川東北元壩地區(qū)三疊系飛仙關(guān)組鮞粒灘暴露標(biāo)志的識(shí)別與地質(zhì)意義

劉雁婷，傅 恒，陳 驥，李秀華，曹竣鋒

（1中國(guó)石化勘探南方分公司研究院；2成都理工大學(xué)能源學(xué)院）（3中國(guó)石油西南油氣田公司；4成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所）

碳酸鹽巖礁灘體的暴露現(xiàn)象，是其發(fā)育過(guò)程中因海平面下降或后期地層抬升而產(chǎn)生的。沉積物經(jīng)常暴露于潮上，導(dǎo)致礁灘體遭受大氣淡水淋濾和溶蝕并在礁灘體內(nèi)形成孔隙，這對(duì)礁灘體儲(chǔ)集空間的形成具有重要作用［1］。盡管碳酸鹽巖的高化學(xué)活動(dòng)性貫穿于整個(gè)埋藏史，但最為強(qiáng)烈的孔隙改造發(fā)生在成巖早期，它受層序邊界的沉積物暴露于大氣淡水所驅(qū)動(dòng)［2］。

四川盆地是海陸相疊合的具有油氣潛力的沉積盆地，其蘊(yùn)藏油氣資源的地層主要為海相碳酸鹽巖地層［3］。1995—2000年在四川盆地東北部先后發(fā)現(xiàn)了渡口河、羅家寨、鐵山坡等氣田的飛仙關(guān)組鮞灘氣藏［4］，2003年又發(fā)現(xiàn)了普光大氣田長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組臺(tái)緣礁灘相氣藏［5］，其后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了元壩、龍崗等氣田的長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組大型臺(tái)緣礁灘相氣藏［6］。在對(duì)盆地東北部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組層序、沉積及儲(chǔ)層的研究中，不少人認(rèn)為飛仙關(guān)組儲(chǔ)層發(fā)育的優(yōu)劣與其鮞粒灘相是否有過(guò)暴露密切相關(guān)。目前，對(duì)飛仙關(guān)組鮞粒灘暴露現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)有：（1）臺(tái)地邊緣灘生長(zhǎng)快，常呈凸起狀，當(dāng)海平面下降時(shí)，可以暴露出海平面遭受大氣淡水淋濾作用［7］；（2）鮞粒灘在次級(jí)海平面升降過(guò)程中可能出現(xiàn)頻繁暴露［8］；（3）川東北蒸發(fā)臺(tái)地的鮞粒巖層序上部常見滲流豆粒、層間巖溶角礫巖、鈣結(jié)殼、充填滲流物的垂直溶解縫等現(xiàn)象反映了沉積間斷或暴露面發(fā)育［9］；（4）飛仙關(guān)組的二段與三段之間存在暴露侵蝕不整合界面，且沉積物經(jīng)常暴露，巖石孔隙度很高，儲(chǔ)集物性非常好［10］。但前人的研究多未對(duì)暴露現(xiàn)象有詳細(xì)描述，且對(duì)其如何進(jìn)行識(shí)別也未做深入探討。

本文以盆地東北部元壩地區(qū)飛仙關(guān)組鮞粒灘相地 層 6 口 井 （YB2、YB101、YB102、YB12、YB5、YB4井）的巖心觀察、15塊巖心薄片及200塊巖屑薄片的鑒定為基礎(chǔ)，運(yùn)用掃描電鏡、薄片能譜以及電子探針等測(cè)試方法，對(duì)飛仙關(guān)組鮞粒灘中的暴露現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別，并探討了這對(duì)層序界面的識(shí)別和劃分的作用，以及對(duì)儲(chǔ)層的影響。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地東北部元壩地區(qū)（圖1），北為九龍山背斜構(gòu)造帶南端，南為蒼溪—巴中（川中）低緩構(gòu)造帶，東北與通南巴背斜構(gòu)造帶相鄰［11］。研究區(qū)處于多個(gè)構(gòu)造的交接地區(qū)，具有構(gòu)造復(fù)合疊加的典型特征［12］。元壩地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組上覆下三疊統(tǒng)嘉陵江組，下伏上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組。飛仙關(guān)組主要由一套臺(tái)地相的沉積物組成，由下至上可分為四個(gè)段（圖2）：一段主要為淺灰色微晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，二段主要為淺灰色鮞?；?guī)r，三段為紫紅色微晶灰?guī)r夾鮞?；?guī)r，四段為灰色、灰紫色白云巖與硬石膏。

