四川盆地秋林地區(qū)侏羅系沙溪廟組二段河流相沉積特征及儲(chǔ)集差異性分析

韋騰強(qiáng), 張本健， 王小娟， 朱 訊, 張少敏, 吳長(zhǎng)江, 金 濤, 龐正煉

(1.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 成都 610041； 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083)

在四川盆地陸相地層以往的油氣勘探中，侏羅系沙溪廟組非重點(diǎn)層位，總體研究程度較低，僅在川西南平落壩、川東北五寶場(chǎng)、蜀南大塔場(chǎng)、川西中江等地有零星發(fā)現(xiàn)。經(jīng)近幾年對(duì)沙溪廟組系統(tǒng)的綜合地質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地沙溪廟組縱向上河道砂體非常發(fā)育，平面上廣泛分布，儲(chǔ)集物性較好，具有非常大的勘探潛力，目前已在川中-川西地區(qū)秋林、金華、八角場(chǎng)、鹽亭等地獲得重大天然氣勘探突破，且沙溪廟組天然氣具有埋藏淺、成本低、周期短、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，是目前低油價(jià)下效益開(kāi)發(fā)的重要現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域之一，受到了廣泛的重視[1]。因此，沙溪廟組已成為四川盆地油氣勘探的一個(gè)新熱點(diǎn)。

近年來(lái)，眾多學(xué)者針對(duì)沙溪廟組開(kāi)展了部分沉積學(xué)研究，對(duì)物源方向、沉積相類(lèi)型、成巖作用、層序地層格架等具有一定認(rèn)識(shí)，如歐莉華等[2]通過(guò)砂巖地球化學(xué)，指出川西地區(qū)在中侏羅世沙溪廟期具有相同的沉積物源背景；李明等[3]基于地震沉積學(xué)原理，指出四川盆地在沙溪廟組主要發(fā)育河流相沉積；顧戰(zhàn)宇等[4]指出沙溪廟組河道砂巖發(fā)育高孔高滲和低孔低滲兩種孔隙型儲(chǔ)層，不同類(lèi)型儲(chǔ)層對(duì)氣藏成藏具有重要的控制作用。綜合前人在沉積方面的研究，沙溪廟組仍存在以下尚待解決的問(wèn)題：具體的河流類(lèi)型、河流沉積特征目前尚不清楚；井間距相對(duì)較大，不足以控制沉積體展布細(xì)節(jié)；尤其是同一沉積背景(如物源)內(nèi)的砂巖居然呈現(xiàn)較大的儲(chǔ)層差異性。具體是何種原因造成了這種現(xiàn)象，這不僅一直是制約四川盆地沙溪廟組油氣勘探生產(chǎn)的瓶頸，而且是石油地質(zhì)領(lǐng)域中值得探討的科學(xué)問(wèn)題。因此，現(xiàn)以數(shù)據(jù)資料豐富、地震品質(zhì)較好的秋林地區(qū)為對(duì)象，選取河流相沉積較為發(fā)育的沙溪廟組二段為目的層，綜合利用地質(zhì)與地球物理資料，闡明所發(fā)育的具體河流類(lèi)型、研究河流相沉積特征及演化，論述同一沉積背景下發(fā)育儲(chǔ)層差異性的主控因素與成因機(jī)制，不僅有助于四川盆地沙溪廟組油氣勘探，而且有助于研究河流沉積-儲(chǔ)層演化的控制機(jī)理，具有重要的實(shí)際意義與科研意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地是一個(gè)大型含油氣疊合盆地，是中國(guó)油氣工業(yè)的重要基地[5]。自震旦系以來(lái)，盆地總體以沉降為主，基底之上巨厚的蓋層沉積為油氣的形成和富集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，特別是由于地殼震蕩運(yùn)動(dòng)和沉積環(huán)境的變遷，導(dǎo)致四川盆地的油氣層具有多旋回特點(diǎn)，縱向上形成多套含油氣層系，其陸相侏羅系沙溪廟組是已發(fā)現(xiàn)的油氣層中埋藏最淺的含油氣層系。盆地沉積蓋層齊全，主要經(jīng)歷了兩大構(gòu)造沉積演化階段。其中震旦系到中三疊統(tǒng)是海相沉積，以碳酸鹽巖為主。中三疊世末早印支期，上揚(yáng)子區(qū)整體抬升，盆地內(nèi)部遭受不同程度剝蝕，大規(guī)模海侵從此結(jié)束。上三疊統(tǒng)明顯反映了全區(qū)由淺海臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)陸湖盆的全過(guò)程，是一套海陸過(guò)渡沉積，侏羅系到古近系為陸相地層，主要為一套碎屑巖沉積[6-8]。在各演化階段中，沉積背景具有繼承性。研究區(qū)侏羅系地層綜合柱狀圖與區(qū)域位置如圖1所示。

