中扬子西部地区石龙洞组古岩溶储层控制因素分析

牛晓燕 李建明 李冬冬

(长江大学地球科学学院 湖北荆州)

中扬子西部地区石龙洞组古岩溶储层控制因素分析

牛晓燕 李建明 李冬冬

(长江大学地球科学学院 湖北荆州)

区内碳酸盐台地在形成、发展及消亡过程中,由于不同级次的相对海平面下降,台地沉积过程中断,出现频繁暴露并伴随溶蚀作用,在台地埋藏后还受到地下热水的溶蚀改造。区内古岩溶划分为同生期层间岩溶、裸露期古风化壳岩溶、埋藏期热水岩溶等三类。其中裸露期古风化壳岩溶表现为台地长时间的暴露及溶蚀,一般可见明显的古风化壳岩溶垂向分带。控制碳酸盐台地古岩溶发育的主要因素有古构造、全球性海平面变化、成岩作用、成岩相等因素。

中扬子;石龙洞组;碳酸盐岩;古岩溶;控制因素

0 引 言

江汉平原及邻区地处扬子陆块中部,南北为江南造山带和东秦岭造山带,腹地发育海陆叠合盆地,是典型的南方海相碳酸盐岩发育区[1]。区内碳酸盐台地在形成、发展及消亡过程中,由于不同级次的相对海平面下降,台地沉积过程中断,出现暴露并伴随溶蚀作用,在台地埋藏后还受到地下热水的溶蚀改造。

研究区在寒武纪主体为碳酸盐岩台地,沉积了一大套的白云岩,经历了多次的中期的海平面变化旋回,在寒武系顶底、石龙洞组顶等层位发育多个Ⅰ型层序界面,经受了较长时期的暴露与古岩溶作用的改造。岩溶作用发育比较明显的剖面有宜昌莲沱王家坪石龙洞组剖面、石柱彭水板凳沟石龙洞组剖面。本文主要阐述石龙洞组的地面露头与典型井利1井的井下地层古岩溶特征,来说明研究区寒武系古岩溶的控制因素。

1 典型井——利1井古岩溶储层特征

1.1 岩 性

利1井所钻遇的石龙洞组地层可分为两段:

上段厚143m,岩性以灰、深灰,少数浅灰色泥晶白云岩为主,夹少量灰色粒屑云岩、杂色(浅棕红、灰白、灰、灰绿)角砾状白云岩及灰岩、云质灰岩等。粒屑以砂屑为主,次为粉屑,含量一般小于20%,少数60～70%,分选差,次圆～次棱状,具正韵律结构特征,角砾间多为砂屑云岩充填,且溶孔、针孔发育。

下段厚125m,深灰色灰岩、云质灰岩夹深灰色粒屑灰岩、鲕粒灰岩、团块灰岩及少数灰质云岩。多为泥晶结构,少数粉晶结构。粒屑含量68～85%,以粉屑为主,少量砂屑、生屑。

1.2 储集物性

区内孔隙演化史表明,沉积物沉积初期原生孔隙度高达35%～40%。在同生成岩阶段的海底成岩环境中胶结作用、压实作用使孔隙度降低到10%～15%;受海平面升降影响,早寒武世末相当大面积的地层曾暴露地表,接受大气淡水的淋滤和溶蚀作用,形成部分粒间溶孔和粒1内溶孔,但随后的淡水胶结作用和混合水白云岩化作用使原生孔隙度进一步下降到5%以下。

利1井在下寒武世石龙洞期处于局限台地潮间-潮上环境,岩性主要是粉晶白云岩。经过各种物性统计分析,角砾白云岩、针孔白云岩和结晶白云岩的物性较好。特别是针孔白云岩,如表1所示,说明后期的岩溶作用对储层的物性有很大的改善。

利1井石龙洞组孔隙度主要集中在4%～12%,占总样品的65%;渗透率则集中于 0.01～1×10-3μm2,约占总样品数的50%。根据碳酸盐岩储集岩分类标准[2],结合中扬子西部地区的地质背景,我们把孔隙度在12%～20%之间划分为Ⅰ类储层,评价为好的孔隙型储集岩;孔隙度在5%～12%之间的划分为Ⅱ类储层,评价为较好的缝洞—孔隙型储集岩;孔隙度在2%～5%之间划分为Ⅲ类储层,评价为裂缝-孔隙型储集岩;孔隙度在<2%划分为Ⅳ类储层,评价为差的储集岩。综上述分析,利1井的石龙洞组储层属于较好的缝洞-孔隙型储层。另外,利1井石龙洞组的孔渗关系数据表显示,孔隙度和渗透率大致成正相关的关系。

