刘 文, 沈秋媛, 董树义, 李 弢, 耿 超, 江 林, 蔡小红, 宋荣彩

(1.成都理工大学 地球科学学院，成都 610059；2.中国石油 西南油气田分公司 蜀南气矿，四川 泸州 646002；3.中石化西南油气分公司 成都龙星天然气有限责任公司，成都，610100)

世界上大部分油气资源都集中产于碳酸盐岩中，如美国德克萨斯州二叠系Yates油田、墨西哥白垩纪Golden Lane大油田、加拿大Rosevear油田、中东阿拉伯盆地Zakum和Harmaliyah气田、俄罗斯伏尔加-乌拉尔盆地Chinarevskoye气田等众多油气田主要储层均为碳酸盐岩[1-7]。统计显示，其中有20%～30%的油气是赋存在风化壳岩溶型储层中，表明岩溶储层是碳酸盐岩储层的重要类型之一[8-10]。

中国典型的岩溶储层主要包括塔里木盆地的寒武系-奥陶系、四川盆地的震旦系-古生界及鄂尔多斯盆地的奥陶系[11-15]。其中，四川盆地震旦系灯影组岩溶储层主要为台缘和台内滩相含或富含底栖微生物的白云岩(包括藻黏结砂屑云岩、藻叠层云岩和藻凝块云岩)[16-17]。灯影组先后经历多期桐湾运动区域性差异升降，遭受风化剥蚀，形成多期叠合改造型岩溶储层[18]。研究发现，四川盆地灯影组岩溶储层为低孔低渗型岩溶储层，表现出溶洞数量多、大洞多、发育集中，并且溶洞特征和分布复杂，显示出岩溶作用的复杂多期特征[19-20]，对储层的发育与分布规律产生了重要影响。

本文在前人研究的基础上，根据现有的钻井、测井、地震及岩心等资料，利用薄片、铸体薄片等手段，结合区域地质背景，对四川盆地高石梯地区灯影组第四段(简称“灯四段”)古岩溶识别标志、岩溶期次及岩溶分带特征进行研究，探讨岩溶作用对储层的影响，为灯影组天然气的开发提供地质依据。

1 地质背景

高石梯地区位于四川省资阳市和重庆市潼南县境内，区域构造位置处于四川盆地中部川中古隆起平缓构造区威远至龙女寺构造群(图1)。

图1 四川高石梯地区位置图、区域构造位置图及地层综合柱状图 [26]Fig.1 Tectonic setting, location of study area and stratigraphic histogram of the Gaoshiti area, Sichuan

四川盆地位于扬子准地台西北侧，为扬子准地台次一级构造单元[21-23]。印支期盆地开始形成，后经喜马拉雅运动，奠定现代盆地构造格局[21-23]。高石梯地区经历了四川盆地的历次地质事件，沉积了震旦系-中三叠统以碳酸盐岩为主的海相地层和上三叠统-侏罗系以砂泥岩为主的陆相地层[24]。历次构造运动中，桐湾运动和加里东运动对研究区影响最大。桐湾运动多期发育，使灯影组受到风化剥蚀，形成风化壳岩溶储层；印支运动结束了该区的海相地台沉积，转变为陆相沉积；燕山运动使古陆块再次隆起，为陆相沉积发育的主要阶段[25]。印支运动以前(包括印支运动)，在震旦纪强刚性火成岩基底的影响下，整个川中地区以差异升降运动为主，构造平缓。高石梯地区一直处于乐山-龙女寺古隆起的高部位及斜坡地带，是在继承性古隆起基础上发育形成的有利构造[22]，其古构造规模与现今构造规模接近，未见同生断裂或大型断层。

四川盆地灯影组主要为一套厚度较大、藻菌发育的白云岩，期间夹有一层薄细碎屑岩[27-28]。经过桐湾期剥蚀影响，四川盆地及周边灯影组残余厚度一般在0～1.2 km；盆地西南和北部较厚，西部和东部薄，中部厚薄相间，高石梯地区厚度>700 m[29]。根据“四川盆地震旦系地层划分对比研讨会”达成的共识[24]，将四川盆地震旦系上统灯影组分为4段，自下而上分别简称为灯一、灯二、灯三和灯四段。其中灯四段厚度为0～350 m，以砂屑云岩及藻白云岩为主，见硅质条带，含菌藻类及叠层石，为四川盆地震旦系重要的产气层段[30-31]。

