魏國(guó)齊 楊 威 劉滿倉(cāng) 謝武仁 金 惠 武賽軍 蘇 楠 沈玨紅 郝翠果
中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院
四川盆地是我國(guó)重要的含油氣盆地,面積約18×104km2,是在早期穩(wěn)定的克拉通海相盆地之上疊加晚期前陸盆地的疊合盆地,沉積了巨厚的震旦系—中三疊統(tǒng)(厚度介于4 000~7 000 m)的海相碳酸鹽巖和上三疊統(tǒng)—始新統(tǒng)(厚度介于2 000~5 000 m)的陸相碎屑巖[1-2]。同時(shí),四川盆地也是我國(guó)天然氣工業(yè)的搖籃[1,3-4],經(jīng)過(guò)60多年的勘探,已取得了重大成果。截至2017年底,該盆地內(nèi)已鉆獲氣田120多個(gè),探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約3.69×1012m3,其中探明儲(chǔ)量大于300×108m3的常規(guī)氣+致密氣大氣田共20個(gè),探明儲(chǔ)量約2.87×1012m3,占總探明儲(chǔ)量的78%;常規(guī)氣+致密氣年產(chǎn)量約305×108m3,85%以上來(lái)源于20個(gè)大氣田??梢姶髿馓镌谌璧靥烊粴饪碧介_發(fā)中占有重要地位,對(duì)其進(jìn)行研究十分必要。
四川盆地分層系、分區(qū)域的大氣田成藏條件、成因機(jī)理和勘探方向的探討較多[5-16];總結(jié)全盆地天然氣分布規(guī)律的成果較少[17-21],馬永生等[17]總結(jié)了四川盆地2008年以前發(fā)現(xiàn)的大中型氣田分布規(guī)律,提出了勘探方向;張水昌和朱光有[18]2006年從烴源巖角度分析了四川盆地海相天然氣成藏特征與勘探潛力;龍勝祥等[19]2012年分析了四川盆地陸相層系天然氣成藏條件,提出了勘探思路。但近10年來(lái),勘探取得了許多新進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)了安岳等多個(gè)大氣田;地質(zhì)上認(rèn)識(shí)有了新變化,提出了如綿竹—長(zhǎng)寧克拉通內(nèi)裂陷、高石梯—磨溪古隆起等新認(rèn)識(shí)[22-23]。因此,隨著資料的增加和勘探的深化,有必要對(duì)大氣田分布特征和主控因素進(jìn)行分析,提出新的大氣田勘探方向。筆者從20個(gè)大氣田的地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)出發(fā),分析大氣田分布特征和形成的地質(zhì)條件,分析大氣田發(fā)育的主控因素,評(píng)價(jià)下一步大氣田勘探的主要方向,以期對(duì)四川盆地大氣田勘探產(chǎn)生一定的指導(dǎo)作用,同時(shí)也有助于豐富我國(guó)大氣田地質(zhì)理論。
從構(gòu)造單元(盆地分區(qū))上看,20個(gè)大氣田分布于四川盆地的不同構(gòu)造區(qū)域,其中以川中低緩構(gòu)造帶(川中)最多,發(fā)育10個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的63.1%;其次為米倉(cāng)山—大巴山前緣褶皺帶(川東北),發(fā)育4個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的19.5%;川西凹陷帶(川西)發(fā)育3個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的10.8%;川東高陡構(gòu)造帶(川東)發(fā)育2個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的5.2%;川南低陡構(gòu)造帶(川南)最少,僅1個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的1.4%(圖1、圖 2-a)。
圖1 四川盆地大氣田分布圖
四川盆地已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)氣+致密氣的產(chǎn)層約24個(gè)[20],20個(gè)大氣田的產(chǎn)層主要分布在7個(gè)層系中,分別為侏羅系、上三疊統(tǒng)須家河組、中三疊統(tǒng)雷口坡組—下三疊統(tǒng)嘉陵江組、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組—上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組、中石炭統(tǒng)黃龍組、下寒武統(tǒng)龍王廟組和上震旦統(tǒng)燈影組。長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組大氣田最多(6個(gè)),探明儲(chǔ)量占總探明儲(chǔ)量的29.2%;其次為須家河組大氣田有4個(gè),占總探明儲(chǔ)量的28.0%;燈影組和龍王廟組大氣田分別占總探明儲(chǔ)量的15.7%和15.4%(圖2-b)。
