鞍狀白云石、天青石和螢石充填，X12井，深度4 641.82 m; (E)溶蝕孔洞與裂縫連通，洞內見熔渣，X13井，深度4 616.19 m; (F)照片(E)的陰極發(fā)光照片，基質發(fā)暗橘紅色光， 溶蝕孔洞壁發(fā)亮橘紅色光; (G)垂直孔隙帶， X32井， 深度4 684.20 m;(H)順層孔隙帶，X22井，深度4 944.76 m

b.埋藏溶蝕作用，發(fā)生于埋藏成巖階段，為深部熱流體對已進入成巖階段的碳酸鹽巖發(fā)生溶解，也被稱為深部喀斯特。該環(huán)境中流體相對趨于堿性，對碳酸鹽巖來說，處于飽和點附近的平衡狀態(tài)或過飽和沉淀狀態(tài)，相對難溶解，因此酸性流體的侵入是中-深埋藏環(huán)境中碳酸鹽巖溶解的必要且首要條件。研究區(qū)與埋藏溶解有關的酸性流體主要來源于有機質成熟過程中釋放的有機酸,部分為構造熱液。

埋藏溶蝕作用形成的孔隙多數(shù)為非組構選擇性孔隙，即跨組構的孔隙，同時對早期殘余原生孔隙或次生溶孔繼承性地擴溶。通過巖心手標本和鏡下薄片鑒定，該階段的溶蝕作用特征有：①有機質成熟過程中釋放的有機酸(隨烴類一并充注儲層)溶蝕孔隙，后期原油裂解形成的瀝青充填在粒內溶孔、粒間溶孔和晶間溶孔，抑制晚期成巖作用對孔隙的充填，多發(fā)育在基質型孔隙中(圖3-B,C)；②構造熱液溶蝕作用往往與充填作用伴生，典型的自生礦物有馬鞍狀白云石、自生石英、螢石、天青石、黃銅礦和其他金屬礦物，見示底構造和斑馬狀構造等，多發(fā)育在斷裂帶附近；③埋藏溶蝕作用常形成溶孔、溶洞和溶縫，多被粗晶馬鞍狀白云石、嗜酸性礦物石英和其他熱液礦物全充填或半充填，巖心上可見馬鞍狀白云石-六方錐狀石英-黃鐵礦半充填或全充填溶洞(圖3-D)，附近裂縫和高幅度壓溶縫發(fā)育。

c.表生溶蝕作用，發(fā)生于表生成巖階段，構造抬升使已固結的高度膠結的碳酸鹽巖進入近地表環(huán)境并遭受大氣水的溶解作用，多分布在區(qū)域不整合面之下，也稱為區(qū)域喀斯特。研究區(qū)經歷加里東期和海西期兩次構造抬升作用，經歷時間長，涉及范圍廣，寒武系-石炭系遭受強烈的剝蝕作用，中上寒武統(tǒng)洗象池組大多被剝蝕，局部剝蝕至高臺組，因此龍王廟組頂部距風化剝蝕面數(shù)米至140余米不等。X13井龍王廟組頂部距上部不整合面為37.5 m，該井的樣品在鏡下見多處溶蝕孔洞熔渣，孔壁的陰極發(fā)光顏色為亮橘紅色，基質為暗橘紅色(圖3-E,F)。取該井溶洞充填晶粒白云巖及其圍巖粉晶殘余砂屑白云石分別作C和O同位素測試和主元素分析，顯示有大氣淡水成巖流體作用特征(表1)。

該階段喀斯特作用主要發(fā)生在滲流帶(也稱不飽和帶)和淺部潛流帶(也稱飽和帶)。淡水滲流帶發(fā)育近地表喀斯特作用，由于富含CO2(包括來自大氣和土壤的CO2)的大氣水對碳酸鹽巖的強烈不飽和，易于發(fā)生溶解作用；同時由于下滲水垂直向下運動，巖心上可見垂直孔隙帶(圖3-G)，且在滲流帶下部的潛水面附近發(fā)育洞穴帶，沉淀并充填白云石等礦物[27]。淺部潛流帶(即淡水潛流帶)地下水發(fā)生水平運動，因此可見水平或順層發(fā)育的孔隙帶(圖3-H)。另外可見強烈溶解和蜂窩狀孔隙、喀斯特角礫和溶蝕孔洞內的溶蝕殘余的熔渣白云石。

