王文之 文 龍 姚 軍 李堃宇 和 源 周紅飛 聶 晶 李 亞

1. 中國石油天然氣股份有限公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2. 中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院

0 引言

2011 2012年中國石油西南油氣田分公司在四川盆地中部高磨地區(qū)震旦系燈影組、寒武系龍王廟組相繼取得戰(zhàn)略性大發(fā)現(xiàn)，有利區(qū)含氣面積達(dá)7500 km2。目前已鉆遇燈影組探井81口，探井主要集中在臺緣帶，以高石1井區(qū)燈四段為例，單層測試平均產(chǎn)能達(dá)32.0 104m3/d；而臺內(nèi)單層平均測試產(chǎn)能不足5.0 104m3/d。臺緣帶周緣獲得三級地質(zhì)儲量近10000 108m3，已探明5 000 108m3，勘探成效顯著。隨著勘探開發(fā)的深入，高磨地區(qū)臺緣帶已整體探明，其中臺內(nèi)有利區(qū)含氣面積達(dá)6 000 km2，含氣性好，但儲層厚度和品質(zhì)相對較差，鉆井結(jié)果以低產(chǎn)為主，因此亟待攻關(guān)臺內(nèi)有利“甜點(diǎn)區(qū)”的預(yù)測。深化燈影組優(yōu)質(zhì)儲層主控因素，進(jìn)一步明確優(yōu)質(zhì)儲層展布規(guī)律。筆者主要從高分辨率層序地層分析入手，利用可容納空間分析技術(shù)，綜合地質(zhì)、地震技術(shù)，建立川中地區(qū)燈影組層序格架，對燈影組沉積充填演化特征進(jìn)行解剖，探索這套古老碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層的分布規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 沉積構(gòu)造背景

川中高磨地區(qū)位于四川盆地川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)的威遠(yuǎn)至龍女寺構(gòu)造群，東至廣安構(gòu)造，西鄰?fù)h(yuǎn)構(gòu)造，南與川東南低陡構(gòu)造區(qū)相接，屬川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)向川東南高陡構(gòu)造區(qū)的過渡地帶。新元古代中期是Rodinia超大陸裂離的重要地質(zhì)時期，早期（陡山沱期）氣候變暖、冰川融化、海平面上升，發(fā)生大規(guī)模的海侵，除揚(yáng)子板塊西南緣的中滇古陸外，大部均被淹沒于海水之下，黔東—湘西—鄂中一線及其東南地區(qū)成為斜坡—盆地環(huán)境。在拉張背景環(huán)境下，安岳磨溪—高石梯與威遠(yuǎn)—資陽之間發(fā)育近南北向臺內(nèi)裂陷（圖1），前人稱之為“裂陷槽”[1]“侵蝕谷”[2-4]“拉張槽”[5]，對其成因的認(rèn)識存在一定差異，但對儲層發(fā)育有利區(qū)的研究結(jié)論較一致，即裂陷邊緣的燈影期臺緣帶是儲層有利發(fā)育區(qū)[5-7]。

川中高磨地區(qū)寒武系底界構(gòu)造于樂山—龍女寺古隆起的東端，是古隆起背景上的一個大型潛伏構(gòu)造，處于古今構(gòu)造疊合高部位。根據(jù)地震構(gòu)造處理解釋成果，川中高磨構(gòu)造格局總體輪廓表現(xiàn)為一個發(fā)育在樂山—龍女寺古隆起背景上的北東東向鼻狀隆起，由西向北東傾伏，南緩北陡，構(gòu)造呈多排、多高點(diǎn)的復(fù)式構(gòu)造特征。寒武系底界構(gòu)造主軸軸向北東東向，長度54.3 km，構(gòu)造寬度13.1 km，構(gòu)造圈閉主高點(diǎn)位于磨溪①號斷層上盤，高點(diǎn)海拔－4730 m，最低圈閉線海拔－4 930 m，圈閉面積465 km2，閉合高度200 m。由于構(gòu)造總體處于平緩帶上，因此顯示出多個構(gòu)造高點(diǎn)的特征（圖1）。

