川東地區下寒武統龍王廟組儲層特征及主控因素研究

胡忠貴，吳松 (長江大學沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100)

郭艷波，張文濟，李世臨，左云安 (中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021)

黃宇飛 (長江大學沉積盆地研究中心，湖北 武漢 430100)

隨著川東地區主力產層石炭系氣藏多處于開發中后期，老井產量下滑、新井產能不足，取得新發現的難度不斷增大[1]，儲量增長后繼乏力，尋找新的潛力區塊和接替層系迫在眉睫。近年來，中國石油西南油氣田公司針對四川盆地震旦系-下古生界持續開展綜合研究，積極實施風險勘探，圍繞重大增儲上產工程，形成了多個層次的勘探領域。川東鉆探揭示該區發育達州-開江古隆起、鄂西古裂陷兩大地質單元，震旦系-寒武系具有形成大中型氣藏的潛力，是持續探索規模資源的重要區域。

四川盆地震旦系-下古生界勘探始于20世紀40年代，至今已有70余年的勘探歷史[2]，由于寒武系的油氣一直未取得太大的突破，以致于長期處于兼探地位。2012年，在川中地區龍王廟組多口井鉆遇測試獲氣均大于100×104m3以上的重大發現，才開啟了龍王廟組大規模勘探開發的重要征程。隨后在樂山-龍女寺古隆起高石梯構造獲日產104.7×104m3高產工業氣流，在高磨地區發現并探明安岳特大型氣田，川中地區龍王廟組的重大突破也引起了眾多學者對震旦系-寒武系深層儲層研究的重視。近年來通過對四川盆地的勘探實踐，對盆地地質認識不斷深化，跳出古隆起區域，甩開勘探發現古隆起斜坡區也具有良好的勘探前景，進一步明確了經過相控、巖溶、裂縫、白云石化等作用的疊加改造，深層仍具備有效儲層規模發育條件[3]。

龍王廟組優質儲層普遍發育，是尋找高產、效益儲量的主力層系。眾多學者對四川盆地龍王廟組儲層的研究主要集中在安岳氣田高石梯、磨溪區塊，對四川盆地龍王廟組儲層基本特征有一定的認識，認為龍王廟組發育顆粒灘相白云巖儲層，儲層在平面上具有較好的對比性和連片性[4]。前人研究表明龍王廟組儲層的規模性發育多與顆粒灘密切相關[5～8]，有利儲層主要發育在顆粒白云巖和晶粒白云巖中，既受沉積相物質基礎的控制，又受多期白云石化作用、同生、埋藏溶蝕作用及烴類充注作用的影響[9]，同時伴隨著裂縫的形成也對儲層的改善有一定積極的影響。白云巖儲層中白云石化程度與儲層質量有很大的關系[10]，儲層的形成經歷了同生沉積成巖、埋藏及構造破裂3個階段[11]，多成巖演化階段在創造新的儲集空間的同時也不可避免地使部分儲集空間發生充填導致破壞。隨著研究的不斷深入，發現龍王廟組儲層具有較強的非均質性，這些現實的因素作用在年代古老、埋深大的龍王廟組白云巖儲層之上，給優質儲層形成的主控因素研究帶來了較大的困難。川東地區龍王廟組儲層規模資源前景廣闊，對沉積相的研究已有一定的認識[12～14]，筆者基于前人研究成果，結合川東地區樓探1井、五探1井等新鉆井資料和區內及鄰區老井資料，開展下寒武統龍王廟組儲層特征研究，為深化該區深層儲層勘探提供地質依據。

1 區域地質概況

川東地區地理位置包括四川省達州、開江、大竹、鄰水等縣市和重慶市的大部分縣市，面積約5.5×104km2。構造位置上主要位于四川盆地東部，分布于華鎣山以東、齊岳山以西、北抵大巴山、南達南川-開隆一線，東北以萬源斷裂帶與大巴山相接。區域構造上屬于揚子板塊的一部分，位于川東南中隆高陡構造區的東部，區內自西向東發育有北東向到北北東向隔檔式褶皺構造。研究區海相沉積期以周期性拉張-隆升構造運動為主，主要經歷了加里東、東吳、印支、喜山等多期構造運動，后期較為強烈[15]。在喜山期之前的構造運動，震旦系到三疊系地層歷經了加里東、海西和印支運動，主要表現為隆升和拉張、弱擠壓構造現象，以升降運動為主，在印支期形成盆地雛形。喜山期受北西、南東向的擠壓以及北面大巴山弧的控制，使震旦系以上的地層強烈褶皺，各個時期的地層在沉積演化過程中存在復雜多樣性。

