Characteristics and main controlling factors of the limy source rock gas reservoir in the first member of the Middle Permian Maokou Formation in the southern Sichuan and western Chongqing area: a case study of well DB 1
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摘要: 四川盆地中二叠统茅口组是天然气的重要产层，近期浙江油田分公司在渝西大安探区DB1井茅一段“眼皮眼球”灰岩的灰质源岩气储层中，直井试气获得42 000 m3/d、水平井(DB1H井)试气初产55.6×104 m3/d以上的工业气流，实现了蜀南—渝西泥质灰岩非常规天然气勘探突破，展示了该区良好的勘探前景。四川盆地茅一段眼皮眼球灰岩具有自生自储特征，连续稳定展布，且热演化成熟度高，中缓坡相带纯灰岩不具有水敏和酸敏特性，以碳酸盐脆性矿物为主，易于酸化压力开发，因此开展富有机质灰岩储层特征及主控因素研究意义重大。以DB1井为例，研究茅一段岩石学、沉积学及储层特征，发现沉积于水体较震荡、生物发育的中缓坡相带、主体为深灰—灰黑色富有机质的泥晶灰岩储层物性较好，总体上茅一c亚段好于茅一a亚段，眼皮灰岩大孔发育程度高于眼球灰岩，微孔发育程度差别不大。茅一段主要储集空间类型有溶蚀孔、裂缝、黏土矿物孔缝和有机质孔，黏土矿物(主要是滑石)和有机质内的孔隙主要分布于眼皮灰岩中；沉积过程与成岩作用是控制茅一段眼皮、眼球灰岩储层发育的主要因素，中缓坡沉积相带控制了富有机质纯泥晶生屑灰岩储层的发育特征和区域展布，成岩作用和断裂、断溶作用影响灰岩储层储集性能的改善，并成为富集高产的主因。渝西DB1井区“黑茅口”富有机质的茅一段直井、水平井突破商业气流获得稳定高产，表明茅一段灰质源岩气成藏赋存条件好，具有自生自储为主+局部构造带短距离聚集的2种成藏模式以及气藏连续型展布、资源规模大的特征，茅一段灰质源岩气“连续型气藏”勘探潜力大，将成为四川盆地重要的潜在勘探新层系。Abstract: The Middle Permian Maokou Formation in the Sichuan Basin is an important natural gas payzone. Recently, Zhejiang Oilfield Company of CNPC obtained industrial gas flow of vertical well test 42×103 m3/d and horizontal well (well DB 1H) test 556×103 m3/d in the limy source rock gas reservoir of eyelid and eyeball- shaped limestone in the first member of the Maokou Formation in well DB 1, Da'an exploration area, western Chongqing. A breakthrough has been made in the unconventional gas exploration of argillaceous limestone in the southern Sichuan and western Chongqing area, showing good exploration prospects in this area. The eyelid and eyeball-shaped limestone in the first member of the Maokou Formation in the Sichuan Basin has the characteristics of self-generation and self-storage, continuous and stable distribution and high thermal maturity. The limestone of central gentle slope facies shows no water sensitivity or acid sensitivity, and is dominated by carbonate brittle minerals, which is ideal for acid-fracturing development. It is of great significance to study the characteristics and main controlling factors of the organic rich limestone reservoir. Taking well DB 1 as an example, this paper carried out a study on the petrology, sedimentology and reservoir characteristics of the first member of the Maokou Formation, and it is found that, deposited on the central gentle slope with frequent water activity and abundant organism, the dark gray to black micrite with high organic matter content has good physical properties. In general, submember c has better physical properties than submember a. The development degree of macropores in eyelid-shaped limestone is higher than that in eyeball-shaped limestone, and the development degree of micropores is not much different. The main pore types of the first member of the Maokou Formation include dissolution pores, fractures, clay mineral apertures and organic pores. The pores in clay minerals (mainly talc) and organic matters are mainly distributed in the eyelid-shaped limestone. Depositional process and diagenesis are the main factors controlling the development of the eyelid and eyeball-shaped limestone reservoirs. The central gentle slope facies controls the development and distribution features of the organic-rich micrites. Diagenesis as well as fracture and dissolution effects improve the reservoir capacity of limestone, which is critical for hydrocarbon accumulation. Stable and high yield commercial gas flow was obtained in the vertical wells and horizontal wells in the first member of the Maokou Formation which has high organic matter content in well DB 1 block in the western Chongqing area, indicating that the accumulation and occurrence conditions of limestone source rock gas are good in the first member of the Maokou Formation. It has two kinds of accumulation modes with self-generation and self-storage dominance and short distance aggregation of local structural bands, and has the characteristics of continuous distribution of gas reservoir and large resource scale. The "continuous gas reservoir: in the limestone source rock in the first member of the Maokou Formation has great exploration potential, which will become an important exploration target with good potential in the Sichuan Basin.
