川西北地區(qū)天井山古隆起規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層的成因及其地質(zhì)意義

辛勇光 王興志 唐青松 田 瀚 張 豪 徐 亮馮慶付 尹 宏 王旭麗

1.西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 3.中國(guó)石油西南油氣田公司 4.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

1972年，在四川盆地西北部江油地區(qū)發(fā)現(xiàn)了高豐度的中三疊統(tǒng)雷口坡組氣藏[1]，天然氣探明儲(chǔ)量為86.3h108m3，儲(chǔ)層為微生物巖儲(chǔ)層；近期，相鄰的劍閣地區(qū)鉆探的雙魚001-1井在雷口坡組三段（以下簡(jiǎn)稱雷三段）也見到良好的油氣顯示，儲(chǔ)層也是微生物巖儲(chǔ)層，厚度為65 m。這些都預(yù)示著江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三段整體發(fā)育微生物巖儲(chǔ)層，天然氣勘探前景良好。

對(duì)于江油地區(qū)雷三段儲(chǔ)層前人已經(jīng)做了大量的研究工作，取得了一系列成果和認(rèn)識(shí)：①雷三段儲(chǔ)層巖性以顆粒云巖和藻云巖為主，儲(chǔ)集空間以次生溶蝕孔隙占優(yōu)勢(shì)[2-7]；②砂屑灘和顆粒灘沉積為后期儲(chǔ)層的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，儲(chǔ)層受準(zhǔn)同生期、表生期和埋藏期巖溶作用的共同改造，埋藏期溶蝕作用對(duì)現(xiàn)今雷口坡組儲(chǔ)層內(nèi)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)最大[2-4]；③白云石化作用是非常重要的建設(shè)性成巖作用，表生期和埋藏期的溶蝕作用是次生孔隙形成的關(guān)鍵因素[5-7]。盡管前人對(duì)該套儲(chǔ)層的研究成果頗豐，但也存在著2個(gè)問題：①控制江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)厚層微生物巖儲(chǔ)層發(fā)育的地質(zhì)背景不清楚；②對(duì)于儲(chǔ)層主控因素的認(rèn)識(shí)存在著分歧。針對(duì)上述問題，筆者基于大量的露頭、巖心、鉆井、分析化驗(yàn)等資料，運(yùn)用地質(zhì)和地球物理方法開展了江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷口坡組微生物巖儲(chǔ)層主控因素研究，以期為四川盆地雷口坡組油氣勘探提供有益的地質(zhì)理論指導(dǎo)和技術(shù)思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)位于四川盆地龍門山前山帶北段天井山古隆起區(qū)南段，西臨龍門山推覆構(gòu)造帶，東接川西前陸盆地[8]。天井山古隆起具有形成時(shí)期早、隆升時(shí)期長(zhǎng)、多期活動(dòng)的特點(diǎn)，經(jīng)歷了早寒武世古地貌高、中寒武世—中三疊世震蕩升降、三疊紀(jì)末期基本定型、侏羅紀(jì)以來改造調(diào)整等過程[9-11]。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)主體為天井山古隆起南段，天井山古隆起南段在雷口坡期是一個(gè)呈北東向展布的水下古隆起，水體較淺，東北部的雙探2井—河7井區(qū)和中部的永平1井區(qū)為隆起核部，其他地區(qū)為斜坡區(qū)，東南側(cè)為凹陷區(qū)（圖1-a）。

圖1 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段殘厚圖及雷口坡組地層柱狀圖

川西北地區(qū)雷口坡組為一套碳酸鹽巖夾硬石膏巖，底以硅質(zhì)泥巖與嘉陵江組頂部硬石膏巖整合接觸，頂以碳酸鹽巖與須一段泥巖不整合接觸。雷口坡組自下而上可分為五段：雷一段、雷二段、雷三段、雷四段和雷五段；其中，雷三段底以灰質(zhì)云巖與雷二段石膏巖整合接觸，頂以藻屑云巖與雷四段底部泥質(zhì)云巖整合接觸；雷三段根據(jù)巖性旋回自下而上可分為三個(gè)亞段：雷三1亞段（T2l31）、雷三2亞段（T2l3

2）和雷三3亞段（T2l33），雷三1亞段以泥晶云巖為主夾石膏質(zhì)云巖，雷三2亞段以石膏質(zhì)藻紋層云巖為主夾石膏巖，雷三3亞段主要為藻云巖夾泥晶云巖。儲(chǔ)層主要發(fā)育在雷三3亞段藻云巖中（圖1-b）。