川東地區龍王廟組巖性以碳酸鹽巖為主，底部主要發育灰巖或云質灰巖與下伏滄浪鋪組頂部泥灰巖呈整合接觸；上部主要以白云巖為主，包括顆粒白云巖、(殘余)鮞粒白云巖、粉晶白云巖等，頂部常以白云巖與上覆砂質白云巖分界，電性上以自然伽馬由高到低的半幅點分界。石膏在研究區西南部普遍發育，以臨7井為分布中心，向西南至東深1井、向東南至太和1井上部及下部均有分布。區內大部分地區龍王廟組巖性以白云巖為主，電性上主要表現為低自然伽馬(見圖1)。龍王廟組沉積期沉積環境變化較大，地層區域差異明顯。區域沉積格局上，研究區主要形成碳酸鹽巖臺地沉積環境，由西向東呈混積潮坪相-局限臺地相(云坪、臺內灘、膏質潟湖)-開闊臺地相的過渡(見圖2)，局限臺地相總體以白云巖沉積為主，開闊臺地相以灰巖沉積為主。

2 儲層特征

2.1 儲集巖巖石學特征

基于樓探1井、五探1井、座3井、馬深1井、太和1井、利1井、廣探2井等鉆井資料及石柱寶蓮、城口羊絲橋、彭水太原板凳溝等野外剖面資料，結合普通及鑄體薄片等微觀鏡下特征分析，表明川東地區下寒武統龍王廟組儲集層主要巖石類型為(殘余)鮞粒白云巖、砂屑白云巖及晶粒白云巖，宏觀照片上亦可明顯看到溶蝕孔(見圖3(a)～(c))、洞(見圖3(d)～(e))及微裂縫(見圖3(f))發育。

1)鮞粒白云巖。顆粒白云巖是研究區下寒武統龍王廟組最主要的儲集巖類型，以鮞粒白云巖儲層較為發育。鮞粒是一種由核心和包殼組成的粒徑小于2mm的球形或橢球形顆粒，其核心可以是陸源碎屑(石英、長石)、內碎屑、生物碎屑顆粒等。研究區鮞粒白云巖中鮞粒以薄皮鮞較常見，包殼層的厚度遠小于核心的半徑，通常只由1～2個薄層組成。包殼是由化學沉淀形成的微晶碳酸鹽礦物呈同心狀或放射狀排列所組成，形成于緩慢的沉淀與弱攪動環境。部分鮞粒在成巖過程中發生壓實、選擇性溶蝕、白云石化等成巖作用，當白云石化作用進行的較為完全時，形成(殘余)鮞粒白云巖，殘余鮞粒多由較臟的細-粉晶白云石組成，發育粒間溶孔、粒內溶孔、鑄模孔等(見圖3(g)，(h))。

2)砂屑白云巖。砂屑白云巖主要成分為藻砂屑，顏色較暗，有機質含量較高，砂屑的粒徑一般在0.2～0.5mm。分選中等，磨圓度較好，次棱角狀、次圓狀，內部結構較為均一。砂屑顆粒、膠結物或兩者均發生白云石化作用，形成砂屑白云巖，且重結晶作用較強，多為由粉-細晶白云石組成的殘余顆粒結構，粒間多發育亮晶膠結物，砂屑白云巖中粒間溶孔、粒內溶孔等發育(見圖3(i)，(j))。

3)晶粒白云巖。晶粒白云巖主要發育粉-細晶白云巖、少量中晶白云巖，單個白云石晶體一般小于0.25mm，壓溶作用較強，先形成較大的晶間溶孔、溶洞，后溶孔被泥質及白云石化作用形成的晶形較好的顆粒較大的白云石充填，且伴有重結晶作用，晶形較為完整，部分晶粒白云巖中可見殘留的顆粒輪廓幻影，晶間孔和晶間溶孔發育，局部發育溶洞，部分溶洞充填白云石，粉-細晶白云石經后期重結晶作用形成晶粒更為粗大的晶粒白云石。可見巖溶現象，成巖晚期發生溶蝕作用，泥質被溶蝕，形成大量溶孔，溶蝕溝內的滲流粉砂有瀝青浸染現象，溶縫中有瀝青充填(見圖3(k))。

