致密油源儲(chǔ)配置特征及油氣勘探意義
——以四川盆地川中地區(qū)侏羅系大安寨段為例

厚剛福，宋兵，倪超，陳薇，王力寶，竇洋，李亞哲，彭博

中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023

0 引言

致密油是致密儲(chǔ)層油的簡(jiǎn)稱，是指夾在或緊鄰優(yōu)質(zhì)生油層系的致密碎屑巖或者碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，未經(jīng)過大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移而形成的石油聚集[1]。致密層的物性界限確定為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下滲透率小于1×10-3μm2、地下覆壓滲透率小于0.1×10-3μm2[2-3]。一般無(wú)天然產(chǎn)能，需通過人工壓裂才能形成工業(yè)產(chǎn)能[4-6]。近年來，致密油已成為非常規(guī)油氣勘探的又一新熱點(diǎn)[7]，目前勘探開發(fā)技術(shù)發(fā)展最快的是美國(guó)，已發(fā)現(xiàn)致密油盆地19個(gè)，可采儲(chǔ)量約為23×108t，主要集中在巴肯和鷹灘的頁(yè)巖區(qū)帶內(nèi)，儲(chǔ)集巖為致密砂巖和灰?guī)r[8]。國(guó)內(nèi)致密油勘探開發(fā)技術(shù)發(fā)展處于領(lǐng)先地位的是鄂爾多斯盆地，已在延長(zhǎng)組的致密砂巖中探明地質(zhì)儲(chǔ)量24×108t，準(zhǔn)噶爾盆地、柴達(dá)木盆地和四川盆地在致密碳酸鹽巖中也找到了數(shù)量可觀的致密油資源[3]，展現(xiàn)了良好的資源前景。

四川盆地大安寨段是侏羅系原油勘探開發(fā)的重要層位之一，目前已發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣藏和含油氣構(gòu)造，油氣呈大面積連續(xù)富集特征，其分布與產(chǎn)出不嚴(yán)格受構(gòu)造圈閉的控制[9]。油氣主要富集于致密介殼灰?guī)r儲(chǔ)層中，儲(chǔ)層孔隙度多小于2.0%，低于國(guó)內(nèi)外幾個(gè)致密油區(qū)儲(chǔ)集層孔隙度。早期研究認(rèn)為川中地區(qū)大安寨段為裂縫型油藏，勘探井位部署也主要遵循“找裂縫、打裂縫”的思路[10-11]。1981年強(qiáng)子同等[12]提出“成巖圈閉”觀點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到向斜區(qū)出現(xiàn)工業(yè)油藏與大安寨段發(fā)育的巖性油藏有關(guān)。近年來，隨著國(guó)內(nèi)外致密油理論的發(fā)展，逐漸認(rèn)識(shí)到大安寨段屬于典型的致密油范疇[13]，大面積分布的致密儲(chǔ)層、廣覆式分布的腐泥型較高成熟度的優(yōu)質(zhì)生油層、連續(xù)型分布的致密儲(chǔ)層與生油巖緊密接觸的配置關(guān)系為致密油富集的關(guān)鍵因素[3]。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)大安寨段介殼灰?guī)r儲(chǔ)層沉積相[14-15]、儲(chǔ)層特征及控制因素[16-17]、含油氣性進(jìn)行了大量的研究[18-20]，但對(duì)致密油源儲(chǔ)配置缺乏進(jìn)一步深入分析，包括致密油源儲(chǔ)配置的控制因素（構(gòu)造活動(dòng)？海平面變化？物源供給？氣候變化？）[21]、源儲(chǔ)配置與油氣富集的關(guān)系等，制約了致密油理論的進(jìn)一步發(fā)展和勘探開發(fā)方案的提出。針對(duì)此問題，以侏羅系大安寨段致密油為研究對(duì)象，在對(duì)烴源巖和儲(chǔ)層特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合已知油藏解剖，對(duì)致密油源儲(chǔ)配置特征和平面分布規(guī)律開展了研究，并指出了下一步致密油潛在有利區(qū)。該研究?jī)?nèi)容將不僅為下一步致密油“甜點(diǎn)”區(qū)的預(yù)測(cè)和勘探開發(fā)方案的提出提供有益借鑒，還將對(duì)中國(guó)非常規(guī)油氣沉積學(xué)學(xué)科的深化和完善具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[21]。

