0 引言
四川盆地大部分地区缺失泥盆系，但川西地区地层发育较为齐全，从元古界至中生界地层均有发育，受古地貌影响川西北部沉积了巨厚的泥盆系。泥盆系在该区的油气勘探中一直处于兼探层系，未获突破。2014年川西北地区6口井（H15井、H6井、HS1井、TJ1井、K2井、K3井）钻揭泥盆系观雾山组，获良好油气显示。此后，在公司风险勘探机制实施下，开展川西北部整体部署和立体勘探。2016年，双鱼石构造ST3井泥盆系观雾山组钻遇白云岩58 m，测试获日产11.6×104 m3工业气流，首次在盆地内发现泥盆系气藏，展示出观雾山组孔隙型白云岩气藏具有巨大的勘探潜力，盆内又增加一套可勘探含气层系［1］。川西北部泥盆系主要分布在龙门山断裂带，其构造特征复杂，埋深超过7 000 m。早期钻井资料较少，K2井和TJ1井泥盆系观雾山组岩性以灰质云岩、晶粒云岩为主，录井显示发生气测异常、气侵，证实该区泥盆系观雾山组气藏具有良好的含气性。ST3井观雾山组取心岩心以生物白云岩为主，溶蚀孔洞发育，初步认为该区发育台地边缘带。
以上钻探成果表明，泥盆系观雾山组具备储层发育的条件和较好的含气性。但是受埋藏成岩作用影响，碳酸盐岩储层孔隙度随埋深的增加而逐渐减小，因此超深层碳酸盐岩领域是否存在规模有效储层长期存在争议［2］。此前大部分学者对泥盆系分层及岩相古地理方面有探讨，前人研究认为川西北部泥盆系自下而上可划分为3个沉积旋回：下泥盆统平驿铺组为碎屑岩沉积旋回；下泥盆统甘溪组至中泥盆统金宝石组属混积岩沉积旋回；中泥盆统观雾山组至上泥盆统茅坝组属于碳酸盐岩沉积旋回，其中中泥盆统上段观雾山组为碳酸盐岩台地边缘沉积［3］。关于该层系的储层研究则起步较晚，且大多数集中于下泥盆统平驿铺组砂岩储层，对观雾山组白云岩储层特征及成因研究更是少见［4］。认识该区泥盆系观雾山组储层基本特征及形成机制对寻找优质储层发育带和高效勘探具有重要指导作用。本文通过岩心、薄片实验分析，结合钻井和测井资料，对川西北部中泥盆统观雾山组储层特征进行研究，探讨其形成机制，以期对研究区今后该领域的勘探研究工作提供有益的参考。
1 区域地质背景
泥盆纪，川西地区具有被动大陆边缘拉张伸展性质［5］，受拉张作用的影响，龙门山断裂带发育多级断层，地层自西向东急剧下沉，表现为堑垒断陷古地貌，呈现西低东高的构造格局［图1（a）］［6］。在这种构造背景下川西地区泥盆系海水自西藏广海向东超覆在上扬子古陆西缘［7］，龙门山地区沉积了数千米厚的泥盆系，泥盆系在该区呈条带状分布，自下而上划分为“三统七组” ［3］，下泥盆统为平驿铺组、甘溪组、养马坝组；中泥盆统为金宝石组、观雾山组；上泥盆统为沙窝子组和茅坝组［图1（b）］，其中下泥盆统平驿铺组为碎屑岩沉积，下泥盆统甘溪组至中泥盆统金宝石组为混积岩沉积，中泥盆统观雾山组至上泥盆统茅坝组为碳酸盐岩沉积。早泥盆世，海水入侵至马角坝断裂（彭灌断裂北段）附近，下部形成滨岸相沉积，上部为海陆过渡相。中泥盆世，海平面震荡上升，海侵面继续扩大，海侵边界至广元—剑阁—江油—绵竹一带，沉积一套滨岸相和碳酸盐岩台地相地层。晚泥盆世，海退至马角坝断裂西侧附近，形成一套碳酸盐岩台地沉积［图1（c）］。川西北部泥盆纪为一个大的海侵—海退相对海平面变化旋回，中泥盆世海侵范围最广，晚泥盆世海退后，马角坝断裂以东至泥盆系尖灭线一带暴露地表出现沉积间断，同时也使该区域碳酸盐岩台地相地层暴露岩溶，为该区域中泥盆统观雾山组有利储层的形成提供了条件［8］。
