達麗亞 傅 恒, 李秀華 朱建敏 阮何文

(1．成都理工大學能源學院 2．“油氣藏地質與開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學3. 中海油天津分公司渤海研究院 4.中國石油青海油田公司采油二廠)

0 引言

埋藏成巖作用，指沉積物被埋藏到一定深度所發(fā)生的物質再組成作用和一系列具成因聯(lián)系的無機-有機成巖反應的總和(longman，1983)[1]。Mazzullo等(1992)對全球典型含油氣盆地中深埋藏碳酸鹽巖儲層進行了較系統(tǒng)的研究，認為碳酸鹽巖儲層深埋次生孔隙主要形成于成巖中-晚期階段，深度范圍為200m～9000m,并強調有機質成熟和烴類熱降解過程中產生的有機酸及有關氣體在碳酸鹽巖儲層孔隙發(fā)育中的意義[2]。近年來我國相繼在鄂爾多斯盆地、塔里木盆地、陜甘寧盆地發(fā)現(xiàn)風化殼儲層，許多學者往往將風化殼儲層的形成全部歸因于表生成巖作用，忽視了埋藏成巖作用對儲層的貢獻意義。筆者認為，表生成巖作用對古風化殼儲層的形成固然起著決定的作用，但各種埋藏成巖作用(尤其是埋藏溶蝕作用)對儲集空間的發(fā)育和保存也起著至關重要的作用。

四川盆地北部雷四上亞段古風化殼儲層經歷了較長的古巖溶時期，形成了大量的巖溶孔洞縫，充填作用亦較強，致使眾多機械充填物及化學充填物堵塞儲集空間，古巖溶期后的埋藏溶蝕作用對儲層具有建設性影響。本文對四川盆地北部雷四上亞段古風化殼儲層主要埋藏成巖作用的類型、特征、成因及對儲層的影響進行了研究和探討。雷口坡組四段上亞段為風化殼段，原始沉積的巖性以一套微晶白云巖和砂屑白云巖為主，夾薄層的微晶灰?guī)r和砂屑微晶灰?guī)r，與上覆須家河組一段底部黑色細粒石英砂巖、細粒長石巖屑砂巖、黑色泥巖和黑色條帶泥質石英砂巖不整合接觸(圖1)。

1 埋藏成巖作用

本區(qū)雷四上亞段風化殼儲層經歷的埋藏成巖作用主要類型包括：物理/化學壓實作用、破裂作用、膠結作用、埋藏溶蝕作用、新生礦物形成作用等。

1.1 壓實、壓溶作用

風化殼經歷了古巖溶作用后重新進入埋藏階段，在上覆沉積物(巖)重壓力作用下，充填在風化殼洞穴內的松散沉積物發(fā)生壓實變形作用。如須家河組沉積時期充填在風化殼孔洞縫內的黑色砂泥質巖在埋藏成巖過程中顆粒定向排列明顯，泥質等軟組份因強壓實而變形呈紋層狀(圖2A)；巖芯上表現(xiàn)為深灰色巖溶角礫間的須家河組黑色砂泥質充填物受擠壓變形形成紋層構造(圖2B)。

1.2 破裂作用

裂縫在本區(qū)雷口坡組廣泛發(fā)育，以微裂縫為主，且多被白云石充填(圖3A)。陰極發(fā)光下，兩組共軛剪切縫發(fā)光性一致，均發(fā)紅色光(圖3 B)，表明白云巖內兩組垂直脈體為同一時期形成。另外沿晚期高角度縫的再次溶蝕導致有效儲集空間的擴大。

圖1 元壩A井雷口坡組四段上亞段巖性柱狀圖

圖2 壓實作用

1.3 膠結作用

顯微薄片觀察識別出本區(qū)內裂縫充填的次生礦物有鐵方解石、鐵白云石、螢石、重晶石、石英、天青石、以及黃鐵礦等，其中熱液礦物有螢石、重晶石、石英、天青石及異型白云石(鐵白云石)。次生熱液礦物共生組合形式多樣、分布廣泛。各次生熱液礦物形成大量脈體，或成分單一或組合形式多樣，其中復合成分脈體在本區(qū)8口單井內均有不同程度的出現(xiàn)，說明本區(qū)經歷的熱液水介質類型豐富、影響范圍廣。根據(jù)不同熱液礦物組合在薄片下的晶形、大小，再結合元素kσ面分布可粗略劃分礦物膠結期次：第一期堿性熱液-第二期富含F(xiàn)-、Si4+、Sr2+等離子的酸性熱液。如：①異形白云石(鐵白云石)-石英脈(圖4A)：脈兩側由異形白云石(鐵白云石)貼壁生長，脈中由它形、半自形、自形晶石英充填膠結。反映出先是由Mg2+、Ca2+、CO32-離子過飽和形成鐵白云石晶體，其次被富含SiO2的酸性熱液流體運移充填剩余晶間孔并對早先形成的鐵白云石再度溶蝕。②鐵方解石-螢石-石英脈(圖4B)：鐵方解石緊貼圍巖壁生長，為早期堿性熱液流體的產物。待鐵方解石沉淀之后又一期富含F(xiàn)-、Ca2+、Si4+等離子的熱液進入脈體內沉淀出螢石及石英。根據(jù)F離子的地球化學性質，其在熱液中的濃度與溫度和含鹽度成正相關關系。F離子的存在有利于SiF4的形成，增加硅的溶解度。在高溫并且CO2分壓較高的條件下，富SiF4流體噴流而出，形成SiO2和CaF2沉積物。因此螢石常與石英相伴生[4，5]。

