川西南部大兴场地区雷四3亚段储层特征及控制因素

林 怡 徐诗雨 余良志 何开来 杨 京 曾乙洋 黎 洋 赵春妮

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.中国石油西南油气田公司勘探事业部

0 引言

四川盆地中三叠统雷口坡组资源丰富，总地质资源量为0.75×1012m3，是重要的战略准备层系。自20世纪70年代开始，中国石油西南油气田公司矿权范围内先后于川西北中坝、川中磨溪、川东卧龙河等气田雷口坡组气藏提交探明储量近600×108m3[1]。而中国石油西南油气田公司在川西南部部署的钻探雷口坡组的探井均产水。已有勘探研究成果表明，川西南部雷四段与龙岗地区发育程度相似，均在印支期遭受风化岩溶改造。由于资料缺乏，对川西南部大兴场地区雷四段储层含油气地质条件研究程度较低，直至2016年在大兴场—白马庙地区大型构造-地层复合圈闭高部位部署了XT1井，完井测试获气5.17×104m3/d，这是中国石油西南油气田公司在川西南部雷口坡组第一口纯气井，XT1井是继1972年中坝气田之后，中国石油在川西地区雷口坡组勘探又一重要突破[2]。随着近年来该区新部署钻揭雷四段的探井测试成果良好，测井解释也证实钻井储层较为发育，随着研究资料的丰富，为进一步扩大立体勘探成果及为下一步勘探部署提供依据，迫切需要进行川西南部大兴场地区雷口坡组四段储层研究工作。

前人对该区沉积及储层特征、成岩作用等方面做过相关研究，李宏涛等认为川西南部雷四段主要发育碳酸盐岩台地潮坪相以及台地边缘滩相，以颗粒滩储层为主[3]；吴世祥等、李凌等认为从储集岩类来看，雷四段大规模发育厚度大、分布广、物性优、含气性好的白云岩孔隙型储层，储层纵向上叠置发育，横向上分布较为稳定可对比[4-5]。在储层成因方面，陈莉琼等、王琼仙等认为雷四段顶部存在古风化壳，储层发育主要受古地貌、沉积作用及岩溶作用的影响[6-7]。

通过岩心薄片、扫描电镜观察，开展岩心样品物性与压汞实验分析，结合测井储层解释结果，对川西南大兴场地区雷四3亚段储层特征进行详细描述与分析，研究储层特征及其对储层发育的控制作用，以期进一步指导该区海相地层油气勘探方向。

1 区域地质背景

1.1 构造特征

川西南部大兴场地区位于四川省成都市蒲江县—新津县—邛崃市境内，构造上属于四川盆地川西中新坳陷低陡带内的雅安斜坡带上的一个大型隆起，距西侧龙门山断裂带较远。川西南部是由川中古陆核与周边海槽经晋宁期地质事件褶皱上升并增生而成，属扬子准地台（或扬子板块）的西部边缘。中三叠世前本区基本处在被动大陆边缘，属于拉张构造环境，以发育碳酸盐岩台地沉积为主[3]。该区经历了多次构造运动和沉积演化，含丰富油气资源、储产层多且断褶构造发育，为油气勘探有利区（图1a）。

1.2 地层及沉积特征

雷口坡组是黄汲清等（1939）在四川省威远县新场镇雷口坡发现位于“嘉陵江灰岩”之上厚200 m左右的石灰岩，许德佑据化石特征将其命名为“雷口坡系”。2000年《中国地层典三叠系》将四川盆地中三叠统三分，对应的岩石地层单位由下至上为雷口坡组、黄莲桥组、马鞍塘组，雷口坡组即由“雷口坡系”演变而来。雷口坡组的岩性主要为石灰岩、白云岩夹岩溶角砾岩、石膏岩、盐岩。根据四川盆地和鄂西、黔北地区中三叠统区域划分方案，雷口坡组划分为四段，自下而上分别为雷一段、雷二段、雷三段、雷四段。研究区内雷口坡组四段为一套碳酸盐岩地层，受沉积作用及印支运动的影响，川西南地区雷口坡组厚度分布不一，遭遇不同程度的剥蚀，盆内残厚50～665 m，下伏地层为雷三段碳酸盐岩，上覆地层为须家河组碎屑岩，在川西中南部为须一段马鞍塘亚段碳酸盐岩[4-6]。雷四段主要为局限—蒸发台地环境下的膏盐岩与白云岩不等厚互层，根据岩性组合又划分为雷四1、雷四2、雷四3等3个亚段，其中雷四3亚段为储层发育段，岩性主要为颗粒白云岩和细粉晶白云岩，颗粒主要有藻屑、砂屑，含少量鲕粒和砾屑（图1b）。雷四3亚段厚度总体上具有由北西向南东逐渐减薄，直至尖灭的特征，雷四3亚段残厚0～210 m[7]。

