常雨琪,孫 瑋,李澤奇,葉玥豪,焦 堃,袁 月,田夢(mèng)娜
(油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059)
川東南地區(qū)主要指川東高陡構(gòu)造南段和川南中低褶皺帶的南部,東至南川斷層、西至赤水、南至盆地邊緣、北至重慶的地區(qū)(圖1),面積約2.5×104km2。區(qū)域上位于特提斯域和西太平洋域交匯處,大涼山構(gòu)造帶和大婁山構(gòu)造帶交匯處,受雪峰推覆構(gòu)造帶與青藏高原北緣推擠的應(yīng)力疊加的影響,形成多方向、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),是造山帶向盆地過(guò)渡的地區(qū),也是雙向構(gòu)造影響最強(qiáng)的地區(qū)[1-2]。深層一般指埋深4.5~6 km的地層,>6 km為超深層[3-4]。本文研究的川東南地區(qū)深層主要指下組合地層,據(jù)川東南最深的探井——西門(mén)1井(完鉆深度6 512 m)資料,埋深6 km為奧陶系紅花園組。川東南至川南屬于油氣勘探較早的地區(qū),但深層勘探很少,20世紀(jì)70年代主要在長(zhǎng)寧構(gòu)造鉆探了寧1、寧2井,目的層為上震旦統(tǒng)燈影組(Z2dn),但未獲天然氣而失利。之后陽(yáng)高寺的陽(yáng)深1井和陽(yáng)深2井,完鉆層位寒武系,未見(jiàn)產(chǎn)氣。2005年在川東南以燈影組為目的層的探井——丁山1井,燈影組產(chǎn)NaHCO3型水,鉆探失利;2007年林1井完鉆層位為燈影組,亦未獲工業(yè)性氣層;西門(mén)1井鉆至中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)組,因巨厚膏鹽巖的存在未鉆至燈影組而未能探明燈影組的情況;2016年涪陵焦石壩完鉆的焦石1井鉆至燈影組,但未獲工業(yè)性氣層而告失利。
盡管上述勘探歷程在深層未有大的發(fā)現(xiàn),但結(jié)合鄰區(qū)鉆探結(jié)果也取得了一些新的成果,如對(duì)燈影組儲(chǔ)層特征有了進(jìn)一步深入的了解[5-9]等。而且,上述探井鉆至燈影組的多位于盆地外或是盆地邊緣天然氣容易側(cè)向運(yùn)移逸散的區(qū)域,真正盆地內(nèi)部揭示油氣的探井還沒(méi)有,因此并不能因?yàn)樯鲜龅你@探結(jié)果而否定深層特別是燈影組的勘探前景。加之四川盆地目前除了川東南基本上都有燈影組探井的存在,可以在一定程度上揭示油氣前景,但川東南盆地內(nèi)仍未有探井。本文利用上述鉆探成果和近來(lái)年頁(yè)巖氣以及綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽的研究成果,綜合分析川東南深層油氣地質(zhì)條件并結(jié)合構(gòu)造演化分析成藏過(guò)程,為未來(lái)勘探深層油氣藏提供參考。
圖1 川東南構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨爸苓呫@井、古油藏位置圖Fig.1 Division of tectonic units,location of borehole and paleo-reservoir in southeastern Sichuan
川東南地區(qū)深層—超深層海相烴源系應(yīng)該發(fā)育有下寒武統(tǒng)筇竹寺組和下志留統(tǒng)龍馬溪組2套黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、黑色硅質(zhì)頁(yè)巖。近年來(lái),四川盆地內(nèi)頁(yè)巖氣方面的研究在研究區(qū)這2套頁(yè)巖層系特征及分布方面有非常多的成果[10-21]。
