摘要：对川西坳陷下三叠统飞仙关组的天然气勘探一直未获得突破，但在该区野外露头发现了鲕粒滩相沉积，显示飞仙关组三段(简称飞三段)有可能成为该区重要的潜在海相储层。为此，利用野外露头样品，通过普通薄片、铸体薄片、阴极发光薄片观察及样品扫描电镜观察，结合部分样品的物性、微量元素分析测试结果，对该区飞三段鲕粒碳酸盐岩的储层特征、成岩作用进行了研究。结果显示，汉旺野外露头剖面飞三段下亚段鲕粒灰岩以海底成岩作用为主，两期胶结作用强烈，而不完全的埋藏白云岩化未能有效增加孔隙空间，使得最终孔隙度较小；汉旺剖面的飞三段上亚段及大飞水剖面飞三段鲕粒白云岩则主要以埋藏成岩作用为主，次生孔隙发育，埋藏白云岩化与溶蚀作用是孔隙发育的关键。研究结果表明，成岩作用是造成川西坳陷飞三段鲕粒碳酸盐岩样品物性差异的关键因素。
关键词：川西坳陷；汉旺剖面；大飞水剖面；早三叠世；鲕粒碳酸盐岩；成岩作用；白云石化；岩溶作用
下三叠统飞仙关组三段(以下简称飞三段)是四川盆地重要的储集层段之一，如在该盆地东北部(川东北)普光、河坝地区及川西北九龙山、河湾场、射箭河地区的飞三段鲕粒碳酸盐岩沉积中，均发现了良好的储层及油气显示[1～7]。显然，这些地区储层的发育受高能沉积微相(鲕粒滩相)的控制。尽管在川西坳陷飞三段一直未获得突破，但野外露头观察显示：川西坳陷北段南部的让水、通口、汉旺、茶坪、龙王庙以及南段的大飞水等剖面，均发现了飞三段鲕粒滩沉积，具备形成优质储层的基础。但物性分析结果却显示，这些剖面采集样品的孔隙度值相差很大，较强的非均质性进一步增加了该区油气勘探的难度。相对于碎屑岩储层，碳酸盐岩储集岩在孔隙演化过程中更易受成岩作用的改造，导致原生孔隙不再是流体的主要储集空间和运移通道，而产生的次生孔隙往往具有更重要的意义[8～9]。因此，笔者通过详细的岩石学观察、地球化学分析，结合物性分析结果，对川西坳陷飞三段鲕粒碳酸盐岩储层特征及成岩作用进行研究，目的是理解成岩过程对储层发育的影响，总结其控制因素，从而进一步指导川西海相地层油气勘探。
1 地质背景及储层岩性、物性特征
1.1 地质背景
四川盆地西部以北川-映秀断裂为界，向东依次可划分为川西坳陷、川中平缓构造带及川东中-高陡构造带等一级构造单元。川西坳陷大致呈东北向展布，是四川盆地重要的油气勘探区，区域上根据印支期以来构造活动强度、期次的差异，大至以绵竹新场和成都大邑为界，可将川西坳陷进一步划分为北段、中段和南段(图1)，构造强度由北向南逐渐增强，北段属印支构造带，中段属燕山构造带，南段属喜山构造带[10～11]。
1.2 储层岩性、物性特征
对川西坳陷西侧边缘多个野外露头剖面点进行了仔细的沉积特征、岩性观察，并采集了部分鲕粒碳酸盐岩样品进行仔细的室内岩石学观察及分析测试，野外露头剖面如图1所示。
观察结果显示，根据岩性特征的差异，川西坳陷北段南部的汉旺剖面大致可以分为2个亚段，下亚段见黄灰色厚层状砂屑鲕粒灰岩发育，砂屑、鲕粒核心常被半自形粒状白云石交代，厚度叮超过20m，夹紫红色泥质石灰岩及紫红色泥岩，总体上，由数个向上变浅的旋回组成；而上亚段发育有黄灰色中厚层状鲕粒云岩，累计厚度超过15m，夹紫红色粉砂质石灰岩及薄层状泥岩。汉旺剖面周围的茶坪、龙王庙、晓坝、通口、香水、让水等剖面的飞三段也发育了较多的亮晶鲕粒灰岩，部分为云质鲕粒灰岩(图2-a)，这些剖面的沉积、岩性特征与汉旺剖面下亚段相似，主要为台内或台缘鲕粒滩夹少量潮坪相沉积。
南段的大飞水剖面也可见厚度超过10m的粉细晶白云岩，粉细晶白云石半自形-他形粒状，镶嵌状分布，部分集合体似鲕状，隐约可见同心层，由鲕粒重结晶而成(图2-b)，含少量介形虫、腕足等生屑，已白云岩化，夹少量钙质细粒长石砂岩等碎屑岩沉积，总体上为局限台地鲕粒滩海陆过渡相混积潮坪交互沉积。
