四川盆地南部地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組沉積微相研究

李明隆，譚秀成，李延鈞，江 林，胡 麗

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.中國石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川 成都 610500；3.成都創(chuàng)源油氣技術(shù)開發(fā)有限公司，四川 成都 610500；4.中國石油西南油氣田分公司，四川 瀘州 646000)

0 引 言

海相碳酸鹽巖一直是油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)[1-3]，而顆粒灘為海相碳酸鹽巖研究中重要的勘探對象[4-6]。四川盆地的多層系勘探實(shí)踐表明，顆粒巖與儲層密切相關(guān)[7-19]。四川盆地南部(蜀南)地區(qū)長興組即為此類勘探的典型實(shí)例。已有研究表明，蜀南地區(qū)長興組巖溶型儲集層主要發(fā)育于顆粒灘中[20]，因而，對該地區(qū)顆粒巖發(fā)育分布規(guī)律的研究顯得尤為重要。然而，該地區(qū)相關(guān)研究極為匱乏，雖然鉆井較多，但時間跨度大、資料品質(zhì)參差不齊、取心資料缺乏保護(hù)。鑒于此，在優(yōu)選原有鉆井取心資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合新井的鉆井取心資料綜合分析，對蜀南長興組沉積微相進(jìn)行了描述與劃分，并進(jìn)一步結(jié)合巖電響應(yīng)特征，建立了該區(qū)沉積相演化模式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于蜀南地區(qū)，大地構(gòu)造位置位于川中低緩褶皺帶南部和川南低陡褶皺帶北部。該地區(qū)受到深大斷裂及川中古隆起、瀘州古隆起的影響，呈現(xiàn)出隆坳相間的沉積格局[22]。此次研究選取資料保存較好、地層層序正常的153口鉆井，其中包括資料最為完整的41口重點(diǎn)井與巖心保存較好的9口取心井。

研究區(qū)上二疊統(tǒng)長興組地層由于相變與剝蝕的原因?qū)е潞穸炔町愝^大，高石梯—荷包場—丹鳳場—東山—花果山一帶的地層厚度較大，約為50～130 m，而研究區(qū)西部地層厚度較小，約為40～60 m。長興組頂部與下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組不整合接觸[23]，底部與上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M整合接觸。長興組可劃分為長一段和長二段：長一段厚度為20～50 m，下部巖性以泥巖、泥灰?guī)r為主，上部巖性以生屑泥晶灰?guī)r與泥晶生屑灰?guī)r為主；長二段厚度為20～80 m，下部巖性以泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，上部則主要為亮晶顆?；?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r(圖1)。長二段中上部多具有大氣淡水溶蝕特征，可見塑性角礫、粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎仍绯蓭r期大氣淡水淋濾的標(biāo)志。

圖1 研究區(qū)典型巖性柱狀圖

Fig.1 Typical lithologic column in the study area

2 沉積特征及沉積相劃分

2.1 沉積特征

晚二疊世長興期，蜀南地區(qū)受川中水下古隆起與瀘州古隆起的影響，處于水體相對較淺的碳酸鹽巖臺地環(huán)境，整體地貌呈東傾狀，局部存在微古地貌高地。研究區(qū)中東部沉積產(chǎn)物主要由顆?；?guī)r、礁灰?guī)r、泥晶灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r組成(圖2)，而西部則主要由泥灰?guī)r、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖組成?？v向上，長興組由2個向上變淺的沉積旋回構(gòu)成，每個旋回下部主要以泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，生屑含量較少，多為低能沉積物；中上部則為顆?；?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r等相對高能的沉積物為主，且可見塑性角礫、溶蝕孔洞等暴露巖溶的標(biāo)志，表明每個旋回晚期地質(zhì)體多處于海平面之上。

(1) 顆粒灰?guī)r。巖石為灰色或褐灰色，顆粒含量大于50%，生屑顆粒主要為有孔蟲、藻類、介殼類，以及少量腕足類、苔蘚蟲、棘屑等。形成環(huán)境分為2種：一是形成于水體能量較低的淺灘邊緣環(huán)境或較深水的低能灘環(huán)境，顆粒間多為灰泥充填(圖2a、b)；二是形成于水體能量較高的淺灘環(huán)境，顆粒間常被亮晶方解石膠結(jié)(圖2c、d)。顆?；?guī)r主要發(fā)育于長二段中上部，少量發(fā)育于長一段上部，多見溶蝕孔洞、塑性角礫等早成巖期暴露巖溶特征，是長興組最重要的儲集巖類。

