川中龙女寺构造栖霞组薄储层预测地质模型

刘 宏，王双琴 ，谭 磊，唐 松，陈 聪

1.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室，四川 成都610500

2.中国石油碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，四川 成都610500

3.西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都610500

4.中国石油西南油气田公司川中油气矿，四川 遂宁629000

5.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都610041

引言

中二叠统栖霞组是四川盆地的重要勘探领域之一[1-4]，川西台缘带双探1 井于2014 年首次发现稳定分布的栖霞组层状白云岩储层，测试获得87.6×104m3/d 的高产工业气流。多口井天然气测试日产量超过百万方，展现出该层系巨大的勘探开发潜力[5-7]。近年来，川中台内地区栖霞组也相继获得突破，其中，MX42 井、MX31X1 井及GS18 井等在栖霞组均获日产数十万方的工业气流，说明四川盆地栖霞组台内地区白云岩储层也具有良好的勘探开发前景[8-9]。目前，针对栖霞组川西台缘带储层特征及主控因素、白云岩成因机制、储层地震预测等均有丰硕的成果认识[10-14]，但针对台内地区研究较少，仅有的认识表明，台内地区栖霞组以发育滩相岩溶型储层为特征，储层类型以裂缝-孔洞型储层为主。储层受到颗粒滩发育情况、白云岩化及后期构造活动的共同影响[15]；对此，有学者从沉积相模式、白云岩化机制及断溶体刻画等方面入手尝试对川中地区栖霞组储层进行预测[8，16]。

川中地区栖霞组地层埋深大、储层厚度薄且非均质性强、地震分辨率低，储层地震响应特征模糊，用传统的地球物理预测方法难以获得较好的预测效果，严重制约了有利勘探区带的优选。为了解决勘探开发实际需求与储层预测结果精度较低之间的矛盾，本文以岩芯、薄片、测井及地震等资料为基础，结合沉积期微古地貌恢复、断裂刻画及特征分析，采用地质-地球物理综合储层预测的思路，在沉积储层基础研究上，建立储层预测地质模型，综合预测龙女寺构造栖霞组薄储层发育有利区，以期为川中及整个台内地区栖霞组勘探开发提供支撑。

1 区域地质概况

四川盆地是中国含油气性最好的叠合盆地之一[11，17]。龙女寺地区位于四川盆地中部，构造位置隶属于川中古隆中斜平缓构造带，地理位置处于重庆市潼南区、四川省武胜县和岳池县之间（图1）。研究区三维地震资料覆盖面积1 800 km2，目的层有效频段10∼60 Hz，主频38 Hz，有22 口井钻井资料齐全。栖霞组在四川盆地内广泛发育，研究区内栖霞组展布稳定，与上覆茅口组呈平行不整合接触、与下伏梁山组呈整合接触，厚度在100∼130 m。按岩性、电性及旋回特征，栖霞组可进一步自下而上划分为栖一段和栖二段。栖一段主要发育深灰色泥晶灰岩、灰黑色泥灰岩及少量生屑灰岩，栖二段主要为浅灰色晶粒云岩、泥晶生屑灰岩、亮晶生屑灰岩，并夹少量页岩（图2）。

图1 研究区位置、构造及井位分布Fig.1 Location,structure and well location of the study area

图2 中二叠统栖霞组地层综合柱状图Fig.2 Integrated histogram of the Middle Permian Qixia Formation

研究区栖霞期处于半局限台地环境[18-19]，栖一期整体能量较低，仅在顶部发育少量颗粒滩，栖二期则为主要的成滩期，台内地区高能滩相较为发育，但单滩体厚度比川西台缘地区薄，垂向上滩体与滩间海呈薄互层状，累计厚度可达一定规模，为储层的发育提供了物质基础。栖霞中晚期，在海平面下降的背景下，滩体普遍遭受早期高频暴露溶蚀作用，在栖霞末期由于海平面迅速下降，导致地层暴露，栖霞组顶部遭受不同程度的风化剥蚀[20]。晚二叠世后，研究区内构造活动加剧，前期基底断裂开始活化并伴随着走滑断裂的发育，为深部热液上涌提供了良好的通道，区内具备了发生构造热液白云岩化的条件[21]。

