四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組儲(chǔ)層特征與勘探領(lǐng)域探討

辛勇光 文 龍 張 豪 田 瀚 王 鑫 孫豪飛 謝增業(yè)

（ 1 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院四川盆地研究中心；2 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；3 中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；4 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 ）

0 引言

由于發(fā)育優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層和膏鹽巖蓋層，四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組天然氣勘探被寄予厚望，源儲(chǔ)配置關(guān)系和圈閉復(fù)雜，雖歷經(jīng)50余年的勘探，雷口坡組天然氣有發(fā)現(xiàn)但無(wú)法形成規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)，只發(fā)現(xiàn)了川西中壩、川中磨溪和龍崗、川東臥龍河等氣田和一些含氣構(gòu)造或裂縫系統(tǒng)（川中龍女寺、潼南、羅渡溪和川南觀音場(chǎng)、自流井等），均為常規(guī)氣藏[1-7]，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)H為582.93×108m3，與四川盆地雷口坡組豐富的天然氣資源量（7609.93×108m3）不匹配。長(zhǎng)期以來(lái)四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組的勘探區(qū)域和層段主要集中于川中地區(qū)和蜀南地區(qū)雷一段、川西北地區(qū)雷三段及川西地區(qū)雷四段，對(duì)整個(gè)四川盆地雷口坡組儲(chǔ)層特征和勘探領(lǐng)域缺乏系統(tǒng)研究［2-4，8-20］，同時(shí)也反映出雷口坡組儲(chǔ)層特征和天然氣成藏規(guī)律的復(fù)雜性。主要表現(xiàn)在：（1）氣源多，以混源為主，主力烴源不明確；（2）儲(chǔ)層類型多、層位多，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)制不明確；（3）天然氣成藏主控因素不清楚。本文在大量露頭、巖心、巖屑、分析化驗(yàn)等資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)地質(zhì)、測(cè)井及地震相結(jié)合的綜合研究方法，對(duì)四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組儲(chǔ)層和天然氣成藏特征開(kāi)展了系統(tǒng)研究，利用最新的勘探成果和資料分析了四川盆地雷口坡組天然氣勘探領(lǐng)域，期望能為四川盆地雷口坡組勘探提供有益的地質(zhì)理論指導(dǎo)和技術(shù)思路。

1 地質(zhì)背景

四川盆地是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上偏西北側(cè)的一個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元[1]，中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積期屬于揚(yáng)子克拉通盆地的一部分[8]，古溫度為34.6～36.9℃，古氣候以干旱為主，間夾潮濕氣候[9-11]。受印支運(yùn)動(dòng)早幕構(gòu)造抬升影響，四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積期盆緣和盆內(nèi)古隆起發(fā)育（圖1a）：（1）四川盆地西南緣存在康滇古陸，北緣為米倉(cāng)山古隆起和大巴山古隆起，西緣為龍門山島鏈，東南緣為江南古陸；（2）盆內(nèi)古隆起主要是瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起。

圖1 四川盆地雷口坡組沉積期區(qū)域地質(zhì)背景Fig.1 Regional geological settings during the deposition period of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部與上三疊統(tǒng)須家河組碎屑巖不整合接觸，底部與下三疊統(tǒng)嘉陵江組蒸發(fā)巖整合接觸，雷口坡組總體為一套碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖混積序列，縱向上自下而上可劃分為雷一段、雷二段、雷三段、雷四段和雷五段（圖1b）。受印支運(yùn)動(dòng)影響，四川盆地上三疊統(tǒng)沉積前結(jié)束了海相沉積的歷史，繼而進(jìn)入陸相盆地沉積階段[12]。盆內(nèi)中三疊統(tǒng)雷口坡組與上覆上三疊統(tǒng)須家河組之間呈微角度—平行不整合接觸，代表3～5Ma中短期的地層剝蝕和夷平；盆內(nèi)雷口坡組普遍遭受剝蝕，殘余地層厚度為0～1200m，由西向東地層逐漸被剝蝕減薄，川東瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起地區(qū)地層剝蝕嚴(yán)重，古隆起核心地區(qū)地層被剝蝕殆盡。