從氣田產(chǎn)層中部埋深上看,20個(gè)大氣田分布于淺層、中層和深層。埋深小于3 500 m的淺層發(fā)現(xiàn)9個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的37.2%;埋深介于3 500~5 000 m的中層發(fā)現(xiàn)6個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的24.9%;埋深大于5 000 m的深層發(fā)現(xiàn)5個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的37.9%。
形成20個(gè)大氣田的烴源巖主要有4套組合,分別是下寒武統(tǒng)筇竹寺組+上震旦統(tǒng)燈影組、下志留統(tǒng)龍馬溪組、上二疊統(tǒng)+下三疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)須家河組。其中以筇竹寺組+燈影組烴源巖組合為主的共發(fā)現(xiàn)4個(gè)大氣田,占總探明儲(chǔ)量的31.1%;以上二疊統(tǒng)+下三疊統(tǒng)烴源巖組合為主的共發(fā)現(xiàn)大氣田7個(gè),占總探明儲(chǔ)量的31.6%;以須家河組烴源巖為主的發(fā)現(xiàn)大氣田7個(gè),占總探明儲(chǔ)量的32.1%;以龍馬溪組烴源巖為主的發(fā)現(xiàn)大氣田2個(gè),占總探明儲(chǔ)量的5.2%(圖2-c)。
這4套烴源巖組合中,筇竹寺組+燈影組、龍馬溪組、上二疊統(tǒng)+下三疊統(tǒng)等3套為海相泥頁(yè)巖和碳酸鹽巖烴源巖,須家河組為陸相煤系烴源巖。4套烴源巖組合品質(zhì)好、生氣強(qiáng)度大、分布面積廣,是大氣田發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。如筇竹寺組泥質(zhì)烴源巖是四川盆地最好的烴源巖之一,其總有機(jī)碳含量(TOC)介于0.50%~7.56%,平均值為1.88%;腐泥型干酪根,碳同位素介于-33.3‰~-31.1‰,平均值為-32.1‰;處于高—過(guò)成熟生氣階段,鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于1.83%~3.90%;厚度大,介于100~400 m;分布面積大,生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的面積為12×104km2。該套筇竹寺組烴源巖是震旦系、寒武系大氣田的主要烴源巖[22]。
圖2 大氣田特征統(tǒng)計(jì)圖
四川盆地大氣田儲(chǔ)層有兩種類型。20個(gè)大氣田中,碳酸鹽巖儲(chǔ)層大氣田有13個(gè),占總探明儲(chǔ)量的68%;致密砂巖儲(chǔ)層大氣田7個(gè),占總探明儲(chǔ)量的32%。碳酸鹽巖儲(chǔ)層以白云巖為主,次為石灰?guī)r,儲(chǔ)層平均孔隙度為3.24%,平均滲透率大部分小于1.5 mD,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要受礁灘相和白云石化作用控制。大氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性一般較差,儲(chǔ)層孔隙度平均值介于3.2%~12.0%(最大者為普光氣田),滲透率平均值介于0.1~180.0 mD(最大者為普光氣田);大氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要類型為裂縫—孔隙(洞)型儲(chǔ)層,有12個(gè),孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)層大氣田僅有1個(gè);裂縫對(duì)儲(chǔ)層的有效性有重要貢獻(xiàn)。
7個(gè)陸相大氣田都為致密砂巖儲(chǔ)層,孔隙度平均值介于5.1%~10.2%,滲透率平均值介于0.11~2.64 mD??傮w來(lái)說(shuō),陸相大氣田儲(chǔ)層為低孔低滲、特低孔特低滲儲(chǔ)層,局部發(fā)育高孔隙型儲(chǔ)層。據(jù)近40 000個(gè)須家河組樣品物性資料統(tǒng)計(jì),平均孔隙度為5.22%,一般都小于6%;滲透率主要介于0.01~0.10 mD。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要受三角洲水下分流河道砂體和溶蝕作用控制,裂縫在氣田高產(chǎn)中占極其重要地位。
四川盆地區(qū)域性大氣田蓋層主要有筇竹寺組泥巖、二疊系泥巖、嘉陵江組+雷口坡組膏鹽巖和須家河組泥巖。大氣田的直接蓋層主要有燈影組泥巖、筇竹寺組泥巖、中寒武統(tǒng)高臺(tái)組泥灰?guī)r+膏鹽巖、飛仙關(guān)組泥灰?guī)r等。區(qū)域蓋層中,中下三疊統(tǒng)膏鹽巖在四川盆地內(nèi)廣泛發(fā)育,高石梯—磨溪地區(qū)膏鹽巖厚度超過(guò)300 m;二疊系泥巖蓋層在威遠(yuǎn)—安岳—合川等地區(qū)最厚為200 m,高石梯地區(qū)厚度介于40~120 m、磨溪地區(qū)厚度介于80~200 m;筇竹寺組泥巖既是優(yōu)質(zhì)烴源巖,也是下伏燈影組儲(chǔ)層的良好蓋層,筇竹寺組泥巖蓋層廣泛分布,高石梯—磨溪地區(qū)泥巖厚度介于80~150 m。
從氣藏類型上看,四川盆地發(fā)育構(gòu)造、構(gòu)造—巖性、巖性—構(gòu)造和巖性等4類大氣田。已發(fā)現(xiàn)的20個(gè)大氣田中構(gòu)造—巖性大氣田10個(gè),占總探明儲(chǔ)量的56.1%;巖性大氣田4個(gè),占總探明儲(chǔ)量的31.1%;巖性—構(gòu)造和構(gòu)造大氣田較少,所占探明儲(chǔ)量的比例也較?。▓D2-d)。近年所探明的大氣田主要為巖性和構(gòu)造—巖性大氣田。
