涪陵地區(qū)茅三段熱液白云巖展布影響因素分析

潘 磊，唐德海，李讓彬，鄒玉濤，張文睿

(中國石化勘探分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組勘探不斷取得重大突破[1]，早期茅口組勘探以巖溶縫洞型儲層為主[2]，2016年，涪陵地區(qū)南部T6井于茅口組三段鉆遇23.0 m熱液白云巖，測試獲日產(chǎn)氣量為11.08×104m3/d。但熱液白云巖的發(fā)育及展布具有非常強的非均質(zhì)性，預測難度大。前人研究多專注于“斷控熱液”[3]以及熱液白云巖成因機理的微觀研究[4-6]，認為只要存在基底斷裂，熱液白云巖必然發(fā)育，與勘探實際吻合度較差。該文在鉆井資料的基礎上，運用“斷控沉積”的理論思路，依據(jù)巖性組合特征及沉積演化序列，對茅三段地層進行精細劃分，分析沉積地貌與熱液白云巖分布的關系。開展基底斷裂與沉積演化的關系研究，進一步分析了斷裂樣式對白云巖石化程度的影響，從微觀、宏觀角度落實了涪陵地區(qū)茅三段熱液白云巖的展布規(guī)律，為有效預測涪陵地區(qū)茅三段熱液白云巖的分布提供重要的指導依據(jù)[7-8]。

1 地層與沉積地貌分析

通過調(diào)研大量鉆井資料，結合近期完鉆的探井數(shù)據(jù)，開展涪陵地區(qū)茅三段地層精細劃分，分析了地層厚度變化與沉積地貌的關系，以及沉積地貌對熱液白云巖發(fā)育的影響。

1.1 地層特征

涪陵地區(qū)茅三段地層頂界沉積一套灰色泥晶灰?guī)r，與上覆吳家坪組的黑色泥巖不整合接觸；地層底界沉積深灰色泥巖、灰?guī)r，與下伏茅二段的灰色灰?guī)r整合接觸。通過大量老井資料復查，結合涪陵地區(qū)T6、T601、T7井，依據(jù)層序地層學及沉積演化規(guī)律對茅三段地層進行精細劃分，將茅三段縱向上劃分為5個小層，依次對應劃分了5個沉積旋回(圖1)。白云巖主要發(fā)育在1、2、3小層，主要分布在靠近涪陵南部15-1、15-2號基底斷裂的W67、T6、T7、T601等井以及涪陵北部16號基底斷裂附近的P1—J1井。

圖1 涪陵地區(qū)茅三段地層對比Fig.1 The stratigraphic comparison of the Member 3 of Maokou Formation in Fuling Area

第1小層：地層厚度為5.0～22.0 m，涪陵地區(qū)W67井巖性為白云巖，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為低幅低值、箱狀，表明在1小層沉積時期，臥龍河地區(qū)水動力條件強，為高能沉積環(huán)境，臺內(nèi)生屑灘發(fā)育，受到熱液影響，生屑灘發(fā)生白云石化。涪陵地區(qū)Y1井巖性以灰質(zhì)白云巖為主，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為高幅中值、箱狀，表明Y1井在該時期水體能量相對較高，具備發(fā)育生屑灘的地質(zhì)條件。T6、T601、T7井及涪陵北部P1井，巖性以深灰色灰?guī)r為主，底部為灰黑色泥巖，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為高幅中高值、漏斗狀，為水體較深的低能沉積環(huán)境。

第2小層：地層厚度為8.0～22.0 m，臥龍河地區(qū)巖性為灰色泥晶灰?guī)r、含泥灰?guī)r，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為低幅中高值、箱狀-漏斗狀，反映該地區(qū)水體穩(wěn)定，能量較弱。涪陵地區(qū)Y1井沉積一套灰色—深灰色生屑灰?guī)r，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為中值、箱狀，生屑灘發(fā)育。T6井下部巖性以深灰色灰?guī)r為主，自然伽馬曲線值形態(tài)表現(xiàn)為高幅中高值、鋸齒狀，水動力較弱，為灘間沉積亞相；上部發(fā)育為深灰色—灰色、0.5～1.0 m薄層狀的白云巖(鏡下見細晶結構)，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為低幅低值、箱狀，水體能量較高，生屑灘發(fā)育，但受熱液影響程度弱，局部白云石化。T601、T7井巖性為深灰色泥晶灰?guī)r，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為低幅中值、箱狀，為低能沉積環(huán)境。涪陵北部T2—P1—C55—J1井巖性主要為深灰色灰?guī)r，表明該地區(qū)水體相對穩(wěn)定且低能。