2 沉積特征及有利相帶分布

四川盆地在雷口坡組沉積期盆緣隆起發(fā)育、盆內(nèi)坳隆相間，障壁發(fā)育，古氣候干旱，海水主要來(lái)自西北部的滇青藏古大洋，總體表現(xiàn)為西深東淺的沉積格局，盆地內(nèi)部主要是局限臺(tái)地沉積環(huán)境。本文通過(guò)露頭、巖心、巖屑、薄片的觀察，結(jié)合測(cè)井、地震等特征，識(shí)別了雷口坡組主要沉積相類型，混積潮坪、潟湖、潟湖邊緣坪（云坪、灰坪等）、灘相（潟湖邊緣灘和障壁丘灘）是其骨架相，其巖石類型主要包括蒸發(fā)巖、顆?；?guī)r、顆粒云巖、泥晶石灰?guī)r、泥晶白云巖、藻云巖及砂泥巖（表1）。不同的亞相或微相在側(cè)向上可以是連續(xù)的，也可以是交叉的；臺(tái)內(nèi)各亞相和微相在不同時(shí)期的側(cè)向遷移也相當(dāng)頻繁。

表1 四川盆地雷口坡組局限臺(tái)地沉積相類型表Table 1 Classification and characteristics of the restricted platform facies of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

在主要巖石類型單因素綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)井、地震，明確了四川盆地雷口坡組沉積相展布規(guī)律，其沉積環(huán)境平面上自西向東表現(xiàn)為障壁丘灘— 潟湖邊緣坪和潟湖邊緣灘—潟湖—潟湖邊緣坪和潟湖邊緣灘—混積潮坪的展布特征，縱向上表現(xiàn)為蒸發(fā)巖、白云巖與石灰?guī)r互層的演化特征（圖1b）。盆地東部江南古陸活化隆升和盆內(nèi)瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起[15-16]隆升對(duì)區(qū)域沉積具有重要控制作用，主要體現(xiàn)在：（1）陸源碎屑供給方向由嘉陵江組沉積期的南北向轉(zhuǎn)變?yōu)闁|西向，瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起西部表現(xiàn)為碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖共生的雷口坡組相區(qū)，東部則表現(xiàn)為碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖與陸源碎屑巖共生的巴東組相區(qū)。（2）盆內(nèi)潟湖由東北逐漸向西南“逆時(shí)針”遷移，潟湖中心由雷二段沉積期川中儀隴地區(qū)向西南遷移到雷四2亞段沉積期川西成都地區(qū)，沉積了厚層膏巖和鹽巖等蒸發(fā)巖（圖2）。（3）川西龍門山障壁丘灘帶和川中潟湖邊緣灘帶“雙灘帶”是有利的沉積相帶，主要發(fā)育于雷一1亞段、雷三3亞段和雷四3亞段沉積期。雷一1亞段沉積期川中潟湖邊緣灘帶廣泛發(fā)育，主要分布在川中古地貌較高地區(qū)，面積約為1×104km2；雷三3亞段和雷四3亞段沉積期川西龍門山障壁丘灘帶發(fā)育，面積約為 3000km2（圖3）。

圖2 四川盆地雷口坡組沉積期潟湖分布和遷移Fig.2 Distribution and migration of lagoons during the deposition period of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

3 儲(chǔ)層特征及分布

四川盆地“雙灘帶”是孔隙型白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育區(qū)，儲(chǔ)層主要發(fā)育在雷一1亞段、雷三3亞段和雷四3亞段，3套儲(chǔ)層各有其特點(diǎn)及分布范圍。

