川東北地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘帶沉積結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集層分布

嚴(yán)張磊，邢鳳存，段金寶，胡華蕊，吳嗣躍

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都理工大學(xué)，成都 610059；2.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；3.中國(guó)石化 勘探分公司，成都 610041；4.中國(guó)石油 西南油氣田分公司 川東北氣礦，四川 達(dá)州 635000）

川東北地區(qū)晚二疊世長(zhǎng)興期在開(kāi)江—梁平地區(qū)發(fā)育深水沉積，前人稱為海槽[1]和陸棚[2]，該深水區(qū)具有向北深度增加的特點(diǎn)，總體應(yīng)為深水陸棚，為此，本文稱為開(kāi)江—梁平陸棚，該陸棚兩側(cè)及城口—鄂西海槽西側(cè)發(fā)育三排碳酸鹽巖臺(tái)緣礁灘相帶（圖1）。開(kāi)江—梁平陸棚兩側(cè)油氣勘探成果豐碩，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型氣田 。

圖1 川東北地區(qū)晚二疊世長(zhǎng)興期末沉積相平面（a）及古地貌（b）（圖1b據(jù)文獻(xiàn)［9］）

隨著油氣勘探和開(kāi)發(fā)研究工作的不斷深入，逐漸認(rèn)識(shí)到川東北地區(qū)開(kāi)江—梁平陸棚兩側(cè)碳酸鹽巖臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不同的臺(tái)緣帶具有不同的沉積結(jié)構(gòu)，遷移-加積型臺(tái)緣帶主要分布在元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶、鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶，加積型臺(tái)緣帶主要分布在鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶[9]。與之相對(duì)應(yīng)，也造成了儲(chǔ)集層發(fā)育的差異[10-13]，明確臺(tái)緣沉積結(jié)構(gòu)的差異及儲(chǔ)集層分布規(guī)律，對(duì)油氣勘探具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[13-15]。目前，針對(duì)川東北地區(qū)三排臺(tái)緣礁灘帶的結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)集層發(fā)育的階段差異性還有待探討，尤其是對(duì)城口—鄂西海槽西側(cè)臺(tái)緣帶長(zhǎng)興組生物礁灘沉積結(jié)構(gòu)研究較少。為此，本文針對(duì)川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖三排臺(tái)緣礁灘帶沉積結(jié)構(gòu)開(kāi)展了綜合研究，并在此基礎(chǔ)上探討其對(duì)儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用。

1 臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)特征及差異性

1.1 臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)類型

圖2 川東北地區(qū)碳酸鹽巖臺(tái)緣礁灘沉積相剖面（剖面位置見(jiàn)圖1）

結(jié)合地震、鉆井、野外露頭資料以及國(guó)內(nèi)外碳酸鹽巖臺(tái)緣帶油氣勘探研究成果[16-22]，對(duì)川東北地區(qū)開(kāi)江—梁平陸棚東、西兩側(cè)的元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶和鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶以及城口—鄂西海槽西側(cè)的鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶的沉積結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析（圖2，圖3）。研究揭示不同臺(tái)緣帶具有明顯的“西遷東穩(wěn)”的特點(diǎn)，即開(kāi)江—梁平陸棚西側(cè)的元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶和鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶具有明顯的遷移特點(diǎn)（圖3a，圖3d），而開(kāi)江—梁平陸棚東側(cè)的鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶加積明顯、遷移不明顯且分布穩(wěn)定[22-26]。綜合以上臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，識(shí)別出遷移-加積型和加積型2種臺(tái)緣帶類型。遷移-加積型臺(tái)緣帶主要以元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶為代表，鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶也具有類似特征，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)一段早期海平面上升階段臺(tái)緣帶以生屑灘沉積為主，高位期形成生物礁；長(zhǎng)二段海泛期生物礁灘不發(fā)育，主要以臺(tái)緣斜坡沉積為主，到長(zhǎng)二段高位期，形成了多個(gè)生物礁橫向組合，并具有明顯向東遷移特征，而臺(tái)緣礁灘由長(zhǎng)一段到長(zhǎng)二段具有明顯變陡特點(diǎn)。加積型臺(tái)緣帶以鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶為代表，臺(tái)緣帶較穩(wěn)定，盡管經(jīng)歷了兩期三級(jí)層序級(jí)別的海侵和高位沉積，但生物礁灘并沒(méi)有明顯的遷移，表現(xiàn)為垂向加積（圖3c）。

