王瓊仙，宋曉波，鄧美洲，張巖，高恒逸，陳麗花，李勇

中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院

0 前 言

川西氣田位于四川盆地西部龍門山前，中三疊統(tǒng)雷口坡組四段（簡稱雷四段）發(fā)育一套潮坪相白云巖溶蝕孔隙型儲層，目前已提交控制儲量一千多億方［1］，顯示了潮坪相儲層的巨大潛力。前人［2-6］從儲層孔隙特征、溶蝕作用、儲層成因等方面開展過相關(guān)研究，但觀點不盡相同。部分學者認為雷口坡組儲層總體具有相控特征，高頻層序控制的潮間帶有利沉積微相是儲層空間展布與儲層發(fā)育的關(guān)鍵控制因素［4-5］；另有觀點認為雷口坡組優(yōu)質(zhì)儲層的形成與微生物礁灘（微生物席）相關(guān)［6］。針對形成儲集空間的關(guān)鍵溶蝕作用，一些學者認為印支期古表生大氣淡水溶蝕是儲層形成的關(guān)鍵作用［7-9］；也有學者認為研究區(qū)處于印支期古表生巖溶洼陷區(qū)—巖溶下斜坡區(qū)，巖溶作用有限，且形成的孔隙在埋藏期多被充填膠結(jié)，儲層儲集空間的形成與埋藏期的溶蝕改造作用密切相關(guān)［10］。隨著研究的不斷深入，主流觀點認為高頻海平面波動控制下的準同生溶蝕是雷口坡組優(yōu)質(zhì)儲層形成的關(guān)鍵溶蝕作用［11-13］。然而，以往對準同生溶蝕作用機理的研究多涉及臺緣、臺內(nèi)礁灘相儲層［14-15］，對于潮坪相儲層來說，準同生期溶蝕存在暴露時間較短、難以形成規(guī)模性儲層的傳統(tǒng)認識［16］。近年來，隨著開放體系的暴露溶蝕可能是深層—超深層碳酸鹽巖儲層形成的主要原因這一認識的提出［17-19］，尤其是早成巖期相控巖溶理論的日趨完善，初步提示了早期溶蝕儲層可以長期保持并形成深埋優(yōu)質(zhì)儲層［20］。基于上述認識，本文主要利用川西氣田5口井的800余件薄片、鑄體、陰極發(fā)光和巖石碳氧同位素資料，深入分析了準同生溶蝕作用形成雷口坡組優(yōu)質(zhì)儲層的機理。研究成果可以更好地揭示這類白云巖儲層的宏觀分布規(guī)律,指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測，為開發(fā)鉆井部署提供依據(jù)。

1 沉積特征

中三疊世雷四期，川西氣田處于較平坦的地表海局限臺地潮坪環(huán)境（圖1）。由于水體較淺，海平面的升降變化往往會在相對平坦的潮坪環(huán)境內(nèi)引起大幅度的相帶遷移，造成潮上帶、潮間帶、潮下帶頻繁交互［5］。雷口坡組四段上亞段（簡稱雷四上亞段）中下部為以潮間帶沉積為主的白云巖，上部為以潮下帶沉積為主的石灰?guī)r夾潮間帶—潮上帶白云巖（圖2），其中白云巖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，晶粒結(jié)構(gòu)、藻紋層結(jié)構(gòu)、藻砂屑藻凝塊結(jié)構(gòu)、藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)等均較發(fā)育。

圖1 川西地區(qū)雷口坡組四段上亞段沉積相平面圖Fig.1 Sedimentary facies plan of upper submember of the Leikoupo Member 4 in Western Sichuan Basin

受海平面升降變化影響，沉積巖受到大氣淡水多期次的改造，甚至直接出露于海平面接受溶蝕，尤其是研究區(qū)處于整體低緩的地貌背景，更可能大面積遭受大氣淡水淋濾，從而形成大面積分布的有利儲層。潮坪特有的沉積成巖環(huán)境孕育了雷四上亞段的白云巖儲層：中下部的白云巖段（下儲層段），儲層普遍發(fā)育，累計厚度平均為50 m 左右；上部石灰?guī)r段（上儲層段）中的白云巖夾層，儲層也較發(fā)育，厚度約為10~15 m（圖2）。儲層巖性主要為藻砂屑藻凝塊白云巖、藻紋層白云巖、泥粉晶白云巖和含灰質(zhì)白云巖；儲集空間以大量早期孔隙如晶間孔、晶間溶孔、窗格孔、藻（粒）間溶孔為主。雖然白云巖中儲層普遍發(fā)育，但優(yōu)質(zhì)儲層（巖心和測井孔隙度均大于5%的Ⅰ類和Ⅱ類儲層）非均質(zhì)性強，具有單層厚度薄，縱向上多層發(fā)育（圖2），平面上大面積疊置分布的特點。

