四川盆地北部元坝地区雷四上亚段埋藏成岩作用分析

时间：2024-07-28

达丽亚傅恒, 李秀华朱建敏阮何文

(1．成都理工大学能源学院 2．“油气藏地质与开发工程”国家重点实验室·成都理工大学3. 中海油天津分公司渤海研究院 4.中国石油青海油田公司采油二厂)

0 引言

埋藏成岩作用，指沉积物被埋藏到一定深度所发生的物质再组成作用和一系列具成因联系的无机-有机成岩反应的总和(longman，1983)[1]。Mazzullo等(1992)对全球典型含油气盆地中深埋藏碳酸盐岩储层进行了较系统的研究，认为碳酸盐岩储层深埋次生孔隙主要形成于成岩中-晚期阶段，深度范围为200m～9000m,并强调有机质成熟和烃类热降解过程中产生的有机酸及有关气体在碳酸盐岩储层孔隙发育中的意义[2]。近年来我国相继在鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、陕甘宁盆地发现风化壳储层，许多学者往往将风化壳储层的形成全部归因于表生成岩作用，忽视了埋藏成岩作用对储层的贡献意义。笔者认为，表生成岩作用对古风化壳储层的形成固然起着决定的作用，但各种埋藏成岩作用(尤其是埋藏溶蚀作用)对储集空间的发育和保存也起着至关重要的作用。

四川盆地北部雷四上亚段古风化壳储层经历了较长的古岩溶时期，形成了大量的岩溶孔洞缝，充填作用亦较强，致使众多机械充填物及化学充填物堵塞储集空间，古岩溶期后的埋藏溶蚀作用对储层具有建设性影响。本文对四川盆地北部雷四上亚段古风化壳储层主要埋藏成岩作用的类型、特征、成因及对储层的影响进行了研究和探讨。雷口坡组四段上亚段为风化壳段，原始沉积的岩性以一套微晶白云岩和砂屑白云岩为主，夹薄层的微晶灰岩和砂屑微晶灰岩，与上覆须家河组一段底部黑色细粒石英砂岩、细粒长石岩屑砂岩、黑色泥岩和黑色条带泥质石英砂岩不整合接触(图1)。

1 埋藏成岩作用

本区雷四上亚段风化壳储层经历的埋藏成岩作用主要类型包括：物理/化学压实作用、破裂作用、胶结作用、埋藏溶蚀作用、新生矿物形成作用等。

1.1 压实、压溶作用

风化壳经历了古岩溶作用后重新进入埋藏阶段，在上覆沉积物(岩)重压力作用下，充填在风化壳洞穴内的松散沉积物发生压实变形作用。如须家河组沉积时期充填在风化壳孔洞缝内的黑色砂泥质岩在埋藏成岩过程中颗粒定向排列明显，泥质等软组份因强压实而变形呈纹层状(图2A)；岩芯上表现为深灰色岩溶角砾间的须家河组黑色砂泥质充填物受挤压变形形成纹层构造(图2B)。

1.2 破裂作用

裂缝在本区雷口坡组广泛发育，以微裂缝为主，且多被白云石充填(图3A)。阴极发光下，两组共轭剪切缝发光性一致，均发红色光(图3 B)，表明白云岩内两组垂直脉体为同一时期形成。另外沿晚期高角度缝的再次溶蚀导致有效储集空间的扩大。

