鄂西渝东地区下寒武统石龙洞组成岩作用特征

盛贤才，郭战峰，冯 畅，胡晓凤，包汉勇*

(1.中国石化江汉油田分公司，湖北 武汉 430223；2.长江大学，湖北 武汉 431000)



鄂西渝东地区下寒武统石龙洞组成岩作用特征

盛贤才1，郭战峰1，冯 畅2，胡晓凤1，包汉勇1*

(1.中国石化江汉油田分公司，湖北 武汉 430223；2.长江大学，湖北 武汉 431000)

应用鄂西渝东地区利1井(或剖面)下寒武统石龙洞组301件碳酸盐岩薄片的观察资料，结合储层流体包裹体以及埋藏史、热史资料，对其成岩作用类型、成岩演化序列、储层孔隙演化进行了研究。结果显示：该区石龙洞组的主要成岩作用类型包括胶结、压实—压溶、白云石化、破裂、溶蚀等作用；浅埋藏阶段白云石化以及中—深埋藏阶段溶蚀是储层形成的关键性成岩作用；研究区石龙洞组沉积时期潟湖边缘浅滩、浅缓坡浅滩发育区域(龙山茨岩塘一带及其以西)将是储层发育有利区。

碳酸盐岩；成岩作用；孔隙演化；下寒武统石龙洞组；鄂西渝东地区

0 引 言

鄂西渝东地区指重庆涪陵—万州以东、湖北恩施—建始以西区域，包括方斗山复背斜、石柱复向斜、齐岳山复背斜和利川复向斜等构造单元。

近年来的勘探成果表明，研究区紧邻湘鄂西下寒武统生烃中心[1]，加里东期处于古斜坡背景[2]，海西—印支期继承性发展，是油气运移的有利指向区；早燕山期以及晚燕山—喜山期齐岳山复背斜以西构造改造相对较弱，构造较为简单，加上发育区域性分布的中寒武统蒸发岩类盖层，保存条件较好[3]。近年来的勘探评价均认为该地区是下寒武统石龙洞组等海相层系的油气勘探有利区[4-5]。下寒武统石龙洞组储层纵、横向特征是鄂西渝东地区勘探综合评价要素之一，近年来，研究区的邻区针对该层系的沉积储层做了较多的工作[6-7]。该文通过对利1井以及野外露头剖面(如双流坝)的301件薄片系统观察，结合包裹体资料以及埋藏史、热史研究，分析了石龙洞组主要成岩作用类型以及演化过程，探讨了储层形成机理，为进一步开展储层纵横向特征刻画、成藏分析与勘探评价奠定了较好基础。

1 沉积背景

研究区地表露头资料显示下寒武统石龙洞组下伏地层天河板组以细陆源碎屑岩和灰岩的混合沉积为主，是早寒武世中期受陆源碎屑物质供应影响较大的沉积产物；而石龙洞组沉积期，四川、黔北以及鄂西渝东一带古地貌趋于平缓，地势总体西高东低，总体为沉积水体较浅的碳酸盐岩缓坡台地沉积[8-9]。该区下寒武统石龙洞组连片分布，以碳酸盐岩为主，李2、恩页1、长生1井出现石膏或膏质云岩，区域厚度为160～340 m。测井显示其自然伽马为低值，中下部有一个低峰，与四川盆地中南部龙王庙组测井特征较相似，二者有较好的可比性。石龙洞组可分上下2段，下段以深灰色泥晶灰岩、云质灰岩、亮晶鲕粒灰岩为主，可夹白云岩、膏质云岩；上段为灰、深灰、浅灰色泥晶云岩，亮晶云质砂屑灰岩，砂屑云岩，角砾状云岩，膏质云岩，石膏夹少量泥晶灰岩、泥灰岩等，主体属于碳酸盐岩内缓坡、浅缓坡沉积，沉积相带向东南方向迁移，其中浅缓坡相带由李2井一带迁移至龙山茨岩塘一带。