2 準同生溶蝕特征

2.1 沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

通過對研究區(qū)鉆井巖心的系統(tǒng)觀察，發(fā)現(xiàn)旋回內(nèi)部發(fā)育大量暴露侵蝕面及典型準同生暴露標志，如滲流豆粒（圖3a）、溶塌角礫（圖3b）、鈣結(jié)殼構(gòu)造（圖3c）、鳥眼構(gòu)造、葡萄狀膠結(jié)物等，另外可見到平行于層面的溶蝕面、溶蝕坑（圖3d）、示底構(gòu)造、窗格孔（圖3e）和少量膏?？?、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔（圖3f）等早期溶蝕孔隙發(fā)育。滲流豆粒和鈣結(jié)殼層的出現(xiàn)，一般代表向上變淺的沉積旋回的頂界［21］，反映該地區(qū)出現(xiàn)過小型沉積暴露面。這種小型沉積暴露面縱向上可識別出多套（圖2），代表了循環(huán)往復(fù)的準同生暴露溶蝕的發(fā)生。

圖2 川西氣田A1井雷口坡組四段上亞段綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of upper submember of the Leikoupo Member 4 of Well A1 in Chuanxi Gasfield

2.2 孔隙特征

鑄體薄片和掃描電鏡觀察表明，川西氣田雷四上亞段發(fā)育大量組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙，包括窗格孔、藻間溶孔、粒間溶孔、鑄模孔/粒內(nèi)溶孔和少量膏?？椎?。統(tǒng)計表明，研究區(qū)組構(gòu)選擇性溶蝕的孔隙占總儲集空間的60%以上。其中，窗格孔常呈層狀發(fā)育（圖3e），主要出現(xiàn)在下儲層段的藻紋層白云巖中；藻粒間溶孔在下儲層段藻砂屑藻凝塊白云巖中較常見；鑄?？?粒內(nèi)溶孔發(fā)育程度并不高，主要出現(xiàn)在藻砂屑白云巖中，上、下儲層段均可見；膏?？缀透嗳芸纵^少見。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，組構(gòu)選擇性溶孔的分布具有較好的規(guī)律性：溶孔集中發(fā)育段多與孔隙欠發(fā)育的致密層段交互出現(xiàn)，且集中在組構(gòu)選擇性溶孔發(fā)育段的上部，常伴有準同生溶蝕產(chǎn)生的鳥眼構(gòu)造以及平行或低角度的溶蝕面出現(xiàn)。

圖3 川西氣田雷四上亞段準同生溶蝕特征照片F(xiàn)ig.3 Photos showing penecontemporaneous dissolution of upper submember of the Leikoupo Member 4 in Chuanxi Gasfield

2.3 巖石陰極發(fā)光特征

受到大氣淡水改造影響的巖石，陰極射線下發(fā)光性變強［22］。通過對孔隙欠發(fā)育段和孔隙發(fā)育段樣品的陰極發(fā)光特征對比發(fā)現(xiàn)，孔隙發(fā)育段的溶蝕孔隙邊緣發(fā)光性往往比基質(zhì)要強（圖4a與圖4c中的②），說明這些溶蝕孔隙的產(chǎn)生與大氣淡水有關(guān)；而從孔隙邊緣發(fā)光性變強的區(qū)域向基質(zhì)延伸有限的特征來看，大氣淡水的參與作用應(yīng)較為有限。因此，研究區(qū)雷四段這一期的溶蝕應(yīng)屬于典型的高頻層序控制下的短期、多期次暴露溶蝕作用。

另外，研究區(qū)窗格孔中第一期等厚環(huán)邊白云石膠結(jié)物陰極射線下發(fā)褐色光（圖4c之③），而基質(zhì)白云石也發(fā)褐色光（圖4c 之①），兩者發(fā)光基本一致，表明它們的形成環(huán)境基本相同，成巖流體均為海水，而被充填的孔隙應(yīng)形成于準同生期。

圖4 川西氣田雷四上亞段巖石陰極發(fā)光特征Fig.4 Cathodoluminescence characteristics of upper submember of the Leikoupo Member 4 in Chuanxi Gasfield

