四川盆地北部震旦系天然氣勘探潛力分析

李 輝，朱 祥，李畢松，梅慶華

(中國石化勘探分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

作為中國大型富含天然氣盆地之一，四川盆地在上古生界—中下三疊統(tǒng)和陸相地層中均發(fā)現(xiàn)了多個大中型天然氣藏[1-2]；而震旦系—下古生界經(jīng)歷了50多年勘探，僅早期發(fā)現(xiàn)了探明儲量為409×108m3的威遠(yuǎn)氣田；盆地內(nèi)震旦系—寒武系因其時代老、埋深大，經(jīng)歷構(gòu)造演化期次多且后期僅鉆獲低產(chǎn)氣流使得對該古老層系的勘探處于迷茫期，直到2011年川中高石梯-磨溪構(gòu)造震旦系燈影組和下寒武統(tǒng)龍王廟組才獲得重大突破，高石1井燈影組經(jīng)酸化壓裂測試達(dá)到日產(chǎn)百萬方天然氣，震旦系—寒武系三級儲量超過萬億方，顯示出川中地區(qū)燈影組具有巨大的勘探潛力[3-5]。川北震旦系地層埋深大(超過8 000 m)、地震資料品質(zhì)差、鉆井資料極少、勘探程度低，對震旦系燈影組的油氣成藏條件相關(guān)研究程度低，川北是否與川中一樣發(fā)育大型天然氣藏尚不可知。因此，結(jié)合地震資料、川北最新鉆井MS1井和野外露頭的巖心、薄片等資料，對川北地區(qū)燈影組烴源巖、儲集層、圈閉和蓋層等成藏條件進(jìn)行評價分析，深化成藏認(rèn)識，對該地區(qū)震旦系下一步天然氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

四川盆地是在前震旦系變質(zhì)巖和火成巖結(jié)晶基底上沉積發(fā)育的一個面積約為19×104km2的大型含油氣疊合盆地，沉積地層累計厚度最大超過10 000 m[6]。川北地區(qū)北鄰米倉山構(gòu)造帶，西接龍門山推覆構(gòu)造帶，北東側(cè)為大巴山構(gòu)造帶，南部則為川中復(fù)合弱變形區(qū)(圖1)。研究區(qū)升降運動較頻繁，加里東運動和海西運動在震旦系、寒武系、奧陶系—志留系以及二疊系上下統(tǒng)之間形成了多個平行不整合；中三疊世末印支運動結(jié)束了四川盆地東部海相環(huán)境，轉(zhuǎn)為前陸盆地沉積環(huán)境[7]。地層發(fā)育情況上，以川北燈影組為研究對象，進(jìn)一步細(xì)分為燈一段、燈二段、燈三段和燈四段；其下為震旦系下統(tǒng)陡山陀組，其上發(fā)育寒武系寬川鋪組、筇竹寺組、仙女洞組、滄浪鋪組、龍王廟組和陡坡寺組等地層[8]。

圖1四川盆地北部區(qū)域構(gòu)造位置及下古生界地層綜合柱狀圖

2 川北震旦系含油氣地質(zhì)條件

2.1 烴源巖條件

川中威遠(yuǎn)、資陽、高石梯震旦系天然氣氣源對比研究結(jié)果表明，震旦系燈影組氣藏天然氣主要來自寒武系，而震旦系自身烴源巖亦有貢獻(xiàn)[9]。

2.1.1 下寒武統(tǒng)烴源巖

下寒武統(tǒng)烴源巖包括麥地坪組和筇竹寺組2套烴源巖[9]。桐灣運動Ⅲ幕使盆內(nèi)及周緣麥地坪組普遍遭到剝蝕，四川盆地僅在德陽-安岳古裂陷槽內(nèi)部存在50～100 m的麥地坪組泥質(zhì)烴源巖[10]。川北地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖主要以筇竹寺組灰黑色泥頁巖為主[11]。該烴源巖受古裂陷槽和臺內(nèi)凹陷聯(lián)合控制，通江—巴中—閬中一帶厚度大于300 m，而大巴山前緣鎮(zhèn)巴—城口一帶厚度在250～400 m之間(圖2)。該套烴源巖干酪根類型為I型，有機碳TOC含量高，主要介于0.60%～7.00%，平均為4.30%，沉積中心生烴強度達(dá)80×108m3/km2。MS1井鉆遇筇竹寺組烴源巖TOC大于2.00%的厚度達(dá)128 m，TOC大于0.50%的厚度達(dá)274 m。川北地區(qū)筇竹寺組烴源巖分布范圍廣，厚度大，有機質(zhì)豐度高，該地區(qū)具備形成大中型氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2川北地區(qū)筇竹寺組烴源巖厚度

