雙魚石地區(qū)棲霞組層序地層劃分 及沉積相分析

鄭 超，王宇峰，湯興宇，胡 欣，孫志昀

(中國石油西南油氣田分公司，四川 江油 621709)

0 引 言

川西北地區(qū)下二疊統(tǒng)勘探始于1970年的河灣場構(gòu)造，多口井在茅口組獲工業(yè)氣流，棲霞組只作為兼顧勘探層系，因而未獲得重大突破[1]。ST1井棲霞組完井測試獲得日產(chǎn)氣達87.6×104m3/d，表明了雙魚石構(gòu)造棲霞組巨大的勘探開發(fā)前景。通過建立層序地層格架，進而分析沉積展布特征是勘探開發(fā)工作的基礎(chǔ)。前人對川西北地區(qū)棲霞組做過大量研究：胡明毅[2]對整個四川盆地進行了研究，將棲霞組劃分為2個三級層序，并認為每期旋回的周期相同；魏國齊[3]認為川西地區(qū)為碳酸鹽巖鑲邊臺地沉積體系，并對亞相類型進行了總結(jié)；蘇旺[4]研究了整個川西地區(qū)，將棲霞組劃分為1個三級層序，識別出開闊臺地相以及臺地邊緣相；梁寧[5]認為川西北地區(qū)發(fā)育緩坡臺地沉積模式；黃涵宇[6]將整個四川盆地梁山組、棲霞組作為研究對象，并將其劃分為3個三級層序，川西北地區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖開闊臺地以及臺地邊緣相。雖然近年的研究成果對川西地區(qū)整體沉積相認識趨于統(tǒng)一，但因與ST1井相鄰的ST3井測試產(chǎn)量只有41.6×104m3/d，因此，針對雙魚石地區(qū)的研究存在如下問題：①各學者因資料掌握度及側(cè)重點的不同，對層序地層的劃分尚有分歧；②由于前人研究區(qū)域較大，致使對雙魚石地區(qū)的灘體刻畫不夠精細，不能滿足現(xiàn)階段勘探開發(fā)的需要。鑒于上述原因，在前人研究的基礎(chǔ)上，綜合野外露頭、鉆井、測井及地震資料，建立層序地層格架，并在格架內(nèi)分析沉積體系特征，以期為雙魚石地區(qū)下一步油氣勘探提供指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川西北地區(qū)處于松潘-甘孜褶皺帶與川中地塊之間，包括龍門山逆沖推覆帶和川西斷褶帶2個二級構(gòu)造單元，川西斷褶帶由射箭河-潼梓觀高帶、中壩-雙魚石高帶以及武都-重華凹陷帶3部分組成。雙魚石構(gòu)造帶位于川西斷褶帶西北緣，屬于中壩-雙魚石高帶的次一級正向構(gòu)造單元，北西面與射箭河-潼梓觀高帶相連，南東面與劍閣-梓潼坳陷帶相鄰[7]。受加里東運動古隆起的影響，雙魚石地區(qū)整體抬升，早二疊世開始，構(gòu)造作用明顯加劇，繼承性沉積的棲霞組因云南褶皺運動形成了多個被斷層切割，走向為北東—南西向的斷塊、斷鼻構(gòu)造帶[8]。研究區(qū)地層厚度較為穩(wěn)定，棲一段厚度約為50～60 m，巖性為泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r；棲二段厚度約為60～70 m，巖性以細—中晶白云巖、豹斑灰?guī)r、亮晶灰?guī)r為主。棲霞組與上覆茅口組、下伏梁山組均為整合接觸。

2 層序地層分析

2.1 層序級次的確定

為了準確建立棲霞組層序地層格架，首先需明確其在四川盆地中的級次。調(diào)研前人研究資料[9]，四川盆地的演化過程可分為6個旋回期：揚子旋回、加里東旋回、海西旋回、印支旋回、燕山旋回以及喜山旋回，可識別為一級層序，對應(yīng)6個巨旋回。棲霞組發(fā)育于海西旋回，海西旋回在四川盆地響應(yīng)為泥盆紀末的柳江運動、石炭紀末的云南運動和早二疊世末的東吳運動3個階段，可劃分為二級層序，對應(yīng)3個超長期旋回(圖1)。據(jù)此對棲霞組地層進行三級層序劃分。

2.2 層序及體系域界面的識別

早二疊世初，雙魚石地區(qū)氣候溫和，受云南運動的影響，海水開始加深，加之區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，使得沉積環(huán)境由梁山組的碎屑巖沉積轉(zhuǎn)換為棲霞組的碳酸鹽巖沉積[10]。

