谷明峰，李文正，鄒 倩，周 剛，張建勇，呂學(xué)菊，嚴 威，李堃宇，羅 靜

1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室；3中國石油勘探開發(fā)研究院；4中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院；5中國石油西南油氣田公司川西北油氣礦

0 前 言

近年來，四川盆地震旦系—寒武系的油氣勘探主要聚焦于震旦系燈影組、寒武系龍王廟組，并在川中古隆起的高石梯—磨溪地區(qū)獲得天然氣勘探的重大突破［1-4］。中—上寒武統(tǒng)洗象池組作為重要的后備勘探領(lǐng)域和接替層系，自1966年威12井中途測試獲得突破后，僅在威遠地區(qū)獲得天然氣探明儲量85.08×108m3。就整個四川盆地而言，洗象池組勘探程度相對較低。

前人對洗象池組層序地層、巖相古地理與儲層特征進行了大量研究，認為四川盆地洗象池組沉積期發(fā)育碳酸鹽臺地，局部發(fā)育顆粒灘沉積，經(jīng)沉積期及風(fēng)化期巖溶作用可形成儲層，但在層序劃分方案［5-7］、顆粒灘有利區(qū)的分布［6-8］、儲層主控因素［8-9］等方面仍存在分歧，這制約了針對洗象池組的油氣勘探部署。本文在觀察野外露頭、巖心和薄片的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲層地球化學(xué)特征，綜合鉆井、地震資料，對洗象池組沉積演化、儲層成因開展了系統(tǒng)的研究，以期厘清古環(huán)境與儲層發(fā)育的潛在聯(lián)系，為評價與預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層提供地質(zhì)依據(jù)，為下一步勘探指明方向。

1 巖相古地理特征

四川盆地中—上寒武統(tǒng)洗象池組為一套海相碳酸鹽沉積，巖性以淺灰色、灰色、灰黃色白云巖、泥質(zhì)白云巖為主，局部含砂質(zhì)，夾鮞粒白云巖及硅質(zhì)條帶或結(jié)核。洗象池組沉積期受加里東期古隆起及海平面早期快速海侵和晚期緩慢海退［6］的影響，呈現(xiàn)西北高、東南低的沉積格局，地層厚度西北薄、東南厚［10］（圖1），表現(xiàn)為填平補齊的特征，古地勢低洼區(qū)沉積厚度遠大于地勢高區(qū)。洗象池組在川北南江、旺蒼、廣元及川西北龍門山前緣一帶缺失，樂山、威遠、自貢、龍女寺一帶厚度介于100～300 m，鄰水、永川一帶厚約500 m，重慶地區(qū)的臨7井—座3井一帶為盆地內(nèi)沉積中心，厚度可達800 m，至盆地東南邊緣石柱、南川一帶厚度為600～700 m，川東秀山—永順地區(qū)甚至超過1000 m。

圖1 四川盆地洗象池組地層殘余厚度圖Fig.1 Residual thickness map of Xixiangchi Formation in Sichuan Basin

通過野外剖面、巖心與薄片觀察及鉆井資料分析，認為上揚子區(qū)洗象池組整體為鑲邊臺地沉積，臺地邊緣在現(xiàn)今湖南與城口—鄂北地區(qū)。沉積環(huán)境橫向變化較大，西部靠近古陸發(fā)育混積潮坪，向東逐漸過渡到清水碳酸鹽臺地，自西向東（由陸向海）依次發(fā)育混積潮坪、云坪、臺地、臺地邊緣、斜坡—盆地（圖2）。臺緣帶主要分布在大庸—永順一帶，發(fā)育巨厚顆粒灘相沉積；城口—鄂西斷裂以北、永順—大庸以東為斜坡相沉積，發(fā)育斜坡角礫灰?guī)r（圖3a），局部見膏質(zhì)潟湖亞相（圖3b）。四川盆地內(nèi)部主要為碳酸鹽臺地相，可進一步劃分為臺內(nèi)洼地、顆粒灘、云坪等亞相。合川—廣安與南川—石柱地區(qū)發(fā)育2條臺內(nèi)顆粒灘帶，重慶—梁平一帶發(fā)育臺內(nèi)洼地，呈北東—南西向展布，洼地邊緣發(fā)育顆粒灘。