(2) 礁灰?guī)r。巖石呈灰色、深灰色，造礁生物主要為海綿，包括纖維海綿、硬海綿和串管海綿等；附礁生物主要為有孔蟲、腕足、雙殼、苔蘚蟲、棘皮、藻類等；膠結(jié)物主要為灰泥(圖2e)。根據(jù)生物的主要造礁機(jī)理與研究區(qū)的古地理背景認(rèn)為，礁灰?guī)r屬于障積點(diǎn)礁。

圖2 研究區(qū)長興組儲層巖石學(xué)特征

(3) 生屑泥晶灰?guī)r。巖石呈深灰色，顆粒含量為25%～50%，生屑顆粒為有孔蟲、藻類、介殼類、腕足類、棘皮類等，顆粒分選一般，部分具有一定磨蝕特征(圖2f、g)，表明顆粒具有原地堆積與異地搬運(yùn)2種來源。該類巖石主要發(fā)育于水動力較低的環(huán)境中。

(4) 含生屑泥晶灰?guī)r與泥晶灰?guī)r。巖石呈深灰色—黑灰色，生屑顆粒較為匱乏，顆粒含量小于25%，磨蝕特征不明顯，偶爾可見較完整的生屑顆粒，表明其顆粒多為原地形成(圖2h)。該類巖石主要發(fā)育于低水動力環(huán)境中。

(5) 碎屑巖-混積巖。此類巖石類型的顏色一般較深，為深褐色—灰黑色(圖2i)。其主要出現(xiàn)在研究區(qū)西部，且具有越向西碳酸鹽巖組分含量越少，碎屑巖組分含量越高的趨勢，均形成于低能環(huán)境。

2.2 沉積相劃分

通過對巖心、薄片觀察，結(jié)合測井、錄井等資料以及區(qū)域沉積背景分析，認(rèn)為蜀南地區(qū)長興組為連陸碳酸鹽巖臺地沉積體系，分為半局限臺地相與潮控濱岸相，包括臺內(nèi)灘(礁)、半局限潟湖、碎屑潮坪3個亞相，以及多種微相(表1)。

表1 研究區(qū)長興組沉積相類型劃分

2.2.1 潮控濱岸

潮控濱岸是指處于最高漲潮線至平均低潮線附近的淺水潮坪區(qū)域，沉積主要受到潮汐作用的改造，波浪影響微弱。蜀南地區(qū)晚二疊世長興期的潮控濱岸相以碎屑潮坪沉積為主。

碎屑潮坪亞相位于近濱岸地帶的淺海區(qū)，向陸一側(cè)過渡為最高漲潮線之上的濱岸平原沉積，向海一側(cè)漸變?yōu)槠骄统本€之下的半局限臺地沉積。碎屑潮坪沉積物以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖為主。根據(jù)沉積物巖性不同可細(xì)分為砂坪、砂泥坪、泥坪等微相類型。

該相帶在整個長興組均有發(fā)育。蜀南地區(qū)主要分布在西部地區(qū)，平行于西側(cè)康滇古陸軸線分布，陸源碎屑供應(yīng)充足，水動力條件弱，主要沉積了一套細(xì)粒碎屑巖。

2.2.2 半局限臺地

半局限臺地為一個沉積水體較淺且相對平坦的地區(qū)，向海方向受到局部水下正地貌的阻隔而受限，但受限程度一般，其水體很難達(dá)到石膏沉淀的鹽度，因而早期云化現(xiàn)象極為少見。蜀南地區(qū)半局限臺地相主要發(fā)育于潮控濱岸向海一側(cè)，沉積物多樣，可劃分為臺內(nèi)灘(礁)、半局限潟湖等亞相。

2.2.3 臺內(nèi)灘(礁)

臺內(nèi)礁在研究區(qū)發(fā)育頻率不高，僅在研究區(qū)高石梯部分地區(qū)有所發(fā)現(xiàn)，而且規(guī)模較小，為臺內(nèi)障積點(diǎn)礁，對微古地貌高地具有一定的加強(qiáng)作用，以下不再詳細(xì)描述，重點(diǎn)描述與儲層直接相關(guān)的臺內(nèi)灘相關(guān)沉積微相。

