楊磊磊 魏國 于志超 魯雪松 周慧 王珊 李昌偉

摘要：選取四川盆地?zé)粲敖M四段（燈四段）地層，在傳統(tǒng)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，引入多組分、多相態(tài)、溫度—流體—化學(xué)多場(chǎng)耦合的反應(yīng)溶質(zhì)運(yùn)移模擬技術(shù)，基于物質(zhì)平衡和能量守恒原理，深入探究深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖過程中多類型流體與巖石相互作用的機(jī)制，分析計(jì)算多期次流體對(duì)儲(chǔ)層孔隙的疊加改造，定量恢復(fù)地質(zhì)時(shí)間尺度的孔隙度演化史。結(jié)果表明：燈四段地層受到大氣淡水、海水、有機(jī)酸和熱液4種流體多達(dá)6期改造影響，控制孔隙度的主要成巖作用為溶蝕作用、白云石化作用與膠結(jié)作用，礦物間以方解石—鎂方解石—白云石之間的轉(zhuǎn)化為主；不同類型的流體對(duì)儲(chǔ)層的改造差異較大，充足的大氣淡水為建設(shè)性流體，而海水、有機(jī)酸和熱液均為建設(shè)性—破壞性共存的流體；多期次流體對(duì)儲(chǔ)層的改造有疊加效應(yīng)，儲(chǔ)層最終的物性條件取決于多期次流體的綜合改造，同時(shí)流體改造的順序?qū)?chǔ)層孔隙度的演變影響也極大。

關(guān)鍵詞：深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層； 多類型流體； 疊加改造； 孔隙度演化； 成巖作用數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TE 121?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-5005（2024）03-0015-12?? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.002

Quantitative study on porosity evolution under multi-stage reformation of multi-type fluids in Dengying Formation， Sichuan Basin

YANG Leilei1，2，3， WEI Guo1，2，3，? YU Zhichao2，4， LU Xuesong2，4， ZHOU Hui4， WANG Shan4， LI Changwei5

（1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Engineering， China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249， China;2.National Energy Tight Oil & Gas Research & Development Center， Beijing 100083， China;3.Unconventional Oil and Gas Science and Technology Research Institute， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China;4.Research Institute of Petroleum Exploration and Development， PetroChina， Beijing 100083， China;5. Research Institute of Petroleum Exploration & Development in PetroChina Southwest Oil & Gas Oilfield Company， Chengdu 610041， China）

Abstract：In this study， the fourth member of Dengying Formation in Sichuan Basin was examined. On the basis of traditional petrological testing， the reactive solute transport simulation technology was utilized to calculate the superposition and transformation of reservoir pores due to multi-stage fluids and quantitatively restore the porosity evolution history. Results indicate that the reservoir experienced influences from atmospheric freshwater， seawater， organic acid， and hydrothermal fluid. The primary diagenetic processes controlling porosity were dissolution， dolomite formation and cementation， with? transformed minerals primarily comprising calcite，magnesium calcite，and dolomite. Different fluid types exhibited varying effects on reservoir reconstruction. Adequate atmospheric fresh water acted as a constructive fluid， while seawater， organic acids， and hydrothermal fluids had both constructive and destructive impacts. Multi-stage fluids contributed to a superimposed effect on the reservoir transformation，with the ultimate physical conditions of the reservoir contingent upon the comprehensive transformation of these fluids. Notably， the sequence of fluid modification significantly influenced the evolution of reservoir porosity. Simutaneously， the sequence of fluid transformation played a pivotal role in shaping the evolution of reservoir porosity.

Keywords：deep carbonate reservoir; multi-type fluids; superimposed transformation; porosity evolution; diagenesis simulation