潮坪相主要分布在川西北及川西南一隅，受加里東運動抬升剝蝕的影響，川中地區(qū)殘存較少，呈窄條帶狀展布。潮坪相沉積處于局限臺地向陸側(cè)海岸帶，為地形平坦，隨潮汐漲落而周期性淹沒、暴露的環(huán)境。巖性以粉砂質(zhì)泥—粉晶白云巖、泥灰質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)泥晶白云巖為主，為陸源碎屑和清水碳酸鹽的混合沉積，發(fā)育羽狀層理（圖3c）、交錯層理（圖3d）等典型相標志。

顆粒灘相主要分布在合川—廣安與習(xí)水—石柱一帶，發(fā)育于臺洼邊緣坡折帶上的古地貌高地，沉積水體能量較高，受潮汐和波浪作用的持續(xù)影響，發(fā)育多種顆粒巖，如砂屑白云巖（圖3e，3f）、鮞粒白云巖（圖3g，3h）、礫屑白云巖（圖3i）等。

灘間海位于局限臺地內(nèi)顆粒灘之間，水體環(huán)境相對閉塞、安靜，以沉積細粒物質(zhì)為主，沉積灰色—深灰色紋層狀泥—粉晶白云巖夾少量顆粒白云巖，伽馬曲線形態(tài)平直，略有起伏。

圖2 四川盆地洗象池組巖相古地理圖Fig.2 Lithofacies paleogeographic map of Xixiangchi Formation in Sichuan Basin

臺內(nèi)洼地沉積主要分布在重慶—梁平一帶，水體環(huán)境半封閉，能量低，沉積厚度大，以紋層狀泥質(zhì)泥晶白云巖、粉晶白云巖為主，夾風(fēng)暴作用形成的薄層砂屑白云巖。膏質(zhì)潟湖相（圖3b）主要分布在川東北巫溪及川南金沙地區(qū)（圖2）。

川東北城口地區(qū)與川東南永順—大庸地區(qū)發(fā)育臺緣相沉積，主要為厚層顆粒巖，呈窄相帶展布。斜坡相與其相鄰，主要分布在城口—鄂西斷裂以北、大庸—永順以東，發(fā)育斜坡角礫灰?guī)r，如界梁剖面（圖3a）。

前人研究表明：四川盆地寒武紀為穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育時期，整體呈西高東低的沉積格局［11］。早寒武世龍王廟期為蒸發(fā)環(huán)境下的緩坡沉積模式，臺地內(nèi)部梁平—重慶地區(qū)發(fā)育蒸發(fā)鹽盆［1］，表明發(fā)生了海退與海水咸化。中寒武世高臺期盆地仍為西北高、東南低的沉積格局，海退繼承性發(fā)展，古陸擴大，盆地中西部沉積物中陸源碎屑增多，為混積潮坪相；向東局限臺地繼承性發(fā)展，在永順地區(qū)形成碳酸鹽巖障壁；臺地內(nèi)部梁平—重慶地區(qū)因海水變淺、進一步濃縮咸化，使得蒸發(fā)鹽盆范圍擴大（圖4）。中晚寒武世洗象池期繼承了西北高、東南低，并且盆地腹部發(fā)育蒸發(fā)鹽盆的古地理格局，在其沉積早期發(fā)生了快速的大規(guī)模海侵，使得四川盆地被大范圍分布的局限臺地相所覆蓋（圖2），臺地內(nèi)蒸發(fā)濃縮的封閉環(huán)境演變?yōu)殚_放—半開放環(huán)境，梁平—重慶地區(qū)從蒸發(fā)膏鹽盆，轉(zhuǎn)變?yōu)榕_內(nèi)洼地沉積（圖4）。受古地貌控制，臺洼兩側(cè)水體能量較高，發(fā)育高能顆粒灘帶。

2 儲層特征及主控因素

2.1 儲層特征

基于野外露頭、巖心及薄片觀察，可將洗象池組儲層的巖性劃分為3類：顆粒白云巖（圖5a—5c）、晶粒白云巖（圖5d—5e）和藻白云巖（圖5f）。洗象池組儲層孔隙類型包括溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔和裂縫。