下寒武統(tǒng)烴源在川東南地區(qū)比較發(fā)育,但研究結(jié)果顯示其分布具有一定的局限性,一定程度上受控于綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽的影響[22-27]。在該地區(qū),目前有丁山1井、焦石1井、林1井和寧206井可以揭示其特征,從鉆井資料來(lái)看存在一定的差異性。遠(yuǎn)離拉張槽的丁山1井下寒武統(tǒng)牛蹄塘組底部黑色(碳質(zhì))頁(yè)巖厚13 m[28];靠近拉張槽的林1井牛蹄塘組暗色泥巖厚度達(dá)158 m,底部黑色頁(yè)巖厚43 m。據(jù)趙文智等[21]資料表明,拉張槽內(nèi)部寧206井僅wTOC>2%的黑色頁(yè)巖厚度就達(dá)40 m。據(jù)李中峰等[29]對(duì)長(zhǎng)寧剖面研究表明,黑色頁(yè)巖厚度35 m,碳質(zhì)頁(yè)巖的厚度可達(dá)148 m,長(zhǎng)寧雙河剖面麥地坪組的厚度可達(dá)268 m,筇竹寺組厚度528 m,與GS17井(麥地坪組厚128 m,筇竹寺組厚555 m)可以進(jìn)行對(duì)比。拉張槽向南延伸的昭通—畢節(jié)一線(xiàn),昭101井、昭103井和方深1井富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖集中段厚度50~65 m(圖1)。這些頁(yè)巖氣研究資料都充分說(shuō)明了拉張槽對(duì)黑色頁(yè)巖的控制作用。四川盆地南段拉張槽內(nèi)頁(yè)巖厚度大,富有機(jī)質(zhì)程度高;向東臺(tái)地內(nèi)黑色頁(yè)巖段在減少,巖性逐漸變粗,有機(jī)質(zhì)含量變低。拉張槽東部邊緣大體位于瀘州-赤水一線(xiàn),可以為該線(xiàn)以東大規(guī)模提供烴源(圖2)。
因此,從烴源角度來(lái)講,川東南地區(qū)緊鄰綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽發(fā)育下寒武統(tǒng)烴源巖,具備了形成大油氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。
圖2 川東南地區(qū)牛蹄塘組厚度等值線(xiàn)圖和林1井牛蹄塘組巖性柱狀圖Fig.2 Thickness contour map of the Niutitang Formation in southeastern Sichuan and lithological histogram of Niutitang Formation of Well Lin 1
根據(jù)林1井和丁山1井巖心觀察及薄片鑒定分析燈影組白云巖儲(chǔ)層特征。
林1井鉆探結(jié)果表明燈影組第四段厚325 m(未鉆穿),巖性整體表現(xiàn)為:底部以粉-細(xì)晶白云巖為主,局部發(fā)育藻紋層白云巖和藻砂屑白云巖;中下部發(fā)育藻砂屑、藻凝塊為主的白云巖,局部可見(jiàn)重結(jié)晶作用形成的細(xì)晶白云巖;中部為灰色泥晶白云巖與微晶似球粒白云巖、藻白云巖呈不等厚互層;上部為淺灰色白云巖、灰-深灰色細(xì)-中晶白云巖;頂部發(fā)育泡沫綿層石、藻紋層和藻砂屑為主的泥-粉晶白云巖,頂面可見(jiàn)受熱液作用影響的中-粗晶白云巖。整體反映了由潮間-潮上較高能,逐漸向潮下低能過(guò)渡的沉積環(huán)境。
儲(chǔ)集層段主要發(fā)育在燈四段頂部不整合面100 m以?xún)?nèi),宏觀上主要以巖溶作用形成的縫洞型儲(chǔ)層和微生物白云巖格架孔為主,瀝青充填。顯微鏡下,孔隙主要為藻砂屑粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、藻紋層間的溶蝕孔和縫,以及粉晶白云巖晶間(溶)孔為主,局部可見(jiàn)重結(jié)晶作用形成的中-粗晶白云巖晶間孔,瀝青全充填。而在2 827 m深度之下基本未見(jiàn)瀝青,可以將其定為當(dāng)時(shí)的古油水界面(圖3)。
