蒲柏宇 張連進(jìn) 蘭雪梅 劉曦翔 王俊杰 文 雯 徐昌海

中國石油天然氣股份有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

近年來，以雙探1井為代表，川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊部署的多口探井在中二疊統(tǒng)棲霞組鉆遇厚層的孔隙型白云巖，并獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示了該地區(qū)棲霞組良好的勘探前景。據(jù)目前研究可知，棲霞組儲(chǔ)層的發(fā)育情況受沉積相控制明顯，即灘相的有利沉積環(huán)境是形成該套儲(chǔ)層的必要條件，因此對(duì)棲霞組沉積相特征的研究顯得尤為重要。前人對(duì)此做了大量研究：魏國齊認(rèn)為川西地區(qū)為碳酸鹽巖鑲邊臺(tái)地沉積體系，并對(duì)亞相類型進(jìn)行了總結(jié)[1]；宋章強(qiáng)等分析川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)多個(gè)露頭和鉆井剖面，提出棲霞組兼具碳酸鹽巖臺(tái)地和碳酸鹽巖緩坡沉積特征[2]；胡明毅等根據(jù)層序巖相古地理編圖分析認(rèn)為，四川盆地棲霞組主要發(fā)育淺水型碳酸鹽巖臺(tái)地沉積[3]；黃涵宇將整個(gè)四川盆地梁山組、棲霞組作為研究對(duì)象，并將其劃為3個(gè)三級(jí)層序，川西北地區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖開闊臺(tái)地以及臺(tái)地邊緣相[4]。雖然2019年的研究成果對(duì)川西北地區(qū)整體沉積相認(rèn)識(shí)趨于統(tǒng)一，但由于前人研究區(qū)域較大，致使對(duì)雙魚石區(qū)塊的灘體刻畫不夠精細(xì)，不能滿足現(xiàn)階段勘探開發(fā)的需要。特別是雙魚X131、雙魚X133井測(cè)試高產(chǎn)之后，對(duì)于雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積體系的進(jìn)一步精細(xì)研究更加迫切。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地中二疊統(tǒng)整體上是一套被動(dòng)大陸邊緣穩(wěn)定的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積。在中二疊世，四川盆地經(jīng)歷了一次大范圍的暴露剝蝕過程，二疊系底部的梁山組直接假整合于石炭系之上[5-8]。區(qū)域上梁山組為在石炭系古風(fēng)化殼上沉積的碳質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、夾石英砂巖透鏡體，含黃鐵礦、菱鐵礦及動(dòng)植物化石，為中二疊世海侵初期的濱岸潮坪沼澤沉積產(chǎn)物[9]。在研究區(qū)，梁山組下部地層為含黏土巖的黏土頁巖，局部富鋁土礦；上部地層為碳質(zhì)頁巖夾煤線或薄煤層。

其后，四川盆地及鄰區(qū)接受了棲霞期清水碳酸鹽巖臺(tái)地沉積。棲霞組主要由生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r組成，底部和頂部分別夾有碳質(zhì)頁巖和燧石結(jié)核，地層厚度由數(shù)十米至數(shù)百米，東部薄、西部厚，與下伏梁山組整合接觸[10-12]。習(xí)慣上，棲霞組被分為“白棲霞”和“黑棲霞”兩種相型，前者厚200 m左右，為淺色的灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，分布于米倉山及龍門山北段；后者的厚度42～255 m，由深色厚層生物碎屑灰?guī)r組成[13-15]。在研究區(qū)內(nèi)，棲霞組主要為“白棲霞”， 下部灰、深灰色中—厚層狀含生物碎屑粉、泥晶石灰?guī)r夾黑色薄層瀝青質(zhì)石灰?guī)r、泥質(zhì)泥晶石灰?guī)r、石灰質(zhì)泥巖；上部淺灰、灰白色厚層—塊狀粉晶、亮晶生物（屑）石灰?guī)r，中、上部不同程度發(fā)育豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖或晶粒白云巖。

2 沉積微相類型劃分

本次研究以野外剖面及巖心觀察描述、薄片和古生物鑒定為依據(jù)，結(jié)合測(cè)井相特征和區(qū)域構(gòu)造—沉積背景，對(duì)雙魚石區(qū)塊中二疊統(tǒng)棲霞組沉積相特征進(jìn)行研究，確定該地層單元屬于碳酸鹽巖臺(tái)地沉積體系。綜合巖石顏色、沉積結(jié)構(gòu)、層理構(gòu)造、巖石類型、古生物、測(cè)井響應(yīng)等典型相標(biāo)志的組合關(guān)系，劃分出開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣沉積相和臺(tái)緣灘、臺(tái)內(nèi)灘亞相及灘核、灘緣等眾多微相類型，其中雙魚石區(qū)塊主要發(fā)育臺(tái)地邊緣相（表1）。

