四川盆地西部茅口組多類型儲集層成因與啟示

胡　昊，許國明b，高　峰，宋曉波b，隆　珂b

四川盆地西部茅口組多類型儲集層成因與啟示

胡昊1，許國明1b，高峰2，宋曉波1b，隆珂1b

（1.中國石化西南油氣田分公司a.博士后科研工作站；b.勘探開發(fā)研究院，成都610041；2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，鄭州450000）

四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組儲集層非均質(zhì)性強、成因復雜，對儲集層發(fā)育的主控因素及分布規(guī)律存在較大爭議，這給茅口組油氣勘探造成很大困擾。利用野外剖面、鄰區(qū)鉆井以及地震勘探等資料，從巖相古地理、儲集層特征、地震儲集層預測等方面，探討了四川盆地西部茅口組儲集層成因。認為，四川盆地茅口組在碳酸鹽巖大緩坡沉積體系下，西部地區(qū)發(fā)育大規(guī)模淺水高能礁灘相帶，從而證實了金馬—鴨子河構(gòu)造帶和龍泉山隱伏構(gòu)造帶發(fā)育著由二疊系斷至基底的深大斷裂；茅口組頂部礁灘相沉積在不整合面巖溶和斷裂相關(guān)熱液白云巖化雙重作用下，可能普遍發(fā)育溶蝕孔洞型儲集層及熱液白云巖儲集層，是四川盆地西部尋找茅口組大規(guī)模氣藏的有利區(qū)帶。

四川盆地西部；二疊系；茅口組；儲集層；風化殼巖溶；熱液白云巖化作用

從1955年開始，歷經(jīng)60年的勘探，四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組先后在蜀南、九龍山、老關(guān)廟、梓潼等地區(qū)鉆揭優(yōu)質(zhì)儲集層，并有多口井獲得工業(yè)氣流，但均未發(fā)現(xiàn)大中型氣藏。2014年以來，在四川盆地西北部、西南部、中部等地區(qū)茅口組勘探相繼獲得新發(fā)現(xiàn)，四川盆地西部ST1井茅口組測試產(chǎn)氣126×104m3/d，揭開了新一輪尋找茅口組大中型氣藏的序幕。但四川盆地茅口組儲集層非均質(zhì)性強、成因復雜，對其成因存在較大爭議。文獻［1］通過地震研究發(fā)現(xiàn)，川西坳陷發(fā)育一個在興凱運動期形成的拗拉槽，造就了中二疊統(tǒng)大規(guī)模礁灘發(fā)育，形成礁灘型氣藏；文獻［2］認為，四川盆地西部茅口組處于淺水緩坡沉積體系，發(fā)育大規(guī)模礁灘相帶，后期疊加風化殼巖溶作用，形成大規(guī)?！敖笧?巖溶”的縫洞型儲集層；文獻［3］和文獻［4］認為，中二疊世末東吳運動導致了中二疊統(tǒng)茅口組抬升剝蝕，形成了典型的碳酸鹽巖縫洞型儲集層；文獻［5］—文獻［10］認為，熱液白云巖化作用形成了茅口組優(yōu)質(zhì)儲集層，熱液作用受峨眉山地幔柱與基底斷裂影響；文獻［11］和文獻［12］認為，四川盆地茅口組白云巖為熱水成因，熱次盆沉積微相為茅口組有利儲集相帶。但以上理論均未能較好地指導四川盆地西部茅口組的油氣勘探，基于此，本文利用鄰區(qū)鉆井與野外露頭資料，重點分析四川盆地西部茅口組儲集層特征、成因機制與主控因素，以期為研究區(qū)茅口組氣藏勘探選區(qū)有所裨益。

1　地質(zhì)概況

研究區(qū)為四川盆地西部地區(qū)，借鑒鄰區(qū)茅口組勘探資料重點研究四川盆地西部中段的中石化礦權(quán)區(qū)塊，構(gòu)造位置為龍門山前陸盆地，呈北東向展布（圖1）。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置

1.1構(gòu)造背景

加里東運動造就了四川盆地“大隆大坳”的構(gòu)造格局，海西運動早期盆地基底大規(guī)模整體抬升，古隆起遭受削平，中二疊統(tǒng)沉積前形成“準平原化”的緩坡型基底［13］。加里東運動在地臺內(nèi)部形成了影響范圍最廣的樂山—龍女寺古隆起，隆起形成的古地貌高地對中二疊統(tǒng)的沉積具控制作用。同時，在中二疊世，受東吳運動初期峨眉地幔柱隆升的影響，盆地西南部沉積基底形成水下穹窿狀隆起［14］，具備發(fā)育大規(guī)模淺灘相的構(gòu)造背景。