從氣藏的壓力系統(tǒng)上看,發(fā)育常壓、高壓和超高壓等3類大氣田。20個(gè)大氣田中,常壓大氣田9個(gè),占總探明儲(chǔ)量的47.4%;高壓大氣田8個(gè),占總探明儲(chǔ)量的33.6%;超高壓大氣田3個(gè),占總探明儲(chǔ)量的19.0%。
通過(guò)對(duì)20個(gè)大氣田氣藏分布、特征和成藏條件等因素分析,筆者認(rèn)為控制海相大氣田發(fā)育的主要因素為克拉通內(nèi)裂陷和古隆起,控制陸相大氣田發(fā)育的主要因素是前陸盆地結(jié)構(gòu)。
四川盆地發(fā)育晚震旦世—早寒武世綿竹—長(zhǎng)寧克拉通內(nèi)裂陷(以下簡(jiǎn)稱綿竹—長(zhǎng)寧裂陷)、萬(wàn)源—達(dá)州克拉通內(nèi)裂陷(以下簡(jiǎn)稱萬(wàn)源—達(dá)州裂陷)[23-24]和晚二疊世—早三疊世開江—梁平克拉通內(nèi)裂陷(以下簡(jiǎn)稱開江—梁平裂陷)、鄂西—城口克拉通內(nèi)裂陷(以下簡(jiǎn)稱鄂西—城口裂陷)。20個(gè)大氣田中的13個(gè)海相大氣田中有12個(gè)分布于綿竹—長(zhǎng)寧裂縫和開江—梁平裂陷兩側(cè)(圖3),可見裂陷對(duì)海相大氣田的發(fā)育有重要的控制作用。其主要從烴源巖生烴中心、臺(tái)緣高能相帶和側(cè)向封堵成藏等3方面控制大氣田的發(fā)育。
圖3 四川盆地克拉通內(nèi)裂陷與海相大氣田分布圖
3.1.1 控制烴源巖生烴中心
克拉通內(nèi)裂陷沉積水體較深,水動(dòng)力較弱,以泥頁(yè)巖沉積為主,厚度相對(duì)較大,是優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū),是烴源巖生烴中心。綿竹—長(zhǎng)寧裂陷沉積充填了巨厚的下寒武統(tǒng)麥地坪組+筇竹寺組黑色泥頁(yè)巖,如裂陷內(nèi)部的高石17井麥地坪組+筇竹寺組烴源巖厚度超過(guò)400 m,川西北地區(qū)的天1井烴源巖厚度超過(guò)350 m,川南地區(qū)烴源巖厚度介于300~450 m。裂陷外烴源巖厚度明顯減薄,裂陷西側(cè)的威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)厚度介于200~300 m,再向西減薄至50~100 m;裂陷東側(cè)的高石梯—磨溪地區(qū)烴源巖厚度介于120~150 m;除裂陷外的其他地區(qū)筇竹寺組烴源巖的厚度介于80~150 m。裂陷內(nèi)下寒武統(tǒng)烴源巖TOC>2%、生氣強(qiáng)度介于80.0×108~180.0×108m3/km2;裂陷外下寒武統(tǒng)烴源巖TOC平均值為1.0%、生氣強(qiáng)度介于20.0×108~40.0×108m3/km2。研究結(jié)果顯示,高石梯—磨溪地區(qū)震旦系—寒武系大氣田的烴源巖主要為筇竹寺組[25],可見,綿竹—長(zhǎng)寧裂陷控制了震旦系—寒武系生烴中心。萬(wàn)源—達(dá)州裂陷燈三段發(fā)育厚層黑灰色泥巖烴源巖,厚度介于20~60 m,較盆地內(nèi)其他地區(qū)燈三段烴源巖厚[24]。
開江—梁平裂陷發(fā)育上二疊統(tǒng)大隆組泥質(zhì)烴源巖,主要為黑色泥質(zhì)巖,TOC高,平均值為5.86%,烴源巖干酪根主要為腐泥型,少量為混合型;其厚度介于12.5~33.5 m,厚度穩(wěn)定,其分布受裂陷控制[18];生氣強(qiáng)度介于13.0×108~16.5×108m3/km2,是二疊系烴源巖的有力補(bǔ)充。裂陷外大隆組不發(fā)育,相變?yōu)橐允規(guī)r、生物礁灰?guī)r(白云巖)為主的長(zhǎng)興組。大隆組為裂陷兩側(cè)的普光、元壩、龍崗等大氣田提供了部分烴源。
3.1.2 裂陷兩側(cè)形成臺(tái)緣高能儲(chǔ)集相帶
裂陷兩側(cè)發(fā)育同沉積斷裂,形成古地貌坡折,在斷裂下盤形成高能相帶,發(fā)育大型臺(tái)地邊緣丘灘或礁灘相儲(chǔ)集體,為大氣田的形成提供了儲(chǔ)集空間。如綿竹—長(zhǎng)寧裂陷兩側(cè)(周緣)發(fā)育燈二段、燈四段大型臺(tái)地邊緣相帶,巖性主要為藻/砂屑云巖、藻凝塊云巖、疊層石云巖、藻紋層云巖等;燈二段臺(tái)緣丘灘體厚度介于100~300 m、燈四段臺(tái)緣丘灘體厚度介于100~200 m,臺(tái)內(nèi)丘灘體厚度一般小于100 m;臺(tái)緣丘灘體孔隙度平均值為3.94%、滲透率平均值為0.62 mD,臺(tái)內(nèi)丘灘體孔隙度平均值為3.46%、滲透率平均值為0.46 mD。可見,臺(tái)緣丘灘體比臺(tái)內(nèi)丘灘體儲(chǔ)層品質(zhì)好。萬(wàn)源—達(dá)州裂陷與綿竹—長(zhǎng)寧裂陷類似,在裂陷周緣發(fā)育燈二段臺(tái)地邊緣丘灘體,可形成較好的儲(chǔ)集體。