2 储集层特征及分布规律

2.1 储集岩特征

通过薄片及岩芯观察发现，龙女寺地区栖霞组颗粒滩储层的主要岩性是白云岩和云质灰岩。

白云岩主要为晶粒云岩，原岩受强烈白云岩化改造形成，由晶粒白云石构成，按照产出状态及镜下特征可识别出两类晶粒云岩。一类晶粒云岩岩芯上呈灰—灰褐色，发育针孔及少量溶洞，孔洞零星分布，非均质性较强；镜下晶粒以他形镶嵌状中晶白云石为主，偶见细晶、粗晶白云石，具颗粒幻影结构（图3a），由此推测，该类云岩的原岩为颗粒灰岩。另一类晶粒云岩宏观上常充填于第一类晶粒云岩发育的大型溶洞之内，呈灰白--乳白色，为砂糖状晶粒白云岩；镜下以自形中晶白云石为主，晶粒见雾心亮边。

云质灰岩是由原岩遭受选择性白云岩化改造形成，宏观上以深灰—黑灰色斑块产出，与围岩组构差异明显；镜下可见云化组构多为生屑颗粒内部，残余颗粒结构清晰可见，基质溶孔及晶间（溶）孔发育（图3b）。

2.2 储集空间特征

龙女寺地区栖霞组云岩储集体储渗空间类型多样，主要包括白云岩晶间（溶）孔、溶洞和裂缝。

晶间（溶）孔是区内最主要的储集空间，孔隙发育频率较高。晶间孔是白云石晶粒之间的未充填孔隙（图3c），呈现出不规则多边形的样式，常表现为三角孔的形态特征。其孔径大小多在0.02∼0.25 mm，面孔率约为1%∼10%。晶间孔边缘平直，偶见溶蚀痕迹，常见沥青附着。晶间孔在遭受岩溶流体的作用下可进一步扩溶，形成晶间溶孔（图3d），白云石晶粒边缘多具港湾状溶蚀边，可见沥青附着，孔隙内部偶见渗流粉砂半充填。晶间溶孔孔径大小约0.05∼1.00 mm，面孔率可达1%∼15%，主要发育于晶粒云岩之中，宏观上表现为针孔或针孔扩溶小洞的特征（图3e）。

溶洞是研究区栖霞组发育频率仅次于晶间（溶）孔的储集空间类型。多表现为表针孔扩溶形成的扩溶洞（图3f），鞍形白云石以胶结充填物的形式半充填于溶洞中（图3g）。扩溶洞也可在泥晶灰岩中出现，具有沿先期形成的裂缝扩溶形成的特征。

区内裂缝可见构造缝、扩溶缝和压溶缝。构造缝以高角度缝为主；压溶缝主要发育在颗粒灰岩中及围岩灰岩与云岩之间（图3h）；扩溶缝往往由构造缝扩溶形成，研究区此类裂缝较常见，但缝隙多被晶粒碳酸盐岩矿物充填—半充填。裂缝并非研究区主要的储集空间，但是裂缝一方面可以优化局部渗透率，另一方面早期与构造热事件相关的裂缝可作为热液的重要通道。

2.3 储集层分布特征

龙女寺地区栖霞组以发育多个向上变浅的沉积序列为特征，其中，单个沉积旋回自下而上发育泥晶灰岩（泥灰岩）—生屑泥晶灰岩—亮晶颗粒灰岩（云岩），而储层多发育于高频旋回的中上部。该区栖霞组滩相储层单层厚度较薄，一般为1.2∼8.0 m，累计厚度在1.3∼12.1 m。纵向上，颗粒滩储层呈多套薄层相互叠置，整体多发育栖二段。虽然储层厚度相对较薄，但在研究区，横向连续性较好，可对比性强，具有一定的横向规模（图4）。

图4 龙女寺地区栖霞组储层纵横向分布特征（剖面位置见图1）Fig.4 Vertical and horizontal distribution characteristics of Qixia Formation reservoir in Longnvsi Area（Section position see Fig.1）

3 台内地区薄储层主控因素及储层预测地质模型

3.1 古地貌对颗粒滩平面分布的控制

研究区栖霞组整体为半局限台地沉积，台地内次一级微地貌对颗粒滩的生长分布起着决定性作用[22-23]。云南运动结束后，研究区发生了广泛的海侵作用[24]；渐次海侵的背景下，梁山组与栖霞组为一连续沉积过程，其整体底部地层具有明显的穿时现象[25]，存在向沉积前古地貌高地超覆的特征，仅在地层厚度较薄的古地貌高地具有少量滩相沉积；尽管梁山组与栖一段的沉积过程对下伏地层存在填平补齐作用，但其末期地貌格局总体来说还是继承了二叠系沉积前的古地形地貌。研究区栖霞组整体厚度差异不大，因此，可以用栖二段颗粒岩厚度代表研究区栖二段颗粒岩的发育状况。栖二段颗粒滩发育厚度与栖一段+梁山组沉积厚度整体呈负相关（图5），表明栖二段颗粒滩沉积主要继承了二叠系沉积前的古地貌特征，在古地貌较高的区域，颗粒滩更发育；与此同时，栖二段颗粒滩厚度与栖二段储层发育厚度呈较好的正相性（图6），表明高能颗粒滩为台内地区栖霞组最重要的有利相带。

