川中合川地区二叠系茅二段白云岩储层特征与成因分析.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-02修回日期：2022-02-23基金项目：国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05001-001-004)。作者简介：孙静（1984-），女（汉族），山东肥城人，工程师，现从事储层及储量地质研究工作。石油与钻掘工程 川中合川地区二叠系茅二段白云岩储层特征与成因分析孙静*（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）摘要：与川西南地区茅口组二段白云岩储层不同，合川地区茅二段发育两类储层：灰岩储层、白云岩储层。结合区域地质背景，利用钻井取芯样品，通过岩芯薄片、阴极发光、碳氧同位素、常量元素、微量元素、盐水包裹体等定量分析，对合川地区茅二段储层岩石学特征、地球化学特征及其主控因素进行了研究。认为研究区茅二段储层岩性以粒屑灰岩及白云岩为主；粒屑灰岩具明显相控特征，残余粒间孔发育；白云岩储层以残余砂屑中细晶白云岩和中粗晶白云岩为主，形成于埋藏白云石化作用叠加后期热液白云石化作用的对粒屑灰岩和泥晶灰岩的交代改造。储集空间以残余粒间孔、晶间孔及沿裂缝带发育的溶蚀孔洞缝为主。研究区内茅口组形成储层的控制因素有:沉积相带、白云石化作用、构造作用及海平面升降变化等，沉积相带是茅二段灰岩储层的主控因素，同时也是白云岩储层形成的先天基础，埋藏白云石化作用增强初始储集空间的保存及改善，构造断裂带是改善储层物性及油气运聚的必要条件。关键词：四川盆地；合川地区；茅二段；白云岩化作用；鞍状白云石中图分类号：TE15 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0029-06长期以来，四川盆地中二叠统茅口组茅二段白云岩储集层的的成因认识有很多。最早张萌本认为以混合水成因为主1、王振宇等认为早期白云石化具有埋藏成因2，近年来舒晓辉、汪华等发现大量以构造热液成因3热水沉积成因4为主的白云石以及金振奎进一步认为玄武岩淋滤成因5等。笔者利用川中合川地区A4井岩芯样品分析岩石结构、同位素地球化学特征发现，研究区内茅二段白云岩化作用较彻底的储集层主要与后期热液白云石化和浅埋藏白云石化双重作用有关，其中热液作用较为彻底地掩盖了早期埋藏白云石化作用；白云石化不彻底的储层具有早期浅埋藏白云石化作用留下泥晶白云岩及残余泥晶灰岩。合川地区茅二段白云岩储层发育分布受沉积相和断裂双重控制，这一认识希望对下部油气勘探具有现实意义。1区域地质背景合川地区位于川中古隆起东南部，整体为向东南方向下倾的单斜构造（图1a）。茅口组早期继承了栖霞组晚期斜坡地形，海水由东南方向进入发生较大规模海侵，合川地区整体为较深水的外缓坡沉积环境（图1b）。在早二叠世末，受东吴运动影响，盆地内部沿基底断裂拉张形成开江梁平海槽及篷溪武胜台凹，盆地北部发育沿仪陇营山台缘北西向展布的斜坡6。合川地区处于其以南近台内部位，平行斜坡展布方向广泛发育生屑滩和颗粒滩，滩体在工区中部及东北部规模大，向西南部过渡为低能滩及滩间（图1c）。根据岩石学特征，自下而上可分为四段:茅一段:灰黑色中层状泥质泥晶生屑灰岩，可见“眼球状”构造，发育有腕足、介形虫、绿藻等，茅二段:深灰色细粉晶灰岩、生屑灰岩夹薄层细中晶白云岩，有孔虫、蜓类、介形虫等生物繁盛7。茅三段:灰色泥晶生屑灰岩夹砂屑灰岩，生物以有孔虫、红藻为主。区内茅三段遭受剥蚀与上覆龙潭组呈假整合接触。区内多口井钻井揭示，茅二段厚度约90110m,二段中上部薄层状白云岩发育，累计厚度约15m,部分见裂缝、溶蚀孔洞和溶缝发育。292023年第9期西部探矿工程2岩石学特征研究区茅二段岩性以泥晶生屑灰岩、豹斑白云岩和晶粒白云岩为主，白云岩细分为细晶自形白云岩、细中晶自形半自形白云岩和鞍状白云岩3类。（1）泥晶生屑灰岩。茅二段整体为一个向上变浅的沉积旋回，研究区台内低能滩沉积厚层泥晶生屑灰岩，显微镜下见生屑碎屑约占50%，可见棘皮，有孔虫等，生物碎屑保存较完整，偶被白云石交代（图2a）。（2）豹斑白云岩。