岩溶储层发育特征.docx

岩溶储层发育特征.docx

《岩溶储层发育特征.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩溶储层发育特征.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

岩溶储层发育特征

川东北地区中三叠统雷口坡组四段古岩溶作用与储层

分布发育特征

摘要

四川盆地东北部雷口坡组四段中的油气突破显示了其重要的油气地质意义。

本文通过岩芯观察、薄片鉴定、测井和录井资料以及包裹体、碳氧同位素和锶同位素等分析测试资料的综合分析，在雷口坡组顶部不整合面剥蚀残余地层雷四段中识别出了同生岩溶、表生岩溶和埋藏岩溶三种类型的古岩溶作用，认为它们是控制川东北地区雷口坡组四段储层形成的关键要素。

同生岩溶作用控制了早期储层的形成和分布，平面展布具有局限性，受到高能滩相带展布的控制。

表生岩溶作用是该储层形成的关键作用，与其有关的储层在垂向上主要局限于不整合面以下90m的深度范围内。

根据风化壳岩溶的垂向与横向发育特征，认为其储层在垂向上主要分布于地表岩溶带呈碎屑支持的角砾灰岩和云岩、垂直渗流带半充填的高角度溶缝以及中小型溶蚀孔洞和水平岩溶带半充填的中小型溶蚀孔洞、溶缝、洞顶破裂缝和河成角砾中，平面上主要发育于岩溶斜坡区，又以岩溶残丘为最有利微地貌单元。

埋藏岩溶与热液及有机酸溶蚀碳酸盐矿物有关，是储层优化改造的关键因素。

引言

四川盆地东北部中三叠统雷口坡组是该地区沉积的最后一套海相碳酸盐岩地层，不仅厚度大、分布稳定和类型多，而且经历了多旋回和多期次重大的构造作用与成岩作用的改造，导致其储层的形成与演化变化多端。

众所周知，碳酸盐岩储层非均质性强，孔隙系统复杂，主要受3种作用控制，即沉积作用、成岩作用和构造作用（罗平等，2008），沉积相是储层形成的物质基础，成岩作用是储层发育的关键，构造破裂是储层发育的纽带，其中古岩溶作用是碳酸盐岩储层孔隙系统形成的重要成岩作用之一（Wrightandsmart，1994;Richardetal.，2005;Lietal.，2008）。

古岩溶作用是指古代地表水和地下水对可溶性岩石的改造过程及由此产生的地表与地下地质现象的总和（WangandAl-Aasm，2002;王大纯等，1986）。

按碳酸盐岩发生岩溶作用的时间与环境，通常可将它简单地划分为同生岩溶、风化壳岩溶和埋藏岩溶等三种类型（陈景山等，2007）。

目前，在川东北元坝地区雷口坡组四段的风化壳古岩溶储层中取得了一定的油气突破，但其储层的发育分布特征及其发育的控制因素还有待于进一步的分析。

本文在岩芯观察、薄片鉴定、测井、录井以及包裹体、碳氧同位素和锶同位素等分析测试资料等的综合分析基础上，详细阐述3种类型古岩溶作用对川东北地区雷口坡组碳酸盐岩储层形成和演化的不同程度的影响，并分析各古岩溶作用发育的控制因素，以对该地区油气勘探提供重要依据。

2储层的沉积特征

四川盆地东北部属于上扬子地台（四川省地质矿产局，1991），雷口坡组沉积时期该地区主要发育上扬子克拉通稳定碳酸盐岩台地沉积体系，由于此时为印支运动的初始阶段，发生与构造运动相对应的全球性海平面下降（马永生等，2009），研究区由开阔的陆表海环境逐渐演化为受限的陆表海环境，主要发育一套局限-蒸发台地相的白云岩、膏质白云岩和石膏为主的碳酸盐岩地层，按岩相、岩性自下而上可分为4个岩性段，雷一段为膏质白云岩和石膏岩组合，雷二段为石膏岩、膏质白云岩、膏质灰岩和灰岩组合，雷三段为灰岩和膏质灰岩组合，雷四段为灰岩、膏质白云岩、白云岩和石膏岩组合。