安岳氣田及北斜坡的勘探實(shí)踐表明四川盆地深層—超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有巨大的油氣資源勘探潛力［1-5］。燈影組作為盆地中部安岳氣田典型的深部碳酸鹽巖地層，經(jīng)歷加里東運(yùn)動(dòng)、海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)以及喜山運(yùn)動(dòng)等多期次的構(gòu)造活動(dòng)，具有地層時(shí)代古老、埋藏深度大、成巖演化過程復(fù)雜的特點(diǎn)［6-8］。燈影組四段（燈四段）地層在成巖過程中先后被海水、大氣淡水、有機(jī)酸、油氣、深部熱液等多種類型流體的多期改造，引發(fā)一系列流體與巖石間的物理化學(xué)反應(yīng)，地層中不斷地發(fā)生礦物溶蝕、沉淀和轉(zhuǎn)化，致使孔隙演化具有長期復(fù)雜的疊加效應(yīng)［6， 9-11］。在這過程中流體的性質(zhì)及水化學(xué)成分很大程度決定儲(chǔ)層中礦物溶解/沉淀的趨勢(shì)及其對(duì)儲(chǔ)層孔隙的改造程度［12-14］。然而目前不同類型流體對(duì)燈四段地層的疊加改造過程及機(jī)制尚缺乏定量深入研究，進(jìn)而制約深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)程度 ［2，7，15］。因此筆者選取安岳氣田燈四段地層，在一系列巖石學(xué)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合多相流反應(yīng)溶質(zhì)運(yùn)移模擬技術(shù)，深入探究成巖過程中多類型流體對(duì)儲(chǔ)層的多期次改造作用，計(jì)算不同類型流體對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的改造，定量恢復(fù)地質(zhì)時(shí)間尺度的孔隙度演化史。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是中國重要的油氣資源開發(fā)盆地之一，其面積約為18×104 km2。［16］。四川盆地內(nèi)部發(fā)育的震旦—寒武系深層海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，于盆地中部形成中國目前具備最大單體規(guī)模碳酸鹽巖氣藏的安岳氣田（圖1）。震旦系燈影組作為安岳氣田主要儲(chǔ)集層之一，勘探潛力巨大［16-17］。

燈四段地層整體以開闊臺(tái)地沉積相為主（圖2），同時(shí)經(jīng)歷加里東運(yùn)動(dòng)等多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層歷經(jīng)多次構(gòu)造抬升與沉降，被多期次多類型流體改造［7］。燈四段地層主要巖性為白云巖，巖石類型主要為泥—細(xì)晶白云巖、微生物凝塊石白云巖和硅質(zhì)白云巖，不同類型白云巖形成時(shí)的流體特征有較大差異［18］。儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的成因具有多樣性，既有同生期微生物作用形成的原始格架孔，也有大氣淡水溶蝕產(chǎn)生的次生溶蝕孔洞，同時(shí)還有因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微裂縫［4， 19］。

2 測(cè)試樣品和方法

樣品取自研究區(qū)MX-51井燈四段地層，埋深為5333.4～5401.6 m（圖2）。選取巖樣制作陰極發(fā)光片、普通薄片、鑄體薄片并染色，磨制碳氧同位素樣、包裹體樣以及粉末狀樣進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試分析。測(cè)試過程及使用儀器如下：碳氧同位素測(cè)試（標(biāo)準(zhǔn)為SY/T6039-1994），使用質(zhì)譜型號(hào)為MAT-253，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)顯示δ13C和δ18O的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于015‰和0.20‰；流體包裹體顯微測(cè)溫（標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 6010-2011）所用儀器為LINKAM THMS600型冷熱臺(tái)，測(cè)試條件為實(shí)驗(yàn)室相對(duì)溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為40%；拉曼光譜分析所用儀器為LABHR-VIS LabRAM HR800研究級(jí)顯微激光拉曼光譜儀，選用Yag晶體倍頻固體激光器，激光源波長為532 nm，實(shí)驗(yàn)室相對(duì)溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為50%，掃描范圍100～4200 cm-1；陰極發(fā)光測(cè)試（標(biāo)準(zhǔn)為SY/T5916-2013）所用儀器為CL8200 MK5-2型陰極發(fā)光儀，儀器電壓電流區(qū)間分別為8～25 KV、0.1～1.0 mA；薄片鑒定（標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 5368-2016）測(cè)試使用偏光顯微鏡分析，型號(hào)為Nikon-LV100NPOL；X射線衍射（XRD）全巖分析（標(biāo)準(zhǔn)為SY/T5163-2018）通過D/max-2500型X射線衍射儀完成。

3 結(jié) 果

3.1 成巖作用分析

根據(jù)巖樣薄片觀察分析，燈四段地層在成巖過程主要發(fā)育的成巖作用類型包括壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、白云石化作用、硅化作用以及重結(jié)晶作用（圖3）。

機(jī)械壓實(shí)作用多發(fā)生在成巖早期—中埋藏階段，強(qiáng)烈的壓實(shí)對(duì)地層初期孔隙和顆粒形狀產(chǎn)生較強(qiáng)的破壞作用，使顆粒緊密充填（圖3（a））。后期以壓溶作用為主，縫合線較為發(fā)育，但大都被有機(jī)質(zhì)或泥質(zhì)等充填（圖3（b））。