2.2 儲集空間類型

通過巖心、薄片觀察及掃描電鏡等分析表明，研究區下寒武統龍王廟組儲層的儲集空間類型有孔隙、洞穴和裂縫3大類，主要有(殘余)粒間孔、晶間溶孔、粒間(溶)孔、粒內溶孔和鑄模孔等，還見構造縫和壓溶縫等裂縫。另外從野外剖面還可以看到各類孔隙溶蝕擴大或沿裂縫局部溶蝕擴大形成的大型溶洞(見圖3(a)，(d)，(e))。

晶間孔及晶間溶孔常發育在白云石晶體之間，常被溶蝕擴大，廣泛發育于晶粒白云巖，多為微晶白云石經重結晶轉變為較粗晶白云石的過程中，由白云石晶粒重新排布調整而成，一般形態規則，邊緣較平直，孔隙大小受控于晶體的大小。在各類顆粒巖和藻白云巖的膠結物中也可見到，鏡下形態多呈不規則多邊形或港灣狀，位于自形、半自形白云石晶體間，大多連通性較差(見圖3(g))。

粒間(溶)孔、粒內溶孔和鑄模孔主要發育于砂(礫)屑、鮞粒等顆粒之間，為粒間孔經溶蝕擴大或顆粒內部被部分溶蝕或被全部溶蝕形成的孔隙(見圖3(i))。粒間孔多形成于顆粒灘沉積期，孔隙較小且不規則。

在研究區及盆地周緣野外露頭中，龍王廟組普遍發育微裂縫，并且裂縫往往有被溶蝕擴大的特征，并且存在較為明顯的期次性。此外，裂縫大多存在充填-半充填的特征，充填物多為方解石、石英和白云石，此類裂縫不僅具有一定的儲集能力，更重要的是在對儲層段的溝通與輸導方面發揮著重要作用。

龍王廟組儲集層中可見多期構造縫相互切割，整體上裂縫較平直，多被后期次生礦物充填。當溶蝕作用沿未完全充填的構造縫進行時，形成彎曲不規則的溶蝕孔縫，并起到改善儲集層儲集性能的作用。儲集層中較為常見的溶蝕成因縫為壓溶縫，多表現為縫合線或粒緣縫，部分溶縫被瀝青、次生礦物等充填。除前面敘述的儲集空間外，城口羊絲橋等剖面(見圖3(e))龍王廟組發育有順層展布的直徑大于2m的大型溶洞，大氣淡水或地層水沿裂縫運移并對白云巖進行溶解，導致溶蝕擴大。

2.3 儲層物性特征

對研究區龍王廟組取心井五探1井、利1井及廣探2井的541個巖心樣品物性資料分析統計(見圖4(a)，圖中N表示樣品個數)可知，孔隙度小于2%的占69.32%，2%～12%的占21.81%，大于12%的占8.87%。其中五探1井23個樣品中，孔隙度最大為2.75%，最小為0.46%，平均為1.22%，孔隙度小于2%的占95.65%，孔隙度大于2%的僅占4.35%；在利1井的412個樣品中，孔隙度最大為22.9%，平均為4.25%，孔隙度小于2%的占61.16%，孔隙度2%～5%的占39.84%，孔隙度比五探1井好；在廣探2井的106個樣品中，孔隙度最大為2.48%，最小為0.26%，平均為1.14%，孔隙度小于2%的占95.28%，孔隙度2%～3%的占4.72%。通過對盆地周緣的重慶城口-陜西鎮坪一帶的5個剖面采集新鮮露頭樣品共47個進行孔隙度分析，結果表明孔隙度最小為0.82%，最大為4.48%，孔隙度平均為1.84%。其中孔隙度主要分布在1%～3%(見圖4(b))，小于2%的占65.95%，1%～3%的占82.97%。

從鉆井取心和野外露頭孔隙度統計分析來看，巖心孔隙度分布范圍較大，但孔隙度整體偏低，其中五探1井取心段僅7m，代表性較差。露頭樣品孔隙度分布較為集中，總體孔隙度相對優于巖心孔隙度。巖心和露頭樣品孔隙度特征不能完全代表下寒武統龍王廟組儲層段的孔隙度發育情況，但表現出龍王廟組儲層較強的非均質性。

