白云石化作用對元壩地區長興組儲層發育的影響

韓定坤 傅恒 劉雁婷

1.中國石化勘探南方分公司 2.成都理工大學

白云石化作用對元壩地區長興組儲層發育的影響

韓定坤1傅恒2劉雁婷1

1.中國石化勘探南方分公司 2.成都理工大學

勘探實踐表明，四川盆地東北部元壩地區上二疊統長興組優質儲層的存在與巖石的白云石化作用具有較密切的關系，發生混合水白云石化作用的區域，其下部地層多發育優質儲層。為此，通過常規巖石薄片觀察、電子探針成分分析、成巖作用與微量元素分析，研究了白云石化作用對該區儲層發育的具體貢獻，并重點討論了過去受到質疑的海相碳酸鹽巖混合水白云石化的觀點。結論認為：①該區存在交代白云石化、混合水白云石化、埋藏白云石化、熱液白云石化等4種白云石化作用，尤其是混合水白云石化作用，其幾乎決定了優質儲層的分布；②同生期混合水白云巖的孔隙并不發育，而其下部地層溶蝕作用較強，溶蝕孔隙發育，原因在于同生期混合水白云巖多為粉晶白云巖，原始孔隙不發育，未給后期溶蝕創造條件，而其下部埋藏白云石化形成的白云巖晶粒相對較粗，易于溶蝕；③推測早期因混合水白云石化形成的白云巖，可為深埋過程中的白云石化作用提供豐富的Mg2＋，促使深埋條件下的白云石化作用增強，為溶蝕孔洞的發育創造了條件，有利于形成優質儲層。

四川盆地東北部 元壩地區 混合水白云石化 優質儲層 晚二疊世 碳酸鹽巖 溶蝕孔洞 沉積相

1 儲層巖石學特征及主要沉積相

四川盆地東北部元壩地區上二疊統長興組沉積時期發育碳酸鹽巖臺地—臺地邊緣—臺緣斜坡—陸棚沉積，在臺地—臺地邊緣沉積了一套以微晶生屑灰巖、白云巖和海綿礁灰巖為主的碳酸鹽巖儲層，厚度介于221～345 m，埋深大于6 000 m，油氣勘探潛力巨大［1－4］。

1.1 儲層巖石學特征

1.1.1 微晶灰巖

微晶灰巖顆粒含量小于5%，灰泥含量大于95%，生屑微晶灰巖生屑含量介于5%～50%，灰泥含量大于50%，顆粒類型多為大小不等的生物碎屑。

1.1.2 生屑灰巖

根據生屑、填隙物類型（亮晶、微晶）及白云石化（以下簡稱云化）強度、瀝青含量，共細劃分出微晶生屑灰巖（長興組主要的巖石類型）、微晶礁屑灰巖、微晶有孔蟲灰巖、亮晶有孔蟲灰巖、微晶介屑灰巖、生屑藻屑灰巖、含云生屑灰巖、白云質生屑灰巖及含瀝青生屑灰巖共9種類型。

1.1.3 內碎屑灰巖

顆粒含量大于50%，呈圓狀、次圓狀、橢圓狀，分選性為好—中等，顆粒類型主要為藻屑，伴生顆粒有蠕孔藻屑、有孔蟲屑、介形蟲屑等。

1.1.4 藻灰巖

按結構、構造細分為藻粘結灰巖、藻球粒灰巖及疊層藻灰巖。

1.1.5 礁灰巖

礁灰巖是元壩地區長興組特有的巖石類型，造礁生物主要為腦紋海綿及串管海綿，見綠藻（始角藻、米齊藻）、珊瑚、苔蘚、管孔藻等。居礁生物為有孔蟲、科、腕足、腹足、介形蟲、棘皮、雙殼類等。根據礁灰巖內填隙物類型及成巖變化細分為海綿礁骨架巖、海綿礁障積巖、晶粒化礁灰巖、云化礁灰巖。

1.1.6 白云巖

主要為微晶白云巖，具微晶結構、塊狀構造，見粉—細晶白云石斑點、斑塊，生物屑少，富含瀝青；細—中晶白云巖具細—中晶結構，塊狀構造，主要由半自形—自形菱面體狀細—中晶白云石組成，偶見生屑幻影，屬強云化成因并疊加有重結晶作用；生屑幻影白云巖具生屑幻影結構，可識別出有孔蟲、介屑、棘屑，主要由粉—粗晶他形晶粒狀、自形菱面體狀白云石組成，含量超過90%。

1.2 沉積相

元壩地區長興組可識別出開闊臺地、臺地邊緣、臺地前緣斜坡和陸棚共4類主要沉積相（圖1）。儲層主要發育在臺地邊緣生物礁、臺地邊緣淺灘相帶。

圖1 元壩地區長興組沉積相剖面圖

2 白云石化作用

元壩地區長興組沉積后，經歷了長期的埋藏和3次大的構造運動（即印支、燕山、喜馬拉雅構造運動），成巖作用歷史極其復雜，類型繁多，其中，白云石化作用對優質儲層的形成具有重要作用，尤其是混合水白云石化作用幾乎決定了優質儲層的分布。

