鄧志強(qiáng),胡明毅,左洺滔
(1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅 蘭州 730000)
四川盆地二疊系長(zhǎng)興組是我國(guó)西部地區(qū)主要的產(chǎn)氣層位[1],其發(fā)育的礁灘體是重要的海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集體類型之一,備受國(guó)內(nèi)研究者們的關(guān)注[2-3]。自20世紀(jì)70年代起,建16井開(kāi)鉆及工業(yè)油氣流的發(fā)現(xiàn),開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)海相碳酸鹽巖油氣勘探領(lǐng)域的新紀(jì)元[4];特別在“開(kāi)江—梁平海槽”概念提出后[5],圍繞著海槽兩側(cè)臺(tái)緣帶進(jìn)行了大量的研究工作,先后發(fā)現(xiàn)了普光、元壩、羅家寨等一大批大中型生物礁灘氣藏[6-8]。2010年,中國(guó)石油在四川盆地“開(kāi)江—梁平海槽”西南側(cè)又提出了“蓬溪—武勝”臺(tái)洼這一概念,在臺(tái)緣礁灘油氣聚集理論指導(dǎo)下,該臺(tái)洼兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了大量具有工業(yè)氣流的長(zhǎng)興組臺(tái)洼邊緣礁灘體[9-10]。通過(guò)近年的勘探研究,目前對(duì)四川盆地長(zhǎng)興期“三隆三凹”沉積分異格局的認(rèn)識(shí)已達(dá)成基本統(tǒng)一。其中:“三凹”自西向東依次為蓬溪—武勝臺(tái)洼、開(kāi)江—梁平海槽(陸棚)(有部分學(xué)者稱之為海槽沉積環(huán)境[5],而其他學(xué)者認(rèn)為應(yīng)稱之為陸棚沉積環(huán)境[11],在此統(tǒng)一稱之為海槽)及城口—鄂西海槽;而“三隆”則主要為四川盆地內(nèi)由“三凹”所夾的臺(tái)內(nèi)高地區(qū)域。這種“隆凹相間”的沉積格局,有利于長(zhǎng)興組生物礁灘的發(fā)育。前期通過(guò)四川盆地長(zhǎng)興組天然氣勘探成果證實(shí),川東地區(qū)長(zhǎng)興組礁灘體主要發(fā)育于海槽(臺(tái)洼)兩側(cè)的臺(tái)地邊緣(臺(tái)洼邊緣)相帶。由此可知,四川盆地長(zhǎng)興期的沉積格局,特別是臺(tái)地邊緣相帶的展布特征,對(duì)長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏的勘探工作具有一定的指導(dǎo)意義[12]。
隨著對(duì)四川盆地長(zhǎng)興期生物礁灘天然氣勘探的不斷深入,不同學(xué)者對(duì)長(zhǎng)興組生物礁沉積特征[4-5,13]、層序劃分[14-15]、儲(chǔ)層 特征[7,10,16]以及 成巖作 用[17-18]等 方面進(jìn)行了大量的研究,為下一步長(zhǎng)興組生物礁研究工作奠定了理論基礎(chǔ)。盡管前人對(duì)四川盆地開(kāi)江—梁平海槽及周緣地區(qū)長(zhǎng)興期沉積格局進(jìn)行了大量的研究,但針對(duì)開(kāi)江—梁平海槽南段的沉積格局一直存在著爭(zhēng)議,嚴(yán)重制約了海槽南段礁灘氣藏的勘探部署。主要表現(xiàn)為2類觀點(diǎn):第1類觀點(diǎn)認(rèn)為開(kāi)江—梁平海槽與城口—鄂西海槽相通,并有學(xué)者提出了“建南陸棚”“利川臺(tái)內(nèi)盆地”等概念[13,19-20];第 2 類觀點(diǎn)認(rèn)為開(kāi)江—梁平海槽與城口—鄂西海槽之間不存在連通情況,有學(xué)者認(rèn)為其間為開(kāi)闊臺(tái)地環(huán)境,內(nèi)部有臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁沉積[21-22]。
