四川盆地平昌地區(qū)侏羅系大安寨段沉積特征及演化模式

孫志民 胡明毅 鄧慶杰 熊 壯 蔡全升 何嘉郁

（1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；2.中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552）

0 引 言

近年來，隨著非常規(guī)油氣勘探的不斷深入，湖相碳酸鹽巖成為了非常規(guī)油氣研究的熱點［1-3］。四川盆地侏羅系作為典型的湖泊相碳酸鹽巖發(fā)育層位，油氣資源豐富，尤以大安寨段致密油最為突出［4］。自1958年發(fā)現(xiàn)大安寨段油藏以來［5-6］，經(jīng)過半個多世紀的研究，四川盆地侏羅系大安寨段致密油探明儲量達7 500×104t 以上，占整個侏羅系探明儲量的92.8%［7］，展現(xiàn)了大安寨段良好的勘探潛力。

前人對四川盆地大安寨段沉積、儲層特征方面開展了大量研究。施開蘭等［8］通過對大安寨段巖石類型及沉積環(huán)境綜合分析，發(fā)現(xiàn)大安寨段巖石類型的精細研究有利于碳酸鹽巖沉積類型的劃分；杜江民等［9］認為川中地區(qū)沉積相展布主要受沉積環(huán)境變化影響；劉紅岐等［10］通過研究川中地區(qū)大安寨段儲集空間認為致密油儲層中微裂縫廣泛發(fā)育，儲層可動用性相對較好；倪超等［11］、厚剛福等［12］通過建立川中地區(qū)介殼灘沉積模式，對大安寨段的“甜點”儲層發(fā)育區(qū)進行預測。這些成果認識表明，介殼灰?guī)r是四川盆地大安寨段最主要的儲層巖石類型，其發(fā)育分布受到了沉積環(huán)境與湖平面變化的綜合控制，明確沉積體系分布是準確預測介殼灰?guī)r儲層的關鍵。然而，前人對四川盆地大安寨段的研究主要集中在川中地區(qū)，對川東北地區(qū)研究較少，對大安寨段介殼灰?guī)r的沉積特征、分布差異及其控制因素認識不足，制約了這一區(qū)域大安寨段致密油氣的勘探。

本文充分利用新獲取的鉆井巖心資料以及野外剖面數(shù)據(jù)，對川東北平昌地區(qū)侏羅系大安寨段沉積特征與沉積相展布規(guī)律進行了詳細研究，分析了介殼灰?guī)r的發(fā)育特征及其發(fā)育控制因素，建立了該區(qū)湖泊碳酸鹽巖沉積演化模式，并提出了平昌地區(qū)大安寨段最有利的勘探目標層位，以期為川東北地區(qū)大安寨段致密油氣勘探提供地質依據(jù)。

1 地質概況

平昌地區(qū)位于四川盆地東北部的儀隴-平昌構造帶，其北部為北東向構造帶，東北部為北西向構造帶，東南部為川東褶皺帶，西南部為川中隆起，西部為梓潼-蒼溪構造帶［9］（圖1（a））。

平昌地區(qū)構造演化受剛性基底的控制作用較強，且距離北部米倉山隆起和東北部大巴山?jīng)_斷帶較遠，周邊活動帶對研究區(qū)改造較小，整體受到的構造應力較弱，構造形態(tài)發(fā)育平緩。在印支運動的影響下，四川盆地平昌地區(qū)結束了晚三疊紀前陸盆地沉積階段，開始進入早侏羅紀陸內(nèi)坳陷盆地沉積階段，該階段發(fā)育大型寬緩陸相湖盆［13］，氣候溫暖潮濕［14］，淡水雙殼類生物繁盛，屬于典型的淡水湖泊沉積［15］。大安寨段沉積時期為侏羅紀自流井組最大的湖侵期［16］，具有良好的水動力條件，且平昌地區(qū)碎屑物源供給不足，僅湖盆周緣受北部米倉山和東北部大巴山物源影響，整體受外來物源干擾小，為碳酸鹽巖的大面積發(fā)育提供良好環(huán)境［17］。

