謝繼容 趙路子 沈 平 張本健 張璽華 陳延貴 陳 聰岑永靜 郝 毅 曹 華 蔣 航 趙容容 高兆龍 山述嬌 周 剛

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油西南油氣田公司3.中國石油杭州地質(zhì)研究院 4.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

0 引言

二疊系是四川盆地天然氣勘探的重要層系之一，各組均有天然氣發(fā)現(xiàn)。四川盆地二疊系天然氣資源既有常規(guī)天然氣，也有非常規(guī)天然氣（頁巖氣和煤層氣）。常規(guī)天然氣藏儲層類型既有碳酸鹽巖儲層，也有火山巖儲層。其中，碳酸鹽巖儲層有裂縫型石灰?guī)r儲層和孔隙型白云巖儲層兩種類型，其可能為臺內(nèi)灘相儲層或可能為臺緣礁灘儲層，顯示了二疊系儲層的多樣性[1-6]。目前，上二疊統(tǒng)吳家坪組天然氣勘探、研究程度較低。隨著四川盆地天然氣勘探開發(fā)不斷深入，九龍山地區(qū)L4、L16、L17、L104等井在吳家坪組鉆遇良好的油氣顯示，其中L17井吳家坪組測試日產(chǎn)天然氣量為3.31 104m3。前期研究結果認為，吳家坪組發(fā)育裂縫型氣藏，勘探潛力有限。為了進一步擴大二疊系天然氣勘探領域，持續(xù)開展了二疊系構造—沉積演化研究，認識到開江—梁平海槽雛形發(fā)端于中二疊世茅口晚期，發(fā)展于吳家坪期，定型于晚二疊世長興期。吳家坪沉積期受到開江—梁平海槽影響，沿海槽邊緣發(fā)育臺緣帶，并控制淺灘相發(fā)育。筆者通過對開江—梁平海槽西側臺緣帶鉆遇吳家坪組的二十余口老井的復查落實單井巖性、巖相，明確其儲集空間及儲集物性，認為吳家坪組發(fā)育灘相孔隙型儲層，具備較大的天然氣勘探潛力。近期，鉆探的LX1井、ST108井在吳家坪組鉆遇良好的油氣顯示，測井解釋氣層厚度大，孔隙度高，儲層巖性以生屑石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r為主，證實了吳家坪組發(fā)育灘相孔隙型儲層的認識。但是，吳家坪組相帶平面分布不明確，天然氣勘探潛力需要進一步評價。為此，筆者結合新鉆井資料，通過老井復查和開展地震相帶識別工作，開展四川盆地北部（以下簡稱川北地區(qū)）吳家坪組沉積相劃分、沉積相地震識別模板建立以及平面沉積相帶刻畫工作，結合儲層評價和油氣成藏分析了灘相儲層發(fā)育的油氣地質(zhì)意義，以期為拓展二疊系天然氣勘探領域和吳家坪組下一步天然氣勘探部署提供技術支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地經(jīng)過加里東運動、云南運動的疊加改造和剝蝕夷平，中二疊世前古地貌基本處于準平原化，中二疊世開始廣泛海侵，超覆于石炭系 震旦系之上。發(fā)生在二疊世末的東吳運動，由地幔柱活動引起的地殼大規(guī)模抬升和大火成巖省形成，改變了四川盆地晚二疊世沉積地貌格局，沉積分異也隨之加劇，四川盆地吳家坪期巖石地層分別為峨眉山玄武巖組（火山巖相）、龍?zhí)督M（海陸過渡相）、吳家坪組（海相）；同時，在伸展構造應力作用下，茅口期在盆地北部開始發(fā)生構造分異，形成臺—洼沉積地貌，吳家坪期繼承發(fā)展，并在長興期最終形成[7-9]（圖1）。

圖1 四川盆地吳家坪組沉積特征圖

吳家坪組主要分布于川北地區(qū)，以石灰?guī)r和泥頁巖為主（圖1）。受拉張性開江—梁平海槽控制，吳家坪組發(fā)生沉積分異，海槽內(nèi)沉積了一套深水相泥頁巖組合；沿著臺地邊緣帶沉積一套能量相對高的生屑石灰?guī)r、含云石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖；臺內(nèi)區(qū)沉積一套開闊臺地相泥晶石灰?guī)r、泥灰?guī)r（圖1）。