基于此,本文通過(guò)大量測(cè)錄井資料以及大貓坪西三維區(qū)最新地震解釋資料,開(kāi)展了開(kāi)江—梁平海槽南段沉積特征研究,旨在探明該區(qū)域礁灘沉積格局,進(jìn)一步拓展川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁氣藏的勘探領(lǐng)域。
研究區(qū)地理位置位于重慶市及其周緣地區(qū),北抵四川省達(dá)州市開(kāi)江縣—重慶市梁平區(qū)一帶、南至重慶石柱縣(見(jiàn)圖1a)。研究區(qū)構(gòu)造位置位于川東弧形高褶帶內(nèi),包括大池干、福祿場(chǎng)、大貓坪、茨竹婭等構(gòu)造帶,構(gòu)造位置相對(duì)復(fù)雜。研究區(qū)內(nèi)出露見(jiàn)天壩、中槽、窯廠、三墱坡剖面,大部分地區(qū)長(zhǎng)興組與下伏龍?zhí)督M及上覆飛仙關(guān)組呈整合接觸(見(jiàn)圖1b)。
圖1 四川盆地長(zhǎng)興期沉積背景及地層綜合柱狀圖
研究區(qū)長(zhǎng)興組分為長(zhǎng)一段、長(zhǎng)二段及長(zhǎng)三段。長(zhǎng)一段為深灰色、灰黑色泥晶灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r夾燧石結(jié)核灰?guī)r;長(zhǎng)二段以淺灰色、灰色泥晶灰?guī)r及生屑灰?guī)r、生物礁灰?guī)r、生物礁云巖為主,為長(zhǎng)興組生物礁的主要發(fā)育層段;長(zhǎng)三段以深灰色泥晶灰?guī)r為主,部分地區(qū)發(fā)育生屑灰?guī)r,為長(zhǎng)興組生屑灘的主要發(fā)育層段。
前人研究認(rèn)為,四川盆地長(zhǎng)興組整體為由南西向北東傾斜的區(qū)域性緩坡,受二疊紀(jì)末期峨眉地裂運(yùn)動(dòng)及差異性沉降活動(dòng)的影響,盆地自東向西依次形成了城口—鄂西海槽、開(kāi)江—梁平海槽及蓬溪—武勝臺(tái)洼3個(gè)大型負(fù)向沉積單元,與淺水碳酸鹽巖臺(tái)地區(qū)形成了典型的“槽-臺(tái)”沉積分異格局[23]。飛仙關(guān)組在此基礎(chǔ)上繼承性沉積,早期以厚層泥晶灰?guī)r為主,開(kāi)江—梁平海槽逐漸被填平補(bǔ)齊;中—晚期以開(kāi)闊臺(tái)地為主,發(fā)育大規(guī)模鮞灘沉積;最終在飛仙關(guān)組沉積末期臺(tái)地夷平化,發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地。
在蔣裕強(qiáng)等[24]采用的川東地區(qū)長(zhǎng)興組沉積相劃分標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,本次研究根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)興組見(jiàn)天壩剖面野外露頭的實(shí)測(cè)與觀察、4口取心井巖心、112塊染色薄片的觀察以及大貓坪西三維區(qū)最新地震解釋資料的分析研究認(rèn)為:開(kāi)江—梁平海槽南段封閉并不完全,其間存在著一個(gè)臺(tái)內(nèi)洼地,臺(tái)洼周緣發(fā)育大量的臺(tái)洼邊緣相帶(因“臺(tái)洼邊緣相帶”與“臺(tái)地邊緣相帶”部分發(fā)生重疊,且研究區(qū)內(nèi)沉積特征相似,以下均以“臺(tái)地邊緣相帶”代替“臺(tái)洼邊緣相帶”);研究區(qū)內(nèi)發(fā)育大量的生物礁灘,生物礁灘體之間存在著大量的指狀潮道,以淺水臺(tái)地的形式溝通了開(kāi)江—梁平海槽與城口—鄂西海槽。
