川南地区中二叠统茅口组颗粒滩对早成岩期岩溶储层的控制

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.02.14

摘要/Abstract

摘要：

川南地区中二叠统茅口组颗粒滩控制了早成岩期岩溶储层的发育,但不同沉积环境中碳酸盐岩的沉积和成岩作用特征,尤其是浅埋藏之后的孔隙差异演化对岩溶作用的影响还不够深入。基于野外露头、岩心、薄片和阴极发光等资料,在研究区茅口组识别出8种岩石类型,分别发育于颗粒滩(包括高能滩和低能滩)、滩间海和开阔潮下3种沉积环境,其中亮晶生屑灰岩发育于高能滩,在浅埋藏后孔隙保存最好,有助于岩溶作用改造形成大规模层状溶洞和斑点状溶蚀带;泥晶生屑灰岩发育于低能滩,浅埋藏后孔隙保存较高能滩稍差,因此形成的溶洞和溶缝规模较高能滩小;泥质生屑泥晶灰岩发育于滩间海和开阔潮下,在抬升暴露前已压实致密,不发育岩溶。垂向上颗粒滩分布受控于海平面变化,发育在三级层序的高位体系域即茅二段和茅三段;平面上颗粒滩分布受控于隐伏基底隆起形成的沉积古地貌变化,在泸州古隆起一带厚度大。溶洞钻井响应层位和高产井位的分布与颗粒滩的分布相一致,说明颗粒滩对早成岩期岩溶储层的形成具有控制作用。

关键词: 岩溶储层, 颗粒滩, 茅口组, 川南地区

Abstract:

Shoals control the eogenetic karst reservoir of Maokou Formation in southern Sichuan Basin. However, research on the carbonate deposition and diagenetic characteristics in different sedimentary environments, especially on the influence of pore differential evolution after shallow burial on karstification, is inadequate. In this paper, based on outcrop, drill-core, petrographic thin-section and cathodoluminescence data, eight rock types are identified from the Maokou Formation in the study area. Three types of sedimentary environments are found to have developed in shoals (including high-/low-energy shoals), intershoal sea and open subtidal sedimentary environments. Bioclastic rocks in high-energy shoals have high porosity and permeability after their shallow burial, which are conducive to karstification influence and show large-scale layered caves and spotted zones of dissolution-filling. Porosity and permeability of bioclastic packstone in low-energy shoal are slightly lower than those of bioclastic rocks, and the scale of dissolution fractures and caves are smaller. Bioclastic wacky and marls in the intershoal sea and open subtidal environments are compacted before their shallow burial, and karst is not developed. The distribution of vertical shoal is controlled by the sea-level change, and high stand system tract of sequences (P₂m² and P₂m³) are developed. The planar distribution of shoals is controlled by the sedimentary paleogeomorphologic changes formed by the basement uplift, and has a large thickness in the Luzhou paleo-uplift area. The layers of cave drilling anomalies and the locations of high-yield wells are consistent with those of the shoals, which indicates that the shoals exert a controlling effect on the eogenetic karst reservoirs.

Key words: karst reservoir, shoals, Maokou Formation, southern Sichuan Basin

中图分类号:

TE122.2

杨明磊, 诸丹诚, 李涛, 李海平, 黎霆, 邹华耀. 川南地区中二叠统茅口组颗粒滩对早成岩期岩溶储层的控制[J]. 现代地质, 2020, 34(02): 356-369.

YANG Minglei, ZHU Dancheng, LI Tao, LI Haiping, LI Ting, ZOU Huayao. Control of Eogenetic Karst Reservoir by Shoals in Middle Permian Maokou Formation, Southern Sichuan Basin[J]. Geoscience, 2020, 34(02): 356-369.