2 沉積特征

2.1 地層劃分及巖石學特征

吳家坪組自下而上可分為一段、二段和三段（圖1）。巖石類型豐富，可分為亮晶生屑石灰?guī)r、泥晶生物（屑）石灰?guī)r、生物（屑）泥晶石灰?guī)r、含生物（屑）泥晶石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖、有機質(zhì)泥巖以及白云巖類和硅質(zhì)巖類[10-11]（圖2）。生物主要有孔蟲、蜓類、瓣鰓及棘皮類等，吳一段、吳二段和吳三段均具有自下而上生屑含量增多、泥質(zhì)含量減少的趨勢，反映水體能量的周期性變化。

圖2 川北地區(qū)吳家坪組巖性特征照片

2.2 沉積相類型

根據(jù)巖性及其組合、古生物、泥質(zhì)含量特征，結合測井響應特征，吳家坪組沉積相可劃分為開闊臺地相、臺地邊緣相、臺地斜坡相及盆地相[12-14]。

開闊臺地以低能的泥晶巖類為主，泥質(zhì)含量較低，測井曲線上具有低自然伽馬和高電阻率的特點，局部發(fā)育小型臺內(nèi)灘。

臺地邊緣相位于碳酸鹽巖臺地向斜坡的過渡帶，水體動蕩，能量強，巖石類型主要有灰色薄—中厚層亮晶生屑石灰?guī)r，局部見少量藻屑及砂屑等，顆粒磨圓度中等，垂向上以發(fā)育向上變淺、變粗的沉積序列為特征，發(fā)育逆粒序層理，泥質(zhì)含量低，測井曲線上具有低自然伽馬和高電阻率特點。

斜坡相處于臺地邊緣相向盆地過渡的斜坡區(qū)域，水體安靜，能量弱，巖性為灰黑色有機質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)泥巖，古生物以薄殼浮游生物為主，生物形態(tài)保存完整，未遭受水流改造破壞，發(fā)育水平紋層，泥質(zhì)含量高，測井曲線上具有高自然伽馬和低電阻率特點。

盆地相屬于深水環(huán)境，水體能量低，幾乎無顆粒沉積物和底棲生物存在，以浮游和漂浮生物為主，生物死亡后可完整的沉積于該相帶中。盆地相中發(fā)育黑色泥巖，富含有機質(zhì)，測井曲線上具有低自然伽馬和高電阻率特點。

2.3 沉積相地震響應特征及刻畫

利用區(qū)內(nèi)JT1、LX1、ST3等井進行井—震標定，確定吳家坪組頂界和吳家坪組底界地震反射層位。吳家坪組頂界地震響應特征表現(xiàn)為波谷反射；吳家坪組底界地震響應特征表現(xiàn)為強波峰反射，反射特征明顯。

利用層拉平技術，明確不同沉積相地震響應特征，精細識別吳家坪組不同沉積相的地震響應特征，建立不同沉積相的地震響應模式（表1）。

表1 川北地區(qū)吳家坪組沉積相地震響應特征表

在垂直開江—梁平海槽的地震剖面上，吳家坪組不同沉積相帶的地震響應具有明顯差別，不僅響應特征差異明顯，厚度差異也較明顯。臺地相厚度穩(wěn)定，變化小，表現(xiàn)為穩(wěn)定的平行—亞平行強波峰連續(xù)反射；臺緣相厚度大，表現(xiàn)為弱波峰連續(xù)反射；斜坡相地層厚度變化快，表現(xiàn)為中強振幅反射；盆地相地層厚度小，表現(xiàn)為強波谷反射（圖3）。

圖3 過ZJ2井 NC2井 JT1井 LX1井地震響應特征剖面圖

根據(jù)建立的不同沉積相地震響應模式，開展研究區(qū)吳家坪組不同沉積相精細識別及刻畫，明確吳家坪組沉積相平面分布（圖4）。臺地邊緣相主要發(fā)育于雙魚石—元壩 龍崗一帶，呈北西 南東向分布，并在雙魚石地區(qū)臺地邊緣向南延伸，面積達3 600 km2，是最有利的儲層發(fā)育區(qū)。

圖4 川北地區(qū)吳家坪組沉積相平面分布圖

結合區(qū)內(nèi)鉆井資料和本次地震刻畫的吳家坪組沉積相平面分布圖分析發(fā)現(xiàn)，川北地區(qū)吳家坪組的沉積格局由茅口晚期形成的北西 向的川北海槽控制，在海平面變化和川北海槽持續(xù)演化作用下，導致吳家坪期沿海槽邊緣發(fā)育周期性高能臺地邊緣灘相，為規(guī)?？紫缎蛢影l(fā)育奠定基礎。