膠結(jié)作用在燈四段地層中極為發(fā)育，分為早期膠結(jié)作用和晚期膠結(jié)作用，膠結(jié)物包括白云石、方解石以及石英。白云石以孔隙充填式膠結(jié)于次生孔隙中（圖3（c）），方解石膠結(jié)發(fā)育有多個(gè)階段，常見于早成巖海水膠結(jié)時(shí)期和溫度較高的晚成巖期，晚期膠結(jié)使物性變差（圖3（d）、（e））。

燈四段地層溶蝕作用較強(qiáng)且類型多樣，主要為大氣淡水溶蝕（表生期）和埋藏期有機(jī)酸溶蝕。地層抬升暴露期間受大氣淡水影響，溶蝕產(chǎn)生大量儲(chǔ)集空間。同時(shí)埋藏期溶蝕產(chǎn)生的孔隙，疊加在原生孔隙和大氣淡水溶蝕孔洞之上，有效地改善儲(chǔ)層物性并為油氣運(yùn)移提供通道。但后期大多次生孔隙被白云石、石英以及有機(jī)質(zhì)充填（圖3（f）、（g）），導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。

燈四段地層白云巖發(fā)生重結(jié)晶作用，泥晶—粉晶白云巖以及部分微生物白云巖經(jīng)重結(jié)晶作用后形成它形—半自形鑲嵌接觸的粉—細(xì)晶白云巖（圖3（h）），同時(shí)在細(xì)晶白云巖中可見重結(jié)晶后留下的幻影構(gòu)造（圖3（i）），在一定程度上改善儲(chǔ)層物性。

白云石化作用也是燈影組地層重要的成巖作用，據(jù)鏡下觀察，結(jié)合劉樹根等 ［20］對(duì)燈影組白云巖化作用的研究，可劃分3種白云石化類型，分別為蒸發(fā)白云石化、海水白云石化以及熱液白云石化（圖3（j）、（k））。蒸發(fā)白云石化：儲(chǔ)層流體中Ca2+、Mg2+變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，從而改變流體平衡生成微—細(xì)晶白云巖；海水白云石化：燈影組在早期短暫的地層暴露之后便長時(shí)間處于海水深埋狀態(tài)，富含Mg2+的海水增加原本流體系統(tǒng)的w（Mg）/w（Ca），在Mg2+過飽和的情況下方解石向白云石轉(zhuǎn)化；熱液白云石化：原生白云巖在熱液條件下被交代沉淀，生成于原生白云巖孔隙周圍。

薄片觀察可見因硅化作用交代白云石礦物形成隱晶質(zhì)（圖3（l）），燈四段地層推測(cè)硅化作用發(fā)生在中—晚成巖階段熱液充注條件下，在熱液中大量硅質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)層交代礦物或形成石英加大邊，使孔隙結(jié)構(gòu)被極大地破壞，儲(chǔ)層更加致密。

3.2 流體改造過程

3.2.1 流體類型及期次

燈四段地層碳、氧同位素測(cè)試所得結(jié)果表明，碳同位素值分布在1.44‰～3.56‰，均值為2.30‰；氧同位素值分布在-9.15‰～-3.06‰，均值為-5.51‰。通過陰極發(fā)光測(cè)試發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層存在受兩期不同流體影響的白云石產(chǎn)物以及少量方解石膠結(jié)物（圖4）。

圖5為包裹體均一溫度分布圖，可見燈四段地層發(fā)育3期鹽水包裹體，分別以白云石、石英和方解石為宿主礦物。其中多數(shù)以白云石和方解石為宿主的包裹體均一溫度相近，分布在130～190 ℃，部分白云石包裹體均一溫度大于200 ℃，以石英為宿主的包裹體均一溫度分布于127～200 ℃。白云石包裹體均一溫度跨度較大，且部分白云石包裹體的均一溫度明顯高于現(xiàn)今地層溫度，結(jié)合薄片鑒定（圖3），燈影組地層熱史、埋藏史，以及淺層氧同位素偏負(fù)的特征，確定白云巖具有多期次膠結(jié)的特征，分別為微生物成因以及熱液成因，且說明儲(chǔ)層經(jīng)歷熱液充注，并受到較明顯的熱效應(yīng)影響。結(jié)合燈影組地層熱史、埋藏史，推斷以方解石為宿主的包裹體形成于有機(jī)酸脫羧后的碳酸鹽膠結(jié)階段 ［3］。