1.2 儲層及其分布特征

燈影組巖石類型可分為晶粒云巖、顆粒云巖和藻云巖3大類，富藻類云巖按形態(tài)可細(xì)分為層紋狀云巖、疊層狀云巖、泡沫狀云巖、藻團(tuán)塊云巖、核形石云巖等，顆粒云巖主要是凝塊狀云巖、砂屑云巖和粉屑云巖，其中主要儲集巖類為凝塊狀云巖、砂屑云巖中。上揚(yáng)子地臺經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，燈影組沉積期及沉積后經(jīng)歷的桐灣運(yùn)動對沉積和儲層產(chǎn)生了重要影響，特別是燈二段頂部、燈四段頂部向下100 m以內(nèi)是孔、縫、洞集中發(fā)育區(qū)，優(yōu)質(zhì)儲層主要集中在此段[6-10]。

圖1 川中高磨地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及寒武系底界構(gòu)造圖

從目前的鉆探資料看，川中地區(qū)燈影組儲層顯著特征有2點(diǎn)：①燈影組儲集巖類主要是隱藻類巖石，如凝塊石白云巖和砂屑白云巖；②燈影組儲集空間主要是小尺度的溶蝕孔洞，儲層類型以裂縫—孔洞型為主，凝塊石白云巖更容易發(fā)育中—小型溶洞，洞的大小介于2～5 mm，砂屑云巖則以孔為主，偶見溶洞。

燈影組儲層主控因素表現(xiàn)出與微生物丘相關(guān)的灘相特征，藻丘僅在巖心上可見，且燈四段發(fā)育程度遠(yuǎn)不及燈二段，藻丘亞相的儲層發(fā)育程度也低于灘相。其次，燈影組儲層分布規(guī)律有3個特征：①燈四段頂部發(fā)育一套區(qū)域性風(fēng)化殼，儲層呈層狀分布，厚度穩(wěn)定，一般介于20～50 m，是主要的產(chǎn)層；②燈四下亞段主要分布在高石梯地區(qū)，磨溪地區(qū)及臺地內(nèi)部燈四下亞段部儲層欠發(fā)育，未獲得工業(yè)氣流井；③燈二段儲層主要分布在頂部，受桐灣Ⅰ幕控制，發(fā)育1套區(qū)域性風(fēng)化殼，中下部儲層特征復(fù)雜，與丘相關(guān)的儲層主要發(fā)育在該段，橫向上連續(xù)性差，尚未掌握其在縱、橫向上的展布規(guī)律。

2 可容納空間分析技術(shù)及其應(yīng)用

一部分學(xué)者認(rèn)為可容納空間是指可供沉積的、潛在的沉積物堆積空間（Jervey，1988），其實(shí)不然，現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)者針對碎屑地層將可容納空間定義為“位于基準(zhǔn)面之下和地表之上，可供沉積物充填的全部空間”[11]，筆者認(rèn)為海相碳酸鹽巖的可容納空間位于基準(zhǔn)面與下伏沉積物之間，是可達(dá)到CaCO3過飽和的空間，并非水體越深可容納空間越大，因此不同相帶的可容納空間是不一樣的。對于碳酸鹽巖的沉積研究表明：通常單位時間內(nèi)臺緣帶的沉積速率最快，可容納空間最大，其次是濱岸帶、潟湖，斜坡和盆地的可容納空間最小。

層序劃分的難點(diǎn)是層序界面的識別及類型的劃分，傳統(tǒng)方法受個人經(jīng)驗(yàn)和資料豐富程度影響較大。筆者利用可容納空間分析技術(shù)，確定層序界面的位置和相對級別，并利用該模型“標(biāo)定”地震層序界面，建立層序格架，在層序格架內(nèi)研究不同時期的沉積趨勢，還原高磨地區(qū)燈影組沉積充填過程，從而揭示各相帶在平面上的展布、遷移及演化規(guī)律，最終為完成區(qū)帶評價(jià)提供理論依據(jù)。