2 主要成岩作用类型及特征

2.1 胶结作用

研究区最明显的胶结作用表现在石龙洞组浅滩相灰岩中，多以世代胶结为特征，一般发育2个世代的胶结物(图1a)，第1世代呈纤维状或马牙状围绕颗粒外缘，垂直于颗粒壁生长，构成第1世代纤维状等厚环边胶结物，此类胶结物主要形成于海底成岩环境。第2世代胶结物为粒状方解石，最常见的是在栉壳状胶结物之外形成第2世代或更晚期镶嵌式胶结物，此类胶结物可能形成于浅埋藏阶段。从薄片系统观察结果来看，研究区绝大多数鲕粒、砂屑、生屑等未被压扁变形，反映沉积之后胶结物形成较早，抵御了后期的埋藏压实作用。

图1 鄂西渝东地区下寒武统石龙洞组成岩作用的显微照片

2.2 白云石化作用

研究区下寒武统石龙洞组白云岩是主要岩石类型，可分为2种。第1种白云岩中的白云石主要以泥晶为主，可含石膏(如恩页1井)或石膏假晶(如利1井)，见藻纹层理，白云石形成于强烈蒸发的潮坪环境，白云石主要为它形晶，岩性致密，孔隙不发育，薄片中无充填沥青的晶间孔。第2种白云岩中的白云石主要以粉晶为主，少量为细晶，一般为半自形—自形晶，显微镜下白云石一般较脏，部分白云石可见雾心亮边结构，呈层状或不规则状分布于泥晶白云岩或砂屑灰岩、鲕粒灰岩和泥晶灰岩中。这类白云石主要形成于浅埋藏成岩阶段，显微薄片观察表明，粉(细)晶云岩构造微裂缝发育，推测白云石化发生在沉积物固结成岩之后，构造微裂缝沟通了能够发生白云石化的成岩流体，从而导致了此类成岩作用的发生，内缓坡、浅缓坡相带发育的高能浅滩发育相对多的残留孔隙，有利于浅埋藏阶段成岩流体的活动，因此，与高能浅滩有关的岩相组合的此类白云石化更常见。该类白云岩中白云石晶间孔隙发育，晶粒间多面体晶间孔主要被沥青充填(图1b)，因此，推测白云石化过程属于摩尔交代，伴随白云石化作用还有有体积收缩孔产生，以至于次生孔隙(主要是晶间孔隙)大量形成，而且在白云石化作用发生后，晶间孔未被充填即出现烃类侵位，导致晶间孔被晚期烃类热解作用所形成的沥青等所充填。

2.3 压实及压溶作用

压实作用是使研究区泥晶灰岩、泥晶云岩沉积物孔隙缩小和地层厚度减小的主要成岩作用；而对研究区的砂屑灰岩、鲕粒灰岩、砂屑云岩而言，由于发生了早期胶结作用，压实作用对其影响较小，表现为骨架颗粒之间主要为点接触。随着埋深继续增加，岩层发生压溶作用，主要表现为碳酸盐岩颗粒或晶面弯曲呈镶嵌状，形成缝合线。缝合线与岩石层理平行或近于平行，常切过颗粒、胶结物和基质，并且还切割了部分(溶蚀)孔、缝充填物，表明压溶作用发生较晚。

2.4 破裂作用

自加里东以来，研究区经历了多期构造改造，岩层破裂较为强烈，从利1井钻井岩心以及薄片等观察结果来看，下寒武统石龙洞组裂缝十分发育，根据裂缝之间的交叉关系、充填物成分结合包裹体测温，该地区至少发生5期破裂作用(图1c)。第1期裂缝以微细缝为主，主要见于粉晶白云岩中，与埋藏白云石化关系密切，形成时期较早，可能在浅埋藏阶段形成，被后期所有裂缝所切割。第2期裂缝形成于埋藏白云石化之后，被后期所有裂缝所切割，裂缝被方解石全充填，包裹体均一温度为118～170℃，结合演化史和热史分析，裂缝形成时间应在早石炭世之前。第3期裂缝较为发育，切割第1、2期裂缝充填物，被硅质、沥青以及黄铁矿所充填，被更晚期的裂缝切割，该期裂缝充填物尽管无包裹体资料，但根据裂缝形成序列判断，裂缝大致形成于海西期，岩层裂缝发育过程中很可能伴随烃类充注。第4期裂缝十分发育，常见切割第1、2、3期裂缝，但被更晚期的裂缝所切割，大部分裂缝充填物以方解石为主，但未见沥青，因此，推测该期裂缝形成时以及充填时液态烃大部分已经热解成气态烃，方解石充填物中的包裹体均一温度为173～242℃，时间为晚三叠世，有机包裹体以气态烃为主。第5期裂缝亦较为发育，切割所有早期裂缝，未见充填物，形成时代推测大致在燕山—喜山期。

