川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育特征與遷移規(guī)律

陳鑫，陳雷，劉菲，馮亮，譚秀成，劉冬璽

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；2.天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；3.中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，四川 成都 610500；4.中國(guó)石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400021）

0 引言

20世紀(jì)70年代后期，四川盆地最早在元壩、建南地區(qū)發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏。1984年，在石寶寨構(gòu)造寶1井鉆遇長(zhǎng)興組生物礁，獲得37.2×104m3/d的高產(chǎn)氣流。之后，在川東地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批生物礁氣藏[1]，由此揭開(kāi)了長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏勘探開(kāi)發(fā)的序幕[2]。近20 a來(lái)，川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁的勘探取得了重大突破，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)普光、七里北、龍崗、元壩、五百梯、大貓坪等大型生物礁灘氣藏[3-7]。 截至2018年底，重慶氣礦開(kāi)采川東地區(qū)長(zhǎng)興組礁灘氣藏，累計(jì)產(chǎn)氣85.68×108m3。尤其是在2018年，龍門區(qū)塊新完鉆的天東110井生物礁試氣，日產(chǎn)氣量為50.99×104m3，再次掀起了長(zhǎng)興組生物礁灘氣藏勘探的高潮。長(zhǎng)興組生物礁已經(jīng)成為川東地區(qū)重要的油氣勘探熱點(diǎn)領(lǐng)域[8-13]。

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁進(jìn)行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)城口—鄂西海槽東側(cè)、開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)及川東北元壩等地區(qū)的臺(tái)緣生物礁具有垂向加積、側(cè)向遷移等發(fā)育特征[4，12，14-16]。但前人研究多著眼于某個(gè)小區(qū)塊，局限于開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)。因此，對(duì)川東地區(qū)生物礁發(fā)育特征和遷移規(guī)律缺乏整體而清晰的認(rèn)識(shí)。本文結(jié)合前人研究成果，利用野外露頭、生物礁鉆井、巖心及地震等資料，對(duì)川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育特征和遷移規(guī)律作進(jìn)一步研究及成果總結(jié)，以期為長(zhǎng)興組生物礁下一步的油氣勘探指明方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長(zhǎng)興期，四川盆地在峨眉地裂運(yùn)動(dòng)、同沉積及基底斷裂的共同影響下，盆地內(nèi)部發(fā)生差異沉降，呈現(xiàn)“三隆三凹”的沉積格局[17-19]。研究區(qū)構(gòu)造位置處于川東高陡褶皺帶，構(gòu)造帶多呈NE—SW向帶狀展布[19]。長(zhǎng)興組地層厚度介于40～400 m，與頂部的飛仙關(guān)組和底部的龍?zhí)督M為整合接觸，巖性以石灰?guī)r和白云巖為主。其中，經(jīng)巖溶改造的礁云巖和生屑云巖是區(qū)內(nèi)最重要的儲(chǔ)集巖類型。川東地區(qū)主要發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地（簡(jiǎn)稱臺(tái)地）、臺(tái)內(nèi)洼地（簡(jiǎn)稱臺(tái)洼）、海槽、臺(tái)地邊緣（簡(jiǎn)稱臺(tái)緣）及斜坡（包括臺(tái)內(nèi)緩（斜）坡、陡（斜）坡）等沉積相（見(jiàn)圖1）?！奥“枷嚅g”的沉積分異格局對(duì)川東長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層的發(fā)育及分布起到重要的控制作用[20-22]，生物礁主要發(fā)育在臺(tái)地邊緣和臺(tái)內(nèi)緩坡相帶[23-26]。

圖1 川東地區(qū)長(zhǎng)興期沉積相展布

2 生物礁發(fā)育類型及特征

2.1 生物礁組成

1）造礁生物。長(zhǎng)興組主要造礁生物為海綿（見(jiàn)圖2a—2d），可見(jiàn)水螅（見(jiàn)圖2e）、苔蘚蟲(chóng)（見(jiàn)圖2f，2g）及部分層孔蟲(chóng)。它們呈叢聚狀、枝狀、皮殼狀及塊狀生長(zhǎng)。海綿主要包括串管海綿（見(jiàn)圖2a—2c）、腦紋海綿（見(jiàn)圖2d，2h，2i），其中串管海綿占主導(dǎo)地位。

圖2 造礁、障積-黏結(jié)及附礁生物的巖心、薄片照片

2）障積-黏結(jié)生物。此類生物以藍(lán)綠藻居多（見(jiàn)圖2j），可見(jiàn)管殼石（見(jiàn)圖2k）。障積-黏結(jié)生物圍繞造礁生物生長(zhǎng)，對(duì)造礁起重要的黏結(jié)和固定作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了礁體的穩(wěn)定性和抗浪能力。

