四川盆地寒武紀(jì)龍王廟組沉積相演化及石油地質(zhì)意義

張璽華，羅文軍，文龍，羅冰，彭翰霖，夏茂龍

（中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041）

0 引言

海相碳酸鹽巖是我國(guó)油氣勘探的重要領(lǐng)域。2011年，中國(guó)石油在四川盆地寒武紀(jì)龍王廟組古老碳酸鹽巖油氣勘探取得重大戰(zhàn)略發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)單體儲(chǔ)量規(guī)模最大的海相碳酸鹽巖整裝氣藏，龍王廟組有利相帶發(fā)育分布規(guī)律是四川盆地古老深層碳酸鹽巖油氣勘探及研究工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)四川盆地范圍以及盆地內(nèi)某區(qū)塊的寒武紀(jì)沉積相研究，不同學(xué)者已經(jīng)不同程度開展過(guò)工作［1-7］，但對(duì)于早寒武世龍王廟期屬于“緩坡”或“碳酸鹽巖臺(tái)地”沉積環(huán)境存在不同觀點(diǎn)。

碳酸鹽沉積相研究中，國(guó)外典型的相模式被廣泛借鑒［8-16］，碳酸鹽巖緩坡模式原定義為淺水的、平緩的坡地（坡度一般小于1°），缺乏明顯的沉積坡折，巖性從內(nèi)緩坡—中緩坡—外緩坡呈均勻逐漸變化，顆粒灘僅發(fā)育在近岸區(qū)。碳酸鹽巖臺(tái)地則定義為平的頂，具有陡峻邊緣坡折的淺水碳酸鹽巖沉積。碳酸鹽巖臺(tái)地模式和緩坡模式最大的區(qū)別在于前者的高能礁灘相帶處于面臨廣海的臺(tái)地坡折處及臺(tái)內(nèi)微地貌高部位，而緩坡模式的高能灘相是處于靠岸邊地帶，同時(shí)碳酸鹽巖臺(tái)地由于高能臺(tái)緣相帶的障蔽作用，通常造成臺(tái)地內(nèi)部與廣海水體交換不順，臺(tái)地內(nèi)部發(fā)育大規(guī)模的膏巖澙湖相沉積。

本文基于層序地層學(xué)研究思路，將寒武紀(jì)龍王廟組劃分為不同沉積旋回，利用野外及鉆井資料對(duì)早寒武世龍王廟沉積相及演化進(jìn)行了研究，明確沉積相時(shí)空演化規(guī)律，并分析了寒武紀(jì)龍王廟組灘相發(fā)育區(qū)，指出龍王廟組為下一步勘探有利區(qū)。

1 寒武紀(jì)龍王廟組地層特征

龍王廟組由盧衍豪1941年命名于云南昆明市西山滇池西岸的龍王廟附近。四川盆地內(nèi)與龍王廟組代表同一套地層的有南江-旺蒼小區(qū)的孔明洞組、川東-渝南小區(qū)的清虛洞組、恩施咸豐小區(qū)和城口-巫溪小區(qū)的石龍洞組。

龍王廟組位于下寒武統(tǒng)頂部，是碎屑巖陸棚之上的一套碳酸鹽巖臺(tái)地建造，與其下以砂巖、砂質(zhì)泥巖、云巖、泥巖為主的滄浪鋪組及其上砂質(zhì)白云巖、泥晶白云巖及砂巖為主的高臺(tái)組為整合接觸。

