蜀南低緩構造區(qū)須家河組巖性氣藏形成條件與勘探潛力

金 惠,楊 威,夏吉文,馬彥良,施振生,沈玨紅

(1.中國石油 勘探開發(fā)研究院 天然氣地質研究所，河北 廊坊 065007;2.中國石油 西南油氣田分公司 蜀南氣礦，四川 瀘州 646000)

近年來，碎屑巖巖性氣藏勘探在四川盆地川中地區(qū)須家河組和鄂爾多斯盆地上古生界獲得重大突破，先后發(fā)現(xiàn)川中廣安、安岳、合川和鄂爾多斯盆地蘇里格、烏審旗、榆林等多個地質儲量超過1 000×108m3的大氣田。整體上，四川盆地和鄂爾多斯盆地目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的大面積碎屑巖巖性氣區(qū)均處于相對平緩的構造背景[1-5]，為低孔滲砂巖氣藏，而在這些平緩構造區(qū)以外的其它地區(qū)，如低緩、低陡構造區(qū)，以往須家河組主要是以構造氣藏勘探為主，鉆井集中分布于構造高部位，如何把川中地區(qū)、鄂爾多斯盆地巖性油氣藏勘探研究理論和方法應用到低緩、低陡構造發(fā)育區(qū)，尋找大規(guī)模巖性氣藏是這些地區(qū)須家河組下一步勘探需要解決的主要問題。

本文以蜀南低緩構造區(qū)為研究工區(qū)，以須家河組為研究目的層，對須家河組構造背景、烴源巖、儲層、儲蓋組合等成藏條件和成藏主控因素進行探討，確定該地區(qū)具備碎屑巖巖性氣藏發(fā)育條件，為低緩構造區(qū)須家河組的勘探部署提供了充分的地質依據(jù)，拓展了該地區(qū)須家河組勘探領域。

1 研究區(qū)概況

蜀南低緩構造區(qū)位于四川盆地南部，西至樂山市犍為，東至隆昌-宜賓華鎣山斷裂帶,北達內(nèi)江，南抵宜賓，呈北東-南西向帶狀展布，勘探面積約7 000 km2。區(qū)域構造屬于川西南低緩構造區(qū)，發(fā)育麻柳場、觀音場、自流井等16個喜馬拉雅期低緩褶皺構造圈閉。

該地區(qū)針對須家河組的勘探工作開展較晚，勘探程度總體較低，鉆遇該層位的井多數(shù)為以嘉陵江組和下二疊統(tǒng)為目的層的過路井，并主要位于構造高部位。但是，在已鉆遇須家河組鉆井中，須家河組油、氣、水顯示頻繁，近年針對須家河組部署的幾口專層勘探井也見到較好成效。目前，65口測試井中，已獲33口工業(yè)氣井，部分井開發(fā)效果較好。觀音場氣田音27井自1992年投產(chǎn)以來，生產(chǎn)情況良好。截止2016年底，已累產(chǎn)天然氣1.858×108m3，目前仍有1.08×104m3/d左右生產(chǎn)能力，至今無地層水產(chǎn)出，展示了該地區(qū)須家河組良好的勘探開發(fā)前景[6]。

2 須家河組巖性氣藏成藏地質條件

2.1 構造背景

晚三疊世以來，四川盆地經(jīng)歷燕山和喜馬拉雅兩次構造運動，其中喜馬拉雅運動對現(xiàn)今構造格局形成起到至關重要的控制作用。在蜀南西部地區(qū)，受喜馬拉雅運動影響，形成十余個近北東-南西向和近東西向發(fā)育的局部構造，北東-南西向構造分布于隆昌-富順-宜賓一帶，如隆昌、鄧井關、宜賓和趙場構造，近東西向構造主要位于北部至西北部自貢和犍為一帶，如麻柳場等構造，在兩排構造間發(fā)育有大塔場、興隆場穹隆背斜構造(圖1)。

研究區(qū)須家河組構造面積和閉合幅度差異大，圈閉面積從2.2～124 km2不等，絕大部分構造在幾十平方公里，閉合幅度介于15～670 m，多數(shù)為100～300 m。與川東高陡構造相比，其構造閉合幅度低，歸屬于低陡、低緩構造；與川中構造相對比，構造閉合度相似，但圈閉面積偏小(廣安須六段構造閉合度340 m，面積241.6 km2，合川須二段構造閉合度92 m，面積629.6 km2)。整體上，低緩構造面積小、幅度低，彼此分散，構造之間地層平緩(圖1)，其平緩構造特征與川中安岳、潼南地區(qū)構造相似，故具有與川中須家河組大規(guī)模巖性氣藏相似的有利構造背景[7]。

