引言

近年来，川西北地区双鱼石构造栖霞组油气勘探取得了较大突破。自2012年来，相继在ST1、ST3、SY001-1及ST8井栖霞组钻遇较厚的孔隙性白云岩储层，均获高产工业气流^[1-5]，其中，ST1井产气87.6$\times$10$^4$ m$^3$/d，ST8井产气60.39$\times$10$^4$ m$^3$/d。截至2018年，双鱼石构造内栖霞组完钻井12口，测试井7口，单井测试产量(3.25$\sim$87.61)$\times$10$^4$ m$^3$/d，完钻待试井1口，正钻井4口，显示该区栖霞组具有巨大的勘探潜力^[6-10]，目前已成为四川盆地主要的勘探层系。但是，受资料的限制以及储层较强的非均质性影响，目前对该区储层特征及主控因素仍不明确，存在分歧^{[1, 7, 11-17]}。因此，笔者以多条野外剖面、多口钻井资料为工作基础，通过野外露头及岩芯观察、钻测井资料解释、镜下薄片鉴定等多种分析测试手段，进一步明确栖霞组储层岩石学特征、储层物性特征、储集空间类型以及储层的展布特征，从而探讨影响储层发育的主要控制因素，以期能为该区域的油气勘探提供有益的地质资料。

1 区域地质背景

四川盆地是在上扬子克拉通基础上发展起来的大型含油气叠合盆地^[17]，由于受晚加里东期剧烈构造作用影响，区域内形成了隆拗相间的格局^{[8, 18]}，沉积地貌表现为西高东低的特点^{[3, 18-21]}。双鱼石构造位于四川盆地西北部龙门山断褶带与川北低缓断褶带的过渡区，西邻龙门山逆掩推覆带，东接川北古中拗陷低缓区，北部为米仓山隆起，南缘山前断褶带^[22](图 1)。

早二叠纪，四川盆地受广泛海侵作用影响，在石炭系风化壳上首先沉积了梁山组^[23]，其岩性主要为薄层含煤碎屑岩，在研究区部分出露；随后在快速海侵作用下，形成以浅海碳酸盐岩台地相为主的栖霞组^[24]，厚度主要分布在70 $\sim$130 m。

川西北地区栖霞组白云岩广泛发育，栖霞组自下而上可分为两段(栖一段和栖二段)，栖一段整体较薄，岩性主要为深灰-灰色中-薄层含泥泥晶灰岩、泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩，局部见硅质条带，生物化石见腕足、腹足、有孔虫、海百合茎等；栖二段相对较厚，主要发育灰白-浅灰色中-厚层状晶粒白云岩、颗粒/残余颗粒白云岩、豹斑状/白云质灰岩及亮晶颗粒灰岩，其中，栖二段白云岩为储层层段(图 2)。

2 储层基本特征 2.1 储层岩石学特征

研究区中二叠统栖霞组碳酸盐岩十分发育，岩石类型众多。基于野外剖面实测、岩芯观察、镜下薄片鉴定及阴极发光分析之上，对研究区栖霞组岩石类型进行了划分。其中，具有储集意义的岩石类型主要为晶粒白云岩，颗粒白云岩与残余结构颗粒白云岩次之，豹斑灰岩储集性能较差。

(1) 晶粒白云岩

栖霞组储层岩性以灰白-浅灰色中-厚层块状晶粒白云岩最为发育，质地较纯，在野外剖面上，因长时间受风化作用影响，易形成似糖粒状的白云岩，俗称“砂糖状”白云岩。该类岩性晶粒较粗大，孔渗连通性好，后期成岩作用过程中往往形成溶蚀孔洞，溶洞中多见沥青残留(图 3a)。在岩芯上见“蜂窝状”溶孔发育(图 3b)，部分溶洞被鞍状白云石及石英等矿物充填(图 3c)，其中，ST12井局部可见颜色呈不规则分布的斑块状白云岩，深色部分岩性更加疏松，孔隙性更好，且溶孔多被沥青及黏土矿物充填(图 3d，图 3e)。

微观上，白云岩常以自形-半自形的白云石为主，其晶粒结构具有多种类型，大小不一，按照晶粒的形态大小，可进一步细分为粉晶白云岩、细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩及不等晶白云岩等，其中，栖霞组白云岩主要为细晶与中晶结构(图 3f，图 3g)。在阴极射线下，细晶白云岩发暗红色光，中晶白云岩发红-亮红色光，说明两者遭受不同的成岩蚀变影响，成岩环境具有差异，导致白云石中Mn与Fe的比值出现差异，发光强度具有差别(图 3h，图 3i)。