1.1 沉積背景分析

早寒武世，四川盆地樂(lè)山-龍女寺古隆起的形成對(duì)下古生界的沉積有一定的控制作用。由于寒武紀(jì)為連續(xù)沉積，且寒武紀(jì)沉積初期的筇竹寺組及滄浪鋪組在盆地內(nèi)廣泛分布，故通過(guò)對(duì)筇竹寺組及滄浪鋪組地層厚度研究，可以分析龍王廟組沉積期的古地貌特征。筇竹寺組地層厚度分布受德陽(yáng)-安岳克拉通內(nèi)裂陷控制，在裂陷內(nèi)部呈帶狀厚層展布，裂陷外側(cè)地層厚度較薄。這表明，筇竹寺組沉積主要是對(duì)燈影組沉積期形成的德陽(yáng)-安岳克拉通內(nèi)裂陷進(jìn)行填平補(bǔ)齊，樂(lè)山-龍女寺古隆起此時(shí)尚未形成。滄浪鋪組沉積期，盆地內(nèi)部地層厚度自西向東逐步增大，古隆起的同沉積響應(yīng)明顯，表現(xiàn)為隆起區(qū)地層厚度薄、隆起斜坡部位厚度大的特征，表明早寒武世滄浪鋪期樂(lè)山-龍女寺古隆起已經(jīng)具有雛形，對(duì)龍王廟組沉積起到控制作用。

1.2 地層分布特征

四川盆地西部龍王廟組受加里東運(yùn)動(dòng)的影響遭受不同程度剝蝕，地層保存不完整。盆地西南部雅安地區(qū)幾乎全部剝蝕，資陽(yáng)地區(qū)剝蝕嚴(yán)重，川中地區(qū)龍王廟組厚度90～100 m，墊江—合川一帶龍王廟組厚度120～180 m，盆地內(nèi)部龍王廟組地層厚度總體具有自西向東增厚特征，此特征表明龍王廟沉積期繼承了滄浪鋪沉積格局，受樂(lè)山-龍女寺古隆起的控制作用。樂(lè)山-龍女寺古隆起區(qū)在龍王廟組地層厚度薄，古隆起斜坡及古隆起周邊地層厚度增大。四川盆地東緣奉節(jié)-利川-秀山地區(qū)龍王廟組地層呈厚層帶狀分布，厚度可達(dá)200 m以上，湖南、湖北地區(qū)龍王廟組急劇減薄，慈利-懷化地區(qū)龍王廟組地層厚度減薄至80 m（見圖1）。

圖1 四川盆地及周緣龍王廟組地層厚度分布

2 龍王廟組沉積旋回劃分

根據(jù)巖性及電性分析，結(jié)合沉積旋回特征，四川盆地龍王廟組可分為2個(gè)向上變淺的沉積旋回。在高石梯-磨溪地區(qū)，2個(gè)旋回垂向自下而上發(fā)育泥質(zhì)條帶云巖、顆粒云巖及混積作用的砂泥質(zhì)云巖，旋回界線為龍王廟組中部高GR段的紋層泥質(zhì)條帶白云巖（見圖2）。

在磨溪地區(qū)上下旋回灘體呈塊狀沉積特征，龍旋回界線GR電測(cè)曲線僅表現(xiàn)為低幅度起伏變化。在川東-川南地區(qū)鉆井鉆遇地層（如座3、宮深1、利1井）均可劃分2期沉積旋回，2期旋回界線均表現(xiàn)為GR高值的泥質(zhì)云巖特征，可在井間展開對(duì)比。

圖2 高石梯-磨溪地區(qū)寒武紀(jì)龍王廟組沉積旋回劃分及特征

3 四川盆地龍王廟組沉積相分析

基于對(duì)盆地內(nèi)40余口鉆井及盆地周邊11條野外剖面龍王廟組的研究，結(jié)合區(qū)域沉積沉積背景，認(rèn)為龍王廟期四川盆地發(fā)育3類沉積相及7個(gè)亞相（見表1）。

