在地层详细对比划分的基础上, 对四川盆地河坝地区嘉二段的沉积相进行了详细的分析。总体而言, 河坝地区嘉陵江组二段由3个向上逐渐的海退沉积序列构成, 对应3个由下往上的灰岩→ 白云岩→ 硬石膏岩沉积旋回组合, 属局限— 蒸发台地相的浅滩— 蒸发坪沉积(图 2)。该段地层在通南巴地区广泛分布, 岩性主要为石膏岩、膏云岩、泥晶白云岩、粉晶云岩及粒屑白云岩(砂屑云岩、藻屑云岩及鲕粒云岩)等, 呈薄互层状组合分布。横向上, 嘉二段地层岩性组合、岩相具有很好的对比性, 纵向上嘉二段岩相变化在较大范围内具有同步性(图 4)。

图4

Fig.4

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	图4 四川盆地河坝地区嘉二段连井沉积相剖面Fig.4 Profile of sedimentary facies of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

目的层嘉二段中亚段下部的岩性以颗粒白云岩、粉晶白云岩为主, 少量膏岩、膏质云岩, 属局限台地沉积, 进一步可划分为台内滩、潟湖等沉积微相, 其中台内滩为有利储集相带; 上部岩性以膏岩、白云岩为主, 膏岩层具有纹层和揉皱构造, 属蒸发台地沉积特征, 进一步可划分为潟湖、云坪微相(图 2)。

台内滩。局限台地的台内滩为浅水高能地带, 沉积时能量较高, 岩性主要为砂屑白云岩、鲕粒白云岩。呈相对孤立状分布于潟湖中, 一般单层沉积厚度不大。

潮坪。主要位于平均低潮线至最大高潮线之间的地带。沉积物岩性以白云岩、膏质云岩、石膏岩、灰质白云岩为主, 少量白云质灰岩。

潟湖。是局限台地中潮下沉积部分。沉积物岩性以石膏岩、含膏灰岩、微晶灰岩及泥灰岩为主, 微晶灰岩及泥灰岩中常见石膏斑点。

地震相是地震反射结构特征的体现, 能够反映地层或储集层岩性或物性横向上的变化特征, 因而具有更高的横向分辨率, 结合单井沉积特征可以将地震相转为相应的沉积相(杨波等, 2011)。研究区的地震相图上主要表现出2种色彩, 一种是红色调为主, 一种是以蓝色调为主。利用单井相对嘉二段中亚段三维工区的地震相进行标定与分析, 结果发现红色调为主的区域, 在单井上微相主要为台内滩, 如目前已完钻的河坝1、2、1-1D、101、104井, 河飞203、302井, 都处于红色调区域内, 发育台内滩沉积, 厚度分布稳定, 因此推测红色区对应台内滩, 平面上主要位于河坝区块的中部, 分布范围较大(图5)。而蓝色调区域在单井上则以低能的潟湖为主, 进而推测为潟湖微相。

图5

Fig.5

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	图5 四川盆地河坝地区嘉二段中亚段地震相(左)与沉积相(右)平面展布Fig.5 Plane distribution of seismic facies (left) and sedimentary facies(right) for the Middle Sub-Member of Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

大量的岩心、铸体薄片和扫描电镜观察显示, 嘉二段的储集岩主要为粉晶残余(藻)砂屑白云岩和细粉晶白云岩两大类(图 6-a, 6-b)。砂屑白云岩重结晶较为明显, 见砂屑残余结构, 砂屑大小不均, 一般0.1~0.3 mm, 形状不规则, 部分孔隙较发育, 岩心观察可见针孔状孔隙, 以粒间溶孔、晶间溶孔为主, 孔径0.02~0.20 mm不等, 局部方解石含量较高。细粉晶白云岩白云石晶粒大小不均, 一般0.03~0.10 mm, 粉晶约占85%, 细晶约占15%, 晶形以半自形— 它形晶为主, 少部分自形晶, 孔隙较为发育, 以晶间孔或晶间溶孔为主, 孔径细小, 一般0.02~0.10 mm, 分布不均匀, 局部层段还发育少量溶洞, 但多被方解石充填或半充填。

图6

Fig.6

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	图6 四川盆地河坝地区嘉二段储集岩岩性特征照片Fig.6 Photos showing lithologies of reservoir rocks from the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

根据河坝区块嘉二段主要储集层段岩心样品的常规物性分析结果, 其孔隙度值分布在0.1%~16.15%之间, 平均孔隙度为3.23%, 多数样品的孔隙度分布于2%~5%之间(图 7-a), 占总储集层样品数的43.7%, 孔隙度介于5%~10%之间的样品约占13.45%, 孔隙度大于10%的样品约占3.36%, 参照四川盆地碳酸盐岩储集层评价标准, 孔隙度2%为储集岩的下限, Ⅰ 、Ⅱ 类储集层占总储集层样品数的27.8%, 而Ⅲ 类储集岩则占到72.2%; 渗透率值变化范围较大, 分布于0.0008× 10^-3μ m²~551× 10^-3μ m²之间, 但多数样品的渗透率介于0.002× 10^-3μ m²~0.25× 10^-3μ m²(图 7-b)。以上研究显示, 嘉二段储集层总体以低孔、低渗的Ⅲ 类储集层为主, 局部发育少量Ⅱ 类储集层, Ⅰ 类储集层在本区欠发育。

