四川盆地奧陶系儲(chǔ)層發(fā)育特征與勘探潛力

郭彤樓

(中國(guó)石化勘探南方分公司，四川成都610041)

2011年以來(lái)，四川盆地在龍王廟組顆粒灘白云巖取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了磨溪龍王廟組大氣田［1－2］。這是繼嘉陵江組之后又一個(gè)臺(tái)內(nèi)灘相領(lǐng)域的大發(fā)現(xiàn)。由此，除奧陶系之外，從震旦系到侏羅系都取得了商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。在川中威遠(yuǎn)、磨溪和盆地周緣有大量鉆井鉆遇奧陶系，僅在川西北的河深1井、川中女基井和川東南東深1井分別試獲1.88×104，3.6×104和21.97×104m3/d油氣［3］，但都未能展開(kāi)勘探發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲(chǔ)量。本文從野外露頭、鉆井和地震資料出發(fā)，提出在四川盆地及鄰區(qū)下奧陶統(tǒng)存在局部高能灘相發(fā)育區(qū)。根據(jù)其他層系灘相儲(chǔ)層發(fā)育特點(diǎn)，認(rèn)為灘相異常體有利于早期白云巖化和巖溶發(fā)育，是有利的勘探目標(biāo)，有望實(shí)現(xiàn)奧陶系勘探的重大突破。

1 奧陶紀(jì)地層特征

早奧陶世，四川盆地屬于被動(dòng)大陸邊緣，跨越臺(tái)地、臺(tái)地邊緣斜坡及盆地等相區(qū)，自西向東碎屑巖減少，碳酸鹽巖增加。以桐梓組為例，盆地外的貴州省桐梓縣南紅花園附近為桐梓組命名地，前人根據(jù)露頭資料表現(xiàn)的巖性組合特征劃分為同期異相的桐梓組、南津關(guān)組和分鄉(xiāng)組，其他各組也有類似現(xiàn)象［4－5］。本文研究重點(diǎn)為四川盆地中南部地區(qū)，依據(jù)丁山1井、東深1井和建深1井實(shí)鉆資料。奧陶系分為下奧陶統(tǒng)桐梓組、紅花園組、湄潭組和牯牛潭組，中奧陶統(tǒng)十字鋪組和寶塔組以及上奧陶統(tǒng)澗草溝組和五峰組。奧陶系與下伏上寒武統(tǒng)洗象池組及上覆下志留統(tǒng)龍馬溪組皆為整合接觸，其內(nèi)部各組也為整合接觸(表1)。

奧陶系的巖性組合大體可以分為4套:上奧陶統(tǒng)五峰組灰黑色粉砂質(zhì)泥(頁(yè))巖可與下志留統(tǒng)龍馬溪組劃作一套泥頁(yè)巖組合;上奧陶統(tǒng)澗草溝組、中奧陶統(tǒng)寶塔組和十字鋪組與下奧陶統(tǒng)牯牛潭組為一套淺灰色生屑灰?guī)r、泥灰?guī)r組合;下奧陶統(tǒng)湄潭組為一套粉砂質(zhì)泥巖夾石英砂巖、灰色泥巖組合;而下奧陶統(tǒng)紅花園組和桐梓組為一套鮞粒灰?guī)r、生屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖組合。這4套組合與盆地內(nèi)東深1井、合12井和池7井奧陶系巖性組合特征基本相當(dāng)，除五峰組外，主要表現(xiàn)為局限臺(tái)地－開(kāi)闊臺(tái)地沉積(圖1)。

表1 四川盆地中南部地區(qū)丁山1井奧陶系地層簡(jiǎn)表Table 1 stratigraphic profile of the Ordovician in well Dingshan-1 of central and southern Sichuan Basin

圖1 四川盆地奧陶紀(jì)桐梓期和紅花園期沉積相(據(jù)文獻(xiàn)［6］，有刪減)Fig.1 Sedimentary facies of the Tongzi and Honghuayuan Formations in the Ordovician of Sichuan Basin［6］

