川中古隆起北斜坡震旦系燈影組二段油氣成藏特征

周紅飛，戴 鑫，賈 敏，張 芮，李國輝，李 楠，楊 強，白 蓉

（1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610051；2.頁巖氣評價與開采四川省重點實驗室，成都 610021）

0 引言

1964 年威遠震旦系氣藏的發(fā)現(xiàn)揭開了四川盆地?zé)粲敖M勘探的序幕，此后四十余年中，川中古隆起震旦系一直處于被探索、尋求突破的階段。2011年GS1 井燈影組獲102.15×104m3/d 高產(chǎn)工業(yè)氣流，勘探取得了重大突破［1］，揭開了川中古隆起震旦系大氣田勘探的序幕。高石梯—磨溪地區(qū)（以下簡稱高磨地區(qū)）位于現(xiàn)今川中古隆起高部位，其以北地區(qū)（安岳以北至旺蒼地區(qū)）為一向北傾覆的單斜構(gòu)造，簡稱北斜坡。川中古隆起在震旦紀(jì)—早古生代處于發(fā)育階段，受區(qū)域沉積和桐灣期多幕次巖溶共同作用［2］，形成了燈二段普遍分布的優(yōu)良儲層。高磨地區(qū)與北斜坡地區(qū)具有相似的構(gòu)造-沉積背景［3-5］，同時燈影組巖性非均質(zhì)性較強，低能帶沉積的巖性較致密，因此現(xiàn)今北斜坡地區(qū)燈影組雖然構(gòu)造位置較低，但依然可能發(fā)育巖性油氣藏。風(fēng)險探井PT1 井近期在北斜坡燈影組二段（以下簡稱燈二段）測試獲氣121.98×104m3/d，預(yù)探井ZJ2 井在燈二段測試獲得3.36×104m3/d 工業(yè)氣流，證實了川中古隆起北斜坡燈二段存在巖性圈閉氣藏，具備良好的勘探潛力［6］。以往研究更多關(guān)注燈影組四段（以下簡稱燈四段），燈四段是目前勘探的主要目的層段［7］，不僅發(fā)現(xiàn)了臺緣帶富集天然氣，而且證實了臺內(nèi)也具有良好的成藏條件［8-9］。隨著高磨地區(qū)勘探進入中后期，亟需尋找勘探接替領(lǐng)域。燈二段勘探和研究程度較低，以往研究主要聚焦于高磨地區(qū)燈二段含油氣地質(zhì)條件以及燈二段沉積期德陽—安岳裂陷槽成因［10-11］。北斜坡燈二段埋藏較深，勘探難度大，燈二段烴源來源不明確、儲集條件是否優(yōu)良、巖性氣藏能否成藏以及勘探潛力如何等問題皆不明確。鑒于此，結(jié)合新鉆探井資料，對川中古隆起北斜坡燈二段開展巖心觀察、薄片鑒定、烴源對比、地震相刻畫等綜合研究，并進一步分析其成藏特征，進行勘探潛力評價，以期為深化該區(qū)燈二段天然氣成藏認(rèn)識和后續(xù)勘探部署提供參考。

1 地質(zhì)概況

川中古隆起發(fā)現(xiàn)于20 世紀(jì)70 年代，自西南部雅安向南充地區(qū)依次剝蝕至震旦系—志留系，按照志留系剝蝕區(qū)計算，古隆起面積達6.25×104km2［12］（圖1a）。上揚子地區(qū)在經(jīng)歷了桐灣期兩幕次運動后，形成了燈二段和燈四段頂部2 個區(qū)域性不整合面，在此背景下資陽及西部地區(qū)已剝蝕至燈二段，燈四段在盆地內(nèi)大部分區(qū)域不同程度殘存［13-15］。四川盆地?zé)粲敖M厚度為200～1 250 m，巖性主要為富藻白云巖、砂屑云巖、細晶云巖、粉晶白云巖，自下而上分為燈一段至燈四段。其中，燈一段厚度為0～100 m，以泥晶白云巖為主，夾含藻白云巖，俗稱“貧藻段”；燈二段又稱“富藻段”，厚度為400～600 m，巖性主要為富藻白云巖和顆粒白云巖；燈三段為陸棚相沉積，巖性主要為砂巖、泥巖及泥質(zhì)白云巖，稱“碎屑巖段”；燈四段厚度為180～320 m，主要發(fā)育泥粉晶云巖和紋層狀云巖，以含硅質(zhì)白云巖為特征（圖1b）。