2.1 交代白云石化

交代白云石化發生在同生期。元壩2井長興組見典型的同生交代白云石化，巖性為粉晶云化腦紋狀海綿礁白云巖，腦紋狀海綿由腦紋狀海綿骨架、水管組成（圖2－a，b）。

腦紋狀骨架成分分別為：完全由細粉晶白云石組成；完全由細粉晶方解石組成；骨架邊緣由細粉晶白云石組成；骨架內部由細晶—粉晶方解石共同組成同心圈結構。腦紋狀水管充填物成分有3種類型，即大部分水管被云泥充填；部分水管被細粉晶白云石、方解石充填；部分水管被白云石—瀝青、方解石—瀝青充填。

同生期交代白云石化過程首先是腦紋狀海綿骨架原始成分為鈣質海綿類，在富鎂介質水環境下骨架不同程度發生細粉晶白云石化，骨架形狀組構特征保存完好，形成粉晶云化腦紋狀海綿，這是同生期白云石化常具有的巖石學標志；其次為腦紋狀海綿水管被云泥不同程度充填，說明介質環境中有云泥形成，水管中云泥充填物證明腦紋狀鈣質海綿寄生或沉積在有云泥形成的介質環境中，為骨架白云石化提供了充分鎂離子來源。根據水管中充填物成分特征分析，充填可分為3個充填時期，即同生期被云泥機械充填；同生—淺埋藏期被細粉晶白云石—方解石化學方式充填；深埋藏期被瀝青充填。

由于與白云質腦紋狀海綿共積的含生屑灰泥基本上未發生云化，據此分析粉晶云化腦紋狀海綿白云巖白云石化前后的沉積水介質環境有較大變化。

2.2 混合水白云石化

目前海相碳酸鹽巖混合水白云石化觀點受到懷疑，但該區長興組生屑灰巖大量存在粒間孔隙被方解石與白云石呈世代交替充填，應為典型的混合水白云石化（圖3）。

圖2 長興組同生期交代白云石化顯微照片

通過對比分析巴巴多斯群島更新世碳酸鹽巖混合水白云石化的情況（圖3－a，b）［5］，發現元壩地區長興組生屑灰巖混合水白云石化（圖3－c，d）與其有很大的相似性：①白云石膠結物的量較低并且分布不連續；②白云石膠結物經常作為幾個不連續的透明白云石膠結物帶出現，且被夾于透明方解石膠結物之間；③白云石干凈、明亮，方解石膠結物晶體形態從纖狀、粒狀、粉晶、中晶、巨晶不等，各期次膠結特征是晶體依次增大；④沉淀白云石膠結物的水體有很寬的組分范圍，根據電子探針對長興組白云巖微量元素分析，Sr O、Na2O、K2O表現為較低值，說明大部分白云石形成有淡水的加入［6］（表1）。

2.3 埋藏白云石化

埋藏白云石化是沉積巖處于封閉的埋藏環境下發生的白云石化作用。埋藏白云石化鎂離子的來源主要包括：①構造埋藏條件下壓力作用使黏土礦物在較大埋深和較高地溫條件下轉化時產生的鎂離子；②壓溶作用供給的鎂離子。長興組白云巖中充填超大溶孔中的自形白云石，以及斑塊狀白云石化均為埋藏環境下的白云石化。

2.4 熱液白云石化

熱液白云石化是在與構造有關的深埋藏環境下，深部富含鎂離子等金屬元素的高溫流體向上運移，最終交代方解石形成異形白云石并伴生一系列熱液礦物組合。長興組熱液白云石化作用伴生的熱液礦物組合有天青石＋菱鍶礦＋異形白云石，螢石＋自生石英＋異形白云石等。

3 成巖序列與孔隙的關系

3.1 成巖序列

根據元壩地區長興組典型井薄片中可辨認的成巖特征，該區成巖序列按成巖階段可分為同生期、表生期及埋藏期3個成巖階段。

同生期成巖階段交代白云石化作用與沉積同時發生，白云石化作用受沉積微相控制，長興組沉積晚期由于沉積微相差異，元壩2井、元壩101井、元壩102井區處于臺地邊緣局限澙湖沉積微相環境，發生的混合水白云石化作用較強，發育了一套同生期交代白云巖；而處在斜坡、陸棚沉積區的元壩4井區，由于缺乏白云石化作用的環境［7－9］，白云石化作用較弱，白云巖層不發育。同生期發生的白云石化和主要在同生期發生的混合水白云石化對長興組碳酸鹽巖儲層的發育具有重要意義。