由于研究區鉆遇龍王廟組的井少，取心井及井段也少，有必要充分利用測井孔隙度來描述龍王廟組儲層孔隙度。研究區五探1井、座3井、貓1井、馬深1井、樓探1井測井解釋成果表明，孔隙度小于2%的占86.12%，孔隙度在2%～6%的占13.78%，無大于12%的樣本點(見圖5)。其中五探1井有853個數據，孔隙度最大為6.268%，最小為0.1%，平均為1.89%；孔隙度小于2%的占59.2%，大于2%的占38.28%，大于6%的僅占1.52%。座3井有988個數據，孔隙度最大為3.947%，最小為0.001%，平均為0.64%；孔隙度小于2%的占90.99%，大于2%僅占9.01%。貓1井有1800個數據，孔隙度最大為11.478%，最小為0.001%，平均為0.22%；孔隙度小于1%的占98.11%，大于1%的僅占1.89%。該井的物性較差，個別孔隙度較大，可能是有微裂縫所致。馬深1井有889個數據，孔隙度最大為4.313%，最小為0.053%，平均為0.464%；孔隙度小于2%的占92.58%，大于2%的僅占7.42%。樓探1井有1433個數據，孔隙度最大為4.80%，最小為0.001%，平均為0.31%；孔隙度小于1%的占90.72%。根據前面的研究結果及龍王廟組儲層孔隙度-滲透率交會圖(見圖6)，可知孔隙度和滲透率呈現較好的正相關性，亦出現低孔高滲的特征，總體以裂縫-孔隙型為主。

3 儲層發育的主控因素

3.1 儲層發育受巖石類型直接控制

研究區主要的儲集層發育于白云巖中，以顆粒白云巖和晶粒白云巖居多，表明儲層的發育程度與巖性有著密切的關系。顆粒白云巖處于相對較高部位，沉積環境水動力強，屬于高能(臺內)灘相沉積的產物，發育高能顆粒灘白云巖儲層，粒度較粗、分選較好，原生孔隙發育。其次，后期成巖作用和斷裂更可以使白云巖的溶蝕作用持續發生、增強。一方面白云石由方解石云化而來，白云石化的過程中巖石收縮，體積變小，會產生一定的孔隙；另一方面，埋藏深度增加，溫度隨之升高，造成白云石更易發生溶蝕作用；此外，白云石比方解石脆性強，更容易隨構造運動產生更多的裂縫。在斷裂和裂縫發育的地方，流體易流動、巖石易溶蝕，高能白云巖儲層質量相對更好，以順層巖溶白云巖儲層居多。而泥晶類白云巖發育于低能環境，巖性致密，孔隙度極低。因此，水體能量較高環境下的顆粒白云巖或晶粒(粉晶及以上)白云巖的儲集性能比低能環境下的泥晶白云巖要好，早期沉積的巖性差異為后期儲層的形成發育提供了重要來源。

3.2 沉積相是儲層發育的物質基礎

顆粒灘主要發育在廣泛的局限臺地內部，受局部的地貌高地所控制，在這里波浪作用較強，碳酸鹽生長率較高，易形成厚層的臺內灘建隆。早期沉積的顆粒白云巖發育大量粒間孔，具有很高的孔隙度。盡管這些孔隙在后期成巖過程中不斷縮小，但薄片上觀察殘余粒間孔是顆粒白云巖的重要孔隙類型。通過對不同沉積微相孔隙度統計(見圖7)表明，儲層物性由好到差依次為顆粒灘(臺內灘)、云坪、泥云坪、灰云坪。主要儲集層幾乎都與發育于顆粒灘和灘頂的云坪有關。顆粒灘孔隙度分布在0.1%～6.27%，平均為2.81%；云坪微相孔隙度為0.1%～5.677%，平均為1.67%；泥云坪孔隙度分布在0.1%～0.67%，平均為0.25%；灰云坪孔隙度分布范圍為0.1%～1.794%，平均為0.139%。表明顆粒灘是儲層發育的物質基礎，同時，較高的原生孔隙度為準同生期及表生期的大氣淡水滲透提供了重要的基礎。局限臺地內部的灘體往往形成正向的地貌，在高頻海平面振蕩的背景下極易接近或出露水面，進而發生準同生白云石化或準同生巖溶作用，對儲層的改善至關重要。

3.3 成巖作用是優質儲層形成的關鍵

研究區龍王廟組儲集層主要經歷了近地表同生成巖、中淺埋藏早成巖和深埋藏晚成巖3個階段，其中近地表同生成巖階段持續時間短，但成巖作用活躍，主要包括膠結、溶蝕和海水滲透白云石化作用，有利于孔隙的形成和保存；中淺埋藏早成巖階段持續時間長，主要受包括大氣淡水影響的白云石化作用及壓實、膠結、重結晶等成巖作用，對孔隙的改造作用較為復雜；深埋藏晚成巖階段主要包括埋藏白云石化、壓溶、重結晶、有機質成熟產生酸類等外源流體對巖石的溶蝕作用，其中膠結、溶蝕和白云石化作用最為常見，其次為重結晶、壓實和壓溶。在各個成巖階段，破裂和充填作用也很常見。在儲層的形成過程中，起建設性作用的有溶蝕作用、白云石化作用和破裂作用。

