中上揚子地區石炭系－二疊系顆粒灰巖類型及儲集性能

陳肯，肖傳桃，馮鎮濤，艾軍

（長江大學地球科學學院，湖北武漢430100）

中上揚子地區在各個時代地層中均有海相碳酸鹽巖儲層發育，顆粒灰巖作為區內灰巖中最主要的巖石類型可以分為：生物碎屑灰巖、砂－礫屑灰巖、粉屑灰巖、球粒灰巖、鮞粒灰巖、藻粒灰巖等［1］。儲集空間類型主要有：粒間孔、晶間孔、鑄模孔、構造裂縫等。巖石類型和物性特征之間的特殊聯系，為優質儲層的尋找提供了導向。

1 顆粒灰巖的類型和特征

1.1 生物碎屑灰巖

巖石多為深灰－褐灰色，生物碎屑雜亂分布（圖1（a）、（b）），在淺灘、潮下靜水環境中較為發育。主要顆粒成分為生物碎屑（約50%～60%），偶見少量球粒及鮞粒。生物碎屑多破損嚴重，其直徑約為0.2～1.5mm，分選較差。生物類別主要為有孔蟲及少量珊瑚、腕足類、介形蟲等。亮晶方解石膠結物體積分數約為45%，呈顆粒支撐［2］。

1.2 砂－礫屑灰巖

礫屑灰巖為灰色，厚層～巨厚層狀，礫屑體積分數約為25%～35%，粒徑在1～25cm，磨圓較好，分選極差，排列規則，多形成于潮汐等波浪活動強烈的高能環境。砂屑灰巖為灰色－深灰色，砂屑體積分數約為60%～80%，粒徑在0.05～0.4mm，分選和磨圓均較好，顆粒間多為亮晶方解石膠結（圖1（c）），主要形成于碳酸鹽巖斜坡等水動力較強的淺海環境中。

1.3 粉屑灰巖

粉屑灰巖呈淺灰至深灰色，中層～薄層狀，顆粒多為生物碎片及內碎屑，體積分數約為15%～40%。其中，生物碎片主要為個體較小的有孔蟲，體積分數約為10%～25%，粒徑在0.1～0.3mm，多呈球形、圓柱形或紡錘形，保存條件好，房室構造清晰可見。巖石水平紋層發育，顆粒有規則排列，多形成于深水斜坡沉積中。

1.4 球粒灰巖

球粒灰巖粒度較小，分選較好，無任何內部構造，常與其他礫屑灰巖伴生，顆粒中常含有生物碎屑且種類齊全。對于球粒的成因，主要有2種觀點：一是認為球粒是一種特殊的內碎屑，即將磨圓度好的粉砂級或細砂級內碎屑作為球粒；二是將球粒定義為糞球粒，即分選極好、有機質含量充足，鏡下呈暗色的橢球形或卵形顆粒。球粒及糞球粒主要出現于現代濱海碳酸鹽巖沉積物中，形成于水動力較弱的安靜環境［3］。

1.5 鮞粒灰巖

鮞粒灰巖中的鮞粒多為橢圓形和圓形，直徑在0.05～0.5mm，大小不均（圖1（d））膠結物為亮晶方解石，呈顆粒支撐結構。根據鮞粒的結構和形態特征可將其劃分為表皮鮞和正常鮞，其中表皮鮞呈橢圓形，粒徑約0.2～0.5mm，生物碎屑是核心的主要構成部分，同心紋發育［3］。該類巖石形成于水動力條件較強且潮汐作用發育的地區。

圖1 研究區主要顆粒灰巖類型

1.6 藻粒灰巖

藻粒灰巖顏色為淺灰至深灰色，中厚層狀，表皮多發生鈣化，蓋殼厚約0.5mm。其形態以中空的圓柱形或圓管形為主，內腔被亮晶方解石填充，孔徑大小在0.02～0.06mm［4］。巖內顆粒的破損程度一般，排列不規則，有機質及泥質含量較高，多發育于水動力條件較弱的低洼潮下地區。

2 儲集空間類型及物性特征

2.1 儲集空間類型

碳酸鹽巖儲層的儲集空間不同于碎屑巖儲層，除孔隙之外，裂縫和洞穴也占有極為重要的地位。

1）粒間孔 其大小、形狀和分布主要由顆粒的類型、膠結程度及溶蝕程度所決定。該孔隙類型在整個研究區分布范圍廣，連通性都較好，多見于砂屑灰巖、藻粒灰巖［5］。

2）晶間孔 為礦物晶粒之間的孔隙，在具晶粒結構的碳酸鹽巖中均有發育。其形成時間跨度之大，從開始沉積直至成巖后期持續發育，排列不均勻，雜亂分布，孔徑約為0.04～0.1mm。

