川中地區(qū)加里東末期洗象池組巖溶儲(chǔ)層發(fā)育模式及其油氣勘探意義

李文正 文 龍 谷明峰 夏茂龍 謝武仁付小東 馬石玉 田 瀚 姜 華 張建勇

1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院 2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)集層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

近年來(lái)，四川盆地震旦系—寒武系的天然氣勘探主要圍繞樂(lè)山—龍女寺古隆起區(qū)的上震旦統(tǒng)燈影組和下寒武統(tǒng)龍王廟組，部署了大量的鉆井，并發(fā)現(xiàn)了目前我國(guó)最大的單體海相碳酸鹽巖整裝氣藏——安岳特大型氣田[1-5]。但是，對(duì)于該盆地中—上寒武統(tǒng)洗象池組的勘探程度卻較低，在鉆井過(guò)程中，洗象池組錄井顯示豐富，并且南充1井、高石16井、磨溪23井在該層系測(cè)試均獲得了工業(yè)氣流，表明洗象池組的天然氣勘探前景廣闊，有可能成為四川盆地的后備勘探領(lǐng)域和接替層系。

前人對(duì)洗象池組的研究主要集中在層序地層、巖相古地理與儲(chǔ)層主控因素等方面[6-14]。李偉等[6]、賈鵬等[7-8]基于碳同位素與INPEFA測(cè)井旋回分析，結(jié)合電性、巖性數(shù)據(jù)，多手段融合，將四川盆地洗象池組劃分為4個(gè)三級(jí)層序，厘定了盆地內(nèi)各分區(qū)間的層序地層對(duì)應(yīng)關(guān)系，認(rèn)為川中地區(qū)層序地層發(fā)育不完整，川東地區(qū)層序地層發(fā)育完整且厚度較大。李偉等[9]、趙愛(ài)衛(wèi)[10]、井攀等[11]、劉鑫等[12]的研究認(rèn)為，四川盆地洗象池組自西向東發(fā)育混積潮坪、局限—半局限臺(tái)地、臺(tái)地邊緣與斜坡—盆地相，其中混積潮坪相主要發(fā)育于川西北與川西南地區(qū)，局限—半局限臺(tái)地相發(fā)育于四川盆地大部與滇黔北、鄂西—渝東地區(qū)，東北部城口—鄂西與永順—大庸地區(qū)則相變?yōu)榄h(huán)狀臺(tái)緣帶，再向廣海一側(cè)東北與西南部過(guò)渡為半深海斜坡和深海盆地相。關(guān)于洗象池組儲(chǔ)層的主控因素，前人的研究成果認(rèn)為主要是受沉積相與古地理的約束，以顆粒灘相云巖為主[13-15]，而對(duì)于巖溶作用的研究則較少，僅有少數(shù)學(xué)者做了定性的闡述[15-16]，尤其是針對(duì)加里東末期巖溶作用的范圍與強(qiáng)度，鮮有報(bào)道。實(shí)踐證明，礁灘相巖溶儲(chǔ)層在碳酸鹽巖油氣勘探中具有重要地位，已經(jīng)取得了一系列良好的油氣勘探效果[17-20]。為了給確定該區(qū)洗象池組下一步的油氣勘探方向和目標(biāo)提供參考，筆者基于露頭、巖心、薄片觀察等資料，充分利用鉆井資料將地質(zhì)與地震相結(jié)合，對(duì)川中地區(qū)加里東末期洗象池組巖溶作用進(jìn)行了深入研究，厘定了巖溶不整合面的影響范圍，建立了加里東末期洗象池組巖溶儲(chǔ)層發(fā)育模式，預(yù)測(cè)了灘相巖溶儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)，指出了天然氣勘探有利區(qū)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地洗象池組巖性以淺灰色、灰色、灰黃色白云巖、泥質(zhì)云巖為主，局部含砂質(zhì)，夾角礫狀云巖、鮞粒云巖及硅質(zhì)條帶或結(jié)核，連續(xù)沉積于中寒武統(tǒng)高臺(tái)組之上，與上覆奧陶系為平行不整合接觸。受加里東古隆起影響，呈現(xiàn)西北高、東南低的沉積格局，地層西北薄、東南厚[15]。在盆地西北部旺蒼、廣元等地區(qū)和龍門山前緣一帶缺失，威遠(yuǎn)—龍女寺一帶厚度介于100～200 m，合川—廣安一帶厚度介于300～400 m，重慶地區(qū)為盆地內(nèi)沉積中心，厚度可達(dá)800 m，至盆地東南邊緣石柱、南川一帶厚度介于600～700 m，向東地層厚度繼續(xù)增大，到盆地東部秀山—永順地區(qū)甚至超過(guò)1 000 m（圖1）。

