徐哲航, 兰才俊, 郝芳, 陈浩如, 杨伟强, 马肖琳, 邹华耀. (2020)四川盆地震旦系灯影组不同古地理环境下丘滩储集体的差异性* [J]. 古地理学报, 22(2): 235-250
Xu Zhe-Hang, Lan Cai-Jun, Hao Fang, Chen Hao-Ru, Yang Wei-Qiang, Ma Xiao-Lin, Zou Hua-Yao. (2020)Difference of mound-bank complex reservoir under different palaeogeographic environment of the Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 22(2): 235-250.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2020.02.074
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四川盆地震旦系灯影组不同古地理环境下丘滩储集体的差异性*
徐哲航1,2, 兰才俊1,2, 郝芳3, 陈浩如4, 杨伟强1,2, 马肖琳2,5, 邹华耀1,2
1 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249
2 中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249
3 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580
4 中国地质大学(武汉)资源学院,湖北武汉 430074
5 中国海洋石油南海东部石油管理局,广州深圳 518067
通讯作者简介 邹华耀,男,1963年生,教授,博士生导师,主要从事油气成藏机理教学与科研工作。E-mail: huayaozou@cup.edu.cn。

第一作者简介 徐哲航,男,1993年生,博士研究生,主要从事四川盆地碳酸盐岩储层研究。E-mail: xuzhehang93@outlook.com。

收稿日期:2019-07-15
基金资助:*中国科学院战略性先导科技专项(A类)(编号:XDA14010306),国家自然科学基金项目(编号:U1663210),国家科技重大专项(编号:2017ZX05005-003-003)共同资助
摘要

四川盆地震旦系灯影组丘滩沉积体广泛发育,具有很好的储集价值。基于露头勘查与岩心观测获取的资料,通过薄片鉴定、孔隙度、渗透率测试等方法分析丘滩储集体的储集性能。结果表明,由于震旦纪末期绵阳—长宁裂陷槽的发育影响了灯二段与灯四段碳酸盐岩台地相带展布,导致形成不同的古地理环境,目前可识别出高能环境、过渡环境、低能环境下发育的丘滩岩石类型,即以胡家坝剖面灯四段为代表的并进型丘滩多沉积高能环境岩石类型,以杨坝剖面灯二段为代表的追补型丘滩多沉积过渡环境岩石类型,以福成剖面灯四段为代表的饥饿型丘滩多沉积低能环境岩石类型。通过分析 3种丘滩类型的储集空间与经历的准同生期成岩作用,并比较它们的物性特征,认为并进型丘滩体为最好的储集层。该研究成果有助于寻找优质储集层的发育位置,进而为四川盆地灯影组油气勘探提供参考。

关键词: 古地理环境; 丘滩复合体; 微生物岩; 碳酸盐岩储集层; 震旦系; 灯影组; 四川盆地
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2020)02-0235-16
Difference of mound-bank complex reservoir under different palaeogeographic environment of the Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin
Xu Zhe-Hang1,2, Lan Cai-Jun1,2, Hao Fang3, Chen Hao-Ru4, Yang Wei-Qiang1,2, Ma Xiao-Lin2,5, Zou Hua-Yao1,2
1 State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China
2 College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China
3 School of Geosciences,China University of Petroleum(East China),Qingdao 266580,China
4 Faculty of Earth Resources,China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan 430074,China
5 CNOOC Nanhai East Petroleum Bureau,Shenzhen 518067,China
About the corresponding author Zou Hua-Yao,born in 1963,professor,is mainly engaged in petroleum generation and accumulation. E-mail: huayaozou@cup.edu.cn.

About the first author Xu Zhe-Hang,born in 1993,Ph.D. candidate,is mainly engaged in carbonate reservoir in the Sichuan Basin. E-mail: xuzhehang93@outlook.com.