圖1 四川盆地川中古隆起二疊紀(jì)沉積前形態(tài)（a）及震旦系燈影組巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Pre-sedimentary morphology（a）and stratigraphic column of Sinian Dengying Formation（b）in Sichuan Basin

2 沉積相與儲層特征

2.1 沉積相

晚震旦世四川盆地?zé)粲敖M為區(qū)域拉張背景下的碳酸鹽臺地沉積環(huán)境［16］，燈二段沉積期盆地東南緣、東北緣及西北緣均為被動大陸邊緣，西北緣松潘—甘孜海向南伸入到揚子克拉通內(nèi)部，發(fā)育德陽—安岳裂陷槽［17］。燈二段沉積期四川盆地以局限臺地沉積為主，長寧地區(qū)見巨厚的巖鹽、芒硝沉積，為蒸發(fā)臺地環(huán)境。沿德陽—安岳裂陷槽邊緣以及被動大陸邊緣發(fā)育臺緣丘灘帶（圖2）。川中古隆起北斜坡發(fā)育局限臺地相和臺地邊緣相，臺緣寬35～100 km，臺緣藻丘相和顆粒灘相較發(fā)育，其中顆粒灘相在PT1 井和ZJ2 井較為發(fā)育。PT1 井燈二段底部主要為砂屑云巖，灘相特征明顯；中部藻云巖發(fā)育，局部見凝塊云巖，為藻丘相；頂部巖性以凝塊云巖和砂屑云巖為主，夾少量藻云巖和粉晶云巖，灘相特征明顯，為臺緣顆粒灘相（圖3）。ZJ2 井燈二段未鉆穿，實鉆370 m，巖性與PT1 井燈二段也具有相似特征，底部和頂部巖性以凝塊云巖和砂屑云巖為主，灘相特征明顯，中部巖性以藻云巖夾少量凝塊云巖為主，藻丘相發(fā)育。

圖2 四川盆地震旦系燈二段沉積相Fig.2 Sedimentary facies of the second member of Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

圖3 川中古隆起北斜坡PT1 井震旦系燈二段綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive column of the second member of Sinian Dengying Formation of well PT1 in the north slope of central Sichuan paleo-uplift

2.2 儲層特征

川中古隆起北斜坡燈二段儲層巖性主要為凝塊云巖、砂屑云巖以及少量粉晶云巖，儲集空間主要為溶洞（圖4a）、溶孔和溶縫［6］。其中溶孔主要為粒間溶孔（圖4b—4e）、粒內(nèi)溶孔（圖4c）和晶間溶孔（圖4f）。巖心上溶蝕孔洞發(fā)育，見大量順層溶蝕孔洞，可能是顆粒灘在桐灣運動抬升至地表環(huán)境下受順層溶蝕而形成，還可見針狀溶孔、大溶洞及高角度縫［18-19］。

圖4 川中古隆起北斜坡震旦系燈二段儲層典型巖石學(xué)特征Fig.4 Typical petrological characteristics of the second member of Sinian Dengying Formation in the north slope of central Sichuan paleo-uplift

川中古隆起北斜坡燈二段儲層厚度為119.8～233.3 m，平均為176.6 m，平均儲地比為34.6%，整體上具有低孔低滲特征，局部孔隙度較高。巖心孔隙度為2.0%～10.7%，平均為4.4%；巖心（柱塞樣）平均滲透率為3.6 mD。高磨地區(qū)燈二段儲層總體要薄一些，厚度為17.4～375.1 m，平均厚度為89.7 m，平均孔隙度為3.4%，平均儲地比為32.4%（表1）。通過對比發(fā)現(xiàn)北斜坡燈二段儲集條件總體上較高磨地區(qū)更加優(yōu)良，這可能是由于臺緣灘儲集條件整體優(yōu)于臺內(nèi)灘造成的。

表1 川中古隆起高磨地區(qū)與北斜坡震旦系燈二段儲層特征對比Table 1 Reservoir characteristics comparison of the second member of Sinian Dengying Formation in Gaomo area and the north slope of central Sichuan paleo-uplift

