南江地区灯影组储集层次生孔洞充填矿物

王 东 王国芝

（1.中国地质调查局 成都地质调查中心，成都610082；2.成都理工大学 地球科学学院，成都610059）

四川盆地下组合（震旦系－志留系）地层中的海相成因碳酸盐岩位于叠合盆地的底层，具有多套优良的生、储、盖组合，油气地质条件优越。继在下组合灯影组储层中先后发现了威远气田、资阳含气区后，灯影组储集层中油气资源勘探一直未获得较大突破。随着中国南方古生界深层海相碳酸盐岩研究的蓬勃兴起，乐山－龙女寺古隆起高石梯构造高石1井工业气流的发现［1］，震旦系灯影组再次成为油气勘探的重点层位。

南江地区位于四川盆地北缘米仓山前缘构造带南侧（图1），杨坝地区震旦系剖面中灯影组出露完整，顶底界、层序清楚。其岩性主要为藻白云岩、粒屑白云岩和微－细晶白云岩，储渗空间良好，孔隙类型繁多；但原生孔隙和大量次生孔隙已被后期矿物充填，现存孔隙基本都是与溶解作用和重结晶作用相关的次生孔隙。研究表明，该套储集岩具有良好的孔隙度（平均值为2.9%）和渗透率（平均值为2.0017×10－3μm2）［2］，而多期矿物充填作用是该区灯影组储集层次生储集空间难于保存的主要原因。因此，研究该套储集层次生储集空间及其内部充填物的形成，将有利于预测灯影组有利储集层的展布特征。

本文根据对南江杨坝灯影组实测剖面的观察，通过对露头和薄片的次生孔洞中充填矿物的形态、稳定同位素、阴极发光以及流体包裹体特征综合分析和深入研究，讨论其成岩环境及其对储集空间形成与保存的影响。

1 储集空间类型及特征

按照碳酸盐岩孔洞的成因，研究区灯影组储集层的现存次生储集空间分为3类8种，包括粒间溶孔、特大溶孔、晶内（间）溶孔、晶间孔、残余喀斯特孔洞及溶缝等（表1）［3］。

1.1 与溶解作用相关的孔隙

粒内溶孔和铸模孔 仅分布于部分层位的藻粒屑白云岩中，是成岩早期具有选择性的大气淡水溶蚀作用的产物；但都被后期的成岩过程中的亮晶白云石充填，无法保存下来形成有效的油气储集空间。

表1 南江地区灯影组白云岩次生孔隙分类Table 1 The main secondary pore types of the Dengying Formation dolomite

图1 南江地区区域地质简图Fig.1 Regional geological map of the Nanjiang area

粒间溶孔 主要分布于粒屑白云岩中。成岩阶段的粒间溶蚀性流体选择性溶蚀了粒间填隙物，孔隙大小介于0.1～0.6mm之间。多数粒间溶孔边缘充填有孔洞面积20%～60%的晶粒状白云石，残余孔洞为干沥青充填，是灯影组古油气藏的主要储集空间之一。

特大溶孔 通常将体积为周围最大粒屑颗粒或晶粒2～3倍或多倍的溶孔称为特大溶孔，常是由先存粒间溶孔或沿一定的裂缝发育而来［3］。广泛分布于藻白云岩、粒屑白云岩和晶粒状白云岩中，被亮晶白云石和石英半－全充填，部分残余孔洞可见干沥青充填。

晶内（间）溶孔 分布于孔洞充填的次生亮晶白云石晶体中，孔隙直径为50～120μm。一般是在先存次生孔隙被后期流体充注－沉淀形成粒状亮晶白云石的基础上，通过深埋阶段的有机质演化产生的腐蚀性流体的溶蚀作用而形成。

残余喀斯特孔洞 研究表明，灯影组第一段中下部大量发育的葡萄状花边白云石和残余孔洞都是表生期大气淡水喀斯特作用的产物［4］。葡萄状花边的展布和形态受孔洞或裂缝的形态控制，葡萄状白云石充填之后的残余孔洞又被大量的晶粒状白云石充填，现存残余孔洞直径可达0.2～1cm。

