四川盆地中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組致密氣勘探潛力及有利方向

段文燊

(中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

致密氣(本文的致密氣指致密砂巖氣)已成為全球天然氣勘探的重點領域之一。按照滲透率和孔隙度的劃分標準，致密砂巖泛指滲透率小于1×10-3μm2、孔隙度小于10%的砂巖[1]。中國致密砂巖氣分布范圍廣,在天然氣資源量中所占比重較大，在探明地質儲量中占到近40%[1]，是天然氣勘探開發(fā)非常重要的組成部分。根據(jù)最新資評結果，致密砂巖氣探明程度僅為10%左右，總體勘探程度較低，勘探潛力巨大。由于社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國對天然氣需求日益高漲，天然氣進口量逐年增加，對外依存度也不斷提高。因此，對天然氣資源的勘探開發(fā)顯得越來越迫切和重要。致密氣作為天然氣勘探的重要領域，將逐漸成為中國天然氣產(chǎn)量的重要增長點。

四川盆地面積約19×104km2，侏羅系下沙溪廟組沉積區(qū)超過了15×104km2，在川西發(fā)現(xiàn)了新場、馬井、中江、白馬等多個氣田，川中發(fā)現(xiàn)了公山廟氣田，川南發(fā)現(xiàn)了大塔場氣田，川東也有河道砂體儲層發(fā)現(xiàn)，下沙溪廟組已經(jīng)成為重要的天然氣勘探開采層系。川西坳陷下沙溪廟組氣藏氣體成分主要為甲烷，不含H2S，已經(jīng)累計生產(chǎn)天然氣超過30×108m3，具有重要的經(jīng)濟價值、社會價值和環(huán)保意義。

下沙溪廟組作為致密砂巖氣勘探的重要領域，研究及發(fā)表的文獻較少，研究的工區(qū)零星分布在川西新場、川東北、赤水等探區(qū)，部分學者主要從沉積、烴源巖、儲層、地震相、儲層預測等進行了研究[2-14]。筆者自1997年以來，為支撐油氣勘探開發(fā)工作，長期研究下沙溪廟組的地層、烴源、儲層、油氣運移與保存、圈閉、儲層預測等問題，本文結合多個地區(qū)的研究成果，拋磚引玉，希望引起同行對下沙溪廟組致密砂巖氣勘探開發(fā)的共鳴。

1 下沙溪廟組基本地質特征

四川盆地自晚三疊世以來，被龍門山、米倉山—大巴山和江南雪峰山四面圍限，造山帶向盆地內的輪番擠壓控制了盆地的發(fā)育，形成共同主導的前陸盆地。下沙溪廟組頂部構造總體為川中高，川西、川北、川東及川南低的格局，川西和川北有-3 500 m的深凹，在中江—鹽亭—儀隴形成了大型斜坡帶(圖1)。

下沙溪廟組發(fā)育多種類型碎屑巖沉積體系，地層巖性由灰、灰紫色厚層至塊狀長石石英砂巖、長石砂巖—紫紅色粉砂巖、泥巖組成，粒度為粗粒、中粒至細粒等粒序有序組成，自下而上粒度由粗變細[16]；底部砂巖層位普遍含礫石，由2～4個不等厚的韻律層組成；每個韻律層下部砂巖均發(fā)育大型槽狀層理、平行層理、斜層理；砂巖的厚度變化為數(shù)米至50 m左右[16]。該組頂部為一套黃綠灰色頁巖夾粉砂巖。川西南榮昌—自貢一帶，還發(fā)育厚0.3～2 m的黑色頁巖、油頁巖的夾層，頁巖夾層普遍含植物碎屑和少量植物化石，富含葉肢介化石，常稱為“葉肢介頁巖”，是盆地內上、下沙溪廟組地層分界的典型標志層。受燕山運動和龍門山、米倉山隆升的影響，下沙溪廟組沉積早期沉積環(huán)境變化較大，從盆地邊緣至盆地內部為沖積扇、沖積平原、三角洲、淺湖相等沉積，形成了廣泛分布的河道砂體，為下沙溪廟組提供了主要的儲層沉積體系。

圖1 四川盆地中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組頂部構造埋深Fig.1 Burial depth of structures on the top of Middle Jurassic Xiashaximiao Formation, Sichuan Basin