Fund:Co-funded by the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(No. XDA14010306),the National Natural Science Foundation of China(No. U1663210)and the National Science and Technology Major Project(No.2017ZX05005-003-003)
Abstract

The mound-bank deposits of the Dengying Formation of the Sinian System are well developed in Sichuan Basin,with good reservoir value. Based on outcrop and core observation,thin section observation,porosity and permeability of samples test,we analyzed the reservoir quality of different mound-bank complexes. During the terminal of Sinian Period,development of the Mianyang-Changning rift affected distribution of sedimentary facies of the 2nd and the 4th Members of Dengying Formation,forming different palaeogeographic units. The high-energy environment,transition environment and low-energy environment of the mound-bank complex rock types are identified,and their reservoir quality is different. The keep-up platform margin mound-bank complex,which is represented by Hujiaba section in the 4th Member of the Dengying Formation mainly deposited high-energy zone rock types. The catch-up platform margin mound-bank complex,which is represented by Yangba section in the 2nd Member of the Dengying Formation,mainly deposited transform zone rock types. The give-up platform interior mound-bank complex,which is represented by Fucheng section in the 4th Member of the Dengying Formation mainly deposited low-energy zone rock types. By comparing reservoir characteristics of three types of mound-bank complex,it is found that the keep-up platform margin mound-bank complex is the‘Sweet spots’ of the Dengying Formation in the Sichuan Basin. The above studies are conducive to find the‘Sweet spots’ of the Sinian Dengying Formation in the Sichuan Basin.

Key words: palaeogeographic environment; mound-bank complex; microbialite; carbonate reservoir; Sinian; Dengying Formation; Sichuan Basin

古老碳酸盐岩地层中的微生物丘与颗粒滩以及两者的复合体(简称丘滩体)沉积, 被认为具有良好的油气储集潜力(Grotzinger and Al-Rawahi, 2014; 邹才能等, 2014; 刘树根等, 2016)。目前, 在南阿曼盐盆埃迪卡拉系— 寒武系Ara群(Al-Siyabi et al., 2005; Smodej et al., 2019)、巴西Campos盆地白垩系(Muniz and Bosence, 2015)以及中国塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组、四川盆地西部三叠系雷口坡组等微生物岩丘滩体储层中, 均已有油气的发现(罗平等, 2013; 刘树根等, 2016)。

四川盆地灯影组天然气同样主要储集在丘滩体中(罗冰等, 2015; 刘静江等, 2016; 单秀琴等, 2016)。2011年, 高石1井在灯影组试气获高产工业气流, 揭开了安岳大气田发现的序幕; 2015年时, 灯影组预测储量规模达5000× 1 m3(杜金虎等, 2016b); 截至2017年底, 灯影组四段累积产气量已达13× 1 m3(杨跃明等, 2019)。但灯影组丘滩体在横向与纵向上的特征均表现出不同, 如在横向上, 位于四川盆地北部的宁强胡家坝剖面灯四段发育台缘丘滩体储层, 向南39.3 km的旺苍鼓城剖面灯四段则发育台内丘滩体储层(李勇等, 2019; 王良军, 2019); 在纵向上, 在川北胡家坝、杨坝等野外露头也可观察到灯影组内部灯二段与灯四段孔、洞发育的不一致(郭旭升等, 2018; 李勇等, 2019)。

为解决该问题, 笔者所在研究团队对四川盆地及其周缘的宁强胡家坝、南江杨坝、南郑福成、遵义松林、峨边先锋、旺苍正源等野外剖面进行了实测与系统采样, 并结合盆地内钻井资料与全球微生物岩研究成果(Jahnert and Collins, 2011; Harwood and Sumner, 2012), 在笔者之前对四川盆地灯影组微生物丘研究(徐哲航等, 2018, 2019)的基础上, 进一步完善丘滩体岩石分类方案。通过分析不同岩石类型组合叠置样式所反映的纵向沉积旋回差异以及沉积相带演化所带来的横向展布差异, 来研究不同古地理环境下发育的丘滩体类型。对比各类丘滩储集体的物性特征, 寻找优质储集层发育位置, 为四川盆地灯影组油气勘探提供参考。

1 地质背景

震旦系灯影组在四川盆地与下伏陡山沱组呈整合或假整合接触, 与上覆下寒武统筇竹寺组或麦地坪组呈不整合接触(图 1-a)。依据岩性特征, 灯影组可分为4段(梅冥相等, 2006; 邓胜徽等, 2015):灯一段为贫微生物段, 主要发育泥粉晶白云岩; 灯二段为富微生物段, 厚度大, 常见多种形态微生物岩, 并发育标志性的“ 葡萄花边” 状构造(张杰等, 2014; 林孝先等, 2015); 灯三段是贫微生物段, 主要岩性为泥岩和泥质白云岩, 但四川盆地北部杨坝、胡家坝等剖面发育砂岩和粉砂岩; 灯四段也是富微生物段, 厚度较灯二段小, 常见硅质白云岩和硅质条带、团块。