第3小層：地層厚度為7.0～22.5 m，臥龍河地區(qū)沉積巖性與第2小層相同。T6、T601、T7井巖性為灰色含生屑白云巖(鏡下見殘余生屑幻影)、硅質(zhì)白云巖、粉晶-粗晶白云巖宏觀巖心及成像測井資料見大量裂縫及溶蝕孔洞，鏡下見晶間孔(圖2)，自然伽馬曲線形態(tài)為低幅低值、箱狀，為高能沉積環(huán)境。涪陵北部J1、P1井發(fā)育白云巖，但巖性整體相對致密。

圖2 涪陵地區(qū)T6井茅三段白云巖儲集空間Fig.2 The dolomite reservoir space of the Member 3 of Maokou Formation in Well T6, Fuling Area

第4～5小層：地層厚度為22.0～44.0 m，該時期涪陵地區(qū)整體為臺地均一化沉積期，水體穩(wěn)定，巖性以灰色灰?guī)r、致密生屑灰?guī)r為主，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為低值、箱狀。

1.2 沉積地貌分析

利用鉆井資料，結合地震資料，編制茅三段地層厚度圖(圖3)。茅三段地層厚度為50.0～100.0 m，具有“西陡、東緩”、“南厚、北薄”的特點。圖3揭示了涪陵地區(qū)茅三段發(fā)育2個沉積中心，即涪陵南部W67—GX1—Y1—T6井、北部P1—C55井一線，地層厚度均在88.0 m左右；同時，茅三段發(fā)育了2個沉降中心：即L3—C54井一帶、F1井以北地區(qū)，地層厚度為60.0～70.0 m。地層厚度變化在一定程度上反映了茅三段沉積時期的地貌差異。涪陵地區(qū)發(fā)育了15-1、15-2和16號3條基底斷裂，15-1和15-2號基底斷裂發(fā)育于涪陵南部W67—Y1—T6井一帶，16號基底斷裂發(fā)育于涪陵北部P1—C55井一帶。受3條基底斷裂影響，在涪陵及鄰區(qū)形成一系列地塹、地壘結構，控制了茅三段早期的臺洼相間的地貌格局，呈現(xiàn)“兩隆兩洼”的分布形態(tài)(圖4)。地貌高部位即隆起區(qū)多成為后期的高能相帶發(fā)育區(qū)，且隆起帶靠近15-1、15-2和16號基底斷裂，生屑灘更容易受到地下熱液的溶蝕和交代作用，發(fā)生白云石化作用，成為白云巖發(fā)育和分布的有利地帶。

2 沉積演化與白云巖發(fā)育

2.1 沉積背景

四川盆地茅口組經(jīng)歷了穩(wěn)定沉積期、差異沉積期、拉張裂陷沉積期[9-10]，茅口組沉積早期繼承了棲霞組碳酸鹽巖臺地沉積格局，沉積晚期，受峨眉地裂運動影響，伴隨著強烈的拉張構造應力作用，蓬溪-武勝臺洼和開江-梁平陸棚初具雛形(2個低洼帶)，臺洼兩側和陸棚邊緣為高能淺灘發(fā)育有利帶。茅三段沉積時期，四川盆地東北部沉降劇烈，沉積環(huán)境由開闊臺地相演變?yōu)榕_地邊緣相，而川東南地區(qū)則為碳酸鹽巖緩坡沉積，由南向北依次發(fā)育內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡沉積相(圖5)。地幔深部的熱液沿著深大斷裂向上運移，在其向上運移的過程中將生屑灘灰?guī)r交代或將早期細粉晶白云巖重結晶，形成熱液白云巖。