林1井燈影組巖心樣品孔隙度最大值為10.63%,最小值為1.43%,平均值為3.07%(縫洞很發(fā)育);滲透率最大值為18.8649×10-3μm2,最小值為0.0044×10-3μm2,平均值為1.00×10-3μm2??傮w上表現(xiàn)為孔隙度一般、滲透率相對(duì)較好。近42%樣品孔隙度低于2%,但孔隙度分布除在1.5%~2%區(qū)間相對(duì)較集中外,其余區(qū)間分布則較均一。滲透率則有42%分布于(0.001~0.01)×10-3μm2,近52%值分布于(0.1~1)×10-3μm2,同時(shí)有近6%位于(10~100)×10-3μm2,表明具有比較好的滲透性,可能與微裂隙發(fā)育相關(guān)。可見(jiàn),燈影組儲(chǔ)集層非均值性強(qiáng),在整體低孔低滲條件下,仍發(fā)育較好的儲(chǔ)集層。
圖3 林1井和丁山1井燈影組鉆井巖心照片F(xiàn)ig.3 Photographs showing drilling core of Dengying Formation from Well Lin 1 and Dingshan 1(A)溶蝕孔洞中白云石→瀝青→石英充填,林1井,巖心編號(hào)9-47/54,深度2 624.78 m; (B)白云石→瀝青充填沿高陡縫合線(xiàn)形成的溶蝕縫洞,林1井,巖心編號(hào)11-1/51,深度2 654.20 m; (C)細(xì)-粗晶白云巖中白云石晶間充填瀝青,丁山1井,10×4,(-),深度3 491.75 m; (D)微晶白云巖溶蝕孔洞中刀片狀白云石→馬鞍狀白云石→瀝青充填,林1井,10×4,(-),深度2 619 m; (E)含藻球粒微-細(xì)晶白云巖,瀝青收縮孔,林1井,10×4,(-),深度2 624.2 m; (F)亮晶凝塊石白云巖溶蝕孔洞中2期白云石→瀝青充填,剩余部分孔隙,丁山1井, 10×10,(-), 深度3 510.90 m
丁山1井鉆遇燈影組的深度為 3 492~4 610 m,最后完井層位為燈二段。其中燈四段碳酸鹽巖儲(chǔ)層段巖性整體表現(xiàn)為:底部為泥-粉晶藻紋層白云巖,局部可見(jiàn)硅質(zhì)呈脈狀或斑狀分布;下部主要發(fā)育泥-粉晶藻砂屑白云巖;中部主要以泥-粉晶白云巖為主,微生物巖結(jié)構(gòu)較少見(jiàn);上部至頂部主要發(fā)育藻紋層、藻砂屑白云巖以及巖溶角礫白云巖,局部可見(jiàn)泡狀凝塊石和泡沫綿層石。整體為局限臺(tái)地的低能潮坪相沉積。
與林1井相似,丁山1井燈影組儲(chǔ)層同樣發(fā)育于燈四段頂部,是一套微生物白云巖格架孔和巖溶孔洞為主的儲(chǔ)層,瀝青充填情況良好。巖屑薄片觀察發(fā)現(xiàn),微生物白云巖格架孔以及晶間溶孔較為發(fā)育,瀝青連續(xù)分布層位的深度為 3 492~4 070 m,主要呈半充填-全充填狀。因此,燈影組古油水界面的深度可能為 4 070 m左右。
白云巖巖心樣品物性分析結(jié)果顯示:孔隙度平均為1.78%,主要分布在1.5%~2%,孔隙度>2%的樣品約占20%,滲透率0.074 6×10-3μm2,具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。