2.1.2 震旦系烴源巖

震旦系烴源巖主要分布于燈影組三段地層中，為一套含硅炭質(zhì)泥巖、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。露頭及鉆井顯示，川北燈三段烴源巖厚度為15～40 m，MS1井燈三段厚度為42 m，暗色泥巖TOC大于0.50%的厚度為36 m，平均TOC達(dá)1.54%。此外，燈影組藻白云巖部分層段有機質(zhì)豐度較高，熱模擬結(jié)果顯示該類碳酸鹽巖仍具有較高的生烴潛力[12]。

2.2 沉積儲層發(fā)育特征

2.2.1 沉積相特征

晚震旦世燈影組沉積早期，四川盆地發(fā)生了較大規(guī)模持續(xù)海侵，上揚子地臺進(jìn)入了相對穩(wěn)定的構(gòu)造期，盆地內(nèi)部主要為碳酸鹽巖臺地相沉積[13]?？死▋?nèi)部由于德陽-安岳古裂陷槽的發(fā)育，控制了臺緣帶燈影組高能丘灘及寒武世早期深水陸棚沉積相帶的展布[14]。

燈一段沉積時期，川北地區(qū)主要為局限臺地環(huán)境，以潟湖及潮坪亞相為主，少量發(fā)育臺內(nèi)灘；如楊壩剖面以淺灰、灰白色中厚層狀碎裂白云為主。燈二段時期碳酸鹽臺地水體進(jìn)一步加深，在臺地內(nèi)部及古裂陷邊緣發(fā)育大量具葡萄花邊構(gòu)造的含菌藻類白云質(zhì)灰泥丘-藻丘[15]。燈三段沉積時期，構(gòu)造活動加劇整個上揚子地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒迌?nèi)海[15]，靠近漢南古陸地區(qū)因大量陸源物質(zhì)的輸入，以白云質(zhì)粉砂巖為主，如TX1井；在遠(yuǎn)離古陸的內(nèi)海則沉積一套灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥頁巖，MS1井泥巖、粉砂質(zhì)泥巖厚度達(dá)42 m。燈四段沉積時期，盆地再次進(jìn)入穩(wěn)定碳酸鹽臺地發(fā)育時期，臺地范圍與燈影初期差別不大，但水體較深，不利于大規(guī)模菌藻席的形成，主要沉積了一套巨厚的硅質(zhì)條帶或硅質(zhì)團(tuán)塊微晶白云巖，但在古裂陷邊緣及內(nèi)部發(fā)育藻丘、顆粒灘及丘灘復(fù)合體。

2.2.2 儲層特征

鉆井和野外露頭資料表明，川北地區(qū)燈影組以碳酸鹽巖為主，少量硅質(zhì)巖和泥巖，碳酸鹽巖包括白云巖、藻白云巖、砂屑(糖粒狀)白云巖、硅質(zhì)條帶白云巖、葡萄狀白云巖等，局部發(fā)育含鮞粒、核形石白云巖等巖石類型。德陽-安岳裂陷槽的存在控制了研究區(qū)燈影組古裂陷邊緣臺緣藻丘、顆粒灘和丘灘復(fù)合體的沉積，且由于桐灣運動Ⅰ幕(燈二段沉積期末)和桐灣運動Ⅱ幕(燈四段沉積期末)使得燈影組地層整體抬升，遭受長期的暴露剝蝕，接受大氣淡水及表生巖溶改造，有利于形成大量的溶孔、溶洞和溶縫[16]。研究區(qū)燈影組儲集體主要發(fā)育于與區(qū)域不整合有關(guān)的燈二段和燈四段，儲集空間類型為晶間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔以及裂縫等，主要分布于與藻相關(guān)的紋層狀白云巖、藻砂屑白云巖和顆粒白云巖之中(圖3)。川中高石梯-磨溪地區(qū)燈影組處于臺緣丘灘相帶，發(fā)育藻凝塊、藻砂屑云巖，基質(zhì)平均孔隙度為3.24%[17]；川北MS1井燈影組鉆遇局限臺地淺灘，取心段分析孔隙度為1.50%～4.60%，平均為2.87%。推測川北元壩地區(qū)燈影組臺緣帶具有與川中相似的儲層物性。

