中上扬子地区石炭系－二叠系颗粒灰岩类型及储集性能

陈肯，肖传桃，冯镇涛，艾军

（长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

中上扬子地区在各个时代地层中均有海相碳酸盐岩储层发育，颗粒灰岩作为区内灰岩中最主要的岩石类型可以分为：生物碎屑灰岩、砂－砾屑灰岩、粉屑灰岩、球粒灰岩、鲕粒灰岩、藻粒灰岩等［1］。储集空间类型主要有：粒间孔、晶间孔、铸模孔、构造裂缝等。岩石类型和物性特征之间的特殊联系，为优质储层的寻找提供了导向。

1 颗粒灰岩的类型和特征

1.1 生物碎屑灰岩

岩石多为深灰－褐灰色，生物碎屑杂乱分布（图1（a）、（b）），在浅滩、潮下静水环境中较为发育。主要颗粒成分为生物碎屑（约50%～60%），偶见少量球粒及鮞粒。生物碎屑多破损严重，其直径约为0.2～1.5mm，分选较差。生物类别主要为有孔虫及少量珊瑚、腕足类、介形虫等。亮晶方解石胶结物体积分数约为45%，呈颗粒支撑［2］。

1.2 砂－砾屑灰岩

砾屑灰岩为灰色，厚层～巨厚层状，砾屑体积分数约为25%～35%，粒径在1～25cm，磨圆较好，分选极差，排列规则，多形成于潮汐等波浪活动强烈的高能环境。砂屑灰岩为灰色－深灰色，砂屑体积分数约为60%～80%，粒径在0.05～0.4mm，分选和磨圆均较好，颗粒间多为亮晶方解石胶结（图1（c）），主要形成于碳酸盐岩斜坡等水动力较强的浅海环境中。

1.3 粉屑灰岩

粉屑灰岩呈浅灰至深灰色，中层～薄层状，颗粒多为生物碎片及内碎屑，体积分数约为15%～40%。其中，生物碎片主要为个体较小的有孔虫，体积分数约为10%～25%，粒径在0.1～0.3mm，多呈球形、圆柱形或纺锤形，保存条件好，房室构造清晰可见。岩石水平纹层发育，颗粒有规则排列，多形成于深水斜坡沉积中。

1.4 球粒灰岩

球粒灰岩粒度较小，分选较好，无任何内部构造，常与其他砾屑灰岩伴生，颗粒中常含有生物碎屑且种类齐全。对于球粒的成因，主要有2种观点：一是认为球粒是一种特殊的内碎屑，即将磨圆度好的粉砂级或细砂级内碎屑作为球粒；二是将球粒定义为粪球粒，即分选极好、有机质含量充足，镜下呈暗色的椭球形或卵形颗粒。球粒及粪球粒主要出现于现代滨海碳酸盐岩沉积物中，形成于水动力较弱的安静环境［3］。

1.5 鮞粒灰岩

鮞粒灰岩中的鮞粒多为椭圆形和圆形，直径在0.05～0.5mm，大小不均（图1（d））胶结物为亮晶方解石，呈颗粒支撑结构。根据鮞粒的结构和形态特征可将其划分为表皮鮞和正常鮞，其中表皮鮞呈椭圆形，粒径约0.2～0.5mm，生物碎屑是核心的主要构成部分，同心纹发育［3］。该类岩石形成于水动力条件较强且潮汐作用发育的地区。

图1 研究区主要颗粒灰岩类型

1.6 藻粒灰岩

藻粒灰岩颜色为浅灰至深灰色，中厚层状，表皮多发生钙化，盖壳厚约0.5mm。其形态以中空的圆柱形或圆管形为主，内腔被亮晶方解石填充，孔径大小在0.02～0.06mm［4］。岩内颗粒的破损程度一般，排列不规则，有机质及泥质含量较高，多发育于水动力条件较弱的低洼潮下地区。

2 储集空间类型及物性特征

2.1 储集空间类型

碳酸盐岩储层的储集空间不同于碎屑岩储层，除孔隙之外，裂缝和洞穴也占有极为重要的地位。

1）粒间孔 其大小、形状和分布主要由颗粒的类型、胶结程度及溶蚀程度所决定。该孔隙类型在整个研究区分布范围广，连通性都较好，多见于砂屑灰岩、藻粒灰岩［5］。

2）晶间孔 为矿物晶粒之间的孔隙，在具晶粒结构的碳酸盐岩中均有发育。其形成时间跨度之大，从开始沉积直至成岩后期持续发育，排列不均匀，杂乱分布，孔径约为0.04～0.1mm。

