四川盆地北部須家河組“斷縫體”氣藏特征及 勘 探 意 義

王 威, 凡 睿

(中國(guó)石化勘探分公司，成都 610041)

四川盆地北部是中國(guó)石化在四川盆地的重點(diǎn)勘探區(qū)之一，區(qū)內(nèi)繼海相油氣勘探取得重大突破之后，上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)天然氣勘探也獲得重要發(fā)現(xiàn)，明確了該區(qū)須家河組發(fā)育“大面積、低豐度”大型致密砂巖氣藏，持續(xù)勘探實(shí)踐表明該類氣藏具有“資源規(guī)模大，商業(yè)開發(fā)有難度”等制約勘探開發(fā)的核心問(wèn)題[1-3]。為了揭示川北須家河組致密砂巖氣富集與高產(chǎn)規(guī)律，本文基于鉆井、錄井、測(cè)井、地球物理及測(cè)試資料并結(jié)合勘探實(shí)踐，通過(guò)精細(xì)解剖馬路背地區(qū)須家河組高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)氣藏，深入探討氣藏特征及主控因素，旨在為實(shí)現(xiàn)川北地區(qū)須家河組規(guī)模資源的有效開發(fā)提供依據(jù)。

四川盆地北部馬路背地區(qū)多口井在須家河組測(cè)試、開發(fā)效果良好，其中馬101井須家河組第二段(簡(jiǎn)稱“須二段”)測(cè)試獲日產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)方高產(chǎn)工業(yè)氣流，馬103井須二段測(cè)試獲日產(chǎn)十多萬(wàn)方，表現(xiàn)出“高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、不含水、可動(dòng)用程度高”的特點(diǎn)[3]。通過(guò)對(duì)氣藏的精細(xì)解剖發(fā)現(xiàn)，馬路背地區(qū)須家河組氣藏的儲(chǔ)集特征及富集規(guī)律與其他致密砂巖氣藏具有差異性，具備實(shí)現(xiàn)高效勘探開發(fā)的有利地質(zhì)條件，這類氣藏的發(fā)現(xiàn)對(duì)于推動(dòng)類似地區(qū)致密砂巖勘探具有借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

馬路背地區(qū)位于四川盆地北部通南巴構(gòu)造帶中部，受米倉(cāng)山和大巴山?jīng)_斷構(gòu)造帶的疊合擠壓構(gòu)造作用，表現(xiàn)為被構(gòu)造作用復(fù)雜化的NE向斷鼻構(gòu)造。印支早幕以來(lái)，四川盆地完成了海陸轉(zhuǎn)換，龍門山、米倉(cāng)山、大巴山向盆內(nèi)供給大量物源，研究區(qū)也沉積了巨厚的陸相地層[4-5]。

川北地區(qū)受龍門山、米倉(cāng)山、大巴山三大造山帶影響(圖1)，其構(gòu)造演化、沉積充填以及后期改造作用異常復(fù)雜；同時(shí)也造成了川北地區(qū)在須家河組斷裂發(fā)育程度差異較大，從西向東構(gòu)造變形強(qiáng)度具有逐步增強(qiáng)的特點(diǎn)。通南巴構(gòu)造帶中部的馬路背地區(qū)變形程度最強(qiáng)，溝通海相地層與陸相地層的深大斷裂發(fā)育，導(dǎo)致該區(qū)斷裂、褶皺更為發(fā)育，規(guī)模裂縫也更為發(fā)育(圖2)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Schematic map showing tectonic location of the study area