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中二叠统茅口组是四川盆地天然气的重要产层，自1955年以来，先后在全盆地范围内陆续获得了大量勘探发现[1-12]。近年来勘探主要集中在茅二段和茅三段滩相白云岩储层，而对于盆地东南缘茅一段泥质灰岩的勘探程度与认识还相对较低。关于茅一段沉积特征，特别是沉积时水体深度和成因方面还存在较大争议，对其储层特征与成因研究较少[13-27]。近期中国石油浙江油田分公司在蜀南—渝西大安探区DB1井茅一段灰岩中直井和水平井试气获得了42 000 m3/d和55.6×104 m3/d以上商业气流，实现了该区茅一段勘探突破，展示了四川盆地茅一段良好的勘探前景。近年有人提出四川盆地茅一段灰岩气藏具有自生自储特征，但对其储层特征研究较少[3, 21, 28-29]。
四川盆地茅一段岩性主要为一套灰岩—泥灰岩韵律碳酸盐岩[13-14, 30-31]，因其类似眼皮眼球的结构，通常被称为眼皮眼球灰岩[15, 29, 32-32]。茅一段泥质灰岩作为天然气储层方面的研究才刚拉开序幕。胡东风等[21]借鉴页岩气等非常规油气储层研究思路，对川东南茅一段泥灰岩开展了储层研究，发现其总体为特低孔隙度、特低渗透率的裂缝—孔隙型致密储层，泥灰岩部分相对灰岩部分储集性能要好一些，且主要的储集空间类型为粒间孔、滑石晶间孔、有机孔和裂缝。江青春等[29]针对四川盆地、雷涵[35]针对川中地区茅一段储层的评价研究也得出了类似的结论。特别值得一提的是，LIU等[22]利用薄片、扫描电镜、压汞、低压N2吸附和高压CH4吸附等实验，对川东南茅一段泥灰岩中存在的滑石晶间孔的特征以及对总孔贡献做了较为深入的研究。
大安探区DB1井茅一段的勘探成功，为深入认识渝西地区茅一段深灰色富有机质灰岩沉积特征和储层发育提供了宝贵材料。本文以DB1井茅一段为例，开展了详细的岩石学、沉积学以及储层特征研究，旨在明确蜀南—渝西地区茅一段储层发育模式，以期为该区茅一段勘探提供借鉴。
1. 地质背景
蜀南—渝西地区是四川盆地油气勘探开发程度最高的老气区之一，大地构造位置上位于四川盆地川南低褶构造带，处于华蓥山断裂以东，为华蓥山断褶带向西南延伸末端，以东山—黄瓜山—坛子坝背斜带为界，西北部属于泸州北部帚状构造带，东南部为渝西隔挡式构造带。大安探区介于上述两大构造体系的交会处，主体属于渝西，区内相间发育4组北东向背斜构造带和3组向斜构造带，DB1井位于东山构造带南端(图 1)。
图 1 四川盆地构造分区及DB1井位置Figure 1. Structural sketch map of Sichuan Basin and location of well DB 1研究区二叠系自下而上发育梁山组、栖霞组、茅口组、龙潭组和长兴组。其中梁山组不整合上覆于中志留统韩家店组之上，长兴组下伏于三叠系飞仙关组之下。梁山组主要为一套海陆过渡相的砂质页岩、见煤线，一般厚5~8 m。栖霞组可分为栖一段和栖二段，总厚约100~200 m，主体岩性为浅水碳酸盐岩，包括灰色、深灰色泥晶灰岩、生屑灰岩、粉细晶灰质云岩。茅口组自下而上分4段，受东吴运动影响，茅口组经受不同程度剥蚀，有些地方茅三段和茅四段剥蚀殆尽。茅一段为本文研究层段，总体岩性为灰色、深灰色泥质灰岩和泥晶灰岩，眼皮眼球构造发育，厚度60~160 m；茅二段主要岩性为含生屑泥晶灰岩或生屑灰岩，总体上茅二段沉积期海平面经历了一个先下降、后上升的过程；茅三段主要为泥晶生屑灰岩，可见亮晶生屑灰岩，厚度0~60 m；茅四段主要为灰色生屑泥晶灰岩、含生屑泥晶灰岩。茅口组与龙潭组之间夹有一套王坡页岩，王坡页岩主要为灰色、灰黄色铝土质泥页岩，含丰富的火山灰及黄铁矿，是东吴运动的产物。
2. DB1井茅一段含气性特征
DB1井为中国石油浙江油田分公司2021年底在大安探区部署的第一口探井，茅口组井深2 732.40~ 2 399.90 m。其中钻遇断层，断层上盘深度2 539.20~ 2 500.60 m，茅一段下部缺失；断层下盘茅一段深度2 736.40~2 665.10 m，地层完整(图 2)。
图 2 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组岩性、测井评价综合柱状图Figure 2. Comprehensive histograms showing lithology and logging evaluation of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area在测井上，DB1井所揭示的茅一段总体表现为“三高两低”特征，即高伽马值、高声波时差、高中子数，低电阻率值、低密度值，与上下地层具有显著差异(图 2)。茅一段自下而上可以进一步细分为茅一c、茅一b和茅一a三个亚段。其中茅一c和茅一a亚段为高伽马值、低电阻率值，且茅一c亚段伽马值总体比茅一a亚段高；茅一b亚段全盆地都较薄，厚度10 m，电性上具有低伽马值、高电阻率值特征，并伴有高密度值、低声波时差、低中子数特征，与茅一a和茅一c亚段具显著差别(图 2)。茅一b亚段顶部与茅一a亚段以高伽马值特征尖峰为界线。
