劉宣威，田亞銘，張慧，李翔，羅啟超，黃正

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.成都理工大學(xué)自然資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司儲(chǔ)氣庫(kù)分公司，北京 102206；4.中國(guó)石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇 揚(yáng)州 224261）

0 引言

二疊系是四川盆地較早進(jìn)行天然氣勘探的層系之一，為四川盆地油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要層系。中二疊統(tǒng)茅口組晚期受控于開(kāi)江—梁平海槽開(kāi)啟［1］，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)臺(tái)盆分異，茅口組晚期發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地模式及良好的臺(tái)緣儲(chǔ)層，與槽內(nèi)烴源巖發(fā)育區(qū)形成了良好的源儲(chǔ)組合。近年來(lái)，在這一理念的指導(dǎo)下，元壩7井、元壩701井、龍17井等多口井在茅口組晚期鉆遇油氣顯示，并取得豐碩的勘探成果。

隨著拗拉槽理論研究的不斷深入，有學(xué)者認(rèn)為區(qū)域上開(kāi)江—梁平海槽在茅口組晚期驟然開(kāi)啟之前，需要拉張應(yīng)力不斷積蓄［2-3］，積蓄的張應(yīng)力影響了茅口組中早期的沉積格局，茅二段灘相儲(chǔ)層由此受到關(guān)注。由于茅一、茅二段界面處于最大海泛面附近，且華南板塊處于近赤道溫暖環(huán)境［4］，適宜的溫度及熱帶洋流帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成了生物勃發(fā)，有機(jī)碳大量埋藏，發(fā)育黑色泥巖、“眼球狀”含泥灰?guī)r，為潛在的良好烴源巖。由于茅二段儲(chǔ)層相對(duì)于茅口組晚期地層，與這套潛在烴源巖源儲(chǔ)緊鄰，基于碳酸鹽巖近源成藏的特征［5］，更易被這套烴源巖短距離運(yùn)移充注成藏，因此茅二段儲(chǔ)層成為新一輪的勘探目的層。

由于川北地區(qū)構(gòu)造破碎，構(gòu)造事件繁復(fù)，古地貌差異較大，沉積環(huán)境復(fù)雜多變，故巖相在縱橫向顯示出較大差異。致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層受構(gòu)造活動(dòng)、沉積、成巖作用等多種因素的影響，研究區(qū)成巖作用發(fā)育程度具有差異性和多期次性，成巖序列復(fù)雜，對(duì)儲(chǔ)層控制因素尚不明確。基于此，選取研究區(qū)典型井及剖面，利用薄片鑒定、陰極發(fā)光、掃描電鏡、物性分析、高壓壓汞等手段，明確了研究區(qū)儲(chǔ)層特征及控制因素，以期為下一步勘探提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川北地區(qū)構(gòu)造位置位于龍門(mén)山斷褶帶北緣、米倉(cāng)山凸起帶和川北古中坳陷低緩構(gòu)造帶的過(guò)渡區(qū)［6］。由于華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞、拼貼，最終形成華北板塊南緣以逆沖推覆構(gòu)造為主、揚(yáng)子板塊北緣以大規(guī)?；撏聘矘?gòu)造為主的強(qiáng)烈前陸變形構(gòu)造格局。受東吳運(yùn)動(dòng)影響，茅口組抬升遭受約7～8 Ma的沉積間斷［7］，研究區(qū)極其發(fā)育的斷裂為流體選擇性改造儲(chǔ)層提供了良好的通道條件［8］。同時(shí)，基于中二疊統(tǒng)峨眉山地幔柱活動(dòng)帶來(lái)的異常熱事件［9］，地層溫度克服了白云石形成的動(dòng)力學(xué)屏障，發(fā)育了大規(guī)模的白云巖儲(chǔ)層［10］。研究區(qū)位于上揚(yáng)子地臺(tái)西北緣的青川—?jiǎng)﹂w—閬中—巴中—南江一線(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

圖1 川北地區(qū)構(gòu)造位置示意

川北地區(qū)茅口組主要發(fā)育海相碳酸鹽巖。茅口組由下至上依次為茅一段、茅二段、茅三段和茅四段。不同單位和企業(yè)對(duì)茅口組內(nèi)部小層劃分略有差異［11-13］。受東吳運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈抬升的影響，茅口組地層在盆地內(nèi)普遍遭到剝蝕。茅二段地層保存相對(duì)完好，厚度在60～140 m。茅二段繼承了茅口組初期的沉積格局，主體呈現(xiàn)西南厚北東薄的趨勢(shì)。