图 1 四川盆地震旦纪-早寒武世地层柱状图与裂陷剖面形态特征
地震剖面中, 下寒武统龙王庙组底界拉平(据魏国齐等, 2015)Fig.1 Stratigraphic column and rift shape of the Sinian-Early Cambrian in Sichuan Basin

灯影组沉积时期, 四川盆地属于一个基本稳定的海相克拉通台地(李智武等, 2019), 共发生2次重要的构造事件, 分别是绵阳— 长宁裂陷槽的发育(图 1-b)和桐湾运动(邢凤存等, 2015)。在川中震旦系勘探过程中, 发现盆地内存在1个大型近南北向凹槽, 即绵阳— 长宁裂陷槽, 槽内主要沉积深水泥页岩(李双建等, 2018)。桐湾运动包含2幕, 分别发生在灯二段和灯四段沉积末期, 导致四川盆地抬升并受到不同程度的剥蚀, 并在灯二段/灯三段以及灯四段/筇竹寺组界线处形成不整合(武赛军等, 2016)。

绵阳— 长宁裂陷槽两侧是丘滩沉积的有利场所, 也为震旦系— 寒武系天然气成藏提供了有利条件(杜金虎等, 2016a)。该裂陷在灯二段沉积时期初具规模, 位于德阳— 安岳一带(图 2-a), 此时凹槽西侧台缘斜坡坡度较小, 而东侧台缘斜坡坡度比西侧大, 具有“ 东陡西缓” 的地貌特征雏形(魏国齐等, 2015; 曾富英等, 2017)(图 1-b)。至灯四段沉积时期, 裂陷槽扩大到绵阳— 长宁附近(图 2-b), 东侧台缘加积增厚变陡, 而西侧边界迁移扩大坡度仍缓, 具有“ 东陡西缓、北深南浅” 的地貌特征并影响了其周围的丘滩沉积(魏国齐等, 2015; 李双建等, 2018; 段金宝等, 2019)。

图 2 四川盆地震旦系灯影组二段和四段岩相古地理
a— 灯影组二段岩相古地理图(据刘静江等, 2015, 有修改); b— 灯影组四段岩相古地理图(据邹才能等, 2014; 李智武等, 2019; 有修改)Fig.2 Lithofacies palaeogeography of the 2nd and 4th Members of Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

灯影组沉积时期, 四川盆地大部分地区是干热/干燥古气候背景下的文石海/白云石海环境(张静等, 2014; Hood and Wallace, 2018; Ding et al., 2019), 丘滩发育的灯二段和灯四段主要为碳酸盐岩台地沉积, 白云岩是主要的碳酸盐岩类型。除微生物丘和颗粒滩外, 该盆地还发育台坪和潟湖沉积(郭旭升等, 2018; 徐哲航等, 2019)。受裂陷槽发育造成的古地貌差异影响, 灯二段沉积时期裂陷东侧磨溪— 高石梯一带比裂陷西侧的威远、资阳等区域坡度略陡(魏国齐等, 2015), 裂陷两侧都发育的台缘丘滩体略有差别, 在盆地周缘的峨边先锋、南江杨坝、遵义松林、天星1井、利1井等露头/钻井上同样能观察到台缘丘滩的沉积, 台地内部长宁地区与周公1井可见潟湖沉积, 潟湖周缘高部位发育台内丘滩。灯四段沉积时期, 随着裂陷范围的扩大, 东侧坡度更陡, 裂陷两侧丘滩厚度与岩性组合差别变大, 川北曾1井附近发育小型潟湖沉积(金民东, 2019), 其周围旺苍正源、鼓城剖面发育台内丘滩, 南江杨坝、峨边先锋剖面为台坪沉积(兰才俊等, 2019)。

2 丘滩体岩石类型

丘主要为微生物岩沉积, 滩主要为颗粒碳酸盐岩沉积, 在四川盆地灯影组中两者常发育在相邻区域, 关系紧密, 且都具有很好的储集层价值, 故合称“ 丘滩体” (Hu et al., 2019)。微生物岩中, 以层状(以叠层石为代表)和非层状(以凝块石为代表)为2种主要结构(Kennard and James, 1986; Grotzinger and Knoll, 1999)。前人对于丘滩体中微生物岩的分类命名多依据其形态特征(Riding, 2000; 梅冥相等, 2007; 罗平等, 2013; 彭瀚霖等, 2014; 吴亚生等, 2018), 这种分类方法有助于反映不同类型微生物岩的沉积环境、水动力强度、储集性能等(张荫本等, 1996; 王文之等, 2016; 范正秀等, 2018)。在此基础上, 本研究列举了四川盆地灯影组碳酸盐台地丘滩体在不同水体能量强弱与水深的高能环境、过渡环境和低能环境中的代表岩石类型(图 3; 表 1)。由于沉积环境的变化, 不同类型岩石之间的界线常为缝合线(图 4-a)、含黏土矿物的暴露面等(图 4-b), 或者可观察到岩石颜色的变化(图 4-c), 而在野外常见岩层厚度的变化(图 4-b), 有些界面处发育角砾、水平裂缝等。