中三叠世末期，在印支运动Ⅰ幕影响下，四川盆地整体抬升，海水由北至南推出四川盆地，使得雷口坡组遭

受了长达数万年的风化剥蚀，雷口坡组中上部地层发生了范围广、强度较大的风化壳岩溶作用，普遍缺失雷五段（又称天井山组），从而与上三叠统须家河组为不整合接触关系。

雷四段至下而上可划分为3个亚段，分别为灰岩段、膏质白云岩段和白云岩段，由于剥蚀强度不同，3个亚段在研究区的残存情况存在差异。

介于研究区古岩溶作用特别是风化壳岩溶作用主要发育在雷四段，雷四段沉积相展布特征（图1）是其古岩溶作用发生的物质基础。

3同生岩溶与储层分布

同生岩溶作用发生于同生（或者准同生）大气成岩环境受沉积自旋回控制，与三、四级相对海平面下降导致的沉积物短暂暴露和富含CO2的大气淡水淋溶有关，形成大小不一，形态多样的各种孔隙。

大气淡水既可以选择性的溶蚀由文石、高镁方解石等不稳定矿物组成的颗粒或第一期方解石胶结物，形成粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔（图2a），有可发生非选择性溶蚀作用，形成溶缝和溶洞。

由于大气淡水选择性地溶蚀作用通常发生于文石、高镁方解石等不稳定矿物转变为稳定的低镁方解石之前，因此，碳酸盐岩中的粒内溶孔、铸模孔等组构选择性溶孔一般被视为碳酸盐岩发生同生或准同生岩溶作用的主要识别标志之一。

由于研究区主要发育局限台地相，而且处于全球海平面下降时期，因此台地内次级海平面下降引起的同生期暴露比较频繁，具备很好的同生岩溶发育条件，但由于同生岩溶作用主要发育于颗粒滩等高沉积速率且具有良好的渗透性的沉积物内，而发生组构选择性溶解的高能滩相沉积在研究区分布很局限，所以沉积相带的展布特征决定了同生岩溶作用形成的储层分布的局限性。

4表生岩溶与储层分布

表生岩溶又称风化壳岩溶，其发育与重大的海平面下降或构造运动造成的沉积区大面积暴露有关，常常是地层学中的主要不整合面。

对于碳酸盐岩岩溶而言，表生岩溶和同生岩溶都是受大气淡水淋滤而发生的溶蚀，它们最大的区别在于同生岩溶发生的时间非常早，沉积物尚未完全固结成岩，碳酸盐组分的矿物成分尚未完全稳定化，而且经历的时间相对较短;而表生岩溶发生的时间比较晚，是对已经固结成岩、完成矿物稳定化转变后碳酸盐岩产生的岩溶作用，经历的时间可以很长（陈景山等，2007）。

地质历史记录中的古风化壳岩溶主要是根据其广泛存在的侵蚀不整合、地下岩溶作用及其伴生的孔洞系统和内部充填物的特征等加以识别的（JamedandChoquett，1988）。

研究区雷口坡组不整合面之下约90m厚的地层内发育的规模不等、形态各异的岩溶缝洞系统及其各异的内部充填物表明其经历了强烈的风化壳岩溶作用。

4.1表生岩溶与储层的垂向及横向分布风化壳岩溶形成时期，富含CO2的大气水和地下水沿先期的微裂缝、构造裂缝、溶孔、晶间溶孔对碳酸盐岩进行溶蚀作用，最终在碳酸盐岩中形成溶蚀扩大缝、溶孔和溶洞系统。

根据大气水或地下水对碳酸盐岩的溶蚀特征和水动力特征，由1次大气水潜水面较大幅度下降导致的溶蚀过程为1个岩溶旋回（任美锷和刘振中，1989），自上而下可划分为4个溶蚀带，分别为地表岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带和深部岩溶带。