2 储层基本特征
根据野外剖面、实钻井岩心观察描述及薄片鉴定，电镜、CT扫描、常规物性分析等实验方法，对川西北部泥盆系观雾山组储层特征进行研究。
2.1 储集岩类型
图2 ST3井观雾山组储层四性关系Fig.2 Reservoir characteristics of Guanwushan Formation of Well ST3 |
图3 川西北部观雾山组储集岩岩心、薄片照片(a)ST3井,观雾山组,7 575.33 m,生屑白云岩,岩心照片;(b)ST3井,观雾山组,7 582.58 m,角砾状白云岩,岩心照片;(c)ST 9井,观雾山组,7 821.98 m,角砾状白云岩,溶蚀孔隙发育,岩心照片;(d)ST3井,观雾山组,7 582.80 m,细—中晶白云岩,孔隙充填自形白云石和沥青,薄片照片,(-);(e)ST8井,观雾山组,7 575.45 m,残余生物白云岩,薄片照片(-);(f)ST9井,观雾山组,7 814.94 m,细—中晶白云岩,薄片照片(-) Fig.3 Core and thin section photos of Guanwushan Formation reservoir rocks in northwestern Sichuan Basin |
生屑白云岩：岩石原岩为生屑灰岩，云化程度较高，原沉积的生屑颗粒多数只残余生屑幻影，仅部分体积较大生物保存下来，如枝状层孔虫和部分藻类。岩石主要由细—中晶白云石组成，晶粒直径为0.25~0.50 mm，集中分布在0.30~0.40 mm之间。晶粒大小较均匀，以半自形粒状镶嵌结构为主，可含部分他形或自形晶粒，孔隙发育处可出现环带构造，一般混杂有少部分细晶和粗晶晶粒。晶间孔隙发育时，面孔率约为3%，局部可见沥青充填。残余生屑白云岩常发育生物体腔孔及生屑颗粒之间的粒间溶孔，孔隙一般半充填自形白云石，偶见沥青充填。
角砾状白云岩：由紫红色角砾和浅灰色、褐灰色细—中晶白云岩堆积而成，其中紫红色角砾为粉—细晶白云石构成。观雾山组角砾状白云岩表现出明显的岩溶特征，裂缝和溶蚀孔洞发育，裂缝中常见灰绿色泥岩充填，泥岩中黄铁矿含量较高。溶蚀孔洞较大，孔径主要分布范围为2~5 mm。孔隙中可见多期充填物，第一期充填自形白云石，晶粒粗大，具雾心亮边结构；第二期充填方解石、石英，第三期充填沥青。
2.2 储集空间类型
由研究区观雾山组薄片、电镜及CT扫描的详细观察表明，川西北部观雾山组储层储集空间类型主要可划分为3类：孔隙、溶洞和裂缝。其中起主要储集作用的是孔隙和溶洞，裂缝虽有一定的储集作用，但主要起渗流作用。
图4 川西北部观雾山组储层储集空间类型(a)ST3井,观雾山组,7 574.78~7 574.97 m,生物体腔孔(加石膏试板);(b)ST3井，观雾山组，7 565.80~7 565.97 m,电镜扫描,白云石晶间孔;(c)ST9井,观雾山组,7 816.20~7 816.29 m,细—中晶白云岩,溶孔、溶洞发育;(d)ST3井,观雾山组,7 584.46~7 584.60 m，细—中晶白云岩，溶孔、溶洞发育；(e)ST8井,观雾山组,7 501.78~7 501.9 m，早期裂缝被晚期微裂缝错断;(f)何家梁剖面,观雾山组,柱塞样CT扫描,溶洞发育,裂缝沟通溶洞 Fig.4 Reservoir space types of Guanwushan Formation in northwestern Sichuan Basin |
