川東地區馮家灣區塊石炭系儲層特征及主控因素

(長江大學沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100) (中石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021) (長江大學沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100) (中石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021) (長江大學沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100)

石炭系作為川東地區油氣勘探開發的重要層位，前人已開展過較為系統的研究，指導著川東地區天然氣四十余年勘探開發的持續發展。研究發現，勘探成效主要取決于石炭系氣藏分布與圈閉有效性[1～6]。隨著勘探開發的不斷深入，老井產量下滑、新井產能不足，勘探對象日趨復雜，難度逐漸加大。但綜合運用多種方法對川東地區油氣資源評價表明，包括馮家灣區塊在內的川東地區石炭系仍然蘊藏著豐富的油氣資源[7]，有必要深化認識老區資源潛力，開展進一步的精細研究，實現高效勘探及有效增產。

馮家灣構造是川東地區高陡構造區云安廠構造帶的一個潛伏構造，隨著云安廠主體構造上的云安3井和東翼斷層下盤的云安6井在石炭系產氣高達59.96×104m3/d和72.91×104m3/d，證實了云安廠構造帶是油氣聚集和保存的有利地區。自1986年在馮家灣構造開展鉆探工作以來，多口井鉆遇石炭系獲工業氣流，測試產氣在(6.31～59.96)×104m3/d，其中云安11井酸化后測試產氣達 38.6×104m3/d，在馮家灣構造主高點及軸部高點附近的云安002-7井、云安002-8井酸化后測試產氣高達54.37×104m3/d和55.75×104m3/d，展示了馮家灣構造巨大的天然氣資源潛力。

儲層是碳酸鹽巖油氣勘探研究的核心，深化儲層精細研究和認識程度對碳酸鹽巖油氣的勘探開發及自身發展具有雙重意義。研究區石炭系埋藏深度大、時間跨度長，經歷多期不同程度的改造。新一輪地震資料研究顯示，馮家灣構造主要構造軸線較舊成果向南偏移約0～750m，在構造西北發育有云②號斷層，貫穿整個工區。對馮家灣構造石炭系已鉆井資料分析情況來看，整體地層厚度在39～60.5m，向北有變薄的趨勢，位于該區構造高點的第2口預探井云安2井測試只獲得產氣1.21×104m3/d，酸化后產氣也只有6.31×104m3/d，表明工區不論是在平面上還是縱向上都存在著較強的非均質性。

在區域沉積背景及沉積特征認識的基礎上，筆者主要基于大量巖心及薄片的觀察鑒定和分析化驗資料，重點對區內儲層巖石特征、儲集空間與類型、儲層物性特征進行精細描述，進一步明確區內儲層發育的主控因素，為油氣勘探開發提供指導依據。

1 區域地質概況

圖1 川東地區馮家灣構造區域位置圖

1.1 位置及構造特征

研究區位于重慶市萬州區北部李家河～熊家場一帶，萬州區和開縣及云陽縣境內，東起萬州區小周鎮，西至開縣岳溪鎮，南靠萬州城區，北接開縣長沙鎮。構造位置處于川東地區南中隆高陡構造區黃泥堂構造群東北部南門場-云安廠構造的中部，位于云安廠主體構造帶東南翼的一個潛伏構造，以洼(斷洼)與主體接觸，軸線走向為北東東向，北翼陡、南翼緩，呈線型。構造北與南門場構造相鄰，南為萬縣向斜，西南與大貓坪潛伏構造正鞍相接，東北與沙塘潛伏構造相鄰，東南與大池干井構造帶相望(見圖1)。馮家灣構造主要受背斜及斷層控制，為斷層-背斜型圈閉，即構造圈閉[8]，由2個潛伏高點組成。軸線呈北東東向，為北翼陡、南翼緩的長軸背斜，其北翼發育有云②號傾軸逆斷層。構造呈NEE向，兩翼發育形態不一，其中東南翼較陡，而西北翼較緩，背斜較窄，向斜寬緩。