2 斷縫儲(chǔ)集體發(fā)育控制因素

2.1 基本特征

馬路背地區(qū)須家河組儲(chǔ)集巖類型以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和石英砂巖為主。400多塊巖心資料分析顯示，須家河組基質(zhì)物性普遍較差，孔隙度(q)為0.5%～4.1%，主要集中在2%～3%；滲透率(K)為(0.001～0.1)×10-3μm2，是四川盆地須家河組物性最為致密的地區(qū)，也比國(guó)內(nèi)外大部分致密砂巖儲(chǔ)層物性都更差(鄂爾多斯盆地蘇里格氣田盒8段致密砂巖儲(chǔ)層孔隙度主要為5%～15%，滲透率<0.1×10-3μm2；川中地區(qū)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層孔隙度為5%～10%，滲透率<1×10-3μm2)[6]。研究區(qū)須家河組經(jīng)歷的最大埋深近7 km，強(qiáng)烈的埋藏壓實(shí)、膠結(jié)作用及構(gòu)造擠壓導(dǎo)致孔隙度較低。前已述及，該區(qū)斷裂、褶皺更為發(fā)育，規(guī)模裂縫更為發(fā)育，同時(shí)勘探實(shí)踐也表明此類氣藏具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的特點(diǎn)，具備較好的勘探潛力，進(jìn)一步證實(shí)了該區(qū)須家河組具有良好的儲(chǔ)集空間。

圖2 通南巴地區(qū)構(gòu)造地震解釋剖面簡(jiǎn)圖Fig.2 Seismic-structural interpretation profile of the Tongjiang-Nanjiang-Bazhong area

2.2 儲(chǔ)集空間類型

受埋藏深度大、經(jīng)歷成巖作用復(fù)雜及處于盆緣受到強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用影響，馬路背地區(qū)須家河組砂巖原生孔隙幾乎破壞殆盡，顆粒之間以線接觸-凹凸接觸為主，緊密排列(圖3-A)?，F(xiàn)今有效儲(chǔ)集空間以次生儲(chǔ)集空間為主，包括次生溶蝕孔隙、高角度構(gòu)造裂縫、粒間雜基溶蝕孔、微裂縫等，與溶蝕作用有關(guān)的大量微孔隙及裂縫是主要的儲(chǔ)集空間類型。在普通顯微鏡下，難以發(fā)現(xiàn)大量的次生溶蝕孔隙；但是在掃描電鏡下，可以觀察到大量溶蝕微孔隙(溶蝕成分主要為長(zhǎng)石、巖屑等)。這類孔隙雖然很小，但大規(guī)模發(fā)育，正是這些大面積分布的砂巖基質(zhì)微孔隙構(gòu)成了主要的儲(chǔ)集空間(圖3-B)。同時(shí)，研究區(qū)斷裂發(fā)育，微裂縫(圖3-C)及規(guī)模網(wǎng)狀裂縫極其發(fā)育(圖3-D)，裂縫有效地溝通了規(guī)模微孔隙，將微孔隙連通，形成滲流通道，對(duì)儲(chǔ)層的物性改善具有極為重要的作用，使得須家河組氣藏在儲(chǔ)層極其致密的背景下仍能獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

馬103井須二段測(cè)試獲得高產(chǎn)，該井距離斷裂約980 m，巖心實(shí)測(cè)孔隙度為1.37%～3.38%，平均為2.22%；滲透率為(0.017～0.065)×10-3μm2，平均為0.028×10-3μm2。巖心、成像測(cè)井資料顯示須二段裂縫極為發(fā)育，裂縫傾角60°～90°，走向主要有2個(gè)：北東-南西向及北西-南東向，石英半充填，成像測(cè)井解釋高導(dǎo)縫16條，表現(xiàn)為網(wǎng)狀裂縫(圖3-D)，裂縫發(fā)育段的裂縫開度最大達(dá)1 cm，具有較好的輸導(dǎo)及儲(chǔ)集能力。

2.3 儲(chǔ)集體發(fā)育控制因素

基于馬路背地區(qū)須家河組儲(chǔ)集空間特征及成因的分析，認(rèn)為馬路背地區(qū)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層發(fā)育主要受以下2個(gè)方面因素控制。

2.3.1 大面積基質(zhì)微孔隙發(fā)育的砂巖是斷縫儲(chǔ)集體形成的基礎(chǔ)