3）粒內孔 為顆粒遭受溶蝕而形成的孔隙，在顆粒灰巖中普遍發育，孔徑約為0.1mm，面孔率一般小于0.5%，后期常被方解石、白云石等礦物充填，連通性較差。

4）鑄模孔 為巖石中易溶蝕的顆粒或晶體被完全溶濾所形成的孔隙，成巖后期多被方解石、瀝青所充填，分布均一，但是連通性較差。

5）構造裂縫 區內構造裂縫主要為中、小、微縫，多按組系分布，縫系較平直，為礦物所充填［6］。

2.2 物性特征

區內石炭系儲層孔隙度為0.25%～12.26%之間，平均為2.7%，滲透率為0.01～39.85mD，平均為0.49mD；二疊系儲層孔隙度為0.17%～15.13%之間，平均為7.4%，滲透率為0.001～40.65mD，平均為0.89mD。雖區內發育的大量構造裂縫對儲層進行了后期改造，使得部分區域內儲層的滲透性得以明顯改善，但總體仍呈現超低孔、超低滲的特征［7］。

3 儲層控制因素

海相碳酸鹽巖儲層受多種因素的控制，有沉積作用、成巖作用、風化作用和構造作用等，它們共同控制著儲層的發育和分布。

3.1 沉積作用對儲層的控制作用

沉積作用是儲層形成的基礎和先決條件，影響著儲集巖的結構組分特征，是后期成巖改造的物質基礎。石炭系儲層在臺內淺灘巖相、藻坪巖相帶發育，該類巖相帶沉積地貌高，經歷強風浪作用以及充分的海水淘洗，有利于形成結構粗、孔隙多的碳酸鹽巖儲集層［8］。二疊系碳酸鹽巖儲層分布受臺內生物礁巖相、臺緣生物礁巖相帶控制，發育大量生物礁灰巖，形成的灘相顆粒灰巖普遍遭受白云巖化作用，形成較大規模的礁、灘白云巖組合，是天然氣富集的有利儲集相帶。

3.2 成巖作用對儲層的控制作用

能使孔隙度和滲透率大幅改善的成巖作用有白云巖化作用和溶蝕作用。白云巖化作用是形成優質孔隙型儲層的必要條件，白云巖晶間孔較灰巖更為發育，有利于次生孔隙的形成，且白云巖比灰巖抗壓實能力更強，也更有利于早期孔隙的有效保存。溶蝕作用可分成同生期淡水溶解作用、古風化期的淋濾作用和埋藏成巖階段的巖溶作用［9］，對儲層孔隙連通性起積極作用。

3.3 風化作用對儲層的控制作用

碳酸鹽巖在遭受淋濾和物理風化時，也可使原始孔隙的規模增大，使儲集性能得到改善。

3.4 構造裂縫對儲層的控制作用

當碳酸鹽巖地層遇到構造抬升，上覆巖層被剝蝕，地層靜壓力減小時，會產生卸壓裂縫。構造裂縫形成時期較晚，且數量多，能有效提升儲層的連通性和滲透率［10］。

4 結論

1）中上揚子地區石炭系－二疊系的顆粒灰巖可分為生物碎屑灰巖、砂－礫屑灰巖、粉屑灰巖、球粒灰巖、鮞粒灰巖和藻粒灰巖6種類型，其中以生物碎屑灰巖孔隙結構最好，其次為砂－礫屑灰巖。

2）區內灰巖儲集空間以粒間孔和晶間孔為主，構造裂縫多被礦物充填。

3）區內碳酸鹽巖儲層主要受沉積作用、成巖作用、風化作用和構造作用的共同控制。

本文屬長江大學科研發展基金（0709001）產出論文。

［1］馮增昭.中國沉積學 ［M］.北京：石油工業出版社，1994.

［2］四川省地質礦產局.四川省區域地質志 ［M］.北京：地質出版社，1991.

［3］孔為倫.中上揚子北緣中－晚二疊世沉積相與古地理研究 ［D］.合肥：合肥工業大學，2011.

［4］唐澤堯.碳酸鹽巖儲集層 ［M］.北京：石油工業出版社，1989.

［5］許學良.川東石炭系碳酸鹽巖孔隙結構研究 ［J］.天然氣工業，1992，12（3）：22～25.

［6］周存儉.川東沙罐坪氣田石炭系沉積微相與儲層特征研究 ［D］.成都：成都理工大學，2009.

［7］戴永定，李菊英.四川盆地南部二疊系茅口組碳酸鹽巖巖石學與儲集性質 ［J］.地質科學，1978，3（1）：203～219.

［8］洪海濤，楊雨.四川盆地海相碳酸鹽巖儲層特征及控制因素 ［J］.石油學報，2012，33（2）：64～73.

［9］馮仁蔚，王興志.川西南部周公山及鄰區下二疊統碳酸鹽儲層控制因素研究 ［J］.重慶科技學院學報，2007，9（1）：3～8.

［10］張成富.川東地區龍門區塊石炭系沉積微相及儲層特征研究 ［D］.成都：成都理工大學，2011.