印長海 師江波 鄭劍鋒 王顯東 田小彬 鞠林波 韋裕琳 汪海燕 張慧君 白雪晶

（1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712；2.中國石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大慶油田研究分室，黑龍江 大慶 163712；3.中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023）

0 引 言

白云巖儲(chǔ)集層是非常重要的油氣儲(chǔ)集層［1］，全球有50%的油氣儲(chǔ)量分布于白云巖儲(chǔ)集層［2］。四川盆地碳酸鹽巖氣田的90%以上天然氣儲(chǔ)量富集于震旦系—二疊系的白云巖儲(chǔ)層中。

四川盆地下二疊統(tǒng)具有較長的勘探歷史，20世紀(jì)60年代，蜀南地區(qū)鉆遇茅口組縫洞型生物灰?guī)r氣藏，發(fā)現(xiàn)了荷包場、自流井等氣田［3］；21世紀(jì)以來，川西北河灣場、礦山梁、射箭河等地區(qū)的下二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層勘探取得了豐碩成果［4］。近年來，四川盆地中部地區(qū)（川中地區(qū)）JT1等多口井在茅口組白云巖儲(chǔ)層中獲得日產(chǎn)百萬方高產(chǎn)氣流，使得這套白云巖層系成為重要的接替領(lǐng)域［5］。

川中礦權(quán)區(qū)流轉(zhuǎn)至大慶油田有限責(zé)任公司以來，近3 a新部署完鉆的15口探井累計(jì)鉆遇90 m白云巖儲(chǔ)層，其中5口井測試單井日產(chǎn)氣量超106m3，TS11井茅二段鉆遇13 m白云巖儲(chǔ)層，酸壓測試獲日產(chǎn)233×104m3的高產(chǎn)氣流，創(chuàng)四川盆地茅口組白云巖儲(chǔ)層測試新紀(jì)錄，證實(shí)了川中茅口組白云巖儲(chǔ)層具有重要勘探意義。前人對四川盆地茅口組的研究主要集中在川西北地區(qū)和蜀南地區(qū)的沉積環(huán)境、儲(chǔ)層特征以及巖相古地理等方面，川中地區(qū)的研究相對較少［6?9］，并且對茅口組白云巖成因機(jī)理的認(rèn)識爭議較大，白云巖化作用的認(rèn)識亦存在多種成因解釋，諸如混合水交代成因［10］、埋藏白云石化成因［7，11］、埋藏?zé)嵋焊脑斐梢颍?2］、玄武巖淋濾白云巖化［13］以及多期疊加改造成因［6］等，導(dǎo)致對于川中合川地區(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層成因的認(rèn)識不清晰，嚴(yán)重制約了研究區(qū)有利儲(chǔ)層的預(yù)測及勘探部署。

本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，利用四川盆地川中地區(qū)合川-潼南區(qū)塊最新的油氣勘探成果和4口取心井的巖心、分析化驗(yàn)及地震資料，系統(tǒng)開展了茅口組白云巖儲(chǔ)層特征研究，明確了白云巖儲(chǔ)層發(fā)育主控因素和分布規(guī)律，為茅口組油氣勘探和區(qū)帶優(yōu)選提供支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地在大地構(gòu)造上處于揚(yáng)子板塊西北部，是揚(yáng)子板塊的一個(gè)次級構(gòu)造單元［14］（圖1）。受加里東末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，四川盆地部分地區(qū)隆升，形成西南高、東北低的古地貌格局，奧陶系及其以上地層遭受了不同程度的剝蝕［15］。二疊紀(jì)初期，四川盆地全面下沉并接受沉積，在茅口期沉積了一套開闊臺地相碳酸鹽巖，為薄層至塊狀的灰-深灰色泥晶灰?guī)r及亮晶生屑灰?guī)r，含有孔蟲、綠藻、珊瑚及腕足等生物［16］。受東吳期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和峨眉地幔柱活動(dòng)的影響，茅口組沉積末期地層遭受暴露剝蝕（時(shí)間長達(dá)7～8 Ma）［15］，在茅口組頂部形成了區(qū)域性不整合面，然后海平面上升，致使茅口組頂部沉積了一套區(qū)域穩(wěn)定分布的海陸交互相的龍?zhí)督M含煤系地層［17］。

圖1 合川-潼南區(qū)塊構(gòu)造位置及茅口組綜合柱狀圖Fig. 1 Structural location and comprehensive stratigraphic column of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