表1 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊中二疊統(tǒng)棲霞組沉積體系劃分簡表

2.1 臺(tái)地邊緣相

位于開闊臺(tái)地與前緣緩斜坡之間的轉(zhuǎn)換帶，也是淺水沉積和深水沉積之間的變換帶，位于正常浪基面和平均海平面之間，水動(dòng)力作用強(qiáng)烈，是一種水體能量較高的沉積環(huán)境[16-18]。沉積物經(jīng)過充分篩選，以沉積顆?；?guī)r為主，發(fā)育臺(tái)地邊緣灘核、灘緣、灘間海微相。

臺(tái)地邊緣水深從20 m到高出水面，海水循環(huán)良好，氧氣充足，鹽度正常，但由于底質(zhì)處于移動(dòng)狀態(tài)，故不適于底棲固著型海洋生物棲息繁殖，因而僅發(fā)育臺(tái)地邊緣淺灘。該環(huán)境由于受到波浪和潮汐作用的共同控制，水動(dòng)力條件極強(qiáng)，主要堆積的是以顆粒占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的灘相沉積體。在研究區(qū)的臺(tái)地邊緣相中灘核巖性主要為分選好和具有亮晶膠結(jié)結(jié)構(gòu)的有孔蟲灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、復(fù)合顆?；?guī)r、白云巖等，在淺灘之間的低能帶沉積少量的微晶灰?guī)r和含顆粒微晶灰?guī)r；GR曲線形態(tài)以箱形為主，包含漏斗形、鐘形；成像測(cè)井中電阻率中—高，可見溶洞和低角度縫；地震剖面中呈現(xiàn)寬緩波谷特征，反映高能沉積環(huán)境（圖1）。

1）灘核微相：灘核微相為淺灘的主體，灰泥組分含量少，主要為分選好和具有亮晶膠結(jié)結(jié)構(gòu)的有孔蟲灰?guī)r、復(fù)合顆?；?guī)r、白云巖等。生物碎屑主要為有孔蟲，其次為藻類。巖性主要為晶粒白云巖，同時(shí)亮晶顆?；?guī)r發(fā)育，水動(dòng)力作用強(qiáng)。臺(tái)地邊緣灘核相的巖性、測(cè)井響應(yīng)特征、物性特征等詳細(xì)參數(shù)見表2、圖2。

2）灘緣微相：為淺灘的邊緣部位，水體能量較灘核弱，含有灰泥組分，巖性主要為亮晶生屑灰?guī)r、復(fù)合顆?；?guī)r、有孔蟲灰?guī)r和細(xì)—中晶白云巖，生物碎屑有蜓類、有孔蟲、雙殼、腹足、藻類、棘屑等，其中藻類以綠藻為主，少量紅藻。根據(jù)灘體顆粒差異又可以分出灘緣和藻屑灘。臺(tái)地邊緣灘緣相的巖性、測(cè)井響應(yīng)特征、物性特征等詳細(xì)參數(shù)見表3、圖3。

3）灘間海微相：水體能量較低，沉積物粒度細(xì)，巖性以灰、深灰色微晶灰?guī)r、含顆粒微晶灰?guī)r為主，含少量有孔蟲、雙殼類、腕足類、藻類等化石，局部含泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)較重。成像測(cè)井上水平層理特征明顯，以深灰色泥質(zhì)灰?guī)r為主，GR具有典型的高值特征。

