引言

四川盆地二叠系栖霞组具有丰富的天然气资源，并且中二叠统一直是四川盆地天然气勘探开发的重要层系^[1-5]。2012年，川西北双鱼石构造ST1井，钻遇了栖霞组厚层孔隙型白云岩储层，获得日产87.6×10⁴m³高产工业气流；随后，成功钻探ST3井、SY001--1井，发现了双鱼石构造带。近期，ST8井在栖霞组测试获得日产36.88×10⁴m³的高产工业气流，是区内继ST1井、ST3井在栖霞组获高产工业气流后又一重大勘探进展，进一步证实了龙门山推覆构造带前缘双鱼石构造带中二叠统栖霞组具有巨大勘探潜力，勘探前景广阔。

川西北地区位于龙门山断褶带北段，东邻川北古中拗陷低缓带，西与松潘甘孜地槽相接，大致呈北东—南西走向(图 1)。川西北地区栖霞组发育广泛的白云岩储层，前人在沉积、储层成因方面做了大量的研究工作，提出了热液白云石化、混合水白云石化及早期埋藏白云石化成因模式^[6-12]。随着油气勘探和研究工作的开展，受勘探程度、资料掌握程度等限制，对川西北地区栖霞组储层主控因素的认识仍有分歧，白云岩分布不均匀及白云岩储层成因不明确，给勘探生产带来了极大的风险。因此，对中二叠系栖霞组储层主控因素的研究迫在眉睫。

鉴于此，本次研究重点对川西北地区栖霞组储层岩石学、储集空间类型及储层纵、横向变化进行研究，总结白云岩储层分布变化规律，并对优质储层发育主控因素进行讨论，以此为油气富集区带评价提供支撑和参考。

1 储层特征 1.1 储层岩石学及储集空间类型 1.1.1 储层岩石学特征

(1) 它形—半自形细—中晶白云岩

它形—半自形细—中晶白云岩，主要表现为白云石晶粒大小不一，偶见颗粒残影构造(图 2a)，部分晶粒正交光下可见波状消光特征(图 2b)，中晶白云石晶粒周围可见晶间孔隙发育，地层上表现为与颗粒残影中粗晶白云岩呈薄互层。

(2) 半自形—自形中—粗晶白云岩

半自形—自形中—粗晶白云岩，具有明显的颗粒残影构造(图 2f)，混浊“脏”白云石晶粒保留了颗粒残影，明亮白云石晶粒则为交代原始灰岩亮晶胶结物。白云石晶粒普遍较粗，波状消光特征明显(图 2g)，晶间孔隙极为发育，溶蚀孔洞可见自形石英充填(图 2c)。在野外剖面上可见明显的生物体腔溶蚀形成的溶洞(图 2d，图 2h，图 2i)，洞壁晶粒极粗，可见马牙状粗晶白云石胶结物(图 2c，图 2i)，中心充填沥青及方解石(图 2e)。

这两类白云岩普遍受热液作用改造，白云石化作用较强，白云石含量高，受后期构造挤压活动影响，容易形成大量裂缝，对白云岩储层改造极为明显。

1.1.2 储集空间类型

根据岩芯观察、薄片分析鉴定，按照储层储集空间几何形态、大小和成因，将储集空间类型划分为晶间孔、溶孔、溶洞和裂缝。

(1) 晶间孔

晶间孔主要发育在细—中晶半自形白云岩和半自形—自形中—粗晶白云岩中(图 2f)，其成因主要和白云石化作用有关，白云石结构和白云石含量对白云岩晶间孔发育具有重要作用。中—粗晶白云岩普遍具有颗粒残影构造(图 2f)，偶见白云石晶粒具有波状消光特征(图 2g红色箭头所示)，可见部分白云石晶粒环带构造(图 2g橙色箭头所示)，说明受高温影响白云石结构变化明显，白云石含量较高，晶间孔极为发育。