深灰色云岩局部见斑状灰色灰岩，呈薄层状发育在泥晶生屑灰岩中。显微镜下白云岩晶形好，晶面平直，晶间孔不发育（图2b），多被残余灰泥充填，偶见生屑碎屑。（3）晶粒白云岩。深灰色云岩，局部见溶蚀孔洞，孔洞内壁可见乳白色砂糖状鞍状白云石显微镜下基质白云岩以细中晶为主，晶体大小100300m,晶形以自形半自形为主，局部发育晶间孔（图2c）、晶间溶孔及溶缝，缝壁及部分溶孔内可见鞍状白云石（图2d）。溶蚀孔洞、溶缝周边白云石晶体变大，呈半自形他形镶嵌状，晶面非平直，这类细中晶白云石受高温流体影响明显，偶见生屑碎屑幻影。3白云岩地球化学特征3.1阴极发光茅二段细晶白云岩（图3a）整体发暗红色光，成岩环境相对封闭，含铁量高，抑制了晶体发光性，主要形成于埋藏阶段。中晶白云岩（图3B）非平直晶面阴极射线下整体发红色光，可见亮红色环带结构，中细白云岩后期受到了高温流体的改造。粗中晶鞍状白云石充填在构造缝及膨胀角砾之间，正交光下呈波状消光（图3C），整体发亮红色光（图3D），白云岩后期受到了改造。3.2碳、氧同位素研究区在晚古生代处于有机碳的相对高速埋藏时期，二叠纪的13C具有连续的正偏移8。据不完全统计，合川地区茅二段细晶白云岩13C（3.62PDB4.19PDB）（图 4）在同期海相方解石13C 的变化范围内（3.5PDB5.9PDB）11，研究区白云岩13C平均值为3.96PDB，说明白云岩为交代成因，碳的主要来源是原始围岩灰岩。图1研究区构造位置和沉积相图302023年第9期西部探矿工程A-4329.9m，白云岩交代生物碎屑，单偏光，茜素红染色薄片；B-4336.95m，细晶白云岩交代泥晶灰岩，单偏光，茜素红染色薄片；C-4339.7m，中晶白云岩，晶间孔（溶孔）发育，单偏光，铸体薄片；D-4339.7m，中晶白云岩，构造缝被鞍状白云石半充填，单偏光，铸体薄片图2研究区茅二段白云石显微特征A-4336.7m，细晶白云岩，普通薄片，单偏光；B-4339.7m,中晶白云岩，普通薄片，单偏光；C-4336.95m,中粗晶白云岩，普通薄片，正交光；D-4337.95m,中粗晶白云岩，普通薄片，阴极发光照片图3研究区茅二段白云岩显微特征及其阴极发光照片312023年第9期西部探矿工程白云岩中氧同位素组成受温度、盐度及白云岩化流体性质影响显著。利用白云岩中碳氧同位素特征有效判别成岩环境。本文分别测试了合川茅二段泥晶生屑灰岩、细晶白云岩与中晶白云岩氧同位素(见表1)，与原始泥晶灰岩18O（-5.72PDB-6.65PDB）相比，细晶白云岩氧同位素值明显偏负（18O 为-7.77PDB-6.44PDB），表明白云岩成岩过程地层温度上升，热分馏作用使得18O减少。中晶白云岩氧同位素值更偏负（18O为-7.94PDB-7.06PDB），其中鞍状白云石氧同位素值更偏负（18O为-7.46PDB-6.71PDB），表明后期热液流体首先对具有渗透性基质白云岩或灰岩进行溶蚀和云化改造，然后发生在溶蚀孔洞缝内鞍状白云石沉淀充填。研究区北部GC2井茅口组热液成因白云岩的18O 为高负值，为-9.00PDB-6.50PDB9，与研究区中晶白云岩的18O值相当。依据区域相似性及尽量减少泥晶生屑灰岩样品因为年代效应而造成氧同位素值的偏差，笔者按照邵龙义对四川盆地西南地区晚二叠世灰岩的氧同位素值的校正方法10，用18O=2.69PDB来校正泥晶生屑灰岩样品的18O测试结果为-3.41PDB。利用Schachleton（1975）等提出计算公式计算古海水温度：852.42，平均值49.05。假设地表温度为24.00，当时地温梯度为2.60/100m,推算合川地区茅二段白云岩形成时埋藏深度为8311137m,平均为1001m。结果表明，古海水温度为 17.91，细晶白云石的形成温度介于44.7属于浅埋藏成岩环境（5001000m）。白云岩化流体盐度为26.81428.308，平均为27.471，低于现在海水正常值35.000，表明该成岩流体主要为同时期海水。T=16.9-4.38（18Oc-18Os）+0.1（18Oc-18Os）2式中：T古海水温度，；18Oc校正后泥晶生屑灰岩18O；18Os古海水18O（-2.80，SMOW标准）。