2.2 基底斷裂控制沉積演化

茅三段為中緩坡沉積環(huán)境，發(fā)育灘間、生屑灘與淺灘亞相。涪陵地區(qū)茅三段縱向上發(fā)育3期生屑灘，灘體具有“縱向疊置，橫向北遷”的特征。通過對基底斷裂的構造發(fā)育特征及其成因[11-12]分析發(fā)現(xiàn)：基底斷裂活動的時空差異，控制了白云巖的發(fā)育期次。15-2號基底斷裂在第1小層活動強烈，其附近的臥龍河地區(qū)白云巖發(fā)育，15-1和16號基底斷裂在第2和第3小層進入活躍期，川東南涪陵地區(qū)開始發(fā)育白云巖，在此基礎上，建立了涪陵及鄰區(qū)茅三段沉積演化模式[13-15](圖6)。

圖6 涪陵及鄰區(qū)茅三段沉積演化模式示意圖Fig.6 The schematic diagram of the sedimentary evolution model of the Member 3 of Maokou Formation in Fuling and adjacent areas

第1小層沉積時期，涪陵鄰區(qū)臥龍河一帶地貌較高，生屑灘發(fā)育。15-2號斷裂在此時期活動強烈，生屑灘易發(fā)生白云石化，因此，W67井地區(qū)在該時期發(fā)育厚層白云巖。涪陵地區(qū)該時期地貌相對低洼，為灘間—洼地亞相沉積。第2小層沉積時期，經(jīng)歷了短暫的海侵之后，海水逐漸向北退去，生屑灘亦隨之向北西方向遷移至Y1井一帶。隨著灘體規(guī)模向北西方向不斷擴大，Y1井北側的T6井附近古地貌逐漸變高，開始發(fā)育生屑灘。涪陵北部P1—J1井一帶，如T2井靠近16號基底斷裂坡折帶附近(蓬溪-武勝臺洼雛形北側)的地貌高部位也發(fā)育生屑灘。該時期15-1和16號基底斷裂開始進入活躍期，靠近此2條斷裂且地貌較高的T6井和J1井的生屑灘開始發(fā)生白云石化，沉積薄層的白云巖。T7、T601井在該時期地貌較低，為灘間亞相沉積。至3小層沉積時期，隨著海平面進一步下降，T6井地區(qū)灘體規(guī)模達到最大，淺灘向西延伸至T7井，向北擴大至T601井，臺內(nèi)洼地北側(P1井—J1井)灘體也持續(xù)發(fā)育，向北東推進。該時期15-1和16號基底斷裂活動最強烈， T6、T601、T7井地區(qū)白云石化程度高，沉積厚層—塊狀白云巖。J1、P1井亦發(fā)育白云巖，但多與灰?guī)r薄互層，白云石化程度較T6、T601、T7井弱。至第4～5小層沉積時期，涪陵及鄰區(qū)為臺地均一化時期，水體穩(wěn)定，區(qū)域上沉積一套穩(wěn)定的灰色—深灰色灰?guī)r。

生屑灘是后期熱液白云巖發(fā)育的重要物質(zhì)基礎[16-17]，基底斷裂對茅三段早期沉積地貌的影響控制了生屑灘的發(fā)育和展布，進而影響了白云巖的發(fā)育和展布。同時，15-1、15-2和16號基底斷裂空間的活動期次控制了白云巖的發(fā)育期次，是造成白云巖展布非均質(zhì)性強的重要因素。灘體的沉積演化和基底斷裂的活動時空差異共同控制了涪陵地區(qū)茅三段熱壓白云巖的發(fā)育和展布。

3 基底斷裂與白云巖發(fā)育

涪陵地區(qū)T6、T7、T601、P1井的鉆探揭示，熱液白云巖的發(fā)育、沉積構造(單層厚度)及展布具有極強的非均質(zhì)性，影響其發(fā)育的因素較為復雜。古地貌、沉積演化、基底斷裂活動期次影響熱液白云巖的發(fā)育和展布，對探區(qū)多口探井茅三段沉積巖性和基底斷裂的分析發(fā)現(xiàn)，斷裂與鉆井的間距以及斷裂的樣式也不同程度對白云巖的發(fā)育分布產(chǎn)生一定影響。

