張文濟(jì) 李世臨 任曉莉 張 靜 郭艷波 葉朝陽(yáng) 陳亞妮
1. 中國(guó)石油西南油氣田分公司重慶氣礦 2. 四川長(zhǎng)寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司3. 西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院
隨著川中高磨地區(qū)在寒武系龍王廟組油氣勘探獲得重大突破,龍王廟組成為四川盆地下古生界油氣勘探的重點(diǎn)層位[1-2]。四川盆地寒武系發(fā)育齊全,下寒武統(tǒng)底部筇竹寺組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖[3-4]。并通過筇竹寺組地球化學(xué)特征研究獲得油氣源認(rèn)識(shí)[5-7]。前人整體上對(duì)四川盆地龍王廟組儲(chǔ)層及主控因素、沉積相都有相對(duì)較多的認(rèn)識(shí)成果[8-19],但對(duì)川東地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層及沉積相研究所用資料有限。前人對(duì)川東沉積相研究提出許多觀點(diǎn):馮增昭等[13](2001)認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地沉積;馬永生等[2](2009)認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組以局限臺(tái)地沉積為主;門玉澎等[14](2010)認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組為碳酸鹽巖緩坡沉積,且蒸發(fā)巖發(fā)育;楊威等[16](2012)認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組為鑲邊臺(tái)地沉積,東部發(fā)育灘間海亞相,西部發(fā)育云坪亞相; 任影等[18](2015)將龍王廟組劃分為局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地、蒸發(fā)臺(tái)地和混積臺(tái)地4個(gè)相。川東地區(qū)已鉆井池7、貓1、座3、五科1、太和1井以及2018年完鉆的五探1井都說明川東地區(qū)寒武系龍王廟組具備良好的流體儲(chǔ)藏條件和油氣儲(chǔ)集性能,而且烴源巖和蓋層都比較發(fā)育,整體上天然氣成藏地質(zhì)條件優(yōu)越。
在前人研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)應(yīng)用新鉆探井五探1井鉆井資料結(jié)合座3井、城口羊絲橋、陜西鎮(zhèn)坪和陜西鎮(zhèn)巴撈旗河龍王廟組野外露頭和區(qū)域地質(zhì)測(cè)量報(bào)告[20]的相關(guān)資料,對(duì)開江——城口地區(qū)龍王廟組的巖石學(xué)特征進(jìn)行分析,深入和系統(tǒng)地研究沉積相類型和展布特征,為川東地區(qū)寒武系龍王廟組天然氣勘探提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。
開江——城口地區(qū)位于四川盆地東部,區(qū)域構(gòu)造上位于上揚(yáng)子板塊北緣南大巴山?jīng)_斷帶的東南段,屬于四川盆地和秦嶺造山帶的過渡帶,在城口——鎮(zhèn)坪推覆體南段(圖1)。該區(qū)跨秦嶺、揚(yáng)子兩個(gè)一級(jí)地層區(qū)劃范圍,工作區(qū)內(nèi),以高觀寺——鐘寶巨型沖斷為界,其北稱“陜南秦嶺地層分區(qū)”,其南稱“川東——鄂西地層分區(qū)”,出露自震旦紀(jì)以來除泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、白堊紀(jì)外的各時(shí)代沉積,研究區(qū)所在位置屬于“川東——鄂西地層分區(qū)”[20]。
川東地區(qū)前期鉆井資料較少,對(duì)龍王廟組的研究程度較淺,根據(jù)研究區(qū)內(nèi)最新完鉆井五探1井的資料,結(jié)合鄰區(qū)鉆井資料及盆地周緣野外露頭資料對(duì)龍王廟組特征進(jìn)行分析。龍王廟組頂界以粉晶白云巖與其上覆高臺(tái)組底部粉砂質(zhì)灰?guī)r分界,電性上表現(xiàn)為自然伽馬降低、電阻率升高的特征。底部以泥晶灰?guī)r與其下伏滄浪鋪組頂部的泥巖分界,電性上表現(xiàn)為自然伽馬升高、電阻率降低的特征。龍王廟組巖性主要為白云巖,底部發(fā)育少量石灰?guī)r(五探1井),膏鹽層、云質(zhì)粉砂巖(座3井),一般可二分(圖1)。
