川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段沉積特征

宋曉波，隆 軻，王瓊仙，廖榮峰，陳 穎，許國明，蘇成鵬

(中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

四川盆地是我國重要的含油氣盆地之一，近年來，油氣勘探成果豐碩，發(fā)現(xiàn)了以普光、元壩、龍崗、安岳等為代表的多個超千億立方米規(guī)模的海相碳酸鹽巖大氣田。從這些大氣田成藏特征來看，發(fā)育大規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲層是規(guī)模成藏的關(guān)鍵因素之一。多年的勘探實踐證實，具有較強水動力能量的臺地邊緣礁灘相和臺地內(nèi)部發(fā)育的礁灘體是優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖孔隙型儲層發(fā)育的有利相帶[1-5]。中三疊世雷口坡期不具備大型礁灘相發(fā)育的古地質(zhì)背景，尋找發(fā)育規(guī)模儲層的沉積相帶是油氣勘探工作者努力探索的方向，通過10余年的持續(xù)研究和勘探，在川西地區(qū)發(fā)現(xiàn)了雷口坡組四段潮坪相白云巖大氣田，獲得了油氣勘探重大突破，探明天然氣儲量超千億立方米，展示了良好的勘探潛力。

前人對四川盆地雷口坡組沉積相進行了大量研究[6-15]。辛勇光等[6]、呂玉珍等[7]認(rèn)為四川盆地雷口坡組整體為一套障壁蒸發(fā)潟湖沉積，臺緣障壁之后潟湖邊緣的白云巖坪和顆粒淺灘是有利沉積相帶；李凌等[8]、黃東等[9]認(rèn)為四川盆地在中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積時期處于蒸發(fā)臺地—局限臺地—臺地邊緣沉積環(huán)境，發(fā)育多個鹽、膏湖盆；許國明等[10]、徐國盛等[11]認(rèn)為川西雷口坡組主要沉積相為局限—蒸發(fā)臺地相，區(qū)內(nèi)發(fā)育眾多潟湖、含膏潟湖和鹽湖；張勁超等[12]、曾德銘等[13]、辛勇光等[14]對川西地區(qū)雷口坡組顆粒灘分布進行了研究，認(rèn)為灘相白云巖是雷口坡組儲層主要儲集類型。由于前期勘探程度相對較低，前人對雷口坡組的沉積特征研究主要還是著眼四川盆地整體并針對其顆粒巖、膏鹽巖開展相應(yīng)的巖相和儲層研究，而沒有聚焦到更為細(xì)致的川西地區(qū)雷口坡組四段沉積特征研究上。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，充分利用近年來川西地區(qū)10余口取心鉆井獲得的資料，結(jié)合野外露頭剖面資料，針對川西地區(qū)雷口坡組四段上亞段沉積特征進行深入剖析，探討沉積微相與儲層發(fā)育的關(guān)系，明確儲層發(fā)育的有利沉積微相與展布特征，以期為川西雷口坡組油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

受全球古氣候冷暖變化旋回的控制，中三疊世為溫室氣候期。四川盆地西部地區(qū)處于古特提斯洋域中低緯度地區(qū)，緯度在北緯0°～20°之間，主要為干旱氣候[16-20]。古地理環(huán)境研究顯示，川西地區(qū)在中三疊世處于中上揚子克拉通臺地，邊緣發(fā)育有古陸或古隆起(圖1)，水體流通受限，主要為局限—蒸發(fā)沉積環(huán)境，有利于潮坪、潟湖等形成。臺地內(nèi)部受水下隆起的影響而存在明顯的沉積分異，尤其是瀘州古隆起的形成直接控制了四川盆地雷口坡組西厚東薄的沉積特征及巖性組合的變化。早期的研究認(rèn)為，瀘州—開江古隆起形成于雷口坡組沉積末期，早期隆起上具有雷口坡組沉積，后期構(gòu)造抬升，雷口坡組遭受剝蝕[21-22]。但據(jù)最新資料顯示，瀘州古隆起西北部雷口坡組底部具有超覆、頂部削截的特征，這說明雷口坡組沉積早期瀘州古隆起區(qū)已經(jīng)存在，后期隆起逐漸抬升，影響范圍逐漸擴大，盆地內(nèi)雷口坡組沉積物逐漸向古隆起四周退卻[23-24]。與此同時，中三疊世正好處于全球低海平面時期[25]，有利于蒸發(fā)巖發(fā)育，在海平面旋回呈總體下降并頻繁升降變化過程中形成了雷口坡組典型的膏鹽巖、白云巖和灰?guī)r的交互沉積建造(圖1)。