对上述8个剖面(图1)的飞三段35个砂屑鲕粒结构石灰岩(白云岩)样品的孔隙度进行了测试。结果显示，孔隙度平均值为2.39%(图3)，高于四川盆地碳酸盐岩有效储集岩评价标准的孔隙度下限值(下限值为2%，参照SY/T 6110-2002碳酸盐储集岩级别划分和四川碳酸盐岩储集岩分类方法)，暗示该区飞三段砂屑鲕粒碳酸盐岩为重要的潜在储集岩。然而，孔隙度范围变化较大(0.18%～16.98%)，显示样品的非均质性较强，如北段南部通口等剖面的砂屑鲕粒碳酸盐岩孔隙度平均值多低于1%(图3)，孔隙结构为小孔微喉或微孔微喉型组合，毛细管压力曲线特征显示出细-极细歪度，分选差极差(图4)，显微镜下观察也显示，这些剖面样品的亮晶方解石胶结作用非常发育，应是孔隙度降低的重要原因；而在汉旺剖面飞三段上亚段，见有粒间溶孔发育的鲕粒白云岩，孔隙度最大值可达16.71%，孔隙结构为大孔中粗喉，毛细管压力显示出略粗歪度，分选差的特征(图4)，可能为不均匀溶蚀作用的结果；南段大飞水剖面的4个样品孔隙度平均为8.23%(图3)，岩性为重结晶残余砂屑鲕粒细晶白云岩，孔隙类型主要为白云石晶间(溶)孔，孔隙结构为中孔细喉，毛细管压力曲线显示出分选好，细歪度的特征(图4)，储集性能为中等-差。
2 成岩作用研究
以上岩性、物性分析结果显示，尽管均发育于高能砂屑、鲕粒滩沉积相带，但鲕粒碳酸盐岩储集物性变化很大。镜下观察发现，成岩作用是控制储集物性变化的关键。由于川西坳陷北段南部的砂屑鲕粒碳酸盐岩的沉积、岩性特征与汉旺剖面下亚段相似，暗示这些剖面经历了相似沉积、成岩环境，而与南段的大飞水剖面明显不同。因此，下面主要以汉旺剖面和大飞水剖面为例，分别对北段南部、南段鲕粒碳酸盐岩的成岩作用进行研究。
2.1 汉旺野外露头剖面成岩现象
2.1.1汉旺剖面飞三段下亚段威岩作用观察
显微镜下观察显示，汉旺剖面的下亚段，鲕粒灰岩中的鲕粒呈定向排列，略具有伸长状，以及鲕粒内部见有放射状微小裂纹(图5-a、b)，表明经历了较强压实作用。胶结物普遍发育，鲕粒间有2个世代胶结：第一世代为栉壳状或者马牙状(图5-b)，为海底成岩作用的特征产物[12～13]，在全片稳定分布，具有较亮阴极发光(图5-d)，表明其形成于相对比较还原富锰的成岩流体环境[14]，Mn微量元素分析显示含量达973μg/g，证实了以上推测。而这种成岩流体可能主要继承于沉积环境，主要表现在鲕粒及生物碎屑颗粒也发比较明亮的阴极发光(图5-d)；第二世代胶结物主要晶粒状方解石胶结、充填余下的孔隙空间(图5-b、d)，在阴极发光下，呈略昏暗发光的特征，可能是在较氧化的海底成岩环境中胶结形成的，但更可能是在较还原的埋藏成岩环境中富Fe2+流体并入成岩流体中的结果。
泥晶鲕粒中心常可见含有半自形-自形的粉细晶白云石(图5-a、b、c)且该白云石切割方解石充填的微裂缝(图5-b)，表明该微裂缝形成于白云岩化之前，为早成岩期的产物。而缝合线切割颗粒和胶结物(图5-a)则表明缝合线形成较晚，沿缝合线也常见有晶粒白云石分布，表明白云岩化应与埋藏压溶作用有关。鲕粒中心及沿缝合线分布的白云石晶粒在阴极发光薄片下不发光或昏暗发光，应是白云石含铁的结果[15]。后期构造裂缝切割缝合线，显示构造裂缝形成时期较晚，然而它被典型的海水成岩环境形成的放射纤维束状碳酸盐胶结物胶结(图5-c)[13]，表明该区后期可能经历了大规模的抬升后，该处的成岩流体受到海水侵入的影响。经过上述强烈的压实、胶结作用，该区孔隙不发育，仅发育少量的溶孔及未被充填的裂缝。
2.1.2汉旺剖面上亚段
汉旺剖面上亚段鲕粒碳酸盐岩的成岩现象与下亚段存在明显的差异，上亚段的鲕粒结构岩性以白云岩为主，鲕粒间缝合接触且部分鲕粒具有塑性变形，胶结物不发育(图6-a)，可能是早期的胶结作用较弱，后期压实、压溶作用较强造成的。鲕粒白云岩重结晶明显，白云石主要呈不规则微一粉晶结构，非选择性粒间溶蚀孔较发育(图6-a、b)，部分溶蚀孔隙中残留自生石英及黏土矿物(图6-c)。因此，溶蚀孔隙的发育可能与酸性大气水流体的溶蚀有关[13]。成岩晚期，在构造作用的控制下，还可见构造裂缝切割鲕粒。