2 储层特征

2.1 储集岩类型

中三叠世末，受印支运动影响，四川盆地经历海退，龙门山造山运动开始，形成龙门山水下古隆起，导致雷口坡组遭受大面积剥蚀。在川西南部大兴场地区残存雷四3亚段的区域内，储层段取心收获率较低。根据岩心及薄片资料、测井解释成果、试油成果综合分析认为大兴场地区雷四3亚段储层均发育在白云岩中，储层的岩性为：颗粒云岩和细、粉晶白云岩[8-9]（图2）。

砂屑白云岩：川西南部雷四3亚段最为常见的颗粒白云岩是砂屑白云岩，其分布规律多呈0.05～5.00 m厚度不等的层状或透镜状，颗粒含量一般为60%～70%，分选中等－好，具有一定的磨圆，颜色多为褐灰、深褐色，由粉晶白云岩和藻泥晶白云岩构成，粒间被粉晶白云岩及云泥质、局部膏质充填。颗粒白云岩经过重结晶作用和强烈的白云石化作用改造后大多显示残余结构，如QL1井雷四3亚段砂屑颗粒经过重结晶作用改造为粉晶残余砂屑结构。这类岩石特征表明，砂屑形成的水动力条件较强，属于台地内高能带产物[2]。

藻屑白云岩：当沉积界面处于浪基面之上的高能带时，早期的泥晶岩类或藻白云岩被破碎，形成砂屑。若形成环境利于藻类生长，藻类可黏结、缠绕砂屑生长，形成藻黏结砂屑云岩。有时可见呈纹层状分布的蓝藻条带定向延展，富溶藻孔纹层与贫溶藻孔纹层呈不等厚互层。多发育未被充填的粒内溶孔和粒间溶孔，呈针孔状分布。孔径0.01～0.15 mm，最大0.25 mm，一般0.02～0.04 mm。

粉晶白云岩：呈现中—薄层状分布，颜色以浅灰、灰白色为主，晶形较差，为半自形—它形晶，局部自形晶，白云石晶体大小分布于0.03～0.10 mm之间，晶间充填物较少，晶间孔和晶间溶孔发育，局部见少量膏质斑块。

泥晶白云岩：呈现薄－中层状分布，多以灰褐色、浅灰色为主，晶形差，均为它形晶，白云石晶体大部分小于0.03 mm，晶粒间多充填黏土质，较少发现陆源硅质充填，偶见窗格构造、鸟眼构造、石膏或石盐假晶。这类岩性反映了水动力条件较弱、水体宁静的低能环境。川西南部大兴场地区雷四3亚段泥晶白云岩受后期成岩作用改造，孔渗性能有所提高。

2.2 储集空间类型

图2 川西南部大兴场地区雷四3亚段储集岩石类型图

碳酸盐岩储层具有多种储集空间类型，如不受组构控制的溶缝、溶洞和构造缝，和受组构控制的粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔、铸模孔等。川西南部大兴场地区雷四3亚段储集空间根据其成因、形态、大小及与岩石结构组分的关系，将其划分为3类：孔隙、溶洞和裂缝（图3）。其中起主要储集作用的为孔隙，伴有极少量溶洞，裂缝虽有一定的储集性能，但主要起沟通储集空间的作用[10]。

研究区内雷四3亚段储层孔隙类型主要包括晶间溶孔、粒间溶孔、粒内溶孔。其形成主要与优势沉积相、准同生期和埋藏期白云石化作用、准同生—成岩早期岩溶、表生岩溶和多期埋藏岩溶叠加有关。孔隙发育程度的好坏直接影响到雷口坡组储层的储集能力。