陸相侏羅系沙溪廟組是四川盆地發(fā)現(xiàn)的油氣層中埋藏最淺的含油氣層系，自下向上可劃分為沙一段與沙二段。沙一段中上部地層沉積時(shí)，研究區(qū)內(nèi)湖水已經(jīng)完全退出，盆地北部均以河流相為主，巖性主要為紫紅色泥巖夾淺灰色砂巖，沙一段末期盆地經(jīng)歷了一個(gè)短暫的淺湖相沉積環(huán)境，形成了數(shù)米厚的葉肢介頁(yè)巖，然而時(shí)間較短，之后又恢復(fù)了河流相沉積。沙二段時(shí)期盆地一直以陸上強(qiáng)氧化沉積環(huán)境為主，發(fā)育了厚層的河流相地層，直至沙溪廟組沉積結(jié)束。地層巖性特征為厚層紫紅色泛濫平原泥巖夾灰色、灰綠色河道砂體。根據(jù)沉積基準(zhǔn)面旋回，沙二段可進(jìn)一步自下向上劃分為沙二1、沙二2、沙二3、沙二4共4個(gè)亞段。

2 沙二段河流相沉積分析

以區(qū)域沉積背景為約束，通過(guò)鉆井、測(cè)井、巖芯與地震平面屬性，綜合分析秋林地區(qū)沙溪廟組二段沉積特征。沙二段以陸相沉積為背景，在地震剖面中，地震相呈強(qiáng)振幅，并具有下切反射特征(圖2)；在平面均方根振幅屬性中，呈現(xiàn)典型的帶狀特征，且具有一定程度彎曲，不同帶狀相互疊置(圖2)；在鉆井中，測(cè)井曲線(xiàn)呈現(xiàn)鐘型或箱型，指示正旋回沉積，自下向上巖性由砂巖變?yōu)槟鄮r，粒度逐漸變細(xì)(圖3、圖4)。綜合以上沉積特征，秋林地區(qū)沙溪廟組二段發(fā)育河流相沉積。

在地震數(shù)據(jù)體中，對(duì)沙二段各亞段開(kāi)展高精度地層劃分與地層追蹤解釋?zhuān)總€(gè)亞段劃分為5個(gè)四級(jí)層序，并對(duì)各四級(jí)層序沿層提取地震均方根振幅屬性，以高精度開(kāi)展沉積特征演化分析(圖2)。在圖2各亞段的四級(jí)層序均方根屬性切片中，均顯示典型的帶狀特征，且?guī)畛尸F(xiàn)一定的彎曲，具有明顯的凸岸與凹陷，指示曲流河沉積，但具體河型，如河道彎曲程度等具有一定的演化規(guī)律。

在沙二1亞段，自下向上，帶狀反射特征逐漸明顯，但帶狀彎曲程度降低，表明由早到晚，河流發(fā)育程度增加、彎曲度降低；在沙二2亞段與3亞段，自下向上，河流發(fā)育程度逐漸降低、彎曲程度增加；在沙二4亞段，河流整體較少發(fā)育，但彎曲程度較大，自下向上呈現(xiàn)發(fā)育程度增加、彎曲度降低的趨勢(shì)。彎曲程度較高的河道帶中，河道相互疊置，側(cè)向擺動(dòng)較強(qiáng)，為常規(guī)型曲流河形態(tài)特征，而在彎曲程度較低的河道帶中，河道相對(duì)穩(wěn)定，缺少相互疊置，在形態(tài)上則呈現(xiàn)一定的辮狀特征。