图 3 四川盆地震旦系灯影组不同沉积环境中丘滩体岩石类型
a— 叠层石白云岩, 宁强胡家坝, 灯影组四段; b— 凝块石白云岩, 铸体偏光, 宁强胡家坝, 灯影组四段; c— 残余砂屑、核形石白云岩, 铸体偏光, ZT1井, 4936.99 m, 灯影组二段; d— 波状纹层白云岩, 旺苍正源, 灯影组四段; e— 凝块泥晶白云岩, 铸体偏光, 凝块间充填云泥大量发育海水胶结物, 南江杨坝, 灯影组二段; f— 泥粒白云岩, 宁强胡家坝, 灯影组四段; g— 平直纹层白云岩, 灯影组二段, 遵义松林; h— 泥晶白云岩, 南江杨坝, 灯影组二段; i— 含砂屑藻纹层泥晶白云岩, 丁山1井3613.64m, 灯影组四段Fig.3 Rock types of mound-bank complex in different sedimentary environments of the Sinian Dengying Formation in the Sichuan Basin

图 4 四川盆地震旦系灯影组丘滩体中高能环境、过渡环境、低能环境岩性界线特征
a— 叠层石白云岩/泥晶白云岩, 缝合线, 天星1井2188.5 m, 灯影组四段; b— 凝块石白云岩/带孔纹层白云岩, 暴露面, 宁强胡家坝, 灯影组四段; c— 波状纹层白云岩/泥晶白云岩, 林1井2650.8 m, 灯影组四段Fig.4 Boundary characteristics of high energy environment, transition environment and low energy environment of the Dengying Formation in Sichuan Basin

表 1 四川盆地震旦系灯影组不同沉积环境丘滩体岩石类型与特征 Table1 Rock types and characteristics of the mound-bank complex in different sedimentary environment of the Sinian Dengying Formation in the Sichuan Basin
2.1 高能环境岩石类型

高能环境波浪能量最强, 水浅、光照好, 既有利于微生物丘中叠层石和凝块石的发育, 也有利于颗粒碳酸盐岩的沉积。

叠层石具有明暗相间的层状结构(图 3-a), 可呈现出波状、柱状、半球状等多种形态, 在华北地区中元古界中比较常见(Su and Sun, 2012)。叠层石属于高能环境微生物岩类型, 成岩过程与蓝细菌等微生物的光合作用相关(Riding, 2006; Bosak et al., 2009; Grotzinger and Al-Rawahi, 2014), 因此在能接受阳光照射的浅水环境“ 生长” 较快(颜佳新等, 2019)。主要发育在丘滩体顶部, 易暴露遭受溶蚀, 故孔洞发育(Andres and Pamela, 2006)。

凝块石是非层状的微生物岩(Kennard and James, 1986; Grotzinger and Al-Rawahi, 2014), 成因仍存在争论(罗平等, 2013; 吴亚生等, 2018), 在前寒武纪可以排除大型生物扰动的可能, 笔者倾向于是蓝细菌等微生物粘结自成的块状结构(图 3-b)。与叠层石一样, 凝块石亦受到光合作用影响而促进“ 生长” (梅冥相等, 2019), 两者均位于高能浅水环境, 且原生格架孔洞发育, 在丘体中经常相邻出现(李凌等, 2013)。