1 地質(zhì)概況

四川盆地為一具有明顯菱形邊框的構(gòu)造盆地，根據(jù)盆地內(nèi)的區(qū)域構(gòu)造和油氣分布特征，劃分出6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[22]。研究區(qū)位于四川盆地中部，構(gòu)造位置上屬于川中古隆中斜低緩帶—川北古中坳陷低緩帶（圖1），面積約3.2×104km2，是一個(gè)大面積含油氣區(qū)?？偟臉?gòu)造格局為南高北低、自南向北逐漸傾伏的坳陷湖盆[23]。侏羅系自下而上依次發(fā)育自流井組（珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段、大安寨段）、涼高山組及沙溪廟組、遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組，各地層均整合接觸。自流井組大安寨段是目前原油產(chǎn)層，已發(fā)現(xiàn)公山廟、桂花、金華、蓮池和中臺(tái)山等5個(gè)油田（圖1），累計(jì)探明儲(chǔ)量超7 500×104t，占侏羅系原油儲(chǔ)量的92.8%[24]。大安寨段為淡水湖相沉積，湖盆發(fā)展經(jīng)歷了初始湖泛期、最大湖泛期和湖退萎縮期3個(gè)階段，根據(jù)巖性組合、電性、沉積旋回特征將大安寨段自上而下劃分為大一、大一三和大三等3個(gè)亞段，巖性以深灰、灰黑色泥頁(yè)巖與湖相介殼灰?guī)r不等厚互層為特征（圖1）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置與綜合柱狀圖Fig.1 Structural location and comprehensive stratigraphic column of the study area

2 烴源巖特征

四川盆地侏羅紀(jì)大安寨段沉積期為主湖泛期，缺乏外來物源影響，為欠補(bǔ)償?shù)摹梆囸I”湖盆背景。最大湖泛期的大一三亞段發(fā)育淺湖—半深湖泥頁(yè)巖，以黑色、深灰色頁(yè)巖為主，頁(yè)巖顏色深、質(zhì)純、頁(yè)理發(fā)育，為強(qiáng)還原條件的淺湖—半深湖相沉積產(chǎn)物，廣泛分布于川中地區(qū)，北部厚，南部薄，厚度10～70 m不等，最大值出現(xiàn)于儀隴—達(dá)州一帶，厚度可達(dá)70 m以上（圖2）。巖石熱解和有機(jī)碳含量測(cè)試分析結(jié)果顯示（表1），大安寨段暗色泥頁(yè)巖總有機(jī)碳含量（TOC）0.54%～2.32%，平均1.30%；產(chǎn)油潛率（S1+S2）0.38～13.33 mg/g，平均4.46 mg/g；產(chǎn)烴指數(shù)（PI）0.22～0.51，平均0.32；氫指數(shù)（HI）49.91～360.34 mg/g，平均201.09 mg/g；有效碳（PC）0.03%～0.77%，平均0.37%；烴指數(shù)（HCI）20.33～214.22 mg/g，平均97.73 mg/g。表明大安寨段暗色泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量較高，為一套中—好烴源巖。烴源巖干酪根類型以腐泥型為主[25]，有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率（Ro）0.78%～1.76%，平均1.16%；最高峰溫（Tmax）441℃～459℃，平均447.63℃，處于成熟—高成熟階段，絕大部分地區(qū)處于生油高峰期，生油條件較好[24]。

表1 川中地區(qū)侏羅系大安寨段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度表Table 1 Source rock organic matter abundance of the Da’anzhai member in the central Sichuan Basin

圖2 川中地區(qū)大安寨段暗色泥頁(yè)巖厚度圖Fig.2 Dark mud?shale thickness map of the Da’anzhai member in the central Sichuan Basin