川中地區(qū)二疊系總體表現(xiàn)為南淺北深、向北傾斜的大型低緩斜坡構(gòu)造，整體以低幅度的褶皺構(gòu)造為主［18］；合川-潼南區(qū)塊位于川中平緩構(gòu)造帶的東南翼部，面積約5 000 km2，茅口期發(fā)育開闊臺地相碳酸鹽巖。研究區(qū)新部署完鉆的探井相對集中，均鉆穿茅口組，HS4、TS4等井鉆遇茅二段層狀白云巖儲(chǔ)層，取心資料豐富。依據(jù)自然伽馬曲線特征，合川-潼南地區(qū)茅口組自下而上可劃分為4個(gè)巖性段，茅一段為黑灰色泥質(zhì)灰?guī)r和含泥灰?guī)r、含泥質(zhì)的泥晶灰?guī)r，茅二段為灰色泥晶、亮晶灰?guī)r，局部井區(qū)在茅二段中部發(fā)育層狀白云巖，茅三段為淺灰色亮晶生屑灰?guī)r，茅四段受剝蝕作用影響大，多保存不全，主要為深灰色-黑灰色含生屑的泥晶灰?guī)r。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

通過對研究區(qū)內(nèi)巖心及薄片的觀察發(fā)現(xiàn)，合川地區(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層巖性以中-細(xì)晶云巖、殘余顆粒云巖為主，以及少量的粗晶云巖、鞍狀白云巖等。

2.1.1 中-細(xì)晶白云巖

中-細(xì)晶白云巖是研究區(qū)最為常見的一種白云巖，粒徑為0.5～0.2 mm，完全由交代或重結(jié)晶作用形成的白云石晶體組成，其原生組構(gòu)已經(jīng)無法識別。鏡下可見白云石晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，白云石晶體多呈半自形-他形，晶粒間鑲嵌接觸（圖2（a）、（b））；偶見原巖組構(gòu)破壞嚴(yán)重具生物碎屑幻影，局部微裂縫較發(fā)育，晶間溶孔較發(fā)育，多為孤立狀或斷續(xù)的不規(guī)則形態(tài)，被亮晶方解石半充填。該類白云巖主要特征是在顯微鏡下晶粒具有霧心亮邊特征，晶體表面常見塵點(diǎn)狀雜質(zhì)，也說明白云石形成于淺埋藏的成巖環(huán)境中。

2.1.2 殘余顆粒云巖

殘余顆粒云巖由顆粒灰?guī)r云化而成（圖2（c）），為顆粒灘沉積的產(chǎn)物，灘體云化后顆粒結(jié)構(gòu)仍局部保留。鏡下可見灰質(zhì)生屑顆粒結(jié)構(gòu)幻影，僅余少量顆粒仍可分辨（圖2（d）），晶形半自形特征明顯。顆粒主要為生屑顆粒，以及少量砂屑、藻砂屑等，生屑顆粒體積分?jǐn)?shù)為50%～70%，包括有孔蟲、蜓類、腕足碎片、介形蟲等，形態(tài)不規(guī)則，多呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)、纖狀結(jié)構(gòu)。

這類儲(chǔ)集巖具殘余粒間孔或晶間孔的溶蝕擴(kuò)大現(xiàn)象，常具選擇性溶蝕特征。

2.1.3 粗晶云巖和鞍狀云巖

此類白云巖由粗晶白云石組成，白云石晶體多呈他形，具有獨(dú)特彎曲晶面，邊緣極不規(guī)則，波狀消光（圖2（e）），通常作為晶洞和裂縫內(nèi)的膠結(jié)物存在，為成巖后期的熱液白云巖化的產(chǎn)物。

如圖3所示，信號傳感器傳輸試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過通道數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入無線發(fā)射模塊，通過信號采集器的無線接收模塊接收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)入嵌入式計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)場通過顯示器進(jìn)行初步數(shù)據(jù)分析、處理，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存導(dǎo)入excel制成圖表進(jìn)行深入分析處理。

圖2 合川?潼南地區(qū)茅二段白云巖巖石學(xué)特征照片F(xiàn)ig. 2 Photos of dolomite petrology of 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

2.2 空間類型

茅二段白云巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型總體多樣，既有受組構(gòu)控制的生物體腔孔、粒內(nèi)溶孔、晶間（溶）孔，又有不受組構(gòu)控制的溶洞、構(gòu)造縫和溶縫（圖2（e）—（h））。鏡下生物體腔孔較常見，主要發(fā)育在有孔蟲、腕足和藻類內(nèi)部，但孔隙也多被亮晶方解石充填，僅殘留少量白云石晶粒之間的晶間孔，而多數(shù)由于溶蝕作用形成晶間溶孔，呈不規(guī)則多邊形，單個(gè)孔隙直徑為50～100 μm。其中TS4井和TS11井取心見到溶洞發(fā)育段，溶洞直徑最大可達(dá)10 cm，形狀不規(guī)則，多數(shù)洞壁充填乳白色鞍狀白云石晶粒（圖2（g）、（h）），部分溶洞可見到與微裂縫相伴生，可能是大氣淡水和地層水沿裂縫運(yùn)移過程中，對先期孔隙的溶蝕擴(kuò)大。