圖3川北地區(qū)震旦系燈影組儲集空間類型

2.3 蓋層條件

川北地區(qū)燈影組氣藏縱向上發(fā)育下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下志留統(tǒng)龍馬溪組區(qū)域性泥巖蓋層；下三疊統(tǒng)嘉陵江組、飛仙關(guān)組、中三疊統(tǒng)雷口坡組膏鹽巖蓋層。筇竹寺組泥巖蓋層作為震旦系燈影組的直接蓋層，厚度為50～400 m，不僅厚度大，分布廣，還作為有效烴源巖為燈影組供烴，具物性封閉和烴濃度封閉雙重作用，封蓋能力強。龍馬溪組作為海侵體系域的產(chǎn)物，川北地區(qū)泥質(zhì)蓋層廣泛分布，MS1井龍馬溪組泥巖厚度為316 m。鉆井顯示整個川北志留系泥質(zhì)巖厚度為400～700 m，厚度大、分布范圍廣，連續(xù)性好。中三疊世雷口坡組地層中，膏鹽巖蓋層橫向穩(wěn)定，連續(xù)性好，MS1井雷口坡組膏質(zhì)云巖和石膏巖厚度為183 m。川北地區(qū)雷口坡組硬石膏巖厚度為44～235 m[18]。嘉陵江組是川北地區(qū)主要膏鹽巖發(fā)育層段，元壩地區(qū)嘉四五段厚度為98～375 m，占地層厚度的50%～87%，如元壩2井嘉四五段膏鹽巖厚度為199 m。川北地區(qū)厚層的膏鹽巖發(fā)育說明該區(qū)區(qū)域保存條件較好。

2.4 圈閉條件

四川盆地已發(fā)現(xiàn)的震旦系氣藏既有構(gòu)造氣藏(威遠(yuǎn)氣藏、高石梯-磨溪燈二段氣藏)，也存在巖性氣藏和構(gòu)造-地層復(fù)合型氣藏(高石梯-磨溪燈四段氣藏)[19-20]。通過地震資料綜合解釋，川北地區(qū)九龍山—元壩—閬中一帶存在明顯的類似川中高石梯-磨溪地區(qū)的“陡坎”結(jié)構(gòu)，燈影組臺緣相地層厚度明顯增加，內(nèi)部出現(xiàn)丘狀、透鏡狀的雜亂或空白反射的地震反射特征，據(jù)此在川北地區(qū)震旦系發(fā)現(xiàn)多個大型圈閉，其中元壩燈影組丘灘構(gòu)造-巖性有利區(qū)帶面積為722 km2，通南巴構(gòu)造帶仁和場地區(qū)臺內(nèi)灘構(gòu)造-巖性有利區(qū)帶面積為780 km2；閬中地區(qū)臺緣礁灘巖性有利區(qū)帶面積達(dá)500 km2；九龍山構(gòu)造為一大型短軸背斜，燈影組構(gòu)造有利區(qū)帶面積可達(dá)180 km2。隨著研究的深入，川北地區(qū)臺內(nèi)淺灘巖性圈閉亦是下一步重點勘探目標(biāo)。

3 川北震旦系資源潛力及有利區(qū)帶

3.1 資源潛力分析

由于川北震旦系研究程度低，陡山陀組烴源巖相關(guān)資料較少，僅計算寒武系烴源巖生烴量。李劍等實驗研究表明，上覆烴源巖生成的油氣下排運移量為總量的25%～40%[21]，據(jù)此使用運聚系數(shù)法計算川北震旦系天然氣總資源量為5 442.9×108～8 708.7×108m3，元壩—通南巴地區(qū)震旦系資源量為4 205.9×108～6 729.5×108m3，占整個川北天然氣資源量的77.27%，顯示出該地區(qū)資源量豐富，是川北震旦系勘探的主要地區(qū)。目前川北震旦系尚未取得突破，具有較大的勘探潛力。