(1) 蟲屑灘微相。主要由亮晶有孔蟲灰?guī)r組成，生物主要為有孔蟲和各種生物碎屑顆粒，顆粒含量大于50%，有孔蟲生屑含量占總生屑顆粒含量的50%以上，另見少量藻屑、棘屑等。蟲屑多具有泥晶包鞘，部分因被完全泥晶化而無法識別其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此類蟲屑灘形成的能量較高，巖性純凈度較高，膠結(jié)物多為亮晶方解石，常發(fā)育粒內(nèi)溶孔與鑄?？?。該微相單灘體厚度相對較大，常作為臺內(nèi)灘灘核。

(2) 藻屑灘微相。主要由泥晶藻屑灰?guī)r及生屑泥晶灰?guī)r組成，顆粒含量為50%～80%，多為粗枝藻、二疊鈣藻等藻類顆粒，藻屑含量占總生屑顆粒含量的50%以上，含有少量有孔蟲、介殼類、棘屑等生屑顆粒。此類藻屑灘形成的能量相對較低，巖性純凈度較低，顆粒之間多充填灰泥，膠結(jié)致密，原生孔隙少見。該微相單灘體的厚度相對蟲屑灘較薄，常作為臺內(nèi)灘翼，或者作為相對低能灘體的主體。

(3) 灘間微相。灘間微相位于灘體之間相對低洼地區(qū)，一般位于平均浪基面之下，水體相對較深，能量較低。沉積物以層薄、粒細(xì)、色暗為特征，巖石類型以深灰色生屑泥晶灰?guī)r、含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主。

2.2.4 半局限潟湖

半局限潟湖主要處于平均浪基面以下的半局限臺地內(nèi)較低洼地區(qū)，水體循環(huán)受到限制，環(huán)境能量低，以低能沉積為主。巖石類型包括泥巖、泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r與少量生屑泥晶灰?guī)r。根據(jù)潟湖沉積物組分，可將其劃分為混積潟湖、灰質(zhì)潟湖等微相類型。

3 不同微相的儲集性能

通過對蜀南地區(qū)長興組不同沉積微相的物性統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，蟲屑灰?guī)r(灘核)微相沉積的亮晶蟲屑灰?guī)r具有最高的孔隙度和滲透率，平均孔隙度為3.25%，平均滲透率為6.580 mD。高能灘灘翼和低能灘藻屑灰?guī)r微相沉積的泥晶藻屑灰?guī)r，平均孔隙度為2.05%，平均滲透率為0.800 mD。灘間微相沉積的生屑泥晶灰?guī)r與含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r較為致密，平均孔隙度為1.12%，平均滲透率為0.140 mD。灰質(zhì)潟湖微相沉積的生屑泥晶灰?guī)r與含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r物性參數(shù)極差，平均孔隙度為0.85%，平均滲透率為0.003 mD。

受海平面高頻震蕩的影響，灘核與灘翼呈多期疊置關(guān)系，灘核部位的顆粒巖由于厚度大，原始孔隙度更易保存，而灘翼相對較差。灘核相對灘翼離海平面更近，最容易受到大氣淡水淋濾，且較多的原始孔隙也會成為溶蝕流體的通道，使得該類微相儲層更為發(fā)育。

4 沉積微相展布及演化模式

4.1 電性特征

在對取心井段巖石類型與微相類型識別的基礎(chǔ)上，建立測井?dāng)?shù)據(jù)與微相間的關(guān)系，以此來對未取心井段進(jìn)行巖性解釋，從而進(jìn)行沉積相的縱橫向?qū)Ρ?。由于研究區(qū)巖石類型多樣，單類測井?dāng)?shù)據(jù)不具有典型特征，因此，此次研究采用多種測井?dāng)?shù)據(jù)相結(jié)合的方式，并結(jié)合相應(yīng)的巖屑錄井，總結(jié)出不同微相的測井識別模型(表2)。

表2 研究區(qū)長興組主要沉積微相電性特征

4.2 縱橫向展布

研究區(qū)長興組分為一段與二段2個成灘期，2次成灘期均發(fā)育多期單灘體?？v向上，長二段較長一段灘體更發(fā)育、單灘體厚度更大，灘核部發(fā)育較高能的蟲屑灘微相。橫向上局部微古地貌高地灘體更加發(fā)育，即研究區(qū)中東部位的灘體較西部更加發(fā)育(圖3)。

