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川北地区灯二段储层特征及其形成机制

杜垚 王兴志 张巧依 冯明友 曾德明 张本健 裴森奇

杜垚, 王兴志, 张巧依, 冯明友, 曾德明, 张本健, 裴森奇. 川北地区灯二段储层特征及其形成机制[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
引用本文: 杜垚, 王兴志, 张巧依, 冯明友, 曾德明, 张本健, 裴森奇. 川北地区灯二段储层特征及其形成机制[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
DU Yao, WANG Xingzhi, ZHANG Qiaoyi, FENG Mingyou, ZENG Deming, ZHANG Benjian, PEI Senqi. CHARACTERISTICS AND FORMING MECHANISM OF THE RESERVOIRS IN THE SECOND MEMBER OF DENGYING FORMATION IN NORTHERN SICHUAN[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
Citation: DU Yao, WANG Xingzhi, ZHANG Qiaoyi, FENG Mingyou, ZENG Deming, ZHANG Benjian, PEI Senqi. CHARACTERISTICS AND FORMING MECHANISM OF THE RESERVOIRS IN THE SECOND MEMBER OF DENGYING FORMATION IN NORTHERN SICHUAN[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006

川北地区灯二段储层特征及其形成机制

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
基金项目: 

国家油气重大专项(专题)“全球性海侵(湖侵)与气候变化对大型地层油气藏形成的控制作用” 2017ZX05001001-002

国家自然科学基金“四川盆地震旦系灯影组葡萄状构造精细研究” 41402126

详细信息
    作者简介:

    杜垚(1993—),男,在读硕士,主要从事沉积学、储层地质研究工作.E-mail: 404298823@qq.com

    通讯作者:

    王兴志(1964—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事沉积学、储层地质研究工作. E-mail: wxzswpi@163.com

  • 中图分类号: P313

CHARACTERISTICS AND FORMING MECHANISM OF THE RESERVOIRS IN THE SECOND MEMBER OF DENGYING FORMATION IN NORTHERN SICHUAN

图(4) / 表 (1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-12
  • 刊出日期:  2018-10-28

川北地区灯二段储层特征及其形成机制

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
    基金项目:

    国家油气重大专项(专题)“全球性海侵(湖侵)与气候变化对大型地层油气藏形成的控制作用” 2017ZX05001001-002

    国家自然科学基金“四川盆地震旦系灯影组葡萄状构造精细研究” 41402126

    作者简介:

    杜垚(1993—),男,在读硕士,主要从事沉积学、储层地质研究工作.E-mail: 404298823@qq.com

    通讯作者: 王兴志(1964—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事沉积学、储层地质研究工作. E-mail: wxzswpi@163.com
  • 中图分类号: P313

摘要: 依据野外及钻井岩心的宏观、微观特征,结合相应的地化资料,对川北地区灯影组灯二段的储层特征及主要控制因素进行了较为详细的研究。研究认为,其储集岩主要为颗粒粘连白云岩、藻叠层白云岩和白云质岩溶角砾岩,储集空间以次生成因的藻粘连格架溶孔、顺层溶孔—溶洞—溶缝和穿层葡萄花边溶洞最为常见,储层类型多为孔洞型,常规物性具有低孔—低渗特征;颗粒粘连滩和藻丘为区内优质储层的发育提供物质基础,压实—压溶和多期胶结作用是原生孔隙消失的基本原因,桐湾运动Ⅰ幕导致的表生岩溶作用是储层形成的关键。颗粒粘连滩、藻丘与表生岩溶水平潜流带的叠加使其储层主要分布在灯二段的中部。该研究结果可为川北地区震旦系灯影组油气勘探提供依据。

English Abstract

杜垚, 王兴志, 张巧依, 冯明友, 曾德明, 张本健, 裴森奇. 川北地区灯二段储层特征及其形成机制[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
引用本文: 杜垚, 王兴志, 张巧依, 冯明友, 曾德明, 张本健, 裴森奇. 川北地区灯二段储层特征及其形成机制[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
DU Yao, WANG Xingzhi, ZHANG Qiaoyi, FENG Mingyou, ZENG Deming, ZHANG Benjian, PEI Senqi. CHARACTERISTICS AND FORMING MECHANISM OF THE RESERVOIRS IN THE SECOND MEMBER OF DENGYING FORMATION IN NORTHERN SICHUAN[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
Citation: DU Yao, WANG Xingzhi, ZHANG Qiaoyi, FENG Mingyou, ZENG Deming, ZHANG Benjian, PEI Senqi. CHARACTERISTICS AND FORMING MECHANISM OF THE RESERVOIRS IN THE SECOND MEMBER OF DENGYING FORMATION IN NORTHERN SICHUAN[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(10): 53-59. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.10006
  • 四川盆地震旦系灯影组是一个较新的超深层中新元古界含油气层,随着川中地区该层位的油气勘探取得重大突破,使之成为我国天然气勘探的重点及热点之一,但其储层是制约其进一步勘探的关键[1-5]。川北地区虽在20世纪末及近期有少数井钻遇灯影组,但均未取得实质性突破,究其原因,可能还是与对该套地层的储层特征及分布规律认识不清有着密切的关系。因此,本文希望通过对川北地区灯影组野外剖面、钻井岩心的宏观与微观研究,结合相关分析资料,对其灯二段储层特征进行分析,进而揭示其储层发育的主要控制因素及演化规律,为该区的油气勘探提供理论及实际地质资料的支持。