1.2 地層及沉積特征

志留紀末期，加里東運動使研究區全面抬升并上升為陸，泥盆系遭到剝蝕，石炭系是在志留系凹凸不平的剝蝕面上沉積的一套半封閉海灣的海進序列碳酸鹽巖。晚石炭世末，受云南運動影響，地層再度隆升為陸，沉積物經短暫的淺埋藏成巖固結作用改造后，遭受長期的風化剝蝕，形成黃龍組(C2hl)頂部高低不平的古巖溶地貌景觀和層內的溶蝕洞穴系統[9]，馮家灣構造石炭系底部假整合超覆于志留系風化殼之上，頂部因黔桂運動遭受剝蝕，與上覆二疊系也呈假整合接觸[10]。按川東地區石炭系三分的觀點，馮家灣區塊上石炭系黃龍組三段(C2hl3)侵蝕缺失，只有黃龍組一段(C2hl1)和二段(C2hl2)留存，自下而上依次由次生灰巖為主→微-粉晶白云巖為主→泥-粉晶灰巖夾白云巖為主遞變。對研究區鉆遇C2hl的單井巖心歸位后，其厚度在44m左右，表明橫向整體上厚度變化不大，但構造邊翼部及端部的井，厚度略有增加。結合該區石炭系巖性、電性及其組合特征認為，該區沉積相主要為薩勃哈和海灣陸棚沉積。

C2hl1相對較薄，厚度2.6～5.6m，為一套海侵初期的低水位體系域沉積相帶，為薩勃哈沉積，其巖性主要為原始沉積的薄層膏巖、含膏白云巖、膏質白云巖，常形成干裂(破碎)角礫，在古表生期間發生強烈去膏化、去云化作用而轉變為次生灰巖[9]，以角礫支撐為主，大小不一，角礫間充填亮晶方解石，電性上表現出相對較高的自然伽馬，低深、淺雙側向電阻率(見圖2)。

C2hl2沉積時期，自然伽馬曲線由界面下的高值轉為界面上的低值，此后隨著海侵規模的逐漸增大，沉積環境逐漸變得開闊，區塊總體上處于淹沒狀態，相對于C2hl1沉積期，水體明顯變深，區域上以沉積準同生和后生成因的泥-微晶白云巖、顆粒白云巖和晶粒白云巖為主[11]。伴隨著水體的逐漸變化，巖電也跟著改變，開始出現較明顯的沉積相分異。依據沉積旋回，將C2hl2細分為3個沉積旋回sq1、sq2、sq3(見圖2)，分別代表潮下～潮間的變化規律。旋回內部的沉積相變化主要是由下部的潮下靜水泥及淺灘沉積過渡到潮間帶的藻砂坪/藻云坪及潟湖沉積的變化，旋回內部顯示水體變淺的趨勢；處于各界面時，往往自然伽馬曲線出現突變，體現出之前由于水體變淺，局部暴露，陸源物質的侵入。在向上變淺沉積序列的間歇暴露過程中發生白云石化，形成高能環境下顆粒白云巖及灰質白云巖類，以亮晶膠結為主，顆粒主要為生屑、藻砂屑及少量鮞粒，分選較好。

注：TST為海侵體系域；HST為高位體系域。圖2 研究區C2hl地層-沉積相綜合柱狀圖(云安2井)

2 儲層特征

2.1 儲層巖石類型

通過對研究區內巖心、薄片的觀察鑒定及統計分析表明，馮家灣區塊石炭系巖石類型多樣，主要儲集巖由各種不同結構類型的白云石組成，進一步對區內單井白云巖分類統計，主要以顆粒白云巖、藻屑白云巖、粉-細晶白云巖等為主，其次為泥-細粉晶白云巖、顆粒細粉晶白云巖、細粉晶角礫白云巖等。另外，鏡下還發現研究區存在為數不多的陸屑泥晶硅質白云巖。

顆粒白云巖在研究區可見砂屑、藻砂屑、生屑、蟲屑、內碎屑、藻團塊等顆粒類型。該類巖石顆粒一般均勻密集散布在基質中，細砂級，主要由泥晶白云石構成基質，孔隙之間有著較好的連通性，是區內重要的儲集巖，多以亮晶為主。其中，生屑以瓣腮、腹足類為主，次為藻砂、礫屑等，可見亮晶粒狀白云石膠結，局部見少量泥晶基質和少量藻砂屑及藻屑等顆粒(見圖3(a))；砂礫屑白云巖中的砂屑、礫屑常常密集遍布巖石，部分砂屑內部分具溶蝕充填。