四川盆地灯影组颗粒碳酸盐岩中, 颗粒类型很多, 包括鲕粒、内碎屑、核形石等。这些颗粒主要分布于微生物丘内与高能颗粒滩相带。蓝细菌等微生物具有粘结捕获颗粒的能力(林孝先等, 2018), 但这种粘结颗粒层一般厚度小(< 2 m), 且主要是微生物组构, 形成环境的水体能量比颗粒滩弱。而高能颗粒滩常分布于旋回顶部, 发育交错层理(Grotzinger and Al-Rawahi, 2014), 水体能量最强。滩相典型的鲕粒白云岩在灯影组并不多见(姚根顺等, 2014; 陈娅娜等, 2017), 仅川中高石梯— 磨溪、资阳地区部分井钻遇颗粒滩储层(图3-c)(杜金虎等, 2016a), 赵东方等(2018)也报道了巫溪鱼鳞剖面的鲕粒沉积。砾屑、砂屑、粉屑等内碎屑颗粒是四川盆地灯影组颗粒滩中的主要颗粒类型, 多由风浪破碎丘滩体形成(刘静江等, 2015)。核形石是具有圈层结构的颗粒, 微生物在其形成过程中起很大作用(张荫本等, 1996; Gomez et al., 2014; 吴亚生等, 2018), 如唐玄等(2018)报道了紫阳麻柳地区的核形石特征及环境意义。

2.2 过渡环境岩石类型

过渡环境的水体能量与高能环境相比较弱, 且水体更深、光照也较差, 主要岩石类型为波状/带孔纹层白云岩、泥晶凝块/凝块泥晶白云岩和粒泥/泥粒白云岩。

可容空间与水体能量的差异会导致微生物岩沉积的不同(Grotzinger and Al-Rawahi, 2014), 例如Jahnert和Collins(2012)在研究澳大利亚鲨鱼湾Hamelin Pool现代潮坪微生物岩沉积时, 发现潮间带发育的不规则凝块(Irregular Clotted Pustular)和潮下带水深1~2.5 m处发育的脑形非层状(Non Laminated Cerebroid)岩石在形态上有所相似, 但发育在不同的沉积环境。在四川盆地灯影组也存在这种现象, 有的凝块石发育格架状构造使得储集性能很好, 而有的“ 凝块石” 却储集性能较差。笔者认为这2种“ 凝块石” 是在不同的环境中形成的, 高能环境形成的凝块石前已述及, 孔洞发育; 而通过岩石薄片的镜下对比发现, 过渡环境形成的“ 凝块” 间还充填大量的云化灰泥(简称云泥)填隙物(含量> 25%)(图 3-e), 且可根据云泥含量的多少命名为凝块泥晶白云岩或泥晶凝块白云岩。以此类推, 颗粒间云泥填隙物含量大于25%的泥粒白云岩(图 3-f)与粒泥白云岩也属于过渡环境岩石类型。过渡环境岩石的孔、洞在准同生期易被海水胶结物(Hood et al., 2015; Hood and Wallace, 2018)快速充填, 因此大量发育的海水胶结物也成为过渡环境的一个标志。层状微生物岩结构在过渡环境中发育为波状纹层(图 3-d)与带孔纹层, 除可见较多的云泥填隙物和海底胶结物外, 纹层的起伏程度远弱于叠层结构。

2.3 低能环境岩石类型

低能环境能量最弱, 水体深度大、光照差, 主要沉积平直纹层白云岩(图 3-g)与泥晶白云岩(图 3-h)。这种纹层大多是弱水动力条件下形成的水平层理, 微生物对沉积形态的改变很小, 岩石颜色偏深、富有机质, 偶尔可见一些颗粒(图 3-i)。

3 丘滩体差异演化

灯影组沉积时期, 四川盆地内部裂陷槽两侧“ 东陡西缓” 的古地貌差异以及这种古地貌格局控制下的灯二段、灯四段沉积相带展布, 与海平面升降变化一起, 会导致不同的丘滩体组合发育。丘滩体组合可分为3种, 分别是并进型、追补型和饥饿型丘滩体, 其中并进型和追补型丘滩体常见于台地边缘, 而饥饿型丘滩体主要发育在台地内部。

3.1 并进型丘滩体

并进型丘滩主要发育在台缘陡坡带, 以裂陷边缘陡坡的高石梯— 磨溪地区为代表, 在陕西省南部宁强县胡家坝剖面(郭旭升等, 2018)的灯四段亦有发育(图 5)。

图 5 四川盆地震旦系灯二段和灯四段丘滩体沉积结构、储层特征与平面分布Fig.5 Sedimentary structure, reservoir characteristics and distribution of the mound-bank complex in the 2nd and 4th Members of Dengying Formation in Sichuan Basin