利用细中晶白云岩样品13C和18O可计算白云岩成岩环境温度TD和盐度SD:TD=13.85-4.5418O+0.04(18O)2；SD=18O+34.754。3.3盐水包裹体局部鞍状白云石发育少量盐水包裹体，对其进行均一温度测试，包裹体均一温度主要分布在123.1134.5。邻区GC2井、GT2井粗晶鞍状白云石盐水包裹体均一温度分别为105.8159.6、113.9146.09。从数据上看研究区鞍状白云石温度较高，形成环境具有一定埋深，成岩环境和成岩流体与细晶白云岩有明显区别，为后期改造白云岩。4白云岩成因及意义4.1白云岩化作用中镁离子来源综合目前岩芯定量分析，认为至少有2期成岩流体参与到茅二段白云岩化作用过程中。一期是浅埋藏期为富含MgCO3的生物壳屑的地层自身供富镁流体11。白云岩化作用交代对象为生屑颗粒及泥晶基质，具有明显相控特征。生屑颗粒滩中生屑颗粒及方解石胶结物均被较彻底交代，可见残余颗粒幻影，残余粒间孔发育（图2d）。滩间交代对象为泥晶基质，可见“雾心亮边”交代残余结构（图3a）。另一期是后期在构造作用的驱动下热液流体，发生热液白云石化，对早期白云石改造有重结晶为中粗晶白云岩，及在缝洞边缘生长为鞍状白云石（图2c）。4.2白云岩成因及意义研究区中二叠统茅口期沉积环境主要为台缘向台图4研究区茅二段A4井样品碳、氧同位素交会图表1研究区茅二段灰岩白云岩碳氧同位素、温度、盐度值岩性泥晶生屑灰岩细晶白云岩细晶白云岩细中晶白云岩中晶白云岩中晶白云岩中晶白云岩细晶含灰云岩残余生屑细晶含灰云岩细晶云岩13C(PDB)4.124.193.853.524.133.823.983.633.933.9318O(PDB)-5.72-7.77-6.45-7.55-7.94-7.66-7.80-6.71-6.94-6.73形成温度T()17.9151.5544.7850.3952.4250.9951.7046.1247.2846.22盐度S()26.98228.30827.20826.81427.09126.95328.04327.81528.023注：用泥晶生屑灰岩的18O代替海相方解石的18O，校正后的泥晶生屑灰岩温度与沉积时古海水温度相当。322023年第9期西部探矿工程内缓坡，有利沉积相带为中缓坡高能粒屑滩，原生孔隙发育，为后期白云岩化作用提供了先天基础。茅口组进入浅埋藏期后，富镁流体沿层间微裂缝侵入到渗透性好的颗粒灰岩中发生白云岩化作用。稳定分布的滩相颗粒灰岩地层可形成似层状相控白云岩11。后期热液流体在构造作用的驱动下，沿断裂和裂缝系统及早期发育的缝洞上升进入茅二段且发生横向运移，导致浅埋藏期白云岩及泥晶灰岩发生热液白云石化12，形成中粗晶白云石及鞍状白云石，因此提出了合川地区茅二段白云石化模式（图5）。图5合川地区茅二段白云石化发育模式图5结论（1）川中合川地区二叠系茅二段白云岩以自形半自形细中晶白云岩主，成岩温度低，埋藏浅，形成时间较早；（2）研究区白云石阴极发光下可分辨3类白云石，自形半自形细中晶白云石、中晶白云石及少量鞍状白云石。自形半自形细晶白云岩阴极射线下发暗红色光，具13C低正值18O高负值，与同期海相方解石相当，表明其形成于浅埋藏环境。中晶白云岩阴极射线下发红色光，且18O更偏负值，与同期海相方解石相比，受高温流体作用影响明显，鞍状白云石阴极射线下发亮红色光，鞍状白云岩晶面弯曲，呈波状消光。说明合川地区茅二段沉积后主要经历2期白云石化流体作用。（3）浅埋藏白云石化及热液白云石化作用在川中合川地区茅二段白云岩储层的主要成岩方式，其中浅埋藏白云石化为最重要的成岩方式之一，为大规模储层发育的基础。参考文献：1张萌本.四川盆地二叠系中的白云石化J.石油学报，1982，3(1)：29-33.2廖小漫，张本建，徐后伟，等.川西地区中二叠统储集层成岩作用J.新疆石油地质，2012，33(3)：321-315.3舒晓辉，张军涛，李国蓉，等.四川盆地北部栖霞组茅口组热液白云岩特征与成因J.石油与天然气地质，2012，33(3)：447-448，458.4汪华，沈浩，黄东，等.四川盆地中二叠统热水白云岩成因及其分布J.天然气工业，2014，34(9)：25-32.5金振奎，冯增昭.滇东川西下二叠统白云岩的形成机理玄武岩淋滤白云化J.