洗象池沉積期，整個(gè)盆地位于局限臺(tái)地的內(nèi)部，為鑲邊臺(tái)地沉積環(huán)境，總體具有西陸東海的沉積背景。從沉積演化上看，洗象池組沉積繼承了龍王廟期和高臺(tái)期的古地理格局，早期發(fā)生了快速的大規(guī)模海侵，盆地內(nèi)蒸發(fā)濃縮的封閉沉積環(huán)境變?yōu)殚_(kāi)放—半開(kāi)放環(huán)境，梁平—重慶地區(qū)從膏質(zhì)潟湖沉積，轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)內(nèi)洼地沉積。臺(tái)洼兩側(cè)古地貌較高，水體能量強(qiáng)，發(fā)育合川—廣安與南川—石柱兩條高能顆粒灘帶，而臺(tái)洼區(qū)水體能量較低，巖性較致密，以泥晶云巖為主。

2 洗象池組巖溶儲(chǔ)層特征

大量露頭、巖心的觀察與薄片的鑒定結(jié)果表明，洗象池組儲(chǔ)層巖性以顆粒云巖、晶粒云巖為主，孔隙的主要類型有溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔與裂縫（圖2）。溶蝕孔洞是洗象池組最主要的儲(chǔ)集空間（圖2-a），受準(zhǔn)同生溶蝕、表生巖溶和埋藏溶蝕作用的多重影響，溶蝕孔洞的洞徑一般超過(guò)2 mm，最大可達(dá)12 mm。粒間孔與晶間孔為次要儲(chǔ)集空間，鏡下多見(jiàn)殘余粒間孔、擴(kuò)溶孔（圖2-b～d），常呈多邊形，雜亂分布。裂縫為另一類較為重要的儲(chǔ)集空間（圖2-e、f），包括因埋藏溶蝕與構(gòu)造破裂作用形成對(duì)的構(gòu)造縫、溶蝕縫。構(gòu)造縫發(fā)育受構(gòu)造部位和斷層控制，多見(jiàn)溶蝕縫伴隨酸性流體的溶蝕作用，可見(jiàn)裂縫相互交叉，并連接孔隙，提高了先期孔洞的溝通能力，有利于儲(chǔ)層物性的改造[11]。

對(duì)四川盆地典型取心井與野外露頭1 554個(gè)柱塞樣品測(cè)試結(jié)果表明，孔隙度介于0～19.18%，平均值為3.46%，儲(chǔ)層孔隙度集中分布在2%～5%；1 402個(gè)物性數(shù)據(jù)揭示滲透率介于1.00h10－6～419.00 mD，平均值為0.99 mD。林怡等[14]通過(guò)對(duì)全盆地樣品孔滲關(guān)系的分析結(jié)果表明，洗象池組儲(chǔ)層具有雙重介質(zhì)特征，孔滲關(guān)系的相關(guān)性不好，具有明顯的裂縫參與滲流，儲(chǔ)層類型為裂縫—孔隙型。

圖1 四川盆地洗象池組地層厚度分布圖

圖2 洗象池組儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型照片

鉆井、野外露頭剖面及測(cè)井解釋綜合分析結(jié)果表明，洗象池組顆粒灘主要發(fā)育在地層的中上部。受海平面變化控制，顆粒灘縱向上薄、厚層疊置，橫向遷移頻繁，累計(jì)最大可達(dá)百米。

3 洗象池組剝蝕帶的分布

威寒101、合12、安平1、廣探2等井的巖心觀察表明，洗象池組遭受巖溶改造作用明顯，鉆井成像測(cè)井上發(fā)育裂縫—孔洞型儲(chǔ)層，地震剖面上存在明顯的削截特征（圖3），揭示洗象池組頂部發(fā)育巖溶不整合。但是前人對(duì)洗象池組剝蝕帶分布特征的研究鮮有報(bào)道。為此，筆者利用鉆井與地震資料，采用井震結(jié)合的方法對(duì)川中地區(qū)洗象池組剝蝕帶進(jìn)行了識(shí)別與刻畫。