眾所周知，由于全球海平面的升降是同步的，因此以1個完整海平面的升降周期作為1個時間單元是實(shí)現(xiàn)層序劃分的最佳原則，以便進(jìn)行區(qū)域上或全球?qū)崿F(xiàn)地層等時對比。通常以一個完整的海平面升降作為1個三級層序[12-14]。經(jīng)典層序地層學(xué)曾總結(jié)出控制層序形成與發(fā)育的4大要素為構(gòu)造沉降、海平面升降、沉積物供給與古氣候變化，不僅抽象，而且控制因素過多且不明確，操作性也不強(qiáng)，難以簡便地實(shí)現(xiàn)層序劃分。實(shí)際上這些要素綜合作用的結(jié)果就是反映在可容納空間的演化過程[15-17]，這一構(gòu)想為可容納空間實(shí)現(xiàn)計(jì)算提供了可能，而層序界面發(fā)育的位置總是位于可容納空間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這就極大規(guī)范層序界面識別的標(biāo)準(zhǔn)和方法。

2.1 利用測井模擬可容納空間升降模型

筆者在野外露頭研究的基礎(chǔ)上，利用測井?dāng)?shù)據(jù)編制可容納空間升降模型，并結(jié)合地質(zhì)、測井、地震手段綜合研究，多學(xué)科聯(lián)合確定層序界面，以確保研究結(jié)論的科學(xué)性，最終實(shí)現(xiàn)了燈影組高分辨率層序地層劃分與對比，為沉積相帶展布、有利勘探區(qū)帶預(yù)測奠定了基礎(chǔ)[18-19]。利用測井曲線計(jì)算可容納空間變化趨勢來劃分和預(yù)測層序界面發(fā)育的位置，相較于傳統(tǒng)方法具諸多優(yōu)點(diǎn)：①不需要大量巖心，因而成本低、操作簡單；②不用做大量的地球化學(xué)分析，故效率高、適應(yīng)性強(qiáng)；③精度高，可為多級層序劃分提供依據(jù)。缺點(diǎn)是仍具有一定的多解性，需要積累一定的樣本點(diǎn)，此外，所得砂泥巖地層層序界面有一定的失真，需要做壓實(shí)量矯正。

以川中地區(qū)高石1井震旦系燈影組為例（圖2），可容納空間變化曲線在燈三段底、寒武系底發(fā)生2次明顯負(fù)飄，與穩(wěn)定碳氧同位素結(jié)構(gòu)一致，正好與桐灣Ⅰ、Ⅱ幕兩次區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動吻合。進(jìn)一步研究表明：以燈底、桐灣Ⅰ、Ⅱ幕作為二級層序界面，二級層序?qū)有蚪缑媸且宰畲筘?fù)飄點(diǎn)，即海平面下降到最低位置作為一個層序的結(jié)束和另一個層序的開始。整體上，燈影期海平面升、降呈現(xiàn)2個大尺度旋回，內(nèi)含4個次一級旋回。綜合前人的研究認(rèn)識[1]，可劃分為2個二級層序、4個三級層序。

在二級層序格架內(nèi)，由下至上，第1個二級層序（燈一、二段）經(jīng)歷了緩慢海侵，快速海退，在這樣的沉積旋回背景下，有利于燈二早—中期發(fā)育大量藻丘等微生物巖；第2個二級層序（燈三、四段），受桐灣一幕構(gòu)造運(yùn)動影響，經(jīng)歷了快速海侵，緩慢海退的過程，在這樣的沉積旋回背景下，不利于藻丘等微生物巖穩(wěn)定建造，但有利于灘體的沉積及早期的暴露和溶蝕。