图7

Fig.7

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	图7 四川盆地河坝地区嘉二段储集层样品孔隙度(a)与渗透率(b)分布直方图Fig.7 Histogram showing porosity(a) and permeability(b) distribution of reservoir rocks from the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

对样品的孔隙度和渗透率进行了相关分析, 总体来说, 对于孔隙度2%以上的储集岩样品, 孔渗具有一定的相关性(图 8), 表明嘉二段岩石基质储集空间类型以孔隙为主。然而, 河坝1井试井解释的渗透率, 嘉二段渗透率比岩心分析渗透率大1个数量级以上, 说明裂缝对储集层渗透率的贡献很大, 以上分析也得到了岩心观察可见裂缝发育的证实, 研究区目的层裂缝类型有斜交缝和垂直缝, 主要储集层段裂缝密度15~30条/m, 也存在少量水平缝。大部分裂缝被全充填— 半充填, 充填矿物主要为方解石, 其次为硬石膏和含铁泥质。成像测井资料也表明储集层裂缝比较发育, 除发育构造裂缝外, 目的层中还常见成岩缝、层理缝和缝合线。

图8

Fig.8

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	图8 四川盆地河坝地区嘉二储集层孔隙度与渗透率相关关系Fig.8 Scatter diagram showing relationships between porosity and permeability of reservoir rocks from the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

综上所述, 孔隙是嘉二段储集层主要的储集空间, 而裂缝是主要的渗流通道, 组成“ 裂缝— 孔隙型” 储集空间组合。因此, 储集空间类型主要为裂缝— 孔隙型。

河坝地区嘉二储集层段的主要成岩作用类型包括泥晶化作用、溶蚀作用、胶结(充填)作用、白云岩化作用、压实压溶作用和重结晶作用等。

1)泥晶化作用。显微镜下观察显示, 部分砂屑、藻屑白云岩的颗粒边缘, 具有清晰的泥晶套(图 9-a), 通常在浅水高能的沉积环境中发育, 为早期的海底成岩环境的标志。

图9

Fig.9

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	图9 四川盆地河坝地区嘉二段成岩作用特征照片Fig.9 Photos showing diagenesis in the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

2)溶蚀作用。本区的溶蚀作用主要有以下几种类型:大气水溶蚀作用和埋藏溶蚀。准同生期的大气水溶蚀作用主要表现在铸模溶孔、粒内溶孔的发育(图 9-a), 埋藏溶蚀以非选择性的溶蚀孔隙为主, 然而, 埋藏溶蚀孔隙多数被晚期的方解石胶结物充填(图 9-b)。

3)胶结、充填作用。胶结作用是全区普遍发育的一种成岩作用, 特别是方解石胶结作用占绝对优势。根据胶结物或充填物的结晶方式和成分, 本区的胶结作用可以分为4种:(1)方解石胶结作用。方解石胶结作用主要以成岩晚期连晶胶结、嵌晶胶结作用为主(图 9-b), 阴极发光下昏暗发光或者不发光(图 9-c)。(2)白云石胶结、充填。本区也可以见有白云石胶结物, 但多数可能是对早期方解石胶结物的交代形成的, 主要表现在白云石胶结物多呈环边粒状胶结的特征。另外一种主要是在粒内溶蚀孔隙中, 常见晶形完好的细晶、粉晶白云石充填或胶结(图 9-d), 是在生长空间比较充足的条件下形成的。(3)硅质胶结、充填。本区也较常见的成岩作用, 但规模远较方解石胶结充填要小的多, 主要表现为在砂屑白云岩粒间溶蚀孔隙的边缘局部可以见到自生硅质(图 9-e), 以及少量黏土矿物。(4)沥青充填作用。沥青充填在嘉二段中也常出现, 主要出现在的鲕粒、砂屑白云岩或细粉晶白云岩的白云石晶间中, 无固定形态(图 9-f)。

4)白云岩化作用。白云岩化作用是本区最重要的成岩作用之一, 组成本区颗粒白云岩的白云石主要有3种:(1)泥晶白云石。这种白云岩化在河坝地区的藻砂屑白云岩中比较普遍, 砂屑为泥晶结构(图 9-b)。(2)细、粉晶白云石。部分(藻)砂屑白云岩结构完整(图 9-a), 表明白云石化较早, 由细、粉晶构成。(3)自形— 半自形细晶白云石。本区常可以见到见到砂屑残余结构的粉细晶白云岩, 白云石自形— 半自形, 部分粒内、粒间溶孔边缘见有自生的白云石, 晶形良好(图 9-d)。