    • 四川盆地震旦系可划分为下震旦统陡山沱组和上震旦统灯影组,灯影组延续地质年龄为551~542 Ma[6]。灯影组主要由大套颗粒白云岩、藻白云岩及晶粒白云岩构成,砂、泥页岩及变质岩较少,其岩石结构组分较复杂,在大量蓝绿藻(藻细菌、蓝菌藻)、微生物影响下,形成了不同形态的层纹石、叠层石,豆状、葡萄状、雪花状、凝块状、叠层状藻白云岩和颗粒粘连白云岩。依据岩性、藻类含量等可将灯影组由下向上划分为4段,灯二和灯四段为川北地区主要储集层[7](图 1a)。川北地区处于米仓山台缘隆起带上,北部边界以北灯影组地层呈点状、环带状广泛出露,而盆地北部边界以南则大多埋藏较深,埋深可达7 000~8 000 m。灯影组沉积期经历了两幕桐湾运动的改造,其结果不仅导致灯二与灯三段、灯四段与寒武系之间的不整合,而且在灯影组内部及顶部形成风化壳和大量岩溶产物[8, 9]。此外,与桐湾构造运动有关的川西海槽的形成,影响着四川盆地灯影组沉积期的盆地—台地基本格局,川北地区呈SN向带状展布的灯二段台地边缘带是最有利于储层形成和油气聚集的部位(图 1b)。

      图  1  川北地区震旦系灯影组地层综合柱状图(a)及灯二段沉积相(b)

      Figure 1.  stratigraphic column(a) and sedimentary facies(b) of the Dengying Formation, Sinian System in northern Sichuan

    • 对四川盆地北部地区4口探井和10余条野外剖面的宏观及微观资料分析表明,灯影组灯二段地层岩石类型主要为碳酸盐岩,其他岩类相对较少(表 1)。其储层主要发育于颗粒粘连白云岩、藻叠层白云岩以及白云质岩溶角砾岩中。

      表 1  川北地区震旦系灯影组主要岩石类型

      Table 1.  Types of reservoir rocks in Dengying Formation, Sinian System in northern Sichuan

      岩石类型 与储层的关系
      碳酸盐岩 白云岩 颗粒白云岩 砾屑白云岩
      砂屑白云岩 中等—好
      鮞粒白云岩
      核形石白云岩
      颗粒粘连白云岩
      藻白云岩 藻斑点白云岩
      藻叠层白云岩 中等—好
      绵层藻白云岩
      藻凝块白云岩
      晶粒白云岩 泥晶白云岩 中等—差
      粉晶白云岩
      细晶白云岩
      石灰岩 晶粒石灰岩 泥晶石灰岩
      其他 角砾岩 白云质岩溶(假)角砾岩 中等
      白云质风化残积角砾岩
      变质岩 大理岩、钙质板岩、千枚岩

      (1) 颗粒粘连白云岩

      主要由藻类和微生物粘结分选、磨圆较差的砂屑—粉屑—泥屑形成,其原生颗粒粘连格架孔极为发育,但常被多期亮晶白云石胶结(图 2a)。后期溶蚀作用在其中形成较多格架间溶孔和顺层的拉长状溶孔—溶洞—溶缝,宏观上似“层状晶洞”(图 2b)。

      图  2  川北地区灯二段储集岩类型及储集空间

      Figure 2.  Reservoir rocks and space types of the 2nd Member of Dengying Formation in northern Sichuan

      (2) 藻叠层白云岩

      主要由富藻类纹层与富屑纹层间互构成(图 2c),富藻纹层一般为毫米级,色暗,主要由蓝绿藻及微生物等粘结云质泥粉屑构成;富屑纹层厚度与富藻纹层的形态、厚度基本一致,但色浅,主要由泥—粉屑构成。通常在富屑纹层内顺层分布有较多的溶孔—溶洞—溶沟(图 2d)。

      (3) 白云质岩溶角砾岩

      多呈薄—中层状、透镜状、不规则状夹于大套藻白云岩和晶粒白云岩之中,角砾含量50%~80%,粒径普遍在3 mm以上, 分选、磨圆差,角砾间在被多圈层的纤状白云岩(立体形态似“葡萄”、剖面形态似“花边”)和晶粒白云岩半充填后,形成残余葡萄花边溶洞(图 2e)。