注：(a)亮晶生屑白云巖(云安24井，5548.41～5548.51m，普通薄片×50 (-))；(b)亮晶內碎屑含灰質白云巖(云安21井， 5813.85～5813.95m，普通薄片×50 (-))；(c)粉晶白云巖(云安21井，5795.84～5795.89m，普通薄片×50 (-))；(d)溶孔狀泥-細粉晶白云巖，孔隙較為發育,以晶間孔、晶間溶孔及溶蝕擴大孔為主(云安11井，5248.52～5248.75m，鑄體薄片×50(-))；(e)藻砂屑白云巖，粒內溶孔占據較大的比例，可見粒內溶孔(云安11井，5263.85～5263.99m，鑄體薄片×100(-))；(f)角礫狀泥晶白云巖，角礫內可見少量零星分布的溶孔，面孔率不高，約占3%(云安2井，5290.58～5290.62m，鑄體薄片×50(-))。圖3 研究區C2hl典型儲集巖鏡下薄片照片

粉-細晶白云巖在該區可見交代和重結晶2種成因。交代成因的粉晶白云巖多具有殘余顆粒結構，白云石晶形較好，多呈半自形-自形的晶粒支撐結構，晶間孔隙較發育，經溶蝕改造后的粉晶白云巖孔隙較發育[12]，連通性也較好，為區內較好的儲集巖。如亮晶內碎屑含灰質白云巖(見圖3(b))，以砂屑為主，呈渾圓或次圓狀，分選差，細～粗砂級，個別內見少量藻跡，次見藻砂屑、藻礫屑，形狀欠規則，溶孔較發育，局部連通性較好，少量充填方解石，為亮晶膠結。重結晶成因的粉-細晶白云巖晶形較好，多呈他形～半自形鑲嵌狀，偶見溶孔零星分布(見圖3(c))，可見粉晶白云石構成基質，少量泥晶白云石，晶粒大小0.1～0.03mm，零星見黃鐵礦粒，另見少量殘余砂屑，溶孔零星分布，孔徑0.03～0.25mm，經過強烈的重結晶作用。

在區內常見藻屑(藻跡)、砂礫屑(藻砂屑)、蟲屑等顆粒泥晶白云巖。該類巖石由泥、粉晶白云巖構成基質，分選性較差，較均勻分布，溶蝕縫發育，連通性好，為區內較好的儲集巖之一。藻跡發育，呈斑塊、斑點及紋狀分布，零星見溶蝕縫斑充填連晶方解石，局部呈溝、縫狀。

泥晶白云巖中泥晶白云石體積分數大于90%，顆粒含量較低或者沒有，局部可見泥紋或藻紋層，結構簡單，溶孔大部分被細晶白云石或硅質全充填或半充填，偶見針狀溶孔，連通性差。偶見微量黃鐵礦斑點，局部見小塊泥晶白云巖角礫，少量藻斑點散布，偶見溶孔充填少量白云石。

在殘余顆粒白云巖中可零星見到殘余顆粒，基質以粉晶白云石為主，顆粒主要有砂屑、藻跡、蟲屑等，大小不均，以中～粗砂屑為主，富集分布，形狀不規則。溶孔星散分布，個別孔隙內充填石英,泥晶白云石化常見，可見藻砂屑與殘余中砂屑富集分布，泥晶化蟲屑零星分布。粒間孔少量分散于巖石中，去膏化的連晶方解石不均勻分布于巖石中。

圖4 研究區C2hl不同巖性儲集空間分布直方圖

圖5 研究區C2hl孔隙度分布及孔、滲關系圖

2.2 儲集空間與類型

據巖心照片及鑄體薄片的觀察與統計表明，研究區C2hl的儲集空間類型包括孔隙、洞穴和裂縫3種。其中，孔隙為主要儲集空間，以晶間溶孔(見圖3(d))、粒內溶孔(見圖3(e))、礫內溶孔(見圖3(f))為主；洞穴次之，主要是礫間溶孔；裂縫分為構造縫、溶蝕縫和成巖縫，為微裂縫，對改善儲層貢獻較小，但在一定程度上改善著儲層的連通性[13]。不同巖石類型發育于不同的沉積環境及成巖演化過程，因此不同巖石類型的儲集空間組合有所差別。從圖4可以看出，一種儲集空間存在于多種巖石類型中，不同巖石類型發育的儲集空間類型也存在差異。殘余顆粒白云巖的儲集空間主要為粒間溶孔、粒內溶孔，其次為微裂縫。粉-細晶白云巖發育多種儲集空間，以晶間溶孔為主；顆粒泥晶白云巖和顆粒白云巖儲集空間類型多樣，以粒間溶孔最為常見；泥晶白云巖和巖溶角礫巖中常見晶間溶孔。