圖1 工區(qū)位置及下寒武統(tǒng)龍王廟組鉆井柱狀剖面圖(注:1 in=25.4 mm,1 ft=0.304 8 mm,下同)
巖相是鑒別碳酸鹽巖沉積相最基本和最有意義的標(biāo)志之一,也是最易觀察、最直接的環(huán)境參數(shù)。通過對(duì)五探1井巖心和巖屑、座3井巖屑及城口羊絲橋、城口黑風(fēng)廟、城口修齊、陜西鎮(zhèn)坪等剖面的詳細(xì)觀察和描述,從巖石的顏色、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀及沉積特征等,總結(jié)了開江——城口地區(qū)寒武系龍王廟組發(fā)育的主要巖相類型為:白云巖類、石灰?guī)r類、碎屑巖、石膏巖類。
1)白云巖類
主要包括晶粒白云巖、顆粒云巖、(殘余)鮞粒云巖、砂屑云巖、灰質(zhì)云巖、泥質(zhì)云巖等。
晶粒白云巖:白云石含量多大于90%,質(zhì)純。多為粉——細(xì)晶結(jié)構(gòu),見重結(jié)晶現(xiàn)象,晶體較臟,具有霧心亮邊結(jié)構(gòu),緊密接觸。部分粉晶云巖鏡下少量見石英晶體呈自形、半自形(圖2-a),有的泥-粉晶云巖中見它形晶石英晶體。該類巖性為低能環(huán)境沉積物,發(fā)育于局限臺(tái)地的潮坪環(huán)境。
顆粒云巖:顆粒間亮晶膠結(jié),有的見殘余顆粒幻影,微裂縫發(fā)育(圖2-b)。顆粒為砂屑和內(nèi)碎屑組成,占65%;顆粒間的亮晶膠結(jié)物占35%。顆粒多為泥晶方解石組成,也有部分白云石化。該類巖性為高能的灘相沉積物。
(殘余)鮞粒云巖:鮞粒大小不均,有的鮞變形嚴(yán)重,有的鮞粒未變形(圖2-c)。有的鮞粒為殘余結(jié)構(gòu),可見鮞?;糜?,鮞粒間見溶孔,見瀝青浸染。該類巖性為高能的灘相環(huán)境沉積物。
角礫云巖:角礫主要為內(nèi)碎屑,角礫大小相差懸殊,磨圓度較好,角礫排列具一定方向性(圖2-d),該類巖性為高能環(huán)境產(chǎn)物。
灰質(zhì)云巖:灰質(zhì)云巖,泥晶——粉晶結(jié)構(gòu),瀝青浸染,裂縫中充填硅質(zhì)和白云石(圖2-e)。該類巖性為靜水沉積物。
2)石灰?guī)r類
石灰?guī)r類主要發(fā)育在五探1井下部和盆地東北露頭中,主要包括灰?guī)r、顆?;?guī)r、鮞?;?guī)r、角礫灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r等。
灰?guī)r:多為泥晶結(jié)構(gòu),少量亮晶結(jié)構(gòu)。見少量石英晶體,石英晶體呈半自形——它形,見生物屑(圖2-f)。在地層中常見泥晶灰?guī)r與灰質(zhì)云巖互層,其間壓溶縫常見瀝青浸染。為低能環(huán)境產(chǎn)物。
圖2 開江——城口地區(qū)寒武系龍王廟組鏡下照片
顆?;?guī)r:顆粒為砂屑和糞球粒,亮晶膠結(jié),粒間縫有深色有機(jī)質(zhì),沿縫的顆粒有白云石化現(xiàn)象,顆粒大小0.04 mm左右,顆粒間微裂縫發(fā)育,充填白云石(圖2-g)。
鮞?;?guī)r:亮晶結(jié)構(gòu),總體上鮞粒大小不一,多有變形,有白云石化現(xiàn)象(圖2-h)。
角礫灰?guī)r:角礫為顆粒巖,顆粒有白云石化現(xiàn)象,礫間縫殘留瀝青,見生屑(圖2-i)。
砂屑灰?guī)r:在盆地周邊野外露頭多見,一般為顆粒結(jié)構(gòu),顆粒占70%,主要為砂屑,少量生物碎屑;泥晶基質(zhì)占30%。顆粒分選差,部分顆粒發(fā)生壓實(shí)變形。顆粒主要由亮晶方解石組成,發(fā)暗紅色光,少部分靠近縫合線的顆粒發(fā)生白云石化作用,白云石發(fā)紫紅色光;縫合線主要為泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填,不發(fā)光,見極少量高嶺石充填,發(fā)深藍(lán)色光(圖2-j)。
云質(zhì)灰?guī)r:泥晶結(jié)構(gòu),見生物屑,選擇性溶蝕現(xiàn)象明顯,順溶蝕溝白云石化,見膏溶孔。
3)碎屑巖類
主要為云質(zhì)砂巖、灰質(zhì)砂巖(圖2-k)。該類巖石為混積臺(tái)地沉積環(huán)境產(chǎn)物。分布于研究區(qū)西北方向的古隆起及邊緣地帶。
4)石膏巖類
座3井龍王廟組發(fā)育石膏巖以及云質(zhì)膏巖(圖2-l)。為干旱蒸發(fā)環(huán)境沉積物。