2 灘相異常體地質(zhì)與地震反射特征

四川盆地在寒武系龍王廟組和三疊系飛仙關(guān)組、嘉陵江組、雷口坡組都有大、中型氣田發(fā)現(xiàn)，主要為一套臺(tái)地相碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖沉積，儲(chǔ)層為顆粒灘相砂屑白云巖、鮞?；?guī)r等。奧陶系與上述地層相比，是否具備形成顆粒灘的沉積條件，是奧陶系能否成藏的關(guān)鍵。本文根據(jù)前人對(duì)區(qū)域露頭資料的分析和幾口重點(diǎn)鉆井、地震剖面的分析，提出下奧陶統(tǒng)具備形成顆粒灘的地質(zhì)條件，并在地震剖面上發(fā)現(xiàn)了丘狀異常體。

2.1 早奧陶世為局限臺(tái)地－開(kāi)闊臺(tái)地沉積

桐梓組和紅花園組沉積期，上揚(yáng)子碳酸鹽巖臺(tái)地繼承了晚寒武世的碳酸鹽巖臺(tái)地格局，其面積和形狀均變化不大，僅西部邊界向東有所收縮，四川盆地西部為濱岸－潮坪相、東部為局限臺(tái)地相，鄂西和渝東地區(qū)為開(kāi)闊臺(tái)地相(圖1)。馮增昭［7］主要依據(jù)露頭資料在揚(yáng)子地臺(tái)早奧陶世劃分出11個(gè)灘、7個(gè)云坪，如四川盆地東部的城口灘、巫溪灘、武?。洗┖唾F州的畢節(jié)云坪、貴陽(yáng)云坪等。四川盆地南部座3、陽(yáng)深2、自深1、東深1、臨7和丁山1等鉆井揭示，桐梓組和紅花園組發(fā)育顆粒巖，為碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部中、高能環(huán)境下形成。合12井下奧陶統(tǒng)下部為碳酸鹽巖與泥頁(yè)巖互層;上部為白云質(zhì)膏巖、鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、細(xì)晶白云巖互層。東深1井下奧陶統(tǒng)下部為白云質(zhì)膏巖、鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、細(xì)晶白云巖互層，可見(jiàn)膏鹽層;上部則為碳酸鹽巖與泥頁(yè)巖互層。而丁山1井下奧陶統(tǒng)桐梓組和紅花園組則以鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、砂屑白云巖、灰質(zhì)白云巖等為主，未見(jiàn)泥頁(yè)巖和膏巖。因此，在四川盆地中、南部地區(qū)早奧陶世局限臺(tái)地發(fā)育時(shí)期，存在類似寒武系龍王廟組的沉積環(huán)境，在潟湖周邊高地也會(huì)發(fā)育顆?；?guī)r、白云巖儲(chǔ)層。

2.2 下奧陶統(tǒng)異常體特征

在四川盆地東南部重慶與南川之間，2013年采集完成的二維地震剖面上，連續(xù)幾條測(cè)線奧陶系底部反射變?nèi)趸蛑袛?，志留系底部發(fā)射層與奧陶系底部反射層之間地層加厚，具有明顯的底平頂凸的丘狀特征，丘狀隆起兩側(cè)地震反射特征、地層厚度基本相當(dāng)，反映是臺(tái)內(nèi)礁灘異常體，在鄂西地區(qū)也可見(jiàn)到同樣的加厚異常，表明非盆內(nèi)奧陶系的個(gè)別現(xiàn)象(圖2)。依據(jù)座3和東深1等已鉆井結(jié)合露頭資料分析，早奧陶世沉積時(shí)期，本區(qū)為局限臺(tái)地－開(kāi)闊臺(tái)地，東深1井、座3井和丁山1井3口井下奧陶統(tǒng)巖性組合大體一致，紅花園組主要為鮞粒灰?guī)r、白云巖組合，桐梓組和紅花園組之間都是以泥頁(yè)巖、灰?guī)r互層過(guò)渡到鮞?；?guī)r、白云巖，只是在桐梓組略有差異。桐梓組上、下部主要為鮞粒灰?guī)r、白云巖組合，東深1井中部為白云巖夾黑色頁(yè)巖、薄層膏鹽;而座3井中部則發(fā)育了厚10 m左右的膏鹽(圖3);丁山1井則主要為鮞?；?guī)r、白云巖組合，桐梓組頂部和中部有薄層泥巖。因此，判斷是顆粒灘與泥頁(yè)巖、膏鹽等地層互層分布形成的臺(tái)內(nèi)灘組合。