(2) 溶孔

主要指发育在中—粗晶白云岩中的针状溶孔，薄片观察主要为白云岩晶间溶孔及白云石晶面溶蚀孔，白云石晶面波状消光明显，溶孔呈不规则港湾状(图 2j，图 2k，图 2l)，白云石晶面溶蚀形成溶孔且波状消光极为明显(图 2l，图 2n)，鞍形白云石破碎角砾发育，角砾白云石晶面可见溶蚀孔(图 2m，图 2n)，为热液溶蚀作用的典型特征。

(3) 溶洞

研究区溶洞有两种表现形式：一种是溶洞的发育往往与沿裂缝的扩溶紧密联系，常沿裂缝的延伸方向及在裂缝附近发育；另一种是沿层面生物体腔(珊瑚、棘皮、海百合茎及绿藻等)被溶蚀形成的溶洞(图 2h，图 2o)，尺寸变化较大，2~20cm，溶洞壁为乳白色粗晶马牙状白云石晶粒，洞内充填沥青和方解石(图 2d，图 2g，图 2h)。

(4) 裂缝

在研究区栖霞组主要发育构造裂缝及沿构造缝扩溶形成的溶蚀缝。构造缝主要发育在白云岩中，受中—粗晶白云岩受热液作用影响，白云石含量高，在构造挤压作用下，容易形成大量的构造裂缝；溶蚀缝主要是构造扩溶缝，受后期埋藏溶蚀作用改造，裂缝周围具有不规则的溶蚀特征(图 2j)。

1.2 储层单井、纵向上变化

川西北地区栖霞组储层主要发育在中上部，岩性为浅褐灰色泥晶生屑灰岩、浅灰白色细—中晶白云岩、中—粗晶白云岩，溶蚀孔洞极为发育。

以ST8井储层发育段为例(图 3)，7 338.00~7 343.20m发育豹斑灰岩，颗粒残影构造中—粗晶白云岩呈斑状分布于含生屑泥晶灰岩基质中；栖霞组中部发育具有颗粒残影构造的中—粗晶白云岩，深度为7 331.40~7 338.00m，厚度6.60m，溶蚀孔洞极为发育，孔洞半充填马牙状白云石，偶见自生石英和沥青，具有颗粒残影构造的白云石晶粒，波状消光明显，说明颗粒滩相受热液白云石化作用改造，形成孔洞极为发育的中—粗晶白云岩，测井响应特征为低电阻值、高中子值、声波曲线呈微齿状，从成像测井可以看出，低电阻层段成像明显，说明孔洞极为发育。7 326.80~7 331.40m为豹斑灰岩，颗粒结构残影的中—粗晶白云岩与泥晶灰岩呈斑状分布，说明白云石化对岩性变化具有选择性；7 324.00~7 326.80m为晶间孔隙发育的中—粗晶白云岩储层段；7 313.90~7 324.00m为豹斑灰岩，可见呈斑状及薄层状中粗晶白云岩，晶间孔隙、溶孔极为发育，储层发育极不均匀，但受后期构造裂缝的沟通，也可以形成优质白云岩储层；7 300.00~7 313.90m为豹斑灰岩，储层不发育，可见斑状及薄层状细晶白云岩，呈漂浮状或沿缝合线一侧呈斑状分布，且主要发育在含生屑泥晶灰岩中；7 284.20~7 300.00m为含生屑泥晶灰岩与泥晶生屑灰岩互层，偶尔可见裂缝，但泥晶灰岩储集性能较差，裂缝改善作用很局限。

1.3 储层横向变化

川西北地区野外剖面及连井对比发现，何家梁剖面发育近100.00m厚白云岩，岩性变化上，栖霞组下部发育灰色—深灰色粉—细晶白云岩(厚24.00m)；向上颜色逐渐变浅，过渡为灰色细—中晶白云岩(厚8.50m)，可见晶间孔隙、溶蚀孔洞发育；栖霞组中上部发育浅灰色、灰白色中—粗晶白云岩(厚67.00m)，可见砂屑残影、生物残影(珊瑚、棘皮及腕足等)结构，为典型的台地边缘相沉积。往盆地内部，川西北地区栖霞组中上部发育两层白云岩储层段，横向可进行对比(图 4)，颗粒残影构造的中—粗晶白云岩段，下层厚度普遍为6.30~13.50m，上层厚度为3.20~6.00m，两层之间发育含生屑泥晶灰岩隔层，这充分说明了白云岩储层的发育，明显受颗粒滩相的展布控制。往上均发育两类豹斑灰岩，靠近下部白云岩储层段的豹斑灰岩，主要受岩性变化不均匀的影响，亮晶颗粒灰岩与含生屑泥晶灰岩呈斑状互层，导致白云石化作用不彻底，但构造裂缝的沟通，是储层发育的关键因素；上部豹斑灰岩则由于受埋藏阶段白云石化作用，发育在易受压实作用的泥晶灰岩中，半自形—它形细晶白云岩沿缝合线一侧呈斑状分布或呈漂浮状，虽然横向可进行对比，但储集性较差，受后期裂缝改造，有可能成为较好的储层。