DB1井茅一段预测地层压力系数1.55，脆性指数49.1~68.6(平均61.3)，水平应力差10.7~ 16.8(平均13.7)。据DB1井岩心浸水试验采集的气样分析，茅一段天然气组分以甲烷为主，含量到95%以上；碳同位素显示出原油裂解气特征。本套气层属于典型的自生自储型源储一体的非常规连续性气藏，纵向上稳定发育2套泥晶生屑灰岩气层。常规取心实测茅一a亚段含气量为0.28~1.76 m3/t，平均0.80 m3/t；茅一c亚段含气量为0.11~0.82 m3/t，平均0.48 m3/t(图 2)。DB1井茅一段游离气占比为71%~83%。
3. 岩石学特征
DB1井所揭示的茅一段总体岩性为中缓坡相沉积的泥灰—灰黑色生屑泥晶灰岩，在局部层段，如茅一c亚段底部含少量灰质云岩(图 3)。这些灰岩构成典型的眼皮眼球结构，主要发育于茅一c亚段和茅一a亚段。在岩心上表现为灰色眼球灰岩(主要为含生屑泥晶灰岩)与灰黑色眼皮灰岩(主要为含生屑泥质灰岩和生屑泥质灰岩)互层产出(图 3)。
图 3 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段典型岩石类型的岩心和显微薄片照片a.DB1井茅一段眼皮、眼球灰岩；b.泥晶灰岩，2 527.14 m (眼球灰岩)；c.含生屑泥质灰岩，2 527.71 m(眼皮灰岩)；d.泥晶灰岩，2 517.70 m (眼球灰岩)；e.生屑泥质灰岩，2 517.45 m(眼皮灰岩)；f.灰质云岩，2 727.13 m；g.灰质云岩，2 727.84 m。Figure 3. Cores and micro-photos of typical rocks in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area(1) 眼球灰岩：在岩心上眼球灰岩呈灰色灰白色椭球状，眼球与眼皮之间为渐变接触。眼球的大小和发育频次呈规律变化，总体上茅一c亚段的中部和茅一a亚段的下部眼球发育频次增加，且眼球大小增大(图 3a)，该变化规律总体与伽马值负相关(图 2)。这可能是与眼球灰岩中有机质含量少，碳酸盐组分含量高有关[20]。DB1井茅一段眼球灰岩实测有机碳(TOC)含量为0.31%~0.69%。眼球灰岩以泥晶灰岩为主，也见含生屑泥晶灰岩，致密块状结构。镜下眼球灰岩中生屑含量一般小于10%，生屑主要为软体动物壳体，壳体破碎且明显小于眼皮灰岩中的(图 3 b, d)。
(2) 眼皮灰岩：眼皮灰岩在岩心上整体呈灰黑色包绕灰色眼球灰岩产出，主要产出于茅一c亚段的底部和上部以及茅一a亚段的上部，通常具有较高的伽马值和较低的电阻(图 2)。眼皮灰岩通常有机质含量较高，TOC含量在1.57%~5.20%。DB1井茅一段眼皮灰岩以含生屑泥质灰岩和生屑泥质灰岩为主，生屑含量为10%~30%。生屑主要为软体动物壳体、苔藓虫和粗枝藻碎片，以及有孔虫壳体，其中有孔虫主要为小栗虫(图 3c，e)。在眼皮灰岩中，这些生物碎屑均定向排列，有时可见生屑组成的正粒序结构。相较眼球灰岩，眼皮灰岩中的生屑含量远远高于眼球灰岩，且生屑大小也明显大于眼球灰岩中的(图 3c，e)。此外在眼皮灰岩中可见分散的白云石颗粒，且发育滑石，滑石主要以交代生屑壳体，并往往与石英伴生，表明这些滑石和石英矿物可能是后期热液交代产物。
(3) 灰质云岩：在DB1井茅一段的灰质云岩仅发育于茅一段底部的眼皮结构中，发育于DB1井茅一段的灰质云岩中的白云石晶体漂浮在泥灰质基质中，白云石晶体一般具有平直边，且自形程度好，大小为100~200 μm(图 3f，g)。
4. 储集空间类型及物性特征
4.1 储集空间类型
通过对大安探区DB1井茅一段84件岩心样品薄片、8件岩心样品的氩离子抛光扫描电镜分析表明，研究区DB1井茅一段眼皮、眼球灰岩的储集空间类型多样，主体为微米级孔径的溶蚀孔、微裂缝、黏土矿物孔隙以及有机质孔。
4.1.1 溶蚀孔
溶蚀孔是DB1井茅一段的主要储集空间类型，该类储集空间的边缘均可见弯曲的呈港湾状的边界，表明它们为溶蚀作用所致(图 4a-b)。溶蚀孔主要发育在眼皮状灰岩中，眼球灰岩中少见。按溶蚀组分，可以继续将溶蚀孔分为基质溶蚀孔和生屑溶蚀孔(包括铸模孔)，其中基质溶蚀孔所占比例最大。在眼皮状生屑—含生屑泥质灰岩中，灰泥质基质发生不均匀岩溶，形成微米级溶蚀孔，面孔率可达2.5%~3%(图 4a)。
图 4 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段储集空间类型a.2 723.73 m，眼皮灰岩，黄色箭头为溶蚀孔，茜素红染色，单偏光；b.2 725.26 m，眼球灰岩，黄色箭头为溶蚀孔，铸体薄片，正交偏光；c.2 729.19 m，眼球灰岩，黄色箭头指示生屑溶蚀孔，铸体薄片，单偏光；d.2 680.95 m，滑石中生屑溶蚀孔，单偏光；e-f.2 522.08~2 522.38 m，裂缝主要发育于眼球灰岩中，且多被方解石充填。Figure 4. Typical reservoir space types in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area生屑溶蚀孔同样主要发育在眼皮灰岩中，在少量的眼球灰岩样品中也可以见到生屑溶蚀孔(图 4c)。生屑溶蚀孔主要是软体动物碎片发生溶蚀所形成，有时生屑完全溶蚀形成铸模孔，有时发生部分溶蚀，可见弯曲的港湾边界。一般发育于眼皮状灰岩中的生屑溶蚀孔比基质溶孔要大，但明显小于眼球灰岩中的生屑溶蚀孔。特别值得注意的是，在眼皮状灰岩中基质被滑石交代后，交代残余的生屑也会发生部分溶蚀形成生屑溶蚀孔(图 4d)，这类生屑溶蚀孔是之前的研究中较少报道的。