3.1.2 構造破裂作用

研究區(qū)龍王廟組疊加了多期構造運動，產生多期構造裂縫，并為成巖流體提供良好的滲濾通道。巖心觀察縫總密度達10條/m。薄片鑒定部分裂縫被白云石全充填成脈體，溶蝕縫和張開縫在多井區(qū)發(fā)育，喀斯特縫被白云石-瀝青半充填，表明在古油藏形成時具良好的滲濾通道和儲集空間；張開縫應為后期構造應力形成裂縫，提高了現(xiàn)今氣層的儲集性能。CT掃描與核磁共振技術對儲層巖心內部微觀結構研究表明，龍王廟組儲層儲集空間為溶蝕孔洞，微裂縫發(fā)育，非均質性極強，儲層孔隙度和滲透率主要決定于大孔洞的多少和裂縫的發(fā)育程度。因此，儲層微裂縫廣泛發(fā)育，即使總孔隙度偏低，也同樣會獲得高產量，并且容易開發(fā)[28]。

由此可見，構造破裂作用形成的裂縫在很大程度上提高了龍王廟組的儲集性能。

3.1.3 烴類(有機酸)充注

如果烴類較早進入孔隙中能有效地阻止溶解物質的搬運，可抑制化學壓實作用的發(fā)生[29,30]。適時的油氣充注是深埋碳酸鹽巖優(yōu)質儲層得以保持的重要因素之一，油氣充注孔隙可有效抑制膠結、交代作用的發(fā)生，因而早期形成的次生孔隙得以保存，后期原油裂解形成的天然氣促使烴類占據的孔隙體積擴大，從而驅替地層水，使得水-巖反應幾率降低[31]；而且原油裂解通常伴隨超壓的形成，異常流體壓力對深埋碳酸鹽巖儲層早先形成的次生孔隙起到了擴溶和保護的作用，同時抑制壓實作用進一步發(fā)生，從而使得深埋優(yōu)質碳酸鹽巖儲層的孔隙得以保持[32-34]。研究區(qū)位于由興凱地裂運動形成的綿陽-長寧拉張槽及東側，筇竹寺組烴源巖在拉張槽內厚度最大，質量佳，生成的油氣向古隆起高部位運移[13,35]。因此, 位于古隆起與拉張槽及周緣疊合部位的川中地區(qū)瀝青含量最高，縱向上瀝青厚度可達70余米，平面上分布較廣，磨溪構造瀝青含量較高石梯構造高(圖4)。鏡下見瀝青多充填在粒間/粒內晶間孔和溶蝕孔、洞、縫中(圖3-G,H; 圖2-C)。

3.2 破壞性成巖作用

破壞性成巖作用主要為壓實作用和壓溶作用，埋藏深度和上覆載荷厚度是其最主要的控制因素，孔隙度總體上是埋藏深度的函數(shù)。早期的準同生白云石化和粒間膠結作用對壓實壓溶作用有一定的阻礙。巖心和薄片中觀察到砂屑與鮞粒以球狀為主，部分礫屑呈橢圓狀，多顆粒支撐結構，部分因壓實作用粒間呈線接觸(圖5-A)；壓溶縫合線發(fā)育，平緩鋸齒狀到高角度縫合線均有發(fā)育，多被泥質、黃鐵礦、瀝青充填(圖5-B)，可見壓溶條帶(也稱馬尾狀條帶,圖5-C)。形成的壓溶縫可有效溝通裂縫和孔隙，提供流體運移通道，部分壓溶縫被溶蝕，為有效的油氣運移路徑。

表1 X13井溶洞充填物及其圍巖白云石C、O同位素和主元素分析Table 1 Carbon and oxygen isotopic data and major element data of the fillings in karst caves and their surrounding dolomite in Well X13

Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)，指示古鹽度參數(shù)，含鹽度高，水淺，Z值大，反之則小。Z<120為淡水成巖環(huán)境，Z值為120～125屬正常海水成巖環(huán)境[26]。

圖4 川中地區(qū)龍王廟組瀝青含量分布圖Fig.4 Bitumen content distribution of Longwangmiao Formation in the central area of Sichuan Basin

圖5 川中地區(qū)龍王廟組儲層的破壞性成巖作用Fig.5 Destructive diagenesis of Longwangmiao Formation reservoirs in the central area of Sichuan Basin(A)顆粒因壓實作用形狀不規(guī)則，粒間線接觸，X20-2井，深度4 697.13 m; (B)壓實作用形成的高角度縫合線內充填黃鐵礦、陸源石英、泥質和瀝青，X26井，深度4 919.62 m; (C)壓實作用形成的馬尾狀條帶，X20-2井，深度4 697.13 m