圖2 二維地震剖面上的異常體特征Fig.2 Features of anomalies on 2D seismic profiles

圖3 四川盆地座3井下奧陶統(tǒng)地層綜合柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of the Lower Ordovician from well Zuo-3 in Sichuan Basin

3 勘探潛力

在四川盆地這樣一個(gè)富氣盆地進(jìn)行油氣勘探，除盆地邊緣和高陡構(gòu)造外，尋找儲(chǔ)層是油氣發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。奧陶系曾在一些探井試獲工業(yè)氣流，之所以未能展開(kāi)勘探，主要原因是未發(fā)現(xiàn)能形成大氣田的規(guī)模性儲(chǔ)層。奧陶系是否具有磨溪嘉陵江組和龍王廟組類似的顆粒灘相儲(chǔ)層，是其能否取得規(guī)模儲(chǔ)量的關(guān)鍵。前文通過(guò)對(duì)區(qū)域沉積相、鉆井和地震相分析，發(fā)現(xiàn)在川東南地區(qū)存在灘相異常體。下文著重探討奧陶系是否具備有利于成藏的生、儲(chǔ)、蓋組合。

3.1 臺(tái)內(nèi)灘相可形成規(guī)模儲(chǔ)層

四川盆地鉆井及周緣露頭區(qū)資料顯示，奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層普遍致密。以建深1井為例，紅花園組(O1h)地層厚度20.5 m，巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，儲(chǔ)層巖性致密，局部砂屑發(fā)育，未見(jiàn)孔、縫(圖4a);分鄉(xiāng)組(O1f)地層厚度58.5 m，鮞?；?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r厚度34.6 m，儲(chǔ)層巖性致密，局部砂屑及鮞粒發(fā)育，未見(jiàn)孔、縫(圖4b);南津關(guān)組(O1n)地層厚度116.5 m，主要為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖(其中灰?guī)r類65.1 m，白云巖類40.4 m，砂巖類1.0 m)，儲(chǔ)層巖性致密，未見(jiàn)孔、縫(圖 4c，d)。

但具有相似背景的龍王廟組和嘉陵江組都有好的儲(chǔ)層發(fā)育，并探明了大氣田。

四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組天然氣勘探近期取得重大發(fā)現(xiàn)，探明地質(zhì)儲(chǔ)量4 403.85×108m3的海相碳酸鹽巖氣藏，這是我國(guó)迄今發(fā)現(xiàn)的單體規(guī)模最大的特大型整裝氣藏［1］。龍王廟組主要為一套臺(tái)地相碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖，儲(chǔ)層與顆粒灘相密切相關(guān)，顆粒灘的發(fā)育受海平面變化和古構(gòu)造的控制，并圍繞膏鹽湖周緣大面積分布(圖5，圖6)［8－9］。顆粒灘的主要巖性包括顆粒白云巖、晶粒白云巖和斑狀白云巖，顆粒白云巖主要是砂屑白云巖和鮞粒白云巖。

四川盆地另一個(gè)臺(tái)內(nèi)灘氣田為磨溪嘉陵江組氣田，主力產(chǎn)層為三疊系嘉陵江組二段(嘉二段)。氣藏勘探始于1979年，于2004年勘探取得突破，至2005年底探明地質(zhì)儲(chǔ)量為326.59×108m3［8］。磨溪?dú)馓锛味蝺?chǔ)層沉積期為局限海－蒸發(fā)海臺(tái)地碳酸鹽巖微相，嘉二2亞段以發(fā)育臺(tái)內(nèi)顆粒灘亞相為特征，主要包括灘核及灘緣微相。灘核微相主要由鮞粒灰?guī)r組成，具有顆粒巖累計(jì)厚度和單灘體厚度較大的特點(diǎn)，是本期沉積最有利的儲(chǔ)集微相帶。鮞?；?guī)r由于準(zhǔn)同生期大氣淡水的選擇性溶蝕而形成粒內(nèi)溶孔和鑄模孔等溶蝕孔隙，局部層段的鮞?；?guī)r保存了較多的殘余粒間孔，如磨溪嘉陵江組氣田灘頂常因同沉積期的短暫暴露形成大氣淡水淋溶改造成因的孔隙性儲(chǔ)層(圖6，圖7)。鮞?；?guī)r儲(chǔ)層總體以低孔、低滲為主，但局部井段也存在相對(duì)高孔段。其孔隙度為0.11% ～26.75%，平均為5.31%［10］。

