川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)沉積相及與油氣的關(guān)系

陳俊杰 王興志 謝圣陽 周坤 曾楷

摘 ? 要：本文根據(jù)大量野外及鉆井資料，結(jié)合相關(guān)分析及前人研究成果，認(rèn)為四川盆地西北部在中二疊世期間為一由西向北東方向低角度傾斜的遠(yuǎn)端變陡均斜臺地環(huán)境，兼具有孤立臺地和遠(yuǎn)端變陡緩坡的性質(zhì)，這樣的沉積環(huán)境主要受到峨眉地幔柱演化的控制。分布于廣元—綿陽一線的棲二段和茅三段多為均斜臺地邊緣的產(chǎn)物，堆積的主要是灰白色泥-亮晶生物（屑）灰?guī)r，該相帶易于后期云化和溶蝕作用的改造，有利于后期儲(chǔ)層的形成與演化;全區(qū)的棲一段、茅一段和茅二段主要屬于深緩坡沉積相帶，多由深灰色“眼球狀-似眼球狀”生物（屑）灰?guī)r組成，具有一定的生烴和儲(chǔ)集潛力，在有裂縫的溝通下可具有一定的儲(chǔ)集能力;分布在廣元—旺蒼一線的茅四段屬于拉張盆地（拉張槽）環(huán)境下的產(chǎn)物，主要由灰黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖夾重力流沉積構(gòu)成，生烴潛力良好。并根據(jù)碳酸鹽巖均斜臺地相與油氣的關(guān)系，總結(jié)出3種模式：淺水高能灘模式、深水低能灘模式、深緩坡-盆地模式。

關(guān)鍵詞：川西北 ?中二疊統(tǒng) ?沉積相 ?儲(chǔ)層 ?烴源巖

中圖分類號：P534.46;P618.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0065-06

Abstract： According to a large number of field and drilling data， combined with relevant analysis and previous research results， it is believed that the northwestern Sichuan Basin during the Middle Permian was in a low-angled platform environment from west to northeast， which has the characteristics of steep distal end. It also has the property of isolated platform and distally steepened ramp. This sedimentary environment was mainly controlled by the evolution of the Emei mantle plume. The second member of Qixia Formation and the third member of Maokou Formation distributed in the Guangyuan-Mianyang area were platform margin facies sediments， characterized by gray-white mud-sparry bioclast limestone. This facies belt is beneficial to the later modification of dolomitization and dissolution， which is conducive to the formation and evolution of reservoirs. The first member of Qixia Formation， the first and second member of Maokou Formation of the whole study area were mainly deep ramp facies sediments， mostly composed of dark gray “eyeball-shaped” bioclast limestone， which has potential for hydrocarbon generation and storage， and has certain reservoir capacity under the connection of cracks. The fourth member of Maokou Formation distributed in the Guangyuan-Wangcang area was formed in the extensional basin （stretching trough） environment， mainly composed of gray-black siliceous rocks and siliceous mudstones with gravity flow deposition， which have good hydrocarbon generation potential. Finally， according to the relationship between carbonate platform and oil/gas， three models are summarized：shallow water bank with high energy， deep water bank with low energy， and deep ramp-basin.

Key Words： Northwestern Sichuan Basin; Middle Permian; Sedimentary Facies; Reservoir; Source Rock

前人對四川盆地中二疊統(tǒng)沉積相的研究有著較長的歷史，但多屬于區(qū)域上或集中在川東地區(qū)的研究，其觀點(diǎn)也不盡相同。多數(shù)研究者根據(jù)當(dāng)時(shí)的物源、地層厚度、巖石類型及分布、古生物、沉積構(gòu)造和大地構(gòu)造背景等資料認(rèn)為：二疊紀(jì)期間，四川盆地總體屬于一個(gè)由西向東水體逐漸變深的碳酸鹽緩坡～盆地環(huán)境[1-2]或碳酸鹽臺地～盆地環(huán)境[3-5]下的產(chǎn)物。近年來，中二疊統(tǒng)地層油氣勘探在川西北雙魚石、九龍山地區(qū)取得重大突破，該套地層已成為研究區(qū)現(xiàn)階段最現(xiàn)實(shí)的接替層系。

為更深入地了解川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)的含油氣特征，本研究結(jié)合大量野外地質(zhì)認(rèn)識以及前人研究成果，以最新的鉆井及薄片資料為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了不同沉積相帶的巖石類型、沉積構(gòu)造、測井響應(yīng)等，對比分析了棲霞組、茅口組的儲(chǔ)層特征，結(jié)合已有鉆井及典型剖面的地化及孔滲數(shù)據(jù)，以探討該套地層的沉積相特征及與油氣的關(guān)系。