3.3 保持性成巖作用

黃思靜等在研究碎屑巖儲層時將“保持性成巖作用”的概念定義為“在深埋藏條件下使砂巖孔隙(主要是原生孔隙)得以保存的成巖作用”[36]。在深埋碳酸鹽巖儲層研究中“保持性成巖作用”則是指孔隙(主要是部分原生孔隙和早期次生孔隙)得以保存的成巖作用，其本身或許對儲層巖石的物性影響不大，但對巖石結構和(或)地層流體性質有很大的影響，從而將儲層巖石部分原生孔隙或早期次生孔隙很好地保存下來，形成現(xiàn)今深埋碳酸鹽巖儲層重要的儲集空間。可見保持性成巖作用對深埋碳酸鹽巖儲層油氣成藏具有可不或缺的作用[22]。研究區(qū)保持性成巖作用主要為膠結作用、白云石化作用和泥晶化作用。此外，深埋環(huán)境儲層具有一定的壓力異常，對儲層的保持性成巖作用也有貢獻。

3.3.1 膠結作用

在深埋碳酸鹽巖優(yōu)質儲層的成巖作用中，膠結作用是非常重要的保持性成巖作用，尤其是深埋條件下顆粒碳酸鹽巖孔隙得以保存的重要機制。膠結物既可以破壞原始孔隙，同時早期(壓實作用之前)膠結作用可抑制壓實、壓溶作用的發(fā)生，使得部分原生孔隙和早期次生孔隙得以保存，準同生成巖階段海水膠結物、大氣淡水膠結物，以及早期成巖階段的白云石膠結物，均是抑制壓實、壓溶作用以保持粒間孔隙的重要因素[22]。

研究區(qū)顆粒碳酸鹽巖的膠結作用主要為(準)同生成巖階段的海底膠結作用、早成巖階段的大氣淡水膠結作用、埋藏膠結作用和構造抬升運動造成的表生環(huán)境影響的膠結作用，膠結作用常常與充填作用伴生。

a.海底膠結作用。發(fā)生在(準)同生成巖階段，主要發(fā)育在活躍的海水潛流帶。此時，海水對方解石、文石(包括白云石)等碳酸鹽礦物都是過飽和的，此環(huán)境具較高的能量，顆粒灘的粒間膠結作用最為發(fā)育，薄片觀察碳酸鹽巖膠結物主要具葉片狀、等厚環(huán)邊、一向延長的生長習性，經重結晶作用成為細粉晶白云巖，陰極發(fā)光強度與顆粒相當，為弱的暗紅色，顯示海水膠結物特征(圖6-A,B)。研究區(qū)該膠結作用局部發(fā)育，發(fā)育段孔隙度減少30%左右。

b.早成巖階段大氣淡水膠結作用。發(fā)生在壓實作用之前的淡水成巖環(huán)境，原始膠結物均為方解石，以等軸粒狀組構的膠結物環(huán)顆粒邊緣發(fā)育為主，近于等軸的粒狀晶體經常從孔隙邊緣向中心變大，并具有斑塊狀嵌晶結構，晶體邊緣向中心變大與晶體生長過程中空間競爭作用造成的成核作用減少有關，同時也與巖石滲透率的降低有關。經歷淡水成巖作用之后，原生孔隙所剩不多。該期膠結物通常具有較高的鐵錳含量，因而具較強的桔紅色陰極發(fā)光。同時，由于淡水潛流環(huán)境的流體具有變化的碳酸鈣飽和程度和變化的結晶速度，引起方解石中分配系數(shù)變化較大的錳、鐵元素在方解石中的含量變化，出現(xiàn)特征的亮暗相間復雜環(huán)帶狀的陰極發(fā)光性，經重結晶作用以細粉晶-粗粉晶白云石為主(圖6-C,D)。