2.3 儲層物性特征

對研究區巖心物性資料統計表明：孔隙度在0.28%～21.94%，平均4.63%，主要集中在2%～5%，孔隙度小于2.5%的巖樣占34%，2.5%～6%的占41%，6%～12%的占19%，大于12%的巖樣僅占6%(見圖5)；滲透率為0.001～39.60mD，平均0.51mD，其中滲透率小于0.01mD的樣品占55%，0.01～0.1mD的樣品占42%，大于0.1mD樣品占11%。排除裂縫樣品后，孔隙度小于3%的巖樣滲透率一般都小于0.01mD，孔隙度大于3%的巖樣滲透率平均僅0.187mD。從區內孔、滲資料統計來看，孔隙度與滲透率呈對數正相關(見圖5)，相關系數(R)為0.486，但同一孔隙度對應的滲透率可以橫跨多個數量級，進一步表明區內發育的大量裂縫對儲層的滲流能力起著良好的促進作用[14]。

3 儲層發育的主控因素分析

3.1 沉積相對儲層發育的控制

圖6 研究區C2hl不同沉積微相孔隙度分布圖

沉積相結合巖電特征分析表明，研究區C2hl儲層段中的沉積微相主要有粒屑灘(砂屑灘、生屑灘和淺灘)、藻云坪、潟湖、膏云坪、潮下靜水泥、藻砂坪等幾種類型。不同沉積微相發育于不同的沉積環境，對儲層的貢獻不一。據不同沉積微相孔隙度統計與分析(見圖6)可知，膏云坪微相孔隙度為0.8%～4.12%，均值1.72%；潮下靜水泥微相孔隙度為0.52%～21.94%，均值4.83%；潟湖微相孔隙度為0.7%～14.38%，均值4.49%；藻砂坪微相孔隙度為0.28%～17.59%，均值4.44%；粒屑灘微相孔隙度分布在0.47%～19.90%，均值4.67%；藻云坪微相孔隙度分布在0.72%～16.27%，均值6.03%。從各類沉積微相平均孔隙度結合孔隙度分布來看，由高到低依次為藻云坪、粒屑灘、潮下靜水泥、潟湖、藻砂坪、膏云坪。其中，高能沉積環境下的藻云坪微相和粒屑灘微相孔隙度明顯高于其他微相類型，是研究區有利儲層發育微相，高能沉積環境為儲層發育提供了有利的物質基礎。

3.2 巖石類型對儲層發育的控制

巖石作為儲層發育的物質基礎，不同巖性發育在不同的沉積環境中，其孔隙特征及分布也有所不同，對儲層的貢獻不一。研究區巖石類型多樣，平均孔隙度最高的是顆粒白云巖，均值9.83%，孔隙度分布在0.28%～19.7%，顆粒泥晶白云巖、殘余顆粒白云巖以及泥晶白云巖次之，平均孔隙度分別為6.33%、5.19%、5.00%，顆粒泥晶白云巖孔隙度跳躍較大，在1%～4%、6%～8%以及大于10%的區間都出現明顯的峰值；粉-細晶白云巖和巖溶角礫巖在研究區普遍發育，2類巖石占總樣品的41.14%，孔隙發育較好，孔隙度分布范圍為0.82%～11.60%及0.42%～21.9%，平均孔隙度分別為4.62%和4.14%。另外，硅化現象在研究區內普遍存在，反映了原始沉積組構對儲層的不同控制作用，與成巖作用密切相關。