圖1 四川盆地晚三疊世前古地質(zhì)圖及地層劃分方案

2 地層特征

川西雷口坡組四段厚300～450 m，橫向上由西向東逐漸變薄，縱向上自下而上由膏鹽巖過渡到碳酸鹽巖，與其下伏雷口坡組三段為整合接觸，與上覆上三疊統(tǒng)馬鞍塘組為假整合接觸。根據(jù)巖性變化可將川西雷口坡組四段劃分為上、中、下3個亞段，其中上亞段(雷四3亞段)是儲層主要發(fā)育層段。雷四段上亞段巖性自下而上由白云巖類組合逐漸過渡為灰?guī)r類組合，其上、中、下部分對應(yīng)的巖性組合及電性特征存在明顯差異(圖2)。

(1)上部厚35～70 m，頂?shù)拙l(fā)育一套穩(wěn)定的白云巖段，累計厚度23～30 m，巖性為藻砂屑微晶白云巖、泥晶白云巖、藻白云巖和藻砂屑微晶白云巖。從電性特征來看，白云巖GR值36～67 API，電阻率值142～4 700 Ω·m。夾在2套白云巖段之間的為一套灰?guī)r段，主要為灰—深灰色亮晶藻砂屑灰?guī)r、泥微晶藻砂屑灰?guī)r、泥微晶藻灰?guī)r和微晶生屑砂屑灰?guī)r，GR值28～95 API，電阻率值19～49 000 Ω·m，平均23 400 Ω·m，電阻率值較高。

(2)中部厚20～25 m，橫向上分布較穩(wěn)定，為一套致密層段。巖性主要為灰—深灰色亮晶藻砂屑灰?guī)r、泥微晶藻灰?guī)r、亮晶藻砂屑白云質(zhì)灰?guī)r、夾亮晶含礫屑砂屑白云巖。從電性曲線來看，GR值26～62API，整體比較穩(wěn)定，典型特征為電阻率值較高，均大于6 000 Ω·m，最高在60 000 Ω·m以上。

圖2 川西地區(qū)X6井中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段沉積特征綜合柱狀圖

(3)下部厚69～83 m，橫向上分布較為穩(wěn)定。巖性以白云巖類為主，主要為灰—深灰色泥—細(xì)晶白云巖、泥—粉晶白云巖、含藻泥微晶白云巖、亮晶藻紋層白云巖、泥微晶藻白云巖、紋層狀藻白云巖、藻紋層泥微晶白云巖，頂部夾薄層含藻灰質(zhì)白云巖、藻紋層含灰質(zhì)白云巖。從電性曲線來看，GR值24～144 API，電阻率113～5 130 Ω·m。

3 沉積特征

3.1 沉積相類型及特征

基于10余口鉆井巖心和巖屑的系統(tǒng)觀察以及1 000余件巖石薄片鑒定，通過各類沉積相標(biāo)志識別，在巖石類型和沉積構(gòu)造綜合分析基礎(chǔ)上，認(rèn)為川西地區(qū)雷口坡組四段上亞段主要為局限—蒸發(fā)臺地、潟湖沉積，其中局限臺地相潮坪亞相進一步識別出了多個微相類型(表1)。

(1)膏云坪—云膏坪：處于潮上帶，大部分時間暴露于大氣之下，巖性主要有含膏質(zhì)白云巖、白云質(zhì)膏巖，部分含膏質(zhì)團塊(圖3a)，呈透鏡狀分布，主要發(fā)育于雷四段中亞段。

(2)(藻)云坪：處于潮間帶上部，水動力條件較弱，水體較淺，是潮汐作用造成淺水地帶間歇性暴露的寬闊潮坪。以發(fā)育灰、褐灰色溶孔晶粒白云巖、(含)藻白云巖、紋層狀藻粘結(jié)白云巖為主，偶見白云質(zhì)灰?guī)r，可見藻紋層、藻疊層構(gòu)造(圖3b-e)。同時，由于海平面升降變化頻繁，導(dǎo)致經(jīng)常暴露于水面之上，鳥眼、窗格孔、干裂等暴露標(biāo)志發(fā)育(圖3f-h)。此微相在雷四段上亞段下部廣泛發(fā)育。

(3)(藻)云灰坪—(藻)灰云坪：位于潮間帶下部，水動力條件總體較弱，周期性暴露于大氣環(huán)境之下，準(zhǔn)同生期的毛細(xì)管濃縮作用有助于白云石化作用，但白云石化作用并不徹底，巖性以白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主，由于藍(lán)藻較發(fā)育，還可見少量藻凝塊灰?guī)r、藻紋層灰?guī)r等；可見波狀層理(圖3i)、藻疊層構(gòu)造、藻紋層構(gòu)造等，偶見鳥眼構(gòu)造。該微相主要發(fā)育于雷四段上亞段中上部。