3 儲層特征

3.1 儲集巖類

依據(jù)鉆井巖心、巖石薄片觀察，吳家坪組碳酸鹽巖儲集巖可分為石灰?guī)r類和白云巖類，石灰?guī)r類為生物碎屑石灰?guī)r，白云巖主要為細 中晶白云巖。

生物碎屑石灰?guī)r分布較為普遍，吳家坪組各段均有發(fā)育，生物碎屑包括瓣腮、有孔蟲、蜓類、介殼，生屑之間為粒狀亮晶方解石或灰泥膠結。

細 中晶白云巖在吳一段和吳二段上部分布較普遍，局部見殘余生物碎屑石灰?guī)r，其他層段則表現(xiàn)為灰質(zhì)白云巖和云質(zhì)石灰?guī)r。白云石晶形主要以半自形為主，鑲嵌接觸，晶體潔凈。

3.2 主要儲集空間

按照儲滲空間成因、大小、形態(tài)的綜合分類方案，并結合儲集巖類型，LX1井吳家坪組的生屑石灰?guī)r儲集空間可劃分為孔隙和孔洞，孔隙為組構選擇性溶蝕形成的生物鑄模孔以及生物體腔孔（圖5）?？锥礊槿芪g作用形成，LX1井吳家坪組巖心上可見少量溶蝕孔洞，該類儲集空間在成像測井上呈雜亂分布的暗色斑塊。白云巖儲集空間可劃分為晶間溶孔及晶間孔。

圖5 川北地區(qū)吳家坪組儲集空間特征照片

3.3 儲層物性

LX1井吳家坪組14個巖心柱塞樣實測孔隙度介于1.26%～6.07%，平均孔隙度為2.33%，孔隙度大于2%的樣品占43%，孔隙度大于4%的樣品占14%；滲透率主要介于0.001～0.005 mD（圖6）。吳家坪組儲層物性差異大，生物碎屑石灰?guī)r和白云巖發(fā)育地區(qū)，儲層物性好，孔隙度介于5.0%～6.0%。測井解釋結果顯示，吳家坪組儲層厚度介于5.5～19.1 m，孔隙度介于2.80%～5.60%，平均孔隙度為3.90%，表現(xiàn)出孔隙型儲層特征。

圖6 川北地區(qū)吳家坪組巖心物性直方圖

3.4 儲層類型

根據(jù)鉆井巖心、巖屑薄片觀察，結合沉積相、儲集巖性、儲集空間組合特征，研究區(qū)吳家坪組主要發(fā)育孔洞 孔隙型石灰?guī)r儲層和孔隙型白云巖儲層。

孔洞 孔隙型石灰?guī)r儲層，以孔隙和溶蝕孔洞為儲集空間，其中孔隙占主導，發(fā)育少量溶蝕孔洞，裂縫欠發(fā)育。在鑄體薄片上可以看到生物鑄?？准吧矬w腔孔大量分布（圖5），巖心上見少量溶洞。受吳一、吳二段沉積末期海平面下降影響，高能顆粒灘局部暴露，遭受溶蝕改造，生物被選擇性溶蝕，形成孔隙，同時部分基質(zhì)被溶蝕，擴溶形成溶蝕孔洞。

孔隙型白云巖儲層，以晶間孔和晶間溶孔為儲集空間（圖5），儲層主要位于吳一段和吳二段上部，處于吳家坪期臺地邊緣灘高能相帶，灘內(nèi)生屑之間原始粒間孔為富鎂、富硅流體的進入提供了儲滲空間，該類儲層通常與硅質(zhì)巖共生，說明二疊紀火山活動形成的熱水環(huán)境對儲層的形成具有較大影響。

4 油氣勘探意義

4.1 儲層規(guī)模

川北地區(qū)沿開江 梁平海槽西緣吳家坪組臺地邊緣帶內(nèi)鉆探的LX1、YB7、YB22、ST108、ST12等井已證實吳家坪組發(fā)育臺地邊緣灘相孔隙型儲層，儲層厚度介于15～25 m，平均孔隙度介于3.5%～4.0%，孔隙類型以生物鑄膜孔、粒間溶孔和晶間溶孔為主。地震刻畫吳家坪組臺地邊緣帶面積3 600 km2，有利沉積相帶規(guī)模較大，具備發(fā)育孔隙型儲層的物質(zhì)基礎。

4.2 成藏組合

前人研究結果認為，川北地區(qū)茅口組和吳家坪組天然氣為原油裂解氣與干酪根裂解氣的混合氣，主要來源于二疊系烴源巖，為茅口組孤峰段、吳家坪組和大隆組泥頁巖，主要分布于開江—梁平海槽內(nèi)[15-21]。