1)溶蝕作用。溶蝕作用在研究區龍王廟組儲集層的鮞粒白云巖、鮞粒灰巖和晶粒白云巖中最為常見，形成大量的次生溶孔，如粒內溶孔、粒間(溶)孔、晶間溶孔等。根據溶蝕作用發生時間的相對早晚和被溶蝕物質成分的差異，可分為早期選擇性溶蝕和晚期非選擇性溶蝕，選擇性溶蝕作用主要發生在同生期和早成巖期，研究區龍王廟組沉積期水體整體較淺，海平面波動頻繁，沉積物間歇性暴露，在大氣淡水淋濾作用下，發生顆粒內部選擇性溶蝕而粒間膠結物不溶的現象。溶蝕對象為顆粒碳酸鹽巖內部的文石質和高鎂方解石質的鮞粒、生屑等，形成大量粒內溶孔和鑄模孔。若白云巖中發育有膏質結核，在選擇性溶蝕作用下，可形成膏模孔。晚期非選擇性溶蝕作用主要發生在晚成巖期，是流體沿裂縫、先存孔隙流動并將其擴大的一種溶蝕作用(見圖8(a))，以粒間、晶間的膠結物為溶蝕對象，常形成粒間溶孔、晶間溶孔、溶蝕縫等非選擇性溶蝕作用形成的溶蝕孔隙，其直徑常大于白云石晶體的直徑，溶孔的邊緣多不規則，具有溶蝕擴大的特征，部分溶孔內被瀝青充填(見圖8(b))，說明溶蝕作用在烴類充注之前發生。

2)白云石化作用。在研究區龍王廟組儲集層中，白云石化作用廣泛發育，對孔隙的形成和保存具有重要意義。受加里東運動影響，川東地區龍王廟組沉積時海平面下降，古陸夷平，發生小幅度的區域差異性升降運動，形成不對稱的半地塹與地壘的古地貌格局，此時川東地區總體上為淺水碳酸鹽臺地環境。西北以小幅度隆升為主，水體變淺形成局限臺地，局部云坪發育區水體較淺，波動頻繁，沉積物常間歇性暴露，遭受剝蝕及大氣淡水淋濾、準同生期云化等改造作用影響。根據研究區龍王廟組發育的白云石微觀特征(見圖8(c),(d))，可初步識別出準同生期海水滲透白云石化作用、早成巖階段大氣淡水白云石化作用和埋藏白云石化作用。

3)破裂作用。研究區龍王廟組所受的破裂作用常見，包括早-中成巖階段的成巖壓實破裂作用和晚成巖階段的構造破裂作用。前者形成的裂縫規模相對較小，顯微鏡下表現為顆粒破裂、錯位等微裂縫(見圖8(e))，后者形成的裂縫規模較大，形態各異，呈平直、彎曲或分叉狀的網狀縫(見圖8(f))，也見有在破裂縫的基礎上經過溶蝕作用而形成的裂溶縫和溶蝕孔隙，無論是成巖期形成的壓實破裂縫，還是構造期形成的構造破裂縫，抑或是疊加溶蝕作用形成的裂溶縫，都對儲層物性的提高有很大的貢獻。

4 結論

1)川東地區龍王廟組主要發育局限臺地和開闊臺地相，巖性主體以白云巖為主，電性上主要表現為低自然伽馬、中高電阻率特征，儲集巖類型包括(殘余)鮞粒白云巖、砂屑白云巖及晶粒白云巖等，儲集空間類型主要有(殘余)粒間孔、晶間溶孔、粒間(溶)孔、粒內溶孔和鑄模孔等，還見構造縫和壓溶縫等裂縫。

2)通過巖心、露頭及測井孔隙度特征分析表明，研究區孔隙度整體偏低，分布范圍較大，非均質性較強，孔隙度和滲透率呈現較好的正相關性，儲集類型總體以裂縫-孔隙型為主。

3)研究區儲層發育受巖性、沉積相和成巖作用的疊加控制。巖性差異與后期儲層發育關系密切，顆粒灘是儲層發育的物質基礎，成巖作用對儲層的改善至關重要。起建設性作用的溶蝕作用、白云石化作用和破裂作用是研究區優質儲層形成的關鍵。