川西北部上二疊統(tǒng)吳家坪組沉凝灰?guī)r分布及地質(zhì)意義

曾 琪 田云英 鄭 超 王旭麗 李榮容

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700）

0 引言

川西北部地區(qū)位于四川盆地西北部，北至廣元、旺蒼地區(qū)，南至安縣、綿陽地區(qū)，西至北川、青川地區(qū)，東至蒼溪、鹽亭地區(qū)。構(gòu)造上位于上揚子地臺的西北部，主體位于龍門山山前斷褶構(gòu)造帶、米倉山山前斷褶構(gòu)造帶以及川北古中坳陷低緩構(gòu)造帶。近期，在S101 井、YB7 井上二疊統(tǒng)吳家坪組沉凝灰?guī)r段測試獲工業(yè)氣流，標(biāo)志著四川盆地針對該巖類地層的勘探取得重大突破。前期，研究區(qū)吳家坪組作為兼探層系，研究主要集中在地層、沉積方面［1-2］，對沉凝灰?guī)r重視不夠，目前尚未開展系統(tǒng)研究。為此，筆者利用巖屑、巖心及測井等資料分析區(qū)內(nèi)沉凝灰?guī)r分布及其地質(zhì)意義，以期為下一步油氣勘探提供借鑒和參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

中、晚二疊世之間發(fā)生的東吳運動造成區(qū)內(nèi)地殼差異性升降［3-4］，形成地塹地壘格局，主要表現(xiàn)在川西南部地區(qū)川滇古陸不斷隆升，同時伴隨峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)；廣元—旺蒼一帶則發(fā)生拉張沉降。這些因素共同控制了川西北部地區(qū)晚二疊世吳家坪期的沉積格局，整體上形成了西南高、北東低的地貌特征。

根據(jù)鉆井及野外露頭資料可知，研究區(qū)吳家坪組底部為粉砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖夾煤，為濱岸沼澤環(huán)境下的產(chǎn)物，與下伏茅口組呈不整合接觸。隨著海水由北東向盆內(nèi)不斷侵入，整體沉積環(huán)境向碳酸鹽巖緩坡—臺地轉(zhuǎn)變，形成了大量的碳酸鹽巖建造，同時峨眉山地裂運動產(chǎn)生了大量的火山灰，形成火山—沉積碎屑巖建造，為噴發(fā)—沉積相。吳家坪組沉積晚期，火山活動趨于平靜，海平面不斷上升，川西北部地區(qū)發(fā)育臺地— 斜坡碳酸鹽巖沉積。整體上，區(qū)內(nèi)吳家坪組沉積期經(jīng)歷了“濱岸沼澤—碳酸鹽巖緩坡—噴發(fā)相—開闊臺地”的4 段式沉積演化過程（圖1）。沉積環(huán)境的復(fù)雜多變使區(qū)內(nèi)吳家坪組的巖性組合較為復(fù)雜，由碎屑巖、碳酸鹽巖、火山—沉積碎屑巖及其過渡巖類組成，富含硅質(zhì)結(jié)核（條帶）。

圖1 SY1-1井吳家坪組綜合柱狀圖

2 沉凝灰?guī)r特征

廣義的火山—沉積碎屑巖包括沉火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖兩大類。通過巖心觀察和薄片分析，區(qū)內(nèi)吳家坪組以沉火山碎屑巖為主，粒度較小，普遍為沉凝灰?guī)r。

2.1 巖石學(xué)特征

1）火山碎屑沉積巖。以正常沉積物質(zhì)為主，火山碎屑物質(zhì)含量占10%～50%，巖性特征基本同正常沉積巖，以壓實膠結(jié)和化學(xué)膠結(jié)為主。顆粒粒度介于0.01～0.10 mm 時，有凝灰質(zhì)灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)泥巖（圖2a、2b、2c）。由于凝灰質(zhì)易發(fā)生蝕變，這一過程中會有Mg2+產(chǎn)生，當(dāng)?shù)貙又蠱g2+與Ca2+達到一定比例時便可形成白云石［5］，薄片分析中易見凝灰質(zhì)白云巖。