表1 四川盆地龍王廟組沉積相劃分

3.1 混積潮坪

混積潮坪發(fā)育于向陸一側(cè)近岸帶，地勢(shì)平緩，環(huán)境局限，以潮汐作用控制為主，沉積界面處于平均海平面附近。區(qū)內(nèi)的潮坪平面分布于西部靠近康滇及其他古陸一帶，總體表現(xiàn)出碎屑巖和碳酸鹽巖的混合沉積。根據(jù)沉積物質(zhì)和特征的差異，可分為泥云坪及砂云坪，成像測(cè)井背景以較亮橙色為主；自然伽馬曲線為中高齒狀起伏，伽馬值平均43 API左右。泥云坪主要發(fā)育于龍王廟組頂部，厚度幾米至十幾米不等，巖性為泥質(zhì)泥晶云巖，巖心較致密；砂云坪巖性以砂質(zhì)云巖為主，平面上主要分布在廣元、威遠(yuǎn)、峨眉等地。在川中高石梯地區(qū)龍王廟組中部發(fā)育混積潮坪亞相，即高伽馬段，厚度10 m左右，磨溪地區(qū)龍王廟組中部該相帶不發(fā)育。

3.2 顆粒灘

巖性以亮晶砂屑云巖、殘余砂屑云巖及細(xì)晶云巖（細(xì)晶云巖在陰極發(fā)光下可明顯看到顆粒輪廓，為顆粒巖重結(jié)晶強(qiáng)烈形成）為主，見砂礫屑云巖、鮞粒云巖及少量生屑云巖［17-18］。成像測(cè)井以橙色為主，局部呈斑雜塊狀，斑雜帶為溶蝕孔洞發(fā)育段；自然伽馬曲線形態(tài)平直（見圖3）。灘體在地震剖面上具有明顯的“亮點(diǎn)”反射特征，垂向上疊置、橫向上連片分布。顆粒灘亞相發(fā)育的顆粒云巖粒間溶孔及晶間溶孔，是川中地區(qū)有利儲(chǔ)集相帶類型［19］。

3.3 灘間海

分為灘間云泥與灘間含生屑云泥2個(gè)微相，成像測(cè)井以橙色為主；紋層狀、塊狀互層；自然伽馬曲線形態(tài)齒狀起伏，具有下部高、向上逐漸變低的特征，伽馬值在20～45 API（見圖3）。灘間云泥微相巖性為深灰色泥晶云巖，夾泥質(zhì)紋層或泥質(zhì)條帶；灘間含生屑灰泥微相巖性為生屑泥晶云巖或含生屑泥晶云巖，巖心普遍較致密，溶孔及針孔不發(fā)育。

圖3 川中地區(qū)龍王廟組沉積相綜合識(shí)別模板

3.4 澙湖

局限-蒸發(fā)澙湖巖性表現(xiàn)為膏巖、膏質(zhì)白云巖、白云質(zhì)膏巖、砂質(zhì)膏巖、鹽巖等，其電性主要表現(xiàn)為鋸齒狀底GR的特征，目前已有剖面及鉆井（如座3井）證明膏巖及鹽巖的存在。由于鉆遇膏巖的井均為老井，測(cè)井系列不全，不能建立相應(yīng)的識(shí)別模板，但在地震反射特征上表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”強(qiáng)反射。該亞相平面上主要分布在重慶—瀘州一帶，縱向上發(fā)育在上旋回，而龍王廟組下旋回膏巖沉積不發(fā)育。

3.5 臺(tái)坪

主要發(fā)育在局限臺(tái)地內(nèi)地貌較平緩的淺水沉積環(huán)境，水動(dòng)力較弱，水體較局限，常沉積一些泥晶云巖，厚度及分布均較為穩(wěn)定。如南川三匯剖面上部厚50余米的晶粒白云巖，為水體環(huán)境穩(wěn)定的云坪沉積，其中偶夾一些薄層砂屑云巖，為水體動(dòng)蕩將先期沉積物打碎形成的顆粒?？傮w而言，沉積水動(dòng)力平靜穩(wěn)定。