2 岩溶识别标志

2.1 地层缺失及假整合接触

桐湾运动对灯四段具有明显影响，造成其不均一剥蚀。桐湾运动Ⅱ幕导致资阳及其以西部分地区缺失该段，造成了灯四段与上覆麦地坪组之间的假整合接触关系(图2-A)。桐湾运动Ⅲ幕使四川盆地麦地坪组大部分缺失，造成灯四段与下寒武统筇竹寺组直接接触，具有岩性突变界面(图2-B)。部分地区麦地坪组未完全剥蚀，而与筇竹寺组之间假整合接触(图2-C)。在不整合面之下，灯影组和麦地坪组之上均可见风化残积层(原地残积角砾岩、泥质云岩和黏土岩)，是桐湾运动Ⅱ幕和Ⅲ幕的存在证据[31]。罗文军等[32]通过对灯四段顶部灰岩年代地层的分析，认为高石梯北部的磨溪地区发育桐湾Ⅲ幕运动。灯影组上覆地层麦地坪组残余厚度较薄，仅5～50 m。在桐湾运动Ⅱ幕和Ⅲ幕的抬升剥蚀背景下，高石梯地区灯影组也经历了2期表生岩溶作用的改造。

图2 高石梯地区风化壳岩溶地层标志Fig.2 Formation marks of the weathering crust karst in Gaoshiti area(A)灯影组与麦地坪组假整合接触，贵州省桐梓县基东; (B)震旦系顶部不整合面，四川省南江县桥亭乡; (C)麦地坪组与筇竹寺组假整合接触，四川省峨边县先锋剖面

2.2 岩石学标志

岩溶作用形成的风化缝、溶洞、岩溶充填及渗流粉砂、石英等，构成了岩溶发育的重要标志。研究区灯四段中发育明显充填岩溶垮塌物的溶洞(图3-A)。镜下观察发现，溶孔洞中常先后充填渗流粉砂、碎屑石英等2期充填物(图3-B)，溶孔缝中也常发育2期淡水胶结物(图3-C、D)。同时，灯四段在桐湾运动Ⅱ幕和Ⅲ幕作用下，2次受到表生期大气淡水的溶蚀改造[32]，导致岩心上常见2期风化裂缝(图3-E)。上述均表明，在桐湾运动Ⅱ幕和Ⅲ幕的作用下，高石梯地区灯四段受到2期表生岩溶作用改造。

图3 高石梯地区灯四段风化壳岩溶岩石学标志Fig.3 Petrological indicator of the weathering crust karst in Gaoshiti area(A)溶洞充填岩溶角砾，高石7井，深度5 311.57 m; (B)溶蚀孔洞内充填的晶粒石英和渗流粉砂，部分石英可见环带生长，高石102井，深度5 045.53 m;(C)溶孔被2期淡水白云石及沥青半充填，高石1井，深度4 986.15 m; (D)溶缝充填2期白云石，高石1井，深度4 980.17 m; (E) 2期风化裂缝，高石7井，深度5 285.33 m

2.3 地球化学证据

2.3.1 C、O同位素

系统选取高石1井灯四段中的白云岩测试全岩C、O同位素。从δ13C和δ18O随深度变化特征看出，二者表现出一致的负偏特征，表明灯四段储层受到过大气淡水的溶蚀改造作用(图4)。同时，δ13C和δ18O在深度 4 975 m附近明显分成2部分(图4)，均表现出顶部负偏明显的特征，表明研究区存在2期大气淡水的影响。结合研究区经历的2期构造运动，碳氧同位素垂向变化特征也同样指示2期表生岩溶作用的存在。

2.3.2 流体包裹体

对高石1井灯四段溶孔洞缝中所充填石英观察发现，石英中流体包裹体十分发育。不同深度段石英中流体包裹体均一温度测试数据显示，4 980.17～4 981.87 m深度的均一温度集中于140～150℃、170～180℃和190～210℃三个范围(图5-A)；4 958.40～4 958.47 m深度的均一温度集中于110～130℃、140～150℃和160～190℃三个范围(图5-B)：表明研究区灯四段可能存在4期流体充注。在110～130℃和140～150℃的石英胶结物中均发现单一液相包裹体十分富集，且包裹体在加温时未发生变化，表明表生成岩期石英即开始结晶，在近地表条件下捕获了大量单一液相包裹体。2期石英胶结物都形成于近地表的表生成岩阶段，也充分说明2期表生岩溶作用的存在。