2.4 碳氧同位素特征

碳氧同位素組成在受到大氣淡水淋濾作用過程中均會發(fā)生變輕、變低的現(xiàn)象［23-24］。本次研究選取多期高頻暴露溶蝕現(xiàn)象清晰且連續(xù)取心的A1 井巖心進行分析。分析數(shù)據(jù)表明：總體上，δ13CPDB值為1.71‰~3.30‰，平均值為2.65‰；δ18OPDB值為-5.92‰~-1.06‰，平均值為-3.88‰。相比之下，暴露溶蝕面附近樣品的δ13CPDB偏低，為1.71‰~2.52‰，平均值為2.19‰，更接近于三疊紀海水的平均值(2‰)［11］；暴露溶蝕面附近樣品的δ18OPDB偏低，為-7.02‰~-1.06‰，平均值為-4.52‰，遠低于三疊紀海水的平均值(-0.8‰~-0.5‰)［25］?？v向上碳氧同位素組成值變化具有一定的旋回性，單一旋回內(nèi)自上而下隨著離暴露面距離的增加，碳氧同位素組成值負偏程度逐漸減弱（圖2）。這表明距暴露面越近，受淡水影響越大，這從另一方面證實了多期高頻暴露與淡水巖溶的存在。

3 準同生溶蝕對優(yōu)質(zhì)儲層分布的影響

3.1 準同生溶蝕分布特征

以滲流豆粒、鈣結(jié)殼層、原地垮塌角礫的出現(xiàn)為準同生溶蝕標志，對川西氣田南部的A1井和北部的A3井兩口取心較全的井進行系統(tǒng)觀察分析，認為準同生溶蝕作用發(fā)育層位的巖性以各類白云巖為主，主要為潮間帶中部—上部沉積。縱向上，隔層段和上儲層段準同生溶蝕作用較弱，僅上儲層段的下部發(fā)育準同生溶蝕；而下儲層段準同生溶蝕作用較強，可識別出8期（圖2），單期溶蝕對應(yīng)的地層厚度為4~15 m，而且2 口取心井橫向上可進行較好的對比。因此，研究區(qū)準同生溶蝕作用具有單期暴露溶蝕時間短、面積大及多期次頻繁暴露溶蝕的特征。

對取心井單期準同生溶蝕的電性特征進行分析，認為單期溶蝕旋回通過GR和深淺電阻率曲線可進行較好的識別：單一旋回自下而上靠近暴露面，具有GR值變高、深淺電阻率值變低的特征（圖2）。通過電性特征在下儲層段的8期準同生溶蝕內(nèi)部可進一步識別出多期的次級準同生溶蝕（圖2，紅色箭頭所示，共12 期）。次級準同生溶蝕的單層厚度為4~8 m，但這些次級溶蝕旋回在橫向上對比性不強，而與優(yōu)質(zhì)儲層的分布有較好的對應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在單個高頻旋回的中上部（圖2）。這一認識對開展非取心井的準同生溶蝕期次和分布特征研究具有指導(dǎo)意義。

3.2 準同生溶蝕強度對優(yōu)質(zhì)儲層分布的影響

潮坪沉積環(huán)境發(fā)育的層序結(jié)構(gòu)為典型的向上變淺沉積旋回，但潮上帶、潮間帶和潮下帶由于水體動力條件不同，向上變淺沉積旋回的垂向序列特征差異較大，直接影響了準同生溶蝕作用的強度，進而影響優(yōu)質(zhì)儲層的分布（圖5）。

圖5 川西氣田雷四上亞段潮坪環(huán)境不同類型高頻沉積旋回的垂向序列特征（薄片：單偏光）Fig.5 Vertical sequence characteristics of different types of high-frequency sedimentary cycles in the tidal flat of upper submember of the Leikoupo Member 4 in Chuanxi Gasfield(thin section,single polarized light)

潮下—潮間下部沉積旋回 水體相對高能，顆粒較發(fā)育，以灰?guī)r為主，可見少量小殼的介形蟲和有孔蟲伴生，構(gòu)造以塊狀層理為主。旋回下部巖性為潮下沉積的泥粉晶藻砂屑灰?guī)r，可見少量亮晶膠結(jié)；向上過渡為潮間下部沉積的藻砂屑白云質(zhì)灰?guī)r（圖5a）。由于水體相對較深，較少受大氣淡水影響，準同生溶蝕作用較弱，不利于儲層發(fā)育。這類旋回主要分布在川西氣田雷四上亞段上部灰?guī)r段。