图5 栖二段颗粒滩厚度与栖一段+梁山组地层厚度交会图Fig.5 Intersection diagram of granular rock thickness of Member 2 of Qixia Formation and stratum thickness of Member 1 of Qixia Formation+Liangshan Formation

图6 栖二段颗粒滩厚度与储层厚度交会图Fig.6 Intersection diagram of granular rock thickness and reservoir thickness in the Member 2 of Qixia Formation

结合以上分析，并对研究区内栖霞组、梁山组进行层位标定及精细变速成图等一系列研究后，得到栖一段与梁山组厚度图（图7a），即栖二期古地貌特征。地貌恢复结果表明，栖二沉积古地貌整体表现为南西高（MX31 井区、MX16 井—MX42 井区）北东低（MX53 井区、MX23 井区）。

图7 龙女寺地区栖二期古地貌及沉积相平面图Fig.7 Paleogeomorphology and sedimentary facies of the Member 2 of Qixia Formation in Longnvsi Area

多旋回快速海侵--缓慢海退的高频震荡是陆表海碳酸盐岩台地海平面升降变化的重要特点，是浅滩化地层增厚的主要因素[26]。根据栖二段古地貌恢复结果，采用单井控制、地震地貌约束的思路，综合古地貌分布规律、区内实钻井资料及颗粒岩测井解释模型结果，对区内沉积相带进行预测[27]。平面上，按照颗粒岩厚度与地层厚度比值（颗地比）和相对发育关系，识别出滩核、滩缘及滩间海。其中，滩核微相原始沉积主要由砂屑灰岩和亮晶生屑灰岩组成，颗粒岩发育厚度大，质纯，单井颗地比大于0.50，以区域内颗地比值最高的单井为中心，按照地貌展布趋势逐步包络颗地比大于0.50 的单井，恢复滩核微相的展布范围。滩缘微相是颗粒滩的外围部分，与滩间的深水沉积物直接相连，颗粒含量略少于滩核，单井颗地比在0.40∼0.50，按照地貌展布趋势逐步圈定颗地比为0.40∼0.50 的单井范围，定为滩缘微相。滩间海微相发育于浪基面之下，为夹于颗粒滩之间的深水低地，是安静低能沉积，单井上主要发育低能的致密块状泥粉晶云岩，夹少量泥质纹层，颗粒岩发育欠佳，单井颗地比小于0.40，以颗地比最小的单井为中心，按照地貌展布趋势逐步包络颗地比小于0.40 的单井，恢复滩间海微相的展布范围。在此基础之上，绘制川中龙女寺地区栖霞组栖二段沉积相平面图如图7b 所示。

综合分析图7 可知，川中龙女寺地区栖霞组颗粒滩展布规律与古地貌关系密切，颗粒滩最发育区位于研究区南西部古地貌高地（图7a 中黄色区域），而在古地貌相对低地如MX207 及GS113 井区（图7a中蓝色区域）颗粒滩发育程度相对较低，以滩间海生屑泥晶灰岩沉积为主，沉积地貌控制了滩体的分布。

3.2 深大断裂对热液白云岩储层发育的影响

川中地区二叠统热液白云岩储集相发育和分布受深大断裂的控制，断裂活动发生时，伴生大量构造缝，进一步扩展了深部热液流动通道沿这些裂缝热液流体对致密基质灰岩进行成岩改造，包括溶蚀作用、交代作用（热液白云石化作用）等建设性成岩作用[28]。受峨眉地裂运动的影响[29]，区内中晚二叠世构造活动加强，大量富镁热液流体沿断裂上涌，区内溶洞中充填马鞍状白云石进一步证实了栖霞组地层经历了剧烈的热液白云岩化作用（图3g）。云南运动后，下二叠统地层开始沉积，海西构造运动一方面使区内发育新生张性断层，另一方面使得早期基底走滑断裂逐渐活化，并再次开始运动。本文通过相干切片分析，在平面上可识别出NW—SE 向及SW—NE 向两组走滑断裂（横向延伸距离在1.2∼30.0 km）及沿MX29 井--MX207井和NS1 井--NJ1 井--MX208 井--NS5 井一线发育两条北东向左行走滑断裂（横向延伸距离在19.9∼24.0 km）（图8a），在过NS5 井地震剖面上可见“负花状”构造（图8b）。位于北西向深大断裂附近的MX42 井和MX31X1 单井上栖二段云质含量也明显增大，储层发育厚度分别为10.8 m 和9.7 m，而远离深大断裂的MX16 井、GS112 井等储层发育厚度仅2.0 m 和4.8 m，也展现出深大断裂在该地区对储层的建设性作用，因此，深大断裂可以作为储层发育的一个潜在信号，构造热液白云石化作用的认识对深化川中地区栖霞组储层预测有着借鉴作用。

