元壩地區(qū)須家河組三段鈣屑砂體特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)

?

元壩地區(qū)須家河組三段鈣屑砂體特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)

針對元壩地區(qū)須家河組三段有效儲集體鈣屑砂體研究較薄弱等問題，利用鉆井、測井、分析化驗等資料對鈣屑砂體特征及其成因展開了研究。結(jié)果表明：須三段鈣屑砂巖成分成熟度較低，其沉積具有交替與突變的特點；縱向上，鈣屑砂體在須三中亞段最為發(fā)育，須三上亞段次之；平面上，鈣屑砂體呈條帶狀、扇狀由北西向南東厚度逐漸變?。积堥T山幕式造山運動控制著沉積環(huán)境和物源供給的幕式變遷，進(jìn)而控制著鈣屑砂體的沉積規(guī)模；熱濕、溫干交替變化的氣候條件控制了鈣屑砂體的發(fā)育時期。研究結(jié)果對預(yù)測須三段有利儲集體具有指導(dǎo)意義。

鈣屑砂體；成因機(jī)制；巖石學(xué)特征；鈣屑砂體分布規(guī)律；元壩地區(qū)；須家河三段

引 言

元壩地區(qū)行政上隸屬于四川省巴中、蒼溪、閬中、劍閣及平昌5縣市，區(qū)域構(gòu)造上位于通南巴構(gòu)造帶的西南，九龍山構(gòu)造南側(cè)，處于川北坳陷與川中隆起的過渡帶。與東側(cè)通南巴構(gòu)造帶比較，整體埋藏較深，構(gòu)造變形較弱。近期，元壩地區(qū)在探明國內(nèi)首個長興組超深層生物礁大氣田的同時[1-2]，通過加強(qiáng)立體勘探，在傳統(tǒng)認(rèn)識為陸相主要烴源層系的須家河組三段也發(fā)現(xiàn)三角洲砂巖氣藏，目前已有多口井在該段鉆遇氣層及良好的油氣顯示，其中元陸 7、元陸10 井試氣分別獲日產(chǎn)120.8×104m3/d及22.56×104m3/d工業(yè)氣流，取得了陸相新層系勘探的重大突破[3]。元陸7井突破后，以該井為代表的須三段鈣屑砂體儲層成為研究的焦點，大量的研究主要集中于鈣屑砂體儲層的主控因素[4-6]，而對于鈣屑砂體成因研究較少，一定程度上影響了元壩地區(qū)須三段的目標(biāo)評價及勘探步伐。因此，充分利用區(qū)內(nèi)和鄰區(qū)鉆探資料，結(jié)合前人研究成果，以鈣屑砂體巖石學(xué)特征及分布規(guī)律研究為基礎(chǔ)，探討了鈣屑砂體的成因機(jī)制，研究成果為元壩地區(qū)須三段預(yù)測有利儲集體奠定基礎(chǔ)。

1 巖石學(xué)特征

據(jù)研究區(qū)54口井的巖屑錄井資料統(tǒng)計結(jié)果顯示：元壩地區(qū)須三段鉆遇鈣屑砂體總厚度為955.6 m，占須三段鉆遇砂體總厚的37.5%。砂巖中鈣屑含量為55%～95%，石英含量一般小于25%，變質(zhì)巖屑、巖漿巖屑和長石含量一般小于5%；據(jù)鈣屑含量可將砂體分為高鈣屑含量砂體(鈣屑含量為75%～95%)和較高鈣屑含量砂體(鈣屑含量為50%～75%)2種，較高鈣屑含量砂體中見10%～25%變質(zhì)巖巖屑顆粒，儲層主要發(fā)育在高鈣屑含量砂體中。鈣屑砂巖中填隙物成分主要為方解石膠結(jié)物，含量一般為5%～20%；其次為白云石膠結(jié)物，含量一般小于4%，另見少量泥質(zhì)雜基。強(qiáng)烈的膠結(jié)作用是儲層致密的主要原因之一。偏光顯微鏡下觀察顯示：巖石顆粒以點—線接觸為主，顆粒磨圓呈次圓—次棱角狀，分選中等偏好，分選系數(shù)一般為1.52～2.20，結(jié)構(gòu)成熟度總體中等。總體上，研究區(qū)須三段鈣屑砂巖具有富鈣屑、貧長石、少石英的低成分成熟度特征。