海槽內(nèi)茅口組孤峰段巖性為以灰黑色泥灰?guī)r、泥巖、頁巖、硅質(zhì)巖為主的富有機質(zhì)黑色巖系，孤峰段有機質(zhì)泥頁巖分布廣，總有機碳含量（TOC）介于2%～10%，厚度一般為20 m，最大厚度可達70 m，主要分布在廣元、劍閣、旺蒼等區(qū)域；生氣強度介于20 108～40 108m3/km2。吳家坪組巖性以泥巖、頁巖和泥灰?guī)r為主，TOC介于1%～7%，平均值為2.2%，厚度一般介于65～120 m，最大厚度可達170 m，主要分布于廣元—通江、達州—開江一帶；生氣強度介于30 108～70 108m3/km2。大隆組巖性以灰黑色薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)石灰?guī)r、黑色頁巖為主，主要分布于廣元—旺蒼、鎮(zhèn)巴—城口一帶，TOC普遍大于1.5%，平均值為3.5%，厚度從數(shù)米到數(shù)十米不等，多介于20～40 m，平均厚度為30 m；生氣強度介于10 108～20 108m3/km2。

開江—梁平海槽的二疊系烴源巖生成的油氣沿著斷裂和地層不整合面向吳家坪組臺緣灘相儲層運聚，形成良好的源—斷—儲配置體系，形成下生上儲、旁生側儲的成藏組合。吳家坪組灘相孔隙型儲層受相帶控制，高能灘相以外的致密石灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖可作為良好的封蓋和遮擋層，形成良好的保存條件，有利于天然氣成藏（圖7）。

圖7 川北地區(qū)吳家坪組油氣成藏模式圖

4.3 勘探意義

灘相孔隙型儲層的發(fā)現(xiàn)表明四川盆地吳家坪組不僅裂縫型儲層，同時還發(fā)育孔隙型儲層，成藏組合優(yōu)越，展示出吳家坪組具有較大天然氣勘探潛力，對四川盆地拓展天然氣勘探新領域、新層系具有重要意義。研究結果表明，吳家坪組相控臺緣高能灘相儲層沿海槽邊緣展布，相控儲層大面積分布；臺緣高能灘相儲層厚度較大，物性好，近期臺緣帶內(nèi)已鉆揭的LX1井、ST108井吳家坪組都鉆遇好良好的孔隙型儲層，且油氣顯示活躍，進一步說明沿海槽邊緣分布的吳家坪組臺緣灘相儲層的天然氣勘探潛力，該領域是二疊系天然氣勘探下一步重點研究的領域。另外，ST101井吳家坪組凝灰?guī)r儲層測試日產(chǎn)天然氣量為5 104m3；吳家坪組頁巖多井獲良好油氣顯示，HY1井吳家坪組頁巖測試獲日產(chǎn)天然氣量為5.5 104m3，吳家坪組凝灰?guī)r和頁巖的分布與沉積相帶展布緊密相關，開展吳家坪組相帶刻畫，明確相帶與儲層分布關系，對落實四川盆地北部—東部地區(qū)凝灰?guī)r儲層和頁巖氣儲層非常規(guī)天然氣勘探潛力具有重要意義。

5 結論

1）受開江—梁平海槽控制，在海槽西側邊緣形成吳家坪期生屑灘和云化顆粒灘；吳家坪組發(fā)育灘相孔隙型儲層，巖性主要為亮晶生屑石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、顆粒白云巖和粉—細晶白云巖，儲集空間類型主要為生物鑄膜孔、粒間溶孔、晶間溶孔，物性較好。

2）川北地區(qū)沿開江—梁平海槽西側吳家坪組發(fā)育大型臺緣帶，面積達3 600 km2，臺緣內(nèi)發(fā)育高能灘體，為吳家坪組最為有利的沉積相區(qū)。

3）川北地區(qū)吳家坪組儲層直接對接二疊系烴源巖，形成下生上儲、旁生側儲的良好源儲配置關系，開江—梁平海槽西側吳家坪組臺緣帶緊鄰二疊系烴源巖生烴中心，具備優(yōu)越的天然氣成藏條件。

4）LX1井、ST108井在吳家坪組鉆遇厚層灘相孔隙型儲層，油氣顯示活躍，展示四川盆地吳家坪組良好天然氣勘探潛力，是二疊系天然氣勘探的新領域。