图8 龙女寺地区断裂系统平面展布及过井剖面特征Fig.8 Plane distribution of fault system and cross section characteristics in Longnvsi Area

3.3 储层预测地质模型

研究认为，主要有两个地质因素控制着龙女寺地区栖霞组优质储层发育情况。一个是有利的沉积相带，即高能颗粒滩相，纵向上主要发育在栖二段，受栖二期微古地貌高地控制明显，高地较低地颗粒滩更为发育。滩相储层的分布亦与高频旋回密切相关，在主要成滩期，滩相白云岩储层主要分布在高频旋回的中上部。另一个是建设性成岩作用相关的地质要素，主要指溶蚀作用和白云石化作用。研究区储层的储渗性能在早成岩期的短期暴露内得到优化，再加上受峨眉地裂运动的影响，导致研究区中晚二叠世构造活动加强，北西向深大断裂发育，由基底断至二叠系的深大断裂可作为深部热液主要输送通道，大量富镁热液流体沿深大断裂上涌，对研究区构造热液白云岩储层的形成起着至关重要的作用。因此，研究区质纯、性脆且早期孔渗性能良好的高能颗粒滩，经过早期岩溶、构造改造后才可能成为储层，再叠加热液白云岩化作用，使得储层具有更加抗压溶压实的骨架，而得以保存，从而形成现今栖霞组白云岩储层。据此建立了“栖霞期古地貌高地+滩核和滩缘微相区+断裂发育区”的龙女寺栖霞组薄储层预测地质模型（图9）。

图9 四川盆地龙女寺地区栖霞组滩相白云岩储层预测地质模型Fig.9 Prediction geological model of beach dolomite reservoir of Qixia Formation in Longnvsi Area,Sichuan Basin

4 有利相控型储集层发育区优选

根据以上预测地质模型提出表1 所示的相对优质储层预测评价标准，并对龙女寺地区栖霞组进行有利储集区带优选（图10）。

表1 龙女寺地区栖二段储层预测评价标准Tab.1 Reservoir prediction and evaluation criteria of the Member 2 of Qixia Formation in Longnvsi Area

图10 龙女寺地区栖二段储集层有利分布区图Fig.10 Favorable distribution map ofthe Member 2 of Qixia Formation reservoir in Longnvsi Area

最有利储层发育区带主要分布在栖二期古地貌高地+滩核微相+断裂发育的区域，沉积地貌控制了高能滩体的分布，高能滩相是储层发育的物质基础，由基底断至二叠系的深大断裂不仅对构造热液白云岩储层的形成起着至关重要的作用，还是来自于筇竹寺组及部分梁山组烃源岩的主要运移通道，储集层质量好。

在该区域的MX42 井，栖霞组测试日产气22.42×104m3，储能系数为0.42；MX31X1 井，栖霞组测试日产气36.69×104m3，储能系数为0.45，证明了该区巨大的勘探潜力。对于研究区西部以及南部地区，主要为滩缘微相区，该区域沉积期古地貌较高、断裂较发育，储集层质量较好。对于区内滩间海微相地区，主要发育低能、致密的细粒沉积物，储集性能整体相对最差。

5 结论

1）四川盆地龙女寺地区栖霞组滩相碳酸盐岩储集岩晶粒云岩及云质灰岩为主；储集空间包括晶间（溶）孔、溶洞等，储层总体表现为低孔低渗的特征，储层单层及累计厚度较小，纵向发育模式复杂，横向可对比性好。

2）栖二段优质储层的发育主要受沉积微相、沉积地貌以及断裂发育程度共同控制，综合建立了“栖霞期古地貌高地+滩核和滩缘微相区+断裂发育区”的龙女寺栖霞组薄储层预测地质模型，该模型对龙女寺地区以及整个四川盆地这类地震分辨率低、储层地震响应特征模糊不清的薄储层预测有着指导意义，可供相似地质背景的区域对比参考。

3）在储层预测地质模型基础之上，优选出4 类储集层有利分布区，其中，滩核和滩缘微相区+断裂发育区是相对优质储层有利区，储集性能最好，可作为台内地区广大地区的下一步勘探目标，以开拓龙女寺地区栖霞组滩相白云岩储集层天然气勘探新区带。