研究區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地沉積模式，由于勉略洋盆的持續(xù)收縮和盆內(nèi)張應(yīng)力拉伸的影響，臺(tái)內(nèi)沿伸展力方向裂解并發(fā)育一系列臺(tái)洼。茅二段中晚期，沿臺(tái)洼邊緣持續(xù)生成疊置灘體，更易于受到后期流體改造而形成有利儲(chǔ)集體。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖性、物性特征

茅二段潛在儲(chǔ)集巖類(lèi)主要為石灰?guī)r類(lèi)及白云巖類(lèi)。石灰?guī)r類(lèi)以受后期巖溶改造的生屑灰?guī)r為主，鏡下常見(jiàn)生物碎屑幻影被方解石交代，發(fā)育位置及展布特征表現(xiàn)出明顯的相控和層控特征。白云巖類(lèi)可細(xì)分為細(xì)晶白云巖、中—粗晶白云巖及鞍形白云巖。

根據(jù)研究區(qū)茅口組樣品測(cè)試統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：茅口組孔隙度分布在0.19%～6.33%，平均0.83%，孔隙度分布峰值在0～1%，約占樣品總數(shù)的89%，孔隙度大于2%的樣品僅2件，約占樣品總數(shù)的4%；滲透率分布在0.010 9×10-3～0.605 5×10-3μm2，平均0.046 2×10-3μm2，滲透率分布峰值在0.01×10-3～0.02×10-3μm2，約占樣品總數(shù)的45%。整體而言，茅口組巖石普遍比較致密，屬于特低孔低滲儲(chǔ)層，如無(wú)后期成巖改造，難以形成有效的儲(chǔ)層及油氣運(yùn)移通道（見(jiàn)圖2）。

2.2 孔隙類(lèi)型及特征

茅二段原生孔隙多被成巖作用破壞，依賴(lài)后期溶蝕及白云巖化改善儲(chǔ)集體。研究區(qū)原生孔多被破壞，僅在后期膠結(jié)的方解石脈中見(jiàn)少量孔隙保存，茅二段儲(chǔ)集體依賴(lài)強(qiáng)烈的溶蝕作用帶來(lái)的次生孔隙貢獻(xiàn)。野外剖面及鉆井巖心觀察發(fā)現(xiàn)，茅二段發(fā)育大規(guī)模復(fù)合型巖溶，野外剖面及巖心均可觀察到大小不一的層狀溶蝕孔洞發(fā)育（見(jiàn)圖3）。

圖3 元壩地區(qū)茅二段巖石孔隙特征

對(duì)茅二段典型樣品進(jìn)行壓汞法毛細(xì)管壓力實(shí)驗(yàn)分析（見(jiàn)表1）。最大孔喉半徑為0.06～1.74μm，平均0.57μm，主要為微細(xì)喉道。中值半徑為0.01～0.34μm，平均0.11μm。喉道分選系數(shù)為1.34～4.69，平均2.81，分選系數(shù)較小，孔喉分布較好。歪度系數(shù)為-11.85～1.31，平均-2.67，歪度系數(shù)較小且多為負(fù)值，表現(xiàn)出較差的儲(chǔ)集性，對(duì)應(yīng)的壓汞曲線(xiàn)分選好、細(xì)偏度。排驅(qū)壓力為0.43～12.59 MPa，平均4.78 MPa，排驅(qū)壓力較高，為低孔滲巖樣孔隙結(jié)構(gòu)特征，壓汞曲線(xiàn)平臺(tái)區(qū)較短或幾乎沒(méi)有平臺(tái)區(qū)。中值壓力為2.17～50.64 MPa，平均19.71 MPa，中值壓力較高，表明儲(chǔ)層孔滲性較差。退汞效率為6.37%～61.05%，平均19.14%，退汞效率偏低，為微細(xì)喉道儲(chǔ)層特征。最大進(jìn)汞飽和度變化較大，介于27.23%～95.23%，平均80.58%，最大進(jìn)汞飽和度普遍在80%以上，但排驅(qū)壓力較高。總體表現(xiàn)為孔隙小、喉道偏細(xì)、孔隙度和滲透率低的小孔細(xì)喉儲(chǔ)層特征。