寒武系在川東主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混積陸棚相(臺(tái)地)、碳酸鹽巖陸棚相(臺(tái)地)[13-19]。碳酸鹽巖陸棚相又可細(xì)分為蒸發(fā)臺(tái)地、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地亞相以及其相應(yīng)的沉積微相(表1)。
表1 寒武系龍王廟組沉積相類型表
1)碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺(tái)地
混積臺(tái)地在寒武系發(fā)育,川東地區(qū)在不同地質(zhì)歷史時(shí)期混積陸棚發(fā)育的范圍不同,但是混積陸棚多發(fā)育在西北部,寒武系龍王廟組混積臺(tái)地亦不例外,其原因多與物源供給和海平面變化有關(guān)?;旆e臺(tái)地相在巖性上主要表現(xiàn)為粉砂巖(圖2-k)、頁(yè)巖、泥巖與白云巖、石灰?guī)r和石膏巖及它們的過渡巖類的不等厚互層(圖3)。
圖3 曾1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖
2)碳酸鹽巖臺(tái)地
碳酸鹽巖臺(tái)地是一個(gè)被淺海(陸表海)所覆蓋的、沉積水體很淺、地形平坦、坡度極小、范圍開闊且沒有陸源碎屑供應(yīng)的淺水碳酸鹽沉積環(huán)境。發(fā)育有開闊臺(tái)地亞相、局限臺(tái)地亞相和蒸發(fā)臺(tái)地亞相。
①開闊臺(tái)地
開闊臺(tái)地指海水循環(huán)較好、鹽度基本正常的淺海,水體能量一般較高,在淺水區(qū)常常發(fā)育生物礁和淺灘。寒武系開闊臺(tái)地亞相廣泛發(fā)育,在不同地質(zhì)歷史時(shí)期開闊臺(tái)地的分布范圍不同,開闊臺(tái)地多分布在東南部。開闊臺(tái)地相的巖性主要為顆?;?guī)r(砂屑灰?guī)r、鮞?;?guī)r、生屑灰?guī)r等)、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和泥頁(yè)巖等(圖2-c、f~j)。寒武系龍王廟組開闊臺(tái)地發(fā)育于東部,如城口地區(qū)(圖4)、陜西鎮(zhèn)坪寒武系龍王廟組為典型的開闊臺(tái)地亞相。根據(jù)沉積巖類型不同又可將開闊臺(tái)地亞相細(xì)分為顆粒灘和灘間海(開闊潮下)兩種微相類型。
②局限臺(tái)地
圖4 城口羊絲橋剖面寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖
局限臺(tái)地是指海水循環(huán)受限、鹽度不正常的淺海,水體能量一般較低,局部淺水地區(qū)有時(shí)發(fā)育淺灘。局限臺(tái)地相的巖性主要為泥晶——粉晶云巖、泥質(zhì)云巖、顆粒云巖(砂屑云巖、鮞粒云巖、生屑云巖等)、灰質(zhì)云巖、膏質(zhì)云巖(圖2-a~d)等。
局限臺(tái)地亞相 不同地質(zhì)歷史時(shí)期局限臺(tái)地的分布范圍不同,而且局限臺(tái)地不同于混積臺(tái)地和開闊臺(tái)地,局限臺(tái)地并不存在優(yōu)勢(shì)分布位置。宣漢——開江地區(qū)五探1井寒武系龍王廟組巖石鏡下觀察可見少量的石膏(圖2-b、e)和黃鐵礦分布,為典型的局限臺(tái)地相(圖5)。根據(jù)沉積物類型和測(cè)井曲線特征,可將局限臺(tái)地亞相細(xì)分為云質(zhì)潟湖、膏質(zhì)潟湖、膏云坪、云坪、灰云坪、云灰坪、顆粒(淺)灘等微相。
圖5 五探1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖
③蒸發(fā)臺(tái)地
蒸發(fā)臺(tái)地亞相多處于潮上帶或潮間帶上部,此區(qū)域常在海平面之上,僅在特大高潮或風(fēng)暴潮時(shí)才被水淹沒。蒸發(fā)臺(tái)地發(fā)育程度不均,在寒武系的龍王廟組有發(fā)育。研究區(qū)的蒸發(fā)臺(tái)地水動(dòng)力整體較弱、氣候干旱、蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,多形成準(zhǔn)同生白云巖、石膏為主的云坪、膏坪,偶發(fā)育風(fēng)暴成因的風(fēng)暴巖夾層。根據(jù)沉積物類型,將蒸發(fā)潮坪分為膏坪、云坪、泥云坪等。如座3井龍王廟組中上段發(fā)育大套的膏鹽巖(圖2-l,圖6)。
圖6 座3井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖
