沉积与成岩特点以及对储集层的控制论文
引言下三叠统飞仙关组是川东北地区油气勘探的重要目的层，也是该地区主要的储集层。飞仙关组储集层主要发育在鲕滩地层中，沿开江—梁平陆棚两侧的台地边缘分布，层位主要集中在飞一段和飞二段。前人对飞仙关组鲕滩的层序地层、沉积相展布、成岩作用、成岩演化等都进行过研究[1-10]，但主要针对的是陆棚东侧的普光地区，而对位于陆棚西侧的元坝地区研究较少。虽然普光地区和元坝地区具有相同的沉积背景，但其鲕滩的沉积特征、成岩作用差异却很大。本文以普光和元坝地区的鲕滩为研究对象，对比分析陆棚两侧鲕滩的沉积、成岩特征，并初步探讨它们对储集层的控制作用。
1 地质背景
川东北地区位于四川盆地东北部(见图 1)，长兴组—飞仙关组沉积时期该地区属于碳酸盐台地的一部分[11]。受北部广旺台盆的形成演化、米仓山与大巴山构造带及“峨眉地裂”运动的共同影响[2-3，5，12]，晚二叠世早期该地区处于拉张状态，沿开江—梁平一线形成了局部凹陷。这一局部凹陷即为长兴组—飞仙关组沉积时期的开江—梁平陆棚。开江—梁平陆棚的形成和演化对川东北地区沉积相带展布具有一定的控制作用。飞一段沉积期，沿开江—梁平陆棚两侧分别发育台地边缘斜坡相、台地边缘相和台地相沉积。随着相对海平面的下降，飞二段沉积期，陆棚两侧的沉积相带均有向陆棚方向迁移的趋势，其中陆棚西侧的沉积相带迁移距离较长，而陆棚东侧的沉积相带迁移距离较短，东侧的台地相演化为局限台地—蒸发台地相，沉积了大量的膏云岩和膏岩。飞三段沉积期，川东北地区进入快速沉积阶段，沉积物基本填平了陆棚。飞四段沉积期，全区除普光 6井附近发育少量局限台地外，其余大部分地区均为蒸发台地。飞仙关组处于三级相对海平面的下降半旋回，飞仙关组沉积末期相对海平面下降到最低(见图 2)，鲕滩地层主要发育在飞一段顶部和飞二段。
2 鲕滩沉积
碳酸盐岩鲕滩沉积主要分布在台地边缘或海水能量较高的内缓坡，台地内部只发育一些规模较小的点滩。鲕滩沉积受海水的深度、能量条件、化学组成等因素的影响，并随相对海平面变化而迁移。川东北地区飞仙关组鲕滩主要沿开江—梁平陆棚两侧的台地边缘分布，普光和元坝地区分别位于陆棚的东侧和西侧(见图 3)，两个地区在鲕滩的宏观分布和内部沉积特征上存在较大差异。
2.1 鲕滩宏观分布
普光与元坝地区的鲕滩在垂向叠置和横向迁移上具有不同的特征。普光地区鲕滩沉积厚度大，不同层段垂向叠置(见图 4)。飞一段沉积期，普光 2 井区鲕滩厚度最大，是鲕滩的主体。飞二段沉积期，随着相对海平面的下降，鲕滩开始朝陆棚方向迁移，但迁移距离不长，整体上表现为垂向叠置的关系，普光 6 井区和普光 4 井区鲕滩厚度最大。与普光地区相比，元坝地区的鲕滩分布规律明显不同，总体表现出沉积厚度小、分布面积广、迁移距离长的特点(见图 4)。飞一段沉积期，鲕滩仅在元坝 2 井区飞一段顶部有分布。飞二段沉积期，鲕滩向陆棚方向有较大距离的迁移，一直延伸到元坝 4 井附近，形成了大范围的鲕滩沉积;滩体较薄，垂向叠置不明显。飞三段沉积期，元坝地区仅元坝 4 井附近沉积了一套厚 6 m 的鲕滩地层。地震和钻井资料揭示，飞仙关组沉积期，普光与元坝地区的古地形存在较大差异[13]，普光地区台地边缘较陡，坡度约为 15°，而元坝地区坡度较小，约为 7°。此外，飞二段沉积期，相对海平面有一次较大幅度的下降。根据鲕滩的沉积厚度和迁移规律，推断古地形差异和海平面变化共同导致了两地区鲕滩沉积在宏观分布上的差异。