表1 茅二段典型樣品壓汞參數(shù)

3 儲(chǔ)層控制因素分析

3.1 構(gòu)造-沉積演化控制成巖作用范圍

在同沉積階段，茅二段總體繼承了下伏茅一段的沉積模式及古地理格局，發(fā)育臺(tái)緣相帶不明顯的碳酸鹽巖臺(tái)地緩斜坡模式，地勢(shì)總體平緩，地層厚度變化小，相對(duì)平緩的地勢(shì)使得灘體呈薄層疊置層狀發(fā)育。對(duì)目標(biāo)層位85塊樣品孔滲數(shù)據(jù)分析顯示：茅二段灘相沉積的孔隙度介于0.40%～6.33%，平均1.11%，滲透率介于0.004 1×10-3～0.130 0×10-3μm2，平均0.120×10-3μm2；灘間海相沉積的孔隙度介于0.30%～0.98%，平均0.56%，滲透率介于0.004 0×10-3～0.110 0×10-3μm2，平均0.019×10-3μm2。茅二段儲(chǔ)層總體致密，灘相相對(duì)于其他沉積微相具有相對(duì)良好的孔滲條件，有利于后期溶蝕及白云巖化作用改造形成次生孔隙。

中二疊統(tǒng)末期的東吳運(yùn)動(dòng)顯著影響了茅口組的古地貌形態(tài)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致盆地周緣斷裂系統(tǒng)廣泛發(fā)育，為巖溶作用提供了通道，板塊整體抬升使得茅二段發(fā)育的疊置灘體仍維持在相對(duì)高的古地貌位置，形成眾多巖溶高地，并環(huán)繞灘體周緣形成巖溶斜坡區(qū)。地震平面展布顯示，在巖溶斜坡區(qū)域，茅二段儲(chǔ)層受早成巖期巖溶改造形成一系列異常地質(zhì)體（見(jiàn)圖4）。

圖4 元壩地區(qū)茅二段地震平面展布

茅二段儲(chǔ)集體鄰近裂縫發(fā)育區(qū)，在巖溶斜坡古地貌及灘相展布的控制下，由巖溶作用和白云巖化作用疊合改造形成。

3.2 成巖作用改造孔隙

茅二段經(jīng)歷了壓實(shí)、壓溶、膠結(jié)、白云巖化、溶蝕、硅化及烴類(lèi)充注等多種成巖作用改造（見(jiàn)圖5）。鏡下陰極發(fā)光下，方解石斑塊內(nèi)出現(xiàn)多期環(huán)帶，顯示多期充填特征，說(shuō)明研究區(qū)存在多期流體入侵，發(fā)育多期溶蝕、白云巖化、膠結(jié)作用（見(jiàn)圖6）。

圖5 元壩地區(qū)茅口組成巖作用特征

圖6 元壩地區(qū)茅二段陰極發(fā)光特征

3.2.1 建設(shè)性成巖作用

溶蝕作用在川北地區(qū)中二疊統(tǒng)茅二段儲(chǔ)層中發(fā)育程度強(qiáng)，主要發(fā)育溶蝕孔、溶蝕微縫等，巖性為生屑灰?guī)r、微晶灰?guī)r等，分布較廣泛。茅口組大致可見(jiàn)淡水淋濾成因白云巖化和熱液成因白云巖化2種成因。淡水淋濾成因白云巖化的鏡下現(xiàn)象又可分為2種：第1種為早成巖期對(duì)原生方解石顆粒交代形成的細(xì)小微晶白云石顆粒；第2種為較晚期的大顆粒亮晶白云石充填在孔隙中。熱液成因白云石在手標(biāo)本上觀察的形態(tài)為砂糖狀，鏡下表現(xiàn)為晶形很好的菱形狀白云石，呈星散狀分布，具有明顯“霧心亮邊”，顆粒大小均勻，沿裂隙發(fā)育較多（見(jiàn)圖5d，5e）。碳氧同位素顯示：茅口組微晶灰?guī)r的碳同位素介于2.17‰～4.20‰，平均3.69‰；氧同位素介于-7.20‰～-3.95‰，平均-4.91‰。白云巖的碳同位素與基質(zhì)灰?guī)r保持一致，氧同位素相對(duì)偏負(fù)值，表明白云巖形成受高溫?zé)嵋旱挠绊懀?1］。