4.1.2 裂缝
裂缝是DB1井茅一段比较重要的储集空间类型，电成像测井揭示茅一段发育有一定程度的网状裂缝，从裂缝缝宽的大小来看主要有2种。
一种裂缝缝宽在2~5 cm，裂缝边缘呈折线状、锯齿状，切过颗粒；形态类型有网格、雁列、树枝、碎裂、流纹等5种，表明为张裂缝。但这种张裂缝基本全部充填结晶，晶面平直，充填颗粒大的方解石，其对储集空间的贡献小(图 4e-f)。据DB1井取心段观察，裂缝密度以50~100条/m及100~200条/m居多，两者累计达64.19%，总体呈现眼球灰岩裂缝较眼皮灰岩发育的特点。
另外一种是微裂缝，缝宽多数在0.2 μm，镜下至少可以见到3组不同方向的裂缝。这类微裂缝同样具有张裂缝特征，部分微裂缝被方解石充填，部分未被充填的微裂缝不仅是重要的油气储集空间，还是油气运聚的通道。
4.1.3 黏土矿物孔缝
研究区茅一段黏土矿物含量较多，最高可达11%。与黏土矿物相关的孔隙主要与滑石有关，包括滑石与其他矿物和颗粒之间的粒缘孔，以及滑石晶体内部片状结构收缩形成的微裂缝(孔)(图 5a-b)。
图 5 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段与滑石和有机质相关的微孔特征a.滑石晶格缝(2 718.15 m)；b.滑石与方解石之间的粒缘缝(2 718.15 m)；c.滑石交代生屑(2 728.88 m)；d.滑石交代生屑，与石英共生(2 727.81 m)；e.黄色箭头为滑石，红色箭头为萤石(2 517.45 m)；f.有机质孔(2 718.15 m)。Figure 5. Micropore characteristics associated with talc and organic matter in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area滑石在单偏光下呈浅褐色，正交偏光下最高干涉色可以达到Ⅲ级橙色，镜下可见滑石主要交代生屑，可与石英共生，表明DB1井茅一段滑石主要为成岩成因产物(图 5c-d)。扫描电镜下，滑石多为集合体，多与热液矿物萤石、黄铁矿及白云石共生，表明DB1井的滑石可能是热液交代的产物(图 5e)。扫描电镜下可以发现滑石成岩收缩孔(缝)发育，孔(缝)宽介于10~1 000 nm，连通性好，主要发育于黏土矿物含量较高的茅一a亚段和茅一c亚段。
4.1.4 有机质孔隙
有机质孔主要发育在有机质含量较高的生屑泥晶灰岩和(含)泥质生屑泥晶灰岩中，纵向上多发育于茅一a亚段和茅一c亚段中；与页岩的有机质孔相似，孔隙大小介于1~500 nm，形状不规则(图 5f)。
4.2 物性特征
对DB1井测井解释孔隙度的统计，可以宏观上了解物性特征及变化。DB1井茅一段的测井解释平均孔隙度为2%~4%，纵向上茅一a、茅一c亚段基本相当，茅一c亚段略好(图 2)。其中，茅一a亚段断层上盘总孔隙度为0.04%~4.96%，平均1.93%，有效孔隙度为0.01%~4.96%，平均1.89%；断层下盘总孔隙度为0.55%~4.65%，平均2.06%，有效孔隙度为0.48%~4.43%，平均2.03%，略好于断层上盘；茅一c亚段(断层下盘)总孔隙度为0.10%~5.74%，平均2.57%，有效孔隙度为0.10%~5.64%，平均2.49%，整体好于茅一a亚段。茅一段26%的样品渗透率大于0.1×10-3 μm2，介于(0.001 8~10.026 3)×10-3 μm2之间，平均0.476 0×10-3 μm2。
由于茅一段为眼皮眼球灰岩，且镜下观察发现眼皮灰岩和眼球灰岩的储集空间类型存在差异。为进一步明确茅一段储层物性特征，并分析储层发育主控因素和发育模式，本文针对DB1井取心段分别开展了眼皮、眼球灰岩压汞实验分析。总体上眼皮灰岩孔隙度要明显好于眼球灰岩，眼皮灰岩绝大多数孔隙度在1.4%~2.8%，平均值为2.48%，个别样品孔隙度可以达到7%以上；而相应地眼球灰岩的孔隙度要低些，主要集中在1.0%~1.6%之间，平均值为1.2%，个别样品孔隙度可低至0.5%(图 6)。
图 6 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩孔隙度分布Figure 6. Porosity distribution of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area渗透率也是物性的一个重要参数，从实测的60件样品获得的48个渗透率数据来看，介于(0.001 8~10.026)×10-3 μm2之间，平均0.437×10-3 μm2，与测井解释结论一致。同样存在眼皮灰岩的渗透率要明显高于眼球灰岩，实测眼球灰岩渗透率为(0.02~0.419)×10-3 μm2，平均为0.06×10-3 μm2；而眼皮灰岩渗透率为(0.001 8~10.206)×10-3 μm2，平均为0.68×10-3 μm2。