四川盆地北部發(fā)育開江—梁平裂陷和鄂西—城口裂陷,沿裂陷發(fā)育3條長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組臺(tái)緣礁灘帶,臺(tái)緣礁與臺(tái)緣灘基本疊合,沿裂陷呈帶狀或斜列狀分布。在裂陷周緣已發(fā)現(xiàn)臺(tái)地邊緣生物礁灘分布于五百梯、天東、石寶寨、鐵山坡、普光、元壩、龍崗、羅家寨、渡口河等地區(qū),臺(tái)緣礁主要發(fā)育于長(zhǎng)興組的中上部、臺(tái)緣灘主要發(fā)育于飛仙關(guān)組下部,礁灘體厚度大,一般超過(guò)100 m,如普光5井臺(tái)緣礁灘厚約500 m。臺(tái)緣礁灘經(jīng)歷白云石化作用和溶蝕作用,形成溶蝕孔隙型白云巖儲(chǔ)層,礁灘儲(chǔ)層縱向疊置,橫向沿裂陷成排成帶分布。長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層厚度介于20~70 m,孔隙度介于4%~6%;臺(tái)緣鮞灘儲(chǔ)層厚度介于20~60 m,孔隙度介于4%~10%。裂陷以外的臺(tái)內(nèi)地區(qū),長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組都不發(fā)育規(guī)模性儲(chǔ)集體。
3.1.3 側(cè)向封堵,形成地層巖性氣藏
克拉通內(nèi)裂陷區(qū)域沉積水體較深,沉積物以泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r為主,既是優(yōu)質(zhì)的烴源巖、又是致密層,能對(duì)裂陷周緣沉積的臺(tái)緣丘灘儲(chǔ)層起到很好的側(cè)向封堵作用,為大面積地層巖性氣藏的形成創(chuàng)造條件。如高石梯—磨溪地區(qū)燈四段氣藏,由于裂陷內(nèi)巨厚的筇竹寺組泥頁(yè)巖的側(cè)向封堵作用,形成地層巖性氣藏。從現(xiàn)今構(gòu)造看,古構(gòu)造高部位在威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū),高石梯—磨溪構(gòu)造處于現(xiàn)今構(gòu)造的低部位,如果無(wú)裂陷區(qū)下寒武統(tǒng)厚層泥質(zhì)巖為高石梯—磨溪構(gòu)造燈四段地層圈閉上傾方向提供側(cè)向封堵,燈四段臺(tái)緣丘灘無(wú)法大面積成藏(圖4)。
圖4 克拉通內(nèi)裂陷控制海相大氣田發(fā)育模式圖
四川盆地在構(gòu)造演化過(guò)程中,形成了震旦紀(jì)—早寒武世高石梯—磨溪[25]、中寒武世—早志留世樂(lè)山—龍女寺[26]、晚二疊世末期—晚三疊世瀘州—開江等3期古隆起。13個(gè)海相大氣田中有11個(gè)分布于高石梯—磨溪、瀘州—開江古隆起上或周緣(圖5),可見古隆起對(duì)海相大氣田的形成與分布有重要的控制作用。其主要從臺(tái)內(nèi)高能相帶、巖溶白云巖儲(chǔ)層和長(zhǎng)期油氣聚集指向等3方面控制氣藏的形成。
圖5 四川盆地古隆起及海相大氣田分布圖
3.2.1 控制臺(tái)內(nèi)高能相帶
古隆起易發(fā)育高能顆粒灘儲(chǔ)集體。古隆起的沉積古地貌相對(duì)較高,水體較淺,古隆起周緣發(fā)育坡折帶,水體能量較高,沉積厚層顆粒灘,隨海平面的頻繁升降,顆粒灘互相疊置,大面積分布(圖6-a)。如高石梯—磨溪古隆起龍王廟組大面積顆粒灘,巖性為灰色中層中—細(xì)晶、細(xì)—粉晶殘余顆粒云巖,沉積如砂屑、礫屑和鮞粒等多種顆粒,形成鮞粒灘、砂屑灘、砂礫屑灘和生屑灘等微相,發(fā)育交錯(cuò)層理、沖刷面、粒序?qū)永淼瘸练e構(gòu)造,灘體厚度介于40~70 m,由多個(gè)灘體疊置而成。川東地區(qū)黃龍組顆粒灘,其主要發(fā)育于樂(lè)山—龍女寺古隆起的斜坡區(qū),巖性主要為顆粒云巖和溶孔顆粒云巖,沉積顆粒主要為砂礫屑、藻團(tuán)塊、有孔蟲屑,生物以有孔蟲為主,層理不明顯,灘體厚度介于10~70 m,由西向東增厚。
圖6 古隆起控制顆粒灘及巖溶白云巖儲(chǔ)層形成模式圖
3.2.2 有利于臺(tái)內(nèi)巖溶白云巖儲(chǔ)層的形成
古隆起上沉積顆粒灘儲(chǔ)集體之后,隨著海平面下降,顆粒灘暴露出海平面,接受大氣淡水淋濾作用,發(fā)生同沉積期溶蝕作用,形成多期層間巖溶,產(chǎn)生大量溶蝕孔洞(圖6-b);隨著海平面繼續(xù)下降,在大氣淡水巖溶作用發(fā)生的同時(shí),由于海水與淡水共同作用,發(fā)生蒸發(fā)泵和滲透回流白云石化作用,形成準(zhǔn)同生白云石化作用和進(jìn)一步的溶蝕作用,形成優(yōu)質(zhì)巖溶白云巖儲(chǔ)層(圖6-c)。如高石梯—磨溪古隆起龍王廟組顆粒灘儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間以粒間溶孔、晶間溶孔、溶洞及裂縫為主,孔縫匹配關(guān)系良好,屬于裂縫—孔洞型儲(chǔ)層。孔隙度平均值為4.04%,滲透率平均值為1.39 mD。在古隆起范圍內(nèi),儲(chǔ)層厚度介于20~70 m,分布面積約7 000 km2,屬規(guī)模性優(yōu)質(zhì)巖溶白云巖儲(chǔ)層。
3.2.3 長(zhǎng)期繼承性發(fā)育,是油氣持續(xù)運(yùn)聚的指向區(qū)
古隆起影響上覆地層的沉積和成巖作用,并在后期構(gòu)造演化過(guò)程中,影響古隆起儲(chǔ)層的油氣聚集成藏。高石梯—磨溪古隆起長(zhǎng)期繼承性發(fā)育,控制震旦系、寒武系油氣成藏[25]。高石梯—磨溪構(gòu)造燈影組頂面形成具有統(tǒng)一圈閉線向北東東方向傾沒(méi)的大型背斜構(gòu)造圈閉,以海拔-5 010 m計(jì)算,共圈閉面積為3 500 km2,閉合度為350 m。該構(gòu)造在震旦紀(jì)隆起形成以來(lái),古隆起核部燈影組頂面及相鄰層系始終發(fā)育具有統(tǒng)一圈閉線的巨型構(gòu)造圈閉,一直處于構(gòu)造高部位,長(zhǎng)期繼承性發(fā)育,始終是油氣聚集的指向區(qū)。