表1 中扬子西部地区利1井石龙洞组岩性及物性表

1.3 储集空间类型

石龙洞组储层在成岩演化过程中叠加古表生作用,经历对孔隙具建设性作用的溶蚀作用,内碎屑、鲕粒常溶蚀成粒内孔、铸模孔,溶蚀率最高可达46.2%,含膏盐岩的去膏化作用易形成针孔、晶洞、溶洞等孔洞型储集空间,并与岩溶缝连通,构成好的储集体。

研究表明,利1井石龙洞组储集空间类型按形态、大小可分为四大类:洞穴、孔隙、喉道及裂缝。按成因类型分类,则可将储集空间分为洞穴、孔隙和裂缝。其中洞穴包括由裂缝扩溶而形成的裂缝性洞穴和由孔隙扩溶而形成的孔隙性洞穴。孔隙可分为溶孔、生物体腔孔、铸模孔和非组构溶孔。溶孔可再细分为砾内溶孔、粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔,分别由角砾、颗粒内部、粒间充填物和晶粒的溶蚀而形成。裂缝分为构造缝、溶蚀缝和压溶缝,其中,构造缝有充填缝和张开缝两小类。

2 石龙洞组古岩溶控制因素分析

2.1 古构造因素与全球海平面变化的控制

构造背景是古岩溶发育的基础。古岩溶发育常位于沉积间断面及不整合面附近,区域地质构造控制着岩溶分区。

早寒武世晚期是全球海平面上升时期,但区内总体表现为进积沉积序列,乃至最终台地暴露并有古岩溶作用发生,显示出构造沉降减弱甚至出现构造隆升作用,石龙洞组顶部的岩溶特征亦显示岩溶作用发生之前白云岩已固结并有古裂缝形成,此也印证了构造的影响。此外,古构造运动形成的古裂缝的发育,有利于古岩溶的发育,总体上看,石龙洞组等地层的古岩溶发育主要受构造隆升控制[2]。

寒武系第6个三级层序SQ6-HST,区域构造活动增强,海平面出现区域性下降,研究区水体急剧变浅,在广大的碳酸盐台地分布区,具鸟眼等暴露标志,在石门杨家坪以及渝东一带,发育有蒸发岩,宜昌王家坪等地发育溶蚀孔洞,其顶界应属类型Ⅰ界线不整合。

石龙洞组的古岩溶主要是发育在SQ6-HST的顶界附近,在剖面上这种分布特征表现明显,一般发育在距石龙洞组顶5m以内。

2.2 成岩作用的控制

研究区石龙洞组成岩作用丰富多样。通过以观察岩石薄片和铸体薄片为基础,结合电子探针、碳氧同位素分析等成果,对石龙洞组储层成岩作用进行了分析研究,认为该区储层发育与孔隙演化主要与表生溶蚀作用以及埋藏溶蚀、白云石化作用等主要成岩作用密切相关,此外,压实、胶结和充填作用等,对研究区石龙洞组储层发育主要起破坏性作用。在平面上,古岩溶主要发育于白云石化-表生溶蚀成岩相中,如图1所示。

图1 中扬子西部地区下寒武统石龙洞组成岩相图

(1)白云石化作用对古岩溶的控制

白云石化作用是区内碳酸盐岩中普遍发育的一种交代作用,能使碳酸盐岩的孔隙度增大及岩石孔隙类型增多,从而增强其可溶性。(2)溶蚀作用对古岩溶的控制

碳酸盐岩的溶蚀是受富含CO2的大气水或地下水淋滤、溶解而产生的,它们多数出现在沉积物表面容易出露于大气的地区(如潮间带等地)、渗流带内以及古侵蚀面有关的地段。溶蚀作用是碳酸盐岩地层中产生储集空间的重要作用。本区下寒武统石龙洞组古岩溶中的溶蚀现象很普遍,且溶蚀作用强烈,沉积物从沉积于海底开始到暴露地表,然后到埋藏阶段均可发生溶蚀作用,并形成一些溶蚀孔隙。

碳、氧稳定同位素分析结果表明,δ13C‰和δ18O‰(PDB)值呈现较大的负值,见表2。Z值中有3个大于120,显示出高盐度海水沉积特征,但是顶部的D样品Z值小于120,表明盐度淡化。同时所有的测试样品计算的古盐度均偏小,这些与成岩过程中大气淡水的加入以及成岩温度有关。