2.2 鲕滩内部沉积
普光与元坝地区的鲕滩在内部沉积特征上也存在较大差异。这主要体现在鲕滩内部的沉积旋回上，普光地区鲕滩内部单个沉积旋回厚度大，而元坝地区鲕滩内部单个沉积旋回厚度小，旋回频率高。
2.2.1 普光地区鲕滩内部沉积旋回
普光 2 井是普光地区的代表井，鲕滩主要分布在飞一段和飞二段的中下部。普光 2 井飞二段的鲕滩由多个向上变浅的沉积旋回组成，每个旋回下段为泥晶白云岩，上段为鲕粒白云岩，表现出从泥灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩到颗粒灰岩的变化(见图 5)。单个沉积旋回厚度大，约为 2~26 m。受相对海平面变化影响，滩体迁移距离小，使得鲕粒白云岩垂向叠加，单层厚度大。飞一段和飞二段沉积期，普光地区位于坡度较陡的台地边缘，高能海水对鲕滩沉积的影响主要体现在岩石结构在垂向上的差异。
2.2.2 元坝地区鲕滩内部沉积旋回
飞一段、飞二段沉积期，元坝地区地势较平坦，受海平面变化影响，鲕滩横向上迁移变化明显，滩体内部沉积旋回频率高，单个沉积旋回厚度小且岩石结构呈渐变发育。以元坝 27 井为例，鲕滩主要发育在飞二段，内部由多个向上变浅的沉积旋回组成，单个旋回岩性的'变化大致为由泥晶灰岩到鲕粒灰岩再到豆粒灰岩，颗粒逐渐变粗。在 6 120.0~6 136.3 m 的岩心段上发育 8 个沉积旋回，最大旋回厚度为 4.4 m，最小旋回厚度仅有 0.7 m，沉积旋回发育的频率明显高于普光地区(见图 6)。在单个沉积旋回中，还可以根据鲕粒的粒径划分出多个由鲕粒到豆粒的次一级沉积旋回。
3 成岩作用
碳酸盐沉积物形成后，受海水、大气淡水以及埋藏过程中孔隙流体的影响，发生压实、胶结、溶解、矿物的多相转变、白云石化、重结晶等多种成岩作用，最终固结成岩[14]。成岩作用决定了不同类型碳酸盐岩最终的岩石结构。
3.1 成岩作用差异
普光地区鲕滩经历了多种成岩作用。成岩阶段早期，由于大气淡水的渗流溶蚀作用，形成了丰富的粒内孔、粒间孔以及铸模孔(见图 7a、7b);发生了大范围的白云石化作用(见图 5)，目前对于普光地区白云岩的成因仍然存在争议，认为主要的成因模式有蒸发模式、混合水模式、渗透回流模式、埋藏模式以及热液模式[10， 15-25];还经历了不同期次的胶结作用，胶结类型有栉壳状胶结、柱状胶结和粒状胶结。成岩阶段中期，发生了压实、压溶、重结晶作用。在压实作用下，鲕粒紧密排列，发生挤压变形，甚至发生压溶作用，形成了颗粒之间的缝合线接触。普光地区鲕滩的重结晶作用较强烈，鲕粒的原始结构被破坏，鲕粒结构转变为晶粒结构，但仍可见残留的鲕粒轮廓(见图7c)。成岩阶段晚期，发生了埋藏溶蚀和破裂作用，形成了一些港湾状的晶间溶孔、粒间溶孔和裂缝。