2.3 储层物性
3 储层形成机制
综合研究认为川西北部观雾山组储层岩性以生屑白云岩以及经过岩溶作用改造的角砾白云岩为主，沉积相和成岩作用是影响研究区内观雾山组储层储集性能的主要因素。其中，规模优质白云岩储层主要受控于滩相沉积环境、同生期的白云石化作用以及多期岩溶改造，是多种有利因素耦合作用的结果。
3.1 滩相沉积与同生期白云石化作用是储层形成的基础
总体来看，生屑含量较高的生物白云岩或者角砾白云岩更容易被后期建设性成岩作用改造，形成优质储层。由此可以看出，川西北部观雾山组储层受相带影响，非均质性较强。
此外沉积环境亦控制观雾山组储层的白云石生成机理。白云石化作用形成的晶间孔及粒间孔为储层的物性条件奠定了基础，也为后期的表生岩溶以及埋藏岩溶作用流体提供通道。
3.1.1 白云岩主要发育在局限台地和台地边缘相
3.1.2 白云石有序度较低、阴极发光颜色红亮
有序度是白云石晶体结构研究的重要参数之一，一直被用于白云石形成环境、流体来源、成因以及成岩演化研究。白云石有序度反映了白云石晶体中元素排列的有序情况，是衡量白云岩结晶速度、结晶温度及演化程度的一个重要指标，结晶速度越慢、温度越高，则白云岩的有序度越高，反之，有序度越低。已有研究表明，白云石的有序度也能反映其云化机制，同生—准同生白云石化形成的白云石有序度最低［15］。本文研究有序度的测试和阴极发光薄片观察均在中国石油西南油气田公司重点实验室完成，采用等离子质谱进行定量分析。
3.1.3 锶同位素比值与同期海水相似
本次分析测试结果表明，川西北部泥盆系的细—中晶白云岩和中—粗晶白云岩锶同位素范围为0.708 116~0.709 738，与同期海水锶同位素相近，表明细—中晶白云岩、中—粗晶白云岩形成时流体均为泥盆纪海水。泥—粉晶白云岩和粉—细晶白云岩锶同位素分别为0.708 306~0.709 920和0.708 856~0.709 309，部分泥—粉晶白云岩、粉—细晶白云岩锶同位素与泥盆纪海水相似，另一小部分样品锶同位素比同期海水高，泥粉晶白云岩多分布在局限台地的潮坪环境，离古陆较近，大陆古老的硅铝质岩石化学风化由河流向海提供富放射性成因的锶，部分样品锶同位素偏高的原因可能是由于沉积时有陆源碎屑输入，故导致其锶同位素偏高（图10）［21-24］。总体看来，锶同位素特征表明，白云石化流体为沉积期海水，表明白云石化形成于同生期。
3.1.4 稀土元素表明白云石化流体为同期海水
3.2 岩溶作用的改造是储层形成的关键
白云石化作用形成的晶间孔及粒间孔为储层的物性条件奠定了基础，也为后期的表生岩溶作用以及埋藏溶蚀作用岩溶流体提供通道；岩溶作用可以形成大量的溶蚀孔洞，在一定程度上增强了储层的储集性能［29］。
3.2.1 表生期岩溶是观雾山组储层形成的重要因素
中泥盆纪海水频繁升降，造成观雾山组频繁暴露，准同生期大气淡水淋滤形成大量的岩溶缝洞。而后，受二叠纪早期云南运动的影响，观雾山组抬升暴露，形成风化壳岩溶储层，晚表生期风化壳岩溶作用对观雾山组储层起到最重要的建设性改造作用。