潮間中部—潮間上部沉積旋回 水體能量中等，旋回下部巖性為潮間中部沉積的藻砂屑灰質(zhì)白云巖、含灰質(zhì)白云巖和少量泥粉晶白云巖；旋回上部巖性為潮間上部沉積的泥粉晶白云巖和大量藻砂屑藻凝塊白云巖（圖5b），發(fā)育鳥眼構(gòu)造、藻疊層構(gòu)造等典型標志。這類沉積旋回很少出露水面，但可接受大氣淡水改造，準同生溶蝕強度中等，局部可見少量暴露標志。溶蝕作用在旋回中上部的藻砂屑藻凝塊白云巖和泥粉晶白云巖中形成粒間溶孔、少量粒內(nèi)溶孔和晶間溶孔，多形成Ⅲ類儲層；旋回底部多為非儲層。這類旋回主要分布在川西氣田雷四上亞段下儲層段。

潮間上部—潮上沉積旋回 水體能量相對較低，旋回下部巖性主要為潮間上部沉積的泥粉晶白云巖、藻砂屑藻凝塊白云巖；旋回上部巖性為潮上沉積的藻紋層白云巖（圖5c），可見窗格孔構(gòu)造。這類旋回海平面變化最頻繁，沉積物最容易發(fā)生暴露，準同生溶蝕作用最強。旋回頂部可見鈣結(jié)殼、葡萄狀膠結(jié)物、滲流豆粒、鳥眼構(gòu)造、溶塌角礫及渣積層等溶蝕標志，是淡水成巖作用的結(jié)果。該類旋回有利于形成大量組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙，對優(yōu)質(zhì)儲層（Ⅰ—Ⅱ類）的控制作用較明顯。這類旋回主要分布在川西氣田雷四上亞段下儲層段。

潮上沉積旋回 長期暴露，水體能量最低，沉積作用較弱，厚度?。▎蝹€旋回一般小于3 m）。旋回下部巖性為薄層含藻球粒藻凝塊白云巖和含藻紋層泥晶白云巖，上部為土黃色的針孔狀泥晶白云巖（圖5d）。準同生暴露溶蝕作用較強，形成粒內(nèi)孔、鑄模孔和晶間溶孔等。這類旋回較少出現(xiàn)，主要發(fā)育在雷四上亞段上儲層段的白云巖夾層中，是上儲層段薄層優(yōu)質(zhì)高孔白云巖儲層的主要貢獻者。

基于上述分析認為，準同生溶蝕作用的發(fā)生與高頻旋回密切相關(guān)。潮間上部—潮上沉積旋回準同生溶蝕作用最強，有利于Ⅰ—Ⅱ類優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。縱向上，單個沉積旋回內(nèi)部實測孔隙度變化較大，由旋回頂部向下孔隙度有逐漸變低的特征，這與準同生溶蝕作用由旋回頂面向下變?nèi)跤嘘P(guān)。統(tǒng)計結(jié)果表明，5 m是單個沉積旋回準同生溶蝕作用的深度下限。單個沉積旋回厚度越大，則縱向上優(yōu)質(zhì)儲層連續(xù)性越差；反之，單個沉積旋回厚度越小，優(yōu)質(zhì)儲層縱向上發(fā)育越集中，橫向上分布越連續(xù)（圖2）。

4 結(jié) 論

（1）川西氣田中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段潮坪相白云巖普遍發(fā)育準同生溶蝕作用，伴有大量短期暴露面特有的滲流豆粒、鈣結(jié)殼、鳥眼構(gòu)造，間歇性淡水溶蝕形成的溶塌角礫、溶蝕面、溶蝕坑，以及選擇性溶蝕孔如窗格孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔等多種典型特征。

（2）潮坪相準同生溶蝕具有單期暴露溶蝕時間短，單個高頻沉積旋回中上部溶蝕作用強，縱向上多期溶蝕頻繁疊加，橫向上同期溶蝕對比性較好、分布面積大的特征。準同生溶蝕強度受高頻沉積垂向序列特征和單個沉積旋回厚度共同控制。

（3）川西氣田主要發(fā)育潮下—潮間下部、潮間中部—潮間上部、潮間上部—潮上、潮上等4種類型的高頻沉積旋回。其中，潮間上部—潮上旋回準同生溶蝕作用最強，單一旋回地層厚度為4~15 m，自下而上距離暴露面越近，孔隙越發(fā)育，碳氧同位素組成值略變低，測井GR值變高、深淺電阻率值變低。單個旋回的中上部準同生溶蝕作用最強，優(yōu)質(zhì)儲層縱向上呈薄層分布；單個旋回厚度小于5 m 時，優(yōu)質(zhì)儲層縱向上發(fā)育比較集中，橫向上分布比較連續(xù)。