1.2沉積背景

四川盆地西部茅口組與下伏棲霞組整合接觸，與上覆吳家坪組角度不整合接觸。茅口組自下而上共劃分為4段，茅一段主要為深灰色、深灰褐色泥晶—泥微晶灰?guī)r、含生屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r；茅二段主要為淺灰色生屑灰?guī)r、藻灰?guī)r，局部發(fā)育細晶—中晶白云巖；茅三段為灰白色細粉晶白云巖與生屑灰?guī)r；茅四段為灰黑色綠藻灰?guī)r、褐灰色燧石。受東吳運動地層抬升影響，盆地西部南段茅三段—茅四段遭受不同程度剝蝕，至廣元地區(qū)，茅二段也被部分剝蝕。

四川盆地西部多口鉆井揭示了茅口組發(fā)育厚層生屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r，如DS1井、ZG1井、GJ井、ST1井等，顆?；?guī)r累計厚度甚至超過100 m.龍門山前北川永慶、都江堰高橋及三江水磨等地，茅口組露頭發(fā)育亮晶生屑灰?guī)r和藻砂屑灰?guī)r，局部見珊瑚礁灰?guī)r、海綿礁灰?guī)r，證實了四川盆地西部茅口組發(fā)育有高能礁灘相帶。結(jié)合前人研究成果，認為茅二段與茅三段沉積時期是2個重要的成灘期［15-17］。地震剖面上，在古隆起部位，茅口組對應的反射波組相位雜亂，不具沉積層理特征，礁灘體部位表現(xiàn)為斷續(xù)、雜亂、兩側(cè)披蓋或內(nèi)部空白丘狀體反射特征。綜合井震分析認為，四川盆地西部茅口組發(fā)育有大規(guī)模礁灘相帶沉積（圖2）。

圖2　四川盆地西部茅口組巖相古地理

2　茅口組儲集層特征

茅口組儲集層巖石類型多樣，細晶—中晶白云巖、生屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r中均發(fā)育孔洞，但非均質(zhì)性較強，總體來說，生屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r具有較高的孔滲性，且亮晶生屑灰?guī)r的儲集性能明顯優(yōu)于泥晶藻砂屑灰?guī)r，基質(zhì)孔隙度普遍較低，高效儲集巖主要受后期成巖作用改造控制。在斷裂發(fā)育帶，儲集層主要為細晶—中晶白云巖、灰質(zhì)白云巖，斷裂不發(fā)育區(qū)儲集層主要為生屑灰?guī)r。

2.1儲集空間

（1）晶間孔見于自形—半自形白云石晶粒之間，常呈多面體，孔徑一般0.001～1.000 mm，其大小往往與周圍顆粒的粒徑成正比。

（2）晶間溶孔由白云巖的晶間孔經(jīng)后期溶蝕擴大而成，孔隙邊緣具殘余溶蝕痕跡，研究區(qū)茅口組白云巖晶間溶孔較發(fā)育，局部面孔率可達2%～3%.

（3）粒間溶孔后期溶蝕作用使顆粒之間的膠結(jié)物發(fā)生部分溶解，形成粒間溶孔，研究區(qū)茅口組粒間溶孔較發(fā)育，連通性較好，面孔率接近3%，是研究區(qū)茅口組主要的儲集空間，被瀝青全充填或半充填。

（4）粒內(nèi)溶孔由生物碎屑顆粒內(nèi)局部溶蝕形成，主要形成于米齊藻體腔孔的局部溶蝕，其面孔率小于1%，在研究區(qū)少見。

（5）孔隙型溶洞在原有孔隙的基礎(chǔ)上，經(jīng)溶蝕擴大而成的溶洞。研究區(qū)茅口組孔隙型溶洞較發(fā)育，常與溶孔相伴生，多被瀝青半充填，是研究區(qū)重要的儲集空間。

（6）裂縫型溶洞由大氣淡水和地層水對早期裂縫溶蝕擴大形成，主要形成于表生期和構(gòu)造運動之后的深埋藏期，形狀極不規(guī)則或略呈圓形，長短軸差別較大，長軸一般大于1 cm，可形成寬度不一的溶洞、溶溝和串珠狀溶孔。