圖1 元壩地區(qū)研究區(qū)位置及飛仙關(guān)組二段鮞粒灘相分布圖

圖2 元壩地區(qū)YB2井飛仙關(guān)組地層柱狀圖與沉積相劃分

早三疊世，四川盆地處于相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，元壩地區(qū)飛仙關(guān)組以淺海開闊臺(tái)地相沉積為主，局部為臺(tái)盆相。飛仙關(guān)期二時(shí)，研究區(qū)主要沉積了開闊臺(tái)地—臺(tái)地邊緣相中的鮞粒灘亞相（圖1）。飛仙關(guān)期二時(shí)末期，海平面下降，使原沉積區(qū)暴露地表；由于暴露時(shí)間短，海平面相對(duì)下降幅度小，飛仙關(guān)組二段與三段界面之間為整合接觸（圖2）。這次暴露事件對(duì)川東北元壩地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層有著重要影響。

飛仙關(guān)組二段鮞粒灘亞相是臺(tái)地潮下較高能環(huán)境下的沉積產(chǎn)物，巖石類型主要為鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、鮞粒礫屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、豆粒灰?guī)r、鮞粒微晶灰?guī)r及微晶灰?guī)r等。鮞粒以真鮞為主，薄皮鮞少量，大小以0.25～0.6 mm為主，伴生組分有豆粒、復(fù)鮞及砂礫屑?；野咨⒕Щ?guī)r在飛仙關(guān)組二段內(nèi)呈薄夾層產(chǎn)出，鮞粒微晶灰?guī)r鮞粒晶粒化現(xiàn)象易見，夾在微晶鮞粒灰?guī)r或亮晶鮞?；?guī)r內(nèi)。

2 鮞粒灘暴露標(biāo)志的識(shí)別

本研究所選6口井（圖1）中，5口井（YB12、YB102、YB2、YB101、YB5井）的飛仙關(guān)組二段均為鮞粒灘亞相；另一口井YB4井，其飛仙關(guān)組二段的優(yōu)勢(shì)相為斜坡相，由于海平面變化，在二段頂部發(fā)育臺(tái)地邊緣的鮞粒灘亞相。

根據(jù)對(duì)6口井巖心的詳細(xì)觀察描述，以及對(duì)其15塊巖心薄片和200塊巖屑薄片鑒定中成巖礦物典型特征的分析，識(shí)別出飛仙關(guān)組具有五種暴露現(xiàn)象：大氣淡水方解石膠結(jié)物發(fā)育、溶蝕作用強(qiáng)烈、含礫屑鮞粒灰?guī)r（礫屑為海灘巖的破碎產(chǎn)物）、滲流黏土和滲流粉砂，以及褐鐵礦化。研究區(qū)6口井暴露標(biāo)志樣品出現(xiàn)的井深及層位分布見圖3。這些標(biāo)志均表明了由于海平面曾有下降，鮞粒灘因此暴露于大氣淡水環(huán)境。

2.1 暴露標(biāo)志1——大氣淡水方解石膠結(jié)物發(fā)育

大氣成巖環(huán)境中既可發(fā)生溶蝕作用，也可造成方解石沉淀。 在YB2井、YB101井、YB102井、YB12井、YB5井、YB4井飛仙關(guān)組二段頂部及其附近的鮞?；?guī)r中，發(fā)現(xiàn)由細(xì)粒狀方解石組成的新月形及懸垂?fàn)钅z結(jié)物 （大氣淡水方解石樣品出現(xiàn)的井深及層位見圖3），因YB2井的樣品較好，通過(guò)對(duì)該井6427m樣品的電子探針?lè)治觯l(fā)現(xiàn)其微量元素成分幾乎均不含Na2O、FeO、K2O、SrO和MnO，MgO含量較低 （見表1）。6口井的特征均相似，這些特征表明，它們?yōu)榈湫偷拇髿獾疂B流帶的產(chǎn)物；同時(shí)發(fā)現(xiàn)等軸細(xì)粒狀、菱形、六面體粉—細(xì)晶方解石膠結(jié)物沿充填原生孔隙的纖狀環(huán)邊膠結(jié)物的外緣生長(zhǎng)，并與之呈膠結(jié)不整合接觸，晶體干凈明亮，半自形—自形，表明為大氣潛流帶的產(chǎn)物。