图/表 11

图1 川南地区茅口组中二叠世末古地质图(a);研究区茅口组地层综合柱状图(b)

Fig.1 Paleogeologic map of Maokou Formation in the end Middle Permian in southern Sichuan Basin (a) and synthetical stratigraphic log of Maokou Formation in the study area (b)

表1 研究区茅口组岩石类型与沉积环境解释

Table 1 Rock types and sedimentary environment interpretation of Maokou Formation in the study area

岩石类型	代码	岩性描述	沉积环境解释
泥质生屑泥晶灰岩	M-b	生屑以腕足类和有孔虫为主,少见藻类和介形虫等,生屑含量10%~20%,粒径介于0.1~1.5 mm之间,分选磨圆一般(图2(a))	化石组合为腕足类有孔虫组合,显示较深水低能的碳酸盐台地环境^[24]
含泥质生屑泥晶灰岩	W-mb	眼球状灰岩的眼皮部分,生屑以腕足类和有孔虫为主,生屑破碎呈定向分布,疑似与上升流作用有关^[25] (图2(b))	化石组合为腕足类有孔虫组合,显示较深水低能的碳酸盐台地环境^[24]
生屑泥晶灰岩	W-b	生屑主要是藻类、腕足类和有孔虫,少见海百合、双壳类和腹足类等,生屑含量30%~50%,粒径介于0.1~2 mm之间,分选磨圆均较差(图2(c))	浅海潮下中等-低能环境
泥晶生屑灰岩	P-b	生屑以有孔虫和藻类为主,可见海百合、腕足类和单体珊瑚等,生屑含量60%~80%,粒径介于0.1~2 mm之间,分选一般,磨圆较差,生物种类丰富,保存较完整(图2(d)和(e))	清澈浅水、轻微动荡的潮下中-高能环境
泥晶灰岩	P-p	生物以为主,其次可见有孔虫、藻类、腕足类和海百合等,生屑含量大于60%,生屑粒径介于1~2 mm之间,生屑分选磨圆均较差(图2(f))	水体较浅的潮下中-高能沉积环境
泥晶藻灰岩	P-a	绿藻以粗枝藻和松藻为主,红藻以二叠钙藻为主;有孔虫、腕足类和海百合以碎片的形式充填于藻屑之间,生屑含量大于80%,生屑粒径介于0.5~2.5 mm之间,生屑分选磨圆均较差(图2(g))	米齐藻和二叠钙藻的共存是开阔台地的一种标志^[23],化石组合为有孔虫藻类组合,显示浅水中等-高能开阔台地环境^[24]
亮晶生屑灰岩	G-b	生屑以有孔虫、藻类和海百合为主,其次是珊瑚和腹足类等,生物种类丰富,亮晶胶结,生屑含量60%~80%,粒径介于0.5~1.5 mm之间(图2(h))	浪基面之上波浪作用较强的高能环境
亮晶藻屑灰岩	G-a	红藻以翁格达藻为主,其次可见有孔虫、海百合骨板和藻砂屑等充填其间,亮晶胶结,生屑含量大于80%,生屑粒径介于0.2~1.5 mm之间,颗粒分选磨圆均较差(图2(i))	化石组合为有孔虫藻类组合,显示浅水高能开阔台地环境^[24]

表1 研究区茅口组岩石类型与沉积环境解释

Table 1 Rock types and sedimentary environment interpretation of Maokou Formation in the study area