2 致密氣富集地質條件

下沙溪廟組氣藏為一多層疊置、整體含氣的次生構造—巖性氣藏，成藏條件的配置狀況是其能否富集高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要條件，也是其實現(xiàn)高效勘探開發(fā)的基礎。

2.1 烴源與運移

該氣藏存在多套有利的烴源層段。下伏的下侏羅統(tǒng)自流井組和上三疊統(tǒng)須家河組須五段、須三段、須一段泥頁巖為重要的烴源巖層系，可以提供豐富的天然氣資源；川西—川北地區(qū)中侏羅統(tǒng)千佛崖組的泥頁巖也具備較好的生烴能力。

2.1.1 自流井組烴源條件

自流井組湖相暗色泥巖及碳酸鹽巖非常發(fā)育，自流井組大安寨段沉積期是四川盆地早侏羅世中期最大的一次湖侵期，構造活動較為平靜，淡水生物大量繁殖生長，在大范圍內分布著成層穩(wěn)定的介屑灰?guī)r與黑色泥頁巖，烴源巖厚度多分布在10～130 m之間，可以形成良好的烴源。

自流井組暗色泥質巖有機碳含量為0.07%～4.51%，平均為1.19%；碳酸鹽巖有機碳含量為0.08%～1.54%，平均為0. 34%，均展示了自流井組有較好的生烴潛力。泥質巖干酪根腐泥組含量很高，為47%～79%；碳酸鹽巖干酪根腐泥組含量為33%～75%；源巖有機質類型主要為II型[7]，少數(shù)樣品為I型，有機質類型較好。烴源巖Ro為0.70%～1.12%，正處于成油高峰期，有利于油氣的大量生成。從生烴強度平面圖分析，儀隴地區(qū)為生烴強度最高的地區(qū)，達到了(80～100)×108m3/km2(圖2)。

2.1.2 須家河組烴源條件

須家河組烴源巖主要為暗色泥巖、碳質泥巖與煤層，暗色泥巖厚度較大，由盆地東南向西北逐漸增厚；煤層和碳質泥巖厚度相對較薄，且平面上變化較大。烴源巖厚度中心分布在川中以西地區(qū)，平均厚度100～400 m，而廣大川中地區(qū)厚度基本在20～60 m。烴源巖演化程度由下向上逐漸降低，須一段、須三段、須五段的Ro值分別為1.1%～2.2%，1.0%～1.8%，0.8%～1.4%，處于大量生氣早、中期階段。須家河組烴源巖具有川西厚度大、熱演化程度高、生烴強度大(圖3)的特點，可以為上覆的侏羅系提供豐富的烴源，而川中和川南地區(qū)則具有厚度薄、演化程度低、生烴強度較低的特點，提供的烴源相對有限。

受燕山運動的影響，四川盆地發(fā)育大量東西向為主的斷層；而在喜馬拉雅運動的作用下，四川盆地又發(fā)育大量南北向為主的斷層，斷至須家河組的斷層，為自流井組、須五段、須三段的烴源提供了向下沙溪廟組運移的良好通道。同時，下沙溪廟組底部受燕山運動和喜馬拉雅運動的影響，還發(fā)育大量的微裂縫，由于生烴增壓作用，這些微裂縫為千佛崖組、自流井組的烴源持續(xù)向上運移，并進入下沙溪廟組有效儲層中聚集成藏提供了充足的通道。

圖2 四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組生烴強度平面分布Fig.2 Hydrocarbon generation intensity of Lower Jurassic Ziliujing Formation, Sichuan Basin

圖3 四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組生烴強度平面分布Fig.3 Hydrocarbon generation intensity of Upper Triassic Xujiahe Formation, Sichuan Basin

2.2 儲層

下沙溪廟組沉積環(huán)境主要為三角洲，水上、水下分流河道是主要的儲集體。以中江地區(qū)為例，其儲層孔隙類型以剩余粒間孔為主(圖4)，粒間溶孔、粒內溶孔、晶間微孔、粒間微縫和解理縫等為輔；儲層孔隙度平均為8.64%，中值為8.94%，主要分布在7%～12%之間，占總樣品數(shù)的71.14%；滲透率平均值為0.78×10-3μm2，中值為0.19×10-3μm2，且主要分布在(0.08～0.64)×10-3μm2之間，占總樣品數(shù)的78.31%，屬于中—低孔、低—特低滲儲層。儲層類型以孔隙型儲層為主，少量裂縫—孔隙型儲層，且隨著孔隙度的增大，滲透率有明顯變好的趨勢，表明滲透率變化主要受孔隙發(fā)育程度控制，儲層的儲集和滲透能力主要依賴于基質孔隙與喉道。