3 成藏條件分析

3.1 靠近烴源中心，烴源條件良好

四川盆地震旦系—寒武系烴源巖發(fā)育，包括陡山沱組、筇竹寺組及麥地坪組泥巖等多套有機質(zhì)豐度較高的烴源巖［20-22］。北斜坡多口實鉆探井已證實在古隆起北斜坡廣覆式發(fā)育筇竹寺組、麥地坪組和陡山沱組等多套烴源巖，其中尤以筇竹寺組烴源巖厚度大、有機碳含量高。位于北斜坡的PT1 井筇竹寺組烴源巖厚度為285 m，實測有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.37%～6.56%，平均為2.11%，其天然氣δ13C1值為-34.0‰～-33.6‰，δ13C2值 為-29.3‰～-28.9‰（表2）。PT1 井天然氣的δ13C2值比筇竹寺組泥頁巖干酪根的δ13C2值重，說明PT1 井天然氣不僅僅來自筇竹寺組烴源巖，其甲、乙烷碳同位素與高磨地區(qū)震旦系天然氣藏處于同一個區(qū)間范圍內(nèi)，與威遠、資陽燈影組氣藏差異比較大（圖5），表明北斜坡PT1 井燈二段天然氣來源與高磨地區(qū)燈影組氣藏相似，即氣源為深部震旦系烴源巖與筇竹寺組烴源巖共同供氣［19］。位于德陽—安岳裂陷槽內(nèi)的ZJ2井筇竹寺組烴源巖厚度為506 m，實測有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.30%～2.55%，平均為2.03%，其天然氣δ13C1值為-35.1‰～-34.7‰，δ13C2值為-33.2‰～-27.3‰。其乙烷碳同位素分布范圍較廣，部分與筇竹寺組干酪根的δ13C2值接近，部分與燈影組碳酸鹽巖δ13C2值接近，表明ZJ2 井燈二段天然氣來源主要為筇竹寺組烴源巖和深部震旦系烴源巖共同供氣。

圖5 四川盆地震旦系—下古生界天然氣與烴源巖干酪根碳同位素分布Fig.5 Distribution of kerogen carbon isotopes of natural gas and source rocks of Sinian-Lower Paleozoic in Sichuan Basin

表2 川中古隆起震旦系燈二段同位素分布Table 2 Isotope distribution of the second member of Sinian Dengying Formation in central Sichuan paleo-uplift

結(jié)合鉆井、地震資料，刻畫出高磨地區(qū)—北斜坡筇竹寺組烴源巖展布，其整體呈現(xiàn)出沿德陽—安岳裂陷槽分布，在裂陷槽形成了生烴中心［21］。北斜坡燈二段不僅上覆烴源條件良好，還緊鄰裂陷槽生烴中心，筇竹寺烴源巖厚度為200～600 m，為燈二段成藏提供了充足的烴源（圖6）。

圖6 川中古隆起北斜坡下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖厚度Fig.6 Thickness of source rocks of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the north slope of central Sichuan paleo-uplift

3.2 源儲配置關(guān)系良好

川中古隆起北斜坡筇竹寺組、麥地坪組烴源巖條件良好，燈二段丘灘體儲層疊置連片，分布面積廣，筇竹寺組和麥地坪組烴源巖從側(cè)向及上方包裹丘灘體，同時具備“上生下儲”和“旁生側(cè)儲”2 種良好的源儲配置關(guān)系［23］（圖7a）。燈二段頂面桐灣運動一期形成的區(qū)域性不整合面和大量斷層系統(tǒng)有效溝通了烴源巖和儲集層，為古隆起及其圍斜區(qū)油氣成藏提供了良好的運移通道［21，24］。高磨地區(qū)燈二段臺內(nèi)丘灘體儲層與筇竹寺組烴源巖呈上下疊置關(guān)系，主要構(gòu)成“上生下儲”的源儲配置關(guān)系（圖7b）。總體而言，從烴源巖厚度和質(zhì)量，以及源儲配置關(guān)系來看，北斜坡相對于古隆起高部位的高磨地區(qū)成藏條件更為優(yōu)越。

圖7 川中古隆起北斜坡—高磨地區(qū)連井地震剖面（a）及氣藏剖面（b）Fig.7 Well-tie seismic section（a）and gas reservoir profile（b）in Gaomo area and the north slope of central Sichuan paleo-uplift