岩石类型	代码	岩性描述	沉积环境解释
泥质生屑泥晶灰岩	M-b	生屑以腕足类和有孔虫为主,少见藻类和介形虫等,生屑含量10%~20%,粒径介于0.1~1.5 mm之间,分选磨圆一般(图2(a))	化石组合为腕足类有孔虫组合,显示较深水低能的碳酸盐台地环境^[24]
含泥质生屑泥晶灰岩	W-mb	眼球状灰岩的眼皮部分,生屑以腕足类和有孔虫为主,生屑破碎呈定向分布,疑似与上升流作用有关^[25] (图2(b))	化石组合为腕足类有孔虫组合,显示较深水低能的碳酸盐台地环境^[24]
生屑泥晶灰岩	W-b	生屑主要是藻类、腕足类和有孔虫,少见海百合、双壳类和腹足类等,生屑含量30%~50%,粒径介于0.1~2 mm之间,分选磨圆均较差(图2(c))	浅海潮下中等-低能环境
泥晶生屑灰岩	P-b	生屑以有孔虫和藻类为主,可见海百合、腕足类和单体珊瑚等,生屑含量60%~80%,粒径介于0.1~2 mm之间,分选一般,磨圆较差,生物种类丰富,保存较完整(图2(d)和(e))	清澈浅水、轻微动荡的潮下中-高能环境
泥晶灰岩	P-p	生物以为主,其次可见有孔虫、藻类、腕足类和海百合等,生屑含量大于60%,生屑粒径介于1~2 mm之间,生屑分选磨圆均较差(图2(f))	水体较浅的潮下中-高能沉积环境
泥晶藻灰岩	P-a	绿藻以粗枝藻和松藻为主,红藻以二叠钙藻为主;有孔虫、腕足类和海百合以碎片的形式充填于藻屑之间,生屑含量大于80%,生屑粒径介于0.5~2.5 mm之间,生屑分选磨圆均较差(图2(g))	米齐藻和二叠钙藻的共存是开阔台地的一种标志^[23],化石组合为有孔虫藻类组合,显示浅水中等-高能开阔台地环境^[24]
亮晶生屑灰岩	G-b	生屑以有孔虫、藻类和海百合为主,其次是珊瑚和腹足类等,生物种类丰富,亮晶胶结,生屑含量60%~80%,粒径介于0.5~1.5 mm之间(图2(h))	浪基面之上波浪作用较强的高能环境
亮晶藻屑灰岩	G-a	红藻以翁格达藻为主,其次可见有孔虫、海百合骨板和藻砂屑等充填其间,亮晶胶结,生屑含量大于80%,生屑粒径介于0.2~1.5 mm之间,颗粒分选磨圆均较差(图2(i))	化石组合为有孔虫藻类组合,显示浅水高能开阔台地环境^[24]

图2 川南地区茅口组岩石类型与成岩作用特征 (a)泥质生屑泥晶灰岩,可见腕足类碎片(P)、有孔虫(F)和介形虫(O),长宁硐底,茅一段;(b)含泥质生屑泥晶灰岩,眼球状灰岩的眼皮部分,生屑破碎呈定向排列,可见有孔虫(F)、腕足类棘刺(P),棘刺断面呈圆环形,外部含石英(白色)自形晶,内腔亮晶充填,桐梓松坎,茅一段;(c)生屑泥晶灰岩,可见藻类(A)、腕足类棘刺(箭头P)、腕足类介壳(方框P),长宁硐底,茅一段; (d)泥晶生屑灰岩,生屑颗粒普遍泥晶化,纳23井,2 808.87 m,茅三段;(e)泥晶生屑灰岩,图3(g)阴极发光照片;(f)泥晶灰岩,可见(N)、有孔虫(F),长宁硐底,茅二段;(g)泥晶藻灰岩,可见绿藻(米齐藻)枝节横切面(CS)呈近圆形泥晶充填,纵切面(LS)中泥晶充填,长宁硐底,茅二段;(h)亮晶生屑灰岩,可见有孔虫(F)、藻类(A),长宁硐底,茅三段;(i)亮晶藻屑灰岩,可见红藻纵切面,藻体分叉呈树枝状,细胞丝体宽,柱纤结构,长宁硐底,茅三段

Fig.2 Rock types and diagenetic characteristics of Maokou Fm. carbonate rocks in southern Sichuan Basin

图3 川南地区茅口组桐梓松坎剖面地层综合柱状图

Fig.3 Synthetical stratigraphic log of Maokou Formation (Tongzisongkan section) in southern Sichuan Basin

图4 川南地区茅口组桐梓松坎剖面岩溶特征及其素描

Fig.4 Karst characteristics and its sketch of Maokou Formation (Tongzisongkan section) in southern Sichuan Basin

图5 川南地区茅口组早成岩期岩溶特征 (a) 亮晶生屑灰岩斑点状溶蚀带,m为基岩带,d为半离解带,不发育裂缝,宋13井,2 794.7 m,茅二b亚段;(b)亮晶藻屑灰岩中见针孔,牟11井,2 619.91 m,茅三段;(c)亮晶生屑灰岩,大气水沿高角度裂缝溶蚀形成溶缝,瓦4井,2 757.5 m,茅二b亚段;(d)生屑泥晶灰岩,网状裂缝被方解石充填,青13井,3 559.2 m,茅四段;(e)亮晶生屑灰岩中的溶蚀充填特征,m为基岩带,d为半离解带,f为混合充填带,纳23井,2 902.85 m,茅二c亚段;(f)泥晶生屑灰岩发育高角度裂缝被方解石充填,牟11井,2 590.28 m,茅四段;(g) 亮晶生屑灰岩,图(a)显微镜下特征,m为基岩带,d为半离解带,半离解带内生屑磨蚀破碎,粒间充填有机质;(h)残余生屑灰岩,图(c)溶缝内岩溶带显微镜下特征,残余生屑颗粒被溶蚀,粒间孔充填有机质,蓝色铸体;(i)残余生屑灰岩,图(b)显微镜下特征,残余粒间溶孔内充填有机质,蓝色铸体;(j) 致密亮晶生屑灰岩溶蚀充填特征,m为基岩带,f为溶缝内混合充填带,半离解带不发育,瓦4井,2 758.02 m,茅二b亚段