图4 高石1井灯四段C、O同位素值随深度变化图[33]Fig.4 Variation of C and O isotope values with depth of the Member 4 of Dengying Formation in Well Gaoshi 1

2.4 钻井、录井标志

井漏放空(图6)是岩溶存在的直接证据。高石梯地区在灯四段钻进过程中常发生钻速加快，放空、蹩跳钻、井漏及气侵等现象。其中，高石1井、高石2井、高石7井及高石11井均出现过放空现象，高石6井、高石8井及高石12井发生井漏多处且漏失量较大(高石6井漏失钻井液 3 588.2 m3)。一般认为钻井放空或井漏严重段为岩溶洞穴发育段，通过连井对比发现高石梯地区分布着上下2套岩溶洞穴层(图6)。

图5 高石梯地区灯四段石英中流体包裹体均一温度直方图[34]Fig.5 Homogeneous temperature histogram of fluid inclusions of quartz in the Member 4 of Dengying Formation

图6 高石梯地区井漏放空连井图Fig.6 Connecting histograms showing lost circulation and vent in Gaoshiti area

2.5 成像测井标志

岩溶发育段若发育未被充填的溶洞时，在成像测井曲线上常表现为黑色斑块等。高石1井灯四段成像测井图像在深度为 4 982～4 983.1 m及5 145.2～5 146.6 m处出现明显黑斑(图7)，表明2处均发育有岩溶洞穴。前人研究认为岩溶作用对储层改造最为强烈段一般位于风化壳以下约100 m深度范围内[14,19]，大的洞穴层一般出现在这个范围内；但成像测井中识别出的2个洞穴层相距达160 m，表明这2处洞穴层不是同一期岩溶作用的产物，从而暗示研究区发育有2期表生岩溶作用。

3 岩溶分带

关于岩溶分带问题，前人对其研究较多。何江等[35]根据岩溶水动力学特征及区域地质背景将鄂尔多斯盆地马家沟组风化壳古岩溶划分为地表岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带与深部缓流带。其中，地表岩溶带位于风化壳最顶部层面上，见有残积铝土矿、紫红色氧化层、岩溶角砾等，地表岩溶带中的洞穴常被充填殆尽，在测井上GR曲线表现为高值；垂向渗流带以形成近垂直的高角度溶沟、溶缝及小溶洞为特征(图8-A、B、C、D)，测井上伽马值整体较低，缝洞充填处伽马值较高；水平潜流带以形成较多近水平的溶蚀孔洞层为特征(图8-E、F、G、H)，在测井上GR曲线一般呈锯齿状。

本文在该研究的基础上，结合上述灯四段岩溶期次划分，研究区灯四段发育的2期表生岩溶作用，并依据灯四段岩溶特点，建立高石梯地区灯四段岩溶分带模式，将古岩溶在垂向上分为4个带：地表岩溶带、垂向渗流带、水平潜流带和深部缓流带。由于受2期表生岩溶作用的影响，水平潜流带发育2期，分别为第一水平潜流带和第二水平潜流带(图9)。值得指出的是，在单井上第一水平潜流带与第二水平潜流带可依据水平潜流带特征及洞穴层的连井分布(图6)识别出来。鉴于岩溶分带的连续性，自第二水平潜流带向上追索，并结合地表岩溶带与垂向渗流带的特征及测井响应，从第一水平潜流带中分出地表岩溶带与垂向渗流带。

图7 高石1井风化壳岩溶发育段成像测井响应特征Fig.7 Characteristics of imaging logging response of weathering crust karst development zone in Well Gaoshi 1

图8 高石梯地区灯四段岩溶分带标志Fig.8 Marks of karst zoning of the Member 4 of Dengying Formation in Gaoshiti area(A)高角度风化缝全充填泥质，高石7井，深度5 295.19 m; (B)高角度溶缝被沥青充填，高石7井，深度5 310.4 m; (C)高角度溶缝充填沥青、白云石，高石7井，深度5 319.67 m; (D)高角度溶缝充填沥青，高石7井，深度5 295.54 m; (E)水平大溶洞，半充填石英、沥青，高石7井，深度5 287.02 m; (F)水平溶洞，高石7井，深度5 266.21 m; (G)水平溶洞中充填白云石，高石7井，深度5 308.79 m; (H)水平溶孔洞，半充填泥质、沥青、白云石，高石1井，深度4 967.46 m