晶间孔和晶间溶孔主要发育于重结晶强烈、原岩组构遭到破坏的泥粉晶云岩和泥晶（藻）砂屑云岩中。在准同生期，原岩刚沉积时，化学性质为方解石，在渗透回流作用下，层内流体优先沿着孔隙层流动，完成白云石化作用的同时，将粒间孔隙转变为晶间孔，较大程度地保存了储集岩的原始孔隙结构。在埋藏期，热液等地下流体的活动，使部分粉细晶云岩进一步重结晶，晶粒变大，部分溶解，进一步增加了晶间孔隙度。晶间溶孔是研究区雷口坡组重要的储集空间类型，常与晶间孔伴生[11-13]。

原生粒间孔的产生是由于颗粒岩早期原始堆积后，颗粒之间由颗粒本身支撑形成。当粒间胶结物不发育或含量极少时，粒间孔隙得以保存，形成残余粒间孔。遭受大气淡水淋滤或者酸性流体溶蚀的改造，颗粒间胶结物或部分颗粒本身被多期溶蚀作用扩大形成粒间溶孔，粒间溶孔是对原生粒间孔的保持和扩大。它往往有较好的孔隙度和渗透率，构成良好的油气储集空间，是研究区一种重要的储集空间类型，发育普遍。分布于藻屑云岩、砂屑云岩、鲕粒云岩的颗粒之间，连通性好。

2.3 孔隙结构特征

储层孔隙结构主要是指岩石所具有的孔隙和喉道的大小、分布及其相互匹配关系，是认识和评价储层的关键因素之一[10,13]。根据所选代表性的储层样品压汞分析，储层孔喉结构特征主要表现为孔喉分布频带宽，分选性较差，最大连通孔喉半径小，排驱压力较高，具有细孔小喉—细孔微喉型的结构特征。

据所选13个储层岩样的压汞资料统计，储层的最大孔喉半径普遍小于0.150 µm，分布范围0.015～5.330 µm，平均仅1.851 µm；饱和度中值半径R50最大1.055 µm，最小0.005 µm，平均0.209µm；储层孔喉分布频带宽，无明显峰值特征，最大连通孔喉半径小，最小孔喉（小于0.025 µm）体积百分数高。各储层段均值系数较低，平均0.305；孔喉分选性差，分选系数最小0.652，最大3.818，平均2.479，表明储层以微隙居多的特点（表1）。

图3 川西南部大兴场区雷四3亚段储集空间类型图

表1 川西南部大兴场地区雷四3亚段储层孔隙结构参数表

排驱压力相对较高，13个岩样统计平均排驱压力达7.366 MPa。最大进汞饱和度偏低，200 MPa下超过一半以上的岩样最大进汞饱和度均低于80%，仅占总样品46.15%的岩样数最大进汞饱和度超过80%，其中最大进汞饱和度超过90%的岩样数仅占7.7%，最大进汞饱和度最大值达91.33%。退汞效率差，13个岩样统计平均退汞效率仅20.92%。孔喉分布频率宽，分选性较差，没有明显的峰值，对渗透率贡献最大的主要是小—微喉道。毛细管压力曲线呈现出偏细歪度的特征，个别曲线呈现出双台阶型，反映储层发育有孔隙系统外，还发育有裂缝系统（图4）。

川西南部大兴场地区雷四3亚段气藏储层与龙岗地区雷四3亚段气藏储层同属于碳酸盐岩台地滩相颗粒云岩为主的储层，并同样经历了风化侵蚀面的古岩溶作用改造，认为两个气藏储层具有一定的可对比性。参照四川盆地龙岗地区雷四3亚段气藏储层的分类标准[14]（表2），结合本区雷四3亚段储层岩性、物性和孔隙结构特征，毛细管压力曲线和孔隙结构参数，川西南部大兴场地区雷四3亚段气藏以Ⅲ类储层为主。

2.4 储层物性

川西南部大兴场地区雷四3亚段白云岩储层具有低孔、低渗的特征。据研究区岩心物性样品分析，储层孔隙度分布范围2.00%～10.60%，一般分布范围2.00%～4.00%，占样品总数的59.6%，孔隙度平均值3.90%（图5a）。储层渗透率分布范围0.001～52.900 mD，渗透率集中分布在小于0.010 mD和0.100～1.000 mD两个区间内，平均值2.280 mD（图 5b）。