3.3 白云石化作用對儲層發育的控制

川東地區石炭系經歷過多種成巖環境[15]，孔隙的發育受巖石成分的影響，白云石化過程是形成次生孔隙的一個關鍵因素[16]。研究區儲層主要發育在不同類型的白云巖中，各類白云巖孔隙度由高到低依次為：顆粒白云巖>顆粒泥晶白云巖>殘余顆粒白云巖>泥晶白云巖>粉-細晶白云巖>巖溶角礫巖>硅質白云巖，其中顆粒白云巖、顆粒泥晶白云巖、殘余顆粒白云巖的孔隙度較高，利于儲層發育。對研究區內742個樣品的孔隙度與白云石含量統計分析(見圖7)表明，研究區C2hl儲層孔隙度與白云石體積分數呈正相關關系，相關系數R為0.475。

圖7 研究區C2hl白云石體積分數與孔隙度關系圖

3.4 古巖溶作用對儲層發育的控制

由上述分析可知，沉積相控制了巖性在區域上的分布，由埋藏白云石化作用形成的白云巖為儲層發育提供了物質基礎。早期成巖作用后高能灘體周期性暴露，遭受大水淋溶，形成選擇性溶蝕，使孔隙度增加，從而進一步促進白云石化作用。巖溶作用是擴大儲層范圍和物性的關鍵[17，18]。

研究區在海西期受云南運動的影響，C2hl發生長達15～20Ma的古喀斯特演化，發育大規模的巖溶作用。研究區處于巖溶盆地盆內殘丘微地貌單元，主體處于較厚的上部滲流帶和下部活躍→靜滯潛流帶和疊置部位[19]，對儲層發育較為有利。研究區為易于排水的、向東傾斜的槽狀地形，因潛水位較低，溶蝕和削薄作用較強，殘余的地層厚度由東向西有逐漸減小的趨勢。儲集類型以裂縫-孔隙型儲層為主，部分為大縫、大洞型儲層，而底部溶蝕段孔隙型儲層基本不發育，僅發育少量的裂縫型儲層。

3.5 構造裂縫對儲層的控制

構造斷裂既可以作為有效儲集空間，又可以為侵蝕流體提供滲流通道[20]，在儲層的形成過程中具有重要意義。C2hl儲層的發育受東吳、印支-燕山、喜山等多期構造運動的影響，早期的構造作用主要控制了石炭系沉積前原始古地貌特征，并制約著石炭系的沉積環境，形成了大量的潮坪環境下的微細干縮縫。

晚印支-燕山期，在表生期大氣水對巖層強烈溶蝕，形成巖溶型儲層。中二疊世末，在海西晚期東吳運動拉張構造以及玄武巖噴發的背景下，石炭系地層水向負壓的裂縫系統中流動,同時也有深部的熱液向上流動而形成混合液[21]，為構造熱液白云石的產生提供了重要物質基礎。另外還發育了大量NE向的通源深大斷裂，且志留系的有機質在熱成熟期間生成了大量以有機酸熱液為主的壓釋水,加劇溶蝕作用，擴大了儲集空間。晚燕山-喜山運動期間，除形成新的裂縫系統外，構造縫可以促使區域地下水產生新的交換和循環，溝通成巖早期保存下來的溶蝕孔洞、溶蝕縫等系統[20]。

4 結論

1)川東地區馮家灣區塊黃龍組主要為薩勃哈和海灣陸棚沉積，自下而上發育次生灰巖為主→微-粉晶白云巖為主→泥-粉晶灰巖為主夾白云巖遞變。黃龍組二段的3個沉積旋回分別代表潮下-潮間的變化規律。

2)研究區石炭系巖石類型多樣，主要儲集巖由各種不同結構類型的白云石組成，儲集空間以晶間(溶)孔、粒間(溶)孔、角礫內/間(晶間)溶孔為主。孔隙度為0.28%～21.94%，平均4.63%，主要集中在2%～5%。滲透率為0.001～39.60mD，平均0.51mD，小于0.01的樣品占54.82%，為低孔、低滲裂縫-孔隙型儲層，孔隙度與滲透率表現出較好的正相關性。

3)研究區儲層發育受沉積相、巖石類型、白云石化、古巖溶和構造裂縫等因素的控制。高能沉積環境下藻云坪和粒屑灘的顆粒白云巖為儲層發育提供了有利的物質基礎，控制著儲層的平面展布；白云石化作用是優質儲層形成的關鍵，為后期溶蝕提供了良好的條件；古巖溶進一步擴大儲層范圍；裂縫進一步改善儲層的儲集和滲流性能。