開江古隆起發(fā)育寬緩的石炭系大型構(gòu)造圈閉。中三疊世末開江古隆起上石炭統(tǒng)構(gòu)造圈閉面積為2 000 km2、晚三疊世為2 060 km2、早侏羅世末為2 135 km2。同時(shí),在三疊紀(jì)末古隆起形成時(shí)期,志留系烴源巖處于生油高峰期,下伏烴源巖中的烴類沿著孔隙、不整合面和裂縫等通道聚集在古隆起核部構(gòu)造圈閉形成古油藏;侏羅紀(jì)末,志留系烴源巖處于濕氣—干氣演化階段,不斷向古隆起構(gòu)造圈閉供氣,圈閉內(nèi)早期聚集的原油也已開始裂解形成古氣藏。燕山期—喜馬拉雅期形成川東褶皺沖斷帶,古氣藏被調(diào)整改造,成為川東地區(qū)成排成帶的一系列石炭系氣藏,如臥龍河、大天池石炭系大氣田。
圖7 川西前陸盆地結(jié)構(gòu)與陸相大氣田分布圖
關(guān)于川西前陸盆地的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及沉積充填特征,已有系統(tǒng)的研究,前陸盆地結(jié)構(gòu)可以劃分為前陸沖斷帶、前陸凹陷帶、前陸斜坡帶和前陸隆起帶[27-28](圖7)。7個(gè)陸相大氣田中3個(gè)在凹陷帶、1個(gè)在斜坡帶、3個(gè)在隆起帶。以隆起帶探明儲(chǔ)量占比最大,為62.4%。前陸盆地結(jié)構(gòu)控制了陸相大氣田的形成與分布,前陸沖斷帶以發(fā)育中小型構(gòu)造氣藏為主,前陸凹陷帶、斜坡帶和隆起帶發(fā)育大型巖性氣藏(圖7)。2005年以來(lái),先后在前陸隆起帶探明了廣安、合川、安岳等3個(gè)超千億立方米的巖性大氣田。前陸盆地結(jié)構(gòu)從構(gòu)造背景、源儲(chǔ)組合、圈閉類型和裂縫分布等方面控制大氣田的發(fā)育。
我一直在想:貓的身子那么胖,為什么它抓老鼠的時(shí)候不會(huì)發(fā)出一點(diǎn)聲音呢?通過(guò)仔細(xì)觀察,我發(fā)現(xiàn)它的腳下有一層厚厚的肉墊,即使從高處撲向地面的老鼠也能做到悄無(wú)聲息,所以老鼠才會(huì)猝不及防,最終成為貓的口中食。
3.3.1 提供沉積成藏的構(gòu)造背景
晚三疊世須家河期,四川盆地為揚(yáng)子臺(tái)地西緣被動(dòng)大陸邊緣基礎(chǔ)上形成的前陸盆地,其下部為中三疊統(tǒng)及以下的碳酸鹽巖沉積。盆地西緣龍門山前構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,形成前陸沖斷帶。從沖斷帶前緣到前陸斜坡隆起帶的廣大地區(qū),構(gòu)造平緩(地層傾角小于1°),變形弱,在四川盆地內(nèi)的分布面積為11×104km2,約占現(xiàn)今盆地總面積的61%。整體來(lái)說(shuō),具有小沖斷、大斜坡的構(gòu)造特征(圖8),為須家河組砂體大面積展布、烴源巖大面積發(fā)育和大面積巖性氣藏成藏提供了構(gòu)造基礎(chǔ)。
圖8 龍門山前陸盆地結(jié)構(gòu)控制須家河組成藏模式圖
3.3.2 控制源儲(chǔ)蓋大面積疊合的成藏格局
須家河組沉積期,盆地構(gòu)造活動(dòng)以垂向升降為主,頻繁的湖侵與湖退,形成廣覆式烴源巖與大面積砂體的互層結(jié)構(gòu)。須家河組沉積前,湖盆基底經(jīng)歷了剝蝕夷平和填平補(bǔ)齊;沉積期,湖底坡度平緩,坡降較小,沉積受湖平面升降影響較大。湖平面上升期,水體相對(duì)較深、分布面積大、陸源碎屑少,大范圍沉積有機(jī)質(zhì)豐富的泥質(zhì)巖,為主要烴源巖層;湖平面下降期,水體相對(duì)較淺、陸源碎屑多,三角洲水下分流河道砂體向湖盆中央推進(jìn),沉積大面積的砂體,為主要儲(chǔ)層段。須家河期,經(jīng)歷了3次大的湖進(jìn)、湖退過(guò)程,沉積3層大面積烴源巖(須一、三、五段)和3層大面積砂體(須二、四、六段)疊置分布。在每一期湖水進(jìn)退過(guò)程中,又發(fā)育多期次一級(jí)的湖平面變化,致使須家河組主要泥巖層中夾有砂巖沉積、主要砂巖段中夾有泥巖沉積,形成須家河組大面積烴源巖和儲(chǔ)層疊置分布、源儲(chǔ)一體大面積成藏的格局。如川中地區(qū)須三段成熟烴源巖厚度大于20 m的面積為5×104km2,其上覆須四段孔隙度大于6%的砂體在川中地區(qū)分布面積約5.2×104km2,須五段泥巖厚度普遍大于40 m。這種大面積分布的生儲(chǔ)蓋組合是巖性氣藏大面積成藏的重要基礎(chǔ)。
3.3.3 控制圈閉類型
前陸沖斷帶以發(fā)育構(gòu)造圈閉為主。沖斷帶在長(zhǎng)期的演化過(guò)程中形成了龍門山逆沖推覆構(gòu)造[11],發(fā)育多種類型的構(gòu)造圈閉,已落實(shí)構(gòu)造圈閉約40個(gè),呈北北東向多排分布,形成了中壩、礦山梁、天井山、大邑、邛崍等多個(gè)成排分布的構(gòu)造圈閉。龍門山?jīng)_斷帶強(qiáng)烈的構(gòu)造變形控制了川西地區(qū)斷裂的發(fā)育,在沖斷帶中部和前緣,褶皺核部通天斷層較少,保證了圈閉的完整性。