5)压实压溶作用。压实作用是本区(藻)砂屑白云岩的常见成岩作用, 主要表现在颗粒的压实变形(图 9-a), 以及颗粒间呈线接触或凹凸接触, 压溶作用也较发育。

6)破裂作用。如前储集层特征描述, 本区的构造裂缝较发育, 可成为有效的储集空间。

为进一步分析成岩次序及孔隙演化规律, 确定控制储集层发育的因素, 在前述岩石学详细观察的基础上, 利用样品同位素、微量元素测试和物性数据进行相关分析。嘉二段储集层段砂屑碳酸盐岩样品的孔隙度主要与δ ¹⁸O、MgO含量具有较好的相关性, 而与CaO含量、Sr含量具有负相关(图 10), 这是与前面所述本区嘉二段储集岩类型为白云岩是一致的, 而灰岩的储集性能较差, 反映了白云岩化作用对储集层的发育具有重要的控制作用。潮坪相泥— 粉晶及粉— 细晶白云岩应该形成于海水蒸发浓缩作用, 部分砂屑白云岩的原始砂屑结构保存完好, 表明白云岩化的时间比较早, 可能主要形成于回流渗透作用(潘丽银等, 2012; 钱一雄等, 2012; 袁鑫鹏和刘建波, 2012); 部分砂屑白云岩的砂屑颗粒呈漂浮状, 及白云石交代了受压实变形的2个砂屑颗粒(图 9-a), 显示白云岩化应该发生在早期胶结和压实作用以后。此外, 与基质方解石相比, 一些云质灰岩中的白云石具有均匀且较明亮紫红色的阴极发光(图 11-a, 11-b), 表明其形成于相对比较还原富锰的成岩流体环境(王英华等, 1990; 黄思静等, 2008), 显然这种较亮的阴极发光应形成于相对还原的浅埋藏成岩环境。

图10

Fig.10

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	图10 四川盆地河坝地区嘉二段孔隙度与MgO、CaO、Sr含量以及 δ 18O 关系图Fig.10 Scatter diagrams showing relationships between porosity and MgO, CaO, Sr content, δ 18O from reservoir rocks of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin

图11

Fig.11

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	图11 四川盆地河坝地区河坝102井嘉二段局部白云化作用及阴极发光特征照片Fig.11 Photos showing dolomitization and cathodoluminescence of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Well Hb102 in Heba area, Sichuan Basin

本区粒内溶孔较发育, 表明经历了早期的溶蚀作用, 而部分粒内溶孔中的自形白云石被溶蚀(图 9-d), 及部分白云岩砂屑具有被溶蚀的港湾状边缘形态(Scholle and Ulmer-Scholle, 2003), 表明也发生了晚期溶蚀作用。

方解石胶结物的δ ¹³C可达到-6.82‰ , 且含有大量的气液两相流体包裹体, 阴极发光下呈昏暗的发光, 表明其主要形成于埋藏成岩时期。方解石胶结显然降低了岩石的孔隙度, 而埋藏成岩时期热卤水形成的方解石具有较低 δ ¹⁸O(Craig, 1965; 邵龙义和窦建伟, 1996), 这也是孔隙度与 δ ¹⁸O 具有正相关关系的重要因素之一(图 10-d), 且方解石胶结物中Sr含量明显高于白云石, 从而可能导致Sr含量与孔隙度负相关(图 10-c)。

孔隙边缘可见少量自生硅质及少量黏土矿物, 部分黏土矿物可能形成于准同生期的大气水溶蚀时期, 部分可能形成于与硅质同时形成的埋藏成岩时期。自生硅质在阴极发光下不发光, 在一些硅质胶结物中也可以发现一些气液两相流体包裹体, 表明这种硅质胶结主要形成于成岩中期, 应形成于白云岩化作用以后、晚期连晶方解石胶结作用之前, 在有机酸存在的酸性环境中形成的。而未见晚期方解石具有溶蚀现象, 表明晚期溶蚀应早于方解石胶结, 且可能略早于硅质胶结, 或与之同时发生的。

根据以上成岩现象的先后次序, 以及自生矿物间的切割及交代关系, 总结了嘉二段储集岩成岩演化序列和孔隙大致的演化规律(图 12)。可以看出, 孔隙形成时期主要是在准同生期大气水成岩阶段和中深埋藏成岩阶段。早期的大气水溶蚀是孔隙发育最重要的前提条件, 对储集层发育的控制作用明显, 白云岩化作用、埋藏溶蚀作用对孔隙的发育也具有重要的建设作用, 白云岩相对较强抗压强度和化学稳定性有利于成岩早期形成的次生孔隙的保存(Warren, 2000)。因此, 储集层的发育可能主要受沉积时期砂屑滩微古地貌高地的准同生期大气水溶蚀及以断裂、裂缝作为深部溶蚀流体运移通道的埋藏溶蚀作用控制。

图12

Fig.12

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	图12 四川盆地河坝地区嘉二段成岩序列与孔隙演化Fig.12 Diagenetic sequence and porosity evolution of the Member 2 of Jialingjiang Formation in Heba area, Sichuan Basin