侏羅紀及以前，由于無大的構造運動，須家河組沉積古地貌及各時期古構造輪廓分異較小，現(xiàn)今發(fā)育的須家河組斷裂主要為喜馬拉雅期形成的構造伴生斷裂，北西-南東向斷裂主要分布在研究區(qū)西部麻柳場、自流井地區(qū)，北東-南西向斷裂位于東部隆昌、鄧井關地區(qū)。受喜馬拉雅構造運動多期次影響，東部斷裂較西部更加發(fā)育，力度也更強，如鄧井關、興隆場構造的部分斷層已切穿須家河組，進入上覆侏羅系，甚至與地表斷層相通。

2.2 生儲蓋組合

圖1 蜀南西部須家河組構造圈閉分布及地質剖面Fig.1 Distribution and geological profile of structural traps of the Xujiahe Formation in the western Shunan areaa.須家河組構造圈閉分布；b.麻柳場—觀音場—青杠坪地質剖面；c.大塔場—孔灘地質剖面

四川盆地在晚三疊世處于前陸盆地發(fā)育期，川中-川東和川西南-川南地區(qū)一直是穩(wěn)定而平緩的斜坡帶[8-9]，地層坡度多小于3°，一般為1°～2°。這一時期整個四川盆地主要以垂向升降運動為主，平緩地形加上整體一致的垂向升降造成湖水大規(guī)模進退。當周緣古陸及造山帶快速抬升時，湖平面下降，充足的物源供給造成河道砂體快速推進到湖盆中心，并因湖水頻繁進退而大面積分布[8-10]，形成須二、須四、須六段大面積厚層狀沉積砂體；在構造相對平靜期，湖平面上升，湖泊水域拓寬，大范圍發(fā)育有機質豐富的泥質巖沉積，形成須一、須三、須五段泥質烴源巖發(fā)育層。與川中地區(qū)須家河組完整的地層發(fā)育特征不同，因晚三疊世前陸盆地沉積、沉降中心不斷由龍門山前向東部內(nèi)陸遷移，造成整個須家河組由西向東逐漸超覆，并最終在川南-黔北一帶形成晚三疊世晚期—侏羅紀、白堊紀沉降中心。由此，蜀南地區(qū)晚三疊世表現(xiàn)為早期地層沉積厚度薄，晚期沉積厚度大，體現(xiàn)在須一段厚度薄甚至缺失，須六段厚度變大，且須六段自身三分性更加明顯，可進一步細分為須六段一亞段、須六段二亞段和須六段三亞段3個亞段。其中須六段一亞段、須六段三亞段與須二段、須四段一樣，為湖平面下降期沉積，發(fā)育大面積河道砂體，須六段二亞段與須一、三、五段相似，為湖平面上升期，以暗色泥質烴源層廣泛發(fā)育。故而，在蜀南地區(qū)發(fā)育須一、三、五段和須六段二亞段4套烴源層段以及須二、四段和須六段一亞段、須六段三亞段4套儲集層段。此外，每一期湖水進退過程中還伴隨更小規(guī)模湖盆頻繁震蕩，形成多期短暫湖水升降旋回，造成須一、三、五段和須六段二亞段主要烴源層段內(nèi)部也發(fā)育砂巖儲層，須二、四段和須六段一亞段、須六段三亞段主要儲集層段內(nèi)也發(fā)育薄層泥、頁巖沉積，大面積分布砂巖層與泥頁巖層相互疊置，在蜀南地區(qū)形成與川中地區(qū)類似的多套廣覆式分布生儲蓋組合(圖2)。

圖2 研究區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組生儲蓋剖面Fig.2 Source-reservoir-caprock profile of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the study area

圖3 研究區(qū)須家河組烴源巖厚度Fig.3 Source rock thickness of the Xujiahe Formation in the study areaa.須五段；b.須六段二亞段

2.3 氣源特征

須家河組烴源巖為湖泊或沼澤相暗色泥巖和煤層，主要分布于須一、須三、須五和須六段二亞段。由于須一、須三段厚度薄或缺失，須五段和須六段二亞段是該地區(qū)最主要烴源層段，須五段中頁巖厚度一般在30～70 m，須六段二亞段中頁巖一般厚70～100 m，麻柳場西端最厚可達80 m以上(圖3)。此外，須六段一亞段中部頁巖夾層厚度也達20～40 m，同時，須二段向西逐步相變?yōu)橐惶诇\湖相頁巖沉積，厚度約20～40 m，須六段一亞段和須二段中兩套頁巖層段也能作為該地區(qū)次要烴源層。各層泥頁巖累積厚度在200～300 m，分布面積達到4×104km2。