在長(zhǎng)興組沉積早期,海平面快速上升,該時(shí)期繼承了龍?zhí)督M的沉積格局,表現(xiàn)為碳酸鹽巖緩坡沉積模式。在長(zhǎng)興組沉積中期,隨著海平面逐漸下降,研究區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}巖臺(tái)地,發(fā)育臺(tái)坪、臺(tái)地邊緣(臺(tái)洼邊緣)、臺(tái)內(nèi)洼地等沉積相類型(見(jiàn)表1),生物礁灘大規(guī)模發(fā)育。在長(zhǎng)興組沉積晚期,海平面再次快速上升,沉積一套灘間泥晶灰?guī)r,隨著海平面不斷下降,再次發(fā)生大規(guī)模的生物礁灘建造。
表1 川東地區(qū)長(zhǎng)興組沉積相類型及典型巖性
該相帶在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布,沉積水體相對(duì)較淺、連通性好。巖石類型以淺灰色、灰色薄—中厚層狀泥晶灰?guī)r夾泥晶生屑灰?guī)r為主,可細(xì)分為臺(tái)內(nèi)礁、臺(tái)內(nèi)灘及灘間3個(gè)亞相。
研究區(qū)內(nèi)臺(tái)地邊緣相帶主要呈狹長(zhǎng)條狀分布于開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)以及城口—鄂西海槽周緣,進(jìn)一步可細(xì)分為臺(tái)地邊緣礁、臺(tái)地邊緣灘及灘間3個(gè)亞相。臺(tái)地邊緣礁亞相主要為生物礁灰?guī)r、生物礁云巖及各類顆粒巖,縱向上分為礁基、礁核及礁蓋3個(gè)微相(見(jiàn)圖2、圖3)。礁核微相為臺(tái)地邊緣礁亞相的主體部分,主要由海綿等造礁生物組成(見(jiàn)圖2a—2c),生物格架間以亮晶方解石膠結(jié)為主,泥晶方解石少見(jiàn),常見(jiàn)于高能沉積水體環(huán)境。臺(tái)地邊緣灘亞相主要為亮晶生屑灰?guī)r(見(jiàn)圖2d),由于通常發(fā)育于礁頂?shù)雀卟课唬装l(fā)生溶蝕及白云石化作用(見(jiàn)圖2e,2f)。灘間亞相為臺(tái)地邊緣相帶中水體較深、能量較低的相帶,主要由淺灰色、灰色泥晶灰?guī)r組成,生物碎屑含量較低。
圖2 研究區(qū)長(zhǎng)興組主要巖石類型
圖3 研究區(qū)箭竹1井長(zhǎng)興組沉積相綜合柱狀圖
研究區(qū)內(nèi)臺(tái)內(nèi)洼地分布范圍較小,主要分布于開(kāi)江—梁平海槽南段大貓坪與建南地區(qū)之間的部位。根據(jù)此次沉積相劃分方案,研究區(qū)內(nèi)主要為臺(tái)內(nèi)淺洼亞相,未見(jiàn)明顯的高能相帶沉積。
在研究區(qū)長(zhǎng)興組沉積相劃分的基礎(chǔ)上,基于區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組典型露頭及鉆井巖心、薄片觀察,對(duì)比分析區(qū)內(nèi)地震解釋資料,并結(jié)合前人研究成果認(rèn)為,開(kāi)江—梁平海槽南段的認(rèn)識(shí)與前人研究成果存在差異。為了探明研究區(qū)長(zhǎng)興期沉積格局,刻畫區(qū)內(nèi)開(kāi)江—梁平海槽南段、城口—鄂西海槽兩海槽邊界,以及兩者之間是否溝通的問(wèn)題,本文從4個(gè)方面進(jìn)行探討。