2 微生物巖儲(chǔ)層特征

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段巖性主要是藻云巖、泥—粉晶云巖夾少量的顆粒云巖，其中藻云巖是最有利的儲(chǔ)集巖。天井山古隆起區(qū)以藻云巖為主，非隆起區(qū)則以泥—粉晶云巖為主。儲(chǔ)層主要發(fā)育在古隆起區(qū)藻云巖和顆粒云巖中，非隆起區(qū)儲(chǔ)層不發(fā)育。嚴(yán)格來說，藻云巖所謂的“藻”其實(shí)是藻類和細(xì)菌等組成的微生物復(fù)合體，有研究者將其稱為藍(lán)細(xì)菌云巖或微生物碳酸鹽巖[12-13]，隸屬于微生物巖范疇。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段藻云巖儲(chǔ)層巖石類型可以分為藻屑云巖和藻紋層云巖兩種類型（圖2）。

1）藻屑云巖：生長(zhǎng)的藍(lán)綠藻將粒徑大小不一的礫屑、砂屑和粉屑等顆粒黏結(jié)起來，形成各種黏結(jié)顆粒、藻黏結(jié)團(tuán)塊和核形石等，以藻砂屑云巖為主（圖2-a、b）；發(fā)育藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間和粒內(nèi)溶孔（圖2-b、c）。

2）藻紋層云巖：以泥—粉晶結(jié)構(gòu)為主，局部含少量砂屑、粉屑，多具波狀、微波狀和紋層狀構(gòu)造；巖石主要由明暗相間的富藻和貧藻紋層組成，富藻紋層顏色較深，為暗層，多由具隱粒結(jié)構(gòu)的藻球粒、藻絲體黏結(jié)泥屑和粉屑構(gòu)成，呈連續(xù)或斷續(xù)的波狀、紋層狀；貧藻紋層顏色較淺，為亮層，其中藻類含量少，主要由泥—粉晶云巖組成（圖2-d）。常見鳥眼孔、晶間溶孔（圖2-e、f）。

通過巖心物性和CT掃描分析，藻云巖儲(chǔ)層孔隙度介于2%～8%（圖3-a），滲透率介于0～1 mD（圖3-b）；裂縫較發(fā)育，屬于裂縫—孔隙型儲(chǔ)層（圖3-c）。

圖2 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段藻云巖巖石特征照片

根據(jù)實(shí)測(cè)野外露頭、鉆井巖心以及測(cè)井解釋，繪制了天井山古隆起南段雷三3亞段孔隙度大于2%的儲(chǔ)層平面分布圖（圖4）。從圖4可見，天井山古隆起南段廣泛分布雷三3亞段藻云巖儲(chǔ)層，面積約10 000 km2，儲(chǔ)層厚度介于20～70 m。其中，隆起區(qū)核部的永平1井區(qū)和河7井東北部地區(qū)雷三3亞段儲(chǔ)層被剝蝕殆盡；江油含增—中46井、重華1井—雙魚001-1井等地區(qū)藻屑灘發(fā)育，藻云巖儲(chǔ)層發(fā)育，儲(chǔ)層最厚，厚度介于60～70 m；斜坡區(qū)中部向西北和東南方向儲(chǔ)層厚度逐漸減薄，凹陷區(qū)如劍門1井等井區(qū)儲(chǔ)層不發(fā)育。

圖3 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段藻云巖儲(chǔ)層物性圖

圖4 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段儲(chǔ)層分布圖（φ≥2%）

3 古隆起有利于微生物巖的發(fā)育

中三疊世，四川盆地屬于一個(gè)受周邊古隆起和盆內(nèi)水下古隆起限制的水體淺、鹽度大、范圍廣闊的局限碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境，海水主要來自西南部的越北海和西北部的滇青藏古大洋[14-16]。前人針對(duì)川西北地區(qū)雷三3亞段藻云巖的沉積環(huán)境做了大量研究，主要有曾德銘等[4]提出的灘體說和林良彪等[17]提出的局限臺(tái)地潮坪說。筆者在露頭、巖心、鉆井、分析化驗(yàn)等資料的基礎(chǔ)上，通過沉積相標(biāo)志分析、單井沉積相（圖5）及連井沉積相研究，認(rèn)為江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段為局限臺(tái)地潮坪沉積環(huán)境，廣泛發(fā)育藻云坪、藻屑灘相，沉積了厚層藻云巖。