研究結(jié)果表明，洗象池組剝蝕帶（即洗象池組遭受剝蝕，但未剝蝕殆盡，仍有殘存地層的區(qū)域）沿樂(lè)山—龍女寺古隆起呈環(huán)狀展布，在川中地區(qū)表現(xiàn)為中部寬、南北兩側(cè)窄的特征。遂寧—龍女寺—南充地區(qū)，洗象池組剝蝕帶寬度介于20～50 km，南充以北、磨溪以南安岳—資中地區(qū)剝蝕窗口變窄，寬度小于20 km，其中磨溪13井—磨溪21井區(qū)剝蝕帶最窄，寬度僅為6 km。在加里東末期處于剝蝕帶區(qū)域的洗象池組地層直接暴露地表，受大氣淡水與風(fēng)化作用改造強(qiáng)烈，原有儲(chǔ)集空間擴(kuò)溶，是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利區(qū)，研究區(qū)內(nèi)洗象池組剝蝕帶的面積可達(dá) 4 700 km2（圖 4）。

圖3 洗象池組地層尖滅線地震剖面圖

4 洗象池組儲(chǔ)層發(fā)育模式

洗象池組儲(chǔ)層的形成與分布主要受控于沉積相，少許作者提及后期表生巖溶對(duì)儲(chǔ)層的改造作用，對(duì)于前者筆者已在本文參考文獻(xiàn)[13]與[21]作了詳細(xì)論述。因此本次筆者主要針對(duì)加里東末期風(fēng)化殼巖溶作用進(jìn)行探討。

加里東末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地層抬升并遭受剝蝕，致使四川盆地西部洗象池組大面積缺失或直接出露，與上覆地層之間發(fā)育明顯的角度不整合，形成大型構(gòu)造不整合面巖溶風(fēng)化殼[22]。該期巖溶從中志留世一直持續(xù)到二疊紀(jì)，約120 Ma[23]，形成層間不平整的剝蝕或溶解面、溶解裂隙及與之連通的巖溶洞穴等風(fēng)化殼古巖溶[24]。廣探2、南充1、磨溪23等井成像測(cè)井中可見(jiàn)巖溶特征，成像圖上見(jiàn)明顯裂縫和暗色斑狀的溶蝕孔洞發(fā)育（圖5），合12、廣探2等井的巖心和薄片中皆發(fā)育溶蝕孔洞（圖2），局部可見(jiàn)溶塌角礫巖及碎屑巖和垮塌物充填。

圖4 川中地區(qū)洗象池組剝蝕帶分布圖

圖5 洗象池組裂縫ü孔洞型儲(chǔ)層成像測(cè)井特征圖

圖6為川中地區(qū)洗象池組加里東末期灘相巖溶發(fā)育模式，依據(jù)古地貌背景，可劃分為地層缺失區(qū)、暴露剝蝕區(qū)與埋藏區(qū)。

圖6 川中地區(qū)加里東末期洗象池組巖溶儲(chǔ)層發(fā)育模式圖

缺失區(qū)內(nèi)洗象池組被剝蝕殆盡，高臺(tái)組或下寒武統(tǒng)直接出露地表遭受風(fēng)化剝蝕，并被后期沉積的二疊系所覆蓋，呈角度不整合接觸，如磨溪117井。

在暴露剝蝕區(qū)，洗象池組出露地表，并遭受大氣淡水淋濾。該區(qū)受垂直滲流與水平潛流雙重影響，表生巖溶和氧化作用強(qiáng)烈，產(chǎn)生溶溝、溶縫及溶洞。需要說(shuō)明的是，洗象池組顆粒灘主要發(fā)育在其中上段，當(dāng)靠近洗象池尖滅線附近時(shí)，地層剝蝕量大，導(dǎo)致較好的灘相儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)喪失，雖然巖溶作用強(qiáng)烈，但改造作用極其有限，儲(chǔ)層欠發(fā)育，如磨溪27井，洗象池組殘余厚度僅為55.7 m，測(cè)井解釋無(wú)儲(chǔ)層。靠近奧陶系尖滅線附近時(shí)，洗象池組剝蝕量有限，灘相儲(chǔ)集體保留較好，為后期有效的巖溶改造奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，如磨溪107井，地層殘余厚度為83.5 m，儲(chǔ)層厚度為12.0 m。

埋藏區(qū)洗象池組未遭受加里東末期的剝蝕作用，地層保留完整，分布于磨溪18、寶龍1、磨溪23、南充1等井以東地區(qū)（圖4）。埋藏區(qū)以順層巖溶作用為主，巖心可見(jiàn)不規(guī)則溶孔溶洞發(fā)育（圖2-a）。此區(qū)地層厚度較大，儲(chǔ)層厚，灘相儲(chǔ)層疊加后期巖溶改造作用可形成灘相孔隙型白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，如高石16井測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度為27.4 m，合12井儲(chǔ)層厚度為35.3 m，位于同一區(qū)域的廣探2井是洗象池組目前鉆遇儲(chǔ)層最好的探井，儲(chǔ)層厚度為43.9 m。