須家河組沉積時(shí)期，四川盆地北部地區(qū)發(fā)育大型辮狀河三角洲沉積建造，水下分流河道砂體大面積分布。馬路背地區(qū)須家河組主要發(fā)育第二段、第四段2套產(chǎn)層。須二段、須四段沉積時(shí)期，物源供給充分，大型辮狀河三角洲前緣水下分流河道頻繁改道、交叉和歸并，辮狀河三角洲前緣厚層砂體疊置連片大面積展布。鑄體薄片、掃描電鏡照片等資料顯示，須家河組砂體基質(zhì)微孔隙較為發(fā)育，說(shuō)明在成巖期源巖在生烴過(guò)程中排出有機(jī)酸對(duì)大面積分布的砂體發(fā)生了不同程度的溶蝕作用，為大規(guī)模油氣聚集提供了良好的賦存場(chǎng)所[7]。

圖3 須家河組致密砂巖儲(chǔ)層微觀特征Fig.3 Microscopic features of tight sandstone reservoir of Xujiahe Formation(A)顆粒緊密接觸,馬101井; (B)粒內(nèi)溶孔,馬101井; (C)微裂縫,馬101井;(D)大規(guī)模網(wǎng)狀微裂縫,馬103井

2.3.2 大規(guī)模有效裂縫是斷縫儲(chǔ)集體形成的關(guān)鍵

大規(guī)模網(wǎng)狀裂縫發(fā)育是研究區(qū)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井產(chǎn)層的重要特點(diǎn)。通過(guò)巖心、成像測(cè)井資料對(duì)裂縫分析表明，須家河組有效裂縫傾角多為中-高角度，大規(guī)模有效裂縫發(fā)育主要受斷裂及斷裂形成的相關(guān)褶皺共同影響。

馬103井須家河組巖心實(shí)測(cè)孔隙度平均為2.2%，測(cè)井解釋孔隙度也較低。但該井須家河組規(guī)模網(wǎng)狀有效裂縫非常發(fā)育，裂縫以中高角度的構(gòu)造裂縫為主，且裂縫具有開度大、密度高、長(zhǎng)度大的特征，在顯微鏡下可以觀察到大量剛性顆粒破裂形成顆粒內(nèi)部微裂縫，中高角度構(gòu)造裂縫與顆粒內(nèi)部微裂縫形成大量網(wǎng)狀裂縫。馬101井、馬103井雖然須家河組儲(chǔ)層致密，但長(zhǎng)期開發(fā)具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特點(diǎn)，分析認(rèn)為規(guī)模網(wǎng)狀有效裂縫起了關(guān)鍵性作用。研究表明，即使儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度低，但只要規(guī)模裂縫發(fā)育，仍可以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；但如果缺少規(guī)模網(wǎng)狀有效裂縫，往往難以獲得較好的產(chǎn)能。如馬201井與馬103井須二段沉積微相、巖石類型等特征基本相似，但馬201井巖心、成像測(cè)井表明規(guī)模有效裂縫不發(fā)育，測(cè)試產(chǎn)量也較低[8-9]。

前已述及，受周緣造山帶影響，元壩西部地區(qū)處于盆內(nèi)，須家河組構(gòu)造變形相對(duì)較弱，主要發(fā)育層狀孔隙型砂巖儲(chǔ)層，其發(fā)育展布主要受水下分流河道微相控制，這類儲(chǔ)層具有基質(zhì)物性相對(duì)較好(孔隙度>10%),儲(chǔ)層大面積展布的特點(diǎn)[10](圖4)。而馬路背地區(qū)須家河組雖然基質(zhì)孔隙度低，但由于其處于盆緣，晚燕山-喜馬拉雅時(shí)期在米倉(cāng)山-大巴山擠壓改造作用下，構(gòu)造變形程度強(qiáng)烈，斷裂、褶皺、規(guī)模裂縫發(fā)育，須家河組形成了新類型儲(chǔ)集體(基質(zhì)孔隙度低，裂縫發(fā)育)。這類儲(chǔ)集體受斷裂及伴生褶皺聯(lián)合控制，在斷裂(帶)附近，由斷層、褶皺伴生裂縫疊合基質(zhì)孔形成的不沿層狀分布的規(guī)模網(wǎng)狀縫孔儲(chǔ)滲體(簡(jiǎn)稱斷縫體，圖5)。