雷一1亞段儲(chǔ)層巖性以灘相砂屑云巖、鮞粒云巖和細(xì)—粉晶白云巖為主，儲(chǔ)集空間以粒間（溶）孔和晶間（溶）孔為主（圖4a—c）。據(jù)川中地區(qū)28口井巖心樣品實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，巖心孔隙度為3%～31.79%，平均為8.53%，滲透率為0.02～1.82mD，平均為0.26mD，整體表現(xiàn)為中孔—低滲的特征，局部中高孔滲。雷一1亞段儲(chǔ)層在川中瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起西斜坡廣泛分布，面積約為1×104km2，厚0～20m(圖5a)。

圖3 四川盆地雷口坡組沉積期“雙灘帶”分布和遷移Fig.3 Distribution and migration of the“double beach zones”during the deposition period of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

雷三3亞段儲(chǔ)層巖性以灘相藻屑云巖、藻云巖為主，以粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、藻間溶孔和晶間溶孔為主（圖4d—f）。通過(guò)巖心物性分析統(tǒng)計(jì)得到的儲(chǔ)層孔隙度主體介于2%～8%，滲透率主體介于0～1mD，裂縫較發(fā)育，屬于裂縫—孔隙型儲(chǔ)層。雷三3亞段儲(chǔ)層在川西龍門山古地貌高處規(guī)模分布，面積約為1×104km2，主體厚20～40m(圖5b)。

雷四3亞段儲(chǔ)層巖性以灘相藻屑云巖、藻云巖及細(xì)—粉晶白云巖為主，由于靠近雷口坡組頂部風(fēng)化殼，局部地區(qū)受巖溶作用影響，儲(chǔ)集空間以粒間（溶）孔、藻間溶孔和晶間溶孔為主（圖4g—i）。川西地區(qū)藻屑云巖和藻云巖儲(chǔ)層廣泛發(fā)育，面積約為0.8×104km2，儲(chǔ)層厚10～40m，儲(chǔ)層平均孔隙度為3.1%，平均滲透率為1.05mD；川中龍崗等地區(qū)儲(chǔ)層較發(fā)育，主體厚10～30m。

圖4 四川盆地雷口坡組灘相儲(chǔ)層微觀特征圖Fig.4 Microscopic characteristics of beach facies reservoir of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

圖5 四川盆地雷口坡組儲(chǔ)層分布圖Fig.5 Distribution of Leikoupo Formation reservoir in Sichuan Basin

近年來(lái)在對(duì)川中地區(qū)充探1、簡(jiǎn)陽(yáng)1等新井跟蹤研究中，在雷三2亞段潟湖相膏鹽巖夾層中發(fā)現(xiàn)致密泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層，孔隙類型以納米—微米級(jí)礦物粒間孔和粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔及微裂縫為主（圖6）。產(chǎn)生礦物粒間孔和粒內(nèi)孔的礦物主要包括黏土、方解石和黃鐵礦（圖6a、c），有機(jī)質(zhì)孔主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)中（圖6b、d），而微裂縫主要發(fā)育在礦物顆粒之間、礦物周圍和有機(jī)質(zhì)內(nèi)部（圖6a）。儲(chǔ)層低孔低滲，孔隙度為0～8.51%，滲透率為0.0076～1.68mD。30余口井測(cè)井儲(chǔ)層重新解釋證實(shí)這套潟湖相致密泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層在川中潟湖大面積分布，存在西充—儀隴和威遠(yuǎn)—合川兩個(gè)儲(chǔ)層厚值區(qū)，西充—儀隴地區(qū)儲(chǔ)層規(guī)模較大，面積約為4700km2，主體厚30～40m；威遠(yuǎn)—合川地區(qū)儲(chǔ)層厚10～30m，面積約4000km2（圖7）。

圖6 川中地區(qū)簡(jiǎn)陽(yáng)1井雷三2亞段潟湖相泥質(zhì)灰?guī)r主要儲(chǔ)集空間微觀特征圖Fig.6 Microscopic characteristics of the main reservoir space of lagoon facies argillaceous limestone of the second sub member of the third member of Leikoupo Formation in Well Jianyang 1 in the Central Sichuan Basin