研究對(duì)象Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體位于沙二1亞段，Ⅳ號(hào)砂體位于Ⅴ號(hào)砂體上方。因此，推測(cè)由Ⅴ號(hào)砂體向Ⅳ號(hào)砂體，河流彎曲程度降低，形態(tài)發(fā)生變化。

秋林地區(qū)B井第一次取芯鉆至沙二段，測(cè)井曲線(xiàn)呈明顯的鐘型，垂向疊置，代表曲流河縱向相互疊置的“二元結(jié)構(gòu)”。巖芯以砂巖和泥巖為主，粒度向上變細(xì)，為單期曲流河道的正旋回沉積。沉積微相主要包括“二元結(jié)構(gòu)”底部的邊灘和上部的天然堤與河漫灘，邊灘粒度較粗，為砂巖沉積，對(duì)應(yīng)較好的孔隙度與滲透率，而天然堤與河漫灘粒度較細(xì)，為泥巖沉積，對(duì)應(yīng)較差的孔隙度與滲透率，尤其滲透率數(shù)值較低。測(cè)井曲線(xiàn)鐘型特征明顯，表明上部的天然堤與河漫灘沉積較厚，在“二元結(jié)構(gòu)”中占有一定比例，為常規(guī)型曲流河的沉積特征。

秋林地區(qū)Ⅰ井沙二段中，測(cè)井曲線(xiàn)以箱型為主，沉積物粒度具有正旋回特征。在單期沉積旋回中，自然伽馬(GR)數(shù)值較大的底部所占比重較大，以粒度較粗的砂巖沉積為主，上部GR數(shù)值較小，砂巖粒度較細(xì)，且沉積較少。測(cè)井曲線(xiàn)鐘型特征不明顯，表明在該“二元結(jié)構(gòu)”的構(gòu)成中，底部邊灘沉積較多，上部天然堤與河漫灘相對(duì)較少，前人認(rèn)為該河流類(lèi)型為曲流河發(fā)生辮狀化所致[9-11]，定義為辮狀型曲流河。由圖可知，高GR數(shù)值對(duì)應(yīng)較低的孔隙度與滲透率，而低GR數(shù)值對(duì)應(yīng)較高的孔隙度與滲透率，說(shuō)明單期河道沉積中下部邊灘砂巖儲(chǔ)集物性較好，上部細(xì)粒天然堤與河漫灘沉積儲(chǔ)集物性較差，與B井呈現(xiàn)的現(xiàn)象一致。

綜上，秋林地區(qū)沙溪廟組二段發(fā)育曲流河沉積，并根據(jù)河流彎曲程度、“二元結(jié)構(gòu)”構(gòu)成特征，劃分為常規(guī)型曲流河與辮狀型曲流河。常規(guī)型曲流河彎曲程度較高，單期“二元結(jié)構(gòu)”中邊灘、天然堤與河漫灘沉積均較多；辮狀型曲流河彎曲程度較低，單期“二元結(jié)構(gòu)”中邊灘沉積所占比例較大，天然堤與河漫灘沉積較少。

3 Ⅳ號(hào)砂體與Ⅴ號(hào)砂體儲(chǔ)集差異性

在油氣勘探過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)位于同一河流沉積背景下存在中孔低滲和高孔高滲兩種不同儲(chǔ)集物性砂體，如Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體(表1)。Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體位于沙二1亞段，同處于曲流河沉積背景，但兩者的儲(chǔ)集物性卻截然不同，Ⅳ號(hào)砂體為高孔隙度、高滲透率，Ⅴ號(hào)砂體為中孔隙度、低滲透率。

表1 Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體儲(chǔ)集物性參數(shù)與對(duì)比

4 儲(chǔ)層差異性主控因素分析

目前對(duì)儲(chǔ)層的研究成果較多，影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的因素主要包括物源、沉積、成巖與次生改造等[12-15]。綜合上述4個(gè)因素，對(duì)Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體分別展開(kāi)論述與對(duì)比，最終得出影響兩者儲(chǔ)集差異性的主控因素。