高石梯地区灯四段主要发育垂向渗流带和水平潜流带。其中，垂向渗流带常发育近垂直的高角度溶沟、溶缝及小溶孔洞(图8-A、B、C、D)。水平潜流带总厚度一般为236.4～316 m，平均为264.5 m，发育近水平的溶孔洞和溶缝(图8-E、F、G、H)，溶洞规模较大，且局部发育洞穴层。其中，第一水平潜流带在研究区常发育于灯四顶附近，在部分井位灯四段中其上未见垂向渗流带(图9)，推测为在灯四段上覆地层麦地坪组沉积完成后便受到桐湾运动Ⅲ幕的作用，发生第二次表生期岩溶作用，在麦地坪组中发育垂向渗流带，后麦地坪组遭受剥蚀殆尽，致使研究区部分井中缺失该带。

4 岩溶对储层的控制

通过在单井上识别出各岩溶分带，并对各岩溶带物性及储地比等因素进行统计(表1)。结果表明，地表岩溶带距离震旦系顶部较近，受地表水流改造强烈，平均孔隙度(q)达3%以上，物性相对较好；但其储层厚度相对较薄，储地比较低，在研究区不足2%；同时其距震旦系顶部近，易受其他作用改造，致使其不能成为良好的储层。垂向渗流带溶蚀孔洞缝发育，但多被上覆沉积物、围岩垮塌物等充填，导致物性较差，研究区其孔隙度仅为1.53%。虽然垂向渗流带可在纵向上延伸较远，但水流在此处一般快速通过，导致其受岩溶改造作用一般。从统计上看，垂向渗流带其储层厚度相对较薄，垂直累计厚度不足4m，储地比1.22%，二者均较低，据此认为，垂向渗流带在研究区不能成为良好的储层发育带。深部缓流带距震旦系顶部很远，位于最低排泄基准面以下。该带中的大气淡水常处于饱和-过饱和状态，溶蚀能力极弱，导致其物性较差，孔隙度<1.5%，在研究区其不利于储层的发育。

图9 高石7井灯四段岩溶分带Fig.9 Karst zoning of the Member 4 of Dengying Formation in Well Gaoshi 7

前人研究认为高石梯地区有利的岩溶缝洞型储层主要是沿着水平潜流带顺层分布[32]。研究区在2期表生期岩溶作用下，受岩溶改造作用明显，发育有2期水平潜流带。上部的第一期水平潜流带形成时间晚于第二期，应为桐湾运动Ⅲ幕的结果；在桐湾运动Ⅱ幕时，该带处于垂向渗流带和地表岩溶带发育区，表明其叠加了2期表生岩溶作用。在该带，顺层分布的溶孔洞和垂直或高角度溶缝洞均发育，使其物性相对较好，平均孔隙度为2.78%。同时，第一水平潜流带稳定分布在距震旦系顶部100 m左右范围内，表生期溶蚀改造时间长、程度深，储层累计厚度达47 m，储地比接近15%。因此，认为第一水平潜流带为高石梯地区有利的储层发育带。第二水平潜流带应为桐湾运动Ⅱ幕作用的结果，距震旦系顶部较远(表1)，岩溶改造作用相对较弱一些，虽然比地表岩溶带、垂向渗流带及深部缓流带稍好，但与第一水平潜流带相比仍有差距，是次一级的储层发育带。

5 结 论

a.高石梯地区灯影组第四段经历2幕桐湾运动，造成2期表生岩溶作用。钻井液漏失、钻头放空和成像测井指示了2期表生岩溶作用下的上下2套洞穴层的发育。

b.岩石学证据、碳氧同位素和包裹体测试也支持了2期表生岩溶作用的存在。2期淡水胶结物和风化缝，深度剖面上C、O同位素的2次负偏，2期石英胶结物中均捕获了近地表的单一液相包裹体，表明2期大气淡水作用对灯四段储层的影响。

表1 高石梯地区各岩溶带储层影响因素统计Table 1 Statistics of influence factors of karst zones on reservoirs in Gaoshiti area

“-”表示数据未统计。

c.通过对各岩溶带储层物性及储层厚度等的统计，发现水平潜流带物性好、储地比高、储层较厚，为研究区有利的储层发育带。其中桐湾运动Ⅲ幕形成的第一水平潜流带比第二水平潜流带物性好，是优质储层的发育带。