3.2.2 破壞性成巖作用

川北地區(qū)茅二段發(fā)育多期次膠結(jié)、重結(jié)晶、壓溶、壓實(shí)破壞性成巖作用，導(dǎo)致未受建設(shè)性成巖作用改造的巖石表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)闹旅苄浴Ｄz結(jié)作用主要發(fā)育在生屑灰?guī)r中，以亮晶方解石的3個(gè)世代膠結(jié)為特征，前期為微晶針狀方解石—晶形較好的粉晶方解石，后期為細(xì)晶—中晶的充填完成整個(gè)膠結(jié)作用。茅口組膠結(jié)作用整體表現(xiàn)為顆粒之間的亮晶方解石膠結(jié)。膠結(jié)作用是茅口組石灰?guī)r致密的首要原因，導(dǎo)致部分儲(chǔ)層質(zhì)量較差（見(jiàn)圖5a—5c）。茅口組重結(jié)晶作用表現(xiàn)為顆粒內(nèi)部單晶或多晶結(jié)構(gòu)的方解石，主要發(fā)育在生物灰?guī)r中，生物碎片內(nèi)部由微晶方解石轉(zhuǎn)變?yōu)榱辆У亩嗑ЫY(jié)構(gòu)方解石和單晶結(jié)構(gòu)方解石。原始細(xì)小顆粒重結(jié)晶為較大晶體，堵塞了大量原生孔隙，從而降低了茅口組孔隙度。壓實(shí)作用在吳家坪組較常見(jiàn)，主要表現(xiàn)在巖石顆粒之間的線(xiàn)接觸（見(jiàn)圖5f—5i）。

3.2.3 成巖作用控制孔隙演化

同生階段，茅二段中晚期發(fā)育大量的生屑灘建造，灘體位于海平面之上。同生期巖溶時(shí)間較短，短時(shí)間內(nèi)大氣淡水選擇性溶蝕改造灘體，同時(shí)期地幔柱群活躍帶來(lái)的區(qū)域高熱流背景給巖石的白云巖化提供了足夠的能量［12］。頻繁的構(gòu)造活動(dòng)為流體運(yùn)移提供了良好的通道條件，熱流體沿?cái)嗳荏w交代白云巖化改造孔隙度相對(duì)良好的生屑灘體，灘體孔滲條件進(jìn)一步變好。這時(shí)期的白云巖化作用一直持續(xù)至印支期，但基于二疊世上揚(yáng)子區(qū)文石海環(huán)境，同沉積期改造的孔隙被方解石及文石膠結(jié)物充填膠結(jié)，孔隙度相對(duì)減小。

早成巖階段，在東吳運(yùn)動(dòng)后，茅口組經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的沉積間斷［13］，大氣降水淋濾改造儲(chǔ)層，同時(shí)，峨眉山大火成巖省噴發(fā)帶來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間酸雨事件使這一溶蝕現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。早表生期，茅口組頂部廣泛發(fā)育風(fēng)化殼-巖溶型儲(chǔ)層［14］。

埋藏階段，上覆地層壓力促使巖石致密化，持續(xù)進(jìn)行的拗拉槽群開(kāi)啟、勉略洋盆收縮及米倉(cāng)山古陸隆起等繁復(fù)的構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致裂縫系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)育，并被第2世代膠結(jié)物充填。此時(shí)烴類(lèi)成熟開(kāi)始生烴，烴類(lèi)沿?cái)嗔严到y(tǒng)進(jìn)入茅口組儲(chǔ)層，驅(qū)除孔隙水，隔絕水巖反應(yīng)，阻止了儲(chǔ)層進(jìn)一步致密。烴類(lèi)充注時(shí)間越早，對(duì)維持巖石孔隙度的貢獻(xiàn)越大。

表生階段，喜山運(yùn)動(dòng)褶皺造成最后一期裂縫發(fā)育，巖溶發(fā)育生成良好的孔隙。但這一階段儲(chǔ)集體的形成晚于油氣成藏時(shí)間，對(duì)油氣勘探的貢獻(xiàn)有限。