2.3 儲(chǔ)層物性

碳酸鹽巖橫向連續(xù)性差、厚度變化大、非均質(zhì)性強(qiáng)［19］，采用區(qū)內(nèi)4口取心井的 30個(gè)全直徑巖心分析資料，建立了全直徑巖心分析有效孔隙度和空氣滲透率分布直方圖（圖3）。

圖3 合川-潼南地區(qū)茅二段白云巖儲(chǔ)層物性特征Fig. 3 Dolomite reservoir properties of 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

茅二段白云巖儲(chǔ)層全直徑巖樣有效孔隙度主要為2.0%～8.4%，平均值為4.3%，中值為3.5%；空氣滲透率主要為0.01×10-3～100×10-3μm2，平均為4.71×10-3μm2，中值1.77×10-3μm2，顯著高于柱塞樣品的孔隙度（中值3.0%）和滲透率（中值1.36×10-3μm2），更能反映研究區(qū)發(fā)育溶蝕孔洞型儲(chǔ)層的特點(diǎn)。

按照中國石油儲(chǔ)層孔隙度和滲透率分類標(biāo)準(zhǔn)，茅二段白云巖儲(chǔ)層物性總體表現(xiàn)為低孔、低滲的特征。

2.4 儲(chǔ)層分布

茅二段白云巖儲(chǔ)層縱向主要發(fā)育在茅二段中部，巖性主要為白云質(zhì)含量較高的白云巖、含灰云巖及部分灰質(zhì)云巖，單層厚度為5～23 m；橫向穩(wěn)定分布，較連續(xù)，在平面上存在較大差異性和非均質(zhì)性，自研究區(qū)東西兩側(cè)向中部地區(qū)及靠近古地貌高部位的云化程度逐漸變強(qiáng)，單層厚度增大，儲(chǔ)層物性相應(yīng)變好，根據(jù)巖心樣品的物性分析，孔隙度一般由2%增大至5%，局部純云巖段具高孔滲，測井孔隙度可達(dá)8.5%。在成像測井上也可見顯著的溶蝕孔洞和裂縫表征（圖4）。通過南北向連井儲(chǔ)層對比分析，合川氣田茅口組二段白云巖儲(chǔ)層橫向上分布連續(xù)，為茅口組二段氣藏大面積分布提供了良好的儲(chǔ)層條件。

圖4 TS3井—MX39井茅二段白云巖成像測井圖像及儲(chǔ)層對比剖面Fig. 4 Correlation section and imaging logging of dolomite reservoirs in 2nd member of Maokou Formation in Well TS3-MX39

3 儲(chǔ)層主控因素

3.1 沉積作用

古地貌背景下的灘相沉積是茅二段白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。儲(chǔ)層的形成與沉積相密切相關(guān)，受控于海平面的高頻變化［20］；高能灘位于浪基面之上的微地貌高地處，波浪的淘洗作用強(qiáng)，沉積速率快，原生孔隙易于保存［21］。

取心揭示，茅口組二段白云巖儲(chǔ)層均為灘相沉積，發(fā)育在高位域的中上部，相控特征顯著。鏡下儲(chǔ)層主要表現(xiàn)為殘余生屑、砂屑顆粒及顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，生物碎屑以介形蟲、蜓類、有孔蟲、藻類為主，自然伽馬曲線表現(xiàn)為低平鋸齒狀，電阻率曲線顯示為低阻齒狀。從地質(zhì)背景分析，茅口組中期，四川盆地峨嵋地幔柱隆升為盆地內(nèi)隆、洼構(gòu)造格局形成提供了應(yīng)力條件［5］；茅口組中-晚期，沿蓬溪—武勝次級臺凹發(fā)育梓潼—南充—合川大型NW向高隆帶［5］，合川—潼南地區(qū)中部MX39井—TS4井—TS3井高隆帶規(guī)模最大，鉆井揭示發(fā)育連續(xù)分布的厚層顆粒灘沉積（圖5），儲(chǔ)層發(fā)育條件好。

圖5 合川-潼南地區(qū)茅二段沉積相分布Fig. 5 Sedimentary facies distribution of 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