4.1 物源因素

圖5為研究區(qū)中侏羅統(tǒng)沙溪廟組物源背景，Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體均屬于中侏羅統(tǒng)沙二1亞段，位于同一構(gòu)造旋回階段[15]，兩者之間無(wú)構(gòu)造轉(zhuǎn)折及盆山關(guān)系的轉(zhuǎn)換，具有相同的物源區(qū)供給，即米倉(cāng)山-大巴山與龍門(mén)山[16-17]。因此，Ⅳ號(hào)砂體與Ⅴ號(hào)砂體具有相同的母巖性質(zhì)，物源并非造成兩者儲(chǔ)集差異性的因素。

4.2 成巖與次生改造

圖6為Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體的巖石薄片鏡下特征，在物源區(qū)相同的沉積背景下，通過(guò)對(duì)比巖石薄片可判斷兩者后期的成巖作用所造成的差異。Ⅳ號(hào)砂體主要為長(zhǎng)石砂巖，礦物顆粒具有一定分選，但磨圓中等或較差，儲(chǔ)集空間主要以原生粒間孔隙為主，缺少明顯的膠結(jié)物；Ⅴ號(hào)砂體主要為長(zhǎng)石砂巖，礦物顆粒分選與磨圓均中等或較差，儲(chǔ)集空間主要以原生粒間孔隙為主，與Ⅳ號(hào)砂體具有相同的巖石薄片鏡下特征。因此，兩者砂體不存在后期成巖作用的差異。

圖5 四川盆地秋林地區(qū)中侏羅統(tǒng)沙溪廟組物源背景[16]Fig.5 The middle Jurassic provenance background of Shaximiao Formation in Qiulin area, Sichuan Basin[16]

圖6 Ⅳ號(hào)砂體與Ⅴ號(hào)砂體巖石薄片鏡下特征Fig.6 Microscopic characteristics of rock flakes of No.Ⅳ and No.Ⅴ sand bodies

經(jīng)后期構(gòu)造改造，巖石可產(chǎn)生次生裂隙等儲(chǔ)集空間，可極大改良儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性。由圖6可知，Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體儲(chǔ)集空間主要以原生粒間孔為主，缺少次生裂隙。

4.3 沉積因素

綜合地質(zhì)與地球物理數(shù)據(jù)，對(duì)Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體開(kāi)展沉積研究(圖7、圖8)。由圖7可知，均方根振幅平面屬性呈現(xiàn)非常典型的河道帶狀特征，Ⅴ號(hào)砂體為典型的曲流河形態(tài)，為常規(guī)型曲流河[圖7(a)]；Ⅳ號(hào)砂體所呈現(xiàn)的河流形態(tài)發(fā)生變化，彎曲程度較弱，呈現(xiàn)微弱的辮狀河特征，為辮狀型曲流河[圖7(b)]。

圖8(a)為秋林地區(qū)B井Ⅴ號(hào)砂體鉆井取芯，以沖刷面為分隔界面，可見(jiàn)多期河道沉積的疊置，每期河道沉積，均由下部的粗粒沉積和上部細(xì)粒泥質(zhì)沉積構(gòu)成，為典型的“二元結(jié)構(gòu)”。在單期“二元結(jié)構(gòu)”中，位于沖刷面之上的下部粗粒邊灘沉積占比較少，主要以上部的泥質(zhì)沉積為主。圖8(b)為秋林地區(qū)Ⅰ井Ⅳ號(hào)砂體鉆井取芯，雖具有正旋回沉積特征，但巖芯主要以邊灘砂巖沉積為主，而“二元結(jié)構(gòu)”上部的天然堤與河漫灘泥巖則所占比較少。

綜上，Ⅴ號(hào)砂體與Ⅳ號(hào)砂體在沉積構(gòu)成上表現(xiàn)出顯著不同。雖然兩者均為曲流河沉積，但Ⅴ號(hào)砂體含砂率較低，Ⅳ號(hào)砂體含砂率較高，進(jìn)而呈現(xiàn)不同的孔隙度與滲透率。因此，沉積因素是影響兩期砂體呈現(xiàn)儲(chǔ)集差異性的主控因素。