大安寨段地層厚度發(fā)育相對穩(wěn)定，平均厚度為70～100 m，自下而上可依次劃分為大三亞段、大二亞段和大一亞段［18-19］（圖1（b））。大三亞段和大一亞段巖性主要發(fā)育中—厚層介殼灰?guī)r和暗色泥頁巖，大二亞段巖性主要為厚層暗色泥頁巖夾薄層泥質介殼灰?guī)r，垂向上整體表現(xiàn)為灰?guī)r和暗色泥頁巖互層的沉積序列。大安寨段沉積時期，研究區(qū)陸內(nèi)坳陷湖盆水位頻繁振蕩，經(jīng)歷了湖盆的發(fā)展期、極盛期和衰退期，導致湖水發(fā)生了大范圍的擴展與收縮，其中大二亞段沉積時期湖盆水位達到最大。

圖1 平昌地區(qū)構造位置與大安寨段地層沉積特征Fig.1 Structural location of Pingchang area and sedimentary characteristics of strata in Da’anzhai Member

2 巖石類型

在野外露頭、巖心及薄片觀察的基礎上，將研究區(qū)自流井組大安寨段巖性劃分為灰?guī)r類、泥頁巖類和砂巖類3 大類，其中灰?guī)r類和泥頁巖類最為常見，砂巖類發(fā)育較少。

2.1 灰?guī)r類

大安寨段灰?guī)r發(fā)育廣泛，是層內(nèi)巖石的重要組成部分。通過對大量灰?guī)r薄片進行鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，薄片中沉積顆粒的粒間多為亮晶方解石、泥晶方解石或泥質填隙物。根據(jù)巖石粒度、支撐結構、基底類型和泥質含量等特征，將研究區(qū)灰?guī)r分為結晶灰?guī)r、介殼灰?guī)r、含泥質介殼灰?guī)r和泥質介殼灰?guī)r等（圖2）。

2.1.1 結晶灰?guī)r

生物顆粒殼體形態(tài)模糊，破碎嚴重，重結晶作用強烈，方解石體積分數(shù)大于80%（圖2（a）），按晶粒大小分為粗晶灰?guī)r、中晶灰?guī)r、細晶灰?guī)r和粉晶灰?guī)r。巖心觀察可見溶蝕孔洞和微裂縫發(fā)育（圖2（b）），顏色以灰白色為主，多發(fā)育在溶蝕、重結晶作用較強的大一亞段和大三亞段，少量發(fā)育在大二亞段。

2.1.2 介殼灰?guī)r

鏡下殼體顆粒含量較高，形態(tài)較為清晰，結構發(fā)生破壞后被亮晶或泥晶方解石充填，體積分數(shù)約為20%（圖2（c））。巖心觀察可知，方解石結晶程度較低，發(fā)育有微裂縫（圖2（d）），顏色以灰色為主，主要在大一亞段和大三亞段中發(fā)育。

2.1.3 含泥質介殼灰?guī)r

介殼間填隙物除了亮晶方解石和泥晶方解石外， 還有體積分數(shù)為10% ～20% 的泥質（圖2（e））。巖心觀察發(fā)現(xiàn)介殼形態(tài)完整，分選差，多呈定向排列（圖2（f）），顏色多為灰色和灰黑色，主要發(fā)育在大一亞段和大三亞段泥質含量較為豐富的區(qū)域。

2.1.4 泥質介殼灰?guī)r

泥質為主要填隙物，體積分數(shù)為35%，介殼多發(fā)生破碎，但輪廓得以保存（圖2（g））。巖心觀察可知介殼大多呈定向排列，顆粒分選差（圖2（h）），整體有機質含量較高，顏色多為灰黑色，主要分布在大二亞段，少量在大一亞段和大三亞段中發(fā)育。

圖2 平昌地區(qū)大安寨段巖性特征照片F(xiàn)ig.2 Lithologic characteristics photos of Da’anzhai Member in Pingchang area