1 ?區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地受前期加里東運(yùn)動(dòng)的影響，早二疊世初期，在四川盆地內(nèi)形成了由西向東、從西南至北東方向低角度傾斜的古地貌特征，從而使得川西北地區(qū)在環(huán)境上表現(xiàn)為一種具有臺地性質(zhì)的均斜緩坡環(huán)境。川西北地區(qū)中二疊世地層整體發(fā)育完整，受到二疊世期間東吳運(yùn)動(dòng)影響，中二疊世上部存在一定風(fēng)化并與上覆地層吳家坪為界，同時(shí)與下伏的梁山組成平行不整合接觸。中二疊統(tǒng)棲霞-茅口組由老到新可以分為棲一、棲二、茅一、茅二、茅三和茅四6個(gè)巖性段。其中茅三與茅四段在川西地區(qū)內(nèi)存在不同程度的剝蝕現(xiàn)象。前人重點(diǎn)勘探的地層主要集中在棲二段和茅三段，其中出現(xiàn)一定的孔滲率優(yōu)良的儲(chǔ)集型白云巖（見圖1）。

2 ?沉積相類型及特征

在前人研究中普遍認(rèn)為川西北地區(qū)的沉積環(huán)境為一個(gè)臺地邊緣-深水斜坡的沉積環(huán)境[6-9]，而本文依據(jù)野外及井下巖性具體表征所反映出的水體環(huán)境，認(rèn)為均斜臺地[10-11]的沉積模式更切合實(shí)際（見圖2）。

川西北地區(qū)中二疊世期間經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使整個(gè)地區(qū)內(nèi)水體變化較大，對地區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境影響較大，產(chǎn)生多樣的巖性組合，進(jìn)而會(huì)影響本地區(qū)的油氣配置。在棲一時(shí)內(nèi)受板塊運(yùn)動(dòng)，區(qū)域內(nèi)水體較深，主要表現(xiàn)深緩坡環(huán)境;在棲二時(shí)出現(xiàn)一個(gè)大規(guī)模的海退，表現(xiàn)為臺地邊緣環(huán)境或淺緩坡環(huán)境;在茅一時(shí)和茅二時(shí)內(nèi)板塊迅速下降，使水體變深，沉積環(huán)境表現(xiàn)為深緩坡環(huán)境;在茅三時(shí)板塊快速上升，水體變淺，水動(dòng)力增強(qiáng)，表現(xiàn)為臺地邊緣環(huán)境或淺緩坡環(huán)境;在茅四段時(shí)期出現(xiàn)整體的海侵，而疊加峨眉地裂運(yùn)動(dòng)作用，使得川西北地區(qū)水體變得極深，水動(dòng)力極弱，表現(xiàn)為深緩坡-盆地環(huán)境（見圖3）。

2.1 淺水高能生屑灘

中二疊世川西北地區(qū)整體沉積格局為碳酸鹽巖緩坡，但在綿陽—江油—?jiǎng)﹂w一線受到中二疊世3次大規(guī)模海侵及峨眉地裂運(yùn)動(dòng)抬升作用的地區(qū)，處于一個(gè)均斜臺地邊緣的沉積環(huán)境。該環(huán)境是一個(gè)潛水高能的沉積環(huán)境，發(fā)育大規(guī)模的、連續(xù)的近東北-西南向的高能生屑灘相沉積物。此類沉積產(chǎn)物主要存在于川西北地區(qū)的棲二段和茅三段地層之中。

在生屑灘內(nèi)沉積的同一旋回中的中上部往往發(fā)育大量的基巖為泥晶生屑灰?guī)r的云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r，在云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r（見圖4 DE）之下則發(fā)育厚層塊狀的粉-中晶的晶粒白云巖（見圖4 ABC）。在大量野外露頭和測井?dāng)?shù)據(jù)中顯示，云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r中的云質(zhì)“豹斑”往往近垂向分布并與下伏晶粒云巖接觸。且整套云質(zhì)中往往發(fā)育大量的晶間孔、洞和粒間孔、洞，具有優(yōu)質(zhì)的油氣儲(chǔ)集性。

2.2 深水低能生屑灘

在劍閣—廣元一線，隨著時(shí)期內(nèi)盆地水體向東北方向逐漸加深，整體環(huán)境趨于較深水環(huán)境，但仍然受到風(fēng)暴浪的影響，發(fā)育一些近東北西南向的規(guī)模較小、不連續(xù)的低能生屑灘沉積。