3）附礁生物。長(zhǎng)興組附礁生物種類豐富，常見(jiàn)的有腕足、腹足、海百合、有孔蟲(chóng)、苔蘚蟲(chóng)（見(jiàn)圖2g）、瓣鰓及藻類（見(jiàn)圖2j）等。它們雖然不參加造礁，但其遺骸是礁灰?guī)r中沉積物的主要來(lái)源。

2.2 生物礁類型

根據(jù)長(zhǎng)興組生物礁所處的沉積相帶，可將生物礁劃分為臺(tái)地緣邊礁（生物丘）、斜坡礁、臺(tái)內(nèi)礁三大類。

1）臺(tái)地邊緣礁（生物丘）。臺(tái)地邊緣礁主要發(fā)育在開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)和城口—鄂西海槽西部的臺(tái)地邊緣相帶上。一般礁體規(guī)模較大，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層較發(fā)育（見(jiàn)圖3）。臺(tái)地邊緣礁的礁體高約90 m，寬約20 m，在長(zhǎng)興組中下部發(fā)育，含礁地層總厚度為183.2 m。造礁生物以海綿為主，數(shù)量占比為50%～70%，露頭剖面中海綿密集成堆。黏結(jié)生物以藍(lán)綠藻為主，附礁生物極其豐富。長(zhǎng)興組中上部及頂部發(fā)育生屑灘，灘體地層累計(jì)厚度為93 m，巖性為亮晶生屑/砂屑云巖，儲(chǔ)集性能好。

圖3 重慶開(kāi)縣紅花剖面長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育特征

生物丘多發(fā)育在城口—鄂西海槽西側(cè)的臺(tái)地邊緣相帶上，如尖山剖面。其儲(chǔ)層厚度較小，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層一般不發(fā)育。

2）斜坡礁。斜坡礁一般發(fā)育在開(kāi)江—梁平海槽緩斜坡上。在適宜水深處形成局部正地貌，在此基礎(chǔ)上間歇性發(fā)育斜坡礁。斜坡礁受海平面波動(dòng)影響變化較大，礁體呈雜亂堆積，成層性差，內(nèi)部反射雜亂。斜坡礁呈點(diǎn)狀分布于緩坡上，礁體規(guī)模較小，生物礁的發(fā)育繼承性差（見(jiàn)圖4）。

圖4 團(tuán)嶺坡地區(qū)斜坡礁地震反射特征

3）臺(tái)內(nèi)礁。臺(tái)內(nèi)礁主要分布在開(kāi)江—梁平海槽臺(tái)地邊緣礁帶之后的相對(duì)低能環(huán)境，以及武勝—石柱臺(tái)洼斜坡周緣，多發(fā)育臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁、塔礁（見(jiàn)圖5）。

圖5 雙15井—臥117井生物礁地震反射特征

2.3 生物礁分布層位及規(guī)模

1）臺(tái)地邊緣礁。臺(tái)地邊緣礁絕大多數(shù)生長(zhǎng)于長(zhǎng)二期，消亡于長(zhǎng)三期。垂向上，長(zhǎng)興早中期發(fā)育海侵追補(bǔ)型生物礁，生屑灘規(guī)模小或不發(fā)育；長(zhǎng)興晚期發(fā)育海退并進(jìn)型生物礁，生屑灘十分發(fā)育，且礁灘體頻繁垂向疊置。臺(tái)地邊緣礁是在環(huán)海槽臺(tái)地邊緣相帶上較大隆起的區(qū)域形成的線狀礁體。礁體規(guī)模較大，呈點(diǎn)狀或線狀分布。礁灘沉積厚度一般介于44.0～256.0 m。其中：厚度大于80.0 m的復(fù)合礁體，數(shù)量占比為75.0%；厚度大于50.0 m的單個(gè)礁體，數(shù)量占比為48.6%；厚度大于100.0 m的單個(gè)礁體，數(shù)量占比為27.0%。

