川東地區(qū)寒武系龍王廟組沉積相特征與有利相帶分布

張文濟(jì) 李世臨 任曉莉 張 靜 郭艷波 葉朝陽 陳亞妮

1. 中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦 2. 四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司3. 西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院

0 引言

隨著川中高磨地區(qū)在寒武系龍王廟組油氣勘探獲得重大突破，龍王廟組成為四川盆地下古生界油氣勘探的重點(diǎn)層位[1-2]。四川盆地寒武系發(fā)育齊全，下寒武統(tǒng)底部筇竹寺組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖[3-4]。并通過筇竹寺組地球化學(xué)特征研究獲得油氣源認(rèn)識[5-7]。前人整體上對四川盆地龍王廟組儲(chǔ)層及主控因素、沉積相都有相對較多的認(rèn)識成果[8-19]，但對川東地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層及沉積相研究所用資料有限。前人對川東沉積相研究提出許多觀點(diǎn)：馮增昭等[13]（2001）認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地沉積；馬永生等[2]（2009）認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組以局限臺(tái)地沉積為主；門玉澎等[14]（2010）認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組為碳酸鹽巖緩坡沉積，且蒸發(fā)巖發(fā)育；楊威等[16]（2012）認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組為鑲邊臺(tái)地沉積，東部發(fā)育灘間海亞相，西部發(fā)育云坪亞相； 任影等[18]（2015）將龍王廟組劃分為局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地、蒸發(fā)臺(tái)地和混積臺(tái)地4個(gè)相。川東地區(qū)已鉆井池7、貓1、座3、五科1、太和1井以及2018年完鉆的五探1井都說明川東地區(qū)寒武系龍王廟組具備良好的流體儲(chǔ)藏條件和油氣儲(chǔ)集性能，而且烴源巖和蓋層都比較發(fā)育，整體上天然氣成藏地質(zhì)條件優(yōu)越。

在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)應(yīng)用新鉆探井五探1井鉆井資料結(jié)合座3井、城口羊絲橋、陜西鎮(zhèn)坪和陜西鎮(zhèn)巴撈旗河龍王廟組野外露頭和區(qū)域地質(zhì)測量報(bào)告[20]的相關(guān)資料，對開江——城口地區(qū)龍王廟組的巖石學(xué)特征進(jìn)行分析，深入和系統(tǒng)地研究沉積相類型和展布特征，為川東地區(qū)寒武系龍王廟組天然氣勘探提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

開江——城口地區(qū)位于四川盆地東部，區(qū)域構(gòu)造上位于上揚(yáng)子板塊北緣南大巴山?jīng)_斷帶的東南段，屬于四川盆地和秦嶺造山帶的過渡帶，在城口——鎮(zhèn)坪推覆體南段（圖1）。該區(qū)跨秦嶺、揚(yáng)子兩個(gè)一級地層區(qū)劃范圍，工作區(qū)內(nèi)，以高觀寺——鐘寶巨型沖斷為界，其北稱“陜南秦嶺地層分區(qū)”，其南稱“川東——鄂西地層分區(qū)”，出露自震旦紀(jì)以來除泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、白堊紀(jì)外的各時(shí)代沉積，研究區(qū)所在位置屬于“川東——鄂西地層分區(qū)”[20]。

2 沉積相特征

2.1 地層特征

川東地區(qū)前期鉆井資料較少，對龍王廟組的研究程度較淺，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)最新完鉆井五探1井的資料，結(jié)合鄰區(qū)鉆井資料及盆地周緣野外露頭資料對龍王廟組特征進(jìn)行分析。龍王廟組頂界以粉晶白云巖與其上覆高臺(tái)組底部粉砂質(zhì)灰?guī)r分界，電性上表現(xiàn)為自然伽馬降低、電阻率升高的特征。底部以泥晶灰?guī)r與其下伏滄浪鋪組頂部的泥巖分界，電性上表現(xiàn)為自然伽馬升高、電阻率降低的特征。龍王廟組巖性主要為白云巖，底部發(fā)育少量石灰?guī)r（五探1井），膏鹽層、云質(zhì)粉砂巖（座3井），一般可二分（圖1）。

2.2 巖石學(xué)特征

圖1 工區(qū)位置及下寒武統(tǒng)龍王廟組鉆井柱狀剖面圖（注：1 in=25.4 mm，1 ft=0.304 8 mm，下同）

巖相是鑒別碳酸鹽巖沉積相最基本和最有意義的標(biāo)志之一，也是最易觀察、最直接的環(huán)境參數(shù)。通過對五探1井巖心和巖屑、座3井巖屑及城口羊絲橋、城口黑風(fēng)廟、城口修齊、陜西鎮(zhèn)坪等剖面的詳細(xì)觀察和描述，從巖石的顏色、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀及沉積特征等，總結(jié)了開江——城口地區(qū)寒武系龍王廟組發(fā)育的主要巖相類型為：白云巖類、石灰?guī)r類、碎屑巖、石膏巖類。