圖1 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊臺(tái)地邊緣相綜合特征圖

表2 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊臺(tái)地邊緣灘核綜合參數(shù)表

圖2 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊臺(tái)地邊緣灘核相綜合圖

表3 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊臺(tái)地邊緣灘緣綜合參數(shù)表

圖3 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊臺(tái)地邊緣灘緣相綜合圖

2.2 開闊臺(tái)地相

開闊臺(tái)地指位于臺(tái)地邊緣礁、灘與局限臺(tái)地之間的廣闊海域。常位于浪基面之上，海底地形平坦，水深數(shù)米至數(shù)十米，海水循環(huán)良好，水動(dòng)力中等偏高，氧氣充足，含鹽度正常，適于生物生長[19-20]。研究區(qū)開闊臺(tái)地相以沉積微晶灰?guī)r、含生屑微晶灰?guī)r、微晶藻灰?guī)r和亮晶有孔蟲灰?guī)r為主，局部夾少量泥巖。生物碎屑包括有孔蟲、蜓類、海綿、腕足類、珊瑚、藻類等；測(cè)井曲線形態(tài)包含鋸齒形、漏斗形、鐘形，泥質(zhì)含量高；成像測(cè)井中清晰、致密、有規(guī)律的層理以及地震數(shù)據(jù)中的平行—亞平行中強(qiáng)振幅反射均反映其低能靜水環(huán)境（圖4）。根據(jù)開闊臺(tái)地沉積水體能量大小及顆粒類型可進(jìn)一步劃分為藻屑灘以及灘間海2個(gè)微相。

1）藻屑灘微相

該環(huán)境相對(duì)于生屑灘，水體略深，受到波浪和潮汐作用的影響偏弱，水動(dòng)力條件也偏弱，故沉積物中灰泥組分含量增多，主要是以微晶方解石膠結(jié)為主。巖性主要為微晶有孔蟲灰?guī)r、微晶藻灰?guī)r等。

2）灘間海微相：水動(dòng)力較弱，顆粒含量較少，顏色較深，巖石類型主要由深灰、灰黑、灰褐色泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r和泥巖組成，灰?guī)r中泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量較高，局部含有燧石結(jié)核。生物主要有藻類、有孔蟲、海百合、介形蟲等。

2.3 微相識(shí)別及特征

通過以上分析，建立測(cè)井相、巖相微相識(shí)別模板，將棲霞組劃分出4種亞相、5種微相（表4）。

根據(jù)上述沉積微相識(shí)別特征，開展9口井沉積微相分析，編制單井沉積相剖面圖，在單井相分析基礎(chǔ)上，對(duì)單井各微相的儲(chǔ)層厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，沉積微相中的儲(chǔ)層厚度：灘核＞灘緣＞藻屑灘＞灘間海（圖5、圖6）；對(duì)單井微相的孔隙度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)沉積微相孔隙度：灘核＞灘緣＞藻屑灘＞灘間海。得出臺(tái)緣灘核和灘緣微相為有利沉積微相類型，平均孔隙度大于2.5%，其中灘核為最優(yōu)勢(shì)微相，平均孔隙度達(dá)到了4.3%（圖7）。

圖4 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊開闊臺(tái)地相綜合特征圖

表4 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積微相識(shí)別表

圖5 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊單井灘核儲(chǔ)層厚度圖

圖6 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊單井灘緣儲(chǔ)層厚度圖

圖7 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊單井沉積微相物性對(duì)比圖

3 沉積微相縱橫向展布

3.1 單井及連井相剖面分析

根據(jù)以上微相劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)雙探7、雙探12等9口井的亞相及微相進(jìn)行劃分，結(jié)果表明：研究區(qū)棲霞組為臺(tái)地邊緣沉積環(huán)境，灘核、灘緣、藻屑灘和灘間亞相交替發(fā)育，主要以灘核和灘緣為主。棲霞一段主要發(fā)育灘間海夾藻屑灘亞相，巖性主要為局部泥質(zhì)含量較高的泥晶生屑灰?guī)r和泥晶藻灰?guī)r組合，局部夾薄層泥巖，生屑主要為有孔蟲、蜓類、腹足、珊瑚、腕足、藻類等；棲霞二段主要為灘核與灘間縱向演化序列，巖性主要為泥晶、亮晶有孔蟲灰?guī)r、白云巖和含生屑微晶灰?guī)r，生屑包括有孔蟲、藻類、腕足、腹足、棘屑等（圖8）。

雙探10—雙探101—雙魚132—雙魚001-1 雙探8井剖面呈東北—南西向展布，其沉積相橫向分布有如下特征：在棲霞早期，主要沉積一套厚層泥晶生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r以及少部分的含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r和顆?；?guī)r，整體上表現(xiàn)為水動(dòng)力較弱的灘間海為主，局部發(fā)育厚度10 m左右的灘間海微相；在棲霞晚期，海退逐漸加劇，水體變淺，臺(tái)地邊緣范圍擴(kuò)大，在巖性上，主要沉積一套淺灰色生屑灰?guī)r，灰白色白云巖以及少量的豹斑灰?guī)r，縱向上沉積微相表現(xiàn)為以灘相為主，主要為灘核及灘緣，灘體厚度約34～60 m，橫向連續(xù)性好，灘核與灘緣的疊置出現(xiàn)，反映高能的沉積環(huán)境，均為臺(tái)地邊緣環(huán)境的產(chǎn)物，灘體主要發(fā)育在棲二1，棲二2以灘間海為主（圖9）。