并进型丘滩“ 生长” 速率快, 易发生垂向加积(魏国齐等, 2015), 对高频海平面变化的响应非常明显, 每隔几米就能发育一个向上变浅的旋回(图 6-a)。丘滩体旋回开始沉积时水体较深, 为薄层的过渡岩石类型(有时水体更深、能量更弱, 也会沉积低能岩石类型), 随着海平面相对下降, 快速进入相对厚层的高能沉积环境, 直到暴露出水面旋回结束, 等下一次水体变深时开始新的旋回(兰才俊等, 2019)。并进型丘滩主要发育高能带岩石类型, 如叠层石、凝块石以及颗粒岩, 单旋回叠置样式表现为“ (薄的)过渡岩石类型+(厚的)高能岩石类型” 沉积。

图 6 陕西宁强胡家坝剖面并进型丘滩体特征
a— 胡家坝剖面丘滩综合柱状图; b— 单期丘滩规模分布频率直方图; c— 单期高能岩石占比分布频率直方图Fig.6 Characteristics of keep-up mound-bank complex in Hujiaba outcrop of Ningqiang County, Shaanxi Province

以胡家坝剖面为例, 灯四段上部至顶部总厚257.8 m, 地层出露完整, 丘滩体极为发育。该剖面共发育29个旋回, 单丘滩旋回平均厚度8.9 m, 且69%的丘滩体厚度小于10 m(图 6-b), 可见其对高频海平面变化反应明显。高能岩石地层厚度占该段地层总厚度的80.8%, 过渡岩石地层厚度占15.5%, 而低能岩石仅占3.7%, 且86%的丘滩体中高能岩石占比大于70%(图 6-c)。高能浅水的环境有利于并进型丘滩体的快速沉积, 且丘滩体高部位易频繁暴露遭受大气淡水溶蚀, 因此有利于储集层发育。

3.2 追补型丘滩体

追补型丘滩主要发育在台缘缓坡带, 以威远地区为代表, 高石梯— 磨溪东部远离裂陷的区域也有发育(陈娅娜等, 2017), 在四川省北部南江县的杨坝剖面灯二段亦常见追补型丘滩组合(图5)。

追补型丘滩初始“ 生长” 速度较并进型慢, 对海平面变化的响应也不如并进型明显, 其初始沉积速度小于可容空间增长速度。但随着沉积过程的进行, 丘滩体沉积速度逐渐加快并赶上了可容空间的增长速度(Hillgä rtner and Strasser, 2003), 追赶过程中会发生侧向迁移(沈骋等, 2016; 邢凤存等, 2017)。追补型丘滩体中主要发育厚的过渡环境岩石类型, 可能在旋回底部出现薄的低能岩石沉积, 也可能在顶部出现薄的高能岩石沉积(图 7-a)。此外, 过渡环境中的某些岩石类型叠置组合, 也能表现出旋回性特征(如粒泥白云岩向泥粒白云岩过渡, 云泥减少、颗粒增加), 因此部分追补型丘滩旋回只包括过渡环境岩石类型。追补型丘滩旋回表现为“ (薄或缺失的)低能岩石类型+(厚的)过渡岩石类型+(薄或缺失的)高能岩石类型” 的叠置样式, 主要沉积过渡类型岩石, 如波状纹层、泥晶凝块、泥粒白云岩等。

图 7 四川南江杨坝剖面追补型丘滩体特征
a— 杨坝剖面丘滩综合柱状图; b— 单期丘滩规模分布频率直方图; c— 单期过渡岩石占比分布频率直方图Fig.7 Characteristics of catch-up mound-bank complex in Yangba outcrop of Nanjiang County, Sichuan Province

以杨坝剖面为例, 自灯二段底部向上总厚426.5 m的地层中, 常见追补型丘滩。该剖面共发育16个旋回, 单丘滩旋回平均厚度26.7 m, 44%的丘滩体厚度在20~30 m之间(图 7-b)。其中过渡类型岩石地层厚度占该段地层总厚度的56.3%, 高能类型岩石占30.4%, 低能类型岩石占13.3%, 所有丘滩体均沉积过渡岩石类型且69%的丘滩体过渡岩石占比大于60%(图 7-c)。因为丘滩体在追赶海平面上涨的过程中, 水体大部分时间相对较深, 所以追补型丘滩主要沉积过渡岩石类型, 粒间多充填云泥与海水胶结物, 受海平面升降控制的暴露溶蚀较少。