圖3 川東北地區(qū)長(zhǎng)興組不同剖面臺(tái)緣帶礁灘結(jié)構(gòu)及白云巖分布

1.2 臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)特征對(duì)比

1.2.1 不同臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)的相似性和差異性

（1）相似性 川東北地區(qū)長(zhǎng)興組三排臺(tái)緣帶層序地層構(gòu)成特點(diǎn)類似，均由兩個(gè)三級(jí)層序構(gòu)成，且每個(gè)三級(jí)層序均由海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）構(gòu)成，并具高位體系域沉積厚度明顯比海侵體系域厚的特點(diǎn)，而生物礁灘主要發(fā)育于高位體系域（圖2）。不同臺(tái)緣帶沉積相構(gòu)成具有一定的相似性，長(zhǎng)興組主要以臺(tái)緣礁灘帶為主，均發(fā)育兩期生物礁灘，分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)一段和長(zhǎng)二段（圖2）。不同臺(tái)緣帶礁灘體的空間疊置關(guān)系具有一定的相似性，生屑灘主要分布在生物礁的背浪面、礁基和礁蓋處，且白云巖化主要分布在生物礁的晚期礁蓋和礁后灘處[27-29]。

（2）差異性 不同臺(tái)緣帶整體沉積結(jié)構(gòu)具有一定的差異性，主要表現(xiàn)在生物礁灘的平面組合特征、礁體大小、白云巖化程度以及空間遷移上[30]。從生物礁灘的平面組合和遷移特征可以看出，元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶具有明顯的同期多排生物礁灘，生物礁灘呈指狀斜交臺(tái)緣帶，且順著臺(tái)緣帶側(cè)向遷移；鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶側(cè)向遷移特征不明顯，該臺(tái)緣帶生物礁灘以單排分布為主。城口地區(qū)羊鼓洞剖面的生物礁形成于長(zhǎng)一段的海侵期和高位期，遠(yuǎn)離東側(cè)的城口—鄂西海槽；隨著海平面的下降，長(zhǎng)二段臺(tái)緣礁灘向海槽方向推進(jìn)，在臺(tái)緣向海槽的一側(cè)發(fā)育了盤龍洞生物礁（圖3d）。礁體大小存在一定的差異性，元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶和鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶礁體發(fā)育規(guī)模略小，單個(gè)礁體厚度小于5.0 m，甚至為米級(jí)點(diǎn)礁[31]，且以礁灘組合為主；而鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶礁灘發(fā)育規(guī)模較前兩者略大，其中見(jiàn)天壩剖面單個(gè)生物礁厚度可達(dá)121.5 m，單個(gè)礁體的厚度也超過(guò)了10.0 m.

1.2.2 臺(tái)緣帶內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)的差異性

元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶中，元壩、鐵山和龍崗地區(qū)存在明顯的地貌差異，總體上元壩地區(qū)臺(tái)緣帶地貌略緩，龍崗地區(qū)臺(tái)緣帶斜坡坡度較陡，而到鐵山地區(qū)地貌變緩。同時(shí)，地貌緩的部位往往具有明顯的向東部開(kāi)江—梁平深水陸棚方向凸出的特點(diǎn)，陡坡帶凸出相對(duì)不明顯（圖1b）。與之對(duì)應(yīng)，長(zhǎng)興組生物礁的形態(tài)結(jié)構(gòu)也具明顯的分異，地貌相對(duì)緩的元壩地區(qū)長(zhǎng)興組多排礁灘體近南北向平行指狀斜交臺(tái)緣帶，臺(tái)緣帶較寬，遷移明顯，而龍崗和興隆場(chǎng)地區(qū)臺(tái)緣帶生物礁在平面上疊置，總體單排分布[32-34]，且遷移弱，分布較集中（圖3a，圖3b）。

鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶橫向上也具有一定的差異性。普光地區(qū)臺(tái)緣斜坡陡窄，而向兩側(cè)相對(duì)寬緩，表現(xiàn)為橫向隆溝相間的特點(diǎn)。這種地貌格局限定了臺(tái)緣礁灘的分布，長(zhǎng)興組生物礁灘以加積沉積為主，不同位置沉積格局具有差異性?？傮w上，臺(tái)緣斜坡陡窄的普光地區(qū)生物礁較發(fā)育，而到鐵廠河地區(qū)椒樹(shù)塘剖面下部生物礁發(fā)育程度明顯降低，單期礁體厚度小于2.0 m.羅家寨地區(qū)臺(tái)緣斜坡較寬緩，生物礁灘發(fā)育，南北遷移明顯。

鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶礁灘的橫向分布也具有差異性，如城口地區(qū)羊鼓洞—盤龍洞剖面兩期生物礁向東遷移明顯，且第二期生物礁?jìng)€(gè)體相對(duì)較大，白云巖化明顯（圖3d）；而在利川地區(qū)見(jiàn)天壩剖面生物礁發(fā)育規(guī)模更大，頂部白云巖化也更為明顯，但到鎮(zhèn)巴地區(qū)的紅漁剖面兩期礁體空間上具有一定分異性，遷移幅度介于羊鼓洞—盤龍洞剖面和見(jiàn)天壩剖面之間。分析認(rèn)為，地貌較陡的臺(tái)緣斜坡更易于形成個(gè)體較大的生物礁，并使臺(tái)緣帶進(jìn)一步變陡。

2 臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層的影響

2.1 儲(chǔ)集巖石類型及儲(chǔ)集層分布

長(zhǎng)興組儲(chǔ)集層巖性以高能沉積相帶發(fā)育的白云巖為主（圖4a—圖4f），如殘余生物礁結(jié)晶白云巖、生屑（或顆粒）白云巖、粉晶—中晶白云巖及生物礁灰?guī)r，其次為生屑灰?guī)r（圖4g，圖4h）。泥晶灰?guī)r很難形成溶孔型儲(chǔ)集層，僅見(jiàn)少量裂縫型儲(chǔ)集層。白云巖的發(fā)育程度直接決定了礁灘帶有利儲(chǔ)集層的發(fā)育程度，其中以細(xì)晶—中晶白云巖最有利。儲(chǔ)集層發(fā)育在臺(tái)緣礁灘相，其沉積微相主要為礁蓋、礁基及礁后灘等，其中，生物礁礁蓋生屑白云巖和細(xì)晶—中晶白云巖最有利。不同臺(tái)緣帶礁灘體白云巖化程度相似，總體上，長(zhǎng)興組主要由兩套白云巖構(gòu)成，對(duì)應(yīng)了兩個(gè)三級(jí)層序的高位體系域，白云巖化較強(qiáng)的層在高位體系域上部，且長(zhǎng)二段明顯優(yōu)于長(zhǎng)一段。同時(shí)，同一臺(tái)緣帶白云巖厚度及白云巖化強(qiáng)度存在差異性。

臺(tái)緣帶長(zhǎng)興組儲(chǔ)集巖以生屑白云巖和結(jié)晶白云巖為主，其次為生物礁灰?guī)r和生屑灰?guī)r。但不同臺(tái)緣帶生物礁規(guī)模不同，其主要受控于生物礁體大小及礁體發(fā)育的完整程度，以及生物礁礁蓋發(fā)育的厚度、淡水淋濾及白云巖化的強(qiáng)弱?？傮w上，元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶和鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶生物礁體的發(fā)育規(guī)模相似，而鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶生物礁體規(guī)模更大，生物礁灰?guī)r較發(fā)育。

元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶的元壩地區(qū)長(zhǎng)興組細(xì)晶—中晶白云巖和礁蓋殘余生屑白云巖的發(fā)育程度普遍較好，細(xì)晶—中晶白云巖次之；龍崗地區(qū)與之類似，以生物礁組合的細(xì)晶—中晶白云巖和殘余生屑白云巖為主，其次為海綿骨架白云質(zhì)灰?guī)r和生屑白云質(zhì)灰?guī)r，少量的殘余海綿骨架白云巖、殘余生物骨架白云巖等，但龍崗地區(qū)生物礁礁蓋發(fā)育范圍較元壩剖面小。鐵山地區(qū)生物礁礁蓋發(fā)育程度弱，主要發(fā)育鮞粒灘；興隆場(chǎng)地區(qū)生物礁礁蓋發(fā)育程度介于元壩和龍崗地區(qū)之間。