圖3 四川盆地洗象池組沉積相標志的野外露頭和鏡下微觀照片F(xiàn)ig.3 Field outcrop and microscopic photos showing sedimentary facies markers of Xixiangchi Formation in Sichuan Basin

溶蝕孔洞是洗象池組最主要的儲集空間，在上述3種巖石中均較為發(fā)育。受準同生溶蝕、表生巖溶和埋藏溶蝕作用的多重影響，溶蝕孔洞的洞徑一般在2mm以上，最大可達12mm。在野外剖面及巖心上，溶蝕孔洞常順層或順層理分布（圖5c），亦可見滲流粉砂，裂縫中充填黃鐵礦或巨晶白云石（圖5d）。

粒間孔主要發(fā)育在顆粒白云巖中，其孔徑大小與粒徑密切相關(guān)，在巖心與露頭上常呈針孔狀?？讖酱笮?.02～0.20mm，鏡下呈不規(guī)則多邊形，多見殘余粒間孔與擴溶孔，面孔率可達5%～8%（圖5a，5b）。

晶間孔主要指白云石晶體之間的孔隙，發(fā)育在晶粒白云巖中（圖5e）?？讖酱笮〗橛?.001～0.01mm，孔隙形態(tài)不規(guī)則，多呈三角形、多邊形或溶蝕港灣狀，雜亂分布，其中可見瀝青充填。

裂縫類型包括因構(gòu)造破裂作用與埋藏溶蝕而形成的構(gòu)造縫、溶蝕縫。構(gòu)造縫發(fā)育受構(gòu)造部位和斷層控制，多見溶蝕縫伴隨酸性流體的溶蝕作用，可見裂縫相互交叉，并連接孔隙，這可提高先期孔洞的溝通能力，有利于儲層物性的改造［12］。

洗象池組白云巖儲層物性不均，對四川盆地典型取心井及野外露頭樣品的物性統(tǒng)計如表1所示：1 554個柱塞樣品的孔隙度小于19.18%，平均為3.46%，孔隙度集中分布在2%～5%之間；1402個樣品的滲透率分布在（0.000 001～419.0）×10-3μm2之間，平均為0.99×10-3μm2。 林怡等［13］對全盆地樣品孔滲關(guān)系的分析表明：洗象池組儲層具有雙重介質(zhì)性質(zhì)，孔滲關(guān)系總的相關(guān)性不好，具有明顯的裂縫參與滲流的特征，其儲層類型為裂縫-孔隙型。

圖4 四川盆地磨溪12—磨溪8—高石16—合探1—座3—焦石1—秀山高東廟寒武紀沉積演化剖面（剖面位置見圖2）Fig.4 Cambrian sedimentary evolution section of Moxi 12—Moxi 8—Gaoshi 16—Hetan 1—Zuo 3—Jiaoshi 1—Gaodongmiao in Sichuan Basin（section position is shown in Fig.2）

圖5 四川盆地洗象池組儲層巖性及儲集空間特征Fig.5 Reservoir lithology and spatial characteristics of Xixiangchi Formation in Sichuan Basin

表1 四川盆地洗象池組巖心及露頭樣品物性統(tǒng)計Table 1 Physical property statistics of core and outcrop samples of Xixiangchi Formation in Sichuan Basin

整體來說，洗象池組儲層雖然與龍王廟組具有相似的巖石類型與儲集空間，但是其物性總體表現(xiàn)為低孔低滲的特征，相比龍王廟組物性較差［14］。

2.2 儲層發(fā)育特征

研究表明，縱向上洗象池組儲層一般發(fā)育在地層旋回的中上部。洗象池組顆粒白云巖儲層縱向上具有2種疊加類型：一種是多期顆粒灘縱向的直接疊置，形成巨厚儲層，巖性以顆粒白云巖為主，溶孔溶洞極其發(fā)育；另一種是單旋回顆粒灘的縱向疊加，儲層厚度相對較薄，下部發(fā)育灰色中—厚層砂屑白云巖，厚1～6 m，溶孔溶洞較發(fā)育，向上變?yōu)楸幽噘|(zhì)泥晶白云巖，頂部可見泥裂紋［8］。