2.5 溶蚀作用

研究区石龙洞组主要溶蚀作用是埋藏溶蚀作用。根据孔隙充填物组分以及相互交切关系可以识别出3期溶蚀孔隙。第1期溶蚀作用强烈，常见于研究区石龙洞组中上段的粉(细)晶云岩中，一般在显微薄片之下常可分为基岩和溶蚀缝—孔系统两部分(图1d)，前者为粉晶云岩，溶蚀作用较弱，溶孔不发育；后者为溶蚀孔和溶蚀缝组成溶蚀孔—缝系统，且几乎被硅质、沥青以及黄铁矿全充填，由于该期溶蚀孔与第3期裂缝系统相伴出现，暗示溶蚀作用与该期构造关系密切，亦应大致形成于海西期。第2期溶蚀作用常常形成较大的非选择性溶蚀洞穴，常与第4期裂缝相伴出现，因而认为与第4期构造裂缝关系密切，主要形成于印支期，溶蚀洞缝亦主要见于粉细晶云岩中，充填物以方解石为主，部分溶蚀洞缝中见有硅质、白云石，缺乏沥青，且可见该期洞穴充填物切割第1期溶蚀孔—缝之中充填物，使早期充填物呈“孤岛状”(图1e)，因此，形成时间较第1期溶蚀作用晚，应在液态烃热解和沥青形成之后的大量生气阶段。第3期溶蚀作用亦较强烈，与之相关的溶蚀孔(洞)主要见于粉细晶云岩中(图1f)，此外角砾云岩、砂屑云岩等岩层中亦可见，大部分为孔径较大的非组构溶孔，其次是孔径较小的晶间溶孔，未见充填物。现今利1井下寒武统石龙洞组岩心孔隙度最大可达22.9%，平均孔隙度为7.53%，主峰孔隙度优势区集中于4%～12%，与这期未充填孔隙发育井段一致，形成时期推测在燕山—喜山期。

通过进一步分析认为研究区石龙洞组多期溶蚀作用可能均与热化学反应TSR有关。研究区中寒武统覃家庙组及下寒武统石龙洞组中多层含石膏地层提供了充足的硫酸根来源，石龙洞组中富含气态烃类的包裹体以及孔缝系统中沥青表明曾经有足够的烃源供给，而包裹体均一温度资料显示，石龙洞组储层温度一般在120℃以上，这些资料表明，研究区下寒武统石龙洞组碳酸盐岩具备发生TSR反应的3个基本条件——即充足的烃源、地层中发育有膏岩和较高的温度(一般大于120℃)。值得指出的是，威远气田震旦系以及寒武系储层在形成过程中也可能受到硫酸盐与烃类发生的TSR的影响[10-11]，因此，石龙洞组储层形成过程中的多期溶蚀与TSR有关可能具有普遍意义。