盆地西北緣龍門山推覆帶因古斷裂活動而下陷[11]，斷裂東側(cè)的下盤在正斷層作用下發(fā)生掀斜抬升作用。棲霞組早—中期，由于構(gòu)造抬升速率較海侵速率慢，整體為海侵沉積；而棲霞組中—后期，由于構(gòu)造活動加強，雙魚石地區(qū)抬升速率大于海侵速率，整體表現(xiàn)為海退沉積。根據(jù)野外露頭、鉆井、測井以及地震資料，將棲霞組劃分為2個三級層序(SQ1與SQ2，對應(yīng)的層序界面為SB1、SB2及SB3)、4個體系域以及2個海泛面(MFS1、MFS2)(圖2)。

圖2 棲霞組ST1井單井層序地層及沉積相分析

層序界面在野外露頭上識別為巖性、巖相轉(zhuǎn)換面。以旺蒼王家溝剖面為例，棲霞組整體厚度約為110 m，SQ1與SQ2厚度相近，SQ1整體表現(xiàn)為淺灰色泥晶生屑灰?guī)r；SQ2發(fā)育灰白色亮晶生屑灰?guī)r。SB1與下伏梁山組為整合接觸，巖性由陸相薄層泥頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｏ啾　袑幽嗑蓟規(guī)r；SB2表現(xiàn)為薄—中層泥晶生屑灰?guī)r到中—厚層亮晶生屑云巖的轉(zhuǎn)變；SB3則為中—厚層亮晶生屑灰?guī)r與眼球眼皮構(gòu)造灰?guī)r的轉(zhuǎn)換面。體系域的分界面(海泛面)在露頭中表現(xiàn)為層理最薄處及泥質(zhì)含量最高處。

鉆井及測井剖面中，層序界面以巖性轉(zhuǎn)換面、曲線異常凸起面以及曲線疊置樣式的變化為特征。如ST1井SB2處，巖性由泥晶藻屑灰?guī)r轉(zhuǎn)變?yōu)榱辆镄蓟規(guī)r，自然伽馬曲線由進積變?yōu)榧臃e，且API降到最低，表明泥質(zhì)含量先降低再增高，沉積由海退開始向海進轉(zhuǎn)變，結(jié)合電阻率曲線的突變響應(yīng)，將該處劃為層序界面。海泛面即海水最深時期對應(yīng)的海平面，因而泥質(zhì)含量最高，可根據(jù)自然伽馬曲線API值最高處作為劃分依據(jù)，將棲霞組劃分出4個體系域(圖2)。

棲霞組地層較薄，在地震剖面中層序界面以波阻抗差異而形成的中強—強反射軸為識別標志。在過ST1井的地震剖面中，通過同向軸特征結(jié)合ST1井單井層序劃分后在地震剖面中的標定可以看出井、震層序界面具有較好的對應(yīng)關(guān)系。SB1因泥巖轉(zhuǎn)變?yōu)榛規(guī)r，反射系數(shù)較大，因而表現(xiàn)為強振幅；SB2、SB3為灰?guī)r與云巖之間的轉(zhuǎn)換，反射系數(shù)相對較低，因而表現(xiàn)為中強振幅。

2.3 層序特征

SQ1與棲一段對應(yīng)，厚度約為50～60 m，目的層內(nèi)廣泛發(fā)育且沉積厚度穩(wěn)定。ST1、SY001-1井巖性為灰白色泥晶生屑灰?guī)r；ST3井發(fā)育灰白色泥晶生屑灰?guī)r，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r，反映ST3井沉積區(qū)水體相對更深，整體呈南東高、北西低的特點。自然伽馬曲線為齒化箱形，沉積環(huán)境整體穩(wěn)定，局部波動，相對于SQ2，SQ1的API較高，表明SQ1水體深度大于SQ2。海泛面位于沉積中—后期，說明海進沉積期長于海退沉積期。發(fā)育開闊臺地相，以泥灰質(zhì)開闊海微相為主。層序界面SB1、SB2均為巖性轉(zhuǎn)換面，自然伽馬曲線及電阻率曲線均有異常響應(yīng)。在地震剖面中，SB1反射面以中頻、強振幅、連續(xù)性高為特征；SB2處的同相軸具有中頻、中強振幅、反射較連續(xù)的特征。