圖4 川東北地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘帶儲(chǔ)集層巖石類型及孔隙特征

鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶生物礁橫向上發(fā)育規(guī)模不同，鐵廠河地區(qū)生物礁發(fā)育不完整，缺少骨架巖，因此與礁核相關(guān)的儲(chǔ)集巖不發(fā)育，而普光地區(qū)則與元壩地區(qū)類似。與地貌和礁灘差異性相對(duì)應(yīng)，該臺(tái)緣帶不同部位高能帶白云巖化程度具有一定差異性。其中，普光地區(qū)生物礁頂部白云巖發(fā)育，羅家寨地區(qū)生物礁礁蓋發(fā)育，較普光地區(qū)范圍大，白云巖化弱。

鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶中的紅漁剖面白云巖厚度較小，儲(chǔ)集層不發(fā)育，僅見(jiàn)少量孔隙，這與白云巖化程度相關(guān)；盤龍洞剖面生物礁礁蓋白云巖（包括生屑白云巖和結(jié)晶白云巖）發(fā)育，生物礁灰?guī)r白云巖化弱；見(jiàn)天壩剖面主要發(fā)育結(jié)晶白云巖和生物礁礁核白云巖，生物礁礁核灰?guī)r次之。

從垂向分布看，臺(tái)緣帶礁灘儲(chǔ)集層主要分布在高位體系域，且長(zhǎng)二段高位體系域白云巖儲(chǔ)集層最為發(fā)育，長(zhǎng)一段加積型臺(tái)緣帶易形成白云巖儲(chǔ)集層，陡坡區(qū)白云巖化略強(qiáng)；長(zhǎng)二段多排生物礁共存的遷移-加積型臺(tái)緣帶易形成連片的白云巖儲(chǔ)集層，而加積型臺(tái)緣礁灘白云巖化帶分布較窄?？傮w上，遷移-加積型臺(tái)緣帶的緩坡區(qū)具有多排生物礁，平面分布范圍廣，生物礁相關(guān)的生屑灘分布面積大；而臺(tái)緣帶陡坡區(qū)和加積型臺(tái)緣帶，由于臺(tái)緣偏陡，生物礁空間遷移不明顯，生物礁相關(guān)的生屑灘分布較為集中。如臺(tái)緣坡度略緩的元壩地區(qū)生物礁灘儲(chǔ)集層發(fā)育面積較臺(tái)緣坡度相對(duì)陡的龍崗地區(qū)和興隆場(chǎng)地區(qū)要廣，且興隆場(chǎng)地區(qū)白云巖化程度略低于元壩地區(qū)和龍崗地區(qū)。鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣帶礁灘發(fā)育規(guī)模具有橫向差異性，鐵廠河地區(qū)生物礁灘面積明顯小于普光地區(qū)，且生物礁骨架巖不發(fā)育，同時(shí)生物礁礁蓋較薄，單期厚度不足1.0 m，且僅有礁蓋部位少量白云巖化，其儲(chǔ)集空間發(fā)育程度明顯低于普光地區(qū)，破裂作用和溶蝕作用也比普光地區(qū)弱。

2.2 儲(chǔ)集空間類型及物性特征

元壩—龍崗—興隆場(chǎng)臺(tái)緣帶和鐵廠河—普光—羅家寨臺(tái)緣礁灘帶白云巖中晶間孔、晶間溶孔及晶內(nèi)溶孔發(fā)育（圖4），灰?guī)r中粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔發(fā)育[35]。普光地區(qū)裂縫發(fā)育程度明顯強(qiáng)于元壩地區(qū)、龍崗地區(qū)以及鎮(zhèn)巴—城口—利川臺(tái)緣帶。

同一臺(tái)緣帶內(nèi)部由于生物礁體發(fā)育規(guī)模、完整性及白云巖化程度的差異，導(dǎo)致儲(chǔ)集空間類型的差異性。如長(zhǎng)一段，地勢(shì)較低的臺(tái)緣帶白云巖化弱，導(dǎo)致白云巖化相關(guān)的晶間孔和晶間溶孔不發(fā)育，與灰?guī)r相關(guān)的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔發(fā)育?，F(xiàn)有分析測(cè)試資料揭示，川東北地區(qū)不同臺(tái)緣帶長(zhǎng)興組儲(chǔ)集層物性有所差異（表1）。長(zhǎng)一段儲(chǔ)集層物性差異更為明顯，加積型或者地貌較陡部位儲(chǔ)集層發(fā)育，而地貌較緩處，儲(chǔ)集層物性較差；長(zhǎng)二段儲(chǔ)集層物性均較好。