DB1井的孔隙度、渗透率具有一定的正相关性，为孔隙—裂缝型储层。岩心分析矿物组分以方解石、白云石为主，脆性矿物含量高；方解石含量69.7%~98.8%，白云石含量0%~8.7%，石英含量1.2%~20.1%，黏土矿物含量0%~11%，滑石含量0%~14%、平均4%。据邻区及探区多口井统计分析，发现茅一段孔隙度均与TOC、滑石、硅、镁元素含量呈正相关。
4.3 微孔特征
前人研究发现四川盆地茅一段眼皮眼球灰岩中还存在微孔[21-22, 29, 36]。压汞法可以衡量测试样品的完整储集空间特征，但会破坏储层微观孔隙结构，导致微孔隙测试结构准确性受到影响。扫描电镜是研究微孔的常用手段，但扫描电镜不仅受限于样品制备难度高和分辨率等问题，且在可视化和定量分析表征能力等方面均存在短板。CT技术作为研究孔隙结构的一种手段，具有无损坏、精度高等特点。因此本文基于三维CT扫描成像数据，利用Avizo软件进行数据处理及三维模型构建，对孔隙结构、空间分布以及孔隙的连通性进行表征。
本文选择DB1井2 525.38 m的眼皮灰岩和2 528.3 m的眼球灰岩分别进行CT扫描分析，分析结果见图 7和表 1。CT图像按被扫描物质的密度成像，密度越大在CT图像上亮度越高，孔隙密度最低，显示为黑色。在CT的灰度图像上，为凸显孔隙，将样品中代表孔隙的黑色调整为红色，浅灰色代表颗粒或基质，深灰色可能为黏土，灰白色可能为碳酸盐等矿物，亮色为重矿物，如黄铁矿(图 7)。从图 7和表 1可见，眼皮灰岩和眼球灰岩微孔隙的比表面积、体积和直径以及喉道的长度、体积和直径都基本相当。图 8也展示了眼皮、眼球灰岩的微孔隙孔径分布基本相同，90%的孔径均在50 μm以下，这表明眼皮灰岩和眼球灰岩在微孔隙和喉道上不存在显著的差异，但眼球灰岩的非均质性更强(图 7)。
图 7 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段孔隙结构CT图a-d.分别为眼皮灰岩(2 525.38 m)的xy、yz、xz以及三维岩心提取的孔隙图；e-h.分别为眼球灰岩(2 528.3 m)的xy、yz、xz以及三维岩心提取的孔隙图。Figure 7. CT photos of pore structures in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area表 1 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩微孔、孔喉参数Table 1. Micro-pore and pore throat parameters of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area项目 茅口组一段样品 眼皮灰岩(2 525.38 m) 眼球灰岩(2 528.3 m) 孔隙 表面积/μm2 平均：4 108.89 平均：5 453.15 最小：768.78 最小：768.78 最大：2.55×107 最大：4.32×107 中间值：1 442.69 中间值：1 441.28 体积/μm3 平均：34 337.07 平均：46 319.06 最小：4 093.69 最小：4 093.69 最大：3.15×108 最大：4.98×108 中间值：8 181.71 中间值：8 174.52 直径/μm 平均：28.66 平均：29.76 最小：19.84 最小：19.84 最大：844.35 最大：983.73 中间值：24.99 中间值：24.99 喉道 长度/μm 最小：18.3 最小：16.96 最大：706.89 最大：588.79 体积/μm3 最小：3 678.74 最小：3 410.33 最大：1.78×105 最大：4.39×105 直径/μm 最小：15.98 最小：15.98 最大：42.64 最大：55.08 
图 8 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩孔径分布Figure 8. Pore size distribution of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area微孔隙的连通性也是储层好坏的重要指标，本文利用CT扫描分析分别对眼皮灰岩和眼球灰岩构建了微孔隙网络拓扑结构骨架化模型(图 9)。CT扫描图像的重建是基于Avizo Fire 9软件完成的，对于样品的网络空间进行了三维重构，在此基础上对眼皮灰岩(2 525.38 m) 和眼球灰岩(2 528.3 m)2个样品进行了球棍网络的建模。球棍模型可以在一定程度上忽略样品本身复杂的非均质性，对于样品内部的迂曲度以及不规则的孔隙喉道连接方式予以简化，将孔隙简化为小球，将与孔隙连接的喉道简化为长棍。孔隙连通域是判别孔隙在三维空间连通性的重要方式，主要包括死连通域(孤立孔隙)和活连通域(连通孔隙)。活连通域又可分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级连通域。其中，Ⅰ级连通域由相邻的2个孔隙连接组成，连通范围较小；Ⅱ级连通域由2个以上的孔隙汇聚连接组成，但彼此未通过额外的喉道相连，连通范围中等；Ⅲ级连通域由大量的孔隙通过中—大喉道互相连接组成，部分孔隙在此基础上还通过额外(2个及以上)的小喉道连接，在三维空间呈网状结构分布，连通范围一般较广。