SQ2與棲二段相對應(yīng)，厚度約為60～70 m，研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育且厚度穩(wěn)定。ST3井、ST1井以及SY001-1井發(fā)育灰白色亮晶生屑灰?guī)r及薄層細—中晶白云巖，表明該沉積期海水整體較淺，水體能量較高。自然伽馬曲線呈微齒化箱形，沉積環(huán)境穩(wěn)定，由于API值整體低于SQ1，體現(xiàn)了其水體較淺的特征。海泛面發(fā)育于旋回早—中期，印證了SQ2經(jīng)歷了短時間的海進和長時間的海退。發(fā)育臺地邊緣相，以生屑臺緣灘、灰質(zhì)灘間海及云坪為主要沉積微相。層序界面SB3為巖性轉(zhuǎn)換面，自然伽馬曲線為異常凸起，聲波時差曲線表現(xiàn)為疊置樣式的改變。在地震剖面中，SB3具有中低頻率、中強振幅、反射較連續(xù)的特征。

2.4 層序地層格架下沉積演化分析

準確建立層序地層格架是研究沉積相縱向演化規(guī)律及地層對比的基礎(chǔ)，對有利區(qū)域的劃分具有重要意義。此次研究是在野外露頭層序劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合單井及地震剖面層序分析所建立的三級層序地層格架，并詳細分析了層序地層格架下各體系域內(nèi)灘體的發(fā)育、演化特征(圖3)。SQ1時期，由于川西斷褶帶被抬升的速率低于海平面升高的速率，因而主要發(fā)育海進體系域。泥晶生屑灰?guī)r以及泥質(zhì)灰?guī)r的巖性組合表明沉積期間水體能量較低，發(fā)育開闊海微相，灘體不發(fā)育。SQ2時期，川西斷褶帶被抬升的速率加快，高于海平面升高的速率，因而主要表現(xiàn)為海退旋回。海進體系域沉積期，巖性從泥晶生屑灰?guī)r變?yōu)榱辆蓟規(guī)r，水體能量加強，ST3井區(qū)臺緣灘微相開始發(fā)育，整體為微齒化箱形的自然伽馬曲線，反映水體能量穩(wěn)定；海退體系域沉積期，ST1井與SY001-1井區(qū)也開始發(fā)育臺緣灘微相，ST1井和SY001-1井區(qū)沉積的灘體上覆于海進體系域發(fā)育的亮晶生屑灰?guī)r之上，并且由于海退體系域中多發(fā)育細—中晶白云巖，較高的水體能量環(huán)境使形成的灘體厚度較海進體系域沉積期形成的灘體更大、分布范圍更廣，因而表明海退體系域更利于灘體的發(fā)育。

3 沉積相平面展布分析

研究區(qū)井位較少且分布較為集中，運用單因素法不能對沉積相帶進行準確劃分，利用地震屬性分析技術(shù)對平面相展布特征進行刻畫是行之有效的方式。棲霞組SQ1儲層不發(fā)育，因此，主要針對儲層發(fā)育區(qū)SQ2進行沉積展布分析。

結(jié)合棲霞組地質(zhì)特征，提取瞬時振幅、瞬時頻率以及瞬時相位3種基本屬性進行敏感度和匹配度分析，認為3種基本屬性之間匹配合理且以振幅類屬性效果最佳[12-13]，振幅類屬性與地層反射系數(shù)相關(guān)，可反映地層的巖性差異、孔隙特征等[14]。SQ2巖性相近，優(yōu)選更為敏感的屬性是研究的關(guān)鍵。根據(jù)已有巖心資料，通過測量各巖心平均速度與平均密度，建立了楔狀體正演模型。通過該正演模型可以看出，白云巖儲層段的響應(yīng)特征為寬緩波谷，與已鉆井儲層段的地震反射特征吻合較好，說明該正演模型是正確的。