（7）裂縫研究區(qū)茅口組受東吳運動的影響，裂縫非常發(fā)育，可分為構(gòu)造縫、溶蝕縫及縫合線。裂縫多被方解石、泥質(zhì)或瀝青充填，在顆粒巖構(gòu)成的孔隙型儲集層中，裂縫密度雖然不高，縫寬也較小（一般0.1～1.0 mm），但其充填程度低，連通性較好。

2.2儲集層物性特征

研究區(qū)茅口組儲集層物性整體較差，屬低孔低滲型儲集層，孔隙度為0.080%～11.070%，平均為0.895%，孔隙度大于1.000%的樣品數(shù)僅占27.79%；滲透率為0.001～60.000 mD，平均為1.696 mD，大于0.010 mD的樣品數(shù)占41.05%.儲集層非均質(zhì)較強，局部構(gòu)造物性較好，可能與溶蝕縫洞發(fā)育有關(guān)，說明茅口組儲集層受后期成巖作用改造較強。

2.3儲集層縱橫向變化特征

四川盆地西部茅口組有效儲集層在茅二段—茅四段均有發(fā)育，但主要發(fā)育在距茅口組頂部130 m范圍內(nèi)（圖3），受茅口組頂部不整合面風化殼巖溶控制明顯。在四川盆地西部南段主要為生屑灰?guī)r儲集層，有效儲集層厚9.6～13.8 m，孔隙度0.8%～10.0%，DS1井茅口組累計產(chǎn)氣2.75×108m3.在四川盆地西部中段—北段，儲集層巖性主要為細晶—中晶白云巖與生屑灰?guī)r組合，儲集層縱向多層疊置，單層整體較薄，厚度為6.0～20.7 m，孔隙度0.5%～7.9%，橫向上具有一定的連續(xù)性，呈條帶狀展布，儲集層非均質(zhì)性較強，ST1井茅口組頂部測試產(chǎn)氣126×104m3/d，GJ井在茅口組中上部測試產(chǎn)氣4.88×104m3/d.說明研究區(qū)茅口組頂部可能發(fā)育有中—大型氣藏。

3　儲集層成因與主控因素

3.1高能礁灘相沉積奠定儲集層發(fā)育的基礎(chǔ)

研究區(qū)茅口組儲集層主要為亮晶生屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、細晶—中晶白云巖，說明茅口組有利儲集層發(fā)育受高能灘相沉積控制明顯。這是因為粗粒結(jié)構(gòu)的巖石，其粒間孔隙發(fā)育，連通性好，侵蝕性水流可沿粒間孔隙擴散、滲透，呈現(xiàn)出孔間溶蝕特征；同時礁灘體沉積在早成巖期的這種特殊結(jié)構(gòu)特征決定了早期地下水的活動特征，進而決定了巖溶的改造特征。另外，亮晶顆粒巖類溶蝕不均勻，且?guī)r石力學強度大，巖層厚，巖體具有較大的支撐能力，在表生期風化殼巖溶作用下可形成較大的溶蝕縫洞。

3.2茅口組頂部不整合面風化殼巖溶縫洞型儲集層

茅口期末，東吳運動使上揚子地臺整體抬升，四川盆地茅口組遭到不同程度的剝蝕，形成茅口組頂部不整合面，四川盆地多口井鉆遇茅口組時發(fā)生鉆具放空、泥漿漏失現(xiàn)象，巖心與露頭上見垮塌角礫巖、巖溶孔洞、生屑離解（圖4），說明茅口組頂部遭受了較強的風化殼巖溶作用。茅口期末暴露剝蝕時間持續(xù)7×106～8×106a，風化殼巖溶作用深度最大為130 m，儲集層多以中小型洞穴、溶蝕孔洞、擴溶縫為主。不同的地貌，巖溶作用方式、作用深度及強度有差別：巖溶高地區(qū)，淡水補給地下水，以垂向運動為主，巖溶作用淺，形成的縫洞多被泥質(zhì)充填；巖溶斜坡區(qū)，地下水垂向及水平運動同時發(fā)生，巖溶縫洞系統(tǒng)發(fā)育，易形成大型洞穴、溶蝕孔洞、擴溶縫等有利儲集空間，且橫向連通性較好；巖溶洼地區(qū)，地下水匯流以垂向運動為主，巖溶相對不發(fā)育。研究區(qū)中石化區(qū)塊位于巖溶斜坡區(qū)，具有發(fā)育縫洞型儲集層的潛力。