長興組表生期成巖階段主要發生在同生期交代白云石化作用后，由于海平面的升降，臺地邊緣區曾一度出露水面，早期沉積的碳酸鹽巖遭受大氣淡水的淋濾作用，發育溶蝕孔洞，該時期形成的溶蝕孔洞為埋藏期有機酸的溶蝕作用奠定了基礎。

埋藏期白云石化作用發生在后期的埋藏階段，這一時期形成了斑點、斑塊狀白云石集合體，在部分白云石集合體內形成晶間孔隙。埋藏期為有機酸溶蝕形成溶孔及溶縫的主要時期，長興組溶蝕孔洞儲層即在這一時期形成。

3.2 孔隙發育特征

元壩地區長興組碳酸鹽巖儲集巖主要為溶蝕孔洞云巖、灰質云巖。根據巖心與測井資料分析，溶蝕作用具有較強的非均質性，經對典型井的研究發現，在同生期混合水白云巖下部地層，白云巖溶蝕孔洞發育，物性好，形成了該區的一套主要儲層。

如元壩2井、元壩101井、元壩102井均在長興組頂部發育了一套局限澙湖沉積環境中的同生期混合水白云巖，其下部地層溶蝕作用較強，溶蝕孔隙發育，測井解釋的孔隙度為4%～12%（圖4），形成了一套較好的儲層，測試獲得高產天然氣流。而元壩4井，由于在長興組頂部未發育該套白云巖，其下部溶蝕作用弱，溶蝕孔隙不發育，測井解釋的孔隙度小于2%（圖4），未鉆遇儲層。

圖3 元壩與巴巴多斯群島地區混合水白云石化顯微照片

表1 元壩地區長興組混合水白云石化電子探針成分表

圖4 元壩2井、元壩102井、元壩4井巖相與孔隙關系圖

4 結論

1）長興組頂部同生期混合水白云巖的下部地層溶蝕作用較強，溶蝕孔隙發育，可能是同生期混合水白云巖多為粉晶白云巖，原始孔隙不發育，未給后期溶蝕創造條件，而其下部的埋藏白云石化形成的白云巖晶粒相對較粗，易于溶蝕，形成了較好的儲集巖。

2）主要在同生期發生的混合水白云石化對長興組碳酸鹽巖儲層發育的重要意義在于，早期形成的白云巖在埋深過程中的高溫條件下，因壓溶作用形成的富Mg2＋粒間水［10］為埋藏白云石化提供了豐富的Mg2＋，有利于埋藏白云巖的形成，為儲層的形成奠定了基礎。

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Effect of dorag dolomitization on the development of reservoirs in the Changxing Fm in the Yuanba area

Han Dingkun1，Fu Heng2，Liu Yanting1
（1.Sinopec South Exploration Company，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 10，pp.22－26，10／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Exploration practices show that the quality reservoirs in the Permian Changxing Fm in the Yuanba area are closely related with the dolomitization，and most of the reservoirs are in high quality at the lower buried beds having experienced dorag dolomitization.Based on thin section observation，composition analysis through electronic probe microscopy，diagenesis and trace element studies，this paper discusses how the dolomitization makes contribution to the development of reservoirs in this study area，focusing on the previously questioned view of dorag dolomitization occurring in marine carbonate rocks.The following conclusions are achieved.（1）The dolomites in this area resulted from four types of dolomitization：metasomatic dolomitization，dorag dolomitization，burial dolomitization，and hydrothermal dolomitization，among which the dorag dolomitization is essential to the distribution of quality reservoirs.（2）Pores and fractures are not well developed in the crystal dolomites originated from contemporaneous dorag dolomitization，while at the lower buried beds the denudation pores are developed due to rather strong dissolution on the relatively coarse crystals of domlomites originated from the burial dolomitization.（3）The early dolomites resulting from the dorag dolomitization can provide rich Mg2＋for deep burial dolomitization，and thus enhance dolomitization under such burial depths，creating favorable conditions for the development of dissolution pores and cavities and high quality reservoirs.

Sichuan Basin，northeast，hybrid water dolomitization，quality reservoir，denudation pore，Changxing Fm，Yuanba area

韓定坤等.白云石化作用對元壩地區長興組儲層發育的影響.天然氣工業，2011，31（10）：22－26.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.005

韓定坤，1957年生，高級工程師，碩士；1980年畢業于中國地質大學，從事油氣勘探工作，現任中國石化勘探南方分公司副總地質師，獲省部級科技進步三等獎2次。地址：（610041）四川省成都市高新區二環路南四段九號。電話：（028）85164621。E－mail：hdk808＠sina.com

2011－09－05 編輯 羅冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.005

Han Dingkun，senior engineer，born in 1957，is engaged in petroleum exploration.

Add：No.9，South Sec.4，2ndCircle Rd.，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

Tel：＋86－28－8516 4621 E－mail：HDK808＠sina.com