普光气田埋藏溶孔特征及识别标志

摘 要

摘要:普光气田上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组储层的储集空间以次生溶孔为主,主要为晶间溶孔、粒内溶孔和粒间溶孔。埋藏溶孔是储层主要或重要的储集空间,识别埋藏溶孔是研究

摘要:普光气田上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组储层的储集空间以次生溶孔为主,主要为晶间溶孔、粒内溶孔和粒间溶孔。埋藏溶孔是储层主要或重要的储集空间,识别埋藏溶孔是研究埋藏环境溶蚀作用机制及其对储层贡献大小的关键。基于岩心样品的岩矿测试资料,从典型井分析入手,对普光气田长兴组和飞仙关组礁、滩相碳酸盐岩储层进行了成岩作用研究,确定埋藏溶蚀作用在成岩序列中的位置,借助其他成岩作用判断埋藏溶蚀作用特征及识别标志。结果表明:这些溶蚀孔隙都形成于埋藏环境,溶孔大致分为两期,早期溶孔中有沥青呈衬边状或球状产出,晚期溶孔中无沥青充填,孔隙中异常干净;两期溶孔中充填矿物的流体包裹体均一温度也截然不同,分别为111~155℃和超过176℃。这些埋藏溶孔可以根据成岩序列进行识别,进而总结出6条识别标志,用于研究埋藏溶蚀作用对普光气田长兴组飞仙关组储层的影响和贡献。
关键词:普光气田;晚二叠世;早三叠世;埋藏溶孔;岩心分析;孔隙成因;孔隙类型;识别标志
    早在20世纪70年代前,许多地质学家都认为碳酸盐岩中次生孔隙的形成主要发生在大气环境,即成岩早期沉积物和成岩后期已成岩地层暴露于地表的大气淡水成岩环境,但不久后,地质学家们就认识到碳酸盐岩在埋藏成岩环境中,同样广泛发育溶蚀作用。这种埋藏溶蚀作用对优质储层的形成发挥了重要作用。如美国得克萨斯州德兰盆地宾夕法尼亚系石灰岩储层中埋藏次生溶蚀孔隙度达11%[1],鄂尔多斯盆地东部下奥陶统白云岩储层中,埋藏次生孔隙占总孔隙的30%~50%[2],塔河油田S76井下奥陶统碳酸盐岩储层埋藏次生溶孔孔隙度达3.1%~6.4%[3],许多研究者对川东北石炭系、上二叠统长兴组及下三叠统飞仙关组气藏储层的研究结论也认为,埋藏溶孔是储层主要或重要的储集空间[4~10]。可见埋藏溶蚀作用在碳酸盐岩储层中的广泛发育及其对碳酸盐岩储层形成的重要贡献已为众多地质学家所认同。然而由于碳酸盐岩溶蚀次生孔隙可以发育于成岩早期大气淡水环境、埋藏环境和后期抬升暴露的表生淡水环境,而不同环境常常可以形成类型和形态相似的次生孔隙。因此,如何识别埋藏溶孔是研究埋藏环境溶蚀作用机制及其对储层贡献大小的关键。
普光气田位于川东北宣汉-达州地区黄金口构造双石庙-普光构造带(图1),主要含气层位为长兴组和飞仙关组(图2),储层以白云岩为主,总体特征为中孔中渗、高孔高渗的优质储层,储集空间以次生溶孔为主[11~12]。前人的研究成果认为,这些次生孔隙为成岩早期大气淡水和埋藏期溶孔[8,13~15]。通过研究笔者认为,它们都是埋藏期形成的溶孔,为此拟从埋藏溶孔的类型特征和成因分析着手,总结埋藏溶孔的识别标志,用于研究埋藏溶蚀作用对普光气田长兴组-飞仙关组储层的影响和贡献。
 