3.1 斷裂影響白云巖分布

早期研究認為涪陵地區(qū)茅三段只要存在基底斷裂，斷裂附近及周邊熱液白云巖必然發(fā)育，距離基底斷裂越近，白云巖越發(fā)育。對涪陵及鄰區(qū)17口探井茅三段白云巖發(fā)育情況進行統(tǒng)計，結果顯示，基底斷裂僅是熱液白云巖發(fā)育的必要條件，但基底斷裂發(fā)育帶不一定發(fā)育熱液白云巖。

對比涪陵南部地區(qū)T6井和T601井，212井熱液白云巖均受15-1號基底斷裂影響，T601井距離15-1號斷裂1.5 km，白云巖厚度為12.0 m，T6井距離15-1號斷裂5.3 km，白云巖厚度為23.0 m。鄰區(qū)G1井和G2井也受控于15-1號基底斷裂，G1井距離15-1號斷裂0.1 km，不發(fā)育白云巖，G2井距離15-1號斷裂3.1 km，白云巖厚度為23.0 m。C8井和C4井同樣受控于15-1號基底斷裂，C8井距離15-1號斷裂8.0 km，白云巖厚度為27.5 m，C4井距離15-1號斷裂4.1 km，白云巖厚度為14.1 m。

在受16號基底斷裂控制的涪陵北部地區(qū)，P1井距離16號基底斷裂3.6 km，白云巖厚度為3.0 m，J1井和C55井距離16號基底斷裂分別為9.1、18.1 km，白云巖厚度分別為8.0、9.1 m(表1)。

在同一古地貌單元內(nèi)(分別位于15號或16號基底斷裂控制的有利相帶內(nèi))，基底斷裂與鉆井的間距和熱液白云巖發(fā)育程度沒有必然的聯(lián)系，并非距離基底斷裂越近白云巖越發(fā)育。但基底斷裂與鉆井間距大于25.0 m，生屑灘基本不再發(fā)生白云石化。

3.2 斷裂樣式與白云石化

表1、2為基底斷裂與井間距和白云巖發(fā)育情況的統(tǒng)計。由表1、2可知，受15-1、15-2號基底斷裂影響的涪陵南部地區(qū)白云巖明顯比受控于16號基底斷裂控制的北部地區(qū)更為發(fā)育。對比涪陵南部T6、C8井和北部的T2井，T6井和C8井與基底斷裂距離均大于T2井與基底斷裂的距離，但T6井和C8井的白云巖厚度遠大于T2井。圖3和圖4表明涪陵南部和涪陵北部古地貌差異相對較小，沉積環(huán)境相似，但15-1、15-2號基底斷裂樣式與16號基底斷裂存在明顯差異(表2)，分析認為：斷裂樣式的差異影響生屑灘的白云石化程度，是造成白云巖發(fā)育的非均質(zhì)性強的重要因素。

表1 15-1、15-2號基底斷裂與井間距和白云巖發(fā)育情況統(tǒng)計Table 1 15-1、15-2The statistics of basement tifts, well spacing and dolomite development

表2 16號基底斷裂與井間距和白云巖發(fā)育情況統(tǒng)計Table 2 16 The statistics of basement tifts, well spacing and dolomite development

15-1和15-2號基底斷裂呈NW向展布，左行右階走滑斷裂特征。構造樣式以張剪半花狀為主，發(fā)育小型地塹，破碎帶寬度大。上構造層：壓扭擠壓構造為主，NW向展布；中構造層：張剪半花狀為主，發(fā)育小型地塹；下構造層：壓剪半花狀為主，發(fā)育小型壓?。簧畈繕嬙鞂樱褐绷⑵揭茢嗔褳橹?。16號基底斷裂斷面直立、斷距較小，向上斷至二疊系頂部，破碎帶寬度小。高角度走滑斷裂帶有利于深部熱液流體遠距離垂向運聚[18]，16號基底斷裂斷面相較15-1和15-2號基底斷裂平直、斷距小，地層深部熱液流體運聚能力較差，導致涪陵地區(qū)北部灘體白云石化程度比南部弱。