3.3 巖性圈閉、構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉控藏

高磨地區(qū)燈二段為一具有統(tǒng)一氣水界面（-5 160 m）的底水構(gòu)造圈閉氣藏。PT1 井區(qū)的構(gòu)造圈閉面積為90 km2，構(gòu)造幅度為200 m，測井解釋氣水界面為-5 539 m，氣水界面之上構(gòu)造-巖性圈閉面積為145 km2。PT1 井氣柱高度達到230 m，超過構(gòu)造幅度，為斜坡背景下的大型構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉。PT1井區(qū)燈二段氣藏氣水界面比高磨地區(qū)燈二段氣水界面低379 m，表明2 個地區(qū)存在不同的氣水系統(tǒng)［6］。ZJ2 井區(qū)燈二段氣藏為巖性圈閉氣藏，不受局部構(gòu)造控制，測井解釋氣水界面為-6 346 m，氣柱高度為214 m。ZJ2 井區(qū)燈二段巖性氣藏氣水界面比PT1 井區(qū)燈二段氣水界面低807 m，表明這2 個氣藏具有相對獨立的氣水系統(tǒng)。地震屬性及地震相表明，ZJ2 井、PT1 井、MX8 井均位于丘灘相，地層厚度明顯增大，地震相呈丘狀雜亂反射、斷續(xù)灘相特征，而ZJ2 井和PT1 井上傾方向具有相似特點，都存在大型斷裂且地震剖面上顯示平行連續(xù)反射。具平行反射特征地震相的巖性致密帶推測為灘間海沉積的水體能量較弱的泥晶云巖、泥質(zhì)云巖，上傾方向大型斷裂以及巖性致密帶封堵是ZJ2 井區(qū)和PT1 井區(qū)油氣成藏及形成不同氣水系統(tǒng)的關(guān)鍵。

3.4 有利勘探區(qū)帶及勘探潛力

川中古隆起北斜坡燈二段構(gòu)造-巖性圈閉氣藏、巖性圈閉氣藏的形成與其烴源條件優(yōu)良、儲層發(fā)育、源儲配置關(guān)系良好、上傾方向大型斷裂以及巖性致密帶封堵等優(yōu)越的成藏條件密不可分。利用現(xiàn)有地震資料，對川中古隆起北斜坡燈二段內(nèi)巖性圈閉分布情況進行了刻畫。在臺緣帶刻畫出12 個大型丘灘體（圖8），累計面積7 202.3 km2，臺內(nèi)刻畫出5 個大型獨立灘體，面積合計3 294.6 km2。按照PT1井燈二段儲量豐度為10×108m3/km2計算的臺緣圈閉天然氣資源量為0.72×1012m3，臺內(nèi)圈閉天然氣資源量為0.33×1012m3，臺緣、臺內(nèi)圈閉天然氣資源量合計1.05×1012m3，勘探潛力巨大，是未來川中古隆起區(qū)尋求規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲量的重要接替領(lǐng)域。

圖8 川中古隆起北斜坡震旦系燈二段藻丘、灘有利區(qū)預(yù)測Fig.8 Prediction of favorable areas for algal mound and shoals of the second member of Sinian Dengying Formation in the north slope of central Sichuan paleo-uplift

4 結(jié)論

（1）川中古隆起北斜坡燈二段沉積期主要發(fā)育局限臺地相和臺地邊緣相，臺緣藻丘相和顆粒灘相均較發(fā)育。燈二段儲層厚度平均為176.6 m，平均儲地比為34.6%，巖心平均孔隙度為4.4%；平均滲透率為3.6 mD，整體上具有低孔低滲特征。研究區(qū)儲集條件整體上優(yōu)于高磨地區(qū)。

（2）川中古隆起北斜坡成藏條件優(yōu)越，發(fā)育震旦系陡山沱組、寒武系筇竹寺組、麥地坪組泥頁巖等多套烴源巖，烴源巖厚度大、有機碳含量高。氣-源碳同位素表明北斜坡燈二段天然氣主要來源于筇竹寺組烴源巖和深部震旦系烴源巖，源儲配置條件具備“上生下儲”和“旁生側(cè)儲”2種類型。油氣藏類型為構(gòu)造-巖性氣藏和巖性氣藏，上傾方向的大型斷裂以及巖性致密帶的有效封堵是油氣成藏及形成不同氣水系統(tǒng)的關(guān)鍵。

（3）川中古隆起北斜坡燈二段具備形成大氣田的地質(zhì)條件，預(yù)測的臺緣、臺內(nèi)圈閉的總資源量約為1.05×1012m3，勘探潛力巨大，北斜坡是未來川中古隆起區(qū)大氣田發(fā)育的潛在區(qū)域。