Fig.5 Characteristics of eogenetic karst of Maokou Formation in southern Sichuan Basin

图6 川南地区茅口组镇1井岩溶剖面柱状图

Fig.6 Karst section log of Maokou Formation from the well Zhen 1 in southern Sichuan Basin

图7 川南地区茅口组碳酸盐岩成岩及孔隙演化

Fig.7 Diagenesis and porosity evolution of Maokou Formation in southern Sichuan Basin

图8 川南地区茅口组沉积相剖面特征

Fig.8 Characteristics of sedimentary-facies section of Maokou Formation in southern Sichuan Basin

表2 研究区部分茅口组高产井溶洞钻井响应[6, 48-49]

Table 2 Cave drilling anomalies in high-yield well of Maokou Formation in the study area

井名	产量	层位	井漏井涌	钻具放空/m
合4	累计3.26亿方	茅二段	有	0.17
付5	累计15.92亿方	茅二段	有	0.3
自2	累计48.5亿方	茅二段	有	4.45
界5	23万方/天	茅二段	有	0.2
工13	65.5万方/天	茅一段	有	0.15
螺观1	38.89万方/天	茅二段	有
孔21	10.16万方/天	茅四段	有
白18	22万方/天	茅二段	有	1.14
老6	累计12.4亿方	茅三段	有	0.14
宋1	累计11.1亿方	茅四段	有	1.67
阳7	累计20.5亿方	茅二段	有

图9 川南地区茅口组茅二b亚段高能滩(a)、低能滩(b)厚度等值线图和茅二a亚段高能滩(c)、低能滩(d)厚度等值线图

Fig.9 Isoline map of thickness of high-energy shoal (a) and low-energy shoal (b) in P2m2b, southern Sichuan Basin;Isoline map of thickness of high-energy shoal (c) and low-energy shoal (d) in P2m2a