1.2 与重结晶作用相关的孔隙

晶间孔 主要发育在重结晶作用较为强烈的微－细晶白云岩中，包括次生孔洞中充填白云石形成的晶间孔。这些孔隙十分微小、丰富，往往会受到后期各种溶蚀作用的改造、叠加，成为研究区最为重要的油气储集空间之一［3］。

1.3 与构造作用相关的孔隙

溶缝 研究区白云岩储层中发育大量的拉张性裂缝，宽度为40～150μm；但多数裂缝被后期亮晶方解石充填，仅少数在抬升时期形成的裂缝被有效地保存下来，却又被沥青充填。

2 孔洞充填矿物序列及特征

研究发现，现今灯影组储集层次生孔洞的充填矿物主要分布于粒间溶孔、特大溶孔及喀斯特孔洞中，其充填序列与四川盆地其他地区灯影组差异显著［5，6］。而所研究的剖面上、下两部分的充填矿物特征又各不相同，其下部的次生孔洞充填矿物具有第一世代纤维状－柱状白云石（或称葡萄状、皮壳状）→第二世代细－粗粒状亮晶白云石的简单充填序列特征，未见沥青充填；而灯影组上部具有第二世代晶粒状亮晶白云石→第三世代自形石英→第四世代他形石英→第五世代连晶白云石的复杂充填序列特征，并可见大量的沥青充填（图2）。

2.1 第一世代纤柱状白云石

图2 灯影组储层的埋藏－有机质－孔隙充填矿物演化图Fig.2 The evolution sketch for Dengying Formation reservoir in burial，organism，and minerals in pores

灯影组中下部所特有的葡萄状构造白云石具有区域性分布特征，对其形成原因一直存在争议［7－10］。其形态特殊，易于识别，主要分布于较大的溶洞、溶缝之中，可使先存次生孔洞减少30%～70%，甚至完全充填。剔除葡萄状白云石之后的先存孔洞、缝从下往上具有弱发育→孔洞增多、增大→孔洞密集发育的分布规律，与古喀斯特界面以下孔洞的发育极为相似［11，12］。葡萄状白云石既有穿层分布，也有顺层延伸，孔洞顶面具有明显的悬垂状，这些特征都说明其形成与大气淡水喀斯特作用密切相关。

研究表明，碳酸盐岩地层在浅埋藏或地表暴露环境中，与大气淡水间的相互作用将使原始的地球化学平衡被打破，使碳酸盐岩的δ13C和δ18O值显著降低，w（87Sr）／w（86Sr）值增大［13，14］。纤柱状白云石的δ13CPDB值为1.52‰～2.845‰（表2），平 均 值 为 2.218‰，较 围 岩 （平 均 值 为3.166‰）具 有 明 显 的 负 偏；而 δ18OPDB值 为－8.575‰～－1.930‰，平均值为－4.311‰（围岩平均值为－2.9‰），变化波动较大，这可能与δ18O 易 受 水－岩 作 用 影 响 有 关［15］。w（87Sr）／w（86Sr）值 为0.709 4～0.710 5，平 均 值 为0.709 9，明显高于围岩平均值（0.709 1）。其阴极发光呈明暗程度相间的红色或橘红色，围绕孔洞周围呈环带状连续分布（图3－A），未见包裹体特征。以上特征都表明纤柱状白云石应形成于灯影组中－晚期近地表半封闭的浅埋藏大气淡水成岩环境，周期性大气淡水的下渗作用有利于纤柱状白云石的快速沉淀。

2.2 第二世代细 粗粒状亮晶白云石

主要分布于葡萄状白云石充填的残余孔洞、粒间溶孔等较大次生溶孔中，通常越靠近孔洞中心结晶颗粒越粗大、自形程度越好。白云石晶体洁净明亮，常见晶内溶孔，占据残余次生孔洞的40%～100%。充填于纤柱状白云石之后的晶粒状白云石的δ13CPDB值为1.805‰～5.401‰（表2），平均值为2.745‰；δ18OPDB值为－7.861‰～－10.238‰，平 均 值 为 －9.155‰；w（87Sr）／w（86Sr）值 为0.709 5～0.710 6，平 均 值 为0.709 8：表明该时期的孔隙流体性质与纤柱状白云石沉淀流体有显著差异。