3.2.2 礦物期次

圖6為不同世代礦物。依據(jù)巖心薄片顯示的礦物膠結(jié)順序，結(jié)合埋藏史、熱史進(jìn)行分析，多類型多期次流體改造作用下礦物形成的期次和類型包括：①儲(chǔ)層在海水環(huán)境下膠結(jié)形成第一世代方解石；②儲(chǔ)層經(jīng)歷地層抬升，受同生期大氣淡水影響發(fā)生溶蝕，后發(fā)生白云石化作用，形成第二世代微晶白云石；③儲(chǔ)層受海水侵入后，方解石發(fā)生海水白云石化，經(jīng)歷長時(shí)間海底膠結(jié)以及微生物活動(dòng)生成大量第三世代白云石及其膠結(jié)物；④儲(chǔ)層深埋過程中被油氣充注產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕，同時(shí)埋藏過程中伴隨的高溫高壓導(dǎo)致第四世代白云石膠結(jié)物的形成；⑤在熱液影響下，儲(chǔ)層發(fā)生熱液白云石化生成第五世代熱液白云石及石英。

3.3 成巖演化過程

依據(jù)以上測(cè)試分析，結(jié)合埋藏史、熱史（圖7）［3］，厘定的儲(chǔ)層成巖演化過程如圖8所示，共包括以下7個(gè)過程：①燈四段地層形成初期，地層沉積固結(jié)（圖8（a））；②地層暴露受大氣淡水的持續(xù)淋濾影響，大氣淡水對(duì)地層碳酸鹽礦物（方解石）造成強(qiáng)烈的溶蝕作用，形成大量巖溶孔洞，是燈四段地層形成優(yōu)質(zhì)碳酸鹽地層的基礎(chǔ)（圖8（b））；③地層深埋過程中，海水侵入地層發(fā)生海水白云石化方解石大量轉(zhuǎn)換為白云石改善孔隙（圖8（c））；④隨著埋深逐漸增加，地層膠結(jié)作用強(qiáng)度增加，孔隙逐漸被充填（圖8（d））；⑤伴隨著印支運(yùn)動(dòng)，油氣充注，有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，進(jìn)行溶蝕并形成次生孔隙改善地層，后伴隨有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生大量CO2，為碳酸鹽礦物的形成提供“碳”源，造成碳酸鹽礦物沉淀（圖8（e））；⑥在地層埋深達(dá)到6000～7000 m時(shí)，地層受熱液影響，發(fā)生熱液主導(dǎo)的熱液白云石化作用以及含Si熱液主導(dǎo)的硅化作用，形成熱液白云石、含云硅質(zhì)巖和大量隱晶質(zhì)硅（圖8（f））；⑦在近數(shù)十百萬年內(nèi)地層基本未受外部流體影響（圖8（g）），以膠結(jié)、重結(jié)晶及交代等作用為主。

4 成巖-孔隙演化過程定量恢復(fù)

4.1 地質(zhì)模型

根據(jù)上述通過測(cè)試分析概化的燈四段地層流體改造及成巖演化過程，將燈四段地層的成巖演化過程分為8個(gè)階段，如表1所示。

第1階段為沉積固結(jié)；第2階段和第3階段為表生溶蝕階段；第4、5階段地層反復(fù)升降，海水入侵儲(chǔ)層發(fā)生海水白云石化；在海水環(huán)境下，碳酸鹽礦物大量膠結(jié)；第6階段發(fā)生于印支—燕山運(yùn)動(dòng)期間，即約200～120 Ma期間，地層受到油氣充注帶來的有機(jī)酸入侵，持續(xù)時(shí)間約80 Ma；第7階段發(fā)生于早白堊世或喜馬拉雅期樂山—資陽強(qiáng)烈褶皺期間［6］，熱效應(yīng)帶來的熱液充注地層，持續(xù)時(shí)間約40 Ma；第8階段地層受深部地層流體控制，基本未受外界流體影響。

4.2 數(shù)值模型

4.2.1 模型建立

建立如圖9所示的3網(wǎng)格經(jīng)典模型，左側(cè)為流體流入網(wǎng)格，右側(cè)為流體流出網(wǎng)格，中間網(wǎng)格代表燈四段地層，為模擬監(jiān)測(cè)網(wǎng)格。模型共包含7個(gè)子模型，分別對(duì)應(yīng)除沉積階段外的7個(gè)連續(xù)的成巖階段。

運(yùn)用非等溫、多相流反應(yīng)溶質(zhì)運(yùn)移模擬計(jì)算程序TOUGHREACT［21］，考慮一系列平衡或動(dòng)力學(xué)控制的過程，包括陽離子交換作用、氧化還原反應(yīng)、氣液相互作用、礦物的溶解和沉淀作用等，耦合模擬不同流體改造儲(chǔ)層后所發(fā)生的流體—巖石作用，對(duì)礦物膠結(jié)、溶蝕、交代以及孔隙的演化等過程進(jìn)行模擬，并定量計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度的變化。