表1 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段大氣淡水方解石膠結(jié)物電子探針成分分析表（YB2井6427.00m樣品）

2.2 暴露標(biāo)志2——溶蝕作用強(qiáng)烈

早三疊世，受沉積旋回的控制，海平面相對(duì)下降，碳酸鹽臺(tái)地上鮞粒灘等極淺水沉積區(qū)的沉積物時(shí)而出露海面，受到富含CO2的大氣淡水的淋濾，對(duì)鮞粒灰?guī)r中不穩(wěn)定組分進(jìn)行選擇性溶蝕。

因鑄體薄片資料有限，僅在YB102井6 601.35 m和YB2井6 431.50m飛仙關(guān)組二段中見大小不一、形態(tài)各異的溶孔（粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？椎龋?、溶縫（圖4a和4b），粒內(nèi)溶孔孔徑大小不均，視鮞粒直徑大小而定，最大的有1 mm，一般在0.05～0.3 mm；部分溶孔大，形成負(fù)鮞，而溶縫多為微裂縫。YB2井6 400～6 409 m、6 426～6 434 m和6 453～6 461 m井段溶蝕孔縫面孔率達(dá)3%～5%，YB102井6 595～6 606 m井段溶蝕孔縫面孔率達(dá)3%～6%。部分鮞?；?guī)r粒內(nèi)溶孔未被膠結(jié)物充填，說(shuō)明當(dāng)時(shí)處在大氣滲流帶環(huán)境；而部分鮞粒內(nèi)溶孔呈半充填狀，可見殘留溶孔，充填淡水方解石，呈小菱形等粒狀（如圖4c、圖5），化學(xué)成分單一，只有C、Ca、O元素，無(wú)Fe、Sr、K、Mg、Na元素（表2，圖5），這些現(xiàn)象均表明為大氣淡水成因。

被膠結(jié)物充填的孔隙多為無(wú)效孔隙，但后期的埋藏溶解常常沿此類孔隙再次發(fā)生溶蝕。次生孔隙在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中十分重要，由大氣暴露產(chǎn)生的溶蝕孔隙被認(rèn)為是產(chǎn)生次生孔隙的主要方式［13］。

圖3 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組暴露標(biāo)志分布及層序地層對(duì)比圖

表2 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段鮞?；?guī)r粒內(nèi)溶孔充填淡水方解石元素含量電子探針?lè)治鰯?shù)據(jù)表（YB2井6427.10m樣品）

2.3 暴露標(biāo)志3——含礫屑鮞?；?guī)r

在研究區(qū)YB101井、YB102井、YB5井、YB4井飛仙關(guān)組二段中均可見含礫屑的鮞?；?guī)r （樣品出現(xiàn)的井深及層位見圖3），石灰?guī)r中鮞粒含量大于80%，且鮞粒粒度較均勻（約1 mm），見少量生物碎屑，如海百合、腕足等。礫屑成分為亮晶鮞粒灰?guī)r屑，礫屑的形態(tài)一般較規(guī)則，似球形，磨圓中等，礫屑大小不等，長(zhǎng)軸一般在0.2～0.5 cm，最大可達(dá) 2～3 cm。礫屑顏色較圍巖深，礫屑內(nèi)亮晶方解石膠結(jié)物結(jié)構(gòu)與礫屑外鮞粒之間、鮞粒與礫屑之間亮晶方解石膠結(jié)物結(jié)構(gòu)差異大，但礫屑內(nèi)外鮞粒特征相似（圖4d、4e），表明含礫屑鮞粒灰?guī)r中的礫屑來(lái)源于已膠結(jié)但膠結(jié)較松散的鮞?；?guī)r的破壞產(chǎn)物，反映了此含礫屑鮞?；?guī)r為原來(lái)的鮞粒灘灰?guī)r暴露之后被波浪破壞、近距離搬運(yùn)的再堆積體，即海灘巖產(chǎn)物。由于海灘巖是由海灘沉積物在未埋藏之前膠結(jié)作用形成的［14］，屬于同生暴露的標(biāo)志性巖石，所以含礫屑鮞?；?guī)r是一種代表該時(shí)期曾經(jīng)暴露的標(biāo)志。