圖2 川中地區(qū)高石1井震旦系燈影組層序格架柱狀圖（注：1 ft=0.304 8 m）

在三級層序格架內(nèi)，可識別出4個完整的三級層序。新發(fā)現(xiàn)燈二期、燈四期各發(fā)育1次較大規(guī)模的海退，在區(qū)域上具備發(fā)育4套規(guī)?；瘍拥某练e背景。利用可容納空間升降曲線標(biāo)定過井剖面（圖3），首先輔助識別各級層序的界面，以完成界面級別和類型的識別；然后明確二、三級層序界面及最大海泛面，完成三級層序格架下個體系域的劃分；最終為下一步在層序格架內(nèi)選擇合理的編圖單位，結(jié)合單井資料，編制古地貌圖、沉積相，為區(qū)帶評價(jià)奠定基礎(chǔ)[20-21]。

2.2 利用可容納空間曲線標(biāo)定地震層序界面

高石1井燈影組可容納空間模型的分析表明，在縱向上，可劃分4個三級層序，沉積層序與地質(zhì)特征、地震響應(yīng)特征對應(yīng)關(guān)系良好（圖3）。SQ1整體上可容納空間緩慢正飄，表現(xiàn)出緩慢海侵的特點(diǎn)，在燈二段中部發(fā)育一次短暫負(fù)飄，對應(yīng)短暫的海退，形成Ⅱ型層序界面，在地震剖面上形成斷續(xù)的強(qiáng)反射特征，剖面上基本可連續(xù)追蹤，而高石梯東部表現(xiàn)為強(qiáng)烈的進(jìn)積特征，高石梯西側(cè)則以平行反射為主（圖3）；SQ2基本繼承了前期的旋回特征，仍然是可容納空間緩慢正飄，對應(yīng)緩慢海侵，中晚期表現(xiàn)出強(qiáng)烈的負(fù)飄，對應(yīng)燈二段頂界，即桐灣Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動，臺地整體暴露，形成Ⅰ型層序界面；SQ3整體表現(xiàn)出快速正飄，達(dá)到最大海泛面后，可容納空間表現(xiàn)出緩慢負(fù)飄，即緩慢海退，在高石梯主體區(qū)表現(xiàn)出大量進(jìn)積現(xiàn)象，其頂界為斷續(xù)強(qiáng)反射特征；SQ4整體表現(xiàn)為緩慢海侵快速海退，緩慢海侵的超覆現(xiàn)象主要發(fā)育在磨溪地區(qū)（圖4），由于高石梯古地貌高而缺失這套海侵體系域的早期沉積地層，高石梯僅保留SQ4高水位體系域地層，晚期表現(xiàn)為強(qiáng)烈的負(fù)飄，對應(yīng)燈四頂界，即桐灣Ⅱ幕區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動，上揚(yáng)子地區(qū)整體暴露，形成Ⅰ型層序界面，在地震上可連續(xù)追蹤?？傊?，地震上清晰記錄到SQ1、SQ3高水位體系域下發(fā)育的進(jìn)積特征，SQ2、SQ4海侵體系域下超覆特征，地質(zhì)與地震響應(yīng)特征對應(yīng)良好。

圖3 川中地區(qū)過高石1井時間剖面圖（拉平寒武系底）

圖4 過磨溪22 高石7井高磨三維疊前時間剖面圖（拉平龍王廟組底界）

3 各期臺緣帶展布特征及意義

利用高磨地區(qū)13塊三維地震資料，結(jié)合大量探井資料，初步落實(shí)燈影組4期臺緣帶在高磨地區(qū)的展布特征（圖5）?？v向上，各期臺緣帶具有一定的繼承性，因此有部分疊置的特征；橫向上，燈二段與燈四段2期內(nèi)幕臺緣帶（SQ1、SQ3）均呈東西向展布為主，北部邊界受磨溪①號斷層控制，受古地貌和古海平面雙重控制；燈二段與燈四段頂界的晚期臺緣帶（SQ2、SQ4）以南北向展布為主，受區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動作用控制，主要分布在德陽—安岳陷裂陷周緣。