表1 川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘帶儲(chǔ)集層物性特征（據(jù)文獻(xiàn)［15］修改）

3 臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集層差異性分布的控制因素

綜合以上分析認(rèn)為，不同臺(tái)緣帶和臺(tái)緣帶內(nèi)部的沉積結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集層分異受沉積古地貌及海平面變化的影響。長(zhǎng)一段沉積期，總體上水體偏深，臺(tái)緣帶高陡部位更易于受到波浪改造，準(zhǔn)同生期容易暴露水面。因此，在高陡部位生物礁發(fā)育較好，且礁蓋易于白云巖化（圖3a）。在臺(tái)緣帶坡度較緩區(qū)域，由于水動(dòng)力條件較弱，生物礁發(fā)育較小，且未經(jīng)歷或者很少經(jīng)歷表生暴露，白云巖化弱甚至不發(fā)育（圖3c）。長(zhǎng)二段沉積期海平面進(jìn)一步下降，生物礁大規(guī)模發(fā)育，且不同臺(tái)緣帶生物礁普遍經(jīng)歷了準(zhǔn)同生暴露及白云巖化影響，臺(tái)緣帶較寬的部位易于形成較好的生屑灘，并為準(zhǔn)同生期暴露白云巖化基礎(chǔ)上形成連片的大面積儲(chǔ)集層提供了有利條件。需要指出的是，盡管總體上長(zhǎng)二段生物礁和儲(chǔ)集層均比長(zhǎng)一段發(fā)育，但臺(tái)緣帶相對(duì)高部位更易于形成垂向上多期疊置的白云巖化礁灘，而坡度略緩的地區(qū)，如鐵廠河地區(qū)林場(chǎng)剖面生物礁，其內(nèi)部未見(jiàn)明顯的白云巖化生屑灘。臺(tái)緣帶的側(cè)向遷移可能與古風(fēng)向有關(guān)，還有待進(jìn)一步討論分析。

4 結(jié)論

（1）川東北地區(qū)晚二疊世長(zhǎng)興期發(fā)育的三排臺(tái)緣帶為遷移-加積型和加積型沉積結(jié)構(gòu)。遷移-加積型臺(tái)緣帶緩坡區(qū)具有明顯的遷移特點(diǎn)，臺(tái)緣礁灘遷移明顯，兩期礁灘體易于區(qū)分，生屑灘發(fā)育且分布面積大，而陡坡區(qū)以加積為主；加積型臺(tái)緣帶較穩(wěn)定，臺(tái)緣礁灘遷移不明顯，兩期礁灘體垂向疊置，平面上不易區(qū)分，臺(tái)緣礁灘以垂向加積為主，生屑灘發(fā)育較集中，分布面積明顯小于遷移-加積型臺(tái)緣帶。

（2）臺(tái)緣礁灘帶長(zhǎng)興組普遍以白云巖化生屑灘為主要儲(chǔ)集體，且往往發(fā)育在高位體系域的晚期，而生物礁礁核主體不易白云巖化，儲(chǔ)集性能略差。臺(tái)緣帶沉積結(jié)構(gòu)差異在長(zhǎng)一段和長(zhǎng)二段具有不同的響應(yīng)，長(zhǎng)一段加積型臺(tái)緣帶白云巖化強(qiáng)，陡坡區(qū)儲(chǔ)集層發(fā)育較好；長(zhǎng)二段生屑灘普遍白云巖化，儲(chǔ)集層物性及儲(chǔ)集空間類型相似，具有多排生物礁灘共存且遷移明顯的臺(tái)緣帶，往往發(fā)育連片的白云巖化儲(chǔ)集層，而加積型或者遷移較弱的臺(tái)緣帶儲(chǔ)集層分布相對(duì)集中。（3）沉積古地貌和海平面共同影響了臺(tái)緣礁灘帶的發(fā)育特征，并最終控制了儲(chǔ)集層的發(fā)育，而古風(fēng)向的影響還有待進(jìn)一步探討。

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