雷三3亞段沉積期，位于天井山古隆起的江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)西鄰滇青藏古大洋，水淺、鹽度高、陽光充足，沉積環(huán)境十分有利于藍(lán)綠藻的發(fā)育，形成了大量富含藍(lán)綠藻的碳酸鹽巖，大面積發(fā)育藻云坪相，在地貌較高處發(fā)育藻屑灘沉積，藻屑灘儲(chǔ)層最發(fā)育，藻云坪次之。藻屑灘位于地貌較高地，水體位于低潮線之下的浪基面附近，水動(dòng)力條件較其他沉積區(qū)強(qiáng)，主要堆積的是藻屑和鮞粒等顆粒沉積體，其中以藻屑最為發(fā)育，鮞粒較少。藻屑灘是由藍(lán)綠藻黏結(jié)各種顆粒堆積在一起形成的灘體，灘體主要由淺褐灰色藻屑云巖組成，中—厚層塊狀為主，溶孔較發(fā)育，儲(chǔ)集性能最好；這類灘體沉積時(shí)的水動(dòng)力條件變化較大，當(dāng)能量較強(qiáng)時(shí)，形成粒徑大小不一、分選和磨圓較差的砂屑、粉屑，當(dāng)能量變?nèi)鯐r(shí)，生長(zhǎng)的藍(lán)綠藻將這些顆粒黏結(jié)起來，形成各種黏結(jié)顆粒、藻黏結(jié)團(tuán)塊和核形石等，并常與周圍灘間潮下低能沉積物過渡。藻云坪位于地貌較平坦區(qū)，主要由層紋狀、波狀疊層藻云巖組成，可見鳥眼孔和晶間溶孔，有一定的儲(chǔ)集性能。

圖5 江油ü劍閣地區(qū)中46井雷三3亞段沉積相柱狀圖

4 古隆起有利于準(zhǔn)同生巖溶作用的發(fā)育

詳細(xì)觀測(cè)江油含增露頭和中46井巖心，結(jié)合薄片和掃描電鏡觀察，識(shí)別出雷三3亞段5個(gè)向上變淺的高頻旋回（圖5）。每個(gè)旋回的下部是薄層致密泥晶云巖，主要為潮下低能量的泥晶云坪相沉積，由下而上，水體逐漸變淺，中上部為中厚層的多孔的藻屑灘藻屑云巖和藻云坪藻紋層云巖，頂部可見干裂、鳥眼和帳篷構(gòu)造等準(zhǔn)同生期暴露標(biāo)志。

多期準(zhǔn)同生溶蝕是孔隙發(fā)育的關(guān)鍵。雷三3亞段沉積期天井山古隆起是水下古隆起，水體較淺，由于海平面升降變化，當(dāng)高頻旋回海水變淺，地貌較高的藻屑灘和藻云坪沉積物往往容易暴露并遭受準(zhǔn)同生大氣淡水溶蝕作用，不穩(wěn)定礦物（如文石或高鎂方解石）被溶解，形成大量的溶孔。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段普遍發(fā)育5期向上變淺的高頻旋回，旋回中上部的藻屑云巖和藻紋層云巖遭受準(zhǔn)同生溶蝕，形成大量的藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間和粒內(nèi)溶孔、鳥眼孔和晶間溶孔（圖2-b、c、e、f），這些溶孔在后期的成巖作用中如壓實(shí)、膠結(jié)、表生巖溶等作用中雖然有一部分被充填，但仍有部分溶孔被保存下來，成為現(xiàn)今儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。

5 古隆起有利于表生巖溶作用的發(fā)育

受印支運(yùn)動(dòng)的影響，四川盆地雷口坡組普遍遭受剝蝕[18-20]。天井山古隆起不同部位，雷口坡組剝蝕程度不同，古隆起的東北部河7井區(qū)和中部永平1井區(qū)等古隆起核部雷四段被剝蝕殆盡，雷三3亞段也遭受了部分剝蝕；斜坡區(qū)還殘留了部分雷四段。由于雷口坡組表生巖溶作用發(fā)生在該地層剛沉積不久，巖石固化程度低，在大氣淡水作用下，極易形成巖溶體系，發(fā)育大量溶蝕孔洞，表現(xiàn)在鉆井放空和井漏現(xiàn)象普遍，野外露頭、鉆井巖心以及鏡下薄片可見大量的巖溶現(xiàn)象，如沿裂縫或?qū)用嫘纬傻娜芸缀腿芏矗▓D6-a）、巖溶角礫巖（圖6-b）、滲流粉砂（圖6-c、d）、示頂?shù)讟?gòu)造（圖6-d）等。

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)主體為巖溶斜坡，表生巖溶作用對(duì)先期孔隙層的優(yōu)化，形成沿裂縫或?qū)用鏀U(kuò)溶的溶孔和小型溶洞。

圖6 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段表生巖溶作用特征照片

6 結(jié)論

1）天井山古隆起區(qū)雷三3亞段發(fā)育規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層，厚度介于20～70 m，面積約10 000 km2；儲(chǔ)層巖性以藻屑云巖和藻紋層云巖為主，儲(chǔ)集空間主要為藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔、鳥眼孔、晶間溶孔以及裂縫。

2）天井山古隆起控制了雷三3亞段規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層的發(fā)育。該古隆起是規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層發(fā)育的重要條件，古隆起區(qū)有利于微生物巖、準(zhǔn)同生巖溶作用、表生巖溶作用的發(fā)育，形成規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層。

3）天井山古隆起區(qū)雷三3亞段發(fā)育規(guī)模微生物巖儲(chǔ)層，具有良好的天然氣勘探前景。