通常來(lái)講,沉積地層局部發(fā)生增加或者減薄的趨勢(shì)可間接反映古地形變化,海槽區(qū)地層沉積較薄。就川東地區(qū)長(zhǎng)興組而言,沉積環(huán)境差異造成淺水臺(tái)地區(qū)的地層沉積速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于深水海槽區(qū)。
開(kāi)江—梁平海槽南段、建南地區(qū)及周緣地區(qū)長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組地層厚度見(jiàn)表2。由表2可知:開(kāi)江—梁平海槽南段及建南地區(qū)的高能臺(tái)地邊緣相帶與深水海槽相帶的長(zhǎng)興期、飛仙關(guān)期的地層厚度差異明顯;在臺(tái)地邊緣相帶的地層厚度明顯增大,而在深水海槽相帶的地層厚度明顯減薄。
表2 研究區(qū)長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組地層厚度 m
例如:建南地區(qū)西北緣海槽相帶方斗山附近的窯廠剖面長(zhǎng)興組地層厚度約50.00 m,飛仙關(guān)組地層厚度約500.00 m[24],與建南地區(qū)位于臺(tái)地邊緣相帶的建7井長(zhǎng)興組地層厚度相比約薄261.85 m,與飛仙關(guān)組地層厚度相比約厚118.00 m;位于開(kāi)江—梁平海槽南段的梁6井長(zhǎng)興組地層厚度約126.00 m,飛仙關(guān)組地層厚度約461.00 m,與該海槽南段臺(tái)地邊緣相帶興隆1井長(zhǎng)興組地層厚度相比約薄225.70 m,與飛仙關(guān)組地層厚度相比約厚90.00 m。
研究證實(shí),研究區(qū)長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組整體地層變化趨勢(shì)與四川盆地長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組地層補(bǔ)齊變化趨勢(shì)相同,且海槽區(qū)長(zhǎng)興組地層厚度明顯薄于臺(tái)地區(qū)地層厚度。
前人研究表明,晚二疊世的峨眉地裂運(yùn)動(dòng)引發(fā)上揚(yáng)子克拉通內(nèi)裂陷,基底斷塊迅速沉降,海槽相帶形成于深水沉積環(huán)境,與淺水碳酸鹽巖臺(tái)地相帶呈現(xiàn)明顯的沉積分異格局,在地層巖性、沉積相特征等方面均表現(xiàn)出較大差異。
2017年,蔣裕強(qiáng)等[24]發(fā)現(xiàn)了具有典型大隆組沉積特征的窯廠剖面,發(fā)育薄層的硅質(zhì)頁(yè)巖及中厚層狀的硅質(zhì)、泥質(zhì)灰?guī)r,認(rèn)為窯廠剖面長(zhǎng)興組發(fā)育深水海槽相帶沉積,進(jìn)一步證實(shí)了建南地區(qū)西北部仍然存在深水海槽相帶沉積,與建南地區(qū)海槽兩側(cè)臺(tái)地相帶存在著沉積分異格局。
對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)興組連井剖面沉積相對(duì)比(見(jiàn)圖4)發(fā)現(xiàn),研究區(qū)長(zhǎng)興組地層厚度差異較大,呈現(xiàn)厚—薄—厚的趨勢(shì)。窯廠剖面顯示深水海槽相帶特征,巖性以硅質(zhì)頁(yè)巖及燧石結(jié)核灰?guī)r為主,地層厚度遠(yuǎn)小于兩側(cè)臺(tái)緣及臺(tái)地地層厚度。而位于深水海槽相帶兩側(cè)的茨竹婭剖面及建16井、箭竹1井等均發(fā)育高能礁灘沉積(見(jiàn)圖 3)。結(jié)合前人研究認(rèn)為[13,24-25],建南地區(qū)存在著城口—鄂西海槽向北延伸的深水區(qū)域。
圖4 研究區(qū)長(zhǎng)興組連井剖面沉積相對(duì)比