1 长兴组-飞仙关组储层孔隙类型及特征
    普光气田长兴组和飞仙关组储层以白云岩为主,主要岩石类型为亮晶鲕粒白云岩、亮晶生物屑白云岩、海绵礁白云岩和幻影鲕粒(或生屑)细-粗晶白云岩、细-粗晶白云岩,孔隙类型以次生溶蚀孔隙为主。
1.1 孔隙类型
    普光气田储集空间以次生溶孔为主,主要为晶间溶孔、粒内溶孔和粒间溶孔,它们均为埋藏溶蚀孔隙。
1.1.1晶间溶孔
    发育于各种结晶白云岩及幻影结晶白云岩中。溶孔的发育程度与白云岩结晶程度呈正相关,白云岩结晶越粗,溶孔越发育。结晶较细的粉晶白云岩中溶孔发育较差。
1.1.2粒内溶孔
    发育于鲕粒白云岩、生物屑白云岩和海绵礁白云岩中。鲕粒白云岩中常见铸模孔(负鲕)、环状溶孔、新月形、半月形粒内溶孔及其他粒内溶孔。
    铸模孔:以鲕模孔最常见,鲕粒被溶成负鲕(图3-1),其次为生物屑铸模孔(图3-2)。
    环状溶孔:发育于鲕粒中,溶孔沿鲕粒同心圈层发育成环状。有的沿鲕粒外部圈层发育,有的沿鲕粒内部圈层发育(图3-3)。
    新月形、半月形溶孔:发育于鲕粒中,溶孔沿鲕粒一端发育。如鲕粒上半部被溶,下半部未溶而成半月形;当溶孔沿圈层发育,向下溶蚀更多则形成新月形溶孔(图3-4)。
其他粒内溶孔:发育于鲕粒、生物屑及礁白云岩造礁生物中。形状不一,有的沿充填生物体腔孔的白云石晶体间发育,溶蚀强烈时形成生物体腔溶孔(图3-5)。
 