图1 元坝A井雷口坡组四段上亚段岩性柱状图

图2 压实作用

1.3 胶结作用

显微薄片观察识别出本区内裂缝充填的次生矿物有铁方解石、铁白云石、萤石、重晶石、石英、天青石、以及黄铁矿等，其中热液矿物有萤石、重晶石、石英、天青石及异型白云石(铁白云石)。次生热液矿物共生组合形式多样、分布广泛。各次生热液矿物形成大量脉体，或成分单一或组合形式多样，其中复合成分脉体在本区8口单井内均有不同程度的出现，说明本区经历的热液水介质类型丰富、影响范围广。根据不同热液矿物组合在薄片下的晶形、大小，再结合元素kσ面分布可粗略划分矿物胶结期次：第一期碱性热液-第二期富含F-、Si4+、Sr2+等离子的酸性热液。如：①异形白云石(铁白云石)-石英脉(图4A)：脉两侧由异形白云石(铁白云石)贴壁生长，脉中由它形、半自形、自形晶石英充填胶结。反映出先是由Mg2+、Ca2+、CO32-离子过饱和形成铁白云石晶体，其次被富含SiO2的酸性热液流体运移充填剩余晶间孔并对早先形成的铁白云石再度溶蚀。②铁方解石-萤石-石英脉(图4B)：铁方解石紧贴围岩壁生长，为早期碱性热液流体的产物。待铁方解石沉淀之后又一期富含F-、Ca2+、Si4+等离子的热液进入脉体内沉淀出萤石及石英。根据F离子的地球化学性质，其在热液中的浓度与温度和含盐度成正相关关系。F离子的存在有利于SiF4的形成，增加硅的溶解度。在高温并且CO2分压较高的条件下，富SiF4流体喷流而出，形成SiO2和CaF2沉积物。因此萤石常与石英相伴生[4，5]。

1.4 埋藏溶蚀作用

从裂缝内胶结的次生热液矿物及次生热液矿物的再溶蚀现象分析，最终确定埋藏阶段发生水-岩反应的水介质类型为热液；从溶蚀介质化学性质可分为酸性热液和碱性热液两大类：其中酸性热液溶蚀的主要对象为碳酸盐胶结物(铁方解石、铁白云石等)，碱性热液溶蚀的对象为石英颗粒[6]。本区内识别出的溶蚀期次为4期，溶蚀先后顺序依次为：第一期酸性热液溶蚀；第二期碱性热水；第三期酸性热水；第四期碱性热水。

图3 破裂作用显微及阴极发光照

图4 胶结作用(元素kσ面分布)

A：铁白云石-石英脉：A点富含O、Si元素，矿物类型为石英；B点(白色线区域)无任何元素分布，为孔隙；C点富含O、Mg、Ca及Fe元素，矿物类型为铁白云石。

B：铁方解石-萤石-石英脉：A点富含Ca、O元素，矿物类型为方解石；B点富含Ca、F元素，矿物类型为萤石；C点富含O、Si及少量F元素，矿物类型为石英。

依据为：①裂缝被次生热液矿物胶结形成的脉体分布层段均为厚层溶蚀段，不与岩溶角砾岩相伴生，故用“古岩溶”解释不合理，即为酸性热液流体早先对泥晶白云岩或砂屑微晶白云岩溶蚀形成溶蚀缝；②热液矿物共生组合形成热液脉是由酸性与碱性两期热液共同作用的结果，不排除第二期酸性胶结物流体对第一期胶结物的再溶蚀；③岩芯块上广泛发育的石英晶洞内生长长约1mm～3mm、宽约0.1mm～0.5mm自形程度较高的石英晶体附着体在超显微镜下可见石英晶面上呈溶蚀麻点，表明继酸性热液沉淀石英之后还有一期碱性热液对其进行溶蚀(图5A)；④中-巨晶方解石脉穿切早期形成的异型白云石脉，这一期脉体成分单一(仅有含铁方解石)，晶形粗大(图5B)。同样也证实了富含SiO2的酸性热水活动之后有一期富含Fe、Ca离子的碱性热水活动，推测为最后一期热液流体。

1.5 自生矿物形成

天青石集合体是本区埋藏环境下形成的主要热水沉积物。储层经历了风化期后重新进入埋藏环境，富含SO42-的热液遇Sr2+元素结晶形成天青石集合体并呈扇状附着在须家河组黑色砂泥质洞穴(图6AB)。前人分析成果指出，天青石是陆相低温硫酸盐型卤水在埋藏环境下沉积形成[7]。