(2) 颗粒白云岩/残余结构颗粒白云岩

颗粒白云岩在栖霞组有一定的分布。颗粒主要为生屑、砂屑，由中-细晶白云石组成，其中，含少量泥质等不溶残余物，镜下可见明显的生屑颗粒(图 3j)。但某些地区，受强烈的白云石化作用及后期重结晶作用的影响，颗粒原岩结构基本消失，仅保留了原始颗粒的轮廓痕迹，形成残余结构颗粒白云岩(图 3k)。

(3) 豹斑灰岩

“豹斑状”白云质灰岩又称为“豹斑灰岩”，常见于野外露头以及钻井岩芯上，岩石表面的白云岩常呈斑块状与条带状不均匀分布，其颜色也表现出深浅不一的特点。通过镜下特征发现，白云岩斑块中常见颗粒残余结构，可根据白云岩中残余的灰质组分恢复其原岩结构。“豹斑灰岩”中灰岩部分因常常受到较强烈的白云石化作用改造，使其颜色、粒度、岩性均具有一定的非均质性，其中，白云石以交代成因为主，晶体结构大小不一，常见粉晶结构、细晶结构以及中-细晶结构(图 3l)。

2.2 储集空间类型

通过对研究区栖霞组野外露头与钻井岩芯的观察，结合普通薄片、铸体薄片及扫描电镜等镜下显微特征，以储集空间的大小、成因、特征等参数作为栖霞组白云岩储集空间类型的分类标准，可将区内储层段的储集空间分为孔隙、溶洞及裂缝3种类型。

2.2.1 孔隙

(1) 晶间孔

白云岩储层内较为常见的一种孔隙，多发育在晶形较好的白云石晶粒之间，通常为规则的多面体，孔隙边缘光滑平直，呈次棱角状-棱角状分布，其形态大小与四周白云石晶体的形态、大小及接触关系紧密相关，排列越规则，晶体之间接触面积就少，孔径越大，孔隙越发育，大小在0.1$\sim$0.8 cm，部分孔隙中可见沥青残留(图 4a)。在区内栖二段白云岩储层中常见此类孔隙，面孔率为1%$\sim$2%，少量在3%以上。

(2) 晶间溶孔

该类孔隙基于晶间孔发育之上，在后期成岩作用过程中，经溶蚀性流体的改造，形成典型的“港湾状”溶蚀现象。在较为强烈的溶蚀作用下，前期的晶间孔被进一步溶解扩大，同时局部连通较差及不连通的孔隙受溶蚀改造后，均形成了较好的储集空间，整体上物性具有明显的改善，储渗性能得到提升，扫描电镜下可见丝状伊利石附着在溶孔边缘。晶间溶孔在研究区栖二段白云岩储层中分布较广(图 4a，图 4b)，面孔率一般为3%$\sim$5%，局部可达20%以上。

(3) 晶内溶孔

矿物晶体内部在选择性溶蚀作用下被溶解而形成的孔隙(图 4c)，常见于溶蚀作用的初期。随着溶蚀作用进一步进行，当晶粒由内而外被完全溶解至消失时，便会形成与原白云石晶粒规模几乎相似的孔隙，该类孔隙在研究区分布较少，发育程度较低。

(4) 粒间溶孔

各类颗粒之间的孔隙。通常为基质或胶结物受腐蚀流体溶蚀而形成，部分颗粒会受到一定的溶蚀影响。若周围颗粒进一步被溶蚀，便形成一般的溶孔、溶洞(图 4d)，研究区此类溶孔分布极少。

2.2.2 溶洞

溶洞是栖霞组白云岩储层中常见的储集空间类型。在野外露头上，溶蚀孔洞呈片状顺层分布，发育较好，孔径多数>2 mm，局部可达厘米以上，孔洞边缘受强烈溶蚀改造，其边界表现为不规则锯齿状形态，沿洞壁常见沥青侵染，孔洞形态多为圆形、椭圆形(图 4e)；在钻井岩芯上，孔洞往往伴生于裂缝四周，沿裂缝呈串珠状和拉长状分布，推测为后期成岩阶段，溶蚀流体沿裂缝进入前期形成的孔隙内进一步溶扩而成，大小在几毫米至几厘米不等(图 4f)。

2.2.3 裂缝

栖霞组主要有构造缝、溶蚀缝和成岩缝3种类型，白云岩中以构造缝、溶蚀缝发育为主。岩芯观察表明，构造裂缝存在多期次发育，平面上多组裂缝相互交叉、切割，见水平缝、低角度斜交缝、高角度斜劈缝及近直立缝(图 3g)，规模上大小不一、穿切深度各异，形态较规则，缝面光滑平直。早期裂缝大部分被方解石、白云石及沥青充填，后期喜马拉雅期形成的高角度裂缝充填程度较低。溶蚀缝多为后期埋藏溶蚀作用下，前期形成的裂缝或矿物节理在溶蚀流体的改造下，进一步被溶解形成，裂缝开度变大，缝壁受强烈溶蚀呈不规则形态，缝面粗糙不平直，具典型的溶蚀痕迹(图 4h)。缝合线构造多为不规则波状或锯齿状形态，受上覆地层压力影响常处于闭合状态，缝内常见沥青充填(图 4i)。