    • 根据宏观及微观分析,将灯二段的主要储集空间类型分为颗粒粘连格架溶孔、顺层溶孔—溶洞—溶缝和葡萄花边溶洞3种类型。

      (1) 颗粒粘连格架溶孔

      主要出现在颗粒粘连白云岩中。其沉积期间的原始颗粒粘连格架间孔极为发育,局部可达50%以上,但经胶结后空间大幅缩小,后期多受到溶蚀作用改造扩大,形成颗粒粘连格架溶孔(图 2f)。

      (2) 顺层溶孔—溶洞—溶缝

      这类次生孔隙主要发育于颗粒粘连白云岩和藻叠层白云岩中,近顺层分布,大小一般1~8 cm,常被多期亮晶白云石和少量硅质半充填(图 2b)。

      (3) 葡萄花边溶洞

      这类孔隙是四川盆地上震旦统灯影组灯二段中特有的储集空间,与“葡萄花边”结构密切相关。分布于白云质岩溶角砾岩和各种产状的溶孔、溶沟和溶洞中,为多圈层的“葡萄花边”纤状白云石和粒状亮晶白云石充填后的残余空间(图 2e),大小一般为0.5~2 cm,最大可达10 cm以上。

    • 野外露头及钻井岩心样品常规物性分析表明,灯二段孔隙度为0.33%~5.12%,平均2.15%,样品孔隙度大多在6%以下;灯二段渗透率分布范围为(0.1~6.03)×10-3 μm2,平均0.318×10-3 μm2。因此,仅从常规物性分析来看,属于低孔—低渗型储层。由于其储层中溶洞和溶缝发育,常规孔渗分析常不能对其真实的物性进行表述,而宏观上,灯二段储层中的面孔(洞)率一般可达5%以上,这表明川北地区灯二段储层多属于中孔低渗型。

    • 储层质量的优劣受沉积相的控制[10]。川北地区灯二段主要属于局限台地和台地边缘环境的产物(图 1b)。根据灯二段样品物性分析资料,最有利于储层形成与演化的沉积相带是台地边缘的藻粘连滩及藻丘,二者常常共生组合在一起(图 3),一般是颗粒粘连滩构成组合的中下部,藻丘构成组合的上部。其次是局限台地内点滩、点丘。

      图  3  川北地区旺苍水磨灯二段颗粒粘连滩与藻丘组合沉积特征

      Figure 3.  Depositional features of particle gluten beach and algae mound in the 2nd Member of Dengying Formation

      台地边缘滩丘组合和局限台地内点滩、点丘多发育于古地貌相对高处,其水体浅、能量高,营养组分较多,易于颗粒的堆积和蓝绿藻的生长,主要沉积颗粒粘连白云岩和藻叠层白云岩。其滩丘集合体中颗粒和藻粘连格架孔极为发育,虽然这些原生孔隙在后来的成岩过程中被多期亮晶白云石胶结后大幅缩小,局部消失,但也不失为地层中的相对孔渗较高部位,且易于后溶蚀性流体的通过,从而形成较多的次生孔隙。因此,滩、丘相为优质储层的形成与演化提供物质基础。

    • 已有的研究表明,碳酸盐灰泥沉积物中的原始孔隙度最高可达70%,但经强烈压实、压溶等成岩作用改造后的泥晶碳酸盐岩的储集物性极低,一般为非储集岩类[11-13]。川北地区灯二段多数泥—粉晶白云岩的孔隙度一般小于2%,压实、压溶等是导致储集性能极差的主要原因[14]

      经过多期白云石胶结后,区内灯二段中颗粒粘连白云岩的原生粒间孔基本消失。根据不同成岩环境及胶结物表现出的不同结构类型将胶结作用划分为4个期次,不同的期次具有不同的特征(图 2ag)。

      (1) 第1期纤(柱)状白云石胶结物

      该期白云石胶结物围绕藻粘连格架孔边缘呈近等厚环带生长。其Na+、K+、Sr2+、Ba2+的含量在所有胶结物中最高,阴极发光较暗淡,反映属于海底潜流环境的产物。该期胶结物可使藻粘连格架孔缩小10%~25%,最高可达90%以上。

      (2) 第2期大气淡水白云石胶结物

      其表现为叶片状单环带白云石胶结,环带厚一般小于0.05 mm,洁净明亮。其Na+、K+、Sr2+、Ba2+、Mn2+、Fe2+含量较低,阴极发光为暗红色,表明成岩水体盐度较低,属于淡水环境下的产物。该期一般仅充填原生孔隙的1%~5%。