沉积学报，1999，17(3)：383-389.6厚刚福，周进高，谷明峰，等.四川盆地中二叠统栖霞组，茅口组岩相古地理及勘探方向J.海相油气地质，2017，22(1)：25-31.7田景春，郭维，黄平辉，等.四川盆地西南部茅口期岩相古地理J.西南石油大学学报：自然科学版，2012，34(2)：1-8.8黄思静.上扬子台地区晚古生代海相碳酸盐岩的碳、锶同位素研究 J.地质学报，1997，71(1)：45-53.9李蓉，胡昊，石国山，等.川东北阆中地区二叠系茅口组白云岩化成因J.新疆石油地质，2020，41(2)：127-132.10 邵龙义，窦建伟，张鹏飞.西南地区晚二叠世氧、碳稳定同位素的古地理意义J.地球化学，1996，25(6)：575-581.11 刘建强，郑浩夫，刘波，等.川中地区中二叠统茅口组白云岩特征及成因机理J.石油学报，2017，38(4)：386-398.12 张涛，林娟华，韩月卿，等.四川盆地东部中二叠统茅口组热液白云岩发育模式及对储层的改造J.石油与天然气地质，2020，41(1)：132-143.Characteristics and Genesis Analysis of the Dolomite Res-ervoir in the Member 2 of the Permian Maokou Formation inHechuanArea,central Sichuan BasinSUN Jing(Exploration and Development Research Institute of Daqing Oil-field Company Ltd.，Daqing Heilongjiang 163712,China)Abstract:Different from the dolomite reservoirs of the MaokouFormation in the southwestern Sichuan region,there are two types（下转第36页）332023年第9期西部探矿工程4.3井眼轨迹几何形状数据库的建立定向井井眼轨迹几何形状数据库的建立是为了保障在一些比较特殊的环境中，钻具能有效地钻进地层之中，科学合理地控制钻井的角度，避免出现位置偏差影响钻井施工质量和施工周期。定向井井眼轨迹几何形状的确定，要根据井深剖面类型、钻井施工地层的地理情况等。通常情况下，定向井井眼轨迹的优化设计过程中，将几种比较常见的几何图形建立数据库，实现我国钻井技术的进一步提升，促进石油企业经济效益的可持续增长。4.4钻井工艺参数钻井工艺流程中，我们在对数据采集工作高度重视的同时，还要重视参数的选择问题，一旦参数选择出现失误也会对施工过程产生影响，钻井工艺参数的选择一定要根据钻井施工当地地理环境而定，选择的钻具类型一定要满足使用需求，一定要选择合适的钻头转速、钻头钻压、钻井液比例、泥浆类型等。避免以上环节出现问题，影响定向井井眼轨迹的优化设计，促进我国钻井技术的长远发展。5结语进过以上的研究和分析发现，定向井钻井施工技术已经成为了我国钻井施工中的重要技术措施之一，定向井井眼轨迹的优化设计也是定向井钻井施工中的难点，需要我们进一步的研究和开发，加强这方面的资金投入。我国在定向井井眼轨迹的优化设计方面与世界发达国家相比较还存在一定的差距，尤其在设计及软件创新上需要不断的努力和创新，借鉴国外的先进技术，根据我国的实际情况，形成符合我国国情的产品类型，促进我国油田企业的可持续发展，经济效益的进一步增长。参考文献：1李辉.定向井井眼轨道优化技术研究J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(4):170-172.2王胜翔,杨培龙,刘克明,梁奇敏.米桑油田井眼轨道优化设计J.西部探矿工程,2015,27(8):17-20.3王俊芳.三维多目标定向井井眼轨道优化设计J.江汉石油职工大学学报,2005(6):23-25.4刘乃震.定向井井眼轨道的最优化设计方法J.石油钻探技术,2001(4):14-16.5张铭江.油田井控安全教育培训系统的设计及实现 D.东北石油大学，2017.