图 9 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮灰岩和眼球灰岩孔喉模型a.2 525.38 m眼皮灰岩喉道分布；b-c.2 525.38 m眼皮灰岩孔喉网络模型(球为孔隙，棍为喉道)；d.2 528.3 m眼球灰岩喉道分布；e-f.2 528.3 m眼球灰岩孔喉网络模型(球为孔隙，棍为喉道)。Figure 9. Pore throat models of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area球棍模型可基于孔隙的空间分布，通过自动骨架模式模拟出孔隙和喉道的信息，从而反映孔隙之间的连通性。通过适当设置模式中的节点比例和管柱比例，选择显示的颜色模式，刻画出大喉道、中喉道和小喉道(图 9)。连通的孔隙由Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级连通域以及与之相连的孔隙(球状点)共同构成。在三维空间呈多个网状结构的孔隙，其连通性较好。从图 9来看，眼皮灰岩和眼球灰岩的微孔隙的连通性也基本相当，以Ⅰ级连通域为主；在微裂缝发育的区域，Ⅲ级连通域稍多。
5. 储层主控因素
从前面储集空间类型和不同孔径的发育程度来看，DB1井茅一段眼皮灰岩中主要以溶蚀孔为主，裂缝相对眼球灰岩要少。赋存于黏土矿物(主要是滑石)和有机质内的孔隙则主要分布于眼皮灰岩中。压汞分析结果表明，眼皮灰岩的孔渗总体要好于眼球灰岩。
从DB1井茅一段测井解释的整体物性特征来看，茅一c亚段的物性总体要好于茅一a亚段。茅一段储层物性的这种垂向上的变化规律，实际上与岩相的变化吻合较好，总体上茅一c亚段的眼皮灰岩的累积厚度和发育频次比茅一a亚段要厚、高。因此从DB1井茅一段来看，岩相对眼皮、眼球灰岩的储集空间类型、孔渗及连通性，以及储层发育起到重要的控制作用。
前期的研究发现，四川盆地茅一段眼皮、眼球灰岩的孔隙度与TOC存在正相关[37], 并以此推断眼皮、眼球灰岩与页岩气非常规储层类似，认为有机质以及黏土矿物含量控制着储集空间的发育[37]。本次研究也得出类似的结论，即孔隙度与TOC以及滑石和Mg元素含量呈正相关[38-39]。实验结果同样也表明，眼皮灰岩TOC要明显高于眼球灰岩，镜下观察也发现眼皮灰岩中滑石含量也明显高于眼球灰岩，且白云石颗粒也主要出现在眼皮灰岩中。因此孔隙度与TOC以及滑石和Mg元素含量的正相关性，更大程度上反映的可能是岩相对孔隙度的控制，即眼皮灰岩孔隙度和渗透率较高。因为分别针对眼皮灰岩和眼球灰岩的CT分析发现在微孔隙发育上差别不大，但是溶蚀孔以及滑石含量在眼皮灰岩和眼球灰岩中的含量差异显著。由此可见，沉积以及成岩作用导致的岩相差异是控制茅一段储层质量的关键因素。
针对四川盆地茅口组眼皮、眼球灰岩的研究认为，其形成主要与沉积过程有关，但存在深水和浅水之争。PANG等[20]在川西北广元长江沟剖面针对茅一段眼皮、眼球灰岩开展了沉积学、地球化学以及有机岩石学和有机地球化学的详细工作，认为茅一段以眼皮灰岩为主的层段，其沉积时水体深度要小于以眼球灰岩为主的层段，并且认为灰岩中碳酸盐组分含量高导致了眼球中生屑含量以及有机质含量的降低。该认识与在眼皮灰岩中溶蚀孔更加发育的现象吻合。特别值得注意的是，在DB1井中云质灰岩主要发育于眼皮灰岩中，而眼球灰岩中极少见。镜下观察发现，这些白云石颗粒均为直边自形程度好的漂浮状的泥晶白云石，表明这些云质灰岩为准同生期白云石化(地球化学证据另文讨论)。这也暗示以眼皮灰岩为主的层段，其沉积时水体深度更浅，因此导致眼皮灰岩中溶蚀孔相对眼球灰岩更发育。由于相对眼球灰岩而言，眼皮灰岩中碳酸盐组分含量低，使得眼皮灰岩的生屑和有机质含量更多，因此生屑溶蚀孔和铸模孔以及与有机质相关的纳米孔隙也就相对较丰富。正是因为眼皮灰岩沉积时水体深度较浅，容易暴露溶蚀，导致眼皮灰岩的基质溶蚀孔、生屑溶蚀孔和铸模孔更发育，是茅一段重要的储集空间类型。
另外，茅一段含有丰富的滑石，滑石晶体内部有大量的收缩孔缝，它们也是茅一段重要的储集空间。镜下观察结果表明，滑石主要发育在眼皮灰岩中，眼球灰岩则相对较少，详细的研究发现滑石以交代生屑为主，且与热液矿物萤石和石英伴生，表明DB1井茅一段的滑石可能是后期热液交代作用的产物。由于眼皮灰岩中生屑含量本身就高，此外眼皮灰岩也因为原始孔渗性能比眼球灰岩要好，交代生屑的流体更容易进入眼皮灰岩发生滑石交代。同样，由于眼皮灰岩中碳酸盐组分含量低，导致眼皮灰岩中有机质含量和除滑石外其他黏土矿物含量升高，有机质和黏土矿物也是重要的孔隙载体。但值得注意的是，在DB1井的岩心中可以看到多期次断裂，常见的交代生屑成因的滑石是否具有普遍性，是否全盆分布还需进一步深入分析。
综上所述，沉积过程和成岩作用导致的岩相差异，是DB1井茅一段眼皮、眼球灰岩储层发育的主控因素，即中缓坡相沉积带控制了灰质源岩储层的发育特征和分布格局，成岩、断裂和断溶作用控制了灰质源岩储层的物性变化，并成为富集高产的主因。
6. 结论
