四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組顆粒灘特征及分布規(guī)律

姚根順 ，周進(jìn)高 ，鄒偉宏 ，張建勇 ，潘立銀 ，郝 毅 ，王 芳 ，谷明峰 ，董 庸 ，鄭劍鋒 ，倪 超 ，辛勇光

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）

四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組天然氣勘探近期取得重大發(fā)現(xiàn)，揭示了龍王廟組儲層與顆粒灘相密切相關(guān)。然而，迄今為止對顆粒灘的規(guī)模和分布規(guī)律尚不清楚，這嚴(yán)重制約了勘探進(jìn)展。近年來，筆者通過典型野外露頭和鉆井巖心觀察，特別是大量二維和三維地震資料的精細(xì)解釋，明確了龍王廟組顆粒灘的發(fā)育受海平面變化和古構(gòu)造的控制，并圍繞膏鹽湖周緣大面積分布，這在一定意義上為龍王廟組的天然氣勘探指明了方向。

1 地質(zhì)背景

前人的研究認(rèn)為，經(jīng)下寒武統(tǒng)筇竹寺組(C-1q)（包括麥地坪組，C-1m）和蒼浪鋪組(C-1c)陸棚碎屑巖填平補(bǔ)齊后，四川盆地古地貌趨于平緩，地勢呈現(xiàn)出西高東低的特點；受早寒武世區(qū)域拉張構(gòu)造環(huán)境的影響，基底斷裂的復(fù)活使斷裂下降盤演化成臺內(nèi)凹陷而上升盤成為臺隆區(qū)。因此，到龍王廟期沉積時，四川盆地總體呈現(xiàn)為向東傾斜的凹隆相間的古地理背景［1-9］，這種古地理背景對龍王廟組灘體的發(fā)育和展布具有重要控制作用。

龍王廟組主要為一套臺地相碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖，僅靠近西部古陸地區(qū)出現(xiàn)碎屑巖，一般厚60～120m，總體構(gòu)成一個三級層序（圖1）。海侵期由含生物擾動或潛穴的紋層狀泥質(zhì)泥晶白云巖組成；海退期由顆粒白云巖、晶粒白云巖和泥晶白云巖組成，海退期可再細(xì)分出2～4個次一級的向上變淺的高頻旋回，顆粒灘一般分布在高頻旋回的上部。

2 顆粒灘的主要特征

以往涉及顆粒灘的文獻(xiàn)雖已見不少［10-18］，但對顆粒灘的專門討論尚鮮有報道［19］，對四川盆地龍王廟組顆粒灘的研究文獻(xiàn)則更少。下面主要從巖石學(xué)和微相兩方面來討論龍王廟組顆粒灘的特征。

2.1 巖石學(xué)特征

四川盆地龍王廟組顆粒灘的主要巖性包括顆粒白云巖、晶粒白云巖和斑狀白云巖（圖2）。此外，還有泥晶白云巖、含泥質(zhì)條帶狀白云巖、紋層狀泥晶白云巖及白云質(zhì)泥巖。顆粒白云巖主要是砂屑白云巖（圖2a）和鮞粒白云巖（圖2b），常見交錯層理；晶粒白云巖主要是細(xì)晶白云巖（圖2c），偶見顆粒殘余，暗示其原巖可能是顆粒白云巖；斑狀白云巖由不規(guī)則的灰色和暗色粉晶白云巖斑組成（圖2e、2f）。這些巖石因孔隙發(fā)育而構(gòu)成重要的儲集巖。

圖1 四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組地層綜合柱狀圖

圖2 四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組顆粒灘主要巖性特征

2.2 微相特征

龍王廟組顆粒灘按巖性、沉積結(jié)構(gòu)與構(gòu)造可劃分為三個微相，即灘主體、灘翼和灘坪，其沉積構(gòu)造特征參見圖3。

2.2.1 灘主體

圖3 四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組顆粒灘三種微相沉積構(gòu)造特征

灘主體指的是顆粒灘的主體部分，由淺灰色的砂屑白云巖、礫屑白云巖、鮞粒白云巖以及生物碎屑白云巖等顆粒巖組成，形成于水動力較強(qiáng)的古地貌高部位。灘主體往往由多層顆粒巖疊合而成，呈厚層狀—塊狀結(jié)構(gòu)，單層顆粒巖厚度一般0.5～2m不等，層間以沖刷面接觸。灘主體常發(fā)育交錯層理、低角度斜層理以及粒序?qū)永淼葘永順?gòu)造。