2 优质储层发育主控因素讨论 2.1 二叠纪前古地貌控制栖霞组台缘相颗粒滩展布

云南运动导致川西北地区大范围上升，石炭系抬升暴露地表遭受剥蚀，导致石炭系古地貌高低起伏具有明显的差异^[13]。中上扬子克拉通盆地处于海西运动旋回早—中期，区域应力为拉张环境。由于加里东运动造成中上扬子整体抬升的构造和古地理背景，该阶段呈现出主体隆升剥蚀、边缘为拉张裂陷型盆地的沉积背景，石炭—二叠纪发育龙门山裂陷盆地^[14-16]，在马角坝同生断层以东，为具有暴露岩溶特征的黄龙组或总长沟组，缺失上石炭统船山组，古地貌为高部位；断层以西的低部位，沉积了上石炭统船山组，从石炭系末古地貌来看，整体为东高西低。

早二叠世开始海侵，海水从东、西两个方向入侵逐渐淹没整个古隆起。梁山期是一个填平补齐的沉积过程，沉积岩性和厚度在一定程度上反映了石炭纪末古地貌的变化特征。梁山组岩性为黑色泥页岩、灰质泥页岩、碳质泥页岩夹煤线，底为含铝土质泥岩、灰质粉砂岩、泥质粉砂岩。其下平行不整合于中石炭统黄龙组碳酸盐岩之上，或平行不整合于志留系韩家店组或回星哨组暗红色粉砂岩、页岩之上(图 5)。梁山组厚度分布不均，一般为0~20.00m，反映了二叠纪前基本的古地貌特征(图 6)。研究发现，梁山组在川西北何家梁、碾子坝一带野外剖面沉积较薄，甚至未沉积，且下伏地层为石炭系岩溶风化壳，说明在早二叠世梁山期开始海侵，海水并未完全淹没古地貌高部位，在栖霞期，该区仍然处于古地貌的高部位(图 4)。在碾子坝、矿山梁及金真村等野外剖面，栖霞组沉积厚度明显较薄，岩性为中—厚层的颗粒残影构造中—粗晶白云岩，可见到交代残余的珊瑚、棘皮、腕足等生物幻影(图 2h，图 2o，图 7a，图 7b，图 7c，图 7d)，厚层砂糖状白云岩具有明显颗粒交代残余结构(图 2f)，反映了沉积岩性为代表高能量的滩相亮晶颗粒灰岩，为典型的栖霞组台缘相颗粒滩沉积。

川西北地区栖霞组台缘颗粒滩相是呈旋回发育的，在钻井上可见中—厚层颗粒滩夹薄层泥晶灰岩，且亮晶砂屑灰岩也有泥晶基质“混积”现象(图 7e)，而在野外剖面可以看到大套滩相白云岩发育，但也有薄层细晶白云岩隔层，这些充分说明，川西北地区滩相呈旋回广泛发育，并向台地内部逐渐减薄，说明了川西北地区栖霞期水体处于较强、流畅、动荡的环境(图 4)。从野外剖面可以看出，何家梁、碾子坝一带，发育厚层颗粒残影构造白云岩、砂糖状白云岩，这些反映颗粒滩相沉积厚度明显较大，充分说明了二叠纪沉积前古地貌控制栖霞组台缘相颗粒滩展布。