（上接第33页）of reservoirs developed in the Maokou Formation in the Hechuanregion:limestone reservoirs and dolomite reservoirs.Combinedwith the regional geological background,the Petrology characteris-tics,geochemical characteristics and main controlling factors ofMao-2 reservoir in Hechuan area were studied by using drillingcore samples and quantitative analysis of core slices,cathodolumi-nescence,carbon and oxygen isotopes,major elements,trace ele-ments,and brine inclusions.The results show that the reservoir li-thology of the Mao-2 section in the research area is mainly com-posed of granular limestone and dolomite.Granular limestone hasobvious facies control characteristics,and residual intergranularpores are developed.The dolomite reservoir is mainly composedof residual fine-grained dolomite and coarse-grained dolomite,which were formed during the replacement and transformation ofgranular limestone and muddy limestone during the later stage ofburied dolomitization and hydrothermal dolomitization.The stor-age space is mainly composed of residual intergranular pores,inter-granular pores,and dissolution pores and fractures developedalong the fracture zone.The control factors of Maokou Formationreservoir formation in the study area include sedimentary faciesbelt,dolomitization,tectonism and sea-level change,etc.The sedi-mentary facies belt is the main control factor of Mao-2 limestonereservoir,and is also the innate foundation of dolomite reservoirformation.Buried dolomitization enhances the preservation and im-provement of initial reservoir space,and structural Fracture zone isa necessary condition for improving reservoir physical propertiesand oil and gas migration and accumulation.Key word：Sichuan Basin;Hechuan area;the Member 2 of Ma-okou Formation;dolomitization;saddle dolomite36