圖6 川中地區(qū)龍王廟組儲層膠結作用Fig.6 Cementation of the high-quality reservoirs of Longwangmiao Formation in the central area of Sichuan Basin(A)粉晶砂屑白云巖粒間充填亮晶膠結物，S17井，深度4 493.92 m; (B)照片(A)的陰極發(fā)光，粒間膠結物與砂屑陰極發(fā)光強度相當，均為弱的暗紅色光，為準同生期海水膠結; (C)具粒間溶孔粉晶鮞粒/砂屑白云巖，粒間亮晶膠結物呈等軸環(huán)邊狀，X26井，深度4 916.11 m; (D)照片(C)的陰極發(fā)光，顆粒發(fā)暗紅色光，粒間亮晶膠結物發(fā)橘紅色光，為早成巖階段大氣淡水膠結物; (E)中晶白云石充填溶孔，S28井，深度3 874.47 m; (F)照片;(E)的陰極發(fā)光，由孔壁向中心呈亮暗相間的環(huán)帶發(fā)光特征，孔隙中心為昏暗發(fā)光，為埋藏階段膠結物; (G)溶蝕孔洞充填細晶白云石，含陸源石英，圍巖白云石晶間孔充填瀝青，X20-2井，深度4 732.64 m; (H)照片; (G)的陰極發(fā)光，圍巖發(fā)暗紅色光或不發(fā)光，孔隙充填白云石發(fā)明亮的橘紅色光，受大氣淡水影響較強

c.埋藏膠結作用。主要發(fā)生在中-深埋藏成巖階段，流體對巖石的溶解作用與沉淀作用同時發(fā)生，?？梢娐癫啬z結物充填在原生孔隙再擴溶或次生溶蝕孔、洞、縫中，多為跨組構孔隙，常具鑲嵌結構，膠結物見粗粒白云石、馬鞍狀白云石、自生石英、螢石、重晶石、鉛鋅礦等熱液礦物，錳、鐵元素含量較高，深部地層中富鐵膠結物比富錳膠結物更為常見，因此陰極發(fā)光常具昏暗的發(fā)光特征。同時，因地下流體變化的錳、鐵含量以及控制結晶速度的各種因素的變化，使得膠結物具有亮暗相間的環(huán)帶特征。該成巖膠結物晶粒較粗，多為細-中晶白云石(圖6-E,F)。

d.表生環(huán)境影響的膠結作用。研究區(qū)二疊紀之前經歷加里東期和海西期兩次大的構造抬升活動，持續(xù)時間長，范圍廣，龍王廟組頂雖無不整合面，但是研究區(qū)志留系到中上寒武統(tǒng)的洗象池組大面積剝蝕，局部已剝蝕至高臺組僅余數(shù)十米。因此，在兩次構造活動之后，處于淺埋條件下的龍王廟組受到一定程度的淡水喀斯特作用影響，并發(fā)育有受大氣淡水影響的膠結物。該期膠結物多發(fā)育在較大的溶洞和裂縫中，晶粒粗大，鏡下薄片中多見全充填的白云石斑塊，孔壁的陰極發(fā)光強度多為溶蝕殘余的昏暗發(fā)光，向孔隙中心為昏暗發(fā)光-亮橘紅色(圖6-G,H)。

由此可見，(準)同生-早成巖階段的膠結作用抑制壓實、壓溶作用的發(fā)生，是主要的保持性成巖作用；埋藏階段的膠結作用因較高的溫度和較低的水/巖比的成巖環(huán)境，沉淀作用與其溶解作用同樣發(fā)育，因此不僅具有建設性成巖作用，而且在一定程度上也是破壞性成巖作用；受表生環(huán)境影響的大氣淡水成巖作用，溶蝕孔、洞、縫發(fā)育，部分被充填為晶洞，同時提供了有效的滲流通道，因此也屬于建設性成巖作用。

3.3.2 白云石化作用

就目前所知，絕大多數(shù)古代和現(xiàn)代白云巖都是次生交代成因的，特別是具有經濟意義的大型白云巖地層更是如此。若不考慮巖石原有孔隙度的影響，當方解石全部被白云石交代后，會使巖石總孔隙度增加13%。這些增加的孔隙度都以白云石晶間孔的形式出現(xiàn)，同時巖石滲透率明顯增加[37]。而且白云巖一旦形成，在埋藏過程中其孔隙度和滲透率的保存比石灰?guī)r要好得多，通常具有較強的抵抗壓溶作用的能力(Amthor等，1994)。這對于研究區(qū)深埋地層的白云巖不僅是建設性成巖作用，更是保持性成巖作用[27]。

研究區(qū)龍王廟組儲層主要為局限臺地碳酸鹽巖顆粒灘微相，巖性以顆粒白云巖和晶粒白云巖為主，及少量含泥、含砂白云巖，白云巖晶粒以粉-細晶為主，局部見泥微晶和中晶。