對(duì)大貓坪西三維區(qū)地震剖面進(jìn)行精細(xì)剖析,結(jié)合區(qū)域沉積特征及以往地震解釋資料,建立了研究區(qū)長(zhǎng)興組不同沉積相對(duì)應(yīng)的地震相模式,從而有利于刻畫地震剖面中沉積相的分布規(guī)律。
臺(tái)地邊緣礁亞相在研究區(qū)內(nèi)較為發(fā)育。地震剖面中通常表現(xiàn)為對(duì)稱或不對(duì)稱的丘狀外形,生物礁頂部通常為中—強(qiáng)振幅,在兩翼可見(jiàn)上超現(xiàn)象;生物礁內(nèi)部地震反射軸通常呈雜亂或空白的反射現(xiàn)象;而礁(灘)間通常表現(xiàn)為連續(xù)、中—強(qiáng)振幅,反射軸多呈單軸、低頻狀。
斜坡相在地震剖面中呈較連續(xù)、中—強(qiáng)振幅反射特征,可見(jiàn)下超到底部的強(qiáng)軸。根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)興組沉積相及地震相對(duì)比分析認(rèn)為,大貓坪西三維區(qū)地震相反射存在明顯的“槽-臺(tái)”分異特征。
由大貓坪西三維區(qū)地震剖面精細(xì)剖析可以看出:開(kāi)江—梁平海槽南段存在著一個(gè)高能的臺(tái)地邊緣相帶,臺(tái)地邊緣相帶西北側(cè)為海槽區(qū),海槽區(qū)以南為臺(tái)地區(qū)(見(jiàn)圖5a,5b);開(kāi)江—梁平海槽在大貓坪西三維區(qū)東南段發(fā)育了一系列不連續(xù)的高能生物礁(見(jiàn)圖5c),生物礁之間并未將海槽完全封閉,而是在不連續(xù)發(fā)育的生物礁之間存在礁間水道(見(jiàn)圖5c)。由于這些礁間水道的存在,溝通了開(kāi)江—梁平海槽東南段與南部的臺(tái)內(nèi)洼地。
圖5 大貓坪西三維區(qū)長(zhǎng)興組時(shí)間厚度及典型地震剖面
基于前人對(duì)建南三維區(qū)地震解釋及研究成果,驗(yàn)證了建南及其周緣地區(qū)存在著金竹坪及箭竹溪2個(gè)臺(tái)地邊緣相帶,發(fā)育大量生物礁灘沉積[12]。在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)城口—鄂西海槽向建南地區(qū)延伸的趨勢(shì),進(jìn)而通過(guò)臺(tái)地邊緣相帶之間的礁間水道與開(kāi)江—梁平海槽東南段通過(guò)地勢(shì)較低的臺(tái)內(nèi)洼地相連,實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)海槽的水體溝通。
基于殘余厚度法對(duì)大貓坪西三維區(qū)長(zhǎng)興期古地貌進(jìn)行恢復(fù)(見(jiàn)圖6)。該區(qū)西南部為開(kāi)江—梁平海槽南段沉積區(qū),是地勢(shì)最為低洼地帶,其他三面為地貌較高部位,由開(kāi)江—梁平海槽南段兩側(cè)的臺(tái)地邊緣相帶及南段臺(tái)地邊緣相帶組成。該臺(tái)地邊緣相帶并未完全連接,多處呈斷續(xù)狀,并以指狀溝通臺(tái)地內(nèi)部較深區(qū)域。
圖6 大貓坪西三維區(qū)長(zhǎng)興期古地貌
綜合上述研究認(rèn)為:研究區(qū)長(zhǎng)興期開(kāi)江—梁平海槽與城口—鄂西海槽并非獨(dú)立存在,在大貓坪—興隆場(chǎng)—建南地區(qū)存在著一個(gè)臺(tái)內(nèi)洼地,臺(tái)內(nèi)洼地南北兩側(cè)臺(tái)緣帶發(fā)育高能礁灘建造;同時(shí),開(kāi)江—梁平海槽通過(guò)大貓坪西三維區(qū)與臺(tái)內(nèi)洼地呈指狀溝通,而城口—鄂西海槽同樣沿建南地區(qū)有向西北延伸的趨勢(shì),直至窯廠剖面,一直發(fā)育著深水海槽相帶,該側(cè)水體同樣通過(guò)臺(tái)地邊緣相帶的礁間水道與臺(tái)內(nèi)洼地溝通。因此,開(kāi)江—梁平海槽與城口—鄂西海槽之間并未完全封閉,而是以淺水臺(tái)內(nèi)洼地的形式溝通了兩側(cè)海槽(見(jiàn)圖7),呈現(xiàn)“兩槽-一洼-兩臺(tái)”沉積格局。