通過北西——南東向上的沉積相連井對(duì)比圖來看(圖7),從曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井一線的寒武系龍王廟組沉積相從混積臺(tái)地——局限臺(tái)地——開闊臺(tái)地逐漸過渡。曾1井為混積臺(tái)地相砂礫屑灘微相,馬深1井頂部發(fā)育顆粒灘,其下段為云坪、云灰坪。五探1井龍王廟組為局限臺(tái)地亞相,底部發(fā)育灰云坪微相,往上顆粒灘微相和云坪微相交替發(fā)育。廣探2井下部有顆粒灘微相發(fā)育。座3井和太和1井龍王廟中晚期發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地亞相膏云坪微相。東南角的秀山膏田一帶在龍王廟早中期為開闊臺(tái)地亞相,晚期為局限臺(tái)地亞相膏云質(zhì)泄湖微相。
根據(jù)白云巖、石灰?guī)r、膏鹽巖和碎屑巖的含量進(jìn)行沉積相類型劃分(馮增昭)[1]:白云巖含量50%以上為局限臺(tái)地,石灰?guī)r含量50%以上為開闊臺(tái)地,膏鹽巖含量50%以上為蒸發(fā)臺(tái)地,碎屑巖含量50%以上為混積臺(tái)地。除此,在碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部,顆粒碳酸鹽巖含量20%以上為灘體。
根據(jù)區(qū)塊鉆井及盆地周邊野外露頭龍王廟組巖石含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,白云巖的含量在區(qū)塊中部為50%以上,西北部與東部均低于50%。西北部的陜西鎮(zhèn)巴撈旗河和曾1井區(qū),巖性主要為碎屑巖,發(fā)育碎屑巖與碳酸鹽巖的混合沉積,為混積臺(tái)地相;區(qū)塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶云巖含量大于50%,為局限臺(tái)地相;以東地區(qū)區(qū)塊東部石柱——云陽(yáng)——城口至恩施——巫山——鎮(zhèn)坪一帶灰?guī)r含量大于50%,發(fā)育開闊臺(tái)地相;在長(zhǎng)壽——涪陵一帶,巖性以膏巖為主,為蒸發(fā)臺(tái)地相。從川東地區(qū)龍王廟組沉積相平面展布特征來看,盆地邊緣的城口——利川一線發(fā)育顆粒灘,宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布,其余大部分為云坪及灰云坪沉積微相(圖8)。
鮞粒灘、砂屑灘水體較淺、水動(dòng)力較強(qiáng),區(qū)內(nèi)比較發(fā)育,沉積后期間歇性暴露于大氣淡水環(huán)境,鮞?;?guī)r、砂屑灰?guī)r易發(fā)生白云石化和溶蝕作用,具備了形成孔隙性儲(chǔ)層的良好條件。川東地區(qū)龍王廟組膏鹽巖厚度可達(dá)數(shù)百米,封蓋能力較好,在平面上穩(wěn)定分布,對(duì)于龍王廟組的溶孔鮞粒白云巖、砂屑白云巖都是極好的區(qū)域性蓋層。因此,城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布,為川東下寒武統(tǒng)龍王廟組的儲(chǔ)層有利分布區(qū),可作為下一步油氣勘探參考。
圖7 曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井寒武系龍王廟組沉積相聯(lián)井對(duì)比圖
圖8 川東地區(qū)龍王廟組沉積相平面展布圖
1)川東地區(qū)寒武系龍王廟組主要發(fā)育白云巖類、石灰?guī)r類,局部發(fā)育石膏巖類及碎屑巖類,一般可二分。
2)川東地區(qū)寒武系龍王廟組主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺(tái)地、碳酸鹽巖臺(tái)地。碳酸鹽巖臺(tái)地又可細(xì)分為蒸發(fā)臺(tái)地、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地亞相以及其相應(yīng)的沉積微相。
3)平面上,區(qū)塊西北角曾1井一帶為碎屑巖和碳酸鹽混積臺(tái)地相;區(qū)塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶為局限臺(tái)地,區(qū)塊東部石柱——云陽(yáng)——城口至恩施——巫山——鎮(zhèn)坪一帶發(fā)育開闊臺(tái)地;在長(zhǎng)壽——涪陵一帶為蒸發(fā)臺(tái)地相。城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘發(fā)育,為油氣勘探的有利相帶。