由于侵蚀基准面多期次下降，可造成多次潜水位下降和对应的多期次岩溶旋回的叠加发育。

根据不同岩溶带的溶蚀特征、岩溶充填物及测井响应特征，详细分析了研究区雷口坡组风化壳岩溶的垂向分带（图3）。

4.1.1地表岩溶带

地表岩溶是指侵蚀面附近的岩溶地表形态及其伴生的风化残积物、覆盖堆积物的综合特征。

以地表水的径流为主，形成一些溶沟、溶蚀洼地及地表河流等，通常被后期沉积的泥、砂和砾岩充填。

自然伽玛曲线呈锯齿状，比致密灰岩高，但低于泥岩的响应，一般为30～60API，双侧向电阻率低，接近泥岩，无幅差或负幅差，密度、中子和声波时差曲线表现为指状（图3），表明该岩溶带改造充填作用非均一性强。

由于风化壳地势平坦、风化暴露时间短再加上该岩溶带与上覆须家河组有时很难区分，大部分钻井该岩溶带不发育。

与该岩溶带有关的储层主要为碎屑支撑的角砾灰岩、角砾云岩的粒间孔、粒间溶孔等，孔渗性较好。

4.1.2垂直渗流带

位于地表岩溶带或不整合面以下至潜水面之上的地下水渗流带。

以地表及地下水沿裂缝或断层向下渗流并伴随强烈的化学溶解和侵蚀作用，发育垂直或近于垂直的溶蚀缝（图2b）或串珠状的小型溶孔、洞，多被垂向角砾、砂泥质等机械渗流物质，或方解石、白云石、硅质等化学物质充填或混合充填。

自然伽玛值较低，反映为较纯的灰岩，曲线呈微锯齿状，双侧向电阻率一般较低，且由低变高，幅差多为正差异，中子和声波时差中-高值，密度为中-低值。

与该岩溶带有关的储层主要为半充填的高角度溶缝以及中小型溶蚀孔洞，但由于该带溶蚀强度不一，储集体表现出非常强烈的非均质性。

4.1.3水平潜流带

水平潜流带位于垂直渗流带与深部岩溶带之间的地下水潜流带，在潜水面附近的潜流地下水呈较强的水平运动，由于地下水中碳酸钙不饱和、CO2含量高，溶蚀作用强烈，形成了规模较大的水平溶洞。

该相带不仅溶蚀作用强，充填作用也很强，最突出的是河成角砾、河成砂、泥岩及洞穴崩塌堆积物，还有化学充填作用，在溶洞中充填大量方解石晶体（康玉柱，2005）。

自然伽马测井曲线值明显升高，为中-高值，双侧向曲线为低值，低正幅差或无幅差，密度、中子以及声波时差都明显降低。

与该岩溶带有关的储层主要为半充填的中小型溶蚀孔洞、溶缝、洞顶破裂缝、河成角砾粒间孔（图2c）和粒间溶孔以及晶间溶孔。

4.1.4深部岩溶带

该相带处于静滞潜流带范围，岩溶水运动和交替极为缓慢，对原岩改造不明显，主要以溶孔和溶缝的零散发育为特征。

自然伽马值一般较低，呈锯齿状，双侧向曲线中高值，无幅差或很低的正幅差，密度曲线高值，声波时差及中子曲线表现为低值。

须二段中部的一套黑色泥页岩，即所谓“腰带子”沉积在研究区分布稳定，且能代表等时沉积体，以其顶面作为基线，详细分析岩溶旋回的横向及纵向的展布特征（图4）后认为研究区以发育1～3期岩溶旋回为主要特征，岩溶期次的发育情况与风化壳厚度的保存完整程度密切相关，岩溶高地、岩溶斜坡中上部以及岩溶洼地以发育1～2期岩溶旋回为主，岩溶斜坡下部发育3期岩溶旋回。