綜合對(duì)比而言,2口井具有相似的巖性組合(圖4),不同區(qū)域差異不大,主要發(fā)育微生物碳酸鹽巖;燈影組儲(chǔ)層主要受巖溶改造作用形成,并且溶洞、晶洞或縫合線(xiàn)內(nèi)部均有豐富的瀝青充填;局部均有構(gòu)造裂縫與微裂縫發(fā)育,多為高角度與水平縫,其中林1井的瀝青含量和裂縫發(fā)育情況強(qiáng)于丁山1井,但丁山1井局部構(gòu)造縫發(fā)育;巖心觀察和鏡下薄片可見(jiàn)較完整的充填序列:成巖早期白云石→石英/方解石→瀝青→馬鞍狀白云石→瀝青→白云石→石英/方解石→瀝青。林1井物性特征總體上表現(xiàn)為孔隙度較低、滲透率相對(duì)較高;丁山1井物性特征表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性,物性較好的層段主要發(fā)育在燈四段的上部-頂部。
川東南燈影組直接封蓋層是下寒武統(tǒng)泥質(zhì)巖。研究區(qū)下寒武統(tǒng)泥質(zhì)巖厚度很大,習(xí)水吼灘剖面顯示總厚423.5 m,其中泥巖、泥灰?guī)r及泥云巖厚245 m,占地層總厚的57.97%;丁山1井和林1井亦顯示筇竹寺組泥質(zhì)巖平均厚度為14.6 m,單層最大厚度可達(dá)28.5 m。因此,下寒武統(tǒng)的巨厚泥質(zhì)巖形成很好的區(qū)域蓋層,對(duì)下伏油氣藏具有直接保存作用。
除此之外,川南至川東一帶中上寒武統(tǒng)膏鹽巖十分發(fā)育。膏鹽巖由于具有強(qiáng)塑性和較好封閉性,斷層很難穿過(guò),是非常好的區(qū)域性蓋層[30-31]。據(jù)劉樹(shù)根等[22]研究,川東南普遍發(fā)育中上寒武統(tǒng)膏鹽巖且厚度較大,林1井膏質(zhì)白云巖厚50 m,分布在石冷水組(20 m)和清虛洞組(30 m);丁山1井膏巖層厚約34 m,主要分布在清虛洞組的中下部,是一套以灰白色膏巖與膏質(zhì)白云巖互層為主的巖層;寧2井寒武系膏巖層累計(jì)厚度184.5 m,其中清虛洞組17 m,高臺(tái)組55.5 m,洗象池組112 m。圖5地震剖面展示寒武系內(nèi)膏鹽巖層的發(fā)育,斷層至該層位往往形成層內(nèi)滑脫,很難向下繼續(xù)穿層發(fā)育。因此,從封蓋條件來(lái)看,具有非常好的垂向封蓋性,可以保證垂向上油氣不易散失。
但燈影組的保存條件存在一定的差異性,特別是焦石1井的勘探對(duì)保存條件有比較重要的啟示。位于焦石壩構(gòu)造的焦石1井燈影組上覆龍馬溪組為非常好的頁(yè)巖氣產(chǎn)層,暗示縱向上具有非常好的保存條件,但鉆探的結(jié)果為干井。分析認(rèn)為焦石1井位于盆地邊緣,構(gòu)造隆升快且幅度大,距出露寒武系的地區(qū)僅10 km,距出露震旦系的地區(qū)55 km,因此天然氣側(cè)向沿?zé)粲敖M頂不整合面運(yùn)移而散失,未能成藏。而龍馬溪組頁(yè)巖氣則主要是受控于自封閉,頁(yè)巖氣不易運(yùn)移而保存在地層內(nèi);但常規(guī)天然氣不僅要考慮垂向的保存條件,側(cè)向封閉性也是非常重要的,可能是燈影組能否成藏的一個(gè)關(guān)鍵。
川東南的構(gòu)造變形具有一定的相通性,川東南赤水地區(qū)的研究結(jié)果表明構(gòu)造變形主要受區(qū)域擠壓作用、盆地基底結(jié)構(gòu)、膏鹽層和海相地層共同控制[32]。據(jù)丁山1井研究結(jié)果,構(gòu)造變形主要從晚白堊世(72 Ma B.P.)開(kāi)始活動(dòng)[33]。田夢(mèng)娜等[32]利用地震剖面及平衡剖面方法分析認(rèn)為,川東南地區(qū)受2個(gè)方向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力擠壓(近N-S向應(yīng)力比近E-W向應(yīng)力早且持續(xù)至今),使得中上寒武統(tǒng)滑脫層以上形成斷滑和斷展的復(fù)合構(gòu)造,構(gòu)造較晚且變形強(qiáng);而滑脫層以下地層構(gòu)造穩(wěn)定,形成較早且變形弱。