前陸凹陷帶、斜坡帶、隆起帶以發(fā)育巖性圈閉為主。須家河組巖性圈閉主要有兩種成因:①水下分流河道砂體頻繁改道,平面上疊置分布,周圍被湖相泥巖致密層包圍,形成大面積巖性圈閉;②后期成巖作用使一部分砂體致密化,導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),形成巖性圈閉。這兩種巖性圈閉在川中地區(qū)廣泛發(fā)育,在橫剖面上呈透鏡狀,在平面上則呈不規(guī)則的條帶狀(圖8)。
川西前陸沖斷帶構(gòu)造應(yīng)力集中,儲(chǔ)層中裂縫發(fā)育。裂縫主要有兩期,早期裂縫被方解石充填、晚期裂縫被方解石和石英充填,以晚期裂縫為主,龍門山斷裂帶南段裂縫比北段更發(fā)育。在致密儲(chǔ)層中裂縫對(duì)儲(chǔ)層及產(chǎn)能影響極大,只有當(dāng)裂縫發(fā)育時(shí),儲(chǔ)集性能尤其是滲透率才能得到有效的改善,這些裂縫對(duì)形成具商業(yè)價(jià)值的氣藏有十分重要的作用。
川中地區(qū)須家河組砂巖裂縫發(fā)育,裂縫主要有水平縫、垂直縫和斜交縫。這些裂縫一般僅斷開須家河組內(nèi)部一、兩個(gè)層段,對(duì)天然氣的運(yùn)移、聚集、成藏起到非常重要作用。裂縫發(fā)育區(qū)的井,在鉆井中都有明顯的井漏和氣測(cè)顯示,試氣過(guò)程中產(chǎn)氣量較高。裂縫不發(fā)育區(qū)的井,單井產(chǎn)氣量低或?yàn)楦删A芽p發(fā)育不僅提高了儲(chǔ)集層的滲透性,而且增加了儲(chǔ)集空間。
四川盆地天然氣資源豐富、探明程度較低、勘探潛力巨大。通過(guò)對(duì)大氣田分布與特征分析,結(jié)合裂陷、古隆起和前陸盆地對(duì)大氣田發(fā)育的控制機(jī)理,筆者提出四川盆地下一步大氣田勘探方向?yàn)?大領(lǐng)域。
四川盆地震旦系和寒武系天然氣資源量為5×1012m3,約占全盆地天然氣(常規(guī)氣+致密氣)資源量的30%。截至2017年底,震旦系和寒武系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為8 500×108m3,三級(jí)儲(chǔ)量(預(yù)測(cè)+控制+探明)超過(guò)1.5×1012m3,剩余天然氣資源潛力大,其大氣田勘探有5個(gè)有利區(qū)。
4.1.1 綿竹—長(zhǎng)寧裂陷兩側(cè)臺(tái)緣帶
裂陷兩側(cè)發(fā)育燈二、燈四段的臺(tái)緣丘灘體[29],發(fā)育微生物格架孔,經(jīng)準(zhǔn)同生溶蝕和多期巖溶作用疊加改造,形成裂縫—孔洞、溶洞型優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層,厚度介于120~210 m;裂陷內(nèi)筇竹寺組+麥地坪組烴源巖厚度介于200~400 m。裂陷東側(cè)高石梯—磨溪地區(qū)的臺(tái)緣丘灘體上已發(fā)現(xiàn)安岳大氣田,高石梯—磨溪地區(qū)以北臺(tái)緣帶分布清楚,成藏條件與高石梯—磨溪地區(qū)相似,整體為單斜背景,但臺(tái)緣丘灘體之間由潮道分隔成獨(dú)立分布的單個(gè)丘灘復(fù)合體,潮道沉積為致密層,單個(gè)丘灘復(fù)合體可獨(dú)立形成巖性氣藏;高石梯—磨溪地區(qū)以南臺(tái)緣帶基本清楚,荷深1井鉆井證實(shí)本區(qū)成藏條件與高石梯—磨溪地區(qū)相似,發(fā)育多個(gè)大型構(gòu)造圈閉,可能形成大型構(gòu)造氣藏群。裂陷西側(cè)臺(tái)緣帶在資陽(yáng)—威遠(yuǎn)地區(qū)基本清楚,燈二段臺(tái)緣丘灘體為厚層藻/砂屑、疊層石云巖、凝塊石云巖沉積,溶蝕孔洞發(fā)育,儲(chǔ)層厚度介于20~150 m;該地區(qū)緊鄰裂陷生烴中心,成藏條件好,發(fā)育多個(gè)低幅度構(gòu)造圈閉和巖性圈閉。
4.1.2 高石梯—磨溪古隆起斜坡部位
高石梯—磨溪古隆起區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定,現(xiàn)今古隆起斜坡部位早期為古隆起核部,一直是油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū)。源儲(chǔ)大面積疊置發(fā)育,龍王廟組發(fā)育大面積臺(tái)內(nèi)灘,經(jīng)準(zhǔn)同生白云石化及多期巖溶作用,形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層,孔隙度平均值為4.8%,厚度介于20~70 m,分布面積為8 000 km2;燈影組也發(fā)育大面積臺(tái)內(nèi)白云巖儲(chǔ)層;寒武系洗象池組也發(fā)育大面積顆粒灘[14],已有多口井在洗象池組獲氣。燈三段與筇竹寺組烴源巖發(fā)育,厚度分別介于10~30 m和80~120 m,烴源充足。雖構(gòu)造圈閉不發(fā)育,但由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性,具備大面積巖性氣藏發(fā)育的條件,也是進(jìn)行立體勘探的有利區(qū)。
4.1.3 綿竹—長(zhǎng)寧裂陷內(nèi)部孤立丘灘體
綿竹—長(zhǎng)寧裂陷面積約3×104km2,裂陷內(nèi)燈二段巖溶白云巖為主要儲(chǔ)層,由于桐灣運(yùn)動(dòng)的影響,巖溶作用使燈二段的頂面高低不平,可發(fā)現(xiàn)孤立的巖溶丘灘體,儲(chǔ)層質(zhì)量好;烴源巖為裂陷內(nèi)巨厚的筇竹寺組泥質(zhì)烴源巖,烴源巖生成的油氣從上面和側(cè)面向巖溶丘灘體聚集,形成巖性氣藏。萬(wàn)源—達(dá)州裂陷內(nèi)也有可能發(fā)育此類孤立巖溶丘灘體。