3.3茅口組熱液白云巖化先期儲集層

通過對重磁力資料分析［18-19］，四川盆地發(fā)育多條北西—南東向基底深大斷裂。沿盆地西部北段的15號基底斷裂，在龍門山五花洞剖面、GJ井、LZ1井、NC1井等多口鉆井和露頭剖面上，茅口組中—上部發(fā)育一套穩(wěn)定的細晶—中晶白云巖與白云質(zhì)灰?guī)r，宏微觀特征上見明顯熱液溶蝕特征，斑狀白云石（圖5a）與熱液礦物（圖5b）半充填先期孔洞。沿盆地西部南段的Ⅴ號基底斷裂，在雅安寶興剖面的茅口組，見15 m厚的白云巖，與遠離斷裂的泥晶灰?guī)r區(qū)別明顯，斷裂附近裂縫發(fā)育，裂縫被白云石充填，肉眼能看到明顯的中晶—粗晶結(jié)構(gòu)（圖5c）；在峨眉山張村剖面茅口組，灰色細晶白云巖發(fā)育，裂縫中半充填鞍狀白云石，形成“斑馬狀”構(gòu)造（圖5d）。說明與斷裂相關(guān)的熱液白云巖化作用，改造了茅口組儲集層。

4　儲集層發(fā)育模式

圖3　四川盆地西部DS1井—GJ井—LZ1井—ST1井—K2井茅口組儲集層對比（剖面位置見圖2）

準同生期，高能礁灘體核部在礁灘體建隆作用與海平面下降影響下，礁灘體頂部間斷性暴露，受大氣淡水淋濾，發(fā)生準同生期大氣淡水溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔或鑄?？?，奠定了儲集層形成的基礎(chǔ)；在表生期，東吳運動使茅口組抬升，茅口組頂部遭受長時間風化殼巖溶作用，研究區(qū)中石化區(qū)塊位于巖溶古地貌斜坡區(qū)，有利于巖溶作用發(fā)生，形成巖溶洞穴、溶蝕孔洞與擴溶縫，巖溶作用深度130 m左右，高能礁灘相和巖溶作用形成了茅口組主要儲集空間；在深埋藏期，熱液通過基底斷裂上涌，沿裂縫與先期孔洞層側(cè)向運移，裂縫周圍生屑灰?guī)r與藻砂屑灰?guī)r發(fā)生熱液白云巖化作用。在近斷裂端，發(fā)生熱液溶蝕，形成白云巖晶間孔、晶間溶孔及溶蝕孔洞，溝通了先期形成的孔洞層，提高了茅口組儲集層的儲滲性能，形成優(yōu)質(zhì)的白云巖儲集層［20-23］；在遠離斷裂端，受致密巖石封堵，熱液礦物沉淀并充填孔洞，破壞了先期儲集層，致使儲集性能下降（圖6）。

圖4　四川盆地西部茅口組風化殼巖溶特征

圖5　四川盆地西部茅口組熱液白云巖特征

5　茅口組儲集層分布預測

如前所述，研究區(qū)茅口組儲集層主要受高能礁灘相沉積、不整合面風化殼巖溶作用、熱液白云巖化作用疊加控制。野外露頭剖面與地震相分析證實了研究區(qū)龍門山前與東坡構(gòu)造帶發(fā)育大規(guī)模高能礁灘相沉積，在茅口期末，研究區(qū)位于巖溶斜坡區(qū)，有利于巖溶縫洞的發(fā)育；同時，金馬—鴨子河構(gòu)造帶和龍泉山隱伏構(gòu)造帶發(fā)育從二疊系斷至基底的深大斷裂（圖7），為熱液白云巖化提供了熱液通道。

圖6　四川盆地西部茅口組儲集層發(fā)育模式

圖7　四川盆地西部中段斷層解釋地震剖面（2006-L-NW-112地震測線，位置見圖2）

根據(jù)鄰區(qū)鉆井測試資料，可以確定研究區(qū)茅口組高產(chǎn)氣井的儲集層主要為白云巖儲集層。目前發(fā)現(xiàn)的白云巖具有沿斷裂分布的趨勢，研究區(qū)二疊系至基底深大斷裂較發(fā)育，斷距較大，斷裂附近裂縫發(fā)育，為熱液白云巖化作用提供了重要的條件。通過重磁力、地震精細解釋及鉆井情況分析認為，研究區(qū)中石化區(qū)塊平面上斷裂主要沿兩個方向呈帶狀分布，一是沿北東—南西向分布，如關(guān)口斷裂、彭縣斷裂及龍泉山斷裂；二是沿北西—南東向分布的基底斷裂。在斷裂帶周圍熱液溶蝕作用強烈，白云巖儲集層發(fā)育，隨著距主斷層距離的增大，白云巖厚度逐漸減小。