從野外剖面宏觀特征看，完整的灘主體微相由三部分組成（如圖3a），下部為厚層狀—塊狀的低角度斜層理段，中部是中—厚層狀大型交錯層理段，上部是中層狀和波狀層理段，粒度總的表現(xiàn)為向上變細(xì)的特點。在巖心上，因為尺度所限及鉆井位置所限，一般難以完整地觀察到灘主體的上述三部分，但交錯層理（圖3b）和低角度斜層理（圖3c）常見。

2.2.2 灘翼

灘翼微相分布在灘主體的四周，位于迎風(fēng)面一側(cè)為前翼，背風(fēng)面一側(cè)為后翼，而把另兩側(cè)稱為側(cè)翼。不同部位的灘翼，巖性有所不同，但總體上是由薄層顆粒白云巖與泥晶白云巖互層組成。

灘翼微相中，單層顆粒巖的厚度一般在幾至十幾厘米，厚者可達(dá)30 cm，可見遞變層理（圖3d）和交錯層理，多以沖刷面與泥晶白云巖接觸。灘翼微相顆粒巖往往含有較多的亮晶膠結(jié)物，致使巖石較為致密。

2.2.3 灘坪

灘坪微相分布在灘體的頂部，由薄層泥晶白云巖、泥質(zhì)白云巖或白云質(zhì)泥巖組成，可見砂紋層理和波狀層理（圖 3e），波痕、干裂紋（圖 3f）也常見。

灘坪是向上變淺灘體的最后發(fā)育序列，代表了灘體的暴露消亡。

3 顆粒灘形成的主控因素

3.1 古構(gòu)造控制灘體分布

古構(gòu)造是控制灘體發(fā)育的重要因素，它通過古地理背景和斷裂作用共同控制灘體的分布。關(guān)于古地理背景，前已述及，經(jīng)歷了筇竹寺組及滄浪鋪組填平補(bǔ)齊式的沉積充填后，四川盆地總的表現(xiàn)為向東傾斜的凹隆相間的面貌，而凹隆相間的格局與基底斷裂的活動密切相關(guān)，尤其與北東向和北西向斷裂關(guān)系密切，其中大庸斷裂控制了臺地和斜坡—盆地的分界（圖4a）；而在臺地內(nèi)部，在北東向的華鎣山斷裂、齊岳山斷裂以及北西向的樂山—長寧斷裂、平昌—開縣斷裂拉張作用下形成一個“反C”形的臺內(nèi)凹陷，凹陷的東西兩側(cè)分別為相對隆起的川中臺隆區(qū)和川東臺隆區(qū)（圖4），在局限的淺水環(huán)境下，臺隆區(qū)水動力較強(qiáng)，有利于顆粒灘發(fā)育，而凹陷區(qū)由于鹵水的回流和蒸發(fā)濃縮作用而演化成膏鹽潟湖。受膏鹽湖的影響，顆粒灘主要在臺隆區(qū)環(huán)繞膏鹽湖（反C形臺內(nèi)凹陷）周緣發(fā)育。

對華鎣山斷裂西側(cè)川中臺隆區(qū)的進(jìn)一步研究顯示，顆粒灘的發(fā)育還與次一級古地貌高密切相關(guān)。地震資料解釋表明，川中地區(qū)除了華鎣山斷裂外，在四川遂寧磨溪與安岳高石梯之間發(fā)育有安平店斷裂，安岳高石梯與重慶潼南荷包場之間發(fā)育了高石梯斷裂（圖4b），這三條近北東向斷裂將川中臺隆區(qū)分割成三個向東傾斜的臺階，最西邊的磨溪—女基井一帶地貌最高，中間的高石梯—廣安一帶次之，東邊的潼南荷包場—盤龍場一帶地貌最低。在整體為淺水的局限臺地背景下，每個臺階的轉(zhuǎn)折端都構(gòu)成波浪作用的活躍地帶，從而有利于顆粒灘的發(fā)育，實際鉆探結(jié)果也與此相符，這揭示了古地貌和古斷裂對灘體區(qū)域展布起著重要的控制作用。

3.2 海平面變化控制灘體發(fā)育期次

前已提及，四川盆地龍王廟組總體屬于一個三級層序，包括海侵至海退的完整旋回。從已有資料看，海侵期水體較深，以細(xì)粒沉積為主；海退期水體變淺，灘體發(fā)育鼎盛。以重慶石柱雙流壩龍王廟組剖面為例，川東臺隆區(qū)（齊岳山斷裂與大庸斷裂之間）海侵體系域主要由含泥質(zhì)石灰?guī)r組成，見少量顆粒巖；代表最大海泛面的凝縮段由瘤狀灰?guī)r組成；高水位域由三至四個顆粒白云巖旋回組成（圖1）。而川中臺隆區(qū)，南江剖面代表近古陸環(huán)境，其海侵體系域不發(fā)育，主要發(fā)育高水位域，并由三至四個顆粒白云巖—泥質(zhì)白云巖或泥巖的向上變淺高頻旋回組成。川中磨溪—高石梯地區(qū)的鉆探反映了遠(yuǎn)離古陸的沉積環(huán)境，龍王廟組海侵體系域由含泥質(zhì)紋層的泥晶白云巖和含生物擾動和潛穴的泥晶白云巖組成，高水位域由三至四個泥晶白云巖—顆粒巖的向上變淺旋回組成?？偟膩砜矗w粒灘主要發(fā)育在高水位域，受四級海平面變化控制。