圖4 四川盆地建深1井奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層顯微照片F(xiàn)ig.4 Micrographs of the Ordovician carbonate core samples from well Jianshen-1 in Sichuan Basin

圖5 四川盆地寒武系龍王廟組沉積剖面示意圖［8］Fig.5 Sedimentary profile of the Longwangmiao Formaiton in the Cambrian of Sichuan Basin［8］

圖6 四川盆地磨溪13井嘉陵江組和龍王廟組巖心、薄片顯微照片F(xiàn)ig.6 Micrographs of cores and thin sections from the Jialingjiang and Longwangmiao Formations in well Moxi-13，Sichuan Basin

圖7 四川盆地三疊系嘉陵江組二段鮞粒灘體遷移模式示意圖［10］Fig.7 Diagram showing the migration pattern of the grain beach in

從四川盆地龍王廟組和嘉陵江組儲(chǔ)層的分布來(lái)看，儲(chǔ)層都發(fā)育在顆粒灘相，都有圍繞膏質(zhì)潟湖展布的特點(diǎn)。這也為尋找臺(tái)內(nèi)顆粒灘儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)指明了方向，即在碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部水下古隆起有利于臺(tái)內(nèi)顆粒灘的生長(zhǎng)，可以通過(guò)在臺(tái)地內(nèi)尋找古隆起來(lái)預(yù)測(cè)灘相碳酸鹽巖儲(chǔ)層的分布。東深1井和座3井桐梓組中部都連續(xù)發(fā)育數(shù)米膏鹽和膏質(zhì)白云巖，下部發(fā)育泥頁(yè)巖、生屑灰?guī)r組合，表現(xiàn)為潟湖－潮坪沉積。桐梓組和紅花園組都發(fā)育鮞?；?guī)r、白云巖，因此具備發(fā)育顆粒灘儲(chǔ)層的條件。中、下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖發(fā)育顆粒灘相，樂(lè)山－龍女寺地區(qū)下奧陶統(tǒng)桐梓組(南津關(guān)組、分鄉(xiāng)組)和紅花園組儲(chǔ)層主要為粒屑云巖、鮞粒云巖和晶粒云巖，主要儲(chǔ)集空間類型以粒內(nèi)溶孔、晶間孔和粒間溶孔組合為主，面孔率約6%［11］。座3井紅花園組灘相灰?guī)r粒屑含量在60%以上，次生溶蝕斑發(fā)育，斑中見(jiàn)溶孔，孔隙率6.3%，局部構(gòu)造裂縫發(fā)育。威遠(yuǎn)川中古隆起斜坡區(qū)發(fā)育與巖溶有關(guān)的儲(chǔ)層，MS1井南津關(guān)組為粒屑云巖儲(chǔ)層，孔隙度為1.05% ～6.33%，平均3.04%，孔隙度大于3%的樣品占總樣品數(shù)的40%;滲透率為0.002 84×10－3～6.56 ×10－3μm2，平均0.25 ×10－3μm2。這表明奧陶系尤其是下奧陶統(tǒng)在古地貌高發(fā)育的顆粒灘相有可能形成好的儲(chǔ)層，比如在川東南發(fā)現(xiàn)的丘狀反射。