將川東南赤水地區(qū)位于西門(mén)1井附近的近N-S向二維地震剖面利用層拉平技術(shù)拉平三疊系的底和頂(圖6-A、B),從拉平結(jié)果來(lái)看,赤水南在三疊系及侏羅系沉積前震旦系均有明顯的背斜構(gòu)造,隆升幅度大,表明該構(gòu)造形成時(shí)間早,圈閉條件良好。對(duì)比現(xiàn)今構(gòu)造發(fā)現(xiàn)震旦系雖然較平緩,但圈閉并未完全消失,或早期的凹陷在后期隆升中形成新的圈閉(圖6-C)。因此,川東南地區(qū)雖受強(qiáng)烈的雙向構(gòu)造應(yīng)力擠壓及隆升剝蝕作用,但燈影組圈閉形成早且持續(xù)存在,僅閉合度及圈閉面積縮小,甚至早期的凹陷隆升又形成了新的圈閉。
圖4 林1井和丁山1井燈影組連井對(duì)比圖Fig.4 Correlation of Dengying Formation for Well Lin 1 and Dingshan 1
圖5 川東南地區(qū)東西向剖面特征圖Fig.5 Characteristics of east-west profile in southeast Sichuan
圖6 川東南地區(qū)燈影組圈閉演化及油氣成藏模式圖Fig.6 Trapping evolution and hydrocarbon accumulation pattern of Dengying Formation in southeastern Sichuan Basin
從地震剖面結(jié)合構(gòu)造分析,下寒武統(tǒng)膏鹽巖層是非常好的滑脫層,非常有利于構(gòu)造的保持。三疊系沉積前燈影組就已經(jīng)形成了大規(guī)模的圈閉,圈閉在晚白堊世隆升前仍存在,在隆升過(guò)程中滑脫層使上下構(gòu)造變形不一致。盡管上覆地層構(gòu)造發(fā)生了大的變化和調(diào)整,但滑脫層下的構(gòu)造雖然也有一定的調(diào)整,卻調(diào)整不大,對(duì)于天然氣的保持起了重要的作用,天然氣僅短距離調(diào)整,有利于氣藏的保持。
深層油氣勘探對(duì)于油氣成藏條件的要求非常苛刻,因?yàn)槊總€(gè)條件的缺失都可能造成油氣最終不能成藏,特別是對(duì)于四川盆地?zé)粲敖M油氣的成藏[34-35]。因此全面對(duì)比有利因素和不利因素對(duì)于勘探前景有重要的意義。
川東南地區(qū)油氣成藏的有利條件表現(xiàn)在:①受綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽和樂(lè)山-龍女寺古隆起影響,以下寒武統(tǒng)為主的多源供烴,其烴源巖分布廣且厚、有機(jī)質(zhì)豐度高,加之志留系烴源巖,為川東南油氣成藏提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。②川東南地區(qū)從下向上發(fā)育震旦系燈影組白云巖、寒武系婁山關(guān)組白云巖、志留系石牛欄組生物礁,其中又以燈影組儲(chǔ)層最為發(fā)育,這多時(shí)代的儲(chǔ)集層疊合為油氣成藏提供了廣闊的儲(chǔ)集場(chǎng)所。③下寒武統(tǒng)致密泥質(zhì)巖和中上寒武統(tǒng)巨厚膏鹽巖對(duì)下伏地層形成有效的多級(jí)封蓋,雖然中下三疊統(tǒng)膏鹽在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中被剝蝕,但川東南重慶—宜賓地區(qū)陸相地層保存條件未遭受大規(guī)模破壞[36],因此下古生界氣藏依然能被完好保存。④圖6-A顯示三疊系沉積前,川東南深層燈影組和古生界古構(gòu)造發(fā)育比較穩(wěn)定,滑脫層之下圈閉已經(jīng)形成,有利于油氣聚集;侏羅系沉積前,盆地內(nèi)部構(gòu)造變形不大,僅是埋藏加深,因此對(duì)原先的古圈閉改造也不大,古油藏原地裂解形成古氣藏;到現(xiàn)今構(gòu)造,強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓使滑脫層之上地層形成一系列連續(xù)褶皺,同時(shí)上覆地層凹陷抑制下伏古構(gòu)造的隆起,導(dǎo)致古構(gòu)造閉合度及圈閉面積縮小,加之受滑脫層影響下伏地層構(gòu)造變形較弱[37],但依然形成了新的小型圈閉,因此可以說(shuō)下組合圈閉形成早且持續(xù)存在。