(1) DB1井茅一段中缓坡相深灰—灰黑色眼皮、眼球状泥晶生屑灰岩的物性较好，总体上茅一c亚段要好于茅一a亚段，是重要的潜在勘探层系；眼皮灰岩的大孔发育程度要好于眼球灰岩，但是眼皮灰岩和眼球灰岩中的微孔差别不大。
(2) DB1井茅一段灰质源岩储集空间类型主要有溶蚀孔、裂缝、黏土矿物孔缝和有机质孔；眼皮灰岩中以溶蚀孔为主，裂缝相对眼球灰岩要少；赋存于黏土矿物(主要是滑石)和有机质内的孔隙则主要分布在眼皮灰岩中。
(3) 沉积过程和成岩作用导致的岩相差异是DB1井茅一段眼皮、眼球灰岩储层发育的主控因素。
(4) DB1井茅一段灰质源岩储层发育形成于中缓坡相带，灰岩质纯，富含有机质，过成熟热演化程度，纯灰岩无水敏、酸敏，特性较好。沉积相控制的灰质源岩储层受构造断裂控制，可形成裂缝—孔隙型、基质—孔隙型两类储层，并具有自生自储为主、局部构造带短距离聚集的2种成藏模式和连续型展布、资源规模大的特征。DB1直井和水平井突破商业气流，表明茅一段灰质源岩气成藏条件好，具有规模资源的“连续型气藏”勘探潜力大，已成为四川盆地重要的潜在勘探新层系。
致谢: 感谢西南石油大学胡广教授在研究工作中给予的指导，庞谦博士在岩心观察及样品采集过程中提供的帮助；感谢编辑部提出的宝贵修改意见与建议。利益冲突声明/Conflict of Interests所有作者声明不存在利益冲突。All authors disclose no relevant conflict of interests.作者贡献/Authors’ Contributions梁兴负责组织项目设计、钻探和压裂工作实施及主要研究工作，负责论文的编写和修改定稿；徐政语参与钻井设计、钻探和压裂实施部分工作及主要研究工作，负责论文编写及修改；栗维民、计玉冰参与钻井设计、钻探和压裂实施工作，参加研究工作；马立桥、罗瑀峰、丁邦春参与钻探和压裂实施部分工作，参加部分研究工作。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。LIANG Xing is responsible for organizing project design, drilling and fracturing work implementation, and main research work, as well as writing and revising the final draft of the paper. XU Zhengyu participated in drilling design, drilling and fracturing implementation, as well as major research work, and is responsible for writing and revising the paper. LI Weimin and JI Yubing participated in drilling design, drilling, and fracturing implementation, and participated in research work. MA Liqiao, LUO Yufeng and DING Bangchun participated in drilling and fracturing implementation work, as well as some research work. All the authors have read the last version of paper and consented for submission. -
图 1 四川盆地构造分区及DB1井位置
Figure 1. Structural sketch map of Sichuan Basin and location of well DB 1
图 2 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组岩性、测井评价综合柱状图
Figure 2. Comprehensive histograms showing lithology and logging evaluation of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 3 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段典型岩石类型的岩心和显微薄片照片
a.DB1井茅一段眼皮、眼球灰岩；b.泥晶灰岩，2 527.14 m (眼球灰岩)；c.含生屑泥质灰岩，2 527.71 m(眼皮灰岩)；d.泥晶灰岩，2 517.70 m (眼球灰岩)；e.生屑泥质灰岩，2 517.45 m(眼皮灰岩)；f.灰质云岩，2 727.13 m；g.灰质云岩，2 727.84 m。
Figure 3. Cores and micro-photos of typical rocks in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 4 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段储集空间类型