3）粒内孔 为颗粒遭受溶蚀而形成的孔隙，在颗粒灰岩中普遍发育，孔径约为0.1mm，面孔率一般小于0.5%，后期常被方解石、白云石等矿物充填，连通性较差。

4）铸模孔 为岩石中易溶蚀的颗粒或晶体被完全溶滤所形成的孔隙，成岩后期多被方解石、沥青所充填，分布均一，但是连通性较差。

5）构造裂缝 区内构造裂缝主要为中、小、微缝，多按组系分布，缝系较平直，为矿物所充填［6］。

2.2 物性特征

区内石炭系储层孔隙度为0.25%～12.26%之间，平均为2.7%，渗透率为0.01～39.85mD，平均为0.49mD；二叠系储层孔隙度为0.17%～15.13%之间，平均为7.4%，渗透率为0.001～40.65mD，平均为0.89mD。虽区内发育的大量构造裂缝对储层进行了后期改造，使得部分区域内储层的渗透性得以明显改善，但总体仍呈现超低孔、超低渗的特征［7］。

3 储层控制因素

海相碳酸盐岩储层受多种因素的控制，有沉积作用、成岩作用、风化作用和构造作用等，它们共同控制着储层的发育和分布。

3.1 沉积作用对储层的控制作用

沉积作用是储层形成的基础和先决条件，影响着储集岩的结构组分特征，是后期成岩改造的物质基础。石炭系储层在台内浅滩岩相、藻坪岩相带发育，该类岩相带沉积地貌高，经历强风浪作用以及充分的海水淘洗，有利于形成结构粗、孔隙多的碳酸盐岩储集层［8］。二叠系碳酸盐岩储层分布受台内生物礁岩相、台缘生物礁岩相带控制，发育大量生物礁灰岩，形成的滩相颗粒灰岩普遍遭受白云岩化作用，形成较大规模的礁、滩白云岩组合，是天然气富集的有利储集相带。

3.2 成岩作用对储层的控制作用

能使孔隙度和渗透率大幅改善的成岩作用有白云岩化作用和溶蚀作用。白云岩化作用是形成优质孔隙型储层的必要条件，白云岩晶间孔较灰岩更为发育，有利于次生孔隙的形成，且白云岩比灰岩抗压实能力更强，也更有利于早期孔隙的有效保存。溶蚀作用可分成同生期淡水溶解作用、古风化期的淋滤作用和埋藏成岩阶段的岩溶作用［9］，对储层孔隙连通性起积极作用。

3.3 风化作用对储层的控制作用

碳酸盐岩在遭受淋滤和物理风化时，也可使原始孔隙的规模增大，使储集性能得到改善。

3.4 构造裂缝对储层的控制作用

当碳酸盐岩地层遇到构造抬升，上覆岩层被剥蚀，地层静压力减小时，会产生卸压裂缝。构造裂缝形成时期较晚，且数量多，能有效提升储层的连通性和渗透率［10］。

4 结论

1）中上扬子地区石炭系－二叠系的颗粒灰岩可分为生物碎屑灰岩、砂－砾屑灰岩、粉屑灰岩、球粒灰岩、鲕粒灰岩和藻粒灰岩6种类型，其中以生物碎屑灰岩孔隙结构最好，其次为砂－砾屑灰岩。

2）区内灰岩储集空间以粒间孔和晶间孔为主，构造裂缝多被矿物充填。

3）区内碳酸盐岩储层主要受沉积作用、成岩作用、风化作用和构造作用的共同控制。

本文属长江大学科研发展基金（0709001）产出论文。

［1］冯增昭.中国沉积学 ［M］.北京：石油工业出版社，1994.

［2］四川省地质矿产局.四川省区域地质志 ［M］.北京：地质出版社，1991.

［3］孔为伦.中上扬子北缘中－晚二叠世沉积相与古地理研究 ［D］.合肥：合肥工业大学，2011.

［4］唐泽尧.碳酸盐岩储集层 ［M］.北京：石油工业出版社，1989.

［5］许学良.川东石炭系碳酸盐岩孔隙结构研究 ［J］.天然气工业，1992，12（3）：22～25.

［6］周存俭.川东沙罐坪气田石炭系沉积微相与储层特征研究 ［D］.成都：成都理工大学，2009.

［7］戴永定，李菊英.四川盆地南部二叠系茅口组碳酸盐岩岩石学与储集性质 ［J］.地质科学，1978，3（1）：203～219.

［8］洪海涛，杨雨.四川盆地海相碳酸盐岩储层特征及控制因素 ［J］.石油学报，2012，33（2）：64～73.

［9］冯仁蔚，王兴志.川西南部周公山及邻区下二叠统碳酸盐储层控制因素研究 ［J］.重庆科技学院学报，2007，9（1）：3～8.

［10］张成富.川东地区龙门区块石炭系沉积微相及储层特征研究 ［D］.成都：成都理工大学，2011.