圖2 川西北部地區(qū)吳家坪組沉凝灰?guī)r微觀特征照片

2）沉凝灰?guī)r。主要為深灰色含灰質(zhì)沉凝灰?guī)r，巖心觀察水平紋層較發(fā)育，紋層明暗相間。巖心柱面局部黃鐵礦富集，多為斑塊狀，局部呈紋層狀分布。火山碎屑含量高，一般為70%～85%，顆粒細小，呈定向排列，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主（圖2d、2e、2f）。根據(jù)巖心全巖X 射線衍射分析，黏土礦物含量較高，為44%～51%，石英含量為9%～31%，斜長石含量為9%～19%，白云石含量為6%～15%，黃鐵礦含量為1%～3%，菱鐵礦含量為3%～9%。

2.2 電性特征

沉凝灰?guī)r礦物成分復(fù)雜且容易發(fā)生蝕變導(dǎo)致其測井響應(yīng)特征具有較強的區(qū)域性。為準確識別沉凝灰?guī)r，利用巖心及常規(guī)測井資料分析，沉凝灰?guī)r在測井曲線上表現(xiàn)為“兩高一低”的特征，即高中子、高聲波時差、低電阻率。根據(jù)巖性掃描測井資料，如圖3中L2井5 973～5 990 m所示，沉凝灰?guī)r礦物成分主要由黏土、石英、斜長石、鈣長石、方解石、白云石及黃鐵礦組成，黏土含量約為40%。根據(jù)巖心、巖屑及特殊測井資料，利用典型井電性特征建立了補償中子—聲波時差、自然伽馬—補償中子、自然伽馬—聲波時差和自然伽馬—電阻率交會圖版（圖4），確定了泥質(zhì)灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、灰?guī)r的識別標(biāo)準。從圖4中可以看出，灰?guī)r的自然伽馬值介于15～42 API，補償中子值介于0～2 P·U，聲波時差值介于47.5～56.0 μs／ft；沉凝灰?guī)r的自然伽馬值介于39～118 API，補償中子值介于20～40 P·U，聲波時差值介于77～100 μs／ft；泥質(zhì)灰?guī)r的自然伽馬值介于56～120 API，補償中子值介于2～10 P·U，聲波時差值介于52～66 μs／ft。

2.3 儲集性探討

根據(jù)L2 井巖心觀察可知局部沉凝灰?guī)r段見針孔，掃描電鏡分析表明，儲集空間以晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔為主（圖5）。5 個沉凝灰?guī)r段常規(guī)物性分析孔隙度介于1.79%～5.75%，平均為4.32%。測井解釋儲層厚5.1～66.9 m，孔隙度介于6.9%～12.4%，為中—低孔隙度、低滲透率儲層。鄰區(qū)YB7井巖心平均孔隙度為9.63%，為一套優(yōu)質(zhì)儲層［6］。展現(xiàn)了一定的勘探價值。

3 分布特征

圖3 L2井吳家坪組沉凝灰?guī)r段巖性掃描測井圖

圖4 吳家坪組巖性定性識別圖版

吳家坪組沉積早—中期，火山噴發(fā)活動較為頻繁，為區(qū)內(nèi)提供了豐富的火山灰物質(zhì)來源。鉆井證實該地層中下部發(fā)育多套厚度不等的沉凝灰?guī)r，其中具有一定厚度及平面分布范圍的沉凝灰?guī)r發(fā)育在吳家坪組中部。根據(jù)35 口鉆井資料編制了沉凝灰?guī)r厚度分布圖（圖6），以SY1-1井區(qū)—LG70井區(qū)沉積最厚，可達60～82 m，其次，在元壩及九龍山局部地區(qū)也有分布，但厚度相對較薄，厚約20 m。

圖5 L2井吳家坪組沉凝灰?guī)r孔隙類型鏡下照片

圖6 川西北部地區(qū)吳家坪組沉凝灰?guī)r等厚圖

火山灰搬運通常有兩種形式，一種是火山灰在風(fēng)力作用下直接從空中降落，即“空降型”；一種是經(jīng)流水搬運再沉積下來，即“水?dāng)y型”［6］186。區(qū)內(nèi)沉凝灰?guī)r主要是火山灰噴出后，在風(fēng)力作用下被搬運至遠離火山口的位置，再降落到碳酸鹽巖海相沉積環(huán)境中形成的，薄片分析常見碳酸鹽膠結(jié)。因此，區(qū)內(nèi)沉凝灰?guī)r的分布受風(fēng)力、海底地形、海水等多重因素影響。通常來講，地貌較低的位置易于接受沉積，因此，海底地形是影響沉凝灰?guī)r分布的重要因素之一?？紤]到當(dāng)時的沉積環(huán)境，采用殘余厚度法恢復(fù)了沉凝灰?guī)r沉積前古地貌（圖7）。殘余厚度較大，指示古地貌為相對負地貌，反之亦然［7-9］。SY1-1井到龍崗西一帶殘余地層厚度大于50 m，為沉積洼地，其余地區(qū)殘余地層厚度變化不大，一般為10～20 m，表明古地貌起伏不大。由此可見，區(qū)內(nèi)沉凝灰?guī)r局部富集受其沉積前古地貌影響較大。