4.2.2 初始條件

（1）地質(zhì)條件。根據(jù)燈四段地層孔隙度和滲透率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)今孔隙結(jié)合定性分析正反演恢復(fù)孔隙度，將模型中初始孔隙度設(shè)為18.5%，初始滲透率設(shè)為1.3×10-12 ?m2。模型中每個(gè)成巖階段的溫度和壓力依據(jù)埋藏史、熱史實(shí)際條件設(shè)置［3］，如圖9所示。

（2）水化學(xué)條件。模型中流體包含大氣淡水、海水、有機(jī)酸和熱液共4種類型。其中大氣淡水中各離子濃度偏低，pH值約為6.5；海水主要為高鎂流體；有機(jī)酸的pH值較低；熱液中硅質(zhì)較高，溫度偏高，具體數(shù)據(jù)見表2所示。

（3）初始巖礦條件。根據(jù)燈四段地層XRD測(cè)試結(jié)果，結(jié)合成巖序列和礦物轉(zhuǎn)化關(guān)系，反推成巖初始礦物類型及質(zhì)量分?jǐn)?shù)。模型中第1階段的初始礦物主要以方解石為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，另包括5%的石英和5%的鎂方解石。次生礦物包括白云石、鎂方解石。模擬的7個(gè)成巖階段具有連續(xù)性，第2階段模擬結(jié)束的網(wǎng)格條件作為第3階段的初始條件，以此類推。

4.2.3 礦物動(dòng)力學(xué)參數(shù)

模型計(jì)算中方解石采用平衡學(xué)控制，石英、白云石等其他礦物采用動(dòng)力學(xué)控制。涉及的礦物動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)取自相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫和相關(guān)文獻(xiàn)［22］，詳見表3，其中n（H+）是相對(duì)于H+的指數(shù)項(xiàng)。

4.3 孔隙演化定量恢復(fù)

圖10為燈四段地層成巖演化過程中典型礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及孔隙度隨時(shí)間的變化。

第1階段：壓實(shí)固結(jié)。

第2階段：儲(chǔ)層在大氣淡水的影響下礦物發(fā)生溶蝕，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少約30%，孔隙度對(duì)應(yīng)增加至28.2%。

第3階段：流體中Mg2+離子濃度變高，儲(chǔ)層經(jīng)歷白云石化作用，后期膠結(jié)，孔隙度減至9.8%。

第4階段：儲(chǔ)層深埋過程中伴隨著海水入侵，強(qiáng)烈的微生物活動(dòng)使儲(chǔ)層發(fā)生海水白云石化作用，方解石幾乎全部轉(zhuǎn)化為白云石，白云石占比可達(dá)90%，孔隙度增至12.1%。

第5階段：在長時(shí)間海水環(huán)境下，儲(chǔ)層流體中離子過飽和，碳酸鹽礦物大量膠結(jié)，充填孔隙，導(dǎo)致孔隙度降至7.2%。

第6階段：在距今約200 Ma時(shí)，儲(chǔ)層經(jīng)歷有機(jī)酸以及油氣充注，初期造成白云石、方解石溶蝕，孔隙度增加2.1%，但后期伴隨有機(jī)酸脫羧釋放CO2，導(dǎo)致碳酸鹽礦物沉淀，孔隙度減少3.9%。整體上儲(chǔ)層受有機(jī)酸的影響，孔隙度先增后減，總體減孔1.8%，最終孔隙度降至5.4%。

第7階段：在熱液充注階段發(fā)生熱液白云石化以及硅化作用，熱液白云巖的形成使礦物內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并產(chǎn)生更多孔隙，最終在硅化作用的影響下，孔隙度增至6.2%。

第8階段：深部地層流體占主導(dǎo)作用，發(fā)生重結(jié)晶和膠結(jié)等成巖作用，其產(chǎn)物主要為白云石以及石英，礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及孔隙度的變化量整體較小，最終孔隙度降至4.6%。