3 致密儲(chǔ)層特征

通過20口井巖心和108塊鑄體薄片分析結(jié)果顯示，川中侏羅系大安寨段儲(chǔ)集巖主要為介殼灰?guī)r和泥質(zhì)介殼灰?guī)r。介殼灰?guī)r為介殼灘的典型沉積產(chǎn)物[14]，單層厚度一般5～10 m，厚者可達(dá)20 m以上，縱向上主要發(fā)育于大一亞段和大三亞段，在整個(gè)川中地區(qū)可連續(xù)追蹤對(duì)比，分布較穩(wěn)定。泥質(zhì)介殼灰?guī)r為介殼灘翼部和灘前斜坡相沉積物，介殼含量介于10%～40%，單層厚度2～5 m，累計(jì)厚度可達(dá)10～20 m，在垂向上主要分布于大一亞段下部及大一三亞段，常與暗色泥頁(yè)巖互層或夾于厚層暗色泥頁(yè)巖中，連續(xù)性較差，非均質(zhì)性較[17]。樣品分析結(jié)果顯示，大安寨段儲(chǔ)集層孔隙度為0.38%～6.82%，平均1.67%，滲透率多低于0.1×10-3μm2，為特低孔致密儲(chǔ)集層。

掃描電鏡、微米CT測(cè)試結(jié)果顯示，大安寨段儲(chǔ)集空間類型包括溶蝕孔洞和基質(zhì)孔隙（表2）。溶蝕孔洞型儲(chǔ)層主要分布于大一亞段和大三亞段厚層介殼灰?guī)r中，以磨030-H31井1 425.9 m為例（表2），介殼灰?guī)r部分已發(fā)生重結(jié)晶作用，顆粒以粗晶為主，巖心上肉眼可見的孔洞大小不等，分布不均勻，孔徑多>2 mm，儲(chǔ)層孔隙度5.43%，滲透率0.604×10-3μm2，為粗孔—粗喉結(jié)構(gòu)，排驅(qū)壓力和中值壓力較低，孔喉連通性較好。該類儲(chǔ)層在縱向上局部相對(duì)集中發(fā)育，分布較局限，主要沿裂縫發(fā)育區(qū)分布，受裂縫控制明顯[26]。

表2 川中地區(qū)大安寨段儲(chǔ)集空間分類表Table 2 Reservoir space classification table of the Da’anzhai member in the central Sichuan Basin

基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層主要分布于介殼灘翼部或?yàn)┣靶逼孪嘀小幽噘|(zhì)介殼灰?guī)r中，與烴源巖毗鄰，烴源巖排烴時(shí)遭受有機(jī)酸溶蝕，形成基質(zhì)孔隙，包括介殼內(nèi)溶孔、介殼與介殼間泥巖基質(zhì)收縮孔和方解石晶體間隙等，以蓬萊10井2 006.74 m為例（表2），巖心觀察可見少量毫米級(jí)孔隙發(fā)育，顯微鏡下可見大量微米級(jí)、納米級(jí)溶孔，分布于殼體內(nèi)或介殼間，微孔隙、介殼間孔順介殼排列方向分布，呈“層狀”特征，孔隙度4.4%，滲透率0.279×10-3μm2，孔喉半徑較小，普遍介于0～1μm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

4 致密油源儲(chǔ)配置特征

致密油最重要的特點(diǎn)是源儲(chǔ)共生，或源儲(chǔ)緊鄰。源儲(chǔ)空間配置是控制致密油富集程度的關(guān)鍵[27-28]。開展致密油源儲(chǔ)配置研究，對(duì)下一步落實(shí)致密油潛在勘探領(lǐng)域具有重要意義。

4.1 源儲(chǔ)配置類型及特征

通過研究區(qū)100多口井源儲(chǔ)配置研究，結(jié)合5個(gè)油田的典型出油井解剖，對(duì)川中地區(qū)大安寨段源儲(chǔ)配置類型進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：川中地區(qū)大安寨段發(fā)育3種源儲(chǔ)配置（圖3），即旁生側(cè)儲(chǔ)式（I型）、源儲(chǔ)互層式（II型）和上源下儲(chǔ)式（III型）。

圖3 川中地區(qū)大安寨段源儲(chǔ)配置剖面圖Fig.3 Source reservoir matching section for the Da’anzhai member in the central Sichuan Basin