1.4 埋藏溶蝕作用

從裂縫內膠結的次生熱液礦物及次生熱液礦物的再溶蝕現(xiàn)象分析，最終確定埋藏階段發(fā)生水-巖反應的水介質類型為熱液；從溶蝕介質化學性質可分為酸性熱液和堿性熱液兩大類：其中酸性熱液溶蝕的主要對象為碳酸鹽膠結物(鐵方解石、鐵白云石等)，堿性熱液溶蝕的對象為石英顆粒[6]。本區(qū)內識別出的溶蝕期次為4期，溶蝕先后順序依次為：第一期酸性熱液溶蝕；第二期堿性熱水；第三期酸性熱水；第四期堿性熱水。

圖3 破裂作用顯微及陰極發(fā)光照

圖4 膠結作用(元素kσ面分布)

A：鐵白云石-石英脈：A點富含O、Si元素，礦物類型為石英；B點(白色線區(qū)域)無任何元素分布，為孔隙；C點富含O、Mg、Ca及Fe元素，礦物類型為鐵白云石。

B：鐵方解石-螢石-石英脈：A點富含Ca、O元素，礦物類型為方解石；B點富含Ca、F元素，礦物類型為螢石；C點富含O、Si及少量F元素，礦物類型為石英。

依據(jù)為：①裂縫被次生熱液礦物膠結形成的脈體分布層段均為厚層溶蝕段，不與巖溶角礫巖相伴生，故用“古巖溶”解釋不合理，即為酸性熱液流體早先對泥晶白云巖或砂屑微晶白云巖溶蝕形成溶蝕縫；②熱液礦物共生組合形成熱液脈是由酸性與堿性兩期熱液共同作用的結果，不排除第二期酸性膠結物流體對第一期膠結物的再溶蝕；③巖芯塊上廣泛發(fā)育的石英晶洞內生長長約1mm～3mm、寬約0.1mm～0.5mm自形程度較高的石英晶體附著體在超顯微鏡下可見石英晶面上呈溶蝕麻點，表明繼酸性熱液沉淀石英之后還有一期堿性熱液對其進行溶蝕(圖5A)；④中-巨晶方解石脈穿切早期形成的異型白云石脈，這一期脈體成分單一(僅有含鐵方解石)，晶形粗大(圖5B)。同樣也證實了富含SiO2的酸性熱水活動之后有一期富含F(xiàn)e、Ca離子的堿性熱水活動，推測為最后一期熱液流體。

1.5 自生礦物形成

天青石集合體是本區(qū)埋藏環(huán)境下形成的主要熱水沉積物。儲層經歷了風化期后重新進入埋藏環(huán)境，富含SO42-的熱液遇Sr2+元素結晶形成天青石集合體并呈扇狀附著在須家河組黑色砂泥質洞穴(圖6AB)。前人分析成果指出，天青石是陸相低溫硫酸鹽型鹵水在埋藏環(huán)境下沉積形成[7]。

圖5 埋藏溶蝕顯微照片

圖6 自生礦物掃描電鏡照片

2 埋藏成巖作用及埋藏次生孔隙類型

本區(qū)雷四上亞段各井物性分析顯示：①A井、B井、C井各井孔隙度值(圖7A)均較低。C井孔隙度<=2的樣品數(shù)占總數(shù)的70%，而B井和A井孔隙度<=2的樣品分別占總樣品數(shù)的80%和90%；②A井、B井、C井各井滲透率(圖7B)均較低。元壩C井滲透率<1mD的樣品占總樣品的53%，而B井和A井的滲透率<1mD的樣品分別占總樣品數(shù)的89%和100%?？傊紫抖葷B透率分析表明，元壩地區(qū)雷四上亞段碳酸鹽巖基質為低孔、低滲致密型。