3.2 成藏組合

奧陶系總體上以發(fā)育碳酸鹽巖組合為主，僅在頂部五峰組發(fā)育數(shù)米至十幾米的黑色頁(yè)巖;但向上與其連續(xù)沉積的志留系龍馬溪組則發(fā)育大套黑色頁(yè)巖層系，厚度可達(dá)幾十米。這兩套頁(yè)巖既是很好的蓋層，又是很好的烴源巖。長(zhǎng)寧—陽(yáng)深1井—座3井—華鎣山—五科1井一帶為局限臺(tái)地灰云坪沉積，主要巖性為泥粉晶白云巖、灰質(zhì)白云巖和少量介殼灰?guī)r，其中東深1井和座3井等地區(qū)沉積了鮞粒灘;南川—利川—巫山等地區(qū)為開(kāi)闊臺(tái)地沉積，主要巖性為灰色生屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖及少量頁(yè)巖［6］。因此，存在類似磨溪嘉陵江組二段同沉積期短暫暴露因大氣淡水淋溶改造形成孔隙性儲(chǔ)層的可能。

下奧陶統(tǒng)和中、上寒武統(tǒng)之下，發(fā)育下寒武統(tǒng)泥頁(yè)巖，這是四川盆地主力烴源巖之一，也是威遠(yuǎn)氣田的主要?dú)庠矗?2］。寒武系烴源巖在重慶—南充這一北西向區(qū)域的分布，由于缺少可靠的鉆井資料支撐，存在分歧，可能缺失或烴源巖變差，但在盆地其他地區(qū)認(rèn)識(shí)基本一致［13－14］。但也有人認(rèn)為川東南地區(qū)不僅存在烴源巖，且厚度和生烴強(qiáng)度都支撐形成大氣田的需要［15］。

奧陶系只有少量探井進(jìn)行了試氣，多為低產(chǎn)氣流［3］;只有重慶西南部的東深1井試獲較高產(chǎn)量:中奧陶統(tǒng)寶塔組，井深3 497～3 542 m，產(chǎn)氣22×104m3/d;下奧陶統(tǒng)湄潭組頂，測(cè)試產(chǎn)氣29×104m3/d，產(chǎn)水33 m3/d。二者都為致密灰?guī)r，但只要斷裂溝通烴源，也能獲工業(yè)氣流［16］。

綜上研究，以下奧陶統(tǒng)為主要儲(chǔ)層發(fā)育兩種成藏組合，即:①以五峰組－龍馬溪組作為烴源巖，下奧陶統(tǒng)顆粒碳酸鹽巖為儲(chǔ)層的上生下儲(chǔ)油氣成藏組合;②以下寒武統(tǒng)泥頁(yè)巖為烴源巖，下奧陶統(tǒng)顆粒碳酸鹽巖為儲(chǔ)層的下生上儲(chǔ)油氣成藏組合(圖8)。這兩種成藏組合在威遠(yuǎn)震旦系氣田及磨溪雷口坡組和嘉陵江組氣田都得到了證實(shí)，能夠形成大氣田。

4 結(jié)論與建議

1)下奧陶統(tǒng)具有形成灘相異常體的地質(zhì)條件。地震剖面上發(fā)現(xiàn)了地層明顯加厚，具透鏡狀或丘狀的反射，是桐梓組－紅花園組顆粒碳酸鹽巖與膏鹽、泥巖等互層的綜合體現(xiàn)。

圖8 四川盆地下奧陶統(tǒng)成藏組合綜合柱狀圖Fig.8 Histogram of the Lower Ordovician reservoirs in Sichuan Basin

2)下奧陶統(tǒng)發(fā)育兩種成藏組合。類似威遠(yuǎn)震旦系氣田及磨溪雷口坡組和嘉陵江組氣田都有成功的實(shí)踐，證實(shí)能夠形成大氣田。

3)借鑒川中寒武系和三疊系的勘探經(jīng)驗(yàn)，深入開(kāi)展奧陶系沉積相、古地貌和以輸導(dǎo)體系為重點(diǎn)的成藏演化史研究。在類比研究的同時(shí)，更要注意差異性研究。

4)尋找具有構(gòu)造背景的灘相異常體發(fā)育區(qū)作為勘探突破口。目前發(fā)現(xiàn)的川東南異常體埋深約5 500 m，建議實(shí)施一口區(qū)域探井，可以兼探二疊系和評(píng)價(jià)深層龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探潛力，并有望實(shí)現(xiàn)奧陶系勘探的重大突破。

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