5 成因機(jī)制探討

關(guān)于河型(包括河流相和三角洲平原的分流河道、三角洲前緣的分支河道)的模式，中外學(xué)者做了大量的研究和探討[18-22]。其中，最為典型的是Wright等[23]學(xué)者提出的基準(zhǔn)面和可容納空間變化控制下的河型演變模式，該模式通過(guò)分析可容納空間的變化，探討不同河型在縱向上的變化特征，具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)功能(圖9)。

圖8 Ⅳ號(hào)砂體和Ⅴ號(hào)砂體“二元結(jié)構(gòu)”巖芯照片F(xiàn)ig.8 The core photos of the“dual structure” of No.Ⅳ and No.Ⅴ sand bodies

圖9 河道型層序地層單元構(gòu)成特點(diǎn)[24]Fig.9 Formation characteristics of sequence stratigraphic units of channel type[24]

中國(guó)鄧宏文等[24-25]學(xué)者也指出，河道的結(jié)構(gòu)是可容納空間或者可容納空間增加速率與沉積物供應(yīng)速率比值變化的函數(shù)。低可容納空間(層序界面附近)條件下，河道砂巖底部常見(jiàn)明顯的侵蝕面，河道砂體以垂向加積作用為主，地層泥巖含量相對(duì)較低，河型多為辮狀河等；高可容納空間條件下，由于河道的側(cè)向加積作用增強(qiáng)，形成相對(duì)孤立的、被泥巖包圍的河道砂巖，地層泥巖含量相對(duì)較高，多形成曲流河?；鶞?zhǔn)面旋回是沉積物供給速率和可容納空間變化的結(jié)果，因此基準(zhǔn)面的高低變化控制著河道形態(tài)、泥巖含量的變化。據(jù)此，可根據(jù)河道形態(tài)的變化對(duì)沙二段開(kāi)展沉積基準(zhǔn)面旋回的劃分與分析(圖2)。

在秋林地區(qū)沙溪廟組二段1亞段，由Ⅴ號(hào)砂體向Ⅳ號(hào)砂體，沉積基準(zhǔn)面降低，致使河流形態(tài)發(fā)生改變，由常規(guī)型曲流河轉(zhuǎn)變?yōu)檗p狀型曲流河，儲(chǔ)集物性較差的天然堤與河漫灘沉積減少，物性較好的邊灘沉積增多，進(jìn)而造成儲(chǔ)集物性變好。因此，沉積基準(zhǔn)面的變化是儲(chǔ)集物性差異性的成因機(jī)制。

6 結(jié)論

(1)四川盆地秋林地區(qū)沙溪廟組二段發(fā)育曲流河沉積，包括常規(guī)型曲流河和辮狀型曲流河。常規(guī)型曲流河單期“二元結(jié)構(gòu)”中邊灘占比較辮狀型曲流河低?！岸Y(jié)構(gòu)”底部邊灘沉積具有較高的孔隙度與滲透率，儲(chǔ)集物性較好，而上部天然堤與河漫灘的儲(chǔ)集物性較差。

(2)沙二1亞段中Ⅳ號(hào)與Ⅴ號(hào)砂體同屬于曲流河沉積背景，但Ⅴ號(hào)砂體滲透率、孔隙度數(shù)值較低，Ⅳ號(hào)砂體儲(chǔ)集物性較Ⅴ號(hào)砂體好。Ⅳ號(hào)砂體屬于辮狀型曲流河，Ⅴ號(hào)砂體屬于常規(guī)型曲流河，沉積的不同是控制兩期砂體儲(chǔ)集物性差異的直接因素。

(3)沉積基準(zhǔn)面的變化造成Ⅳ號(hào)與Ⅴ號(hào)砂體發(fā)育的河型不同，進(jìn)而導(dǎo)致孔隙度與滲透率的差異。因此，基準(zhǔn)面旋回是兩期砂體具有儲(chǔ)集物性差異性的成因機(jī)制。