2.3 储层物性特征

对ST8井、ST12井、ST3井、青川县松盖剖面栖霞组等202个全直径样品与柱塞样的物性进行统计分析，栖霞组储层孔隙度在1.01%$\sim$ 16.51%，孔隙度平均值为3.07%，由图 5可以看出，样品孔隙度主要分布在1.00%$\sim$4.00%，孔隙度大于2.00%的样品占总数的79.84%。

对151个全直径样品与柱塞样的物性进行统计分析，结果表明，栖霞组储层渗透率在0.000 253$\sim$784.000 000 mD，平均渗透率为12.930 000 mD，由图 6可以看出，渗透率主要分布在0.001 000$\sim$10.000 000 mD，渗透率大于0.001 000 mD的样品占总数的94.04%。

对研究区钻井以及野外剖面共151个资料点进行储层孔隙度与渗透率关系分析表明，孔隙度与渗透率的数据分布点之间存在两种不同的特征关系：一类是随着孔隙度的缓慢增大，渗透率也逐渐变大，两者具有较好相关性的“低孔低渗”类型；另一类是孔隙度整体分布在低值区，而渗透率值较大，两者相关性较差，表现为“低孔高渗”类型。总体上双鱼石构造栖霞组气藏的储集空间主要为孔洞，部分样品渗透率偏高，表明该气藏同时也受裂缝因素的影响，储集类型以裂缝-孔隙(洞)型发育为主(图 7)。

2.4 储层展布特征

据研究区双鱼石构造完钻井储层厚度对比表明(图 8)，单井储层累计厚度在19.2$\sim$38.3 m，平均为26.2 m，储层总厚度占到地层厚度的13.7%$\sim$ 29.0%，平均为20.5%。纵向上储层主要发育在栖霞组中上部高能台缘滩相中，单井发育2$\sim$4层储层，单层厚度在1.0$\sim$22.0 m。横向上在双鱼石区块井与井之间，储层具有一定的连续性，可进行追踪对比。

3 储层发育主控因素 3.1 有利沉积相带

川西北地区栖霞期整体处于碳酸盐岩台地沉积环境，进一步可划分为台地边缘、开阔台地相两种类型，区内自西向东主要发育盆地-斜坡相、台地边缘相和开阔台地相^{[19, 24-25]}。开阔台地相内由于水体较深、能量低，岩性主要由含泥泥晶灰岩、泥晶灰岩及颗粒泥晶灰岩组成，颗粒间普遍含泥，局部可见零星的台内滩相沉积，白云岩并不发育，储层分布受限；台地边缘相地貌相对较高，水体浅、能量强而稳定，以高能颗粒滩沉积发育。双鱼石构造带整体处于高能滩相内部，主要发育白云岩、颗粒灰岩及少量残余颗粒白云岩与豹斑灰岩，其中白云岩储层主要发育在颗粒滩中滩核与滩缘内部，物性较好，如ST10井、ST9井、ST8井、ST7井、ST12井、ST3井、ST1井及SY001-1井均位于滩核位置(图 9)，储层孔隙度几乎都在3%以上，储层相对发育。而ST2井位于台地内部相对较深水区域的沉积背景中，能量低，属于低能颗粒滩和滩间海环境，储层不发育或发育较差。因此，台缘高能颗粒滩沉积环境与储层发育紧密相关。

3.2 沉积古地貌

根据栖霞期前的古地貌(图 10)可知，总体上川西北地区栖霞期具有“西南高，东北低”的古地貌背景^[7]，双鱼石构造处于古地貌高带，栖霞期为台地边缘环境，水体能量较强，沉积了一套孔渗性较好的颗粒灰岩。