5 討 論

5.1 多類型流體對(duì)儲(chǔ)層的改造作用

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值模擬的結(jié)果分析，地層經(jīng)歷4類流體（大氣淡水、海水、有機(jī)酸及熱液）的6期改造：①大氣淡水（大氣淡水造成儲(chǔ)層中方解石發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕，孔隙度增加，后大氣淡水不充足，發(fā)生膠結(jié)作用，白云石沉淀導(dǎo)致孔隙度降低）；②海水（儲(chǔ)層沉降，海水入侵，發(fā)生海水白云石化以及膠結(jié)作用，孔隙度先增加后減少）；③有機(jī)酸（有機(jī)酸侵入儲(chǔ)層后，先導(dǎo)致碳酸鹽礦物溶蝕，然后在脫羧CO2的影響下，碳酸鹽礦物再次膠結(jié)，孔隙度整體先增加后減少）；④熱液（儲(chǔ)層受熱液侵入的影響，發(fā)生熱液白云石化和硅化作用）。最后在深部地層流體作用下，礦物發(fā)生膠結(jié)、交代作用，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度減少。總之當(dāng)大氣淡水充足時(shí)，為建設(shè)性流體，而海水、有機(jī)酸和熱液均為建設(shè)性—破壞性共存的流體，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響具有雙面性，取決于溫度、壓力、巖礦條件等多方面條件。

大氣淡水對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕強(qiáng)度較高，孔隙度變化達(dá)9.7%。燈四段地層暴露，且經(jīng)歷長期大氣淡水溶蝕。同時(shí)碳酸鹽在靜水壓力下溶解度更高，這一點(diǎn)在前人研究中也得到證實(shí)［23-24］。礦物的溶蝕速度同樣取決于大氣淡水的相對(duì)淋濾速度［25］。研究將兩階段大氣淡水相對(duì)淋濾速度分別設(shè)置為50和3 mm/a，發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)大氣淡水淋濾階段礦物發(fā)生極強(qiáng)的溶蝕作用，而在第二個(gè)大氣淡水淋濾階段儲(chǔ)層以白云石化作用和膠結(jié)作用為主。

在海水入侵階段，儲(chǔ)層孔隙度先增加后減少，總體降低2.6%。海水中離子濃度相對(duì)較高，易打破儲(chǔ)層內(nèi)原有的流體—巖石系統(tǒng)平衡，引發(fā)礦物的沉淀和轉(zhuǎn)化。燈四段地層曾長時(shí)間處于海水侵入狀態(tài)，Sandberg ［26］的研究表明，當(dāng)時(shí)海水處于方解石海階段，在海水入侵儲(chǔ)層后，富含Mg2+的海水與地層水混合增加原本流體系統(tǒng)的w（Mg）/w（Ca），伴隨著強(qiáng)烈的微生物活動(dòng)，儲(chǔ)層發(fā)生海水白云石化，方解石開始向白云石轉(zhuǎn)化從而使孔隙增大［27］。然而隨著埋藏深度的增加，儲(chǔ)層流體溫度不斷升高，陰陽離子間活動(dòng)劇烈，強(qiáng)烈的膠結(jié)作用長時(shí)間占據(jù)主導(dǎo)地位，導(dǎo)致孔隙在將近130 Ma的時(shí)間內(nèi)持續(xù)減小。

在有機(jī)酸入侵階段，儲(chǔ)層孔隙度先增加后減少，總體降低2.8%。在印支—燕山運(yùn)動(dòng)期間，四川盆地發(fā)生大規(guī)模的油藏生成—運(yùn)移過程，油氣充注帶來的有機(jī)酸開始對(duì)燈四段地層產(chǎn)生影響。前人針對(duì)有機(jī)酸進(jìn)行大量試驗(yàn)研究，結(jié)果表明烴源巖生烴過程中排出的有機(jī)酸會(huì)與碳酸鹽礦物反應(yīng)生成CO2-3、Ca2+以及Mg2+等產(chǎn)物，溶蝕礦物生成次生孔隙，是改善儲(chǔ)層孔隙的主要因素之一，但隨時(shí)間增加會(huì)產(chǎn)生大量碳酸鹽礦物沉淀［28-30］。有機(jī)酸充注過程一般發(fā)生在含油氣儲(chǔ)層，有機(jī)酸控制儲(chǔ)層的差異性說明油氣在不同儲(chǔ)層內(nèi)打開運(yùn)移通道和形成圈閉的能力不一［29］，基于有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層礦物的溶蝕或膠結(jié)能力的對(duì)比，可以推斷并尋找更適合成為油氣藏的儲(chǔ)層。