經巖心觀察、薄片鑒定、陰極發(fā)光分析和碳氧同位素研究表明，白云石化作用主要有3期：一期基質白云巖和兩期孔洞縫膠結白云石。

第一期白云石化，發(fā)生在準同生成巖階段，為海水滲透白云石化形成泥粉晶白云石，后期重結晶為粉-細晶白云巖，或呈中晶白云石?，F(xiàn)今顆粒白云巖以粉晶為主，粒間膠結白云石以粉-細晶為主，此為基質白云石化，陰極發(fā)光為弱的暗紅色光。膠結白云石主要為環(huán)邊狀或纖狀膠結物(圖6-A,B)。部分較粗粒白云石因后期淡水作用的影響發(fā)光強度較基質白云石稍強。白云石晶形以平直晶面半自形晶到非平直晶面他形晶為主，原始顆粒結構保存較好的以平直晶面半自形晶為主，原始結構保存較差或不保存的主要為非平直晶面他形晶?？梢娂毞劬О自剖痛址劬?細晶白云石2種級別的晶粒，此為白云石化較為常見的雙眾數(shù)分布特征。

第二期為早成巖環(huán)境形成的孔、洞膠結物，為淡水成巖環(huán)境產物，半充填為主，多為粉-細晶，白云石自形程度較好，以平直晶面自形晶和半自形晶為主，見晶間微孔。陰極發(fā)光分析為明亮橘紅色光(圖6-C,D)，具環(huán)帶狀，顯示出多世代多期的膠結作用。這種過度膠結作用或過度白云石化作用可部分或全部堵塞孔隙。

第三期為埋藏成巖環(huán)境的膠結物，為中-晚成巖階段產物，晶粒以細-中級為主，局部見粗晶-巨晶白云石，多與瀝青、自生石英、黃鐵礦等充填在溶蝕孔洞和裂縫中。該期膠結物充填作用較強，多呈全充填或半充填，陰極發(fā)光為昏暗發(fā)光(圖6-E,F)。熱液白云石化作用明顯，可見馬鞍狀白云石、天青石與螢石共生的礦物組合(圖3-D)。

由此可見，研究區(qū)龍王廟組基質白云石化以海水滲透回流作用為主，孔、洞、縫以先后充填早成巖環(huán)境和埋藏成巖環(huán)境2期白云石膠結物為主，具典型的弱暗紅色光-明亮橘紅色光-昏暗發(fā)光的典型特征。局部見少量表生成巖階段淡水膠結物，處于中-晚成巖階段，陰極發(fā)光為明亮的橘紅色(圖6-G,H)，因為局部存在，對孔隙影響不大，在此不詳述。

表2 Y井龍王廟組原巖碳氧同位素數(shù)據Table 2 Carbon and oxygen isotopic data of the Longwangmiao Formation reservoir rocks in Well Y

圖7 Y井龍王廟組原巖碳氧同位素Fig.7 Carbon and oxygen isotopic data of the Longwangmiao Formation reservoir rocks in Well Y (A)δ13C-δ18O分布圖; (B)δ13C-Z值分布圖

Y井龍王廟組原巖碳氧同位素分析結果顯示(表2，圖7)， 31個原巖碳氧同位素樣品中有1個樣品δ13C值為0.72‰，Z值為125.99，巖性為富溶孔細晶白云巖，該樣品的鄰近巖心發(fā)育2～8 mm垂直裂縫，分析數(shù)據應該受埋藏成巖作用或大氣淡水的影響，所測數(shù)據值偏高，因此剔除該樣品。其他30個原巖樣品δ13C為-1.12‰～0.02‰，平均值為-0.37‰；δ18O值為-7.43‰～5.62‰，平均值為-6.69‰；Z值為121.8～124.4，平均值為123.2。根據地質歷史上早寒武世海相碳酸鹽巖的δ13C值為-0.4‰～-0.1‰，δ18O為-6.2‰～-4.7‰(James，Choquette和Klappa，1983)，結合白云石化過程中穩(wěn)定同位素參數(shù)特征(表3)，可知龍王廟組白云石化白云巖δ13C值與海洋碳酸鹽巖基線相當，δ18O值略低于海洋碳酸鹽巖基線，應該是受后期埋藏成巖和大氣淡水成巖作用的影響，因此研究區(qū)龍王廟組白云巖化主要為海水滲透回流白云巖化，局部受到大氣淡水和埋藏成巖作用的影響。