4.1.4 萬(wàn)源—達(dá)州裂陷周緣燈二段臺(tái)緣帶
萬(wàn)源—達(dá)州與綿竹—長(zhǎng)寧裂陷具有相類似的構(gòu)造沉積特征,在萬(wàn)源—達(dá)州裂陷周緣發(fā)育燈二段臺(tái)地邊緣丘灘體[24],是較好的儲(chǔ)集體。裂陷內(nèi)部發(fā)育厚層優(yōu)質(zhì)的燈三段泥質(zhì)烴源巖,其下伏陡山沱組也可能發(fā)育厚層黑色頁(yè)巖,城口明月野外剖面揭示陡山沱組厚度為230 m的黑色頁(yè)巖,TOC介于0.21%~10.88%,平均值為3.39%。裂陷南側(cè)的營(yíng)山—渠縣地區(qū)、裂陷東側(cè)的大天池—南門場(chǎng)地區(qū)和裂陷西側(cè)儀隴-通江地區(qū)發(fā)育構(gòu)造圈閉和巖性圈閉。
4.1.5 川東高陡構(gòu)造勘探區(qū)
川東地區(qū)發(fā)育眾多成排成帶構(gòu)造圈閉,以高臺(tái)組膏鹽巖為滑脫層將地層分為上下兩個(gè)構(gòu)造層,上構(gòu)造層變形強(qiáng)烈,形成多排構(gòu)造圈閉帶;下構(gòu)造層相對(duì)穩(wěn)定,斷裂不發(fā)育,形成完整的構(gòu)造圈閉。儲(chǔ)層主要有燈二段、燈四段、龍王廟組,其中燈二、燈四段儲(chǔ)層與川中臺(tái)內(nèi)的特征相似,龍王廟組在該區(qū)發(fā)育臺(tái)地邊緣灘相沉積,儲(chǔ)層質(zhì)量好[30]。筇竹寺組和燈三段發(fā)育烴源巖,陡山沱組和南華系大塘坡組也可能發(fā)育烴源巖[22,31]。烴源巖生成油氣聚集在下構(gòu)造層中的構(gòu)造圈閉中,以燈影組和龍王廟組儲(chǔ)層主要目的層,形成大型構(gòu)造氣藏。
棲霞組—茅口組在四川盆地廣泛發(fā)育,地層厚度介于200~400 m,埋深小于6 000 m的面積約13×104km2,天然氣資源量為1.5×1012m3,已探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為960×108m3。早期勘探以蜀南地區(qū)構(gòu)造圈閉中的茅口組巖溶儲(chǔ)層為主。近年來(lái),在川中、川西地區(qū)取得突破,川中地區(qū)南充1井在茅口組孔隙型白云巖儲(chǔ)層中獲得高產(chǎn)氣流;在川西北地區(qū)雙魚石構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了棲霞組孔隙型白云巖規(guī)模氣藏。其大氣田勘探有2個(gè)有利區(qū)。
4.2.1 川西地區(qū)棲霞組—茅口組
川西地區(qū)發(fā)育棲霞組—茅口組臺(tái)地邊緣灘,形成厚層孔隙型巖溶白云巖儲(chǔ)層,有效儲(chǔ)層孔隙度平均值為4.3%,一般厚度介于20~40 m,最厚者超過(guò)100 m。烴源巖為中下二疊統(tǒng)和筇竹寺組。大型逆沖構(gòu)造背景上的構(gòu)造圈閉成排成帶發(fā)育,已在雙魚石地區(qū)發(fā)現(xiàn)千億立方米規(guī)模的構(gòu)造—巖性氣藏,川西南地區(qū)大興場(chǎng)構(gòu)造也有氣藏發(fā)現(xiàn)。川西地區(qū)棲霞組—茅口組構(gòu)造圈閉多,成排成帶分布,可能形成構(gòu)造—巖性大氣田。
4.2.2 川中地區(qū)棲霞組—茅口組
川中地區(qū)棲霞組臺(tái)內(nèi)灘相白云巖儲(chǔ)層發(fā)育,茅口組發(fā)育大面積巖溶和白云巖儲(chǔ)層,多套儲(chǔ)層縱向疊置分布;中下二疊統(tǒng)烴源充足,筇竹寺組烴源可作有效補(bǔ)充,該區(qū)位于高石梯—磨溪古隆起和樂(lè)山—龍女寺古隆起疊合發(fā)育區(qū),構(gòu)造長(zhǎng)期穩(wěn)定,有利于油氣聚集成藏;南充1井等多口井在棲霞組、茅口組已獲得工業(yè)產(chǎn)能,展示該領(lǐng)域良好的勘探前景。
四川盆地長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組天然氣地質(zhì)資源量約2.8×1012m3。截至2017年底,長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組礁灘相相繼發(fā)現(xiàn)了普光、元壩、羅家寨、龍崗等大型氣田,已探明天然氣儲(chǔ)量超過(guò)9 000×108m3,其大氣田勘探有2個(gè)有利區(qū)。
4.3.1 開江—梁平裂陷兩側(cè)臺(tái)緣帶
開江—梁平裂陷兩側(cè)臺(tái)緣礁灘分布清楚,成藏條件好,在東西兩側(cè)已發(fā)現(xiàn)普光等6個(gè)大氣田。裂陷東側(cè)臺(tái)緣礁灘疊合發(fā)育,向西北延伸到鎮(zhèn)巴地區(qū),儲(chǔ)層厚度大、儲(chǔ)集性好、規(guī)模大,氣源充足,斷裂發(fā)育,溝通下伏烴源巖。鐵山坡以西的坡西地區(qū)構(gòu)造圈閉成排成帶分布,是下一步最有利的突破區(qū)。西側(cè)臺(tái)緣帶在川西北地區(qū)新發(fā)現(xiàn)有與元壩地區(qū)相似的雁列式臺(tái)緣礁灘,在劍閣地區(qū)新發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁和靠裂陷一側(cè)的飛一段臺(tái)緣灘,有望發(fā)現(xiàn)新的大氣田。