在野外露頭和測井曲線上識別時(shí)，此類環(huán)境產(chǎn)物主要出現(xiàn)在區(qū)內(nèi)棲一段、茅一段和茅二段，在棲二段底部和茅三段也有一定的分布。其主體巖性為典型較深水環(huán)境的“眼球眼皮”狀構(gòu)造的深灰色泥晶生屑灰?guī)r（見圖4 GH）。其中“眼球體”是生屑泥晶灰?guī)r受風(fēng)暴浪改造的殘剩體，“眼皮”是風(fēng)暴間歇期間先前沉積殘剩碎屑裹挾懸浮泥質(zhì)再次沉積的產(chǎn)物[10]?！把燮ぁ敝械哪噘|(zhì)含量較大，巖性致密，孔滲能力較差并不是優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集巖體，但大量的泥晶生屑物質(zhì)具有較高的有機(jī)質(zhì)，具有作為烴源巖的潛質(zhì)。

2.3 深水斜坡——盆地

在廣元—旺蒼一線，受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響，出現(xiàn)一定的拉張下陷現(xiàn)象，使水體環(huán)境進(jìn)一步加深至風(fēng)暴浪基面之下，進(jìn)而發(fā)育一套具有深水重力流的斜坡—盆地沉積產(chǎn)物。

在野外露頭和測井曲線上識別出在川西北的廣元—旺蒼地區(qū)茅四段為一套硅質(zhì)泥頁巖沉積（見圖4 JK）。在黑灰色的含硅質(zhì)泥巖中可見一定生物碎屑，巖體致密，其中還存在重力流成因的泥晶生屑灰?guī)r透鏡體，巖性整體的有機(jī)質(zhì)含量極高，是優(yōu)質(zhì)的烴源巖類。

3 ?沉積相與油氣的關(guān)系

眾所周知，碳酸鹽巖灘、礁是油氣勘探的重點(diǎn)關(guān)注對象。而在整個(gè)川西北地區(qū)均斜臺地環(huán)境中，生屑灘體主要發(fā)育在淺水高能的地區(qū)

在天井山-廣元西北鄉(xiāng)一線臺地邊緣環(huán)境和淺緩坡環(huán)境中的淺水高能灘呈近北東向展布，其中棲霞組厚度一般為20～60m，其中以青川松蓋坪剖面最厚，向四周逐漸變薄。巖性以中-粗晶白云巖和云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r為主，生物（屑）白云巖和亮晶生物（屑）灰?guī)r較少。其中中-粗晶白云巖孔、洞、縫等發(fā)育，常規(guī)孔隙度一般2～14.8%，高值可達(dá)18%左右，平均滲透率>1×10-3μm2，儲(chǔ)集性良好，普遍為Ⅱ級儲(chǔ)層，部分可達(dá)Ⅰ級。相比之下，云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r中孔隙較少，孔隙度一般0.5～3.5%，滲透率一般<1×10-3μm2，儲(chǔ)集性能差，局部可構(gòu)成Ⅲ級儲(chǔ)層。廣元余家溝—曾家山一線儲(chǔ)層厚度為12～35m，巖性同樣以中—粗晶白云巖和云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r為主?？紫额愋椭饕獮榫чg孔和晶間溶孔，具有一定的儲(chǔ)集性能，多為Ⅱ-Ⅲ級儲(chǔ)層。通口—團(tuán)山和文勝—水根頭一帶棲霞組儲(chǔ)層厚度為9～55m，主要為云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r，偶見晶粒白云巖。其中云質(zhì)“豹斑”灰?guī)r儲(chǔ)集性能差，僅有少量晶間孔和晶間溶孔，孔隙度為0.8%～2.1%，一般僅能構(gòu)成Ⅲ級儲(chǔ)層（見圖5）。

在整體川西北深緩坡環(huán)境中，主要沉積產(chǎn)物為棲一段、茅一段和茅二段的“眼皮眼球”狀灰?guī)r，對此類特殊產(chǎn)狀泥晶生物（屑）灰?guī)r分析可知，其巖性平均空隙在1%～2%，平均滲透率在0.59×10-3μm2左右。數(shù)據(jù)表明此沉積產(chǎn)物具有一定的儲(chǔ)集性。棲霞組灰?guī)r干酪根的碳同位素值為–29.91‰～-27.47‰，平均為–28.54‰，干酪根類型屬I～I(xiàn)I2型;茅口組灰?guī)r干酪根的碳同位素值為-30.86‰～-26.61‰，平均為–28.79‰，干酪根類型屬I～I(xiàn)I2型。表明整體深緩坡沉積的“眼皮眼球”狀灰?guī)r有較高的有機(jī)質(zhì)，具有一定的生烴潛力，同時(shí)大量“眼皮”狀泥晶生屑灰?guī)r較為致密具有良好的儲(chǔ)層封蓋能力（見圖6）。