3.6 臺(tái)地邊緣灘

該亞相為淺水臺(tái)地與深水斜坡之間坡折部分，在地形上為臺(tái)地平緩地形向斜坡相對(duì)高角度地形的轉(zhuǎn)折帶。臺(tái)地邊緣灘是指位于臺(tái)地邊緣的淺灘，常常帶狀平行于臺(tái)地邊緣展布，規(guī)模一般較大，分布較為穩(wěn)定。由于位于古地貌高部位，臺(tái)地邊緣灘易受白云巖化及巖溶作用，為碳酸鹽巖臺(tái)地儲(chǔ)層最為發(fā)育的有利相區(qū)。根據(jù)龍王廟組的研究，結(jié)合野外剖面資料分析認(rèn)為，四川盆地龍王廟組臺(tái)地邊緣灘分布在盆地東部利川、奉節(jié)地區(qū)，寬度可延展至湖南、湖北等地，沿奉節(jié)—恩施—秀山一線呈近南北向帶狀分布。

3.7 斜坡-盆地相

斜坡-盆地相廣泛發(fā)育在渝東北城口—陜南鎮(zhèn)巴—紫陽(yáng)—安康—嵐皋—竹山與黔東北—湘西2個(gè)地區(qū)。該相區(qū)水深一般處于風(fēng)暴天氣浪基面以下，因而除陣發(fā)性滑塌和重力流事件以及海嘯事件外，水體安靜；其沉積以深灰、黑灰色泥質(zhì)紋層，泥質(zhì)條帶的薄板狀、瘤狀泥灰?guī)r、泥質(zhì)泥屑灰?guī)r，灰黑色灰質(zhì)泥巖、頁(yè)巖或薄層硅質(zhì)巖為特征，并見濁積巖和滑塌巖。臺(tái)地邊緣至斜坡-盆地相變界線位于遵義—正安—秀山和湘西花垣—桑植一帶。

川中地區(qū)鉆井取心資料豐富，據(jù)此建立混積潮坪、臺(tái)內(nèi)顆粒灘及灘間海等沉積亞相識(shí)別模板（見圖3）。

4 早寒武世龍王廟組沉積演化特征

沉積相決定巖石巖性或某巖性組合的分布，故可根據(jù)巖性等單因素的分布規(guī)律來(lái)反推沉積相的分布。研究根據(jù)顆粒白云巖、灰?guī)r、含砂質(zhì)碳酸鹽巖以及石膏巖等分布規(guī)律來(lái)探討龍王廟組沉積相的時(shí)空演化及展布特征。

4.1 龍王廟組下旋回沉積特征

四川盆地龍王廟組下旋回總體表現(xiàn)為向上變淺的沉積特征，川中地區(qū)尤為明顯。其下旋回底部由于初期海侵，形成了龍王廟組下部的泥質(zhì)條帶或泥質(zhì)紋層云巖及泥晶云巖。隨著水體逐漸變淺，水體能量逐漸變高，沉積物則以顆粒白云巖為主，下旋回末期高石梯地區(qū)由于水體變淺，陸源進(jìn)積，形成了以砂質(zhì)云巖為主的混積潮坪沉積。

四川盆地龍王廟組下旋回沉積期自西向東巖相巖性逐步變化，分別發(fā)育混積潮坪、內(nèi)緩坡顆粒灘、外緩坡、盆地相沉積（見圖4）。盆地西邊，如峨眉張山剖面，表現(xiàn)為受陸源物質(zhì)影響的砂巖、云質(zhì)砂巖等，向東至樂(lè)山范店、老龍1井區(qū)，碎屑逐漸減少，出現(xiàn)白云巖，到資陽(yáng)地區(qū)演變?yōu)樯百|(zhì)白云巖，直至磨溪-高石梯地區(qū)，巖性主要為晶粒云巖及顆粒云巖。川東、川南至湖南地區(qū)下旋回巖性則為灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥頁(yè)巖，厚度較穩(wěn)定，總體變化不大。鉆井證實(shí)：由于微地貌的影響，四川盆地龍王廟組下旋回灘體僅發(fā)育在川中地區(qū)，為碳酸鹽巖緩坡的近岸區(qū)發(fā)育灘體的特征（見圖4），不存在明顯臺(tái)地邊緣相變帶及膏巖分布，表現(xiàn)為明顯的碳酸鹽巖緩坡沉積特征。