圖4 元壩地區(qū)須家河組大面積層狀相控型儲(chǔ)層模式圖Fig.4 Large-area layered and phase-controlled reservoir pattern of Xujiahe Formation in the Yuanba area

圖5 馬路背地區(qū)須家河組斷縫體模式圖Fig.5 The fault-fracture body pattern of Xujiahe Formation in the Malubei area

3 “斷縫體”氣藏特征

馬路背地區(qū)的勘探實(shí)踐表明，須家河組氣藏天然氣高產(chǎn)富集區(qū)多沿?cái)嗔鸭鞍樯薨櫝蕳l帶狀分布，深層海相優(yōu)質(zhì)烴源巖生成的天然氣沿深大斷裂縱向上輸導(dǎo)，與須家河組自身烴源巖生成的天然氣一起在網(wǎng)狀縫孔儲(chǔ)滲體(斷縫體)成藏富集，形成“斷縫體”氣藏。

3.1 氣藏特征

天然氣烴類氣體的碳同位素特征是判斷天然氣成因類型的重要指標(biāo)。天然氣組分分析表明，馬路背地區(qū)須家河組天然氣以烷烴氣為主，甲烷平均體積分?jǐn)?shù)(φ)為98%(圖6)， 干燥系數(shù)>0.98，為干氣，天然氣組分特點(diǎn)與西部元壩地區(qū)須家河組天然氣基本一致。馬路背地區(qū)須家河組天然氣的碳同位素分析表明，其δ13C1、δ13C2值分別為-29.3‰～-32.0‰、-31.3‰～-33.9‰，平均值分別為-30.9‰，-33.1‰，形成δ13C1>δ13C2的倒轉(zhuǎn)分布，δ13C2-δ13C1差值為 -0.7‰～-2.5‰。馬路背地區(qū)須家河組天然氣碳同位素具有倒轉(zhuǎn)特征，與川西、川中等地區(qū)須家河組典型自生自儲(chǔ)天然氣相比非常特殊[11-13]。通過(guò)氣源對(duì)比分析認(rèn)為，由于深大斷裂發(fā)育，馬路背地區(qū)須家河組甲烷和碳同位素值倒轉(zhuǎn)是由于海相氣和陸相氣混合所致，馬路背地區(qū)須家河組天然氣具有煤型氣和油型氣混合的特點(diǎn)。馬路背地區(qū)具有深層海相優(yōu)質(zhì)烴源巖與須家河組自身煤系烴源巖2套烴源巖“雙源供烴”的特征。

圖6 通南巴地區(qū)天然氣C1～C4烷烴氣δ13C值分布圖Fig.6 Distribution of δ13C values of natural gas C1～C4 alkane in the Tongjiang-Nanjiang-Bazhong area