圖4 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段鮞粒灘中的暴露標(biāo)志特征

2.4 暴露標(biāo)志4——滲流黏土及滲流粉砂

滲流黏土及滲流粉砂是由于隨著海平面的相對(duì)下降，沉積物暴露于大氣水中時(shí)，滲流帶淡水沿孔隙滲濾、溶解，攜帶的碳酸鹽灰泥、粉屑物質(zhì)或黏土充填于孔隙或裂縫而形成的［15］。在所有6口井的飛仙關(guān)組二段鮞?；?guī)r中均見滲流黏土 （樣品出現(xiàn)的井深及層位見圖3），YB101井中見沿“V”型溶縫（圖4f），部分溶蝕孔中充填有滲流黏土及滲流粉砂。滲流充填物中有破碎的鮞粒、暗色灰泥、粉砂及黏土等，YB2井見滲流的綠泥石黏土（圖4g）。

圖5 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段鮞?；?guī)r粒內(nèi)充填淡水方解石特征

YB101井樣品的滲流黏土較具有代表性（其探針成分見表3），礦物以硅鋁質(zhì) SiO2和Al2O3為多，其次為 CaO，還含有少量 MgO、K2O、FeO、TiO2、Na2O、MnO成分。滲流粉砂易被后期酸性成巖流體溶蝕而形成具粒(礫)間孔、粒(礫)間溶孔的孔隙型儲(chǔ)層［16］。

表3 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段滲流黏土成分電子探針?lè)治鰯?shù)據(jù)表（YB101井6796.70m樣品）

2.5 暴露標(biāo)志5——褐鐵礦化

褐鐵礦化在YB2井、YB101井、YB102井、YB12井、YB5井飛仙關(guān)組二段和三段中均有發(fā)現(xiàn)（樣品出現(xiàn)的井深及層位見圖3），這些井中的微晶鮞粒灰?guī)r、含鮞粒微晶灰?guī)r和變晶鮞?；?guī)r，鮞粒核心、鮞粒圈層或基質(zhì)均有被褐鐵礦化的痕跡（如圖4h、4i）。例如YB5井，基質(zhì)及外圈層被褐鐵礦染，核心被褐鐵礦化，鮞粒周圍發(fā)育氧化鐵環(huán)邊，圈層被淡水方解石膠結(jié)（圖4h）。

YB5井褐鐵礦化鮞粒較具有代表性，其探針資料分析（表4）表明，鮞粒核心及鮞粒圈層的Na2O、MgO、K2O、CaO、MnO等成分含量差不多，但褐鐵礦化的鮞粒核心FeO的含量較高（大于3.0），而未褐鐵礦化的鮞粒圈層FeO含量大部分很低 （小于0.6）。

褐鐵礦化強(qiáng)度及探針?lè)治鰯?shù)據(jù)表明：鮞?；?guī)r曾暴露于大氣淡水中，經(jīng)受大氣淡水的淋濾；大氣淡水中富含O2和CO2，鮞?；?guī)r處于開放的氧化環(huán)境之中，易形成褐鐵礦化。褐鐵礦化發(fā)生于海平面下降時(shí)期，是形成儲(chǔ)層的一個(gè)重要時(shí)期，但對(duì)于元壩地區(qū)而言，發(fā)生在飛仙關(guān)組二段鮞?；?guī)r內(nèi)的褐鐵礦化對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)的評(píng)估尚有待于進(jìn)一步研究。

表4 元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段褐鐵礦化鮞粒核心與未褐鐵礦化鮞粒圈層探針?lè)治鰯?shù)據(jù)對(duì)比表（YB5井6707.50m樣品）

3 暴露標(biāo)志的地質(zhì)意義

3.1 用于劃分層序界面

暴露不整合層序界面是盆地構(gòu)造活動(dòng)穩(wěn)定時(shí)期海平面升降發(fā)生轉(zhuǎn)折形成的界面，主要形成于海平面主體下降期，由發(fā)育在坡折帶之上的碳酸鹽臺(tái)地暴露而形成［17］。前文中所述五種典型的暴露標(biāo)志多發(fā)育在飛仙關(guān)組二段與三段的分界面附近（見圖3），表明此時(shí)段曾發(fā)生過(guò)暴露。這是由于飛仙關(guān)期二時(shí)末期海平面相對(duì)下降，碳酸鹽臺(tái)地上的鮞粒灘等極淺水沉積物暴露地表而形成的。同時(shí)，通過(guò)與在地震剖面及測(cè)井曲線上劃分的層序界面對(duì)比，對(duì)此分界面也得到了印證。因此，可在飛仙關(guān)組二段與三段之間劃出一個(gè)三級(jí)層序界面，為暴露不整合層序界面（SB2）。