2.3 儲層主控因素

2.3.1 顆粒灘是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

一般而言，高能沉積體（灘）發(fā)育在地貌高部位淺水沉積區(qū)，早期易受大氣淡水影響，有利于孔隙的形成。也就是說，沉積相控制顆粒灘的展布，而顆粒灘是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。野外露頭、鉆井資料及測井解釋結(jié)果表明，盆地內(nèi)洗象池組儲層主要發(fā)育在臺內(nèi)顆粒灘亞相。除出露不全的華鎣山李子埡剖面（儲層厚17.3 m）外，臺內(nèi)顆粒灘儲層一般厚43.75～136 m，巖性以顆粒白云巖、晶粒白云巖為主，發(fā)育溶蝕孔洞、粒間孔與晶間孔［8］。

2.3.2 準同生溶蝕是形成溶蝕孔洞的關(guān)鍵因素

海平面下降引起的準同生大氣淡水淋濾溶蝕作用是洗象池組顆粒灘形成大量溶蝕孔洞的關(guān)鍵因素，本文以重慶南川三匯剖面為例進行論述。

高頻旋回是海平面變化最直觀的反映，而碳同位素組成與海平面變化具有關(guān)聯(lián)性［15-19］，因此可利用碳同位素演化來刻畫碳酸鹽巖地層的高頻旋回，進而尋找其與儲層發(fā)育的關(guān)系。為了探討碳同位素與儲層發(fā)育的關(guān)系，本文針對三匯剖面旋回性較好的15—17小層進行了精細取樣，并進行碳同位素分析，結(jié)果如圖6所示：15—17小層共發(fā)育5個向上變淺的高頻旋回，每個旋回中的碳同位素值從底部向頂部逐漸減??；相應(yīng)地，旋回底部為薄層深灰色泥晶白云巖，一般厚5～30 cm，向上單層厚度逐漸增大，顏色變淺，逐漸變?yōu)榉劬О自茙r及顆粒白云巖，含砂屑、藻屑等，頂部可見薄層砂質(zhì)泥晶白云巖，厚30 cm左右，并發(fā)育暴露標志的干裂紋；另外，在旋回的下部，溶蝕孔洞少量發(fā)育，而在旋回的中上部，溶蝕孔洞則極其發(fā)育（圖6）。

洗象池組沉積期發(fā)生了多次海平面下降，導(dǎo)致碳同位素演化具有多旋回負漂的特征，由此造成了碳酸鹽巖地層的多旋回特征，同時形成了縱向上的多套儲層，而且儲層多發(fā)育在旋回的上部［20］。這是因為高位期海平面下降導(dǎo)致灘體暴露，處于古地貌高部位的灘體大面積、長時期暴露，形成大量溶蝕孔洞，因此儲層物性較好。但是，位于古地貌低處的灘體或灘帶翼部因短暫暴露或未暴露，溶蝕孔洞不發(fā)育，膠結(jié)作用強，儲層物性較差。

2.3.3 表生巖溶作用有效改善了儲集性能

圖6 重慶南川三匯剖面洗象池組15—17小層儲層發(fā)育柱狀圖Fig.6 Column showing the reservoir development in No.15－17 sublayers of Xixiangchi Formation in Sanhui outcrop of Nanchuan,Chongqing

加里東末期構(gòu)造運動強烈，地層抬升并遭受剝蝕，致使川中—川西地區(qū)洗象池組部分缺失或直接出露，存在剝蝕天窗，與上覆地層之間發(fā)育顯著的大型角度不整合，從而發(fā)育古風(fēng)化殼，具有層間不平整的剝蝕或溶解面、溶解裂隙及與之連通的巖溶洞穴等古巖溶特征［21］。表生期巖溶作用主要發(fā)生在樂山—龍女寺古隆起周圍，該期巖溶作用的持續(xù)時間較長，可能一直持續(xù)到早二疊世，使得沿樂山—龍女寺古隆起剝蝕區(qū)及有斷裂溝通地表的區(qū)域巖溶作用較強，在古隆起核部及斜坡的局部地區(qū)形成大規(guī)模巖溶地貌，可形成孔隙型灘相巖溶儲層，并見溶塌角礫巖、黃鐵礦充填等，這些現(xiàn)象在安平1井、威寒1井、廣探2井等鉆井巖心中及磨溪23井成像測井中均可見到。