熱液充注會(huì)引發(fā)熱液白云石化以及硅化作用，從而形成熱液白云石及硅質(zhì)云巖，從而對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行增孔或減孔改造［31］。研究中根據(jù)熱液白云石的形成期次以及埋藏史，判別熱液充注發(fā)生在距今約120 Ma的俯沖構(gòu)造—熱效應(yīng)，并使孔隙度增加08%，在薄片觀察中發(fā)現(xiàn)熱液白云巖膠結(jié)于其他白云巖邊緣或縫隙內(nèi)部，說明燈四段地層熱液白云巖是以基質(zhì)白云巖進(jìn)行交代產(chǎn)生的，Jiang等 ［31］的研究也證明這一觀點(diǎn)。在研究中熱液白云石化作用對(duì)儲(chǔ)層增孔影響偏弱，可能原因?yàn)椋孩贌嵋呵秩脒^程中地層逐步抬升，儲(chǔ)層未能完全受熱液影響；②儲(chǔ)層發(fā)育已較為成熟，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低。除此之外硅化作用也會(huì)使物性變差［14］。研究中在燈四段地層中發(fā)現(xiàn)較大量由含Si熱液影響形成的加大石英和隱晶質(zhì)硅充填孔隙，對(duì)儲(chǔ)層造成一定的破壞作用。

5.2 多期次流體疊加改造儲(chǔ)層

研究表明在燈四段地層成巖演化過程中，多期次流體對(duì)儲(chǔ)層的改造有疊加效應(yīng)。儲(chǔ)層經(jīng)歷機(jī)械壓實(shí)后，孔隙度為18.5%，然后被4類流體分6期改造，發(fā)生礦物的溶蝕—膠結(jié)—交代—轉(zhuǎn)化作用，孔隙度經(jīng)歷反復(fù)增減的過程，最終在地層流體平衡下演化為儲(chǔ)層現(xiàn)今孔隙度水平。

儲(chǔ)層最終的物性條件取決于多期次流體的疊加改造，并非單一建設(shè)性或破壞性流體的影響。研究中儲(chǔ)層先后經(jīng)歷大氣淡水、海水、有機(jī)酸以及熱液的多期次疊加影響，孔隙度發(fā)生復(fù)雜的增加減少過程。儲(chǔ)層在經(jīng)歷建設(shè)性流體影響后會(huì)改善儲(chǔ)層，有利于物性條件改善，例如大氣淡水溶蝕，降低碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)［25］。有機(jī)酸影響儲(chǔ)層后，溶蝕作用會(huì)使原本傾向致密的儲(chǔ)層產(chǎn)生可運(yùn)移油氣的優(yōu)勢(shì)通道，改善儲(chǔ)層物性，然而這些通道在后續(xù)海水或其他流體影響下可能被堵塞，破壞儲(chǔ)層物性［28-29］。

研究表明燈四段地層經(jīng)歷多期次流體作用的過程中，控制孔隙度的主要成巖作用為溶蝕作用、白云石化作用與膠結(jié)作用，礦物間以方解石—鎂方解石—白云石之間的轉(zhuǎn)化最為重要。在大氣淡水溶蝕階段，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少約30%；在暴露階段，以白云石化作用和膠結(jié)作用為主，方解石向鎂方解石以及白云石轉(zhuǎn)化，階段結(jié)束白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，鎂方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為50%；在海水入侵階段，先發(fā)生海水白云石化作用，后發(fā)生膠結(jié)作用，方解石基本全部轉(zhuǎn)化為白云石，白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%；在有機(jī)酸入侵過程中，白云石先被溶蝕至約70%，后因膠結(jié)作用使白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加約10%；熱液入侵引起熱液白云石化作用和硅化作用，熱液白云石交代其他白云石。最終礦物組分為白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。整體上燈四段地層白云石化作用累積造成的孔隙度增加約為5%，溶蝕增孔量約為12%，長期多階段的膠結(jié)作用減孔量接近30%，基本符合孔隙度的始末變化值，也說明溶蝕作用、白云石化作用與膠結(jié)作用是控制燈四段孔隙度的主要成巖作用。前人的研究也表明，燈影組等碳酸鹽地層礦物的演化過程以方解石—鎂方解石—白云石為主，大氣淡水造成的溶蝕、膠結(jié)作用使儲(chǔ)層形成初期孔隙結(jié)構(gòu)，在經(jīng)受海水、有機(jī)酸、熱液等流體入侵后，儲(chǔ)層中白云石為主要礦物［6，11，23-24，27］。