圖7 四川盆地雷口坡組三2亞段泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層分布圖Fig.7 Distribution of argillaceous limestone and limy shale reservoirs of the second sub member of the third member of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

綜上所述，四川盆地雷口坡組共發(fā)育兩類儲(chǔ)層：灘相孔隙型白云巖常規(guī)儲(chǔ)層和潟湖相致密泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖非常規(guī)儲(chǔ)層。灘相孔隙型白云巖常規(guī)儲(chǔ)層巖性以顆粒云巖和藻云巖為主，儲(chǔ)集空間以次生溶蝕孔隙為主，主要分布在雷一1亞段、雷三3亞段和雷四3亞段沉積期“雙灘帶”，規(guī)模較大。潟湖相致密泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖非常規(guī)儲(chǔ)層以納米—微米級(jí)孔隙和微裂縫為主，主要分布于雷三2亞段沉積期川中潟湖區(qū)。

4 常規(guī)天然氣勘探領(lǐng)域探討

本文對(duì)已發(fā)現(xiàn)的雷口坡組常規(guī)氣藏進(jìn)行了解剖，結(jié)果表明：（1）四川盆地目前已發(fā)現(xiàn)的中壩、磨溪、彭州等常規(guī)氣藏均分布于“雙灘帶”；（2）氣藏類型主要有兩種：構(gòu)造氣藏和構(gòu)造—巖性氣藏；（3）氣源主要來(lái)自兩套烴源巖：下伏的二疊系烴源巖和上覆的須家河組烴源巖；（4）成藏組合主要有兩種：下生上儲(chǔ)和上生下儲(chǔ)。由于天然氣從下伏二疊系烴源巖運(yùn)移至雷口坡組和從上覆須家河組烴源巖從上到下“倒灌”至雷口坡組，均具有難度，因此如何捕獲上覆須家河組和下伏二疊系烴源巖生成的天然氣就成了成藏的關(guān)鍵因素。通源斷裂發(fā)揮了關(guān)鍵作用：天然氣可以通過(guò)通源斷裂由下向上垂向運(yùn)移（如磨溪?dú)獠氐龋部梢栽诤线m的斷距條件下須家河組烴源巖與儲(chǔ)層直接對(duì)接，天然氣側(cè)向運(yùn)移到圈閉富集成藏（如中壩氣藏等）；雷口坡組頂部不整合面對(duì)天然氣運(yùn)移也起到了一定的作用（如龍崗氣藏等）。

目前已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)氣藏的共同特點(diǎn)有3個(gè)：（1）古 隆起及斜坡背景；（2）鄰近二疊系或須家河組烴源中心；（3）發(fā)育規(guī)模儲(chǔ)層。古隆起及斜坡背景、近烴源灶和規(guī)模儲(chǔ)層是四川盆地雷口坡組常規(guī)天然氣富集的必要條件。“雙灘帶”具有古隆起及斜坡背景、鄰近烴源中心、發(fā)育規(guī)模儲(chǔ)層，是天然氣富集的有利地區(qū)，是常規(guī)氣藏有利勘探區(qū)帶。其中川西龍門山障壁丘灘帶是最有利的勘探區(qū)帶，理由有3個(gè)：（1）位于龍門山前構(gòu)造帶，通源斷裂發(fā)育，發(fā)育構(gòu)造圈閉和古隆起及斜坡背景下的構(gòu)造—巖性圈閉；（2）位于川西須家河組生烴中心，鄰近二疊系生烴中心，烴源充足；（3）位于障壁丘灘帶，發(fā)育多套儲(chǔ)層，其中雷三3亞段和雷四3亞段發(fā)育規(guī)模藻云巖儲(chǔ)層，主體厚度為30～80m。由于雷口坡組源儲(chǔ)配置關(guān)系要求比較苛刻，因此川西龍門山障壁丘灘帶形成整裝的天然氣田難度大，但有條件形成高效的氣藏群，川西彭州氣田的發(fā)現(xiàn)也證實(shí)了這點(diǎn)。川中潟湖邊緣灘帶位于瀘州古隆起、開(kāi)江古隆起西斜坡，通源斷裂較發(fā)育，鄰近二疊系生烴中心，雷一1亞段發(fā)育規(guī)模儲(chǔ)層，主體厚10～20m，儲(chǔ)層物性較好，是常規(guī)氣藏有利勘探區(qū)帶。目前川中雷一1亞段發(fā)現(xiàn)的氣藏均是構(gòu)造氣藏，尚未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造—巖性氣藏，對(duì)于是否存在構(gòu)造—巖性氣藏仍需進(jìn)一步研究和探索。