3.2 成藏模式

馬路背地區(qū)須家河組天然氣來(lái)源于深層海相和須家河組自身煤系烴源巖2套優(yōu)質(zhì)烴源巖。海相烴源巖生成的天然氣通過(guò)燕山-喜馬拉雅期形成的深大斷裂向上輸導(dǎo)進(jìn)入須家河組儲(chǔ)集體，須家河組內(nèi)部大面積分布的砂巖和裂縫是須家河組自身烴源巖生成的天然氣和深層海相天然氣進(jìn)入須家河組有效儲(chǔ)集體的輸導(dǎo)體系。結(jié)合構(gòu)造演化及埋藏、充注史分析(圖7)，晚三疊世末期，馬路背地區(qū)須家河組產(chǎn)狀平緩、構(gòu)造穩(wěn)定，深層二疊系烴源巖已經(jīng)開始生氣，但深大斷裂尚未形成。中燕山-晚燕山期，須家河組儲(chǔ)層已經(jīng)致密化，在大巴山構(gòu)造帶強(qiáng)烈推覆作用下，大量深大斷裂開始形成，溝通海相烴源巖與陸相須家河組儲(chǔ)集體，海相烴源巖生成的天然氣通過(guò)深大斷裂運(yùn)移至須家河組斷縫儲(chǔ)集體。晚白堊世以來(lái)，川北地區(qū)大幅度抬升，斷裂、裂縫更為發(fā)育，須家河組氣藏進(jìn)一步調(diào)整改造，局部更加富集。馬路背地區(qū)須家河組氣藏表現(xiàn)為“雙源供烴、立體輸導(dǎo)、復(fù)式聚集、斷縫富集”的特點(diǎn)(圖8)。

圖7 馬路背地區(qū)馬3井埋藏史與充注史圖Fig.7 The burial and infilling history of Well Ma 3 in the Malubei area

圖8 馬路背地區(qū)須家河組“斷縫體”氣藏成藏模式示意圖Fig.8 The formation pattern of fault-fracture reservoirs of Xujiahe Formation in the Malubei area

因此，與川東北其他地區(qū)須家河組氣藏不一樣，馬路背地區(qū)須家河組發(fā)育一種新的氣藏類型，主要表現(xiàn)為儲(chǔ)集物性更差(孔隙度<4%)，裂縫規(guī)模大，相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體發(fā)育受斷裂及伴生褶皺控制，油氣來(lái)源于須家河組自身烴源巖和二疊系海相優(yōu)質(zhì)烴源巖，天然氣富集區(qū)帶沿?cái)嗔褞С省皸l帶狀”展布。

3.3 “斷縫體”氣藏高產(chǎn)富集主控因素

3.3.1 海相、陸相優(yōu)質(zhì)烴源巖雙源供烴

在馬路背地區(qū)，由于深大斷裂發(fā)育，具有深層海相優(yōu)質(zhì)烴源巖與須家河組自身煤系烴源巖“雙源供烴”的特征。

馬路背地區(qū)發(fā)育海相、陸相多套優(yōu)質(zhì)烴源巖，須家河組烴源巖以須二段中亞段和須三段為主。暗色泥巖厚度為30～110 m，由北向南，暗色泥巖厚度具有增大趨勢(shì)。須家河組泥巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍較高，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.13%～14.0%，平均為2.6%。須家河組烴源巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，干酪根以Ⅲ型為主，烴源巖熱演化程度已經(jīng)達(dá)到高成熟-過(guò)成熟階段，評(píng)價(jià)該區(qū)須家河組生氣強(qiáng)度為(10～15)×108m3/km3[14-16]；馬路背地區(qū)深層二疊系龍?zhí)督M烴源巖生氣強(qiáng)度為(10～30)×108m3/km3，具有陸相須家河組、海相二疊系2套優(yōu)質(zhì)烴源巖“雙源供烴”的優(yōu)勢(shì)。總體來(lái)看，馬路背地區(qū)須家河組氣藏?zé)N源條件十分優(yōu)越，為大規(guī)模油氣聚集提供了堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。