1）白云巖類

主要包括晶粒白云巖、顆粒云巖、（殘余）鮞粒云巖、砂屑云巖、灰質(zhì)云巖、泥質(zhì)云巖等。

晶粒白云巖：白云石含量多大于90%，質(zhì)純。多為粉——細(xì)晶結(jié)構(gòu)，見重結(jié)晶現(xiàn)象，晶體較臟，具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)，緊密接觸。部分粉晶云巖鏡下少量見石英晶體呈自形、半自形（圖2-a），有的泥-粉晶云巖中見它形晶石英晶體。該類巖性為低能環(huán)境沉積物，發(fā)育于局限臺(tái)地的潮坪環(huán)境。

顆粒云巖：顆粒間亮晶膠結(jié)，有的見殘余顆?；糜?，微裂縫發(fā)育（圖2-b）。顆粒為砂屑和內(nèi)碎屑組成，占65%；顆粒間的亮晶膠結(jié)物占35%。顆粒多為泥晶方解石組成，也有部分白云石化。該類巖性為高能的灘相沉積物。

（殘余）鮞粒云巖：鮞粒大小不均，有的鮞變形嚴(yán)重，有的鮞粒未變形（圖2-c）。有的鮞粒為殘余結(jié)構(gòu)，可見鮞?；糜?，鮞粒間見溶孔，見瀝青浸染。該類巖性為高能的灘相環(huán)境沉積物。

角礫云巖：角礫主要為內(nèi)碎屑，角礫大小相差懸殊，磨圓度較好，角礫排列具一定方向性（圖2-d），該類巖性為高能環(huán)境產(chǎn)物。

灰質(zhì)云巖：灰質(zhì)云巖，泥晶——粉晶結(jié)構(gòu)，瀝青浸染，裂縫中充填硅質(zhì)和白云石（圖2-e）。該類巖性為靜水沉積物。

2）石灰?guī)r類

石灰?guī)r類主要發(fā)育在五探1井下部和盆地東北露頭中，主要包括灰?guī)r、顆?；?guī)r、鮞?；?guī)r、角礫灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r等。

灰?guī)r：多為泥晶結(jié)構(gòu)，少量亮晶結(jié)構(gòu)。見少量石英晶體，石英晶體呈半自形——它形，見生物屑（圖2-f）。在地層中常見泥晶灰?guī)r與灰質(zhì)云巖互層，其間壓溶縫常見瀝青浸染。為低能環(huán)境產(chǎn)物。

圖2 開江——城口地區(qū)寒武系龍王廟組鏡下照片

顆粒灰?guī)r：顆粒為砂屑和糞球粒，亮晶膠結(jié)，粒間縫有深色有機(jī)質(zhì)，沿縫的顆粒有白云石化現(xiàn)象，顆粒大小0.04 mm左右，顆粒間微裂縫發(fā)育，充填白云石（圖2-g）。

鮞?；?guī)r：亮晶結(jié)構(gòu)，總體上鮞粒大小不一，多有變形，有白云石化現(xiàn)象（圖2-h）。

角礫灰?guī)r：角礫為顆粒巖，顆粒有白云石化現(xiàn)象，礫間縫殘留瀝青，見生屑（圖2-i）。

砂屑灰?guī)r：在盆地周邊野外露頭多見，一般為顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒占70%，主要為砂屑，少量生物碎屑；泥晶基質(zhì)占30%。顆粒分選差，部分顆粒發(fā)生壓實(shí)變形。顆粒主要由亮晶方解石組成，發(fā)暗紅色光，少部分靠近縫合線的顆粒發(fā)生白云石化作用，白云石發(fā)紫紅色光；縫合線主要為泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填，不發(fā)光，見極少量高嶺石充填，發(fā)深藍(lán)色光（圖2-j）。

云質(zhì)灰?guī)r：泥晶結(jié)構(gòu)，見生物屑，選擇性溶蝕現(xiàn)象明顯，順溶蝕溝白云石化，見膏溶孔。

3）碎屑巖類

主要為云質(zhì)砂巖、灰質(zhì)砂巖（圖2-k）。該類巖石為混積臺(tái)地沉積環(huán)境產(chǎn)物。分布于研究區(qū)西北方向的古隆起及邊緣地帶。