1.1.3粒间溶孔
    发育于生物屑白云岩和鲕粒白云岩中,沿颗粒间胶结物晶间发育。
1.2 孔隙特征
    1) 鲕粒白云岩中的新月形、半月形及粒内溶孔常优先发育于鲕粒上部,形成定向特征(图3-4)。
    2) 晶间溶孔及粒间溶孔常发育成超大孔隙及溶洞。
    3) 溶孔多顺层分布。
    4) 溶孔常与构造挤压产物(裂缝、碎裂化和碎粒化)伴生(图3-6)。
    5) 晶间溶孔、粒内溶孔和粒间溶孔都可分为两期。一期溶孔(早期埋藏溶孔)中有沥青充填,沥青常呈衬边或球状产出;另一期溶孔(晚期埋藏溶孔)中没有沥青充填,孔隙中异常干净(图3-7)。
    6) 溶孔中局部有少量白云石、方解石及石英充填,充填矿物中流体包裹体均一温度表明,一期溶孔中充填矿物流体包裹体均一温度分布范围为111~155℃。二期溶孔中充填矿物流体包裹体均一温度则超过176℃。
2 长兴组-飞仙关组储层孔隙成因
2.1 晶间溶孔
    成岩作用研究结果表明,普光气田长兴组-飞仙关组储层除长兴组储层底部有少量埋藏白云化外,主要为准同生期蒸发泵或渗透回流成因白云岩。形成了原结构保存较好的鲕粒(或生屑)白云岩、海绵礁白云岩。岩石学特征、同位素及有序度特征表明,幻影(鲕粒、生屑)结晶白云岩和结晶白云岩是准同生白云岩重结晶的产物。由此可见,这些结晶白云岩(及幻影结晶白云岩)中的晶间溶孔是埋藏环境中重结晶之后形成的,晶间溶蚀孔、缝是埋藏期溶蚀作用的产物。可分为两期,早期埋藏溶孔中有沥青充填,形成于原油演化成沥青之前;晚期埋藏溶孔中清洁、干净,无沥青充填,形成于原油演化为沥青之后,是晚期埋藏溶蚀产物。
2.2 粒内溶孔
    与晶间溶孔一样,粒内溶孔可分为两期,早期溶孔中有沥青充填,形成于原油侵位之前;晚期溶孔中清洁、干净,无沥青充填,但岩石有沥青与其伴生(图3-8),表明晚期溶孔形成于原油演化为沥青之后,是晚期埋藏溶蚀产物。这些溶孔常与构造挤压作用形成的挤压缝、碎裂及碎粒物伴生,有的鲡粒、生物屑受挤压错动变形,但溶孔仍保存完整的形态,没有挤压变形的迹象(图3-9),溶孔周围的白云石常呈现强烈破碎,碎粒间和晶体微裂缝中充填了沥青和后期白云石(阴极发光发亮红色光),而溶孔完整无变形(图3-10)。这些特征都表明溶孔形成于构造挤压作用之后,也是埋藏期溶蚀的产物。有时见早期方解石、白云石脉(已充填的早期缝)被溶蚀,也表明粒内孔形成于早期裂缝被充填之后。
2.3 粒间溶孔
    分布于生物屑白云岩及鲕粒白云岩中的粒间溶孔,沿粒间胶结物晶间发育,岩石仍保持原结构,胶结物也仍保存了纤柱状-粒状向心增大的特征。因此溶孔发育于粒状胶结物白云化之后,也是埋藏溶孔。与粒内溶孔一样,有的粒间溶孔中无沥青分布,而溶孔附近有沥青,表明它们为晚期埋藏溶孔(图3-11)。
    另外,各类溶孔中均见到充填于早期埋藏溶孔的矿物(白云石、方解石)被溶蚀,也印证了各类溶孔均发生过晚期埋藏溶蚀。
    前人认为鲕粒内溶孔多形成于成岩早期大气淡水溶蚀[8,13,15]。研究表明,普光气田长兴组-飞仙关组储层确实曾经发生过成岩早期大气淡水溶蚀,但该期孔隙与原生粒间孔一起,大多在成岩早期-浅埋期胶结充填,少量残留的早期溶孔在构造挤压作用下也已变形消失。前述粒内溶孔与构造挤压裂缝、碎裂和碎粒作用伴生,但溶孔未变形,以及溶孔中无沥青而溶孔附近有沥青分布等现象,均表明这些粒内孔都是埋藏溶蚀作用的产物。
3 长兴组-飞仙关组储层埋藏溶孔的识别标志
    S.J.Mazzullo和P.M.Harris(1995)指出,仅仅根据孔隙类型来判别中、深成岩作用(埋藏成岩作用)的成因是不可能的,最好的方法是将溶解作用与成岩序列中的其他成岩作用联系起来。笔者对普光长兴组-飞仙关组储层埋藏溶蚀的识别主要也根据成岩序列来判断,即:溶蚀孔、缝与其他成岩事件的关系进行判断。识别标志总结如下:
    1) 埋藏期形成的矿物被溶蚀。如早期张裂缝中充填的白云石、方解石被溶蚀,充填于早期埋藏孔的矿物被溶蚀,表明溶孔形成于更晚的埋藏期。
    2) 细-粗晶的结晶白云岩(及幻影结晶白云岩)被溶蚀。这类白云岩为早期白云化后在埋藏阶段重结晶形成,白云岩被溶蚀表明溶蚀作用发生于重结晶之后,为埋藏溶蚀。
    3) 在普遍发育构造挤压作用的地层中,溶孔完整未变形。表明溶孔形成于构造挤压作用之后。
    4) 沿构造挤压缝、碎裂缝及碎粒间发育的溶孔(洞、缝)。表明其形成于挤压构造作用之后,为埋藏溶孔。
    5) 保存较好、未变形的孔隙中无沥青充填,而附近有沥青产出。表明该类孔隙为发育于石油演化为沥青之后的晚期埋藏溶蚀孔隙。
    6) 早期埋藏溶孔中有沥青充填,而晚期埋藏溶孔中异常干净。这是区分早期和晚期埋藏溶孔的标志之一。
4 结论
    1) 普光气田长兴组-飞仙关组储层主要孔隙类型有晶间溶孔、粒内溶孔(铸模孔、新月形、半月形、生物体腔孔等)和粒间溶孔,它们都是埋藏期形成的溶孔。
    2) 普光气田长兴组-飞仙关组储层埋藏溶孔有两期。早期埋藏溶孔形成于构造挤压作用之后,大量石油充注之前;晚期埋藏溶孔形成于石油聚集并演化为沥青之后,后期白云石、方解石及石英等矿物充填之前。
    3) 埋藏溶孔可以根据成岩序列来进行识别,将溶解作用与成岩序列中的其他成岩作用联系起来,总结出了6条识别标志用于判断。
    研究中得到中国石化南方公司和国土资源部成都地矿所的支持和帮助,特此衷心感谢!
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(本文作者:管宏林 王恕一 蒋小琼 中国石化勘探开发研究院无锡石油地质研究所)