旁生側(cè)儲(chǔ)式：儲(chǔ)集層為分布于湖盆周緣高部位的灘主體的介殼灰?guī)r，厚度較大，通常介于5～10 m，為湖平面下降期淺湖亞相沉積產(chǎn)物，儲(chǔ)集空間類型為大小不等、分布不均、局部富集的溶蝕孔洞。烴源巖為湖盆中心的淺湖—半深湖相暗色泥巖。在空間上，儲(chǔ)層與烴源巖側(cè)向相接，構(gòu)成旁生側(cè)儲(chǔ)式接觸關(guān)系（圖4）。

源儲(chǔ)互層式：儲(chǔ)層巖相為中—薄層泥質(zhì)介殼灰?guī)r，厚度通常介于2～5 m，為介殼灘翼部或?yàn)┣靶逼孪喑练e產(chǎn)物，分布廣、層數(shù)多，且距離烴源巖中心較近，發(fā)育基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層，儲(chǔ)層條件相對(duì)較好，與烴源巖呈不等厚互層，接觸面積大，源儲(chǔ)呈“千層餅”狀廣覆式接觸（圖4）。

上源下儲(chǔ)式：儲(chǔ)層儲(chǔ)集巖相為中—厚層介殼灰?guī)r，分布于大三亞段，厚度5～10 m，為初始湖侵期灘相主體部位的沉積產(chǎn)物，大面積分布于湖盆沉降中心附近，發(fā)育溶蝕孔洞型儲(chǔ)層，其上為大一三亞段斜坡區(qū)厚層烴源巖覆蓋（圖4），烴源巖厚度大、豐度高、生油條件好。以公山廟油田為例，公4井大三亞段鉆遇5 m介殼灰?guī)r儲(chǔ)層，儲(chǔ)層之上覆蓋了近30 m大一三亞段暗色泥巖，源儲(chǔ)緊鄰，在垂向上構(gòu)成良好的源儲(chǔ)配置。

圖4 川中地區(qū)侏羅系大安寨段源儲(chǔ)配置模式Fig.4 Source?reservoir matching model for the Da’anzhai member from the Jurassic in the central Sichuan Basin

4.2 源儲(chǔ)配置平面分布

基于大安寨段源儲(chǔ)配置類型及特征，結(jié)合沉積相和地震相，對(duì)大安寨段源儲(chǔ)配置平面分布特征進(jìn)行分析，并指出了下一步致密油潛在勘探領(lǐng)域。

大一亞段主要發(fā)育旁生側(cè)儲(chǔ)式和源儲(chǔ)互層式等2種源儲(chǔ)配置。旁生側(cè)儲(chǔ)式發(fā)育裂縫孔洞型儲(chǔ)層，為介殼灘主體的沉積產(chǎn)物，但距離湖盆中心烴源巖較遠(yuǎn)，且儲(chǔ)層之下主要發(fā)育濱湖相雜色泥巖。因此，烴源巖條件較差，且儲(chǔ)層對(duì)裂縫依賴程度較高，目前未發(fā)現(xiàn)該源儲(chǔ)配置成藏的實(shí)例，以磨030-H31井為例，該井大一三亞段鉆遇單層10 m厚介殼灰?guī)r，發(fā)育溶蝕孔洞型儲(chǔ)層，但與儲(chǔ)層直接接觸的泥巖顏色已相變?yōu)殡s色，烴源巖條件較差，表明該類源儲(chǔ)配置烴源巖條件較差，不利于致密油富集。該類源儲(chǔ)配置主要分布于金華—資陽(yáng)—安岳—榮昌一帶，另外在合川、廣安、渠縣等地區(qū)成條帶狀分布（圖5a）；源儲(chǔ)互層式發(fā)育基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層，對(duì)斷裂和裂縫依存度不高，在源儲(chǔ)壓差驅(qū)動(dòng)下，充注效率高[29]，公山廟油田、蓮池油田、桂花油田和中臺(tái)山油田均發(fā)育該類源儲(chǔ)配置，表明該類源儲(chǔ)配置條件有利，有利于致密油富集。除金華油田、桂花油田和公山廟油田發(fā)育該類源儲(chǔ)配置外，營(yíng)山地區(qū)和秋林東南地區(qū)也發(fā)育源儲(chǔ)互層式配置，有利于致密油富集，為下一步致密油勘探潛在勘探領(lǐng)域。