图3 孔洞中充填矿物特征及世代关系Fig.3 Characteristics and generation relationship of minerals filled in vugs

阴极发光特征表明，早期较细粒白云石边缘为明亮的黄色发光（图3－A，B），之后为橘黄色发光和红色发光相间，具有明显的晶体环带生长结构；往孔隙中心环带结构逐渐消失，阴极发光明亮程度减弱，以红色发光为主。尽管明亮黄色环带的阴极发光特征所具有的环境指示意义尚存争议，但是多数学者认为主要与淡水流体相关［16］，特别是与地层的浅地表暴露过程中活动性的大气淡水关系密切；而成岩晚期深埋过程中形成的较粗晶白云石或方解石通常不具有环带结构［17］。表明第二世代早期的晶粒状白云石成岩流体受到浅暴露过程孔隙残留大气淡水的影响，随着淡水的稀释，影响逐渐消失。同时，孔洞中心的白云石中可观察到明显的液相、气液两相的烃类包裹体，表明其形成于浅－中埋藏有机质成熟阶段，最早可能开始于灯影组末期。

表2 灯影组白云岩孔洞充填物稳定同位素值Table 2 δ13 C，δ18 O and w（87Sr）／w（86Sr）of fillings inthe vugs of Dengying Formation dolomite

2.3 第三世代自形石英

仅分布于灯影组中上部，主要充填于次生超大溶孔、粒间溶孔中，充填比例为次生孔洞的5%～35%不等。通常是沿洞壁生长，具有典型的六方柱状晶形特征，晶体干净明亮，表明自形石英形成时间相对较早，形成时间较长，缓慢沉淀生长。含有极少量的液相和气液两相的烃类包裹体，阴极射线下不发光，与第四世代他形石英之间有明显的干沥青充填（图3－C，D）。研究认为两期石英之间形成的残余干沥青为中－晚志留世末期受加里东运动影响第一次古油藏被破坏的产物［3］，主要形成于浅－中埋藏有机质开始成熟阶段，而自形石英则形成于之前。

2.4 第四世代他形石英

主要充填在自形石英充填后的残余孔洞中（图3－C，D），沿自形石英或未被占据的洞壁生长，主要呈放射状或他形粒状，可占残余孔洞的20%～60%，含有较多的液相和气液两相的盐水、烃类包裹体。第一次古油藏破坏形成少量的干沥青之后，可能是由于受到构造作用，深部热液流体顺破裂面运移，造成的孔隙流体中硅质组分含量迅速增高，并快速沉淀结晶形成放射状或他形粒状石英，使得早期的次生孔洞又一次极大地破坏，同时造成围岩发生强烈的硅化作用。主要形成时间为中－深埋藏时期有机质大量成熟阶段。

2.5 第五世代巨晶白云石

广泛分布于残余次生孔洞中心（图3－E），呈连晶状生长，晶体形态受孔洞的形态控制，占据残余孔洞的70%～100%。阴极发光呈暗红色（图3－F），含有大量的气相和气液两相的烃类包裹体，应形成于第四世代石英之后。随着埋藏深度的快速增加，此时储层埋藏温度达到了液态烃的热裂解门限值，古油藏开始发生热裂解，形成了大量的有机酸、CH4和CO2等腐蚀性流体，并对先存次生孔隙中的白云石充填物及围岩产生深埋溶蚀作用，当流体达到过饱和或温压发生改变时，便在孔洞中心沉淀出巨晶白云石［3］。

3 结论

a.灯影组白云岩储集层的次生孔洞中充填了3个世代的亮晶白云石和2个世代的石英，使得先存的次生储集空间缩小了40%～90%，甚至完全充填。大量充填矿物形成时间早于寒武纪烃源岩成熟排烃时间，不利于灯影组古油藏的形成和保存。

b.充填矿物形成于浅地表至深埋阶段的不同成岩环境。浅地表环境的大气淡水作用影响明显，以纤柱状白云石和具有环带结构的晶粒状白云石为特征。随着埋藏加深，成岩环境变得相对封闭，大气淡水作用的影响减弱或消失，以粗粒亮晶白云石和石英沉淀为主，其阴极发光特征变暗或不发光。

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