4.3 平面展布

基于研究區(qū)巖電模型解釋的各個單井巖性巖相與長興組各個亞段的沉積厚度圖，結(jié)合地震解釋資料，繪制研究區(qū)長一段與長二段沉積微相平面分布圖(圖4)。分析發(fā)現(xiàn)：受到川中古隆起與瀘州古隆起的影響，長一段灘體分布范圍主要集中在高石梯、荷包場、丹鳳場區(qū)域，均為較低能的藻屑灘；長二段沉積微相繼承了長一段的沉積微相分布格局，但灘體分布范圍規(guī)模均大于長一段，且有明顯向南、東方向遷移的趨勢，長二段灘體核部發(fā)育有較高能的蟲屑灘微相，主要分布在高石001-X21井到包65井一線及包30、丹18井區(qū)。

4.4 沉積相演化模式

由于常處于浪基面附近，碳酸鹽巖臺地內(nèi)部微古地貌高地上顆粒灘類的高能沉積較為發(fā)育[24]。在沉積過程中，顆粒灘的沉積速率較快，會使得該類古地貌差異得到加強(qiáng)[25]，因此，可以用顆粒灘厚度來恢復(fù)沉積期古地貌。根據(jù)各個單井縱向上與連井橫向上沉積微相分布特征，結(jié)合沉積期微古地貌特征，建立蜀南地區(qū)長興組顆粒灘的沉積演化模式，可劃分2個階段。

階段一為海侵階段—古隆起臺內(nèi)雛灘發(fā)育階段。長一段沉積初期，四川盆地發(fā)生較大規(guī)模的海侵(三級海平面變化)，海水從東部補(bǔ)給，沉積水體較深，總體處于平均浪基面之下。海侵初期受陸源碎屑的影響較大，以泥巖沉積為主，顆粒巖不發(fā)育，為半局限潟湖沉積。經(jīng)過海侵階段后，海平面開始下降，局部微地貌高地開始接受藻屑灰?guī)r沉積，形成雛灘，灘體規(guī)模不大。東部除臺內(nèi)灘沉積以外，以半局限潟湖沉積為主，在灘體發(fā)育較密集的區(qū)域可見灘間沉積(圖5)。

階段二為海侵階段—臺內(nèi)灘發(fā)育階段。長二段初期再次海侵，由于海平面的上升，開始出現(xiàn)半局限潟湖、灘間夾顆粒灘沉積，混積潟湖和碎屑潮坪均出現(xiàn)向陸收縮。海侵之后，進(jìn)入長興組最重要的成灘期。該階段，緩慢海退使得微古地貌高地處于海平面附近的高能帶，臺內(nèi)灘開始大規(guī)模發(fā)育，沉積較低能藻屑灘的同時，亦有大量較高能的蟲屑灘沉積出現(xiàn)，灘體之間多為灘間沉積微相(圖5)。

圖3 威陽17—高石28—高石17—高石001-X21井沉積微相連井對比

Fig.3 Microfacies correlation across Well Weiyang17-Well Gaoshi28-Well Gaoshi17-Well Gaoshi001X21

圖4 研究區(qū)長興組沉積微相平面分布

5 結(jié) 論

(1) 晚二疊世長興期蜀南地區(qū)位于連陸碳酸鹽巖半局限臺地內(nèi)，受瀘州水下古隆起與樂山—龍女寺水下古隆起的影響，顆粒灘亞相主要分布于微古地貌高地之上，沉積產(chǎn)物以蟲屑灰?guī)r、藻屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主。

(2) 蜀南地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組縱向上由2個海侵—海退沉積旋回構(gòu)成，海侵半旋回以潟湖沉積為主，海退半旋回以顆粒灘沉積為主，根據(jù)巖性、單灘體厚度可進(jìn)一步劃分為蟲屑灰?guī)r(灘核)、藻屑灰?guī)r(灘翼)與灘間3個微相。

(3) 蜀南地區(qū)早二疊世長興期沉積相帶受控于微古地貌高地，2次成灘期的沉積具有一定的繼承性，且長二段沉積期高能相帶的沉積厚度與沉積范圍均明顯擴(kuò)大，且灘體有向南、東遷移的趨勢。

(4) 受微古地貌與海平面升降影響，蜀南地區(qū)長興組蟲屑灰?guī)r沉積厚度大，原始孔隙度高且保存較好，距離海平面近，最容易受到大氣淡水淋濾影響，具有良好的儲集性能；灘翼微相內(nèi)的藻屑灰?guī)r相對蟲屑灰?guī)r的物質(zhì)基礎(chǔ)較差，儲集性能次之；灘間微相以及潟湖相的沉積產(chǎn)物均不具有儲集性能。

圖5 研究區(qū)長興組沉積相演化模式

Fig.5 Sedimentary facies evolution pattern of Changxing Formation in the study area