5 非常規(guī)天然氣勘探領(lǐng)域探討

非常規(guī)天然氣是全球未來(lái)天然氣勘探的重要領(lǐng)域[21]，近期在老井復(fù)查和新井跟蹤研究中發(fā)現(xiàn)：川中坳陷雷三段大面積發(fā)育的潟湖相泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖普遍含氣，已鉆井氣侵顯示頻繁，新鉆井充探1、簡(jiǎn)陽(yáng)1等井測(cè)試獲天然氣，具有一定的勘探潛力，是有利的非常規(guī)勘探領(lǐng)域。理由有3個(gè)：（1）川中坳陷雷三段泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖是一套潟湖相烴源巖，實(shí)測(cè)殘余有機(jī)碳含量平均為0.77%，最高可達(dá)1.98%，屬于較好的碳酸鹽巖烴源巖；遂寧—西充地區(qū)為生烴中心，烴源巖主體厚40～80m，生烴強(qiáng)度為（6～10）×108m3/km2，估算生烴量為20×1012m3。（2）泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖既是烴源巖又是儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間以納米—微米級(jí)孔縫為主，低孔低滲；泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層在川中大面積分布，西充—儀隴和威遠(yuǎn)—合川兩個(gè)儲(chǔ)層厚值區(qū)總面積約8700km2，主體厚度為10～40m（圖7）。（3）雷三段沉積期川中大面積分布的膏鹽質(zhì)潟湖沉積了多層膏巖、鹽巖等蒸發(fā)巖，膏鹽巖與富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖交互沉積，多層膏鹽巖的存在為其下部富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖形成異常壓力提供良好的地質(zhì)背景，同時(shí)也為下部地層天然氣的聚集和保存起到良好的封蓋作用，對(duì)川中雷三段富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖致密氣的成藏和保存有重要影響（圖8）。川中雷三段大面積發(fā)育的潟湖相泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖致密氣源儲(chǔ)一體，頂?shù)装寰鶠楦帑}巖封堵，可以構(gòu)成一種新型非常規(guī)天然氣成藏系統(tǒng)。推測(cè)川中地區(qū)雷三段存在連續(xù)分布的致密氣藏，是值得探索的非常規(guī)天然氣勘探新領(lǐng)域。

6 結(jié)論

（1）四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組主要發(fā)育兩類4套儲(chǔ)層。第一類儲(chǔ)層是灘相孔隙型白云巖常規(guī)儲(chǔ)層，包括雷一1亞段、雷三3亞段和雷四3亞段3套儲(chǔ)層，巖性以顆粒云巖和藻云巖為主，儲(chǔ)集空間以粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔和藻間溶孔、晶間溶孔為主，中低孔低滲，主要分布在“雙灘帶”（川西龍門山障壁丘灘帶和川中潟湖邊緣灘帶）。第二類儲(chǔ)層是川中雷三2亞段潟湖相泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖非常規(guī)儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間以納米—微米級(jí)孔隙和微裂縫為主，低孔低滲，主要分布于川中潟湖區(qū)。

圖8 四川盆地雷口坡組雷三段泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥頁(yè)巖非常規(guī)天然氣成藏模式圖Fig.8 Gas accumulation mode in unconventional reservoirs of argillaceous limestone and limy shale of the third member of Leikoupo Formation in Sichuan Basin