1～3套洞穴层近乎平行排列展布，洞穴层之间的距离变化不大，约20～30m，区域上走势受不整合面形态的控制而缓缓起伏变化。

图2川东北地区雷口坡组四段古岩溶孔隙特征宏观及显微特征照片

（a）-元坝12井，4860.5m，亮晶砂屑云岩粒间和粒内溶孔，对角线长4mm，（－）;（b）-元坝204井，4871.5m，垂向微溶缝，（－）;（c）-元坝12井，1（31/47），角砾间孔洞;（d）-元坝12井，4658.79m，微晶砂屑云岩中缝合线构造发育，见溶缝、溶孔，对角线长4mm，（－）;（e）-元坝12井，4660.91m，砂屑微晶云岩内溶孔及脉内溶孔，对角线长4mm，（－）;（f）-元坝12井，4657.99m，具弯曲晶面和波状消光的鞍状白云石发育晶间孔和晶间溶孔，对角线长4mm，（+）;（g）-仁和1井，3891m，泥微晶云岩中重晶石脉，对角线长1.6mm，（+）;（h）-仁和1井，3914m，泥微晶云岩中鞍形白云石-天青石脉，对角线长4mm，（+）;（i）-元坝204井，4874m，砂屑微晶云岩中石英脉，对角线长1.66mm，（+）;（j）-元坝204井，4857.03m，溶洞充填的黑色杂基及石英，粘土高岭石化，对角线长为0.8mm，（－）;（k）-元坝12井，1（21/47），石英晶体晶面呈星点状溶蚀;（l）-元坝12井，4657.14m，角砾化细-粉晶云岩中见网状溶缝，对角线长4mm，（－）;（m）-元坝12井，

4664.17m，溶蚀孔洞，对角线长4mm，（－）;（n）-元坝12井，4663m，砾间孔洞溶扩大洞，对角线长4mm，（－）;（o）-元坝12井，4657.59m，砂砾屑微晶云岩中见粒间溶孔，对角线长4mm，（－）

图3元坝204井表生岩溶特征柱状图

图4川东北地区表生岩溶发育剖面结构图

4.2风化壳岩溶储层区域分布

风化壳岩溶作用是各类地质作用综合作用的结果，不同地貌形态对岩溶发育起着控制作用（成都地质学院，长庆石油勘探局勘探开发研究院，1991），所以研究古岩溶地貌特征及其区域分布规律对掌握岩溶发育的空间分布规律、评价储层特征、预测有利储层的发育特征有着重要意义。

以须二段中部的“腰带子”顶面作为基准面，采用地层厚度印模法恢复该区须家河组沉积前的古地貌，并结合雷口坡组残余地层分布情况、风化壳厚度发育情况的综合分析进一步刻画元坝地区微地貌情况（图5）。

研究区须家河组沉积前的古地貌特征总体上表现为从北、东北和东部向南西倾斜的格局，可进一步划分为岩溶高地和岩溶斜坡2个地貌单元。

图5川东北地区雷口坡组四段表生岩溶地貌立体图

4.2.1岩溶高地

受地壳差异抬升的影响，岩溶高地位于古地形较高的部位，地貌形态表现为高台、局部浅洼等，主要分布于北部广元、南江，北东部马201井-河坝102井和东部宣汉地区，在马101井和马1井区发育岩溶浅洼。

由于该地貌单元是大气淡水的主要补给区，其无承压地下径流特征使得各微地貌单元泄水通畅，发育厚度较大的垂直渗流带为主，且具有溶蚀作用和充填作用均强的特征。

岩溶形态以漏斗、落水洞、溶隙为主，发育孤立溶洞，多为泥砂和角砾混合充填。

水平潜流带整体发育较弱，以发育水平溶洞层为特征，但在岩溶高地边缘和岩溶浅坑部位发育较好，所形成的岩溶缝洞多为泥沙、岩溶角砾和方解石充填或半充填。

4.2.2岩溶斜坡

岩溶斜坡位于岩溶高地与岩溶谷地之间的过渡地带，处于岩溶高地边缘的下倾部位，主要残余雷口坡组四段地层，地貌形态主要表现为斜坡及其上的岩溶残丘、溶沟和浅洼等，是研究区最主要的岩溶地貌单元。