流體的充注順序?qū)?chǔ)層孔隙度的演變影響極大。在研究中大氣淡水淋濾前，儲(chǔ)層孔隙度較高，約為20%，較好的流通空間使儲(chǔ)層可以接受更多的流體改造，故而其溶蝕作用導(dǎo)致的增孔量較大，可約為10%。然而若在大氣淡水淋濾時(shí)，通道閉塞或流體環(huán)境相對(duì)封閉，則很難對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行充分改造。在有機(jī)酸充注前，儲(chǔ)層長期受到海水的膠結(jié)作用，內(nèi)部孔隙被膠結(jié)物大量充填，阻礙酸性流體的流動(dòng)，導(dǎo)致酸性流體對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕效果變差，僅約有2%。前人對(duì)礦物形成順序和孔洞平面發(fā)育特征的研究也證明這一觀點(diǎn)，在沉積期礦物基本由方解石組成，在儲(chǔ)層受溶蝕形成大規(guī)?？锥春螅自剖z結(jié)物充填在其中［6］，成為保持儲(chǔ)層孔隙的骨架結(jié)構(gòu)，但在膠結(jié)物大量膠結(jié)之后，酸性流體難以進(jìn)入儲(chǔ)層，對(duì)膠結(jié)物的溶蝕效果變差［29］。此外研究表明燈四段地層中白云巖在前期地表暴露以及海水入侵期間形成較多，而后期熱液所造成的熱液白云巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少。顯然建設(shè)性流體對(duì)儲(chǔ)層的改造受當(dāng)時(shí)儲(chǔ)層的物性條件影響，需要有良好的通道促進(jìn)流體流動(dòng)、反應(yīng)和改造，而前期流體溶蝕形成的孔隙能為后期流體的改造提供通道，同時(shí)為礦物膠結(jié)提供空間。同時(shí)前期流體改造后引發(fā)的流體—巖石反應(yīng)的產(chǎn)物是后期發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，流體改造儲(chǔ)層的順序不同，礦物轉(zhuǎn)化序列則不同。

6 結(jié) 論

（1）燈四段地層受到大氣淡水、海水、有機(jī)酸和熱液4種流體6期改造影響，引發(fā)流體—巖石作用，經(jīng)歷多期次溶蝕與膠結(jié)交替的成巖演化過程。其中不同類型流體對(duì)儲(chǔ)層改造能力存在差異：大氣淡水溶蝕階段孔隙度增加9.7%，后降低18.4%，海水入侵階段孔隙度總體降低2.6%，有機(jī)酸充注階段孔隙度總體降低3.1%，熱液充注階段孔隙度增加08%?？刂瓶紫抖鹊闹饕蓭r作用為溶蝕作用、白云石化作用與膠結(jié)作用，礦物以方解石—鎂方解石—白云石之間的轉(zhuǎn)化為主。

（2）碳酸鹽儲(chǔ)層成巖過程中，不同類型的流體對(duì)儲(chǔ)層的改造差異較大，充足的大氣淡水可以溶蝕碳酸鹽礦物，從而提供大量有效儲(chǔ)集空間，是建設(shè)性流體，而海水、有機(jī)酸和熱液均為建設(shè)性—破壞性共存的流體，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響具有雙面性，取決于溫度、壓力、巖礦等多方面條件。

（3）漫長的成巖演化過程中，多期次流體對(duì)儲(chǔ)層的改造有疊加效應(yīng)，儲(chǔ)層最終的物性條件取決于多期次流體的綜合改造，并非單一建設(shè)性或破壞性流體的影響，同時(shí)流體改造的順序?qū)?chǔ)層孔隙度的演變影響也極大。建設(shè)性流體或破壞性流體對(duì)儲(chǔ)層的改造均受儲(chǔ)層的物性條件影響，需要有良好的通道促進(jìn)流體流動(dòng)、反應(yīng)和改造，被建設(shè)性流體優(yōu)先改造的儲(chǔ)層具備被后期流體改造的通道和空間，而先被破壞性流體影響的儲(chǔ)層無法提供上述條件。前期流體改造后引發(fā)的流體—巖石反應(yīng)的產(chǎn)物是后期發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，流體改造儲(chǔ)層的順序不同，礦物轉(zhuǎn)化序列則不同。

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（編輯 李 娟）

基金項(xiàng)目：中石油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2023-KFKT-08）;國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42372143）；中國石油大學(xué)（北京）人才基金（2462023BJRC030）;中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)（2023ZZ02）

第一作者及通信作者：楊磊磊（1988-），女，副研究員，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閮?chǔ)層成巖作用與質(zhì)量評(píng)價(jià)。E-mail：yangleilei@cup.edu.cn。

引用格式：楊磊磊，魏國，于志超，等.四川盆地?zé)粲敖M多類型流體多期次改造作用下孔隙度演化的定量研究［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（3）：15-26.

YANG Leilei， WEI Guo，? YU Zhichao， et al. Quantitative study on porosity evolution under multi-stage reformation of multi-type fluids in Dengying Formation， Sichuan Basin［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2024，48（3）：15-26.