参考文献 51

[1]	JAMES N P, CHOQUETTE P W. Paleokarst[M]. New York: Springer, 1988: 1-98.
[2]	任美锷, 刘振中. 岩溶学概论[M]. 北京: 商务印书馆, 1983: 1-90.
[3]	ZHONG Y, TAN X, ZHAO L, et al. Identification of facies-controlled eogenetic karstification in the Upper Cretaceous of the Halfaya oilfield and its impact on reservoir capacity[J]. Geological Journal, 2019,54(1):450-465. DOI URL
[4]	WANG B, AL-AASM I S . Karst-controlled diagenesis and reservoir development: Example from the Ordovician main-reservoir carbonate rocks on the eastern margin of the Ordos basin, China[J]. AAPG Bulletin, 2002,86(9):1639-1658.
[5]	XIAO D, TAN X, ZHANG D, et al. Discovery of syngenetic and eogenetic karsts in the Middle Ordovician gypsum-bearing dolomites of the eastern Ordos Basin (central China) and their heterogeneous impact on reservoir quality[J]. Marine and Petroleum Geology, 2019,99:190-207. DOI URL
[6]	XIAO D, TAN X, XI A, et al. An inland facies-controlled eogenetic karst of the carbonate reservoir in the Middle Permian Maokou Formation, southern Sichuan Basin, SW China[J]. Marine and Petroleum Geology, 2016,72:218-233. DOI URL
[7]	谭秀成, 肖笛, 陈景山, 等. 早成岩期喀斯特化研究新进展及意义[J]. 古地理学报, 2015,17(4):441-456. DOI URL
[8]	淡永, 梁彬, 曹建文, 等. 碳酸盐岩早成岩岩溶作用及油气地质意义[J]. 中国岩溶, 2015,34(2):126-135.
[9]	LACE M J, MYLROIE J E. Coastal Karst Landforms[M]. Netherlands: Springer, 2013: 7-60.
[10]	陈红汉, 吴悠, 朱红涛, 等. 塔中地区北坡中—下奥陶统早成岩岩溶作用及储层形成模式[J]. 石油学报, 2016,37(10):1231-1246.
[11]	刘嘉庆, 李忠, 韩银学, 等. 塔里木盆地塔中上奥陶统碳酸盐台地高频层序控制的早期成岩作用及其对储层分布的影响[J]. 岩石学报, 2010,26(12):3629-3640.
[12]	张恒, 蔡忠贤, 漆立新, 等. 塔中地区西北部鹰山组成岩早期岩溶作用类型及其特征[J]. 石油与天然气地质, 2016,37(3):291-303. DOI URL
[13]	拜文华, 吕锡敏, 李小军, 等. 古岩溶盆地岩溶作用模式及古地貌精细刻画——以鄂尔多斯盆地东部奥陶系风化壳为例[J]. 现代地质, 2002,16(3):292-298.
[14]	卢朝进, 刘震, 田海芹, 等. 受多级海平面控制的早成岩期岩溶发育模式——以鄂西渝东-湘鄂西地区石龙洞组为例[J]. 中国矿业大学学报, 2018,47(5):1055-1067.
[15]	黄士鹏, 江青春, 冯庆付, 等. 川南地区中二叠统茅口组岩溶储集层类型与分布规律[J]. 石油勘探与开发, 2019,46(2):281-289.
[16]	肖笛, 谭秀成, 郗爱华, 等. 四川盆地南部中二叠统茅口组碳酸盐岩岩溶特征:古大陆环境下层控型早成岩期岩溶实例[J]. 古地理学报, 2015,17(4):457-476. DOI URL
[17]	肖笛, 谭秀成, 山述娇, 等. 四川盆地南部中二叠统茅口组二段沉积微相研究[J]. 沉积学报, 2015,33(6):1182-1191. DOI URL
[18]	黎荣, 胡明毅, 杨威, 等. 四川盆地中二叠统沉积相模式及有利储集体分布[J]. 石油与天然气地质, 2019,40(2):369-379.
[19]	胡明毅, 胡忠贵, 魏国齐, 等. 四川盆地茅口组层序岩相古地理特征及储集层预测[J]. 石油勘探与开发, 2012,39(1):45-55.
[20]	姜自然, 陆正元, 吕宗刚, 等. 四川盆地东吴期泸州古隆起与茅口组碳酸盐岩缝洞储层分布[J]. 石油实验地质, 2014,36(4):411-415. DOI URL
[21]	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.
[22]	冯增昭. 碳酸盐岩分类[J]. 石油学报, 1982(1):11-18.
[23]	FLÜGEL E. Microfacies of Carbonate Rocks[M]. New York: Springer Verlag, 2004: 1-200.
[24]	冯增昭, 杨玉卿, 金振奎, 等. 中国南方二叠纪岩相古地理[M]. 东营: 石油大学出版社, 1997: 7-53.
[25]	罗进雄, 何幼斌. 中—上扬子地区二叠系眼球状石灰岩特征及成因研究[J]. 地质论评, 2010,56(5):629-637.
[26]	汪泽成, 江青春, 黄士鹏, 等. 四川盆地中二叠统茅口组天然气大面积成藏的地质条件[J]. 天然气工业, 2018,38(1):30-38.
[27]	张学丰, 蔡忠贤, 胡文瑄, 等. 应用Adobe Photoshop定量分析岩石结构[J]. 沉积学报, 2009(4):667-673.