圖4 四川盆地及周緣龍王廟下旋回巖相古地理分布

4.2 龍王廟組上旋回沉積特征

龍王廟組上旋回亦表現(xiàn)向上變淺的沉積特征，但盆地不同部位上旋回巖性組合存在明顯差異，相變特征明顯。川中安岳地區(qū)下部發(fā)育海侵期薄層泥質(zhì)云巖，隨著海平面變淺，逐漸發(fā)育粉砂質(zhì)云巖、顆粒云巖，其中顆粒灘厚度較大。盆地向東過(guò)渡至重慶—瀘州一帶，龍王廟組上旋回則表現(xiàn)為下部泥質(zhì)云巖、向上過(guò)渡為膏巖的旋回特征，座3井證實(shí)膏巖最厚可達(dá)上百米，優(yōu)勢(shì)相為以膏巖為主的澙湖相沉積。而奉節(jié)-利川地區(qū)上旋回沉積期則發(fā)育厚層塊狀顆粒灘相云巖，其中利1井上旋回顆粒云巖厚度近80 m，表明龍王廟組上旋回沉積期川東地區(qū)顆粒灘快速加積，形成臺(tái)緣高能相帶，易于白云巖化，為儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

平面上，盆地及周緣整體龍王廟組上旋回呈現(xiàn)“兩隆一凹”的沉積格局。川中安岳地區(qū)繼承早期古地貌高的特點(diǎn)，發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘相沉積，而重慶—瀘州為古地貌洼地，川東—湘西由于快速隆升作用形成高能臺(tái)地邊緣礁灘相（見圖5），湘西花垣地區(qū)龍王廟組地層厚度急劇增加至300 m以上，其中上旋回可見臺(tái)地邊緣藻礁，可見大量附枝藻及腎型藻化石，單體規(guī)模大，向上加積生長(zhǎng)可形成抗浪骨架，在尼科爾森藻及葛萬(wàn)藻的黏結(jié)作用下，可形成抗浪骨架的大規(guī)模生物礁。曾允孚、鄭榮才等也認(rèn)為，花垣地區(qū)龍王廟組藻礁具有單體規(guī)模大的特征，礁體單體長(zhǎng)可達(dá)2～6 km，具有抗浪特征（見圖6）。同時(shí)在貴州三都、銅仁、湖南大庸及鳳凰等地，均在龍王廟組上旋回發(fā)育濁流、滑塌角礫巖、重力流沉積［4-5］，表明龍王廟組上旋回沉積期，整體坡度已經(jīng)較為陡峻。湘西花垣李梅剖面清虛洞組上旋回沉積厚度達(dá)360 m，發(fā)育高能顆粒灘相云巖，而位于湘西王村剖面龍王廟組上旋回發(fā)育泥晶云巖，厚度約60 m，兩者相距僅為30 km，地層坡腳大相變特征明顯，此差異表明該地區(qū)位于臺(tái)緣邊緣高能相帶—深水相的轉(zhuǎn)換區(qū)。以上特征表明，該時(shí)期為明顯的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積特征［13-15］。

龍王廟組上旋回另一大沉積特征就是發(fā)育膏巖澙湖沉積。分析認(rèn)為，川東、湘西地區(qū)在上旋回沉積快速加積隆升形成臺(tái)地邊緣相帶，從而造成了臺(tái)地內(nèi)部局限水體的沉積環(huán)境，導(dǎo)致重慶-瀘州地區(qū)龍王廟組上旋回發(fā)育厚層膏巖澙湖相沉積（見圖5）。

圖5 四川盆地及周緣龍王廟上旋回巖相古地理分布

圖6 湘西花垣龍王廟組緩坡-臺(tái)緣生物藻礁演化特征

4.3 龍王廟組沉積演化過(guò)程

寒武紀(jì)滄浪鋪沉積期，樂(lè)山-龍女寺古隆起具備雛形，寒武紀(jì)龍王廟組2期沉積旋回。龍王廟組下旋回沉積期樂(lè)山-龍女寺古隆起區(qū)表現(xiàn)為水下古地貌高地，受其控制，四川盆地表現(xiàn)為西高東低古地貌格局，龍王廟組巖相自西向東表現(xiàn)為混積潮坪砂泥質(zhì)云巖-顆粒灘-局限泥晶云巖、泥質(zhì)云巖-灰?guī)r、泥灰?guī)r的緩坡模式沉積特征。