对川西南部大兴场地区雷四3亚段岩心柱塞样品孔隙度和渗透率作相关分析，岩心柱塞样品的孔渗数据点较分散，孔渗关系较差，在较低孔隙度时普遍具有较高的渗透率，而具有较高的孔隙度的样品孔渗关系较好，裂缝-孔隙型储层发育（图5c）。

2.5 储层发育分布特征

由于构造位置和地层厚度的差异，大兴场地区储层厚度与邻区储层厚度存在一定程度的差距，表现出非均质性较强的特点（图6a）。研究区内雷四3亚段纵向上发育多套储层，但单层厚度较薄。XT1井测井解释为两套储层，分别为4 049.0～4 050.3 m、4 053.8～4 054.7 m，储层总厚2.2 m。北部邻区QL1井测井解释有4套储层，分别为4 744.0～4 745.8 m、4 746.8～4 747.9 m、4 751.5～ 4 753.3 m、4 755.5～4 760.9 m，总计厚度10.1 m。平面上储层连片展布，由北西向南东逐渐减薄直至尖灭（图6b）。

图4 川西南部大兴场地区雷四3亚段毛细管压力曲线图

表2 四川盆地龙岗地区雷四3亚段储层分类特征表

图6 川西南部大兴场地区雷四3亚段储层发育分布图

3 储层发育主控因素

碳酸盐岩储层的形成、演化、分布以及质量优劣情况受沉积作用、成岩作用和构造破裂作用的共同控制。沉积作用及其产物是为储层形成和演化提供物质基础，它不仅决定了主要储层的大致分布范围，而且影响后期成岩作用类型及强度；成岩作用和构造破裂是储层形成和改造的关键，特别是成岩作用，既控制了储层的最终展布，又决定了储层内部的孔喉结构[15-16]。

3.1 沉积作用

沉积作用为储层发育提供物质基础。具有特定结构的岩石类型会在相应的沉积环境中发育，因此沉积作用是基础，对岩石在成岩期间的演化方式和途径起到决定性作用[17]。川西南部雷四3亚段沉积环境主要为碳酸盐岩台地相的局限—蒸发台地亚相，在台地内部相对凸起的高部位上常可形成藻屑滩、砂屑滩或鲕滩微相（图7）。物性统计数据表明，储层物性较好的主要是颗粒滩相的颗粒云岩，潮坪环境的藻纹层云岩，粉晶云岩、泥晶云岩物性较差[18]。滩相储层发育程度与滩体厚度具正相关关系，颗粒滩规模越大，储层越发育。XT1 井测井解释2套储层，分别为4 049.0～4 050.3 m、4 053.8～4 054.7 m，储层总厚2.2 m，平均孔隙度3.60%，从该井沉积相综合图上可以看出该井储层纵向发育部位与台内滩分布位置吻合，储层的发育程度受滩体的控制作用非常明显（图8）。因此，台内滩、潮间带等有利相带控制了优质储层的展布，储层发育具有明显相控特征。

图7 川西南部雷四3亚段沉积相平面图

此外，在滩体沉积基础上发育的各类颗粒岩类原生孔隙发育，在后期的成岩阶段易遭受溶蚀作用，形成好的次生孔隙。而潮间带微相也控制了白云石化作用的进行，在干旱炎热的气候条件下，蒸发作用导致海水或孔隙水浓缩碱化，形成高Mg2+/Ca2+值的卤水，发生准同生白云石化作用；当过剩的卤水向下渗透回流，使沿途石灰岩转化成白云岩即发生“渗透—回流白云石化作用”，形成大片分布的泥—粉晶云岩。在此过程中产生晶间孔，为后期储层改造创造了有利条件[19-20]。

3.2 岩溶作用

岩溶作用对储层发育起到加强和巩固作用。碳酸盐岩沉积物在一定的条件下形成以后，即进入成岩阶段。在此阶段，沉积物在新的生长环境中要遭受各种化学、物理作用的改造，以达到与周边环境相对平衡状态，在这个过程中沉积物中的各种结构都在不断变化，各种不同的成岩作用对储层的孔隙具有不同的影响。