(4)(藻)砂屑灘：主要發(fā)育于潮間帶至潮下環(huán)境中，由于海平面變化頻繁，在水動力較強時期，波浪和潮汐作用形成內(nèi)碎屑顆粒，并進一步改造形成席狀灘，以砂屑白云巖為主，其內(nèi)碎屑主要成分由藻砂屑、砂屑(圖3i，j)組成。該微相主要發(fā)育于雷四段上亞段上部。

(5)(藻)灰坪：常見于潮下環(huán)境，長期處于水下，以灰色泥—微晶灰?guī)r、(含)藻灰?guī)r沉積為主(圖3k)；水動力條件較弱，該微相主要發(fā)育于雷四段上亞段上部。

(6)潟湖：前人研究認(rèn)為，川西地區(qū)在中三疊世雷口坡期受江南古陸、康滇古陸、大巴山古陸以及龍門山島鏈的圍限，處于局限的沉積環(huán)境，廣泛發(fā)育潟湖亞相。其中雷四段沉積早—中期，以發(fā)育厚大膏(鹽)巖沉積為主，晚期轉(zhuǎn)變?yōu)楹喟自茙r與膏巖、白云巖互層。膏質(zhì)潟湖微相在雷四段中、下亞段較發(fā)育，上亞段沉積早期在局部地區(qū)可能有膏質(zhì)潟湖微相發(fā)育。

3.2 沉積相模式

WILSON[26]在上世紀(jì)七十年代中期就建立了比較完善的碳酸鹽巖標(biāo)準(zhǔn)相帶模式，在我國已被廣泛采用，其對碳酸鹽沉積相的劃分起到了指導(dǎo)性作用。隨后，諸多學(xué)者又對碳酸鹽巖沉積模式進一步總結(jié)完善，并提出了新的分類系統(tǒng)[27-28]。川西地區(qū)在雷口坡組沉積時，受干熱的古氣候、低海平面、古陸或古隆起圍限的古地理背景影響，導(dǎo)致其沉積環(huán)境有其自身的特殊性。根據(jù)其沉積充填特征和沉積相類型，結(jié)合碳酸鹽臺地理想相模式及前人研究成果，建立了川西地區(qū)雷四段以潮坪—潟湖為主的沉積模式(圖4)，具有以下沉積特點：

表1 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段沉積相劃分

圖3 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段典型沉積微相的巖石特征

(1)受灘/島的阻隔，以及海退期干旱氣候條件影響，強蒸發(fā)作用使海水咸化。根據(jù)研究區(qū)M1井雷四段上亞段自上而下采集的10件碳酸鹽巖樣品的碳氧同位素測試結(jié)果所計算的Z值來看(表2)，數(shù)值整體較高，主要分布在127.86～131.58，證實其沉積水體的古鹽度高，碳酸鹽泥及顆粒容易發(fā)生白云巖化作用，從而形成大面積分布的準(zhǔn)同生期白云巖。海侵期，隨著海水持續(xù)補給，鹽度下降，水動力能量增強，潮間下部—潮下帶微古地貌較高部位顆粒巖發(fā)育，但白云巖化弱，以灰?guī)r類為主。

(2)地勢平坦，相對海平面輕微的下降或者上升也會造成臺地大面積暴露于地表或重新被海水淹沒，一方面使巖性、微相縱向變化快(圖2)；另一方面，多期頻繁的暴露容易受大氣水淋濾溶蝕，形成縱向疊置、橫向連片的孔隙發(fā)育層段。

(3)生物多樣性較低，以薄殼耐鹽生物為主[6]，席狀分布的藻類是一個重要特征。雷口坡組四段沉積時正是由于氣候干旱、鹽度較大，陽光充足有利于藻類生長，才形成了以藻類為主體的生態(tài)系統(tǒng)，其他宏體類生物生長受到一定抑制，如苔蘚蟲、珊瑚、腹足、粗枝藻、腕足、棘皮等少量發(fā)育且個體較小，尤其是在川西地區(qū)雷四段上亞段，藻類廣泛發(fā)育，藻紋層(藻疊層)、藻凝塊、藻砂屑碳酸鹽巖十分常見；由于微環(huán)境的差異，雷四段上亞段中由藻類活動所形成的碳酸鹽巖類型多樣，主要有藻疊層白云巖、藻凝塊白云巖、紋層石白云巖、藻砂屑白云巖等。