二疊系油氣生烴強度大、資源量豐富，生儲蓋組合完整，成藏條件優(yōu)越。根據(jù)對構(gòu)造圈閉、埋藏深度等條件綜合分析，研究區(qū)中石化礦權(quán)區(qū)塊茅口組有利勘探區(qū)帶主要位于東坡構(gòu)造帶與龍門山前安縣地區(qū)，高能礁灘相帶與基底斷裂帶疊加區(qū)域為最有利勘探區(qū)帶，中高能礁灘相帶為較有利勘探區(qū)帶。龍門山前金馬—鴨子河構(gòu)造帶也發(fā)育高能礁灘相帶與基底斷裂，但由于埋藏較深，可作為潛在的有利勘探區(qū)帶（圖8）。

圖8　四川盆地西部中石化區(qū)塊茅口組有利區(qū)帶分布預測

6　結(jié)論

（1）加里東運動形成的樂山—龍女寺古隆起與峨眉地幔柱隆升，使四川盆地西部茅口組處于水下古地貌高部位，連續(xù)穩(wěn)定沉積了大套碳酸鹽巖。鉆井、露頭資料及地震相分析均證實研究區(qū)茅口組發(fā)育淺水高能礁灘相帶，具備形成大規(guī)模儲集層的構(gòu)造沉積條件。

（2）四川盆地西部茅口組儲集層主要發(fā)育于茅口組頂部，為細—中晶白云巖與生屑灰?guī)r的巖性組合，縱向多層疊置，橫向上具有一定的連續(xù)性，但非均質(zhì)性較強，多口鉆井測試情況預示茅口組可能發(fā)育有中—大規(guī)模氣藏。

（3）在地震剖面上落實了金馬—鴨子河構(gòu)造帶和龍泉山隱伏構(gòu)造帶發(fā)育從二疊系斷至基底的深大斷裂，為與斷層相關(guān)的熱液白云巖化作用找到證據(jù)，茅口組頂部礁灘相沉積疊加不整合面巖溶及與熱液白云巖化雙重作用，茅口組頂部溶蝕孔洞型儲集層及白云巖儲集層有可能普遍發(fā)育。

（4）龍門山前金馬—鴨子河構(gòu)造帶、安縣地區(qū)及東坡構(gòu)造帶茅口組發(fā)育大規(guī)模儲集層，成藏條件優(yōu)越，是研究區(qū)中石化礦權(quán)區(qū)塊茅口組尋找大規(guī)模氣藏的有利區(qū)帶。

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（編輯曹元婷）

Maokou Multi-Type Reservoirs in Western Sichuan Basin:Genesis and Implications

HU Hao1a，1b，XU Guoming1b，GAO Feng2，SONG Xiaobo1b，LONG Ke1b
（1.Sinopec Southwest Oilfield Company，a.Post-Doctoral Research Station，b.Research Institute of Exploration and Development，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Zhongyuan Oilfield Company，Sinopec，Zhenzhou，Henan 450000，China）

The strong heterogeneity and complex genesis are observed in the Maokou reservoir of the Middle Permian in Sichuan basin. There are lots of disputes about the understandings of the main controls on reservoir development and reservoir distribution，which brings great trouble to the exploration of Maokou formaion.Using the data of field sections，drilling data in the neighboring area and seismic exploration，the paper demonstrates the reservoir genesis of Maokou formation in Sichan basin from 3 aspects such as lithfacies paleogeography，reservoir characteristics and seismic reservoir prediction.It is considered that the Maokou formation is in the great gentle-slope sedimentary system of carbonate rocks；large-scale shallow-water high-energy reef-flat facies belts occur in western Sichuan basin，which can verify the existence of great deep faults penetrating from Permian strata to basement in Jinma-Yazihe structural belt and Longquanshan buried structural belt；dissolved pore-cavity reservoir and hydrothermal dolomite reservoir may be widely developed in the reef flat sediments at the top of Maokou formation under the actions of both unconformity karstification and fracture-related hydrothermal dolomitization.The above 2 types of reservoirs are the key favorable zones for large-scale gas reservoir exploration in Makou formation in western Sichuan basin.

western Sichuan basin；Permian；Maokou formation；reservoir；weathering crust karstification；hydrothermal dolomitization

TE112.221

A

2016-05-26

2016-07-07

中國石化科技重大專項（P13022）

胡昊（1982-），男，四川南充人，工程師，博士，石油地質(zhì)，（Tel）13880738572（E-mail）1112595@qq.com