普遍认为对碳酸盐岩储层起建设性的成岩作用主要为白云石化作用和岩溶作用。在对四川盆地海相层系的勘探过程中发现，大规模分布的优质孔隙型储层几乎全是白云岩储层。滩相沉积环境中生长的颗粒岩在白云石化作用后再经过溶蚀作用的改造形成优质储层，因此白云石化作用是优质储层发育的关键因素。在准同生期碳酸盐岩沉积物的原生孔隙会得到进一步的保持和继承改造。田瀚等通过微量元素实验分析发现，该期白云石有序度较低，在0.38～0.68之间，平均为0.57，表明川西南部大兴场地区白云石具有同生—准同生期形成的特征[17]。此外，碳氧同位素分析δ18O值结果指示了蒸发海水的性质，说明基质白云石是早期的渗透回流白云石化作用形成的。在准同生期随着潮湿、干旱气候的周期性交替变化，大气淡水的淋滤以及藻纹层中有机质的分解，形成白云石晶间溶孔、藻纹层格架孔和粒间溶孔。因此以白云石为基质的碳酸盐岩是发生溶蚀作用的重要条件之一，即白云石化作用对储层的改造具有重要作用。

大气淡水或酸性地下水使碳酸盐岩发生选择性或非选择性溶解作用并产生溶蚀孔洞，因此一般而言，岩溶作用对储层发育起到积极的改造作用。受印支运动的影响，川西南部构造抬升，地层遭到强烈剥蚀。研究区内雷四3亚段储层受到大气淡水淋滤，发生表生岩溶作用。区内多口钻井如GJ1、SY1井，在雷口坡组顶界发生井漏，另外在岩心和薄片中观察到，在雷四3亚段顶部出现钙结壳断块、渗流粉砂充填、溶洞垮塌的砂砾屑、溶塌角砾、悬垂胶结等古岩溶作用标志（图9）。另外，古地貌及岩性等因素对表生岩溶作用的强度具有一定影响。泥晶碳酸盐岩由于淋滤时孔洞不发育，岩石致密，淡水流体渗流不畅，淋滤作用不明显，只是在裂缝发育时可沿裂缝淋滤溶蚀，形成储层；滩相的颗粒碳酸盐岩由于淋滤前本身孔洞发育，若再与构造裂缝配合，淡水流体渗流畅通，则对岩石的淋滤作用表现明显[17]。

此外，埋藏期雷口坡组有机质热演化产生的有机酸及含CO2、H2S等溶蚀性流体发生埋藏溶蚀作用，抑制了胶结物的形成，对早期的孔隙起到了保护作用[13]（图3e）。油气的持续充注，烃类流体通过阻碍矿物与离子之间的质量传递，保持酸性的成岩环境来抑制矿物胶结作用。而当没有油气侵位或有机酸消耗殆尽之后，成岩环境又转为弱碱性，便会被方解石、白云石或硅质胶结。

3.3 构造作用

构造作用改善了储层的储集性能。研究区内雷四3亚段沉积以后，经过印支运动、燕山运动和喜山运动的影响，产生断裂、褶皱和破裂作用并导致局部地区出现隆起，对油气的运移产生了影响。川西南部断裂多发生在褶皱的翼部，这样的断裂有利于油气运移，在构造的高部位聚集成藏（图10）。同时，对物性相对较差的碳酸盐岩储层来说，裂缝的形成有利于疏导体系的沟通，储层的物性也起到一定程度的改善[21-23]。

图8 川西南部XT1井雷四3亚段沉积相综合图

图9 川西南部雷四3亚段古岩溶作用标志图

4 结论

1) 川西南部大兴场地区雷四3亚段储层主要为颗粒云岩和细、粉晶白云岩；储集空间以各种孔隙为主，伴有少量的溶洞和裂缝，储层总体表现为“低孔低渗”的特征，储层孔喉表现出细孔小喉—细孔微喉型的结构特征。

图10 川西南部雷四3亚段气藏成藏模式图

2) 川西南部大兴场地区雷四3亚段储层纵向叠置，储层厚度薄，横向储层连片展布，由北西向南东方向逐渐减薄直至尖灭。

3) 台内滩、潮间带等有利相带控制了优质储层的展布，为储层发育提供岩性基础；表生岩溶作用是形成储层有效储集空间的最直接手段，埋藏期热演化及油气充注对早期储层的孔隙起到了保护作用；构造作用产生的裂缝改善了储层的储集性能。