儲層測井響應特征為“三低一高一中一負”，即低自然伽馬、低中子、低密度，高聲波，中等電阻率，自然電位相對負異常。聲波時差、中子、密度等3種孔隙度曲線組合形態(tài)反映了儲集性能的差異(圖5)。當?shù)貙雍瑲庑院脮r，聲波時差升高，中子、密度測值降低，在測井曲線圖上表現(xiàn)為密度與聲波變化一致，與中子曲線出現(xiàn)反向交叉，即通常所說的中子“天然氣挖掘效應”。當儲層發(fā)育裂縫時，出現(xiàn)電阻率在高值背景下局部降低、聲波跳躍的現(xiàn)象。

2.3 蓋層與保存條件

下沙溪廟組內部的泥頁巖可以作為直接蓋層。由于泥頁巖取心資料很少，據(jù)測井資料分析的泥頁巖孔隙度均小于3%，在含鈣高的層段，甚至小于1%，因此可以作為較好的組內封隔層。由于水下分流河道為主要儲集體，泥多砂少，呈現(xiàn)泥包砂的空間分布狀態(tài)(圖6)，由三維地震資料解釋的條帶狀的河道砂體(紅色—黃色)被廣泛分布的泥頁巖層(藍色)包圍，形成側向封堵，有利于形成良好的橫向封隔。廣泛分布的“葉肢介頁巖”或紫紅色頁巖層可以作為區(qū)域蓋層，葉肢介頁巖孔隙度一般小于1%。這種泥包砂的組合結構非常有利于局部富集區(qū)的形成。

圖4 川西中江地區(qū)侏羅系下沙溪廟組儲層孔隙特征Fig.4 Pore characteristics of Jurassic Xiashaximiao Formation, Zhongjiang area, western Sichuan Basin

圖5 川西中江地區(qū)侏羅系下沙溪廟組儲層測井響應特征Fig.5 Logging response characteristics of Jurassic Xiashaximiao Formation, in Zhongjiang area, western Sichuan Basin

2.4 河道砂體識別與圈閉類型

河道砂體的識別、刻畫和預測是尋找有利儲集砂體和有利天然氣富集區(qū)的關鍵。經(jīng)過多年研究與勘探實踐，建立了一套利用三維地震資料進行儲層預測的方法技術[11-12]，即三維可視化透視數(shù)據(jù)體診斷與檢測、精細解釋振幅數(shù)據(jù)體描繪地震振幅異常平面展布、波阻抗反演與砂體預測、振幅+波阻抗+頻率綜合預測甜點。充分利用三維地震資料，結合沉積相、微相的研究，采用地震相、多屬性融合、頻譜分解等技術，對川西新場、合興場、馬井、中江、豐谷、洛帶以及川北閬中—元壩、黔北赤水、川東涪陵等地區(qū)開展了砂體精細預測研究，識別、預測了典型的河道砂體，并得到了鉆井資料的驗證，證實了預測的可靠性。

圖6 四川盆地侏羅系下沙溪廟組 儲層與直接蓋層空間關系示意 亮色為儲集砂體，暗色為蓋層Fig.6 Spatial relationship between Jurassic Xiashaximiao Formation reservoir and direct seal, Sichuan Basin

根據(jù)盆地內現(xiàn)有的資料情況，以分布于四川盆地不同部位的5個工區(qū)為例(圖7)。川西zj工區(qū)清晰地展示了一條南北向分布的河道砂體，Z19井證實砂體厚度21.9 m，測井孔隙度12.7 %，滲透率0.17×10-3μm2，測試產(chǎn)量74 142 m3/d，已經(jīng)累計生產(chǎn)天然氣超過1×108m3，具有良好的經(jīng)濟價值。川北lz工區(qū)也清晰地展示了一條近東西向分布的河道砂體，lz2井證實砂體厚度35 m，氣測全烴最高達38%，具有良好的含氣性。川南gd工區(qū)的G9井在下沙溪廟組鉆遇20 m砂體，中途測試油氣同產(chǎn)，產(chǎn)量為9.31×104m3/d，儲層較為致密，孔隙度僅有4.2%，滲透率也只有0.18×10-3μm2。川中、川東等工區(qū)也在下沙溪廟組發(fā)現(xiàn)了類似的河道砂體，值得在進一步的勘探中引起業(yè)界的重視。此外，在水平井施工中，基于典型河道砂體的精細刻畫和甜點儲層的精確預測，可沿著河道砂體的軸向實施水平井，減少井場的建設費用，提高單井產(chǎn)量和氣田的開發(fā)效益。