沉积古地貌高地，台缘滩相发育，受强水动力条件影响，颗粒间灰泥杂质被冲刷淘洗，以亮晶胶结物为主或是缺乏胶结物，形成各种原生的生物格架体腔孔及粒间孔，进而形成一套颗粒较为纯净、含量较高的颗粒灰岩。其中，ST3井栖霞组原岩亮晶生屑灰岩含量高，基本不含有泥质，ST2井原岩为具有高泥质、灰泥的生屑灰岩，表明在沉积时期，ST3井位于相对高的位置，而ST2井处在一个相对深水的环境；同时，古地貌的高低影响储层孔隙度大小。研究区古地貌位置高低的排序：ST1>ST8>SY001-1>ST3>ST12>ST7，据图 11，孔隙度大小排序为：ST1>ST8>ST3>ST12，结果表明，古地貌位置的高低在一定程度上控制了储层孔隙度的大小。同时，台缘滩的沉积建造速度较非滩缘滩体更快，因地貌上隆、水体浅，更容易暴露，遭受大气淡水的淋滤溶蚀形成高孔渗带^[26]，为早期白云石化作用及后期埋藏过程中有机酸溶解提供有利通道，使得该相带的储渗性能进一步提高\upcite^{[2, 6, 15]}。

3.3 建设性成岩作用 3.3.1 溶蚀作用

川西北地区栖霞组白云岩储层中溶蚀孔洞形成早于或同步于白云石化作用。溶蚀作用是改善储层的重要作用，同时为后期白云石化作用提供了良好通道^[5]。栖霞组溶蚀作用主要分为两期，第一期为准同生成岩阶段的溶蚀作用，第二期为埋藏阶段的部分溶蚀作用^[15]。准同生时期，滩体处于古地貌高部位，水体浅，受海平面频繁的升降影响，遭受暴露淋滤，易溶矿物在大气淡水的参与下被溶解，形成一定数量的溶蚀孔洞^{[2, 5, 27]}；埋藏成岩阶段，主要为有机酸、TSR等具溶蚀性流体在前期的孔洞基础之上进一步扩溶^[28]。同时，研究区经历了多期次较为复杂的构造活动，受火山岩喷发的热事件影响，深埋藏阶段晚期，热液活动发育，中-粗晶白云石中可见一系列不规则的晶间溶孔，形成了较好的储集空间^[1]，而部分学者则认为后期埋藏过程中，前期白云岩受热液流体改造后，储集性能被破坏，储集空间发育较差^[6]。

3.3.2 早期白云石化作用

研究表明，川西北地区栖霞组白云岩的形成过程是：早期高能滩相沉积-准同生期淡水淋滤溶蚀-浅埋藏期白云石化-后期热流体改造，其中，埋藏期为白云石化主要过程的观点与前人认识一致，受篇幅所限不展开讨论^{[1-2, 11, 29]}。

白云石化作用是储层形成的关键因素。从白云石化对储层贡献的角度上出发，部分学者认为该过程存在孔隙的增减变化，笔者认为该过程更倾向于一个近乎等体积交代过程^{[2, 13, 30]}。其原因可能为：灰质矿物被白云石化，该过程仅使岩石骨架的抗压实能力增强，在后期埋藏过程中，使得先存孔隙得以保存，孔隙数量未发生变化。同时，据野外露头剖面和钻井岩芯观察，发现栖霞组白云岩厚度与溶蚀孔洞发育程度成正比，白云岩单层厚度越大，溶蚀孔洞越发育，孔隙度越高，表明白云岩的厚度分布一方面控制了储层的展布，另一方面也控制着储层的品质，优质储层集中分布在白云岩厚度大的地区。

3.4 后期构造破裂作用

栖霞期，研究区经历了多期次构造运动的复合叠加，而印支-喜马拉雅期的强烈构造运动使得区内龙门山沿线地层大幅度抬升^[31]，同时形成了复杂的断裂系统，使地层产生强烈的褶皱变形及大量的裂缝，一方面形成了部分有效储集空间，另一方面则是作为疏导体系连通了各储层，提高了储层的孔渗性。

4 结论

(1) 川西北双鱼石构造带中二叠统栖霞组储层主要为细-中晶白云岩，储集空间类型以晶间孔、晶间溶孔及溶洞较为发育，裂缝次之；孔隙度主要集中在1.00%$\sim$4.00%，孔隙度大于2.00%的样品占总数的79.84%，平均孔隙度为3.45%，渗透率主要集中在0.001$\sim$10.000 mD，渗透率大于0.001 mD的样品占总数的94.40%，平均渗透率为13.750 mD，储集空间类型为裂缝-孔隙(洞)型。

(2) 栖霞组储层主要发育在中上部高能台缘滩相，横向上具有一定的连续性，分布较为稳定。

(3) 栖霞组储层发育主要受沉积相带及沉积古地貌、建设性成岩作用及后期构造破裂作用控制，其中，沉积作用是储层发育的基础，而沉积古地貌则限制了沉积相的分布范围；准同生期淡水淋滤溶蚀及浅埋藏期白云石化作用是储层发育的关键，一方面形成大量的次生溶蚀孔洞，另一方面使先存孔隙在埋藏过程中最大限度的保存下来；后期构造破裂使得储层物性进一步提升，提高了储层的品质。