圖7 研究區(qū)長(zhǎng)興組沉積中—晚期沉積格局
目前,環(huán)開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)臺(tái)地邊緣相帶范圍內(nèi),中國(guó)石油及中國(guó)石化均鉆遇了多口長(zhǎng)興組高產(chǎn)天然氣井,展現(xiàn)了環(huán)開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏良好的勘探前景。鑒于目前對(duì)開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)臺(tái)地邊緣相帶的天然氣勘探成果[26-27],進(jìn)一步證實(shí)了川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁灘油氣聚集理論。
勘探實(shí)踐成果表明,四川盆地長(zhǎng)興組海槽及臺(tái)洼周緣的臺(tái)地邊緣相帶是長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏最有利的發(fā)育區(qū)域。對(duì)研究區(qū)臺(tái)內(nèi)洼地及海槽精細(xì)刻畫,明確了研究區(qū)長(zhǎng)興期沉積格局,進(jìn)一步指明了開(kāi)江—梁平海槽南段及其周緣地區(qū)臺(tái)地邊緣相帶展布及生物礁灘有利建造區(qū)帶,極大展示了開(kāi)江—梁平海槽南段長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏的勘探前景,指明了川東地區(qū)長(zhǎng)興組下一步天然氣勘探工作的有利靶向區(qū),為研究區(qū)生物礁灘氣藏的勘探拓展了新領(lǐng)域。
目前,針對(duì)研究區(qū)開(kāi)江—梁平海槽南段地區(qū)屬于不同油氣公司、三維工區(qū)的地震資料覆蓋面積較小、鉆井分布數(shù)量較少等問(wèn)題,建議協(xié)同加大地震勘探部署,以便開(kāi)展長(zhǎng)興期海槽南段沉積格局精細(xì)刻畫及生物礁灘的分布研究。
1)通過(guò)典型鉆井和野外剖面實(shí)測(cè)分析,結(jié)合最新地震解釋資料認(rèn)為,研究區(qū)長(zhǎng)興組沉積早期發(fā)育碳酸鹽巖緩坡,長(zhǎng)興組沉積中—晚期發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地沉積,進(jìn)一步可分為臺(tái)坪、臺(tái)地邊緣(臺(tái)洼邊緣)、臺(tái)內(nèi)洼地等沉積相類型。
2)受差異性構(gòu)造活動(dòng)的影響,研究區(qū)長(zhǎng)興期出現(xiàn)明顯的沉積分異格局,海槽沉積區(qū)與臺(tái)地沉積區(qū)在地層厚度、巖性特征等方面均呈現(xiàn)不同特征,存在“兩槽-一洼-兩臺(tái)”沉積格局。
3)對(duì)研究區(qū)三維地震剖面精細(xì)剖析認(rèn)為,城口—鄂西海槽有明顯向建南西北部延伸的趨勢(shì),并與開(kāi)江—梁平海槽南段通過(guò)淺水臺(tái)內(nèi)洼地相連,在海槽周緣地區(qū)發(fā)育大量臺(tái)地邊緣礁灘沉積。研究區(qū)長(zhǎng)興期沉積格局及礁灘展布規(guī)律的研究,為川東地區(qū)長(zhǎng)興組油氣勘探提供了新方向。