2 分布規(guī)律

研究區(qū)鈣屑砂體在縱、橫向上的分布各有規(guī)律性，而且不同的鈣屑砂體類型其分布特點也不相同。

首先，結(jié)合層序地層研究成果將須三段分為上、中、下3個層序單元。其中鈣屑砂體在須三中亞段最為發(fā)育，共鉆遇548.6 m，占鈣屑總厚度的57.2%，巖性主要為鈣屑細(xì)砂巖，其次為鈣屑礫巖、鈣屑含礫砂巖及鈣屑中—粗砂巖，少量鈣屑粉砂巖。平面上，須三中亞段砂體分布面積最大；須三下亞段鉆遇鈣屑砂體最薄，其平面分布范圍也最小；須三上亞段介于二者之間?？傮w上，鈣屑砂體在須三段早期分布相對局限，須三段中期砂體分布面積廣、多層疊置連片，須三段晚期分布出現(xiàn)萎縮。

其次，鈣屑砂體主要分布在元壩西北部地區(qū)，向東南部逐漸減薄，砂體所占地層厚度百分比也遞減。在不同粒度鈣屑砂體中，其粒度越粗，厚度遞減越快。平面上，鈣屑砂體的分布呈條帶狀、扇狀從北西向南東延伸(圖1)。

圖1 元壩地區(qū)須三段各亞段鈣屑砂體厚度等值線

最后，不同粒度鈣屑砂體分布存在差異。其中以鈣屑細(xì)砂巖厚度最大、分布最廣；其次是鈣屑細(xì)礫巖、含礫砂巖和中—粗砂巖；鈣屑粉砂巖雖然厚度較小，但分布范圍較大，僅次于鈣屑細(xì)砂巖；厚度和分布范圍最小的為泥質(zhì)鈣屑砂巖。

研究表明，元壩地區(qū)須三段最大的沉積特點是交替與突變。交替主要表現(xiàn)在鈣屑砂體與暗色泥質(zhì)巖交替發(fā)育，洪水期粗粒砂體與涓流期細(xì)粒砂體及靜水期泥質(zhì)巖地層交替發(fā)育。突變主要表現(xiàn)為3點：首先，縱向上粗粒鈣屑砂體基本都與暗色泥巖呈突變接觸，反映了砂體沉積的突發(fā)性；其次，平面上辮狀河三角洲—湖相沉積序列發(fā)育不完整，既沒有半深湖—深湖沉積，又缺少河湖之間的過渡相帶；再次，砂體粒度兩極分化嚴(yán)重。

3 成因探討

3.1 龍門山幕式造山運動

3.1.1 龍門山幕式造山運動控制沉積環(huán)境

前期研究表明，龍門山造山帶構(gòu)造負(fù)載及逆沖推覆引起的地殼均衡作用是導(dǎo)致龍門—米倉山前類前陸盆地?fù)锨鲁林饕騕7-9]，類前陸盆地沉降幅度主要與龍門山造山帶隆升幅度呈正比(圖2)。晚三疊世山前類前陸盆地的形成與龍門山造山帶發(fā)育同步，也與周緣山系豐沛的物源供應(yīng)、沉積充填同步。因此，龍門—米倉山前類前陸盆地始終處于淺水過補(bǔ)償—補(bǔ)償沉積充填過程，缺少深水沉積環(huán)境。

圖2 龍門山造山帶隆升與川西前陸盆地沉降 (隆升)的耦合關(guān)系

研究表明，元壩地區(qū)在須家河組四段沉積前主要受龍門山造山帶逆沖推覆的遠(yuǎn)程效應(yīng)控制，在古構(gòu)造上相當(dāng)于川西坳陷沉積中心與前陸隆起之間斜坡上。這就決定了研究區(qū)與川西坳陷具有相似的構(gòu)造沉積背景，即與龍門山造山帶伴生發(fā)育、持續(xù)拗陷與持續(xù)充填同步的坡緩水淺的過補(bǔ)償—補(bǔ)償構(gòu)造沉積背景，只是與川西坳陷沉積中心相比，其拗陷速度及物源供應(yīng)速度相對較小。