另外，巖芯鑄體薄片統(tǒng)計的面孔率值也較低，以2%～3%為主，少部分井段可達6%，表明元壩地區(qū)雷四上亞段風化殼儲層在經歷風化期時形成許多大小不等的溶蝕孔、洞、縫，但這些孔、洞、縫多被后期沉積物充填。風化期后再疊加以壓實、壓溶等成巖作用，使古風化期形成的有效孔、洞、縫喪失殆盡。儲層物性分析數(shù)據(jù)同樣證實了這一觀點，從全直徑孔隙率和滲透率數(shù)據(jù)上表明，即使在微裂縫發(fā)育層段孔隙度和滲透率增長幅度不大。因此，形成現(xiàn)今雷口坡組上亞段風化殼儲層有效儲集空間的主導因素為風化期后的埋藏溶蝕作用，埋藏次生孔隙類型是風化殼儲層的有效儲集類型(圖版1)。

根據(jù)孔隙結構特征以及孔隙充填物類型，筆者將風化殼儲層埋藏次生孔隙類型劃分為3大類、6亞類，詳見表1。

圖7 雷四上亞段各井物性分析

圖版1 雷口坡組上亞段深埋藏次生孔隙類型圖版

1 A井深：4660.13m 泥晶白云巖中巨晶方解石脈，脈內晶間孔(A)晶間溶孔發(fā)育(B) 對角線長1.6mm(-)

2 A井深：4660.13m 泥晶白云巖中巨晶方解石脈，脈內晶間孔(A)對角線長4mm(-)

3 B井深：4661.29m 砂屑微晶云巖中白云石脈內晶間溶孔(白色箭頭指示)對角線長4mm(-)

4 A井深：4658.44m 微晶云巖中網狀破裂縫 碎基被不同程度溶蝕及交代(白色箭頭指示) 對角線長1.6mm(-)

5 C井深度：4658.44m 微晶云巖中的網狀破裂縫(白色箭頭指示) 對角線長4mm(-)

6 B井深度：4658.44m 微晶云巖中的網狀破裂縫(白色箭頭指示) 對角線長4mm(-)

7 C井深度：4663.0m 熱水溶洞 洞內充填黑色稠狀物(白色箭頭指示) 對角線長4mm(-)

8 D井深度：4664.17m 熱水溶洞 洞內充填黑色稠狀物(白色箭頭指示) 對角線長4mm(-)

9 A井深度：4863.4m石英(白色箭頭指示)晶洞(超高倍顯微鏡)

從表中可看出，本區(qū)埋藏次生孔隙類型極其發(fā)育，且以非成巖組構型為主：①雷四上亞段的泥晶白云巖中廣泛發(fā)育脈內晶間孔、脈內晶間溶孔，占次生孔隙總量40%～60%。此外，B井遭受表生巖溶作用強烈，角礫化程度較高，碎基碎斑發(fā)育，碎基內溶孔亦往往同時發(fā)育，占深埋藏次生孔隙總量的5%～15%；②溶洞型儲集空間為深埋藏環(huán)境下經熱液改造形成的溶洞，即石英晶洞和熱液溶蝕洞。溶洞占深埋藏次生孔隙總量的2%；③埋藏環(huán)境下溶蝕縫內充填鐵方解石、鐵白云石及石英等晶體，后經熱液溶蝕，可使溶縫進一步擴大。占次生孔隙總量15%～20%。

表1 埋藏次生孔隙類型

3 結論

(1)本區(qū)雷四上亞段埋藏成巖作用類型主要為壓實壓溶作用、破裂作用、膠結作用、埋藏溶蝕作用、自生礦物的形成等。

(2)裂縫內充填的次生熱液礦物有鐵方解石、鐵白云石、螢石、重晶石、石英、天青石、以及黃鐵礦等，礦物膠結期次為第一期堿性熱液形成碳酸鹽巖礦物(鐵白云石、鐵方解石)—第二期富含F(xiàn)-、Si4+、Sr-等離子的酸性熱液。

(3)本區(qū)埋藏溶蝕水介質類型主要為熱液，分為酸性熱液溶蝕和堿性熱液溶蝕兩大類，溶蝕先后順序依次為：第一期酸性熱液溶蝕—第二期堿性熱水—第三期酸性熱水—第四期堿性熱水。

(4)表生成巖作用對古風化殼儲層的形成固然起著決定的作用，但各種埋藏成巖作用(尤其是埋藏溶蝕作用)對儲集空間的發(fā)育和保存也是不可忽視的。埋藏次生孔隙類型是雷四上亞段風化殼儲層的有效儲集類型。其中脈內晶間孔、脈內晶間溶孔以及溶蝕縫占埋藏次生孔隙的主導地位。

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