龍王廟組上旋回沉積期，四川盆地表現(xiàn)為“兩隆一凹”的沉積地貌特征。自盆地西緣向東至湘西地區(qū)分別發(fā)育混積潮坪-臺(tái)內(nèi)灘-澙湖-臺(tái)緣帶-斜坡、盆地相沉積。川中地區(qū)為古地貌高部位，發(fā)育臺(tái)內(nèi)顆粒灘相沉積，重慶—瀘州一線沉積地貌低洼，發(fā)育膏巖澙湖沉積（如座3井，膏巖厚度達(dá)近百米），川東-湘西地區(qū)快速隆升發(fā)育臺(tái)緣灘相沉積，湘西及川東北地區(qū)發(fā)育斜坡相沉積。上旋回臺(tái)緣帶-斜坡相的坡折沉積轉(zhuǎn)換特征表明，該時(shí)期古地貌發(fā)生變化，整體表現(xiàn)為臺(tái)地沉積模式（見圖7）。

圖7 四川盆地寒武紀(jì)龍王廟組沉積相演化模式示意

5 結(jié)論

1）四川盆地龍王廟期發(fā)育2期沉積旋回，其中下旋回主要表現(xiàn)為碳酸鹽巖緩坡的特征，上旋回表現(xiàn)為碳酸鹽巖臺(tái)地特征，四川盆地龍王廟沉積末期完成碳酸鹽巖緩坡至臺(tái)地演化。

2）顆粒灘相沉積為龍王廟組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成基礎(chǔ)，其中川中地區(qū)龍王廟組上、下旋回顆粒灘疊置發(fā)育，厚度大，同時(shí)臨近受加里東運(yùn)動(dòng)影響的龍王廟組剝蝕區(qū)，巖溶作用發(fā)育，顆粒灘相溶蝕孔洞白云巖儲(chǔ)層發(fā)育。川中地區(qū)龍王廟組氣藏溶蝕孔洞儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能極佳，目前已建成110×108m3產(chǎn)能，為目前深化勘探最有利區(qū)域。

3）龍王廟組上旋回沉積期，四川盆地發(fā)育“兩隆一凹”的沉積格局。川東地區(qū)龍王廟組上旋回沉積期快速隆升，發(fā)育厚層臺(tái)緣顆粒灘相沉積，由于位于海平面附近，白云巖化及巖溶作用強(qiáng)烈，可形成優(yōu)質(zhì)臺(tái)地邊緣顆粒云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，具備優(yōu)越的儲(chǔ)集性能。

4）二疊紀(jì)—三疊紀(jì)，寒武紀(jì)烴源巖進(jìn)入生油高峰期。四川盆地龍王廟組于二疊紀(jì)之后的構(gòu)造演化過(guò)程中，川中地區(qū)逐步成為盆地構(gòu)造高部位，油氣有向川中地區(qū)運(yùn)移的趨勢(shì)，且其灘相巖溶層大面積發(fā)育，有利于龍王廟組形成規(guī)模性氣藏。重慶—瀘州一線發(fā)育膏質(zhì)澙湖沉積，膏巖對(duì)于油氣封堵能力強(qiáng)，厚層膏巖將射洪-磨溪臺(tái)內(nèi)灘、奉節(jié)-利川-石柱臺(tái)地邊緣灘相分隔為2個(gè)獨(dú)立灘相儲(chǔ)層發(fā)育巖性帶，且川東地區(qū)龍王廟組構(gòu)造眾多，有利于油氣原位聚集和保存，可形成大規(guī)模的構(gòu)造-巖性氣藏，為下一步四川盆地龍王廟組尋找大型構(gòu)造-巖性氣藏勘探有利區(qū)。