3.1.2 龍門山幕式造山運動控制物源供給的幕式變遷

前人曾論證過元壩地區(qū)須家河組物源主要來自于龍門山造山帶北段[10]。結(jié)合區(qū)域沉積研究發(fā)現(xiàn)，龍門山地區(qū)位于上揚子地塊西緣，中三疊世以前主要為一套巨厚的以碳酸鹽巖為主的地層[11]；而松潘—甘孜褶皺帶在中生界沉積巨厚碎屑巖，中三疊紀(jì)末期褶皺造山發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，在須家河組沉積時，松潘—甘孜褶皺帶已全面隆起、變質(zhì)，發(fā)育有大量的變質(zhì)巖[11]。物源研究表明，元壩西部須三段物源主要來自于龍門山造山帶北段以及西北部的松潘—甘孜褶皺帶，龍門山造山帶北段主要提供碳酸鹽巖碎屑顆粒，松潘—甘孜褶皺帶則提供變質(zhì)巖碎屑顆粒。

在元壩地區(qū)須三段各類砂體中，粗粒高鈣屑含量砂體分布不穩(wěn)定，顯示出近源沉積的特點。細(xì)粒高鈣屑含量砂體和較高鈣屑含量砂體分布相對穩(wěn)定，具有遠(yuǎn)源沉積的特點。縱向上，不同類型砂體多為突變接觸和疊置分布，2種成分、2種結(jié)構(gòu)的砂體展布特征說明應(yīng)由不同的物源和幕式造山運動控制。

結(jié)合構(gòu)造演化和沉積響應(yīng)特征研究發(fā)現(xiàn)，元壩地區(qū)在須三段早期為龍門山造山帶相對休眠期(圖2)，盆地內(nèi)地形較平緩，物源區(qū)主要來自松潘—甘孜造山帶，部分來自龍門山造山帶的碳酸鹽巖剝蝕區(qū)。因此，在須三段下亞段巖性組合主要為泥質(zhì)巖夾薄層巖屑粉—細(xì)砂巖，巖屑成分主要為變質(zhì)巖巖屑及部分碳酸鹽巖巖屑。須三段中、后期，為龍門山相對強(qiáng)烈活動期(圖2)，此時正是龍門山北段大規(guī)模碳酸鹽巖地層遭受剝蝕的高峰期，在龍門山前的廣元一帶可見厚層鈣屑粗礫巖沉積，在間歇性洪水的帶動下，進(jìn)入元壩地區(qū)西北部后主要為鈣屑細(xì)礫巖、含礫砂巖及鈣屑砂巖。同時，受龍門山幕式造山運動影響，也有部分來自同向、遠(yuǎn)源的松潘—甘孜造山帶的變質(zhì)碎屑巖混入，形成現(xiàn)今高鈣屑含量砂體和較高鈣屑含量砂體疊置分布的特點。

3.2 熱濕、溫干交替的氣候條件

徐兆輝、黃其勝等分別利用孢粉、元素比值和自然伽馬曲線等3種方法綜合定性、定量地恢復(fù)出四川盆地整個三疊紀(jì)氣候熱濕與溫干的交替變化[12-13]，錢利軍則利用化石木年輪分析法恢復(fù)出晚三疊紀(jì)四川盆地在強(qiáng)烈的巨型季風(fēng)影響背景下，同樣經(jīng)歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化[14]。由此可見，氣候條件在較高或較低級次的時間序列內(nèi)都會發(fā)生交替變化，也就是：整個三疊紀(jì)氣候出現(xiàn)熱濕與溫干的交替變化，晚三疊紀(jì)同樣經(jīng)歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化。因此，須三段沉積期間，在整體熱濕氣候的背景下，在更小的時序內(nèi)同樣經(jīng)歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化。一方面，在總體濕熱季風(fēng)氣候控制下，更易于發(fā)生間歇性或季節(jié)性強(qiáng)、弱水流的頻繁交替；另一方面，氣候的頻繁更替更加劇了物源區(qū)物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化的交替，特別是對于碳酸鹽巖母巖區(qū)，因其更易溶于水和更易在外力條件下崩裂、破碎。

結(jié)合元壩地區(qū)須三段3個亞段巖性組合特征的研究，須三下亞段沉積時，為造山運動相對休眠期，氣候濕熱，為一套泥質(zhì)巖夾煤層及巖屑粉—細(xì)砂巖沉積；須三中—上亞段沉積時，龍門山造山運動相對活躍，氣候處于濕熱和溫干交替發(fā)育，龍門山北段大規(guī)模碳酸鹽巖地層遭受剝蝕，元壩地區(qū)發(fā)育大面積三角洲前緣沉積，沉積一套厚層鈣屑砂巖和鈣屑砂礫巖。