多期次構造運動形成的局部構造有利于油氣向構造高部位聚集，河道或者條帶狀分布的砂體孔滲性較周圍的泥頁巖高，有利于油氣向砂巖儲層聚集，為形成巖性圈閉提供了基礎，因此有利于在全盆地形成構造—巖性圈閉和巖性圈閉。在現(xiàn)今存在局部構造的地區(qū)，則有利于形成構造—巖性圈閉。例如川西的新場—豐谷構造帶、龍泉山構造帶、川北的通南巴構造帶等；在川中古隆起的北部斜坡帶、川南低緩褶皺帶以及大巴山前緣，可以形成一系列的巖性圈閉。目前獲得良好油氣勘探成效的川西新場氣田、中江氣田，主要為構造—巖性圈閉。

3 成藏模式

四川盆地下沙溪廟組油氣運移受燕山運動和喜馬拉雅運動的影響較大，構造運動為油氣從須家河組、自流井組向上運移和組內調整提供了條件。燕山運動導致四川盆地內部以隆升為主，且隆起幅度和范圍大，有利于油氣向隆起部位運移聚集。喜馬拉雅運動后，形成了三大古隆起，即龍門山山前古隆起、川中古隆起和華鎣山古隆起，以及三大坳陷，即川西坳陷、川北坳陷和川鄂坳陷，即形成“三坳三隆”的構造格局。這種坳隆配置的構造格局，有利于須家河組油氣的再次運移和侏羅系氣藏的調整，從而形成大面積分布的以侏羅系下沙溪廟組、上沙溪廟組、蓬萊鎮(zhèn)組為代表的次生氣藏。

圖7 四川盆地侏羅系下沙溪廟組儲層分布預測示意 圖中紅色表示河道砂體Fig.7 Reservoir distribution of Jurassic Xiashaximiao Formation, Sichuan Basin

作為這一動態(tài)成藏體系中的下沙溪廟組，其氣藏特征為典型的下生上儲的組合特征，形成三疊系—侏羅系的致密氣次生成藏組合(圖8)。須家河組、自流井組、千佛崖組烴源層提供氣源；油氣在非均質性較強的下沙溪廟組3～4套相對較高孔滲性的疊置河道砂體中聚集；燕山和喜馬拉雅運動形成的斷層、微裂縫提供了天然氣運移通道；下沙溪廟組內部的泥頁巖層形成直接的封隔層，遂寧組厚達200～300 m的泥頁巖層形成區(qū)域蓋層。沙溪廟組與上下巖石這種儲蓋組合、烴源與運移通道在空間的不同配置，利于形成不同的成藏組合。如在局部構造發(fā)育的部位，利于天然氣富集形成構造—巖性氣藏；在構造不發(fā)育的斜坡部位，基于砂體尖滅和局部孔滲變化，利于形成非均質性更強的巖性氣藏。

這種成藏組合及天然氣運聚表現(xiàn)出明顯的特征，即源控——近烴源巖、相控——儲層位于三角洲前緣及平原(水下)分流河道優(yōu)勢沉積微相及有利成巖相，位控——圈閉位于相對高部位并有斷層溝通烴源。據(jù)此建立了下沙溪廟組致密氣成藏模式(圖8)，近源—相帶控富、斷裂—構造控聚的成藏模式，具有典型的源控、相控、位控的“三元”控藏特征。

4 勘探前景及有利勘探方向

基于成藏富集條件和成藏模式的研究，認為下沙溪廟組氣藏為一多層疊置整體含氣的次生構造—巖性氣藏，具有良好的天然氣成藏地質條件，具備形成大中型氣田的地質基礎。四川盆地在喜馬拉雅運動之后形成了“三隆三坳”的構造格局，發(fā)育的一系列局部構造，有利于天然氣的聚集和成藏。但不同的局部構造，由于其成藏地質條件的差異，勘探前景略有不同。根據(jù)四川盆地沙溪廟組的構造格局，結合對烴源巖、儲蓋層及保存條件的匹配關系研究，劃分為如下5個區(qū)帶(圖9)進行分析。