3.2 層間巖溶作用

圖6 HS4井茅二段巖心綜合柱狀圖Fig. 6 Comprehensive column of the core from 2nd member of Maokou Formation in Well HS4

早成巖期層間巖溶是茅二段白云巖儲(chǔ)層形成的核心。目前研究認(rèn)為，不同的巖溶作用強(qiáng)度會(huì)形成不同的儲(chǔ)集空間，其受控于海平面的高頻變化［20］。垂向的溶溝、溶縫與溶洞等組構(gòu)多發(fā)育在具有高頻暴露的旋回頂部，其可被下一旋回的海侵沉積物與少量碳酸鹽巖砂級碎屑混合充填；單個(gè)旋回的厚度多為3～5 m，自下部向上水動(dòng)力增強(qiáng)，巖石結(jié)構(gòu)從泥晶結(jié)構(gòu)過渡到亮晶結(jié)構(gòu)，溶蝕程度逐漸增強(qiáng)，儲(chǔ)層相對變好。區(qū)域上，在川東的石柱冷水溪剖面和川中的華鎣山二崖剖面［22］，以及川南桐梓松坎剖面［21］均發(fā)現(xiàn)大型茅二段巖溶縫洞系統(tǒng)，在中-高能的顆粒灘相帶多發(fā)育垂向溶縫、溶洞和具有相控特征的水平層狀溶洞，充填物層理明顯，也反映了茅口組巖溶的普遍性。

3.3 準(zhǔn)同生白云巖化作用

鏡下微觀特征表明，部分白云巖儲(chǔ)層具顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，多個(gè)他形-半自形的晶粒呈圓形顆粒狀，同時(shí)陰極發(fā)光下絕大部分顯示不發(fā)光-弱紅褐色光（圖2（i）），均表明其主要形成于早期的海水—淺埋藏環(huán)境。

地球化學(xué)分析表明，茅二段白云巖表現(xiàn)為較低的白云石有序度（平均值為0.71），指示白云石為早期的快速結(jié)晶；茅二段白云巖δ13C、δ18O、N（87Sr）/N（86Sr）值與同期海水相當(dāng)；稀土微量元素實(shí)驗(yàn)分析也很好的證明了這一點(diǎn)，白云巖和石灰?guī)r稀土含量較低，白云巖整體繼承石灰?guī)r的稀土元素配分模式，大體上均具有Ce正?！踟?fù)異常，Eu正?！跽惓５奶卣?。

在中國石油杭州碳酸鹽重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的HS4井茅二段白云巖激光U?Pb同位素定年實(shí)驗(yàn)得到的年齡是260±20 Ma，結(jié)合茅二段巖心樣品的地球化學(xué)、年代學(xué)特征，指示白云巖形成于淺埋藏期（圖7）；準(zhǔn)同生白云巖化作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層保存的關(guān)鍵，白云巖化流體為海水，而非地層深部幔源熱液。

圖7 合川-潼南地區(qū)茅二段巖石樣品巖石學(xué)、地球化學(xué)圖版Fig. 7 Petrological and geochemical charts of rock samples of 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

3.4 斷裂作用

后期斷裂作用優(yōu)化調(diào)整茅口組二段儲(chǔ)滲能力。通過巖心、薄片觀察，均可見到較多裂縫，多數(shù)為微細(xì)網(wǎng)狀縫及高角度縫，表現(xiàn)為開放-（半）充填狀態(tài)，并且相當(dāng)數(shù)量的孔隙由于裂縫的疏導(dǎo)作用而導(dǎo)致孔滲的非均質(zhì)存在較大差異［20］。局部可見孔洞中發(fā)育鞍狀白云石，通過陰極發(fā)光，也可看到孔洞中充填的白云石顆粒呈紅色亮光，與基質(zhì)白云巖顯然為不同期次的產(chǎn)物（圖2（e）、（h）—（i））。成像測井上也見到儲(chǔ)層段有明顯斑狀溶蝕特征的孔隙和裂縫共同分布的現(xiàn)象（圖4）。

前人研究也認(rèn)為，區(qū)內(nèi)存在貫穿基底的走滑斷層［23］（圖1），深部幔源流體沿相關(guān)斷裂-裂縫系統(tǒng)向上運(yùn)移至茅口組，可以形成構(gòu)造-熱液白云巖組合［24］。