a.2 723.73 m，眼皮灰岩，黄色箭头为溶蚀孔，茜素红染色，单偏光；b.2 725.26 m，眼球灰岩，黄色箭头为溶蚀孔，铸体薄片，正交偏光；c.2 729.19 m，眼球灰岩，黄色箭头指示生屑溶蚀孔，铸体薄片，单偏光；d.2 680.95 m，滑石中生屑溶蚀孔，单偏光；e-f.2 522.08~2 522.38 m，裂缝主要发育于眼球灰岩中，且多被方解石充填。
Figure 4. Typical reservoir space types in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 5 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段与滑石和有机质相关的微孔特征
a.滑石晶格缝(2 718.15 m)；b.滑石与方解石之间的粒缘缝(2 718.15 m)；c.滑石交代生屑(2 728.88 m)；d.滑石交代生屑，与石英共生(2 727.81 m)；e.黄色箭头为滑石，红色箭头为萤石(2 517.45 m)；f.有机质孔(2 718.15 m)。
Figure 5. Micropore characteristics associated with talc and organic matter in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 6 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩孔隙度分布
Figure 6. Porosity distribution of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 7 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段孔隙结构CT图
a-d.分别为眼皮灰岩(2 525.38 m)的xy、yz、xz以及三维岩心提取的孔隙图；e-h.分别为眼球灰岩(2 528.3 m)的xy、yz、xz以及三维岩心提取的孔隙图。
Figure 7. CT photos of pore structures in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 8 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩孔径分布
Figure 8. Pore size distribution of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
图 9 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮灰岩和眼球灰岩孔喉模型
a.2 525.38 m眼皮灰岩喉道分布；b-c.2 525.38 m眼皮灰岩孔喉网络模型(球为孔隙，棍为喉道)；d.2 528.3 m眼球灰岩喉道分布；e-f.2 528.3 m眼球灰岩孔喉网络模型(球为孔隙，棍为喉道)。
Figure 9. Pore throat models of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
表 1 蜀南—渝西地区DB1井中二叠统茅口组一段眼皮、眼球灰岩微孔、孔喉参数
Table 1. Micro-pore and pore throat parameters of eyelid and eyeball-shaped limestone in first member of Middle Permian Maokou Formation in well DB 1 in southern Sichuan and western Chongqing area
项目 茅口组一段样品 眼皮灰岩(2 525.38 m) 眼球灰岩(2 528.3 m) 孔隙 表面积/μm2 平均：4 108.89 平均：5 453.15 最小：768.78 最小：768.78 最大：2.55×107 最大：4.32×107 中间值：1 442.69 中间值：1 441.28 体积/μm3 平均：34 337.07 平均：46 319.06 最小：4 093.69 最小：4 093.69 最大：3.15×108 最大：4.98×108 中间值：8 181.71 中间值：8 174.52 直径/μm 平均：28.66 平均：29.76 最小：19.84 最小：19.84 最大：844.35 最大：983.73 中间值：24.99 中间值：24.99 喉道 长度/μm 最小：18.3 最小：16.96 最大：706.89 最大：588.79 体积/μm3 最小：3 678.74 最小：3 410.33 最大：1.78×105 最大：4.39×105 直径/μm 最小：15.98 最小：15.98 最大：42.64 最大：55.08 
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