3.2 沉積模式

根據(jù)雙魚石區(qū)塊棲霞組單井及連井相剖面分析可知，棲霞一段與棲霞二段沉積環(huán)境差異較大，棲霞一段沉積環(huán)境水體較深，以灘間海沉積為主（圖10-a），有利微相灘核、灘緣縱向上主要分布在棲霞二段中、下部，橫向分布穩(wěn)定，厚度在15～30 m（圖10-b）。

圖8 雙探7井單井沉積微相劃分圖

圖9 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積微相連井剖面圖

圖10 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積相演化模式圖

3.3 古地貌及微相平面分布

由于研究區(qū)棲霞組厚度較薄，古地貌橫向變化特征不明顯，且在稀井網(wǎng)條件下常規(guī)沉積相研究方法的準(zhǔn)確性受到限制。為了更好地指導(dǎo)后續(xù)微相平面展布研究，本次研究提出趨勢(shì)面法恢復(fù)棲霞組古微地貌[21-22]（圖11），從棲霞期殘余厚度中剔除地層的趨勢(shì)厚度，能夠有效地突出古微隆起。具體做法如下：

1）印模法。求取棲霞組的厚度。

2）趨勢(shì)面。對(duì)印模法得到的棲霞組層位進(jìn)行大尺度平滑。

圖11 基于鑲邊臺(tái)地沉積模式的趨勢(shì)面法

3）趨勢(shì)面調(diào)整。在地震剖面上反復(fù)查看印模法層位和趨勢(shì)面層位，與肉眼觀察的古地貌正地形進(jìn)行逐條剖面比較，據(jù)此不斷調(diào)整平滑參數(shù)。當(dāng)觀察到趨勢(shì)面基本趨于平滑曲面，并能夠反映印模法層位的大致趨勢(shì)，則停止調(diào)整平滑參數(shù)。

4）古地貌恢復(fù)。趨勢(shì)面與印模法相減，即可得到二疊紀(jì)棲霞期沉積古微地貌圖。

采用趨勢(shì)面法得到雙魚石區(qū)塊二疊系棲霞組沉積期古地貌圖（圖12）。研究區(qū)棲霞組主要發(fā)育兩種地貌類型：①丘體，對(duì)應(yīng)于圖中的紅色部分，推測(cè)是灘體發(fā)育的有利位置；②洼地，對(duì)應(yīng)于圖中的藍(lán)色部分，推測(cè)是灘間洼地。整體上，研究區(qū)中部及東南部，丘體和洼地間隔發(fā)育，地貌高差較大。

在單井相、連井相、古微地貌、單因素厚度等值線圖等資料的有機(jī)結(jié)合下，采用特殊相法繪制雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積微相平面圖（圖13）。明確雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積微相以灘核、灘緣微相為主，面積523 km2，灘間微相呈零星團(tuán)狀分布在灘緣中。從最新井雙魚X131井、雙魚X133井的測(cè)試情況來看，兩口井均為高產(chǎn)，產(chǎn)氣量分別為123.97及142.51 104m3/d。從平面圖上來看，雙魚X131、雙魚X133井都處于灘核區(qū)，儲(chǔ)層發(fā)育最好，符合預(yù)測(cè)情況，說明本次研究的微相展布特征具有準(zhǔn)確性和可信度。

4 結(jié)論

圖12 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊二疊紀(jì)棲霞期古地貌恢復(fù)方法

圖13 川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組微相展布平面圖

1）根據(jù)巖心、測(cè)井曲線、成像測(cè)井等不同特征，建立微相識(shí)別模板，將研究區(qū)棲霞組細(xì)分為灘核、灘緣、臺(tái)緣灘間海、藻屑灘、臺(tái)內(nèi)灘間海5種微相。

2）臺(tái)地邊緣灘核相、灘緣相的儲(chǔ)層最發(fā)育，儲(chǔ)集物性好，為最有利沉積相帶，縱橫向發(fā)育連續(xù)。

3）應(yīng)用趨勢(shì)面法恢復(fù)雙魚石區(qū)塊棲霞組古地貌，并進(jìn)一步得出沉積微相平面展布特征，其中灘核、灘緣分布范圍廣，灘間海零星分布于灘緣之中，展示良好的勘探開發(fā)前景。