3 有利儲層分布及區(qū)帶評價

上述分析表明：顆粒灘的分布是控制儲層發(fā)育的基礎(chǔ)因素，它控制著儲層發(fā)育的期次和平面展布；準同生溶蝕作用是形成主要儲集空間的關(guān)鍵；表生巖溶作用可有效改善儲層的物性。

洗象池組沉積時期繼承了龍王廟組與高臺組沉積期的古地理格局，發(fā)育梁平—重慶臺洼，臺洼兩側(cè)的合川—廣安與南川—石柱一帶古地貌高部位為有利灘相儲層發(fā)育區(qū)。地震剖面上，洗象池組灘相儲集體的反射特征為斷續(xù)、中強波峰，因此利用二維地震和三維地震資料，結(jié)合已鉆井及測井相，對川中地區(qū)洗象池組灘相儲集體進行了刻畫（圖7），結(jié)果表明洗象池組灘相儲集體主要分布在西充—廣安—潼南地區(qū)，面積約為5 000 km2。西充—廣安—潼南地區(qū)位于奧陶系尖滅線附近，巖溶作用強烈，可有效地改善洗象池組灘相儲集體的物性，因此該區(qū)為灘相巖溶儲層最有利區(qū)。多口鉆井揭示洗象池組在剝蝕帶附近含氣性好，錄井顯示活躍，而且多口井測試獲得工業(yè)氣流，這表明該區(qū)具備良好的勘探潛力。

綜合地質(zhì)分析認為西充—廣安地區(qū)洗象池組灘體規(guī)模大，巖溶作用強，毗鄰筇竹寺組生烴中心，而且通源斷裂發(fā)育，可有效溝通烴源巖，形成構(gòu)造背景下的地層巖性氣藏，可作為今后有利的勘探方向。

圖7 四川盆地中部地區(qū)洗象池組有利儲層分布及區(qū)帶評價圖Fig.7 Favorable reservoir distribution and zone evaluation map of Xixiangchi Formation in Central Sichuan Basin

4 結(jié)論與建議

洗象池組作為四川盆地重要的戰(zhàn)略接替領(lǐng)域，目前研究程度較低，本次研究初步取得了4項認識：

（1）洗象池組沉積期為鑲邊碳酸鹽臺地沉積環(huán)境，自西向東（由陸向海）依次發(fā)育混積潮坪、臺地、臺地邊緣、斜坡—盆地。四川盆地整體位于局限臺地內(nèi)部，發(fā)育梁平—重慶臺洼，臺洼兩側(cè)發(fā)育高能灘相。

（2）洗象池組儲層主要發(fā)育在洗象池組的中上段，巖性以顆粒白云巖、晶粒白云巖、藻白云巖為主；儲集空間主要有溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔與裂縫，孔隙度主要分布在2%～5%之間，平均為3.46%；臺內(nèi)顆粒灘儲層厚度為43.75～136 m，平均約為87 m。

（3）儲層的形成與分布受沉積相、準同生溶蝕作用與表生巖溶作用共同控制，顆粒灘是儲層發(fā)育的基礎(chǔ)，準同生溶蝕作用是形成主要儲集空間的關(guān)鍵，巖溶作用可改善儲集性能。

（4）預(yù)測臺洼兩側(cè)合川—廣安與南川—石柱一帶古地貌高部位為有利灘相儲層發(fā)育區(qū)，西充—廣安—潼南地區(qū)為有利巖溶儲層發(fā)育區(qū)；指出西充—廣安一帶為勘探靶區(qū)。

洗象池組作為新的勘探層系，研究之路才剛剛起步，今后仍有大量的工作需要開展，特別是川中—川北地區(qū)洗象池組巖溶古地貌的刻畫，對于厘定加里東期巖溶作用、灘相巖溶儲層的分布范圍至關(guān)重要。