2）臺(tái)內(nèi)礁。其礁體呈近似圓形或不規(guī)則狀，是在臺(tái)內(nèi)較小隆起古地貌上形成的孤立點(diǎn)礁或塔礁。礁體主要由黏結(jié)-障積礁灰?guī)r組成，可見(jiàn)少量海綿骨架礁灰?guī)r。單個(gè)礁體規(guī)模較小，多為斑點(diǎn)狀，呈帶狀分布在臺(tái)地洼地邊緣，或零星分布在開(kāi)闊臺(tái)地內(nèi)部高地。臺(tái)內(nèi)礁灘沉積厚度一般介于10.0～92.8 m。其中：厚度大于50.0 m的復(fù)合礁體數(shù)量占比為61.5%；厚度大于80.0 m的復(fù)合礁體數(shù)量占比為3.1%；厚度大于30.0 m的復(fù)合礁體數(shù)量占比為35.4%。單個(gè)礁灘體厚度介于4.0～71.6 m，多小于30.0 m。臺(tái)內(nèi)礁發(fā)育較早，生長(zhǎng)于長(zhǎng)一期和長(zhǎng)二早期，被海水淹死并消亡于長(zhǎng)二時(shí)期，個(gè)別礁灘體消亡于長(zhǎng)三早期。臺(tái)內(nèi)礁發(fā)育時(shí)期主要為長(zhǎng)一期—長(zhǎng)二期，部分生物礁（如雙家壩、臥龍河、板東、高峰場(chǎng)生物礁）發(fā)育于長(zhǎng)三期，部分井（如張家場(chǎng)、大池干地區(qū)的井）長(zhǎng)興期均發(fā)育生物礁。

總體上，長(zhǎng)三期礁灘規(guī)模大于長(zhǎng)興早期。臺(tái)地邊緣礁以單套巨厚礁灘體為主，且呈垂向疊加模式；臺(tái)內(nèi)礁主要為多套薄礁灘體儲(chǔ)層的垂向疊置。臺(tái)地邊緣礁在發(fā)育規(guī)模、發(fā)育厚度及橫向展布等方面優(yōu)于臺(tái)內(nèi)礁。

3 生物礁遷移規(guī)律

由于斜坡礁沒(méi)有鉆井資料，本研究?jī)H對(duì)臺(tái)地邊緣礁和臺(tái)內(nèi)礁的遷移規(guī)律作分析。臺(tái)地邊緣礁?jìng)?cè)向遷移和垂向加積均有發(fā)生；臺(tái)內(nèi)礁以垂向加積為主，局部伴隨側(cè)向遷移。在武勝—石柱臺(tái)洼和開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)，長(zhǎng)興組古地貌具有“北高南低，西高東低”的特征。由于古地貌對(duì)生物礁發(fā)育具有控制作用，生物礁灘沉積組合在川東地區(qū)呈現(xiàn)出“北西早、南東晚”的遷移演化特征。

從圖6可以看出：川東地區(qū)北西方向的生物礁發(fā)育時(shí)間最早，如張23井長(zhǎng)一期就發(fā)育生物礁；南東方向的生物礁（如臥102井、池47井）多發(fā)育在長(zhǎng)二期—長(zhǎng)三晚期。開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)與武勝—石柱臺(tái)洼具有同樣的生物礁發(fā)育遷移模式。

圖6 過(guò)鄰北1井—張23井—臥102井—池47井—洋渡2井沉積相連井剖面

從圖7可以看出：北西方向的溫泉3井生物礁發(fā)育時(shí)間早，長(zhǎng)一期開(kāi)始發(fā)育；南東方向的天東21井—云安002-5井一帶生物礁發(fā)育時(shí)間晚，均在長(zhǎng)二期—長(zhǎng)三晚期發(fā)育。

圖7 過(guò)溫泉3井—天東21井—天東021-4井—云安002-5井—云安9井—峰19井—寨溝2井沉積相連井剖面

2條連井剖面均顯示生物礁灘沉積組合具有 “北西早、南東晚”的遷移演化特征。

3.1 臺(tái)地邊緣礁

開(kāi)江—梁平海槽北部，西側(cè)為緩坡，東側(cè)為陡坡，到南部演變?yōu)槲鱾?cè)陡坡、東部緩坡。臺(tái)地邊緣古地貌具有類似于“蹺蹺板”的特征，即陡、緩坡交替出現(xiàn)。臺(tái)地邊緣礁遷移與加積生長(zhǎng)不對(duì)稱發(fā)育，古地貌在很大程度上控制了生物礁的生長(zhǎng)和遷移。生物礁在陡坡多以垂向加積為主，伴隨一定的側(cè)向遷移；而在緩坡多為垂向加積和側(cè)向遷移并進(jìn)的模式[13]。