3.2 對(duì)劃分精細(xì)層序進(jìn)行印證

層序的高水位體系域（HST）時(shí)期，隨著海平面周期性下降，碳酸鹽臺(tái)地開始周期性暴露，這一過(guò)程主要為同生暴露，并隨著海平面次一級(jí)升降在高水位體系域反復(fù)進(jìn)行。由于海平面的周期性升降，可依據(jù)測(cè)井曲線在層序內(nèi)部劃分出次一級(jí)層序界面 （由海侵→海退次級(jí)旋回組成），次一級(jí)（四級(jí)）的海退造成鮞粒灘暴露，也可形成各種暴露現(xiàn)象，但不如三級(jí)層序界面附近的暴露現(xiàn)象豐富。

通過(guò)對(duì)研究層段薄片資料的鑒定和整理分析，可獲得其深度展布規(guī)律。將次一級(jí)（四級(jí)）層序界面深度與暴露標(biāo)志的分布深度進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在YB2井、YB101井、YB102井、YB5井中 SQ1層序內(nèi)部可見暴露現(xiàn)象（圖3），多發(fā)育于海退次級(jí)旋回界面的附近。由此，間接印證了次級(jí)旋回劃分的合理性。

3.3 暴露溶蝕有利于提高儲(chǔ)層的孔滲性

溶蝕作用對(duì)飛仙關(guān)組鮞?；?guī)r孔滲性的改良具有普遍性。溶蝕作用多發(fā)育在層序暴露界面之下的高位體系域，作用程度較強(qiáng)，是最為重要的建設(shè)性成巖作用。由于灘體暴露，在濕潤(rùn)古氣候條件下遭受大氣淡水溶蝕，形成次生儲(chǔ)集空間，包括各種粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准案黝惾芪g微裂縫等，且以鑄?？缀土?nèi)孔為主［18-19］。暴露現(xiàn)象發(fā)育的層段多為好的儲(chǔ)層段，說(shuō)明其對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性改造作用。一是由于暴露形成的孔隙為以后擴(kuò)溶形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供了先決條件，二是滲流粉砂易被后期酸性成巖流體溶蝕而形成具粒間孔、粒間溶孔的孔隙型儲(chǔ)層［16］。

YB2井飛仙關(guān)組二段的孔隙度多為3%～5%，滲透率為（0.05～93）×10-3μm2； YB101井的孔隙度多為1%～3%，滲透率為（0.01～10）×10-3μm2；YB102井的孔隙度多為2%～6%，滲透率為（0.01～14.3）×10-3μm2；YB5井的孔隙度多為1%～6.75%，滲透率為（0.01～0.4）×10-3μm2。從物性分析上可以看出，暴露溶蝕可形成高孔滲段，這對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成做出了重要的貢獻(xiàn)。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、掃描電鏡及電子探針?lè)治?，識(shí)別出四川盆地東北部元壩地區(qū)三疊系飛仙關(guān)組鮞粒灘成巖過(guò)程中的五種暴露標(biāo)志：大氣淡水方解石膠結(jié)物發(fā)育，溶蝕作用（鮞粒內(nèi)溶孔充填淡水方解石），含礫屑鮞?；?guī)r（礫屑為海灘巖的破碎產(chǎn)物），滲流黏土及滲流粉砂的發(fā)育，褐鐵礦化現(xiàn)象。

（2）這些暴露標(biāo)志表明元壩地區(qū)飛仙關(guān)組二段與三段之間為一個(gè)暴露界面，飛仙關(guān)期二時(shí)末期海平面下降，碳酸鹽臺(tái)地上的鮞粒灘等極淺水沉積物暴露地表。

（3）暴露標(biāo)志具有重要的地質(zhì)意義，它可與巖性、巖相突變面，測(cè)井變化界面等結(jié)合，識(shí)別碳酸鹽巖層序界面，也可對(duì)精細(xì)層序的劃分進(jìn)行印證。利用暴露標(biāo)志也有利于尋找優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層層段。

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