4 地質(zhì)意義

根據(jù)研究及試油資料證實，川西北部地區(qū)吳家坪組沉凝灰?guī)r具有一定的儲集能力，且分布面積廣，可作為一個新的勘探對象，予以重視。

4.1 沉凝灰?guī)r具有自生自儲能力

根據(jù)試油及鉆錄井資料證實，川西北部地區(qū)吳家坪組發(fā)育沉凝灰?guī)r這一新的儲層類型，儲集空間以晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔為主。根據(jù)測井資料分析，沉凝灰?guī)r優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在SY1-1井—龍崗西地區(qū)一帶。L2井元素測井計算總有機碳含量約5%，元壩地區(qū)深灰色、灰黑色沉凝灰?guī)r、泥灰?guī)r總有機碳含量平均值為3.59%［10］。由此可見，沉凝灰?guī)r可以作為一種新的烴源巖參與供烴。因此，該巖類既具有良好的生烴能力又可作為有效儲層，具備較好的自生自儲能力。

4.2 沉凝灰?guī)r與多期礁灘疊置發(fā)育

圖7 川西北部地區(qū)吳家坪組沉凝灰?guī)r沉積前古地貌圖

通常而言，臺地邊緣灘這類水動力條件較強的沉積環(huán)境有利于優(yōu)質(zhì)儲層的形成和演化［11-13］。區(qū)內(nèi)吳家坪組沉積早期發(fā)育緩坡沉積，沉積中期受拉張斷裂作用影響，川西北部地區(qū)形成地塹地壘，沉凝灰?guī)r則富集在地貌較低的SY1-1 井區(qū)— 龍崗西一帶，起到了填平補齊、抬高地貌的作用，造成臺盆分異加劇。吳家坪組沉積晚期繼承了前期地貌，在SYS局部地區(qū)及龍崗西一帶的地貌高地形成較厚的臺緣灘沉積，薄片分析其巖性以具有粘結(jié)特征的生屑灘、少量顆粒粘結(jié)巖為主，厚度為40～90 m，向北、北東方向逐漸過渡為斜坡—陸棚沉積環(huán)境，厚度亦快速減薄至13～24 m，巖性以泥晶灰?guī)r為主。由此可見，厚層沉凝灰?guī)r沉積為晚期臺緣灘形成創(chuàng)造了地貌條件。根據(jù)相關(guān)研究表明，龍崗西—元壩一帶也是中二疊統(tǒng)茅口組臺緣灘、上二疊統(tǒng)長興組生物礁疊合發(fā)育區(qū)［14-16］。因此，該區(qū)帶是沉凝灰?guī)r與多期礁灘疊置發(fā)育區(qū)，具備立體勘探優(yōu)勢。

5 結(jié)論

1）川西北部地區(qū)吳家坪組沉凝灰?guī)r電性上具有“兩高一低”的特征，即高中子、高聲波時差、低電阻率。

2）縱向上，吳家坪組沉凝灰?guī)r主要分布在中部，推測在吳家坪組沉積中期可能有大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)為區(qū)內(nèi)提供了豐富的火山灰來源。平面上主要分布在SY1-1 井—龍崗西一帶，其次在元壩—九龍山局部一帶，其分布范圍受古地貌影響較大。厚層沉凝灰?guī)r沉積為SY1-1 井—龍崗西地區(qū)吳家坪組晚期臺緣灘的形成創(chuàng)造了地貌條件。同時，該區(qū)塊發(fā)育茅口組臺緣灘、長興組生物礁，具有多層系立體勘探的有利條件，值得重視。

3）吳家坪組沉凝灰?guī)r具有一定的生烴能力及儲集空間，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在SY1-1 井—龍崗西一帶。針對該巖類的研究尚處于起步階段，加強基礎(chǔ)地質(zhì)研究，開展儲集性系統(tǒng)評價是當(dāng)務(wù)之急。