4 儲(chǔ)層成因模式及勘探意義

綜合前文巖石學(xué)、地球化學(xué)及地質(zhì)背景的分析，明確了合川-潼南地區(qū)茅二段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育受高能灘相帶、準(zhǔn)同生巖溶作用、準(zhǔn)同生白云巖化作用及構(gòu)造斷裂作用共同控制。茅口組沉積環(huán)境整體為半局限環(huán)境，高能相帶為丘-灘復(fù)合體建造，灘體的疊置遷移使得水體受限，可為早期云化提供流體來源，同時(shí)為高頻暴露提供場所與條件?；诎自茙r儲(chǔ)層成因模式，應(yīng)用印模法開展茅口組古地貌的恢復(fù)，預(yù)測高能灘體的分布范圍；通過拉平龍?zhí)督M內(nèi)部的穩(wěn)定煤層，明確了合川地區(qū)茅二段發(fā)育北西向高隆帶，整體呈現(xiàn)出“北窄南寬、西陡東緩”的沉積面貌（圖8）。

圖8 合川-潼南地區(qū)茅二段沉積古地貌Fig. 8 Sedimentary paleomorphology of 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

合川-潼南地區(qū)茅二段白云巖儲(chǔ)層與灰?guī)r圍巖之間的阻抗存在顯著差別，表現(xiàn)為“低縱波阻抗、低縱橫波速度比”特征，為開展針對性儲(chǔ)層預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。因此，針對三維區(qū)的地震資料進(jìn)行了重新處理解釋，提高分辨率處理，設(shè)計(jì)白云巖儲(chǔ)層正演模型，采用實(shí)際地震資料主頻40 Hz進(jìn)行正演模擬。

正演模擬表明，茅二段白云巖儲(chǔ)層厚度與地震相對振幅呈正相關(guān)性。采用最大波峰相對振幅屬性預(yù)測茅二段白云巖儲(chǔ)層分布（圖9），相對振幅屬性大于等于2 500，為Ⅰ類有利勘探區(qū)，相對振幅屬性［1 500，2 500）為Ⅱ類有利勘探區(qū)，相對振幅屬性［500，1 500）為Ⅲ類有利勘探區(qū)。運(yùn)用此成果，合川-潼南地區(qū)在茅口組部署探井成功率達(dá)到80%，落實(shí)了茅二段灘相白云巖儲(chǔ)層有利區(qū)面積約1 250 km2，主要分布在礦權(quán)區(qū)中部和東北部地區(qū)（圖9）。

圖9 合川-潼南地區(qū)茅二段有利勘探區(qū)預(yù)測Fig. 9 Prediction of favorable exploration area in 2nd member of Maokou Formation in Hechuan-Tongnan area

合川-潼南地區(qū)的勘探實(shí)踐表明，創(chuàng)新理論認(rèn)識是四川盆地茅口組勘探取得突破的關(guān)鍵［25］。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，川中地區(qū)在茅口組時(shí)期僅在局部發(fā)育少量的臺內(nèi)灘，白云巖儲(chǔ)層多沿基底斷裂附近分布，難以形成規(guī)模性油氣藏［26］；在茅二段白云巖儲(chǔ)層分布規(guī)律的新認(rèn)識引領(lǐng)下，促進(jìn)了整個(gè)川中地區(qū)茅口組勘探思路的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了川中地區(qū)茅二段開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的提前運(yùn)行，開辟了一個(gè)規(guī)模性接替領(lǐng)域，是盆地中部除了震旦系燈影組、寒武系龍王廟組之外的第3個(gè)重大碳酸鹽巖含氣系統(tǒng)，可為四川盆地的深層油氣地質(zhì)研究和勘探部署提供參考。

5 結(jié) 論

（1）茅二段發(fā)育白云巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層巖性以細(xì)-中晶云巖、殘余顆粒云巖為主，儲(chǔ)集空間為粒內(nèi)溶孔、晶間（溶）孔、溶洞及構(gòu)造縫和溶縫，儲(chǔ)層物性總體表現(xiàn)為低孔、低滲特征；儲(chǔ)層主要發(fā)育在茅二段中部，橫向分布穩(wěn)定，在古地貌高部位，儲(chǔ)層整體較厚，單層厚度大，疊置連片。

（2）合川-潼南地區(qū)茅二段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育受古地貌背景下的灘相沉積、準(zhǔn)同生巖溶作用、準(zhǔn)同生白云巖化作用及構(gòu)造斷裂作用共同控制。

（3）茅二段白云巖儲(chǔ)層厚度與地震相對振幅呈正相關(guān)性，有利白云巖儲(chǔ)層的發(fā)育面積為1 250 km2，主要分布在礦權(quán)區(qū)中部和東北部地區(qū)，與茅二段高隆帶基本重合。