圖8 四川盆地侏羅系下沙溪廟組天然氣成藏模式Fig.8 Gas accumulation pattern of Jurassic Xiashaximiao Formation, Sichuan Basin

圖9 四川盆地侏羅系下沙溪廟組勘探開發(fā)前景預測Fig.9 Exploration prospect of Jurassic Xiashaximiao Formation, Sichuan Basin

(1)川西地區(qū)，須家河組烴源條件優(yōu)越，構造深度-2 500～-3 000 m，局部構造發(fā)育的新場—豐谷構造帶、龍泉山構造帶、中江—回龍構造帶及成都凹陷內部的凹中隆構造是有利的勘探開發(fā)地區(qū)。目前已經(jīng)在新場、馬井、中江、高廟子等建成了大中型氣田，有望持續(xù)發(fā)現(xiàn)新的氣田，實現(xiàn)新的增儲增產(chǎn)。

(2)川北地區(qū)，自流井組和千佛崖組烴源充足，小斷層和微裂縫發(fā)育，構造深度-2 000～-3 000 m，有利于在下沙溪廟組聚集成藏。通南巴構造帶及川中隆起北部斜坡的局部構造，將是加強勘探、實現(xiàn)油氣發(fā)現(xiàn)的有利地區(qū)。前期專層井勘探很少，過路井已經(jīng)在閬中、八角場、通南巴等發(fā)現(xiàn)了油氣顯示，在沒有儲層改造的條件下產(chǎn)量較低，有望通過專層井儲層改造，獲得具有經(jīng)濟價值的油氣發(fā)現(xiàn)。建議該地區(qū)加大勘探力度，結合新的增產(chǎn)工藝技術的應用，實現(xiàn)新的增儲增產(chǎn)。

(3)川南地區(qū)，由于須家河組的烴源條件較川西、川北差，自流井組灰?guī)r層較厚，在斷層不發(fā)育的地區(qū)，油氣難以運移聚集，成藏條件總體較差。但在川南地區(qū)的凹中隆構造仍然存在局部富集的構造條件，存在油氣垂向及側向運移的可能。通過深化研究，有望實現(xiàn)新的勘探目標。前期已經(jīng)在凹中隆的觀音場構造、大塔場構造、官渡構造發(fā)現(xiàn)了天然氣藏。

(4)川東南地區(qū)，華鎣山掃帚狀構造帶的大多數(shù)局部構造核部下沙溪廟組已經(jīng)剝蝕殆盡，不具備基本成藏條件。在局部高陡構造不發(fā)育的向斜或者斜坡區(qū)，通過三維地震勘探，有望發(fā)現(xiàn)局部的凹中隆構造或者局部巖性圈閉，在自流井組豐富烴源的支撐下，形成局部富集的隱蔽氣藏。

(5)川中地區(qū)，自流井組的烴源發(fā)育，但下沙溪廟組埋藏較淺或局部剝蝕，雖然發(fā)育有河道砂體，但是油氣的保存條件較差，難以規(guī)模聚集，因此總體成藏條件較差，暫時不宜作為勘探目標。

因此，除川中古隆起區(qū)之外，下沙溪廟組具有全盆地分布的含氣圈閉，具有進行規(guī)?；旅軞饪碧介_發(fā)的條件。

5 結論

(1)通過對四川盆地下沙溪廟組烴源、儲層、構造、蓋層、運移、保存、圈閉等基本成藏地質條件的研究，認為下沙溪廟組具有良好的天然氣成藏地質條件，具備形成大中型氣田的地質基礎。

(2)建立了四川盆地下沙溪廟組致密氣成藏模式，即：近源—相帶控富、斷裂—構造控聚，具有明顯“三元”控藏特征。

(3)基于三維地震資料建立的精細河道砂體預測技術，能有效預測有利儲集砂體，特別是河道砂體的精確預測，為水平井實施提供了軌跡設計和優(yōu)化的條件，有利于進行規(guī)?？碧介_發(fā)。

(4)四川盆地下沙溪廟組致密氣勘探潛力大，特別是烴源配置較好的川西地區(qū)、川北地區(qū)，是近期加快勘探的重點地區(qū)；川南地區(qū)是進一步深化研究、優(yōu)選勘探目標的地區(qū)。