2.2 大飞水剖面成岩现象
大飞水剖面飞三段以白云岩为主，部分白云岩显微镜下观察显示，细晶白云石半自形他形粒状，镶嵌状分布(图6-d、e)，显示为埋藏白云岩化的特征[16]，部分集合体似鲕状，隐约可见似同心层，残余鲕粒结构(图6-f)，重结晶强烈，阴极发光薄片下，白云石晶体仅发阴暗的阴极发光，而不呈明暗相间的环带结构，并且锶含量(127μg/g)较低，显然是重结晶作用的特征，形成于较开放的成岩体系[17]。
鲕粒间缝合接触或凹凸接触(图6-f)，表明经历了一定的压实作用。方解石主要是以交代白云石、硅质或以胶结物的形式出现，如方解石交代白云石，而以等轴晶粒白云石的晶形出现，或者方解石交代沿裂缝分布的硅质充填物，而使硅质呈被交代的港湾状(图6-d)，方解石的交代作用可能是与沿缝合线方解石胶结同期；另外一期方解石是以连晶的方式胶结(图6-f)，应该是成岩晚期的产物。此后应该还存在另外一期的溶蚀作用及破碎作用，导致早先方解石胶结的溶蚀孔洞部分被溶蚀，并发育溶蚀沟、缝(图6-e)。
2.3 成岩作用区域变化特征及控制因素
根据以上成岩现象观察、描述，以及成岩现象的先后顺序、自生矿物(胶结物)、缝合线、裂缝之间的穿插、切割关系，溶蚀、胶结等成岩作用发育的期次，对川西地区北段南部与南段飞三段的成岩序列进行了总结，成岩序列如图7所示。
从成岩序列来看，川西坳陷北段南部与南段的成岩作用有明显的差异，北段南部以海底成岩、浅埋成岩作用为主，而南段大飞水剖面以埋藏成岩作用为主，中、深埋藏成岩作用显著。总体上，飞三段成岩作用在平面上由北向南，成岩作用由海底向埋藏成岩变化。北段南部(如汉旺剖面下亚段)经历了明显的海底成岩作用，纤维状等厚环边、粒状方解石胶结普遍发育，这使原始粒间孔隙显著减小。在埋藏成岩环境中，压实、压溶和胶结作用使孔隙度进一步降低，而鲕粒内及沿缝合线分布的白云岩化作用，对孔隙度影响较小，使最终孔隙度很低。汉旺剖面上亚段和南段(大飞水剖面)的成岩作用相似，埋藏期的压实作用较强烈，白云岩化可能均为埋藏成因，重结晶现象较强烈且未发现同生成岩期大气水溶蚀作用形成的鲕粒铸模孔，表明可能与埋藏溶蚀作用有关，中-晚期溶蚀作用是孔隙发育的重要因素。
沉积环境可能是造成这种成岩变化的因素，受康滇古陆的影响，飞仙关组由川西坳陷的西南向东北，海水不断加深，且四川盆地飞三段总体而言是不断海侵的过程，这导致北段南部的鲕粒滩沉积始终处于海水成岩环境，从而导致胶结作用非常发育；而南段水体较浅，主要处于局限台地沉积环境，白云岩化作用更易发生，汉旺剖面的鲕粒白云岩也可能是飞三段沉积后期，沉积环境趋于局限的结果。
3 结论
1) 川西坳陷西缘飞三段高能沉积相带的鲕粒滩发育，具有形成颗粒滩型储层的条件。成岩作用是控制该区鲕粒滩储层的非均质性的重要原因，其中，海底成岩作用下的胶结，埋藏成岩环境下的压实、压溶是最重要的破坏性成岩作用，而埋藏成岩环境下的溶蚀、白云岩化则是孔隙发育的建设性成岩作用。
2) 川西坳陷北段南部与南段飞三段的鲕粒碳酸盐岩经历了不同的成岩作用。汉旺剖面飞三段下亚段经历了较长时间的海底成岩作用，纤维状、粒状方解石胶结物发育；埋藏成岩环境中，压实、胶结作用使孔隙进一步降低。南段大飞水剖面飞三段与北段南部局部(如汉旺剖面飞三段上亚段)的鲕粒白云岩成岩作用相似，成岩中晚期白云岩化作用、溶蚀作用强烈，次生孔隙发育，为鲕粒滩储层发育的有利区。
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(本文作者：李宏涛1，2 龙胜祥1 吴世祥1 陈纯芳1 冯动军1 1.中国石化石油勘探开发研究院；2.中国地质大学 北京)
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