表3 白云石化過程中穩(wěn)定同位素特征參數(shù)表[38]Table 3 Characteristic parameters of the stable isotopes in the dolomitization process

結合微觀白云石化特征和白云巖地球化學分析，認為第一期海水白云石化最為發(fā)育，主要為基質白云石化和粒間膠結白云石化，不僅為龍王廟組碳酸鹽巖成為經濟性白云巖儲層奠定了基礎，同時具有一定的抗壓實作用，是最為重要的保持性成巖作用；第二期準同生期大氣淡水白云石化次之，具有一定的抗壓實作用之外，它的充填作用使原始孔隙度減少；第三期埋藏白云石化以充填溶蝕孔、洞、縫為主，為破壞性成巖作用。

3.3.3 泥晶化作用

泥晶化作用主要發(fā)生在停滯的海水潛流環(huán)境，沉積物堆積速率緩慢，此時碳酸鹽巖粒間膠結作用不發(fā)育。該過程造成碳酸鹽的顆粒向泥晶轉化，是非鈣質的鉆孔藻在顆粒表面鉆孔，其后孔中充填泥晶碳酸鹽。在海水潛流帶中，這些泥晶碳酸鹽主要是文石或鎂方解石，密集鉆孔最終連接成片并形成泥晶套，甚至泥晶化整個顆粒，代表生物的造泥作用。泥晶套因構成礦物的粒度細小和富含有機質而具有很深的顏色。研究區(qū)部分井區(qū)顆粒白云巖具泥晶化作用，主要為泥晶套。陰極發(fā)光分析表明，泥晶套具有弱的陰極發(fā)光，其發(fā)光強度略強于被穿孔的原始顆粒。泥晶化作用形成的泥晶套可以增強顆粒的抗壓強度，砂屑或鮞粒磨圓度好，顆粒支撐為主，多為點接觸，為后期儲集空間的保存具有良好的建設性作用(圖6-C)。

綜上，川中地區(qū)龍王廟組沉積微相以顆粒灘為主，儲集巖性主要為粉-細晶(殘余)砂屑白云巖、粉-細晶(殘余)鮞粒白云巖和粉-細晶白云巖，成巖作用關鍵因素在于海水白云石化、準同生期大氣淡水喀斯特作用和深埋藏階段的烴類(有機酸)充注作用。海水白云石化不僅僅是建設性成巖作用，更對(曾)深埋藏碳酸鹽巖具有重要的保持性成巖作用，可增加巖石的抗壓實強度，阻礙壓實、壓溶作用的發(fā)生；準同生期淡水溶蝕作用形成的粒間溶孔、粒內溶孔和鑄模孔等組構選擇性孔隙為后期喀斯特作用的發(fā)生提供了良好的基礎；埋藏階段的烴類(有機酸)充注作用對早期形成的孔隙起到了擴溶和保持作用，從而形成了現(xiàn)今的溶蝕孔隙型白云巖儲層。

4 結 論

a.川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組為深部碳酸鹽巖儲層，有利儲集巖相為顆粒白云巖和晶粒白云巖，巖石受成巖作用改造強烈，顆粒白云巖主要為粉-細晶(殘余)砂屑白云巖、粉-細晶(殘余)鮞粒白云巖；晶粒白云巖以粉-細晶白云巖為主，多為顆粒白云巖強烈成巖改造作用的結果。

b.對龍王廟組儲層成巖作用從建設性、破壞性和保持性三方面進行了深入的研究和探討，認為建設性成巖作用主要為溶蝕、構造破裂和烴類(有機酸)充注，準成巖階段的淡水溶蝕作用和埋藏階段的烴類(有機酸)充注作用是最為重要的，破裂作用為油氣運移和充注提供了良好的滲濾通道；破壞性成巖作以壓實、壓溶作用為主，因準同生期白云石化和粒間膠結作用在一定程度上抑制了壓實、溶蝕作用的進行；保持性成巖作用主要為白云石化、膠結和泥晶化作用，以海水白云石化和準同生期膠結作用最為重要。

c.龍王廟組優(yōu)質儲層形成的良好基礎為顆粒灘微相，準同生階段的白云石化和淡水溶蝕作用是其先決條件，埋藏階段烴類(有機酸)充注、石油熱裂解提供了后期的建設性和保持性成巖作用。

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