岩溶残丘主要发育于仁和1井区。

溶沟多出现在斜坡内相对低洼的地带，溶沟内具有残余风化壳厚度薄的特点且为岩溶储集体发育差的区带，如元坝3井、元坝101井。

坡内浅洼主要发育于元坝204井区，是岩溶斜坡内的局部汇水区。

由于岩溶斜坡内地形条件有利于大气降水迅速下渗和顺层排泄，因此，该岩溶相带内往往是大气水垂直渗流和顺层潜流溶蚀最为强烈的部位，不仅渗流和潜流带厚，而且垂直和水平溶蚀形成的洞穴系统和地下暗河也最为发育，是最有利于古岩溶储层发育的地貌单元，其中又以岩溶残丘微地貌为最具潜力区。

5埋藏岩溶及其对储层的贡献

埋藏岩溶作用主要发生在碳酸盐岩中—深埋藏阶段，与地表或近地表水流循环没有直接联系，为相对封闭的地下水岩溶系统产生的岩溶作用（兰光志和江同文，1995），尤其是与有机质热演化过程中伴生的有机酸溶蚀碳酸盐矿物有关，也有人称之为深部岩溶作用、热水岩溶作用、构造期岩溶作用等（陈景山等，2007）。

现今学者认为埋藏岩溶又包括压释水岩溶和热水岩溶，前者与成藏过程中油气运移伴生，后者与特定地质历史时期的构造热事件有关。

5.1埋藏岩溶作用的有关证据

埋藏溶蚀作用能形成各种各样的孔隙，但由于其对前期孔洞的继承性使得它很难与前期孔洞区分或识别出来。

研究区埋藏岩溶作用的主要证据有:

（1）穿切压溶缝合线的溶缝（图2d）;

（2）沿缝合线发生溶解形成溶孔、溶洞和溶缝;（3）对脉体和基岩的非组构选择性溶蚀（图2e）;（4）热液溶蚀后的充填产物萤石脉、天青石脉、重晶石脉、巨晶方解石脉和天青石-萤石-鞍形白云石脉的产出，并见部分的溶蚀现象（图2f-h）;（5）富含SiO2的酸性水溶液溶蚀缝、裂缝并充填形成各种石英脉（图2i）和黑色粘土高岭石化（图2j）;（6）碱性水溶蚀石英脉形成晶面呈星点状溶蚀孔（图2k）;（7）丰富多样的黄铁矿产出，是含H2S流体的有利证据。

5.2埋藏岩溶作用形成的孔隙类型

研究区埋藏期岩溶作用诱发机制多样，产生的孔隙类型也各异。

发生于中-深埋藏阶段，在温度大于120℃时，来自上覆须家河的烃类与区内雷口坡组的硫酸盐矿物（如石膏等）发生热化学还原作用，生成蚀变烃类、固态沥青、CO2和H2S，并释放出热量（Macheletal.，1995），前人研究表明，溶于水中的H2S也是碳酸盐岩埋藏溶蚀作用的1种重要营力（Mazzullo，1981;Mazzulloandharris，1992）。

由于该类孔隙的形成在时间上与烃类的生成、运聚相匹配，因而成为油气储层的有效储集空间。

热液流体对雷口坡组的溶蚀及其产生的热液白云石化作用对储层孔隙的形成起到重要作用，鞍形白云石是热液背景的重要指示物（汪华等，2009）。

鞍形云石脉内两相流体包裹体的均一温度为123～162℃，大多数在140～150℃，落在DaviesandSmith（2006）总结出的热液成因马鞍状白云石分布范围（100～180℃）内。

碳、氧同位素组成取决于白云石化介质的盐度和温度的控制和影响（何莹等，2006）。

鞍形白云石脉体的δ13CPDB、δ18OPDB一般为1.17‰～－6.25‰和－9.43‰～－14.88‰且δ18OPDB值主要集中在－11‰～－12‰之间，δ13CPDB变化较大是由于淡水混入有机碳的进入，而δ18OPDB偏负是热分馏的结果。

鞍形白云石脉体的87Sr/86Sr介于0.709097～0.709223，与同期海水的87Sr/86Sr值（0.709034～0.709031）（Veizeretal.，1999）比明显富87Sr，与全球范围内大部分鞍状白云石富集放射性成因的锶同位素87Sr/86Sr比值（Veizer，1989;JonesandJenkyns，2001）相一致。