表3為陪陵地區(qū)基底斷裂樣式，由表3可知，在同一地貌單元內(nèi)，15-2號斷裂的斷距比15-1號斷裂大，因此，受15-1號影響的T6、T7、T601井和受15-2號影響的W67井白云巖的單層厚度存在差異。W67井茅三段白云巖厚度為22.0 m，T6井為23.0 m。厚度數(shù)據(jù)顯示，W67井白云巖發(fā)育程度比T6井差，但W67井22.0 m白云巖為連續(xù)沉積的塊狀構造，T6井連續(xù)沉積的塊狀白云巖厚度為12.0、4.0 m不等，T601井連續(xù)沉積的塊狀白云巖僅為8.0 m，T7井僅為7.3 m，多為中層及薄層狀沉積。分析認為T6、T7、T601井生屑灘白云石化過程斷續(xù)，程度明顯較W67井弱，勘探實踐也證實W67井的白云巖厚度及儲層均比T6、T601、T7井發(fā)育[19-26]。

表3 涪陵地區(qū)基底斷裂樣式特征

4 有利勘探區(qū)帶預測

通過對沉積地貌、沉積演化及基底斷裂與白云巖發(fā)育的關系分析，結合地震預測方法，涪陵地區(qū)茅三段優(yōu)選出2個有利勘探區(qū)(圖7)。Ⅰ類有利區(qū)：受15-1號和15-2號基底斷裂控制的T6—T7—T601—GX1—Y1井一帶。目標區(qū)內(nèi)茅三段鉆遇熱液白云巖情況見表1、2，W67井測試獲日產(chǎn)天然氣8.60×104m3/d，T7井獲日產(chǎn)天然氣2.17×104m3/d，T601井獲日產(chǎn)天然氣2.05×104m3/d，C4井獲日產(chǎn)天然氣9.30×104m3/d。Ⅱ類較有利區(qū)：受16號基底斷裂控制的T2—C55—J1—P1井區(qū)，有利區(qū)內(nèi)鉆遇熱液白云巖厚度見表1、2，其中，T2井測試獲日產(chǎn)天然氣2.70×104m3/d。

5 結 論

(1) 依據(jù)層序地層學及沉積演化規(guī)律將茅三段精細劃分了5個小層，熱液白云巖發(fā)育于1～3小層，4～5小層為臺地均一化時期，不發(fā)育白云巖。

(2) 15-1、15-2和16號基底斷裂控制了涪陵地區(qū)茅三段早期的“臺洼分異”沉積格局，涪陵南部和北部2個隆起帶(沉積地貌高部位)為生屑灘發(fā)育有利區(qū)，為熱液白云巖的發(fā)育提供良好物質(zhì)基礎。

(3) 基底斷裂是熱液白云巖發(fā)育的必要條件，但二者不存在必然的關系。熱液白云巖的發(fā)育必須以基底斷裂為前提和基礎，但其發(fā)育程度和基底斷裂與鉆井的距離不成正比關系。基底斷裂樣式也是熱液白云巖發(fā)育的重要影響因素，15-1、15-2和16號基底斷裂樣式差異導致涪陵地區(qū)南北兩側白云巖發(fā)育程度差異?；讛嗔鸦顒拥臅r空差異是白云巖縱向發(fā)育期次。

(4) 影響熱液白云巖的發(fā)育和分布因素復雜，非單一因素控制。首先以基底斷裂為前提，其次具備沉積地貌高部位的有利相帶，同時疊合相對復雜的斷裂發(fā)育樣式帶，為連續(xù)沉積的白云巖的發(fā)育和展布區(qū)，優(yōu)選出T6—T7—T601—GX1—Y1井區(qū)和T2—C55—J1—P1井區(qū)2個有利區(qū)帶。