大一三亞段主要發(fā)育源儲(chǔ)互層式（II型）源儲(chǔ)配置，儲(chǔ)層主要為基質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層，烴源巖層為侏羅系最大湖侵期暗色泥巖，烴源巖厚度大、質(zhì)量高，與中—薄層泥質(zhì)介殼灰?guī)r在垂向上呈“三明治”狀構(gòu)成不等厚互層，源儲(chǔ)配置較好。該類源儲(chǔ)配置在川中地區(qū)主要分布于中臺(tái)山—金華—桂花—李渡—廣安一線，圍繞烴源巖中心呈半環(huán)帶狀分布（圖5b）。目前已探明、并高效開發(fā)的中臺(tái)山油田、金華油田和桂花油田均發(fā)育該類源儲(chǔ)配置，李渡地區(qū)和廣安地區(qū)為致密油下一步潛在勘探領(lǐng)域。

大三亞段主要發(fā)育上源下儲(chǔ)式源儲(chǔ)配置，儲(chǔ)層主要為裂縫—孔洞，烴源巖為大一三亞段厚層烴源巖，烴源巖條件較好，且烴源巖生烴期排出的大量酸性水，不斷溶蝕大三亞段介殼灰?guī)r，有利于溶蝕孔洞型儲(chǔ)層的形成。在川中地區(qū)公山廟、西充、金華、蓮池、潼南、廣安和渠縣等地大面積連片分布（圖5c）。公山廟油田、蓮池油田均發(fā)育該類源儲(chǔ)配置，表明該類源儲(chǔ)配置條件較好，有利于致密油富集。渠縣、廣安地區(qū)為致密油下一步潛在有利區(qū)。

圖5 川中地區(qū)侏羅系大安寨段源儲(chǔ)配置分布圖（a）大一亞段；（b）大一三亞段；（c）大三亞段Fig.5 Source?reservoir matching distribution of the Da’anzhai member from the Jurassic in the central Sichuan Basin(a)Dayi sub member;(b)Dayisan sub member;(c)Dasan sub member

5 油氣勘探意義

綜合上述分析表明：川中地區(qū)大安寨段發(fā)育3類源儲(chǔ)配置，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、湖平面升降變化和氣候條件的影響，在空間上發(fā)育不同的源儲(chǔ)配置，也致使不同的源儲(chǔ)配置含油氣性有所差異。源儲(chǔ)互層式和上源下儲(chǔ)式為川中地區(qū)大安寨段最有利于致密油富集的源儲(chǔ)配置，秋林、儀隴、渠縣、李渡和廣安地區(qū)發(fā)育源儲(chǔ)互層式和上源下儲(chǔ)式源儲(chǔ)配置，有利于致密油富集，為川中地區(qū)大安寨段致密油下一步潛在勘探領(lǐng)域。因此，開展致密油源儲(chǔ)配置研究，將為致密油“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、下一步勘探領(lǐng)域優(yōu)選和鉆井部署提供地質(zhì)依據(jù)。

6 結(jié)論

（1）川中地區(qū)大安寨段烴源巖較發(fā)育，儲(chǔ)層主要包括溶蝕孔洞和基質(zhì)孔隙等2種，為四川盆地致密油勘探主要層系之一。

（2）大安寨段發(fā)育旁生側(cè)儲(chǔ)式、源儲(chǔ)互層式和上源下儲(chǔ)式等3類源儲(chǔ)配置，源儲(chǔ)互層式和上源下儲(chǔ)式為最有利源儲(chǔ)配置。

（3）秋林、儀隴、渠縣、李渡和廣安地區(qū)發(fā)育源儲(chǔ)互層式和上源下儲(chǔ)式配置，有利于致密油富集，為下一步川中地區(qū)致密油潛在勘探領(lǐng)域。

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