圖5 研究區(qū)內(nèi)SQ3期臺緣帶前的角礫巖、高石梯暴露標(biāo)志及古侵蝕面證據(jù)圖

SQ1臺緣帶受古地貌和海平面升降雙重控制，研究區(qū)東南至西北沉積格局主要表現(xiàn)為臺坪亞相→顆粒灘亞相→潟湖亞相。顆粒灘亞相主要分布在高石梯東，呈北東向展布，臺緣帶北部邊界受磨溪①號斷層控制，向龍女寺地區(qū)延伸，三維區(qū)內(nèi)有利勘探面積500 km2；SQ2臺緣帶受桐灣Ⅰ幕區(qū)域性構(gòu)造抬升作用控制，研究區(qū)沉積相帶呈南北向展布，由西向東整體表現(xiàn)為顆粒灘亞相→臺坪亞相。顆粒灘亞相呈反“C”字形展布，有利勘探面積約1 300 km2；SQ3臺緣帶展布特征與SQ1類似，受古地貌和海平面升降雙重控制，研究區(qū)東西至西北沉積格局主要表現(xiàn)為臺坪亞相→顆粒灘亞相→陸棚相。顆粒灘亞相主要分布在高石梯主體區(qū)與磨溪主體區(qū)之間，呈近東西向展布，北邊界同樣受磨溪①號斷層控制，并沿磨溪①號斷層向龍女寺地區(qū)延伸，三維區(qū)內(nèi)有利勘探面積1 200 km2；SQ4臺緣帶受桐灣Ⅱ幕區(qū)域性構(gòu)造抬升作用控制，與SQ2沉積格局相似，呈東西向展布，三維區(qū)內(nèi)有利勘探面積達(dá)1500 km2?？傊?，高石梯與磨溪之間發(fā)育4期灘體，磨溪主體區(qū)與高石梯東只發(fā)育2期灘體，為下一步選區(qū)選帶奠定基礎(chǔ)。

目前鉆井已證實(shí)SQ2、SQ4臺緣帶的存在，SQ3臺緣帶前大量角礫巖及古侵蝕面等證據(jù)也間接證實(shí)SQ3臺緣帶真實(shí)存在（圖6），但由于SQ1臺緣帶埋深最大，鉆井及地質(zhì)資料較少，尚未證實(shí)。此外，川中燈影組SQ4臺緣帶已基本探明，SQ2、SQ3臺緣帶在高石梯地區(qū)已基本探明，臺內(nèi) SQ3臺緣帶、SQ1臺緣帶尚未有鉆井部署，這2期臺緣帶在龍女寺地區(qū)部分疊置，可立體勘探，是下一步風(fēng)險(xiǎn)勘探的重要領(lǐng)域。

圖6 高磨地區(qū)震旦系燈影組4期臺緣帶沉積相展布圖

4 結(jié)論

1）可容納空間分析技術(shù)可作為一種地質(zhì)與地震融合的“橋梁”，利用該技術(shù)“標(biāo)定”地震剖面，識別層序界面的類型和相對級別，建立高分辨率層序地層格架，分析沉積橫向上的沉積趨勢，發(fā)現(xiàn)臺內(nèi)“隱蔽”的有利相帶，為尋找碳酸鹽巖臺地內(nèi)部“甜點(diǎn)”提供了一種新的途徑。

2）明確燈影組發(fā)育4次完整的海平面升降，在高磨地區(qū)發(fā)育4期臺緣帶，其中SQ1、SQ3隱藏在碳酸鹽巖臺地內(nèi)部，識別難度極大。目前鉆井已證實(shí)SQ2、SQ4臺緣帶發(fā)育規(guī)模化儲層，臺內(nèi)尚未有鉆井證實(shí)SQ1和SQ3臺緣帶發(fā)育，新認(rèn)識有利于拓展碳酸鹽巖臺地內(nèi)部的油氣勘探領(lǐng)域。

3）通過構(gòu)建燈影組沉積層序結(jié)構(gòu)，分析燈影組的沉積充填和變遷特征，揭示德陽—安岳古裂陷的邊緣帶具有沉積型臺緣的特征，表明燈影組儲層的發(fā)育和展布雖然有強(qiáng)烈的巖溶影響，但沉積相依然是控制有利儲層發(fā)育區(qū)的最關(guān)鍵因素，多期臺緣帶是下一步勘探的重要方向。