川東南地區(qū)油氣成藏的不利條件主要有以下2點(diǎn):①研究區(qū)古構(gòu)造位于樂(lè)山-龍女寺古隆起的斜坡帶,二疊系沉積時(shí)并不是構(gòu)造高點(diǎn),因此不利于古油藏的形成。但川東南地區(qū)經(jīng)歷了深埋藏,下組合儲(chǔ)層中的石油或有機(jī)質(zhì)幾乎熱裂解成天然氣與瀝青,從鏡下觀察也可以看出(圖3-A、B、C),絕大部分次生溶蝕孔洞及裂縫被高演化瀝青或鞍狀白云石充填,說(shuō)明早期確有成藏。②從構(gòu)造演化來(lái)看,早期形成的圈閉受后期構(gòu)造變動(dòng)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致自身封存條件的改變,閉合面積大幅度減小,造成油氣的再次運(yùn)移和逸散,越靠近盆地邊緣隆升幅度越大,使得早期熱裂解形成的古氣藏長(zhǎng)距離側(cè)向逸散,不利于氣藏的保存(圖6-C)。加之中上寒武統(tǒng)的巨厚膏鹽巖具塑性流動(dòng),導(dǎo)致勘探難度大。
綜合上述,川東南燈影組油氣成藏具有較好的烴源條件(表1);但從保存條件來(lái)看,顯然靠近盆地邊界的構(gòu)造條件較不利,而向盆地內(nèi)部且鄰近拉張槽的區(qū)域具有較好的油氣地質(zhì)條件,不利因素影響較小,是未來(lái)勘探的重要地區(qū)。
表1 川東南地區(qū)油氣成藏條件Table 1 Hydrocarbon accumulation conditions in southeastern Sichuan Basin
a.從烴源角度來(lái)講,川東南地區(qū)緊鄰綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽發(fā)育的下寒武統(tǒng)烴源巖,又位于加里東兩個(gè)巨型古隆起之間發(fā)育的上奧陶-下志留統(tǒng)烴源巖,具備了形成大油氣田的物質(zhì)基礎(chǔ),并且受控于綿陽(yáng)-長(zhǎng)寧拉張槽對(duì)其影響,越靠近拉張槽地區(qū)的烴源巖發(fā)育情況越好。從儲(chǔ)層發(fā)育情況來(lái)講,川東南地區(qū)燈影組儲(chǔ)層均有發(fā)育,且儲(chǔ)層內(nèi)也可見(jiàn)瀝青充填,說(shuō)明早期確有成藏。川南至川東一帶中上寒武統(tǒng)膏鹽巖十分發(fā)育,膏鹽巖由于具有強(qiáng)塑性和較好封閉性,為良好的區(qū)域性蓋層。川東南地區(qū)下組合圈閉形成早,且持續(xù)存在。
b.早期形成的圈閉受后期構(gòu)造變動(dòng)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致自身封存條件的改變,閉合面積大幅度減小,造成油氣的再次運(yùn)移和逸散。越靠近盆地邊緣隆升幅度越大,使得早期熱裂解形成的古氣藏長(zhǎng)距離側(cè)向逸散,不利于氣藏的保存。加之中上寒武統(tǒng)的巨厚膏鹽巖具塑性流動(dòng),導(dǎo)致勘探難度大。
整體而言,川東南下組合地區(qū)雖然勘探難度較大,但(毗鄰拉張槽地區(qū),如赤水地區(qū))仍有較大的勘探潛力,特別是由于寒武系膏鹽層下由于構(gòu)造變形小,圈閉一直存在且遠(yuǎn)離造山帶,天然氣不易側(cè)向調(diào)整,破壞小而成藏。