3.3 饥饿型丘滩体

饥饿型丘滩主要发育在台地内部高部位或潟湖周缘, 四川盆地东南部丁山1井灯四段与陕西省南部南郑县的福成剖面灯四段发育饥饿型丘滩体(图 5)。

台地内大部分区域相比台缘水体较深、水动力较弱、光照相对匮乏, 微生物多表现出底栖特征(Grotzinger and Al-Rawahi, 2014), 丘滩“ 生长” 缓慢, 难以跟上可容空间增加速率, 部分丘滩体旋回底部可观测到水体变深(图 8-a)(李凌等, 2013)。因此, 饥饿型丘滩主要发育厚的低能环境岩石类型, 向上沉积厚度薄的过渡类型岩石并呈现出丘滩体形态, 很少见到高能类型岩石沉积。饥饿型丘滩旋回表现为“ (厚的)低能岩石类型+(薄的)过渡岩石类型” 的叠置样式, 主要岩石类型为平直纹层白云岩和泥晶白云岩。

图 8 陕西南郑福成剖面饥饿型丘滩体特征
a— 福成剖面丘滩综合柱状图; b— 单期丘滩规模分布频率直方图; c— 单期低能岩石占比分布频率直方图Fig.8 Characteristics of the give-up mound-bank complex in Fucheng outcrop of Nanzheng County, Shaanxi Province

以福成剖面和丁山1井为例, 前者灯四段上部至顶总厚135.5 m的地层(图 5), 以及后者灯四段上部3494.6~3623.1 m厚128.5 m的井段, 均表现出饥饿型丘滩体的特征。这2个剖面共发育14个旋回, 单丘滩旋回平均厚度19 m, 50%的丘滩厚度在20~30 m之间(图 8-b), 对高频海平面变化的反应不明显。其中低能类型岩石地层厚度占总厚度的66.9%, 过渡类型岩石占33.1%, 未观察到高能类型岩石, 且57%的丘滩中低能类型岩石占比大于70%(图 8-c)。饥饿型丘滩体“ 生长” 速率小于海平面上升速率, 沉积时水体深度比追补型丘滩更大, 因此主要沉积低能岩石类型, 难以暴露和遭受大气淡水溶蚀, 故仅顶部过渡环境岩石中可发育储层。

4 储集意义讨论

古地理环境控制了丘滩体的差异演化, 并进型丘滩多沉积高能岩石类型, 追补型丘滩多沉积过渡岩石类型, 而饥饿型丘滩多沉积低能岩石类型。这些不同环境下形成的岩石在孔隙发育与准同生期成岩作用方面存在差别, 进而导致了丘滩体储集性能的变化。

4.1 储集空间与成岩作用

微生物岩主要的储集空间为格架孔(陈娅娜等, 2017), 在四川盆地灯影组经历多期成岩作用后变为格架残留孔。高能类型岩石格架孔位于丘滩体高部位, 离水面近, 易暴露并遭受准同生期大气淡水溶蚀(朱东亚等, 2014), 因此孔径较大(可大于2 mm, 成为格架残留洞, 图 9-a), 孔内海水胶结物占比少(图 9-d)。而过渡类型岩石在丘滩体中处于高能类型岩石之下, 离水面较远, 不如高能岩石易暴露, 准同生期海水胶结物快速充填剩余空间, 其储集空间经历了多期胶结充填作用(Wang et al., 2010)(图 9-b, 9-e)。颗粒岩储集空间包括粒间孔(图 9-c, 9-f)、粒内孔, 过渡环境颗粒岩相比高能环境颗粒岩难以遭受溶蚀形成粒内溶孔, 且粒间孔也易被云泥与白云石胶结物充填(图 3-f)。四川盆地灯影组丘滩体低能环境岩石类型主要为平直纹层白云岩与泥晶白云岩, 在沉积期以及准同生期成岩阶段都难以形成优质储集空间。

图 9 四川盆地震旦系灯影组丘滩体常见储集空间
a— 格架残留孔、洞, 叠层石白云岩, 宁强胡家坝, 灯四段; b— 格架残留孔, 凝块泥晶白云岩, 宁强胡家坝, 灯二段; c— 粒间孔, 砾屑白云岩, 遵义松林, 灯二段; d— 格架残留孔, 凝块石白云岩, 宁强胡家坝, 灯四段; e— 格架残留孔, 经历多期充填, 峨边先锋, 灯二段; f— 残留粒间孔, 残余砂屑白云岩, 马深1井, 8106.7 m, 灯四段Fig.9 Common reservoir spaces of the mound-bank complex in the Sinian Dengying Formation, Sichuan Basin