川西北部位于龙门山地区，是扬子板块的西缘。在震旦纪早期、志留纪及二叠纪晚期扬子板块西部经历了多次大陆伸展裂解过程，形成大量的裂缝，强烈的褶皱和断块运动也导致观雾山组遭受不同程度的暴露和溶蚀，裂缝的发育加剧了溶蚀作用的深度和强度，由此产生大量的溶蚀孔洞。
图12 川西北部观雾山组表生岩溶特征(a)青川何家梁剖面,观雾山组,岩溶角砾;(b)青川大木垭剖面,观雾山组,岩溶裂缝,溶洞发育;(c)青川何家梁剖面,石炭系—泥盆系观雾山组界面;(d)青川何家梁剖面,观雾山组,肉红色角砾云岩,溶蚀孔洞半充填自形白云石;(e)ST8井,观雾山组,7 501 m,早期拉张缝被白云石胶结充填,铸体薄片(-);(f)ST8井,观雾山组,7 503 m,早期溶孔被自形白云石和泥质充填,铸体薄片(-) Fig.12 Characteristics of supergene karst of Guanwushan Formation in northwestern Sichuan Basin |
3.2.2 埋藏期，溶蚀流体对滩相储层进一步溶蚀改造
中—深埋藏期，烃类成熟形成的酸性流体等沿早期溶蚀造成的孔洞或裂缝对储层进一步扩孔改造［31］。随着埋藏深度加大，地层温压条件改变，成岩流体沉淀形成胶结物充填早期溶蚀孔洞或裂缝，造成减孔，而滩相地层中生物云岩的生物体腔孔在埋藏期易被溶蚀改造并且保存下来。
通过对川西北部观雾山组储层物性与岩性的关系统计表明（图13），以层孔虫为主的生物云岩孔隙度最大、残余生屑细晶云岩孔隙度次之，残余生屑粉晶云岩孔隙度最低。究其原因认为，台缘滩相或潮间边缘滩相主要以层孔虫生物云岩为主，且生物含量高，沉积水体能量强，到成岩期易被溶蚀流体改造，尤其生物体腔的溶蚀孔容易保存。而在开阔台地或局限台地潮间泥坪、潮上泥坪等发育的细晶云岩或粉晶云岩，生屑含量相对较少，早期溶蚀形成的孔洞，在后期成岩期易被胶结充填。
结合以上分析，川西北部泥盆系观雾山组白云岩储层形成分为3个阶段：沉积期—白云石化、表生岩溶阶段及埋藏成岩期（图14）。
沉积期—白云石化：该阶段主要表现为灰岩的白云岩化，产生晶间孔，孔隙度增加，有利于后期岩溶流体进入。沉积期的白云岩化作用受相带控制，前文已分析处于台地边缘和局限台地相带的水体相对较浅，海水与淡水混合更容易云化。该阶段同时伴随有准同生期岩溶作用。
表生岩溶阶段：由于水体频繁升降，造成地层频繁暴露，大气淡水淋滤造成风化壳岩溶作用，形成大量的岩溶缝洞，泥盆系观雾山组岩溶现象典型。
埋藏成岩期：该阶段分为胶结作用和溶蚀作用，烃类成熟之前白云石充填孔洞或裂缝，烃类成熟形成酸性流体对孔洞、裂缝中充填的白云石存在轻微溶蚀作用，该溶蚀作用是有选择性的，主要沿渗透性好的裂缝中白云石进行。随着埋藏深度加大，温度压力条件变化，地层水沉淀形成胶结物造成减孔。
4 结论
（1）川西北部泥盆系观雾山组为一套超深层碳酸盐岩台地沉积地层，总体上，储集岩类型以生屑白云岩和角砾白云岩为主。物性分析数据表明，观雾山组为低孔、特低渗储层。
（2）观雾山组储层储集空间类型主要可划分为孔隙、溶洞和裂缝三大类。其中起主要储集作用的是孔隙和溶洞，裂缝起渗流作用。观雾山组储层储集类型属于裂缝—孔隙型。
（3）综合分析认为，制约研究区观雾山组储层形成的因素主要有沉积相，白云石化作用及岩溶作用。川西北部泥盆系观雾山组规模优质白云岩储层主要受控于滩相沉积环境，同生期的白云石化作用以及多期岩溶作用均对储层起到建设性改造。
甘公网安备 62010202000678号