圖3 棲霞組層序地層格架下連井相

研究區(qū)發(fā)育臺地邊緣相，儲集相帶為臺緣灘微相，取心資料顯示儲集巖主要為細—中晶白云巖和殘余砂屑白云巖，次為云質(zhì)豹斑灰?guī)r和生屑灰?guī)r。前人研究表明[15]，雙魚石地區(qū)的白云巖早期是由準同生混合水白云化作用而形成，規(guī)模較小且分布局限；到早二疊世晚期，受東吳運動地殼抬升的影響，棲霞組SQ2儲層長時間處于咸淡水混合帶中，形成規(guī)?；自茙r層。結(jié)合古地貌特征，白云化作用發(fā)生于出露水面的灘體高部位，因而白云巖集中發(fā)育區(qū)即為灘體發(fā)育區(qū)，并且由于灘體發(fā)育區(qū)水動力較強、泥質(zhì)含量低，致使巖性質(zhì)地較脆，在構(gòu)造作用中易產(chǎn)生裂縫。因此，結(jié)合振幅類屬性特性可知，當巖層內(nèi)有孔洞(白云化作用)或者縫隙(構(gòu)造作用)時，波谷的能量會降低，形成弱振幅響應(yīng)[16]。據(jù)此特性可識別白云巖發(fā)育區(qū)。利用最小振幅屬性，對孔洞、裂隙最發(fā)育的區(qū)域進行識別，從而推測整個灘體的展布特征，并運用Strata軟件geoview模塊沿棲霞組頂界面以30 ms為時窗提取最小振幅屬性切片。

由于研究區(qū)斷層發(fā)育且最小振幅屬性受裂隙影響較大，因此，在刻畫沉積展布特征時應(yīng)考慮斷層因素，疊合SQ2最小振幅屬性切片及相干屬性切片(圖4a)可知，研究區(qū)南西部振幅相對較弱，紅色至黃色的中—低能區(qū)為中—弱振幅響應(yīng)，利用鉆井巖心及錄井巖性資料標定可知，該區(qū)域白云巖發(fā)育，識別為灘緣微相；灘緣內(nèi)部的黃色至綠色低振幅區(qū)推測為白云巖更發(fā)育的灘核微相；靠近灘緣邊界的黃色至綠色區(qū)域則因斷層發(fā)育表現(xiàn)為低振幅值；灘體之間發(fā)育的灘間海微相響應(yīng)為淺藍色的中—高振幅區(qū)；結(jié)合古地貌推測灘體南部深藍色至紫色中高—高振幅區(qū)為開闊臺地相的開闊海亞相(4b)。

圖4 棲霞組SQ2最小振幅屬性切片及平面展布特征

4 有利區(qū)域預(yù)測

前人研究表明，川西北地區(qū)棲霞組氣藏氣源主要來自中二疊統(tǒng)及其下伏志留系2套烴源巖(圖5)，且生烴強度高[17]，儲層氣源供給充足。據(jù)鉆井巖心測試，儲層平均孔隙度為3.09%，平均滲透率為2.92×10-3μm2，具有低孔、中低滲的特征，因而斷裂發(fā)育區(qū)易形成優(yōu)質(zhì)儲層；根據(jù)準同生混合水白云化及后期混合水白云化成因機理，認為在地貌較高的咸淡水混合帶有利于白云巖的形成，發(fā)育為優(yōu)勢儲層；結(jié)合層序發(fā)育特征，可知在SQ2海退體系域時期形成的灘體也為儲層優(yōu)勢區(qū)；據(jù)此，疊合構(gòu)造圖、沉積相圖以及古地貌圖將棲霞組SQ2有利區(qū)劃分為3個等級(圖5)：Ⅰ級有利區(qū)為斷層附近的灘體構(gòu)造高點，Ⅱ級有利區(qū)為沒有斷層發(fā)育的灘體構(gòu)造高點，Ⅲ級有利區(qū)為灘核發(fā)育區(qū)。通過對比正鉆井ST8井的取心資料，與預(yù)測吻合較好。

圖5 雙魚石地區(qū)棲霞組SQ2儲層有利區(qū)域分布

5 結(jié) 論

(1) 通過野外露頭、測井曲線及地震反射特征識別層序及體系域界面，建立棲霞組層序地層格架。將研究區(qū)劃分為2個三級層序和2個海泛面，各三級層序劃分為海進、海退2個體系域，且SQ1以海進體系域為主，SQ2以海退體系域為主。

(2) 利用鉆井巖心、測錄井資料分析，雙魚石地區(qū)棲霞組SQ1為開闊臺地相，灘體不發(fā)育；SQ2主要為臺地邊緣相，發(fā)育臺緣灘及灘間海亞相，根據(jù)灘體發(fā)育時沉積區(qū)位置不同又將其分為灘緣和灘核2個微相。

(3) 結(jié)合鉆井巖心、儲層控制因素以及白云巖成因分析，將研究區(qū)劃分為3個等級有利區(qū)，其中，以斷層附近的構(gòu)造高點最為有利，并且對比正鉆井取心資料，與預(yù)測結(jié)果吻合較好，表明此劃分方案是可行的。