開(kāi)江—梁平海槽北部，西側(cè)元壩地區(qū)生物礁主要呈緩坡遷移的特征；東側(cè)普光地區(qū)生物礁呈陡坡加積的發(fā)育模式。隨著該海槽逐漸向梁平地區(qū)一側(cè)靠近，兩側(cè)陡、緩坡模式發(fā)生了改變。如西側(cè)元壩—龍崗—雙家壩地區(qū)，臺(tái)緣斜坡由緩變陡，礁體多為垂向發(fā)育，且伴隨側(cè)向遷移；東側(cè)普光—五百梯地區(qū)，臺(tái)緣斜坡由陡變緩，礁體垂向加積與側(cè)向遷移并進(jìn)，礁體成排分布（見(jiàn)圖8）；最南部的興隆場(chǎng)—大貓坪地區(qū)以垂向加積為主，伴隨側(cè)向遷移。

圖8 龍崗—云安廠生物礁遷移規(guī)律

3.2 臺(tái)內(nèi)礁

臺(tái)內(nèi)礁主要發(fā)育在2個(gè)地區(qū)：一是開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)遠(yuǎn)臺(tái)緣地區(qū)或開(kāi)闊臺(tái)地；二是武勝—石柱臺(tái)洼臺(tái)內(nèi)洼地邊緣（見(jiàn)圖1）。

川東地區(qū)臺(tái)內(nèi)生物礁多屬海退并進(jìn)型生物礁。生物礁成長(zhǎng)及發(fā)育于海侵期地貌高地的低能環(huán)境。隨著生物礁的生長(zhǎng)及海平面的下降，生物礁衰亡在海退期海平面震蕩的高能環(huán)境中，呈“干死”狀?？傮w上，海退礁常伴隨生物礁的側(cè)向遷移，但川東地區(qū)臺(tái)內(nèi)礁多呈尖刺狀，橫向展布面積較小，側(cè)向遷移特征不明顯。相對(duì)海平面的震蕩使臺(tái)內(nèi)礁發(fā)育多個(gè)成礁旋回，臺(tái)內(nèi)礁多屬點(diǎn)礁和塔礁，以垂向疊加模式為主，局部有小規(guī)模側(cè)向遷移。

在開(kāi)江—梁平海槽東側(cè)溫泉井和五百梯地區(qū)，臺(tái)內(nèi)點(diǎn)礁以垂向加積模式為主，伴隨側(cè)向遷移。生物礁具有從臺(tái)內(nèi)向臺(tái)緣遷移及層位“爬升”的特征。如圖9所示：天東17井臺(tái)內(nèi)礁發(fā)育于長(zhǎng)一期和長(zhǎng)二早期；天東99井臺(tái)內(nèi)礁發(fā)育于長(zhǎng)二中期；而天東11井和天東74井臺(tái)地邊緣礁發(fā)育于長(zhǎng)二中晚期及長(zhǎng)三期。

圖9 五百梯地區(qū)生物礁遷移規(guī)律

4 結(jié)論

1）川東地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁可分為臺(tái)地緣邊礁、斜坡礁、臺(tái)內(nèi)礁三大類。生物礁主要發(fā)育在臺(tái)地邊緣和臺(tái)內(nèi)緩坡相帶。海綿是長(zhǎng)興組最重要的造礁生物，障積-黏結(jié)生物以藍(lán)綠藻居多，附礁生物種類繁多。

2）川東地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁絕大多數(shù)生長(zhǎng)于長(zhǎng)二期，消亡于長(zhǎng)三期。垂向上，長(zhǎng)興早中期發(fā)育海侵追補(bǔ)型生物礁，生屑灘規(guī)模小或不發(fā)育；長(zhǎng)興晚期發(fā)育海退并進(jìn)型生物礁。臺(tái)地邊緣礁多以單套巨厚礁灘體為主，生屑灘十分發(fā)育，且礁灘體垂向疊置頻繁。臺(tái)內(nèi)礁的礁體主要由障積-黏結(jié)礁灰?guī)r組成，規(guī)模不大，為多套薄儲(chǔ)層的垂向疊置，多呈斑點(diǎn)狀成群發(fā)育于長(zhǎng)一期和長(zhǎng)二早期。總體上，臺(tái)地邊緣礁無(wú)論是在發(fā)育規(guī)模，發(fā)育厚度及橫向展布等方面均優(yōu)于臺(tái)內(nèi)礁。

3）臺(tái)地邊緣礁在陡坡多以垂向加積為主，在緩坡多為垂向加積和側(cè)向遷移并進(jìn)的模式；而臺(tái)內(nèi)礁多為孤立塔礁、點(diǎn)礁，以垂向加積、多期疊置為特征，局部伴隨側(cè)向遷移。整體上，長(zhǎng)興組生物礁具有“北西早、南東晚”的沉積演化特征。在開(kāi)江—梁平海槽東側(cè)溫泉井和五百梯地區(qū)，生物礁具有從臺(tái)內(nèi)向臺(tái)緣遷移、層位“爬升”的特征。