因此, 主要沉积高能岩石类型的并进型丘滩体的储集空间以格架残留孔、洞, 粒间溶孔、粒内溶孔为主, 易暴露并受到准同生期溶蚀作用而改善储集条件。追补型丘滩主要沉积过渡岩石类型, 以格架残留孔、粒间溶孔为主要储集空间, 易遭受准同生期胶结作用的充填。而饥饿型丘滩主要沉积低能岩石类型, 仅在旋回顶部的过渡岩石类型中形成储集层。

4.2 物性特征

本研究统计了四川盆地内丁山1井等6口钻井与胡家坝剖面等5个露头位于灯影组的共计351个柱塞样品的物性数据。其中颗粒白云岩、叠层石白云岩、凝块石白云岩属于高能岩石类型, 孔隙度介于3.011%~10.630%之间, 平均值为5.546%。泥粒/粒泥白云岩、波状/带孔纹层白云岩、泥晶凝块/凝块泥晶白云岩属于过渡岩石类型, 孔隙度介于0.863%~4.840%之间, 平均值为2.435%。平直纹层白云岩和泥晶白云岩属于低能岩石类型, 孔隙度介于0.104%~2.440%之间, 平均值为1.409%(图 10-a)。由于岩石渗透率值还受到裂缝发育的影响, 因此不同岩石类型渗透率的相互差别不明显。

图 10 四川盆地震旦系灯影组丘滩体岩石类型平均孔隙度特征与不同丘滩类型孔隙度— 渗透率对比
a— 丘滩体中各类岩石平均孔隙度; b— 不同丘滩体类型孔隙度— 渗透率对比Fig.10 Porosity characteristics of different rock types and comparison of porosity-permeability of different mound-bank complex types in the Dengying Formation, Sichuan Basin

根据这些样品所属的丘滩体类型, 对比3类丘滩体的物性差别(图10-b)。并进型丘滩体孔隙度主要集中在4%~9%之间, 平均值为4.667%, 渗透率主要集中在(0.01~10)× 10-3 μ m2之间。由于并进型丘滩主要沉积高能岩石类型, 主要储集空间是格架残留孔、洞和粒间溶孔、粒内溶孔, 容易暴露遭受大气淡水溶蚀, 因此物性最好。追补型丘滩体孔隙度主要集中在2%~6%之间, 平均值为2.932%, 渗透率主要集中在(0.001~1)× 10-3 μ m2之间。因为追补型丘滩以过渡岩石为主, 主要储集空间是格架残留孔和粒间溶孔, 易受到准同生期胶结作用的充填, 所以相对并进型丘滩物性较差。饥饿型丘滩体孔隙度主要集中在1%~3%之间, 平均值为1.796%, 渗透率也主要集中在(0.001~1)× 10-3 μ m2之间。由于饥饿型丘滩主要沉积低能岩石类型, 仅在旋回顶部过渡岩石中发育少量格架残留孔与粒间溶孔, 且同样易受到准同生期胶结作用的充填, 因此物性最差。

5 结论

1)四川盆地灯影组沉积期发育的绵阳— 长宁裂陷槽具有“ 东陡西缓” 的古地貌特征, 并影响了灯二段与灯四段碳酸盐台地沉积相带分布。

2)丘滩沉积体在灯影组碳酸盐台地广泛发育, 在高能环境、过渡环境和低能环境中会沉积不同的岩石类型。高能环境岩石类型主要为叠层石白云岩、凝块石白云岩和颗粒白云岩, 过渡环境岩石类型包括波状/带孔纹层白云岩、泥晶凝块/凝块泥晶白云岩、粒泥/泥粒白云岩, 低能环境岩石类型为平直纹层白云岩和泥晶白云岩。

3)古地理环境控制了丘滩体发育类型, 在台缘陡坡带易发育并进型丘滩体主要沉积高能岩石类型, 台缘缓坡带易发育追补型丘滩体主要沉积过渡岩石类型, 而台地内部主要发育饥饿型丘滩体多沉积低能环境岩石类型。

4)丘滩体储集空间主要为微生物格架残留孔与颗粒间溶孔, 受准同生期暴露溶蚀与胶结作用影响较大。通过对比丘滩体内不同岩石类型与不同类型丘滩之间的物性数据可以发现, 主要沉积高能岩石类型的并进型丘滩发育最好的储集层。

(责任编辑 张西娟; 英文审校 龚承林)

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