这些埋藏溶蚀作用叠加于此前的各种古岩溶作用之上，并对其进行改造（陈学时等，2004）。

雷口坡组中埋藏岩溶成因的孔隙以非组构选择型为主，主要包括构造溶扩缝、缝合线溶扩缝、溶蚀孔洞和溶扩孔洞等。

组构选择型主要以粒间溶孔和晶间溶孔为主。

（1）构造溶扩缝:

表现为沿网状构造缝的溶扩，周边各类型溶蚀孔、洞发育良好，是溶蚀流体和后期油气运移的良好通道（图2l）。

（2）溶蚀孔洞:

多沿裂缝分布，孔洞一般见2～3条溶蚀缝沟通，溶蚀充填物或围岩，形状不规则，大小不一，呈串珠状或囊状（图2m）。

（3）缝合线溶扩缝:

该溶扩缝是埋藏岩溶作用的主要特征之一。

见缝合线经埋藏溶蚀作用后的扩大变粗或形成缝合线溶扩孔洞，在缝合线周围还形成众多的细小溶蚀孔洞。

（4）溶扩孔洞:

主要表现为对风化壳水平洞穴中发育的砂砾岩砾间孔洞的溶扩（图2n）。

（5）粒间溶孔:

粒间孔内的方解石胶结物被溶蚀而成，该类型较少见（图2o）;

（6）晶间溶孔:

主要发育充填脉体内的白云石、方解石脉的晶间溶孔或晶粒化的微晶—中晶云岩的晶间溶孔，该类型是研究区该时期发育的主要溶孔（图2g）;

以上特征表明，埋藏溶蚀作用总是沿着前期已形成的古岩溶孔洞缝系统发生，并且往往优先溶蚀各种孔洞和裂缝充填物，使储层孔隙表现出对前期孔隙系统的继承性。

同时，这类溶蚀孔洞形成后烃类的及时占位，使其不被后期胶结物充填。

因此，埋藏溶蚀作用是储层形成的最主要和直接因素。

5.3埋藏岩溶储层的区域分布

埋藏溶蚀作用主要是对前期存在的孔洞系统充填后残余的孔隙系统进行溶扩，埋藏期储层的发育分布具有继承同生期、表生期大气淡水溶蚀形成的孔洞缝系统的特征。

构造拉张作用形成的断裂等有利于热液溶蚀作用的形成从而有利于此类储层的发育，深埋藏过程中构造作用形成的裂缝、压溶作用产生的缝合线也是该类储层形成的有利因素，风化壳顶部须家河组沉积物以及埋藏过程中胶结物对前期岩溶孔洞缝系统的充填必然制约埋藏岩溶储层的发育。

因此，埋藏岩溶储层区域分布上继承前期储层的分布并与构造断裂发育带的分布有关。

6结论

（1）古岩溶作用是川东北地区雷口坡组四段储层形成的关键要素，主要包括同生岩溶、风化壳岩溶和埋藏岩溶三种不同的岩溶类型。

（2）同生岩溶作用控制早期碳酸盐岩储层的形成和分布，储集空间类型以大气淡水选择性溶蚀形成的粒内和粒间溶孔为主，主要局限分布在局限-蒸发台地内的高能滩相带。

（3）风化壳岩溶作用是川东北雷口坡组四段储层形成的关键作用。

储层在垂向上主要分布于地表岩溶带呈碎屑支持的角砾灰岩和云岩、垂直渗流带半充填的高角度溶缝以及中小型溶蚀孔洞和水平岩溶带半充填的中小型溶蚀孔洞、溶缝、洞顶破裂缝和河成角砾中，平面上主要发育于岩溶斜坡区，又以岩溶残丘为最有利微地貌单元。

（4）埋藏岩溶作用形成的孔洞具有对原有孔洞系统的继承性，是储层优化改造的关键因素，与上覆须家河组有机质热演化过程中伴随的有机酸以及热液溶蚀碳酸盐矿物有关。

前期岩溶作用、后期构造裂缝及缝合线特别是拉张构造断裂的发育有利于该类储层的产生，上覆沉积物和后期胶结物的对孔洞缝充填共同制约着该类储层的发育。