露頭和巖心18個烴源巖樣品分析表明：須家河組烴源巖有機碳含量介于0.60%～7.61%，平均值為2.07%(圖4)，有機質豐度以麻柳場地區(qū)最高。有機質類型以腐植型為主，少量腐泥腐植型。鏡質反射率介于0.97%～1.22%，有機質處于成熟-高成熟階段，烴源巖在白堊紀進入成烴高峰期，現(xiàn)今仍處于生烴階段。干酪顯微組份分析表明，腐泥組含量為30%～50%，殼質組含量極少，鏡質組占20%～30%，惰質組占25%～35%，腐泥組與惰質組含量較高；有機質類型以腐植型為主，少量為腐泥腐植型(表1)。

圖4 研究區(qū)須家河組有機碳含量分布Fig.4 Distribution of organic carbon content of the Xujiahe Formation in the study area

2.4 砂體分布特征

研究表明，晚三疊世四川盆地為敞流型湖盆，湖盆出口位于川西南部地區(qū)[9-10]，此時蜀南地區(qū)整體上以大型淺湖相三角洲沉積體系為主，物源主要來自東南方向的江南古陸，物源供給充足、地形坡降平緩、湖水頻繁進退造成三角洲分流河道砂體相互疊置，大面積分布。須二段沉積時期是前陸盆地由海陸過渡相正式轉變陸相沉積的時期，靠近湖盆出口的研究區(qū)西部和南部為淺湖和濱湖沼澤相沉積，在天宮堂和孔灘發(fā)育小面積濱湖砂壩，三角洲砂體主要位于北部威遠和自貢一帶(圖5)。須四段沉積時期，沉積范圍進一步擴大，分流河道砂體疊置連片，分布廣泛，砂地比普遍大于90%～95%，單個分流河道砂體無法分辨，故而在此將砂地比大于80%以上的區(qū)帶定義為河道主體，砂地比處于70%～80%區(qū)帶定義為河道邊緣，此時研究區(qū)以大規(guī)模河道主體沉積為主。須六段沉積時期，沉積中心南移造成須六段一亞段和須六段三亞段繼續(xù)發(fā)育大型三角洲砂體，主河道砂體分布面積分別為7 000 km2和5 800 km2，占整個研究區(qū)面積70%以上。

儲集層以巖屑長石石英砂巖、長石巖屑石英砂巖為主，儲集空間主要為原生粒間孔、次生溶孔。據(jù)全區(qū)1 269個物性數(shù)據(jù)分析，須家河組孔隙度主要分布在3%～6%，平均孔隙度為5.096%，滲透率主要分布與(0.01～1)×10-3μm2，平均滲透率為0.277×10-3μm2，與川中地區(qū)相同都屬于低孔、低滲儲層[11-13]。在局部井段也發(fā)育較好儲層，如瓦6井須六段一亞段中部1 134～1 145 m巖心平均孔隙度達12.63%，麻14井須四段下部1 313～1 325 m巖心平均孔隙度為7.9%。

儲層發(fā)育主要受控于沉積微相和成巖作用。根據(jù)單井沉積微相與儲層物性關系統(tǒng)計，儲層物性較好的相帶有三角洲水下分支河道和河口壩沉積微相。水下分流河道物性最好，平均孔隙度為7.3%，平均滲透率為0.266×10-3μm2，河口壩沉積微相平均孔隙度在5.8%。這些相帶巖石成分成熟度和結構成熟度較高，粒度較粗(一般在中砂以上)，分選較好，雜基含量較少。三角洲前緣遠砂壩、席狀砂和砂泥坪物性較差，其平均孔隙度一般小于5%，平均滲透率小于0.1×10-3μm2。

成巖作用對有效儲層形成至關重要。與川中類似，建設性成巖作用主要有溶蝕作用和綠泥石膠結[11-13]。溶蝕作用強烈與否是次生孔隙發(fā)育關鍵所在，研究區(qū)廣泛發(fā)育的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔和鑄?？准词侨芪g作用結果。粘土礦物常使孔隙喉道變得迂回曲折甚至堵塞喉道，使儲層滲透率大大降低，盡管綠泥石膠結占據(jù)一定孔隙空間，但能阻止石英增生，有效地保護原生粒間孔隙，故而仍是一種建設性成巖作用。從綠泥石含量與孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析來看，兩者有一定正相關性，綠泥石含量高的樣品其孔隙度和滲透率也往往較高。

表1 干酪根鏡鑒組分及鏡質體反射率數(shù)據(jù)Table 1 Kerogen type and vitrinite reflectance data table

圖5 川南地區(qū)須家河組沉積相分布Fig.5 Sedimentary facies distribution of the Xujiahe Formation in the southern Sichuan Basina.須二段；b.須四段；c.須六段一亞段；d.須六段三亞段