3.3 構(gòu)造破裂是儲(chǔ)層優(yōu)化的重要條件

研究區(qū)位于龍門(mén)山山前帶與米倉(cāng)山-大巴山山前帶交會(huì)處，構(gòu)造破碎，受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)共同影響形成極為發(fā)育的斷裂系統(tǒng)，為儲(chǔ)層空間改造和油氣藏形成提供了良好的通道及儲(chǔ)集條件。由于研究區(qū)在地史時(shí)期一直受上揚(yáng)子板塊西緣拼合、對(duì)撞的影響，以及川北低平褶皺帶的持續(xù)擠壓（以剪應(yīng)力為主），斷裂系統(tǒng)形成后會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)被閉合，長(zhǎng)時(shí)間處于封閉狀態(tài)，所以對(duì)海西期油氣充注之前形成的斷裂尤其需要關(guān)注。

同沉積期，龍門(mén)山前緣發(fā)生構(gòu)造掀傾，在貓兒塘—白家—三堆鎮(zhèn)—龍鳳村一線(xiàn)形成了大量裂隙，伴隨區(qū)域異常熱事件帶來(lái)的熱流體入侵，在龍門(mén)山山前帶茅二段發(fā)育熱液白云巖化現(xiàn)象。同沉積期—早成巖期，伴隨勉略洋盆的持續(xù)收縮和拗拉槽群的持續(xù)開(kāi)啟，研究區(qū)形成了短時(shí)間的拉張環(huán)境，在開(kāi)江—梁平海槽北緣的王家溝—朝天一線(xiàn)及南緣龍門(mén)山地區(qū)南側(cè)形成了一系列張性斷裂，為溶蝕作用的產(chǎn)生提供了良好的通道。斷裂周緣的茅口組致密灰?guī)r受溶蝕及構(gòu)造破裂改造，常見(jiàn)良好的油氣顯示：龍?zhí)?井頂部發(fā)生井漏，測(cè)試日產(chǎn)氣量可達(dá)126.77×104m3；龍16井茅口組測(cè)試日產(chǎn)氣量為251.74×104m3；龍004-x1井茅口組測(cè)試日產(chǎn)氣量為118.33×104m3；雙探1井茅口組測(cè)試日產(chǎn)氣量為126.77×104m3。

4 有利儲(chǔ)集區(qū)預(yù)測(cè)

根據(jù)巖性組合特征、沉積微相特征、構(gòu)造位置、裂縫發(fā)育程度、成巖作用強(qiáng)度及不同巖性的物性參數(shù)，劃分研究區(qū)有利儲(chǔ)集相帶。研究認(rèn)為：一部分有利區(qū)仍受灘相展布的控制，由于東吳運(yùn)動(dòng)在一定程度上繼承了同沉積期古地貌格局，灘體處于相對(duì)高位，古地貌上多屬于巖溶殘丘與巖溶高地的發(fā)育部位與斜坡部位，溶蝕作用強(qiáng)烈，發(fā)育巖溶高地與顆粒灘疊合區(qū)帶，儲(chǔ)集性?xún)?yōu)越；另一部分有利區(qū)主要分布在盆地邊緣王家溝—正源—大兩鄉(xiāng)一帶，由于處于山前帶褶皺區(qū)，受斷裂系統(tǒng)控制，流體及白云巖化改造強(qiáng)烈，儲(chǔ)集性也相對(duì)較好，為次級(jí)有利區(qū)。

5 結(jié)論

1）川北地區(qū)茅二段發(fā)育灘相儲(chǔ)層，孔滲條件較差，依賴(lài)后期改造。川北地區(qū)茅口組儲(chǔ)層成巖序列復(fù)雜，至少受3期成巖流體影響，孔隙依賴(lài)巖溶和白云巖化作用貢獻(xiàn)。

2）川北地區(qū)茅口組儲(chǔ)層受古地貌格局、沉積、成巖作用及構(gòu)造破裂共同控制，有利區(qū)主要位于元壩鎮(zhèn)附近、九龍山東側(cè)、龍門(mén)山東側(cè)及大巴山王家溝—正源—大兩鄉(xiāng)一帶。