4.3.2 鄂西—城口裂陷西側(cè)臺(tái)地邊緣礁灘
露頭、鉆井和地震等資料證實(shí)鄂西—城口裂陷西側(cè)發(fā)育臺(tái)緣礁灘,特別是奉探1井發(fā)現(xiàn)厚度為148 m的長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁白云巖儲(chǔ)層,孔隙度平均值為4.4%。該區(qū)臺(tái)緣礁或?yàn)┖穸容^大,儲(chǔ)層質(zhì)量好,與烴源巖側(cè)向?qū)雍谩T搮^(qū)斷裂發(fā)育,構(gòu)造圈閉成排成帶分布,但構(gòu)造圈閉保存條件較差,構(gòu)造圈閉之間的向斜區(qū)保存條件較好,可能發(fā)育大型高豐度巖性氣藏。
四川盆地須家河組分布范圍廣,發(fā)育多套廣覆式分布、源儲(chǔ)一體的生儲(chǔ)蓋組合,天然氣地質(zhì)資源量約3.15×1012m3。截至2017年底,已發(fā)現(xiàn)6個(gè)以須家河組為主的大氣田,探明儲(chǔ)量超過(guò)9 000×108m3,潛力仍很大。特別是前陸斜坡隆起帶,除已發(fā)現(xiàn)的廣安、合川、安岳、八角場(chǎng)等大氣田外,在蓬萊、營(yíng)山、龍崗等地區(qū)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量規(guī)模較大的含氣區(qū),其大氣田勘探有2個(gè)有利區(qū)。
4.4.1 前陸斜坡帶
前陸斜坡帶是大面積巖性氣藏有利勘探區(qū),成藏條件優(yōu)越。①位于生烴中心周圍,烴源巖面積大,有機(jī)質(zhì)豐度高、TOC平均值介于1.32%~2.55%,生烴強(qiáng)度超過(guò)20×108m3/km2;②三角洲水下分流河道砂體大面積疊置,與烴源巖形成良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系;③位于前陸斜坡帶,有利于構(gòu)造—巖性氣藏的形成;④已發(fā)現(xiàn)蓬萊等大氣藏。該區(qū)是下一步最有可能發(fā)現(xiàn)大氣田的有利區(qū)。
4.4.2 前陸凹陷帶
前陸凹陷帶是致密砂巖氣藏有利勘探區(qū)。①位于烴源巖生烴中心,烴源巖層位多、厚度大、成熟度高,生烴強(qiáng)度介于50×108~120×108m3/km2;②三角洲水下分流河道砂體大面積疊置,與烴源巖互層或一體;③須一—須五段均可成藏富集,且以高壓氣藏為主,單井產(chǎn)量較高;④在梓潼凹陷、秋林地區(qū)已發(fā)現(xiàn)氣藏。
四川盆地石炭系主要分布于川東和川中東部地區(qū),面積約4×104km2,石炭系天然氣資源量為1.3×1012m3,已發(fā)現(xiàn)兩個(gè)大氣田,探明天然氣儲(chǔ)量2 600×108m3,剩余資源量超過(guò)1×1012m3,構(gòu)造圈閉鉆探程度高,其大氣田勘探有1個(gè)有利區(qū),即川東高陡構(gòu)造之間的向斜區(qū)。該區(qū)高陡構(gòu)造成排成帶分布,呈現(xiàn)“窄背斜、寬向斜”的特點(diǎn),目前背斜圈閉大部分被鉆探,大面積的向斜基本未鉆探。該區(qū)構(gòu)造圈閉為晚期構(gòu)造,構(gòu)造圈閉形成之前,巖溶白云巖儲(chǔ)層已大面積發(fā)育,因此向斜區(qū)與高陡構(gòu)造上的儲(chǔ)層特征相似,主要烴源巖龍馬溪組頁(yè)巖在川東地區(qū)大面積分布。由此可見,向斜區(qū)具有與背斜帶相似的源儲(chǔ)配置,具備形成巖性大氣田的條件。
1)四川盆地已發(fā)現(xiàn)的20個(gè)大氣田分布在不同構(gòu)造區(qū)域,其中以川中低緩構(gòu)造帶最多;縱向上大氣田發(fā)育在7個(gè)層系、以長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組最多;形成大氣田的4套烴源巖以須家河組烴源巖形成的大氣田最多;大氣田的儲(chǔ)層主要為孔隙型碳酸鹽巖和致密砂巖;以構(gòu)造—巖性大氣田最多。
2)海相大氣田主要受克拉通內(nèi)裂陷和古隆起控制,克拉通內(nèi)裂陷主要從烴源巖生烴中心、臺(tái)緣高能相帶和側(cè)向封堵成藏等3方面控制大氣田的發(fā)育,古隆起主要從臺(tái)內(nèi)高能相帶、巖溶白云巖儲(chǔ)層和長(zhǎng)期油氣聚集等3方面控制大氣田的發(fā)育,前陸盆地結(jié)構(gòu)從構(gòu)造背景、源儲(chǔ)組合、圈閉類型和裂縫分布等4方面控制陸相大氣田的發(fā)育。
3)四川盆地下一步大氣田勘探為5個(gè)領(lǐng)域12個(gè)有利區(qū):震旦系—寒武系有利區(qū)為綿竹—長(zhǎng)寧裂陷兩側(cè)臺(tái)緣帶、高石梯—磨溪古隆起斜坡部位、綿竹—長(zhǎng)寧裂陷內(nèi)部孤立丘灘體、萬(wàn)源—達(dá)州裂陷周緣燈二段臺(tái)緣帶、川東高陡構(gòu)造區(qū);棲霞組—茅口組有利區(qū)為川西和川中地區(qū)棲霞組—茅口組;長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組有利區(qū)為開江—梁平裂陷兩側(cè)臺(tái)緣帶的坡西地區(qū)和川西北地區(qū)、鄂西—城口裂陷西側(cè)臺(tái)緣礁灘;須家河組有利區(qū)為前陸斜坡帶和前陸凹陷帶;石炭系有利區(qū)為川東高陡構(gòu)造之間的向斜區(qū)。