元坝地区的鲕滩经历了较强的压实、压溶作用，鲕粒发生变形，且形成了大量的缝合线，缝合线主要发育在颗粒较小的岩层或岩石结构发生变化的界面处。由于溶蚀作用，形成了一些铸模孔和粒内孔(见图 7d、7e)，铸模孔主要发育在沉积旋回的中上部，这可能是遭到暴露溶蚀或大气淡水与海水共同溶蚀造成的。在成岩过程中，烃类充注、裂解，在孔隙中残留有沥青，后来沥青又被片状亮晶方解石胶结(见图 7d、7e)。晚期在构造作用下发生了破裂作用，裂缝切割鲕粒和片状方解石，裂缝未充填，增加了岩石的孔隙度。元坝地区鲕滩重结晶作用强度不大，并未造成鲕粒结构的消失。普光和元坝地区鲕滩的成岩作用既有共性，也存在较大差异。两个地区都发生了压实、压溶、早期胶结、溶蚀以及重结晶作用;但普光地区鲕滩还发生了大规模的白云石化作用，元坝地区鲕滩的压实、压溶作用强度更大，晚期还经历了一次较强的埋藏胶结作用。此外，普光地区鲕滩各类成岩作用在垂向上的连续性明显好于元坝地区鲕滩，元坝地区鲕滩不同岩层成岩类型差异很大(见图 6、图 7)。
3.2 成岩序列
成岩序列是根据碳酸盐沉积物经历不同成岩作用后所保留下来的成岩特征而建立的，其中颗粒碳酸盐岩成岩序列的建立最为复杂。普光地区的鲕滩成岩序列如图 8a 所示。海底成岩阶段，发生了多期胶结作用;由于微生物的活动，在鲕粒周围形成了泥晶套。浅埋藏阶段，由于相对海平面下降，鲕滩遭受暴露溶蚀，形成了丰富的粒内孔和铸模孔，岩心观察发现的暴露冲刷面也证实了这一点。此外，该成岩阶段普光地区鲕滩还经历了大范围的白云石化作用，白云石化发生的时间可根据缝合线的发育情况进行判断。缝合线是在埋藏过程中压实作用达到极限所形成的化学溶解，一般认为其发育的深度在500~830 m[26-27]。由于白云岩的抗压实能力大于灰岩，普光地区鲕滩中发育的缝合线明显少于元坝地区，因此推断普光地区鲕滩白云石化作用主要发生在铸模孔形成之后、浅埋藏压溶作用发生之前。中埋藏阶段，由于白云石化作用增加了岩石的抗压实能力，鲕滩中的孔隙得以保留;烃类充注前期还发生了有机酸溶蚀作用，但溶掉的部分被流体带走，不能定量地反应有机酸溶蚀的贡献。TSR 反应(硫酸盐热化学还原反应)在深埋藏条件下进行，温度在 80~200 ℃，高含 H2S气体及单质硫的发现印证了 TSR 反应的发生[28-29]。对于重结晶作用发生的深度一直没有相关的研究，重结晶作用与温度、压力条件有关，一般认为埋藏越深重结晶作用越强烈。元坝地区鲕滩的成岩序列如图 8b 所示。海底成岩阶段，发生了泥晶化作用和多期胶结作用。浅埋藏阶段，溶蚀作用并不强烈，白云石化作用也很弱，成岩作用以压实、压溶和胶结作用为主。浅埋藏阶段形成的孔隙为烃类充注提供了空间，中埋藏阶段有机酸溶蚀为增加孔隙空间起到了一定的作用。在元坝地区鲕粒灰岩薄片中发现，沥青并未贴合在孔隙内壁，内壁较干净无污染(见图 7f)，推断深埋藏阶段沥青形成后又发生了一期埋藏溶蚀作用，溶蚀强度不大，溶蚀形成的空间在晚期胶结了亮晶方解石(见图 9)。深埋藏阶段，元坝地区鲕粒灰岩经历了一次埋藏胶结，发生在埋藏溶蚀作用之后，亮晶方解石被沥青所包裹或少量充填于溶蚀形成的空间。晚期破裂作用形成的干缝切割了鲕粒、沥青以及沥青包裹的亮晶方解石(图 7d、7e)。鲕滩也发生了重结晶作用。对比两个地区灰岩与白云岩重结晶的情况后发现，白云岩较灰岩更容易发生重结晶作用。