圖4 四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組灘體分布特征

對露頭剖面和鉆井巖心的詳細(xì)研究表明，龍王廟組高水位域大致經(jīng)歷了四期的次一級海平面變化，每一期相當(dāng)于一個四級旋回，而顆粒灘則發(fā)育在四級旋回的海退階段（圖1）。顆粒灘的厚薄取決于可容空間的大小，位于古隆起邊緣的地區(qū)如南江，可容空間小，單個旋回灘體一般只有0.5～3m，頂部發(fā)育具干裂紋的灘坪微相。在遠(yuǎn)離古陸的川中地區(qū)可容空間較大，位于古地貌相對高的地區(qū)如遂寧磨溪，單旋回灘體厚度可達(dá)20m，而位于古地貌相對低一點的安岳高石梯地區(qū)，灘體厚度變薄，顯示出古地貌和海平面變化共同控制灘體發(fā)育的特點。

4 顆粒灘規(guī)模及區(qū)域分布規(guī)律

4.1 顆粒灘規(guī)模

野外觀察、巖心觀察以及測井解釋結(jié)果顯示，受次級海平面變化影響，龍王廟組縱向上發(fā)育了多期灘體，每期又包含2～3個向上變淺旋回，單個旋回厚度0.5～8m不等，而每期灘體厚度達(dá)2～20m，地震解釋灘體寬0.9～1.5km（圖5）。多期灘體的疊置使顆粒灘累計厚度達(dá)18～55m，寬達(dá)7～8km，有的甚至寬達(dá)25km，總體呈NE—SW方向展布，延伸可達(dá)百余千米。顆粒灘的廣泛分布為大規(guī)模儲層的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。

圖5 四川盆地遂寧磨溪9井區(qū)灘體規(guī)模地震預(yù)測圖

4.2 灘體分布規(guī)律

從四川盆地龍王廟期巖相古地理圖 （圖4a）可以看出，顆粒灘微相（圖中的黃色斑塊）主要分布在白云巖坪相帶且具有總體環(huán)繞膏質(zhì)澙湖展布的特點。首先，在威遠(yuǎn)、遂寧（磨溪）和廣安地區(qū)的鉆井顯示，這些地區(qū)各井都存在顆粒灘，厚度20～60m不等；其次，在川東地區(qū)的重慶石柱、彭水、南川（三匯）和貴州習(xí)水一線，露頭剖面也證實龍王廟組顆粒灘的確普遍存在，這充分顯示了顆粒灘主要發(fā)育在臺隆背景上演化而成的白云巖坪相帶。

以華鎣山斷裂西側(cè)白云巖坪為例，灘體分布還有以下規(guī)律：即灘體主要分布在白云巖坪中心部位（威遠(yuǎn)—安岳—南充一帶），向兩側(cè)灘體規(guī)模變小，向西灘體規(guī)模的變小可能與陸源物質(zhì)加入有關(guān)，往東則可能受膏鹽湖的影響。對威遠(yuǎn)—安岳—南充一帶灘體的深入研究進(jìn)一步揭示，灘體連片疊置成數(shù)條灘帶，整體呈北東向展布，這可能受同生斷裂造成的次級古地貌高所控制。

5 結(jié) 語

四川盆地下寒武統(tǒng)龍王廟組顆粒灘主要由砂屑白云巖、鮞粒白云巖、晶粒白云巖、斑狀白云巖等組成，發(fā)育灘主體、灘翼和灘坪三個微相，其中灘主體最有利于儲層發(fā)育。顆粒灘分布在高位域，總體由多期向上變淺的高頻旋回疊置而成，每期灘體厚度達(dá)2～20m，寬0.9～1.5km，多期灘體的疊置可形成累計厚18～55m、寬7～8km、長百余千米的灘帶。灘帶展布受古構(gòu)造和海平面變化的控制，主要發(fā)育在由臺隆背景演化而成的白云巖坪相帶，總體環(huán)繞澙湖分布。這一認(rèn)識能有效指導(dǎo)灘體預(yù)測和提高鉆探成功率。

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