2.2 白云石化作用交代颗粒灰岩是白云岩储层形成的基础

川西北地区栖霞组主要储集岩性为半自形—自形中—粗晶白云岩、它形—半自形细—中晶白云岩，这两类白云岩主要交代原始颗粒灰岩，颗粒残影构造明显，可见珊瑚、绿藻等生物幻影(图 2h，图 2o，图 7c，图 7d)。亮晶颗粒灰岩沉积、埋藏过程中，白云石化流体迅速交代渗透性较好的颗粒灰岩，保留原始粒间孔隙及原来的沉积构造。晶间孔隙发育的中—粗晶白云岩，孔隙发育在较为干净、明亮的白云石晶粒周围，颗粒残影为混浊的白云石晶粒，且波状消光明显，说明早期白云石化过程交代颗粒灰岩的亮晶胶结物，继承原来了颗粒灰岩的粒间孔隙，后期热液白云石化作用交代颗粒，从而保留了孔隙(图 2f，图 2g)。相对沿缝合线发育的呈斑状它形—半自形细晶白云岩，其基质灰岩为含生屑泥晶灰岩(图 7g)，由于受压实作用影响较为明显，一方面造成原始储集空间递减较快；另一方面埋藏早期差异压实作用导致在缝合线附近白云石化成岩流体供应充足，且速度较快，迅速发生白云石化^[17-18]，白云岩晶粒普遍较细，且晶体结构以它形为主，储层不发育。因此，栖霞组白云岩的形成是一个选择岩性的白云石化作用过程，其交代过程明显受沉积岩性的变化控制，主要交代亮晶砂屑灰岩、泥晶砂屑灰岩，充分说明了该期白云石化作用过程是在埋藏不久泥晶基质受压实作用孔渗降低，而颗粒灰岩相对压实作用较弱，孔隙依然发育，热液(高温)流体造成流体发生白云石化作用的过程，从而对颗粒灰岩粒间孔隙的继承和保留。

2.3 深层埋藏溶蚀及构造裂缝是优质白云岩储层形成关键

二叠纪—三叠纪早中期，川西地区构造活动趋于活跃，该区发生大规模的拉张裂陷，大量中基性火山岩喷发热事件较为频繁^[19-20]，川西北地区构造活动较为活跃，在深埋条件下经历多期次的热液活动改造^[21-23]，不仅使白云石晶粒变粗、晶面变形(波状消光)，而且中—粗晶白云岩晶间溶孔及白云石晶面溶蚀孔发育，白云石晶面波状消光明显，鞍形白云石可见破碎角砾状(图 2m，图 2n)，溶孔呈不规则港湾状，为埋藏溶蚀作用的典型特征(图 2k，图 2l，图 2m，图 2n)，这些都极大地改善了白云岩的储集性能。溶蚀作用形成大量的孔洞，且孔洞半充填粗晶马牙状白云石(图 2c)，并保留了大量的晶间孔洞。虽然深层热液白云石化作用对早期的孔隙储层具有充填作用，但在深部埋藏过程，由于热液活动频繁及地层隆升，热液流体在逐渐降温过程中，矿物的沉淀造成对白云石的溶蚀作用，同时中—粗晶白云石从不稳定相态向稳定相态转变，也同样发生溶蚀作用^[24-26]，与此同时，深埋条件构造热液形成大量破裂角砾白云岩，有利于储层形成。随着印支—喜马拉雅期构造活动及龙门山的隆升，造成研究区长期处于挤压状态，构造活动复杂，形成大量的构造裂缝，而由于热液白云石白云石化程度较高，在构造挤压过程中易于挤压破碎形成大量裂缝，裂缝和埋藏溶蚀形成的溶蚀孔洞匹配可以形成优质储层。

3 结论

(1) 二叠纪前古构造格局及古地貌特征控制栖霞组台缘相颗粒滩展布。

(2) 川西北地区栖霞组为相控白云岩储层，白云石化作用交代颗粒灰岩是白云岩储层形成的基础，深层埋藏溶蚀作用及构造裂缝是优质储层形成关键。

(3) 川西北地区栖霞组发育优质白云岩储层，台缘相白云岩储层广泛发育，受埋藏热液作用及构造破裂改造，优质白云岩储层大面积分布。