另外，川中地區(qū)受郁南運(yùn)動(dòng)的影響，洗象池組與奧陶系多以平行不整合接觸關(guān)系為主[25-26]。由于此次運(yùn)動(dòng)造成的暴露時(shí)間較短，巖溶作用所形成的溶蝕孔洞以小的彌散狀溶孔為主[22]，加里東末期風(fēng)化殼巖溶作用在郁南運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上對(duì)洗象池組儲(chǔ)層進(jìn)行了再次改造。

5 有利油氣勘探區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)

5.1 有利灘相巖溶儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

地震上，洗象池組灘相儲(chǔ)集體的反射特征為斷續(xù)、中強(qiáng)波峰。利用二、三維地震資料，結(jié)合已鉆井及測(cè)井資料，對(duì)洗象池組灘相儲(chǔ)集體進(jìn)行了刻畫，結(jié)果表明（圖7），洗象池組灘相儲(chǔ)集體主要分布在西充—廣安—潼南地區(qū)，面積共5 000 km2。西充—廣安—潼南地區(qū)位于暴露剝蝕區(qū)至埋藏區(qū)，巖溶作用強(qiáng)烈，可有效地改善洗象池組灘相儲(chǔ)集體物性，為灘相巖溶儲(chǔ)層最有利區(qū)，發(fā)育兩種類型儲(chǔ)層：一種是灘相疊加表生巖溶型儲(chǔ)層，位于暴露剝蝕區(qū)靠近奧陶系尖滅線附近；另一種是灘相疊加順層巖溶型儲(chǔ)層，位于奧陶系尖滅線東側(cè)的埋藏區(qū)（圖7）。

5.2 有利區(qū)帶評(píng)價(jià)

圖7 川中地區(qū)洗象池組天然氣勘探有利區(qū)帶評(píng)價(jià)圖

洗象池期，川中地區(qū)處于梁平—重慶臺(tái)洼的西側(cè)，在樂(lè)山—龍女寺古隆起的背景下，古地貌相對(duì)較高，為顆粒灘相有利發(fā)育區(qū)。志留紀(jì)加里東最后一幕運(yùn)動(dòng)使得四川盆地樂(lè)山—龍女寺古隆起整體抬升剝蝕，在暴露區(qū)與埋藏區(qū)易發(fā)生表生巖溶與順層巖溶作用，形成溶蝕孔洞及構(gòu)造裂縫，為巖溶儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)。多口鉆井揭示洗象池組剝蝕帶附近含氣性好，錄井顯示活躍，南充1井、高石16、磨溪23、寶龍1等4口井測(cè)試獲得工業(yè)氣流，表明洗象池組具備良好的天然氣勘探潛力。

川中古隆起北斜坡西充—廣安地區(qū)洗象池組灘體規(guī)模大，巖溶作用強(qiáng)，發(fā)育灘相疊加表生巖溶型與灘相疊加順層巖溶型兩類儲(chǔ)層。該區(qū)毗鄰筇竹寺組生烴中心，且通源斷裂發(fā)育，可有效溝通烴源巖，形成構(gòu)造背景下的地層巖性氣藏，有利勘探面積3 000 km2，可作為洗象池組灘相巖溶儲(chǔ)層的有利勘探目標(biāo)。

6 結(jié)論

1）洗象池組灘相巖溶儲(chǔ)層巖性以顆粒云巖、晶粒云巖為主，儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔與裂縫，平均孔隙度為3.46%，平均滲透率為0.99 mD，為低孔低滲裂縫—孔隙型儲(chǔ)層。

2）川中地區(qū)洗象池組剝蝕帶中部寬、兩側(cè)窄呈環(huán)狀展布，剝蝕帶寬度介于6～50 km，面積為4 700 km2。

3）加里東末期地層抬升剝蝕，發(fā)生強(qiáng)烈的風(fēng)化殼巖溶作用，發(fā)育兩種儲(chǔ)層，其中暴露剝蝕區(qū)發(fā)育灘相疊加表生巖溶型儲(chǔ)層，埋藏區(qū)發(fā)育灘相疊加順層巖溶型儲(chǔ)層，西充—廣安—潼南地區(qū)為灘相巖溶儲(chǔ)層最有利區(qū)，面積為5 000 km2。

4）西充—廣安地區(qū)毗鄰筇竹寺組生烴中心，且通源斷裂發(fā)育，洗象池組灘體規(guī)模大，巖溶作用強(qiáng)，易形成灘相疊加巖溶作用的有效規(guī)模儲(chǔ)集體，可作為洗象池組下一步天然氣勘探的有利目標(biāo)。