3.3.2 切源斷裂輸導(dǎo)體系提供有效的運(yùn)移通道

馬路背地區(qū)馬3井生烴史研究表明，與氣包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度為130～200℃(圖9)，主峰在150～180℃，顯示天然氣的主要運(yùn)聚成藏時(shí)期在150～90 Ma B.P.，即晚侏羅世-早白堊世(圖7)。馬路背地區(qū)須家河組烴源巖生烴高峰期為晚侏羅世-早白堊世，海相二疊系烴源巖生烴高峰期為早侏羅世-早白堊世。中燕山期以來(lái)，在大巴山構(gòu)造帶的強(qiáng)烈推覆擠壓下，形成了大量北西向深大斷裂；同時(shí)，該階段強(qiáng)烈的構(gòu)造變形作用，在陸相地層形成了大量斷裂，在致密砂巖儲(chǔ)層中形成了大規(guī)模網(wǎng)狀裂縫[17]。晚侏羅世-早白堊世時(shí)期是海相、陸相烴源巖生烴高峰期,又是深大斷裂形成時(shí)期，因此，從深大斷裂形成時(shí)間與烴源巖生氣高峰的匹配關(guān)系上看，晚侏羅世-早白堊世是溝通深層二疊系烴源巖與須家河組有效儲(chǔ)集體的最佳時(shí)期。晚燕山期形成的深大斷裂輸導(dǎo)體系是海相二疊系烴源巖生成的天然氣能夠穿越嘉陵江組等層系膏巖進(jìn)入陸相須家河組有效儲(chǔ)集體的重要運(yùn)移通道。

圖9 馬3井須家河組油氣充注包裹體照片F(xiàn)ig.9 Microphotographs showing Xujiahe Formation hydrocarbon inclusions in Well Ma 3

因此，縱向輸導(dǎo)體系有效溝通了深層海相烴源巖和須家河組斷縫儲(chǔ)集體，同時(shí)形成了規(guī)模網(wǎng)狀有效儲(chǔ)集體，是高產(chǎn)富集的重要條件。

3.3.3 網(wǎng)狀縫孔儲(chǔ)滲體提供大規(guī)模的油氣賦存場(chǎng)所

馬路背地區(qū)須家河組辮狀河三角洲前緣河道砂體廣泛發(fā)育。巖石薄片、掃描電鏡、成像測(cè)井等資料表明，馬路背地區(qū)須家河組由于埋藏深度大，后期強(qiáng)烈破壞性成巖作用及構(gòu)造擠壓作用，使得原生孔隙消失殆盡；但在掃描電鏡下可以看到大量基質(zhì)微孔隙，這些微孔隙只有通過(guò)大規(guī)模網(wǎng)狀裂縫溝通才能成為有效孔隙。馬路背地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造背景形成了現(xiàn)今頗具規(guī)模的有效裂縫發(fā)育帶，須家河組大面積分布的致密砂巖儲(chǔ)層與大規(guī)模有效裂縫有效疊合形成了有效儲(chǔ)集體，為須家河組氣藏形成提供了充足的賦存空間，是控制“斷縫體”氣藏高產(chǎn)富集的關(guān)鍵因素。

4 結(jié) 論

四川盆地北部馬路背地區(qū)須家河組基質(zhì)孔隙度低(孔隙度<4%)，規(guī)模裂縫發(fā)育，發(fā)育受斷裂及伴生褶皺控制的新類型儲(chǔ)集體，主要由裂縫、基質(zhì)微孔組成的網(wǎng)狀縫孔儲(chǔ)滲體(斷縫體)。大面積基質(zhì)微孔隙的發(fā)育及大規(guī)模有效裂縫溝通是儲(chǔ)集體形成的主要原因。海相、陸相優(yōu)質(zhì)烴源巖雙源供烴、切源斷裂垂向輸導(dǎo)體系、規(guī)模網(wǎng)狀縫孔儲(chǔ)滲體控制了“斷縫體”氣藏的富集及高產(chǎn)。

持續(xù)的勘探實(shí)踐和研究表明，四川盆地北部須家河組致密砂巖資源背景雄厚，具有良好的成藏條件，具備形成大中型氣田的基本條件。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于致密砂巖氣藏本身特有的“大面積、低豐度”特點(diǎn)，導(dǎo)致商業(yè)開發(fā)難度大，馬路背地區(qū)須家河組“斷縫體”氣藏的發(fā)現(xiàn)及深入研究，對(duì)于推動(dòng)該區(qū)及其他類似地區(qū)致密砂巖資源的有效開發(fā)具有積極意義。