3.3 沉積相展布

川西地區(qū)中三疊世整體上古地貌特征為東高西低，海水從西側(cè)經(jīng)過龍門山島鏈向東進入盆地。

雷四段上亞段沉積前，主要為蒸發(fā)潮坪、膏質(zhì)潟湖亞相沉積，以含膏白云巖、膏巖與微晶白云巖不等厚互層為特征；隨后雷四段上亞段沉積早期，海平面有所上升，但水體仍然較淺，川西廣大區(qū)域整體處于潮間帶上部，廣泛發(fā)育多套云坪、藻云坪沉積微相組合，藻類繁盛，此時膏巖不發(fā)育，主要為微—粉晶白云巖、含藻白云巖夾藻砂屑白云巖，縱向上呈多層疊置，橫向分布較穩(wěn)定(圖5)。平面上，由西向東依次為潮下帶—潮間帶—潮上帶，其中，都江堰一帶主要為潮下—潮間下帶(藻)灰坪、藻砂屑灘微相沉積區(qū)，彭州—什邡一帶主要以潮間帶(藻)云坪微相為主，為白云巖儲層發(fā)育的有利微相，向東過渡為潮上帶(圖6)。

圖4 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段沉積模式

表2 川西地區(qū)M1井中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段碳酸鹽巖碳氧同位素分析

雷四段上亞段沉積中—晚期，海平面進一步上升，川西地區(qū)整體由潮間上帶演變?yōu)槌遍g下帶，局部水體加深甚至演變?yōu)槌毕聨?，以潮間下帶—潮下帶藻砂屑灰?guī)r、晶粒灰?guī)r沉積為主，且在研究區(qū)西部橫向變化小，展布較穩(wěn)定，厚度在25 m左右，向東到德陽以東地區(qū)，厚度有所減薄。在海平面達(dá)到雷四段上亞段沉積中—晚期的最高位之后開始下降，整體沉積環(huán)境又逐漸變成潮間上帶，發(fā)育橫向分布穩(wěn)定的云坪—藻云坪微相(圖7)，沉積厚度十余米，與其下部具有相似的沉積特征；最后經(jīng)歷一次短暫的潮間下帶藻砂屑灘—潮間上帶藻云坪沉積過程。

圖5 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段沉積微相對比

圖6 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段下部沉積微相

圖7 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組四段上亞段中—上部沉積微相

4 潮坪沉積與儲層發(fā)育的關(guān)系

沉積作用是儲層形成的先決條件。宏觀上，沉積微相反映出一定時空范圍內(nèi)相對均一的巖石特征，因此決定了儲層的空間分布；微觀上，沉積微相決定了儲層的礦物組成和原始孔隙結(jié)構(gòu)，從而影響著后期的成巖演化。上述沉積特征分析表明，川西地區(qū)雷四段上亞段總體處于潮坪沉積環(huán)境，水體整體較淺，沉積期海水的升降與微幅度的古地貌控制了微相的分布。由于潮間帶藻云坪、云坪微相在低海平面期容易暴露，有利于準(zhǔn)同生期大氣水淋濾溶蝕作用的發(fā)生，從而對含藻白云巖、晶粒白云巖進行改造，形成優(yōu)質(zhì)孔隙型儲層。

更為重要的是，高頻沉積旋回對儲層發(fā)育具有明顯的控制作用。川西地區(qū)雷四段上亞段沉積時，由于相對海平面變化頻繁，形成了多個向上變淺的高頻沉積旋回(圖2)。其中，潮間帶—潮上帶區(qū)域海平面一次輕微的下降就會造成臺地大面積暴露，引起廣泛的大氣水淋濾溶蝕作用。從儲層孔隙發(fā)育程度來看，儲層主要發(fā)育在距暴露面較近的白云巖中，且不同層段樣品離暴露面距離越近，儲層孔隙越發(fā)育，即具有一定的正相關(guān)。從而形成縱向多層疊置、厚度較薄，平面分布廣泛的優(yōu)質(zhì)儲層。

5 結(jié)論

(1)川西地區(qū)雷口坡組四段上亞段為一套含藻碳酸鹽巖，下部以含藻白云巖、微—粉晶白云巖為主；中上部巖性較復(fù)雜，為藻砂屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、藻砂屑微晶白云巖、泥晶白云巖；縱向上由多個高頻沉積旋回組成。

(2)川西地區(qū)雷口坡組四段上亞段主要為局限—蒸發(fā)臺地潮坪沉積。橫向上，沉積微相由西向東依次發(fā)育生屑灘/灰坪、藻云坪/云坪、膏云坪，其中藻云坪、云坪是儲層發(fā)育的有利微相；縱向上水體逐漸變深，由潮間帶過渡為潮下帶，其中，潮間帶多期次頻繁的暴露使灰?guī)r發(fā)生白云巖化、并在大氣水淋濾過程中發(fā)生溶蝕，形成縱向多層疊置的儲層發(fā)育層段。