3 巖性氣藏形成控制因素

3.1 廣覆式生烴和“三明治”生儲結構

川中地區(qū)和鄂爾多斯盆地碎屑巖巖性氣藏勘探表明，大面積分布的烴源巖及其廣覆式生烴是平緩構造背景下巖性氣藏發(fā)育的重要條件[14-16]。對于蜀南低緩構造區(qū)，同樣具備廣覆式生烴基本條件，除須一段烴源層以外，其它各套烴源層均覆蓋整個研究區(qū)，并均達到生烴門限。廣泛分布且具有生烴能力的烴源層與相鄰儲集層緊密接觸，據(jù)統(tǒng)計，須三段、須五段及須六段二亞段各套烴源巖與其上覆儲層疊置面積都在5 000 km2左右。生、儲間互疊置的“三明治”構造對油氣近源聚集極為有利[1-4,17-22](圖6)。由此可以看出，蜀南地區(qū)須家河組與川中地區(qū)須家河組具有相似成藏條件，有利于大規(guī)模巖性圈閉氣藏形成。

3.2 良好的保存條件

位于低緩構造之間的寬緩向斜區(qū)，須家河組埋深多大于1500m，同時上覆地層厚度大、保存條件良好。喜馬拉雅期相伴生的區(qū)域構造斷層主要發(fā)育在低緩構造帶(圖1)，而在寬緩向斜區(qū)主要發(fā)育須家河組層內(nèi)斷層，這類斷層一方面伴生出大量能夠改善儲層性能的網(wǎng)狀裂縫，同時還有效地溝通了須家河組內(nèi)部源巖和儲層，形成致密砂巖儲層中孔-縫網(wǎng)狀輸導體系，對巖性圈閉氣藏形成較為有利[4，7]。

4 有利勘探區(qū)帶和勘探前景

上述研究表明，蜀南低緩構造區(qū)須家河組具備大規(guī)模巖性氣藏形成條件，具有良好勘探前景，可成為蜀南地區(qū)下一步勘探重要接替領域。綜合評價生烴條件、砂體分布、儲層評價、保存條件和鉆探狀況后認為，麻柳場以北(區(qū)帶1)、觀音場以東(區(qū)帶2)是該地區(qū)較有利巖性圈閉勘探區(qū)帶(圖7)。

4.1 麻柳場主體構造以北區(qū)帶

位于麻柳場構造以北，處于南北構造高點之間，面積700 km2。烴源巖發(fā)育，累積烴源巖厚度在300～400 m ，須三和須五段生烴強度在(4～10)×108m3/km2。須六段一亞段、須四段為三角洲前緣水下分流河道沉積，為有利儲集相帶，須四和須六段一亞段、須六段三亞段砂體累計厚度在160～210 m。南部麻柳場主體構造多口井見油氣顯示，已在須四、須六段獲工業(yè)氣井2口。區(qū)帶內(nèi)發(fā)育一條須家河組內(nèi)部斷層，對保存條件影響不大。估算該區(qū)帶資源量5 000×108m3。

圖6 研究區(qū)須家河組天然氣成藏模式Fig.6 The gas accumulation model of the Xujiahe Formation in the study areaa.沉積相剖面；b.印支期成藏模式；c.燕山期成藏模式；d.喜馬拉雅期成藏模式

4.2 觀音場以東區(qū)帶

位于觀音場、大塔場、孔灘和青杠坪構造之間，面積為2 200 km2。西部觀音場構造已獲探明儲量，大塔場構造2012年部署的須家河組專探井已獲工業(yè)氣流，且生產(chǎn)地層水不活躍，為典型的構造-巖性氣藏。除此以外，其他構造在須家河組均見到較好油氣顯示。該區(qū)帶主要烴源層為須五段和須六段二亞段，生烴強度在(4～8)×108m3/km2。區(qū)帶內(nèi)砂體分布廣泛，須四、須六段一亞段、須六段三亞段砂體累計厚度分別是100～140,110～140和10～30 m。同時，該區(qū)段內(nèi)構造平緩，斷層不發(fā)育，須六段一亞段頂面埋深介于1 000～2 200 m，保存條件良好，估算區(qū)帶資源量為4 400×108m3。

5 結論

1) 蜀南低緩構造區(qū)須家河組以三角洲前緣水下分流河道作為有利儲集砂體，砂體厚度大，淺湖相烴源層分布范圍大，具廣覆式生烴特征，同時生、儲疊置的“三明治”構造有利于巖性氣藏形成。

2) 低緩構造之間的寬緩向斜區(qū)不發(fā)育斷穿須家河組的喜馬拉雅期斷層，保存條件良好，大量層內(nèi)斷層的發(fā)育有利于巖性氣藏成藏。

3) 綜合分析烴源巖、儲層和保存條件等因素，優(yōu)選觀音場以東、麻柳場以北2個有利巖性圈閉勘探區(qū)帶。

圖7 蜀南低緩構造區(qū)須家河組有利區(qū)帶綜合評價Fig.7 Comprehensive evaluation of favorable gas exploration zones of the Xujiahe Formation in the Shunan area

參 考 文 獻

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