4）石膏巖類

座3井龍王廟組發(fā)育石膏巖以及云質(zhì)膏巖（圖2-l）。為干旱蒸發(fā)環(huán)境沉積物。

2.3 單井沉積相劃分

寒武系在川東主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混積陸棚相（臺(tái)地）、碳酸鹽巖陸棚相（臺(tái)地）[13-19]。碳酸鹽巖陸棚相又可細(xì)分為蒸發(fā)臺(tái)地、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地亞相以及其相應(yīng)的沉積微相（表1）。

表1 寒武系龍王廟組沉積相類型表

1）碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺(tái)地

混積臺(tái)地在寒武系發(fā)育，川東地區(qū)在不同地質(zhì)歷史時(shí)期混積陸棚發(fā)育的范圍不同，但是混積陸棚多發(fā)育在西北部，寒武系龍王廟組混積臺(tái)地亦不例外，其原因多與物源供給和海平面變化有關(guān)。混積臺(tái)地相在巖性上主要表現(xiàn)為粉砂巖（圖2-k）、頁巖、泥巖與白云巖、石灰?guī)r和石膏巖及它們的過渡巖類的不等厚互層（圖3）。

圖3 曾1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

2）碳酸鹽巖臺(tái)地

碳酸鹽巖臺(tái)地是一個(gè)被淺海（陸表海）所覆蓋的、沉積水體很淺、地形平坦、坡度極小、范圍開闊且沒有陸源碎屑供應(yīng)的淺水碳酸鹽沉積環(huán)境。發(fā)育有開闊臺(tái)地亞相、局限臺(tái)地亞相和蒸發(fā)臺(tái)地亞相。

①開闊臺(tái)地

開闊臺(tái)地指海水循環(huán)較好、鹽度基本正常的淺海，水體能量一般較高，在淺水區(qū)常常發(fā)育生物礁和淺灘。寒武系開闊臺(tái)地亞相廣泛發(fā)育，在不同地質(zhì)歷史時(shí)期開闊臺(tái)地的分布范圍不同，開闊臺(tái)地多分布在東南部。開闊臺(tái)地相的巖性主要為顆?；?guī)r（砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、生屑灰?guī)r等）、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和泥頁巖等（圖2-c、f～j）。寒武系龍王廟組開闊臺(tái)地發(fā)育于東部，如城口地區(qū)（圖4）、陜西鎮(zhèn)坪寒武系龍王廟組為典型的開闊臺(tái)地亞相。根據(jù)沉積巖類型不同又可將開闊臺(tái)地亞相細(xì)分為顆粒灘和灘間海（開闊潮下）兩種微相類型。

②局限臺(tái)地

圖4 城口羊絲橋剖面寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

局限臺(tái)地是指海水循環(huán)受限、鹽度不正常的淺海，水體能量一般較低，局部淺水地區(qū)有時(shí)發(fā)育淺灘。局限臺(tái)地相的巖性主要為泥晶——粉晶云巖、泥質(zhì)云巖、顆粒云巖（砂屑云巖、鮞粒云巖、生屑云巖等）、灰質(zhì)云巖、膏質(zhì)云巖（圖2-a～d）等。

局限臺(tái)地亞相 不同地質(zhì)歷史時(shí)期局限臺(tái)地的分布范圍不同，而且局限臺(tái)地不同于混積臺(tái)地和開闊臺(tái)地，局限臺(tái)地并不存在優(yōu)勢分布位置。宣漢——開江地區(qū)五探1井寒武系龍王廟組巖石鏡下觀察可見少量的石膏（圖2-b、e）和黃鐵礦分布，為典型的局限臺(tái)地相（圖5）。根據(jù)沉積物類型和測井曲線特征，可將局限臺(tái)地亞相細(xì)分為云質(zhì)潟湖、膏質(zhì)潟湖、膏云坪、云坪、灰云坪、云灰坪、顆粒（淺）灘等微相。

圖5 五探1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

③蒸發(fā)臺(tái)地

蒸發(fā)臺(tái)地亞相多處于潮上帶或潮間帶上部，此區(qū)域常在海平面之上，僅在特大高潮或風(fēng)暴潮時(shí)才被水淹沒。蒸發(fā)臺(tái)地發(fā)育程度不均，在寒武系的龍王廟組有發(fā)育。研究區(qū)的蒸發(fā)臺(tái)地水動(dòng)力整體較弱、氣候干旱、蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，多形成準(zhǔn)同生白云巖、石膏為主的云坪、膏坪，偶發(fā)育風(fēng)暴成因的風(fēng)暴巖夾層。根據(jù)沉積物類型，將蒸發(fā)潮坪分為膏坪、云坪、泥云坪等。如座3井龍王廟組中上段發(fā)育大套的膏鹽巖（圖2-l，圖6）。