在天井山-廣元西北鄉(xiāng)-旺蒼一線斜坡-盆地環(huán)境中的深水硅質(zhì)巖沉積產(chǎn)物近西北東南向展布，其中茅四段厚度一般為10～25m，巖性以硅質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖為主，含有大量生物化石碎屑，測井?dāng)?shù)據(jù)RT平均2504.5Ω·m，地球化學(xué)檢測表示其有機(jī)碳豐度在2%～4%左右，是良好的烴源巖。

4 ?垂向生儲(chǔ)蓋配置

筆者通過綜合川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)的各方井位資料、剖面資料、巖石物性資料和地球化學(xué)資料，結(jié)合上述區(qū)域內(nèi)構(gòu)造特征，總結(jié)出研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖均斜臺地相與油氣的關(guān)系，分為以下3種模式。

（1）淺水高能灘模式（見圖7（a）），在地區(qū)內(nèi)棲霞后期由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成板塊抬升，使海平面下降較快，緩坡上位于高地貌并處于高能量地區(qū)，從而形成臺地邊緣亞相。在臺地邊緣的高水動(dòng)力的條件下堆積大量的淺水高能顆粒灘，此類灘型是油氣極好的儲(chǔ)集區(qū)域。由于棲霞期是出現(xiàn)灘丘導(dǎo)致地貌相對高于周邊，在后期茅口期的沉積中可以得以繼承，或者出現(xiàn)又一次的板塊抬升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致茅三段較大幅度的海平面下降，使得此地區(qū)又可以堆積大量淺水高能顆粒灘。表現(xiàn)出良好的生儲(chǔ)蓋層相互疊置的縱向模式，此類模式是油氣勘探中最重點(diǎn)的部分。

（2）深水低能灘模式（見圖7（b）），在棲霞后期緩坡地層仍處于水位較深的部位，只能時(shí)而受到海浪的波及，在地貌相對高位形成了一些零星分布的顆粒點(diǎn)灘沉積，而此類灘只能發(fā)育成較差的儲(chǔ)層。隨著時(shí)期的變化在茅口期三段海平面下降時(shí)，當(dāng)時(shí)點(diǎn)灘所在地區(qū)依舊為相對地貌高點(diǎn)，或由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)新的相對地貌較高的微隆起，從而發(fā)育深水低能顆粒點(diǎn)灘。表現(xiàn)出具有一定生儲(chǔ)蓋能力的模式，較臺地邊緣灘模式的儲(chǔ)集能力差距較大。

（3）深緩坡—盆地模式（見圖7（c）），整個(gè)區(qū)域由于前期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，整體海水深度都較深，海平面下降時(shí)區(qū)域地層依舊只能受到風(fēng)暴浪影響，同時(shí)在茅四段時(shí)期出現(xiàn)地史構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使區(qū)域斷開下降造成極深的的構(gòu)造盆地，使風(fēng)暴浪也難以影響到區(qū)域內(nèi)沉積。在這些時(shí)期地層內(nèi)大量發(fā)育“眼皮眼球”灰?guī)r以及茅四段發(fā)育大量的深水硅質(zhì)泥巖、頁巖。這類巖石儲(chǔ)集性能不佳，卻具有一定的生烴能力和對油氣的阻隔封蓋能力，特別是茅四段中大量的硅質(zhì)泥巖，是優(yōu)質(zhì)的烴源巖。表現(xiàn)為整體巨厚的生油層模式，此類模式是烴源巖研究的重點(diǎn)部分。

5 ?結(jié)論

（1）川西北地區(qū)沉積相分布特點(diǎn)具有臺地和均斜緩坡的雙重性質(zhì)，根據(jù)其特征相標(biāo)志的沉積分布，將此類環(huán)境定義為均斜臺地環(huán)境，且分為臺地邊緣、淺緩坡、深緩坡、斜坡—盆地4個(gè)亞相。

（2）棲二段和茅三段多為均斜臺地邊緣的產(chǎn)物，堆積的主要是灰白色泥—亮晶生物（屑）灰?guī)r，該相帶易于后期云化和溶蝕作用的改造，有利于后期儲(chǔ)層的形成與演化;棲一段、茅一段和茅二段多為緩坡亞相的產(chǎn)物，堆積大量的深灰色“眼球狀—似眼球狀”生物（屑）灰?guī)r組成，具有一定的生烴和儲(chǔ)集潛力;茅四段主要是為斜坡—盆地環(huán)境，沉積大量的深灰色硅質(zhì)泥巖并含有較高的有機(jī)質(zhì)，具有良好的生烴和封蓋儲(chǔ)層的能力。

（3）根據(jù)中二疊統(tǒng)內(nèi)不同亞相的縱向疊合關(guān)系，將川西北地區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)油氣配置分為3種模式，即具有優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集性能的臺地邊緣灘模式、具有一定生烴及儲(chǔ)集能力的淺緩坡深水低能灘模式、具有良好生烴能力的深緩坡-盆地模式。

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