      (3) 第3期浅埋藏粉—细晶白云石胶结物

      其Na+、K+、Sr2+、Ba2+含量中等,Mn2+含量较低;阴极发光为红褐色,较第1期纤状胶结物发光稍强,δ13C为-0.793‰(PDB)、δ18O为-9.121‰(PDB),比围岩(围岩的δ13C为0.133‰~0.774‰(PDB), δ18O为-8.191‰~-7.227‰(PDB))明显偏负;表明属于埋藏较高温条件下的产物。该类胶结物可使原生孔隙减少50%~100%。

      (4) 第4期深埋藏粗—巨晶白云石胶结物

      藻粘连格架孔中还可见少量粗晶或巨晶畸形白云石胶结物的存在,其Na+、K+、Sr2+含量低,Mn2+含量在所有胶结物中含量最高,阴极发光明亮,多为褐—亮橙黄色;表明属于深埋藏高温还原环境下的产物。

    • 表生期岩溶主要与大的构造运动相关。川北地区灯影组灯二段末期的表生岩溶作用主要由桐湾运动Ⅰ幕形成,一是导致灯二段和灯三段之间的假整合接触,二是风化残积层的存在[15],三是灯二段顶部地层的碳氧同位素明显偏负,向下同位素值逐渐偏正并趋于稳定[16],四是野外及岩心见大量溶洞、溶沟、溶缝及岩溶角砾岩等表生期成岩产物(图 2e),五是多口井在灯二段发生井漏、放空等现象。

      对于该表生期岩溶分带中的渗流带地层,即灯二段上部来说,桐湾运动Ⅰ幕形成的岩溶作用在其垂直渗流带虽形成一定数量的近垂向分布的溶沟、溶洞,但多被来自于上覆或相邻地层的各种碎屑物质近全部充填(图 2h),残存的空隙较少,局部保留较多,在多口井灯二段顶部取心段中,岩溶角砾岩较为发育,但几乎无储集空间的存在。对于处在水平潜流带地层,既灯二段中部地层来说,其中的颗粒粘连滩、藻丘等沉积体在到达该带的、尚未饱和的、近水平方向流动的下渗大气淡水长期影响下,形成近水平方向断续分布的溶洞、溶沟,其面孔率可达10%~15%,局部可形成较大溶洞。如鼓城剖面、水磨剖面的储层主要分布于水平潜流带上部的灯二段中部。对于处在水平潜流带下部的灯二段下部地层来说下渗的大气水体已经饱和,导致大量亮晶白云岩的沉淀,充填早期孔隙,因而储层不发育。其岩溶模式如图 4所示。

      图  4  川北地区上震旦统灯影组灯二段表生岩溶模式图

      Figure 4.  Epigenetic karst model in the 2nd Member of Dengying Formation, Upper Sinian in northern Sichuan

    • 根据宏观与微观观察,结合埋藏深度、构造演化等认为,川北地区灯二段现今储层是在长达6亿年的地质历史中沉积作用、成岩作用和构造作用相互影响下的产物[17]

      在沉积时,川北地区处于一碳酸盐岩台地—盆地环境中,其台地边缘和台地内部滩、丘组合中发育大量的粒间孔和藻粘连格架孔等原生孔隙,其孔隙度可高达30%~70%;但在随后的埋藏过程中,压实、压溶及胶结作用使这些原生孔隙大幅降低70%~100%[13, 18, 19],但残存的孔隙为后期多数储层的形成与演化奠定了基础。在桐湾运动Ⅰ幕的影响下,灯二段抬升于海平面之上,并较长时间受到表生期岩溶作用的改造,在其水平潜流带上部形成大量近水平方向展布的溶孔—溶洞—溶缝,如有利的滩、丘组合与水平潜流带上部的叠加,则形成的次生溶孔更加发育。后期埋藏过程中,这些次生孔隙虽被多期亮晶白云石、硅质充填,但仍然有较多的次生孔洞被保存下来,成为现今储层的主要储集空间。新生代褶皱阶段,在喜山运动的影响下,灯二段形成了较多的高角度裂缝,极大改善了储层的渗透性[20, 21]

    • (1) 川北地区灯二段储层岩性主要为颗粒粘连白云岩、藻叠层白云岩及白云质岩溶角砾岩,储集空间以次生成因的藻粘连格架溶孔、顺层溶孔—溶洞—溶缝及葡萄花边溶洞为主,多属于中低孔、低渗孔洞型和裂缝—孔洞型储层。

      (2) 滩、丘组合为区内优质储层的发育提供物质基础,压实—压溶和多期胶结作用是原生孔隙消失的基本原因,桐湾运动Ⅰ幕导致的表生岩溶作用是储层形成的关键。

      (3) 川北地区灯二段中部发育良好储层,其形成主要与滩、丘沉积体与表生期水平潜流带的叠加密切相关,构造作用可较大程度改善储层的渗透性。

参考文献 (21)

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