[28]	黄思静. 碳酸盐岩的成岩作用[M]. 北京: 地质出版社, 2010: 7-90.
[29]	张学丰, 石开波, 刘波, 等. 保持性成岩作用与深部碳酸盐岩储层孔隙的保存[J]. 地质科技情报, 2014,33(2):80-85.
[30]	BENNETT R H, FISCHER K M, LI H, et al. In situ porosity and permeability of selected carbonate sediment: Great Bahama bank Part 2: Microfabric[J]. Marine Geotechnology, 1990,9(1):29-47. DOI URL
[31]	金民东, 曾伟, 谭秀成, 等. 四川磨溪—高石梯地区龙王庙组滩控岩溶型储集层特征及控制因素[J]. 石油勘探与开发, 2014,41(6):650-660.
[32]	王英华. 碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化[J]. 沉积学报, 1992(3):85-95.
[33]	MELZER S E, BUDD D A. Retention of high permeability during shallow burial (300 to 500 m) of carbonate grainstones[J]. Journal of Sedimentary Research, 2008,78(8):548-561. DOI URL
[34]	MALIVA R G, MISSIMER T M, CLAYTON E A, et al. Diagenesis and porosity preservation in Eocene microporous limestones, South Florida, USA[J]. Sedimentary Geology, 2009,217(1/4):85-94. DOI URL
[35]	唐雪松, 谭秀成, 刘宏, 等. 四川盆地东部中二叠统茅口组白云岩及云质硅岩储层特征与发育规律[J]. 石油与天然气地质, 2016,37(5):731-743. DOI URL
[36]	许化政, 王传刚, 刘春燕. 海相碳酸盐岩成岩作用与排烃特征[J]. 海相油气地质, 2010,15(1):51-54.
[37]	TIAN X, SHI Z, YIN G, et al. Carbonate diagenetic products and processes from various diagenetic environments in Permian paleokarst reservoirs: a case study of the limestone strata of Maokou formation in Sichuan Basin, South China[J]. Carbonates and Evaporites, 2017,32(2):215-230. DOI URL
[38]	FRITZ R D, WILSON J L, YUREWICZ D A. Paleokarst Related Hydrocarbon Reservoirs[M]. New Orleans: SEPM, 1993: 1-70.
[39]	廖小漫, 张本健, 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):312-315.
[40]	陈宗清. 四川盆地中二叠统茅口组天然气勘探[J]. 中国石油勘探, 2007(5):1-11.
[41]	EHRENBERG S N, NADEAU P H. Sandstone vs. carbonate petroleum reservoirs: A global perspective on porosity-depth and porosity-permeability relationships[J]. AAPG Bulletin, 2005,89(4):435-445. DOI URL
[42]	EHRENBERG S N, NADEAU P H, STEEN Ø. Petroleum reservoir porosity versus depth: Influence of geological age[J]. AAPG Bulletin, 2009,93(10):1281-1296. DOI URL
[43]	张健, 周刚, 张光荣, 等. 四川盆地中二叠统天然气地质特征与勘探方向[J]. 天然气工业, 2018,38(1):10-20.
[44]	MYLROIE J E, CAREW J L. Karst development on carbonate islands[J]. AAPG Memoir, 1995,63:55-76.
[45]	HUSINEC A, JELASKA V. Relative sea-level changes recorded on an isolated carbonate platform: Tithonian to Cenomanian Succession, Southern Croatia[J]. Journal of Sedimentary Research, 2006,76(10):1120-1136. DOI URL
[46]	樊太亮, 于炳松, 高志前. 塔里木盆地碳酸盐岩层序地层特征及其控油作用[J]. 现代地质, 2007,21(1):57-65.
[47]	周进高, 郝毅, 邓红婴, 等. 四川盆地中西部栖霞组—茅口组孔洞型白云岩储层成因与分布[J]. 海相油气地质, 2019,24(4):67-78.
[48]	桑琴, 黄静, 程超, 等. 蜀南地区茅口组古岩溶地貌与缝洞系统发育关系研究[J]. 中国岩溶, 2012,31(2):212-219.
[49]	江青春, 胡素云, 汪泽成, 等. 四川盆地茅口组风化壳岩溶古地貌及勘探选区[J]. 石油学报, 2012,33(6):949-960.
[50]	李大军, 陈辉, 陈洪德, 等. 四川盆地中二叠统茅口组储层形成与古构造演化关系[J]. 石油与天然气地质, 2016,37(5):756-763. DOI URL
[51]	李振宏, 王欣, 杨遂正, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系岩溶储层控制因素分析[J]. 现代地质, 2006,30(2):299-306.