图5 埋藏溶蚀显微照片

图6 自生矿物扫描电镜照片

2 埋藏成岩作用及埋藏次生孔隙类型

本区雷四上亚段各井物性分析显示：①A井、B井、C井各井孔隙度值(图7A)均较低。C井孔隙度<=2的样品数占总数的70%，而B井和A井孔隙度<=2的样品分别占总样品数的80%和90%；②A井、B井、C井各井渗透率(图7B)均较低。元坝C井渗透率<1mD的样品占总样品的53%，而B井和A井的渗透率<1mD的样品分别占总样品数的89%和100%。总之，孔隙度渗透率分析表明，元坝地区雷四上亚段碳酸盐岩基质为低孔、低渗致密型。

另外，岩芯铸体薄片统计的面孔率值也较低，以2%～3%为主，少部分井段可达6%，表明元坝地区雷四上亚段风化壳储层在经历风化期时形成许多大小不等的溶蚀孔、洞、缝，但这些孔、洞、缝多被后期沉积物充填。风化期后再叠加以压实、压溶等成岩作用，使古风化期形成的有效孔、洞、缝丧失殆尽。储层物性分析数据同样证实了这一观点，从全直径孔隙率和渗透率数据上表明，即使在微裂缝发育层段孔隙度和渗透率增长幅度不大。因此，形成现今雷口坡组上亚段风化壳储层有效储集空间的主导因素为风化期后的埋藏溶蚀作用，埋藏次生孔隙类型是风化壳储层的有效储集类型(图版1)。

根据孔隙结构特征以及孔隙充填物类型，笔者将风化壳储层埋藏次生孔隙类型划分为3大类、6亚类，详见表1。

图7 雷四上亚段各井物性分析

图版1 雷口坡组上亚段深埋藏次生孔隙类型图版

1 A井深：4660.13m 泥晶白云岩中巨晶方解石脉，脉内晶间孔(A)晶间溶孔发育(B) 对角线长1.6mm(-)

2 A井深：4660.13m 泥晶白云岩中巨晶方解石脉，脉内晶间孔(A)对角线长4mm(-)

3 B井深：4661.29m 砂屑微晶云岩中白云石脉内晶间溶孔(白色箭头指示)对角线长4mm(-)

4 A井深：4658.44m 微晶云岩中网状破裂缝碎基被不同程度溶蚀及交代(白色箭头指示) 对角线长1.6mm(-)

5 C井深度：4658.44m 微晶云岩中的网状破裂缝(白色箭头指示) 对角线长4mm(-)

6 B井深度：4658.44m 微晶云岩中的网状破裂缝(白色箭头指示) 对角线长4mm(-)

7 C井深度：4663.0m 热水溶洞洞内充填黑色稠状物(白色箭头指示) 对角线长4mm(-)

8 D井深度：4664.17m 热水溶洞洞内充填黑色稠状物(白色箭头指示) 对角线长4mm(-)

9 A井深度：4863.4m石英(白色箭头指示)晶洞(超高倍显微镜)

从表中可看出，本区埋藏次生孔隙类型极其发育，且以非成岩组构型为主：①雷四上亚段的泥晶白云岩中广泛发育脉内晶间孔、脉内晶间溶孔，占次生孔隙总量40%～60%。此外，B井遭受表生岩溶作用强烈，角砾化程度较高，碎基碎斑发育，碎基内溶孔亦往往同时发育，占深埋藏次生孔隙总量的5%～15%；②溶洞型储集空间为深埋藏环境下经热液改造形成的溶洞，即石英晶洞和热液溶蚀洞。溶洞占深埋藏次生孔隙总量的2%；③埋藏环境下溶蚀缝内充填铁方解石、铁白云石及石英等晶体，后经热液溶蚀，可使溶缝进一步扩大。占次生孔隙总量15%～20%。

表1 埋藏次生孔隙类型