表2 中扬子西部石龙洞组碳、氧同位素组成与古温度、古盐度、Z值计算表

(3)压实压溶作用对古岩溶的控制

沉积物随着埋藏深度的增加,压力、温度不断升高,其孔隙度降低,厚度不断减小。压实、压溶现象在本区下寒武统地层中普遍存在。

2.3 成岩相影响

(1)典型单剖面成岩段研究

宜昌莲沱王家坪下寒武统石龙洞组储层成岩段特征:该剖面发育局限台地相沉积,自下而上可划分为潮间坪夹潮上坪-泻湖-潮上坪。根据详细的岩石薄片和铸体薄片观察分析,将该剖面自下而上划分为六个成岩段,如图2所示。

图2 中扬子西部地区宜昌莲沱王家坪下寒武统石龙洞组储层柱状剖面图

(2)成岩相平面分布研究

以单剖面成岩段分析为基础,结合各个剖面和单井成岩作用分析,总结出研究区平面成岩相分布规律,成岩相可分为三个区域:①白云石化+表生溶蚀作用成岩相区:该成岩相主要分布在研究区西部靠近利川古隆起区和东北部的宜昌地区,该区水体浅,主要发生了白云石化成岩作用和表生溶蚀成岩作用,形成了良好的储集空间,为储层分布有利区。②白云石化+表生溶蚀+压实压溶作用成岩相区:该成岩相主要分布在研究区北部,由于该区水体较深,主要发生了白云石化成岩作用、表生溶蚀成岩作用和压实压溶成岩作用,为储层发育的次有利分布区。③白云石化+压实压溶+胶结作用成岩相区:该成岩相主要分布在工区东南部永顺王村地区,该区主要发生了表生溶蚀作用、压实压溶作用和胶结作用,由于胶结作用对储层发育起破坏作用,该区为储层发育不利分布区。

(3)沉积相控制

以下寒武统SQ6-HST沉积特征为例研究本区沉积相对古岩溶的控制,SQ6-HST沉积特征呈现出东南低西北和东北高的古地理特征(见图3),海水由南东向北侵入的特点,自南向西北和东北依次发育主要由潮下→潮间→潮上的一套以缓坡环境的海相碳酸盐为主体的沉积。工区西北部利1井至武隆一带和工区东北部石门杨家坪一带为古高地地区,发育潮上蒸发坪,以发育含石膏的白云岩和膏岩沉积为主要特征。

该高地周缘地区为潮间坪沉积,主要发育晶粒白云岩,为良好的储集岩分布区。而永顺-张家界-松滋以北地区为潮下滩间海及泻湖沉积,发育大套的粉晶云岩沉积,局部夹浅滩相颗粒灰岩沉积。从沉积相的分布来看,好的原生储集岩主要分布在潮间坪,其次为潮下浅滩亚相沉积中。但是研究区由于在石龙洞组沉积晚期受海平面变化与地壳运动影响,遭受大气淡水淋滤。

3 结 论

1)江汉平原及邻区海相碳酸盐岩可分为同生期层间岩溶、裸露期古风化壳岩溶及埋藏期热水岩溶。同生期层间岩溶与高频相对海平面下降有关;裸露期古风化壳岩溶与低频相对海平面下降有关;埋藏期热水岩溶主要为非选择性溶蚀,与裂缝的关系较为密切;

2)控制碳酸盐台地上古岩溶发育的相关因素有古构造、全球性海平面变化、成岩作用、成岩相等,其中石龙洞组地层的古岩溶发育主要受构造隆升控制;

3)通过分析碳酸盐岩在不同的温度、压力等环境条件下的溶蚀作用机理,古岩溶发育与分布规律,从而了解古岩溶对油气储集的控制规律[3],为油田的勘探、 开发提供一定的技术思路。

图3 中扬子西部地区下寒武统石龙洞组SQ6-HST岩相古地理图

[1] 盛贤才,郭战峰,陈学辉,等.江汉平原及邻区海相碳酸盐岩的古岩溶特征及控制因素[J].海相油气地质,2007,4(2)

[2] 孔金祥.明月峡构造带石炭系储集层研究[J].天然气勘探与开发,2001,24(3)

[3] 夏日元,唐建生,邹胜章,等.碳酸盐岩油气田古岩溶研究及其在油气勘探开发中的应用[J].地球学报,2006,10(5)

TE122

B

1004-9134(2010)02-0069-04

2009-07-12 编辑:姜 婷)

牛晓燕,女,1984年生,学士学位,2007年毕业于长江大学勘查技术与工程专业,现就读于长江大学矿产普查与勘探专业研究生。邮编:434023