4 結(jié) 論

(1) 元壩地區(qū)須三段鈣屑砂體具有富巖屑、貧長石、少石英的低成分成熟度特征；鈣屑砂體主要發(fā)育在須三中—上亞段。平面上，鈣屑砂體呈條帶狀、扇狀分布，由北西向南東厚度逐漸減薄。

(2) 元壩地區(qū)須三段沉積具有交替與突變的特點：交替表現(xiàn)在鈣屑砂體與暗色泥質(zhì)巖交替發(fā)育，洪水期粗粒砂體與涓流期細(xì)粒砂體及靜水期泥質(zhì)巖地層交替發(fā)育；突變首先表現(xiàn)在縱向上粗粒鈣屑砂體與暗色泥巖呈突變接觸，其次表現(xiàn)在平面上辮狀河三角洲—湖相沉積序列發(fā)育不完整，既沒有半深湖—深湖沉積，又缺少河湖之間的過渡相帶，最后表現(xiàn)在砂體粒度兩極分化嚴(yán)重。

(3) 龍門山幕式造山運動控制沉積環(huán)境變化和物源供給的幕式變遷，兩者和濕熱、溫干交替的氣候條件匹配，使得須三中—上亞段沉積時，元壩地區(qū)西部沉積了一套高鈣屑含量砂體。

[1] 印峰，盤昌林，杜紅權(quán).川東北元壩地區(qū)致密砂巖油氣地質(zhì)特征[J].特種油氣藏，2012，19(2)：16-20.

[2] 王國茹，郭彤樓，付孝悅.川東北元壩地區(qū)長興組臺緣礁灘體系內(nèi)幕構(gòu)成及時空配置[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(4)：40-43，53.

[3] 石美娟，盧雙舫，陳方文.川東北長興組生物礁的三維地震響應(yīng)特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2011，30(2)：167-169.

[4] 林煜，吳勝和，徐樟有，等.川西豐谷構(gòu)造須家河組四段鈣屑砂巖優(yōu)質(zhì)儲層控制因素[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23(4)：691-699.

[5] 羅文軍，彭軍，曾小英，等.川西豐谷地區(qū)須四段鈣屑砂巖優(yōu)質(zhì)儲層形成機(jī)理[J].石油實驗地質(zhì)， 2012， 34(4)： 412-417.

[6] 張奎華.川東北地區(qū)三疊系飛仙關(guān)組高硫化氫氣藏成因探討[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(2)：47-49.

[7] 李勇，賀佩，顏照坤，等.晚三疊世龍門山前陸盆地動力學(xué)分析[J].成都理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，37(4)：401-411.

[8] 鄭虹，胡明，陳英明.四川盆地北部構(gòu)造特征及盆山禍合分析[J].特種油氣藏，2008，15(4)：24-28.

[9] 王二七，孟慶任，陳智樑，等.龍門山斷裂帶印支期左旋走滑運動及其大地構(gòu)造成因[J].地學(xué)前緣，2001，8(2)：375-384.

[10] 鄧飛，賈東，羅良，等.晚三疊世松潘甘孜和川西前陸盆地的物源對比：構(gòu)造演化和古地理變遷的線索[J].地質(zhì)論評，2008，54(4)：561-573.

[11] 楊淵宇，李忠權(quán)，喻頤，等.龍門山北段楓順場—天井山構(gòu)造演化特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，32(1)：12-17.

[12] 徐兆輝，胡素云，汪澤成.古氣候恢復(fù)及其對沉積的控制作用——以四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組為例[J].沉積學(xué)報，2011，29(2)：235-244.

[13] 黃其勝.川北晚三疊世須家河期古氣候及成煤特征[J].地質(zhì)論評，1995，41(1)：92-99.

[14] 錢利軍，時志強(qiáng)，歐莉華. 二疊紀(jì)—三疊紀(jì)古氣候研究進(jìn)展——泛大陸巨型季風(fēng)氣候：形成、發(fā)展與衰退[J].海相油氣地質(zhì)，2010，15(3)：52-58.

編輯 張 雁

20141208；改回日期：20150331

國家重大專項“海相碳酸鹽巖層系優(yōu)質(zhì)儲層分布與保存條件評價”(2011ZX05005-002)

凡睿(1966-)，男，高級工程師，1989年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，1995年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣勘探及相關(guān)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.007

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0031-03