3.2 川北震旦系有利勘探區(qū)帶

結(jié)合川中高石梯-磨溪震旦系已突破地區(qū)對各項條件進(jìn)行分類定級，評價標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1) 烴源條件：優(yōu)(裂陷槽側(cè)源與倒灌供烴，烴源巖厚度大于250 m)；良(倒灌排烴，烴源巖厚度為150～250 m)；中(倒灌排烴，烴源巖厚度為50～150 m)；差(倒灌排烴，烴源巖厚度小于50 m)。

(2) 儲集條件：優(yōu)(臺緣灘，燈四段地層厚度大于300 m)；良(臺內(nèi)灘，燈四段地層厚度為200～300 m)。

(3) 蓋層條件：優(yōu)(直接蓋層厚度大于200 m，上覆地層剝蝕量少)；良(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕量較少)；中(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕量少)；差(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕強烈)。

按照上述評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合烴源巖、儲集層和保存條件分析認(rèn)為(表1)：川北廣元—南江北地區(qū)位于米倉山造山推覆帶前緣，構(gòu)造主體剝蝕到寒武系—奧陶系，斷裂發(fā)育，油氣易沿斷層逸散；鎮(zhèn)巴—萬源地區(qū)處于大巴山推覆變形帶，保存條件存在風(fēng)險，因此兩者均為IV類勘探區(qū)(圖4)。從盆緣向盆內(nèi)，烴源巖厚度逐漸增大，構(gòu)造變形逐漸減弱，保存條件逐漸變好，南江和通江中—強扭變形區(qū)為Ⅲ類有利勘探區(qū)，仁和場地區(qū)弱扭變形區(qū)為Ⅱ類有利勘探區(qū)。最有利區(qū)是位于閬中—元壩西—九龍山一帶，該區(qū)域與川中高石地區(qū)燈影組具有相似的高能相帶環(huán)境，發(fā)育燈二段和燈四段多期臺緣丘灘，縱向上巖溶儲層厚度大，僅燈四段白云巖厚度達(dá)250 m以上；另外，古裂陷槽控制了厚層寒武統(tǒng)烴源巖的沉積，越靠近槽內(nèi)厚度越大，資源量越大，油氣可以通過烴源巖的側(cè)向和下排進(jìn)入燈影組儲層中，處于弱扭變形區(qū)，保存條件好，為Ⅰ類有利區(qū)。目前閬中地區(qū)已部署川深1井，川北震旦系一旦獲得較大突破，后期勘探前景非常明朗。

圖4川北地區(qū)震旦系燈影組有利勘探區(qū)帶劃分

表1 川北地區(qū)震旦系燈影組有利勘探區(qū)帶評級

4 結(jié) 論

(1) 川北與燈影組成藏有關(guān)的烴源巖主要有2套：震旦系烴源巖厚度相對較薄，為燈影組供烴的一套補充烴源巖；下寒武統(tǒng)烴源巖作為區(qū)域性烴源巖，具有面積廣、厚度大、有機質(zhì)豐度高和有機質(zhì)類型好的特征，川北燈影組具備形成大中型氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2) 川北震旦系以構(gòu)造圈閉和巖性圈閉為主，圈閉面積大，主要位于裂陷槽邊緣。臺緣丘灘、臺內(nèi)淺灘巖性圈閉亦是下一步勘探目標(biāo)。

(3) 川北震旦系天然氣總資源量為5 442.9×108～8 708.7×108m3，目前尚未有勘探發(fā)現(xiàn)，具有較大的勘探潛力。通過油氣成藏地質(zhì)條件綜合分析將川北震旦系劃分出4類勘探區(qū)帶，其中最有利區(qū)帶主要分布在靠近古裂陷邊緣的元壩西、閬中地區(qū)和九龍山構(gòu)造帶。

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