4 沉积、成岩对储集层的控制
川东北地区飞仙关组鲕滩岩性油气藏储集层发育受沉积、成岩控制明显。沉积作用控制了储集层的分布和厚度，成岩作用决定了储集层孔隙的形成与演化，并最终决定储集层的优劣。
4.1 储集层的分布
对比普光、元坝地区的鲕滩发现，沉积作用不仅控制了鲕滩沉积的厚度、滩体内部的岩石组合，还控制了储集层的分布[30-31]。普光、元坝地区的鲕滩储集层中，孔隙发育较好的储集层段大多集中在沉积旋回的顶部或上部。鲕滩厚度大时，储集层的厚度也较大。普光地区鲕滩整体厚度较大，单层鲕粒灰岩(白云岩)也较厚，最终发育的储集层厚度也较大。元坝地区鲕滩沉积旋回频率高，储集层总体厚度较小且在垂向上分布不连续(见图 10)。
4.2 储集层的孔隙类型及孔隙度
成岩作用类型及成岩序列决定了储集层的孔隙类型。普光地区，早期的溶蚀作用和白云石化作用决定了鲕滩储集层以铸模孔、粒内孔、晶间孔及晶间溶孔为主，晚期发生的 TSR 溶蚀以及破裂作用进一步增加了储集层的储集空间。元坝地区，早期由于大气淡水作用发生了选择性溶蚀，孔隙类型以铸模孔和粒内孔为主。受压实、压溶作用影响，含铸模孔、粒内孔的鲕粒发生变形，甚至发生压溶作用，储集空间减少。晚期发生的埋藏胶结作用对储集层的破坏也很大。在不同的成岩作用下，两个地区储集层的孔隙度差别较大，普光地区发育高孔、高渗的Ⅰ类储集层，孔隙度为 2.00%~28.86%，主要集中在 6%~12%[4];而元坝地区则以低孔、低渗的Ⅲ类储集层为主，孔隙度为1.5%~9.0%，主要集中在 2%~5%(见图 10)。
5 结论
普光与元坝地区从沉积相带上看同属于台地边缘相，但鲕滩的沉积特征差异很大。普光地区鲕滩沉积厚度大，单层鲕粒白云岩较厚，不同层段在垂向上相互叠置，横向上迁移不明显;而元坝地区鲕滩沉积厚度薄，横向迁移距离长，具有穿时性，且鲕滩内部沉积旋回厚度薄，频率高。两个地区鲕滩的成岩作用类型及强度也存在较大差别。通过建立鲕滩的成岩演化序列发现，两个地区鲕滩早期成岩作用具有一定的相似性，均发生了压实、多期胶结、溶蚀等作用。但普光地区鲕滩早期溶蚀作用较强，并且发生了大范围的白云石化作用;元坝地区鲕滩压实、压溶作用较强，沥青形成后还发生了一期埋藏溶蚀作用和一期埋藏胶结作用，埋藏胶结作用对孔隙破坏较大。造成两个地区鲕滩沉积、成岩差异的主要原因是沉积时古地形差异和相对海平面变化。普光地区台缘斜坡较陡，鲕滩沉积受海平面变化影响主要体现在垂向加积上;而元坝地区地势较缓，受海平面变化影响较大，表现在鲕滩横向迁移和高频沉积旋回上。相对海平面升降影响了鲕滩的早期成岩环境，造成了早期成岩的巨大差异。普光、元坝地区鲕滩岩性油气藏储集层发育受沉积、成岩控制明显，沉积作用控制了储集层发育的分布和厚度，不同的成岩演化则决定了储集层的优劣。
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