3 成岩序列与孔隙演化

研究区下寒武统石龙洞组沉积之后，在近地表环境下，浅滩沉积时相对海平面下降可导致时间不长的浅滩暴露和大气淡水溶蚀作用，形成铸模孔等，但第1世代纤维状等厚环边胶结物的形成使得浅滩原始沉积孔隙减小很快。强烈蒸发的潮坪环境则发生准同生白云石化以及石膏形成作用，形成原始晶间孔。受浅埋藏成岩环境及逐渐增强的压实作用，潮坪沉积物孔隙减小很快，原始孔隙几乎消失殆尽。浅滩沉积由于进一步胶结作用使得原始粒间孔隙继续减少，以致最终成为非储层或差储层。浅埋藏阶段另一个重要成岩事件是埋藏白云石化，推测是由构造改造形成的微裂缝沟通了成岩流体，从而发生了白云石化。经过此阶段成岩作用之后，出现了由埋藏白云石化作用而形成的次生晶间孔，粉晶云岩孔隙度为3%～6%。海西期以来研究区出现多次构造升降，但总体上下寒武统石龙洞组埋深持续增加，逐步进入深埋藏环境，多期破裂和埋藏溶蚀(及充填)等逐渐成为影响储层孔隙发育的主要成岩作用类型。海西晚期的一幕构造运动形成的裂缝对储层影响较大，推测裂缝沟通了烃源岩和石龙洞组储层，来自烃源岩的富烃、富硅的流体进入石龙洞组，形成最重要的一次烃类充注，而由烃类充注产生的TSR反应导致主要在粉晶云岩中发生了较大规模埋藏溶蚀作用，次生溶蚀孔—缝发育，加剧了储层非均质性，随后相关孔、缝被硅质、沥青、黄铁矿充填，成岩作用向孔隙堵塞、破坏的方向发展，孔隙度可能降低至5%以下。中三叠世印支运动早幕在石龙洞组再一次形成与小型断层有关的裂缝，伴随裂缝发育，在石龙洞组中粉晶云岩为主的岩层段再一次发生埋藏溶蚀作用，形成次生溶蚀洞、缝，储集性能改善，这期埋藏溶蚀应发生在早期古油藏基本热解作用之后，随后溶蚀洞(缝)被方解石、硅质等充填导致储层孔隙度降低，方解石捕获的有机包裹体以气态烃为主。燕山—喜山期构造运动再一次在石龙洞组中形成裂缝，与之有关埋藏溶蚀作用发育层段与早期埋藏溶蚀作用发育段基本一致，且基本上未充填，形成裂缝—孔隙型或孔隙型储层，目前孔隙度为0.53%～22.90%，渗透率为0.003×10-3～445.000×10-3μm2。

显然，研究区石龙洞组沉积阶段的高能浅滩系列有利于原生残留孔隙的保存，为储层形成提供了物质基础，浅埋藏阶段与浅滩系列有关的白云石化为更晚期的成岩流体提供了活动空间，而深埋藏阶段的溶蚀作用造就了储层现今的储集空间。因此，研究区石龙洞组沉积时期潟湖边缘浅滩、浅缓坡浅滩发育区域(龙山茨岩塘一带及其以西)将是储层发育有利区。

4 结 论

(1) 研究区主要成岩作用包括胶结、压实—压溶、白云石化、破裂和溶蚀作用等，其中白云石化(主要是埋藏白云石化)、破裂、溶蚀(主要是埋藏溶蚀)形成了次生晶间孔、缝和次生溶蚀孔(缝)等，是导致储层最终形成的主要成岩作用类型。

(2) 石龙洞组的埋藏白云石化作用形成了粉细晶云岩，主要形成于浅埋藏阶段，一般与高能浅滩沉积有关；中—深埋藏阶段的溶蚀作用对岩性有较强的选择性，主要发生于浅埋藏白云化作用有关的粉细晶云岩中，溶蚀作用可能与TSR有关。

(3) 研究区石龙洞组碳酸盐岩成岩序列研究结果表明，高能浅滩沉积系列易于浅埋藏阶段白云石化以及中—深埋藏阶段溶蚀作用的进行，对石龙洞组储层的最终形成有利。

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编辑 林树龙

20141203；改回日期：20150410

国家重大专项“中扬子地区海相层系油气成藏条件与勘探评价(二期)”(2011ZX05005-003-004)

盛贤才(1965-)，男，高级工程师，1986年毕业于中国地质大学(武汉)地层古生物专业，2002年毕业于长江大学矿物学、岩石学、矿床学专业，获硕士学位，现从事油气储层与勘探评价工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.002

TE122.2

A

1006-6535(2015)04-0004-04

* 参加此项研究的还有文可东。