圖6 座3井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

3 沉積相分布特征與有利相帶分布

3.1 沉積相縱向分布特征

通過北西——南東向上的沉積相連井對比圖來看（圖7），從曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井一線的寒武系龍王廟組沉積相從混積臺(tái)地——局限臺(tái)地——開闊臺(tái)地逐漸過渡。曾1井為混積臺(tái)地相砂礫屑灘微相，馬深1井頂部發(fā)育顆粒灘，其下段為云坪、云灰坪。五探1井龍王廟組為局限臺(tái)地亞相，底部發(fā)育灰云坪微相，往上顆粒灘微相和云坪微相交替發(fā)育。廣探2井下部有顆粒灘微相發(fā)育。座3井和太和1井龍王廟中晚期發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地亞相膏云坪微相。東南角的秀山膏田一帶在龍王廟早中期為開闊臺(tái)地亞相，晚期為局限臺(tái)地亞相膏云質(zhì)泄湖微相。

3.2 沉積相平面展布特征

根據(jù)白云巖、石灰?guī)r、膏鹽巖和碎屑巖的含量進(jìn)行沉積相類型劃分（馮增昭）[1]：白云巖含量50%以上為局限臺(tái)地，石灰?guī)r含量50%以上為開闊臺(tái)地，膏鹽巖含量50%以上為蒸發(fā)臺(tái)地，碎屑巖含量50%以上為混積臺(tái)地。除此，在碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部，顆粒碳酸鹽巖含量20%以上為灘體。

根據(jù)區(qū)塊鉆井及盆地周邊野外露頭龍王廟組巖石含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，白云巖的含量在區(qū)塊中部為50%以上，西北部與東部均低于50%。西北部的陜西鎮(zhèn)巴撈旗河和曾1井區(qū)，巖性主要為碎屑巖，發(fā)育碎屑巖與碳酸鹽巖的混合沉積，為混積臺(tái)地相；區(qū)塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶云巖含量大于50%，為局限臺(tái)地相；以東地區(qū)區(qū)塊東部石柱——云陽——城口至恩施——巫山——鎮(zhèn)坪一帶灰?guī)r含量大于50%，發(fā)育開闊臺(tái)地相；在長壽——涪陵一帶，巖性以膏巖為主，為蒸發(fā)臺(tái)地相。從川東地區(qū)龍王廟組沉積相平面展布特征來看，盆地邊緣的城口——利川一線發(fā)育顆粒灘，宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布，其余大部分為云坪及灰云坪沉積微相（圖8）。

3.3 有利相帶分布

鮞粒灘、砂屑灘水體較淺、水動(dòng)力較強(qiáng)，區(qū)內(nèi)比較發(fā)育，沉積后期間歇性暴露于大氣淡水環(huán)境，鮞粒灰?guī)r、砂屑灰?guī)r易發(fā)生白云石化和溶蝕作用，具備了形成孔隙性儲(chǔ)層的良好條件。川東地區(qū)龍王廟組膏鹽巖厚度可達(dá)數(shù)百米，封蓋能力較好，在平面上穩(wěn)定分布，對于龍王廟組的溶孔鮞粒白云巖、砂屑白云巖都是極好的區(qū)域性蓋層。因此，城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布，為川東下寒武統(tǒng)龍王廟組的儲(chǔ)層有利分布區(qū)，可作為下一步油氣勘探參考。

圖7 曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井寒武系龍王廟組沉積相聯(lián)井對比圖

圖8 川東地區(qū)龍王廟組沉積相平面展布圖

4 結(jié)論

1）川東地區(qū)寒武系龍王廟組主要發(fā)育白云巖類、石灰?guī)r類，局部發(fā)育石膏巖類及碎屑巖類，一般可二分。

2）川東地區(qū)寒武系龍王廟組主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺(tái)地、碳酸鹽巖臺(tái)地。碳酸鹽巖臺(tái)地又可細(xì)分為蒸發(fā)臺(tái)地、局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地亞相以及其相應(yīng)的沉積微相。

3）平面上，區(qū)塊西北角曾1井一帶為碎屑巖和碳酸鹽混積臺(tái)地相；區(qū)塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶為局限臺(tái)地，區(qū)塊東部石柱——云陽——城口至恩施——巫山——鎮(zhèn)坪一帶發(fā)育開闊臺(tái)地；在長壽——涪陵一帶為蒸發(fā)臺(tái)地相。城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘發(fā)育，為油氣勘探的有利相帶。