2.2 泥頁巖類

大安寨段泥頁巖沉積較厚，多為含介殼泥巖或頁巖?？拷闅せ?guī)r發(fā)育的泥頁巖主要為黑灰色含介殼泥巖（圖2（i）—（j）），介殼形態(tài)較為完整，大多定向排列，有機質含量高，主要發(fā)育在大一亞段和大三亞段。頁巖質地較純，有機質豐富，顏色多為黑色（圖2（k）），發(fā)育在大二亞段。

2.3 砂巖類

研究區(qū)的湖相沉積中砂巖發(fā)育較少，主要為泥質粉砂巖。砂巖顆粒分選好、粒度小，填隙物以泥質為主，顏色主要為灰色和灰白色（圖3（l））。大一亞段頂部零星分布。

3 沉積相類型及特征

根據(jù)平昌地區(qū)大安寨段的巖石類型、沉積構造、垂向沉積序列，結合測井響應特征，認為平昌地區(qū)的沉積相以淺湖亞相和半深湖亞相為主，并進一步劃分出淺湖泥、介殼灘（高能介殼灘和低能介殼灘）和半深湖泥等微相；濱湖亞相分布較少，可劃分出濱湖砂壩、濱湖泥微相等。不同環(huán)境的沉積產(chǎn)物具有顯著差異。

3.1 淺湖亞相

淺湖亞相包括淺湖泥和介殼灘微相，發(fā)育廣泛，其水體在最低湖平面基礎上持續(xù)加深，至正常浪基面，易受湖浪沖擊作用，主要發(fā)育于大一亞段和大三亞段，少量發(fā)育于大二亞段。

3.1.1 淺湖泥

淺湖泥微相的巖性以灰黑色泥頁巖為主，介殼含量較低（圖3（a）），屬淺湖較低能環(huán)境沉積，為大安寨段次要生油巖。

3.1.2 介殼灘

介殼灘微相主要包括高能介殼灘和低能介殼灘。

3.1.2.1 高能介殼灘

高能介殼灘微相的巖性以中—厚層介殼灰?guī)r為主，主要發(fā)育在大一亞段和大三亞段。大三亞段分布大套介殼灰?guī)r，介殼排列緊密，磨圓好，分選好，可見近70°的高角度裂縫（圖3（a）），局部裂縫被方解石或泥質充填，反映了該沉積時期水體動力強，屬淺湖較高能環(huán)境沉積。

圖3 平昌地區(qū)大安寨段沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of Da'anzhai Member in Pingchang area

3.1.2.2 低能介殼灘

低能介殼灘微相的巖性主要由中—薄層泥質介殼灰?guī)r組成，多發(fā)育在正常浪基面附近。大二亞段分布少量泥質介殼灰?guī)r，介殼形態(tài)保留完整，定向排列明顯，分選較差，泥質含量較高，主要發(fā)育波狀層理（圖3（b）），反映水動力相對較弱，屬淺湖較低能環(huán)境沉積。

3.2 半深湖亞相

半深湖亞相位于正常浪基面以下，水體較深，幾乎不受湖浪影響，沉積顏色以灰色、黑灰色為主，為能量低的靜水沉積，屬還原環(huán)境，主要分布在大二亞段。半深湖沉積以半深湖泥微相為主，發(fā)育大套較純的黑色頁巖，局部可見少量泥質介殼灰?guī)r，介殼的體積分數(shù)小于10%，形態(tài)較為完整，定向排列顯著，有機質含量高（圖3（c））。

3.3 濱湖亞相

濱湖亞相所處沉積環(huán)境水體較淺，易受水動力條件變化和湖盆邊緣碎屑物源沉積的影響，氧化作用較強，巖性以灰色泥巖、灰綠色泥巖和分選較好的薄層灰綠色泥質粉砂巖為主，局部可見介殼碎屑，介殼間充填自生石英及泥質，整體可劃分出濱湖泥微相和濱湖砂壩微相。濱湖亞相在研究區(qū)內(nèi)分布較少，主要發(fā)育在研究區(qū)湖盆邊緣地帶和大一亞段頂部（圖3（d））。

4 沉積演化規(guī)律

4.1 剖面沉積演化規(guī)律

研究區(qū)大安寨段構造穩(wěn)定，繼承早侏羅紀構造格局，湖盆基底形成“北東陡、南西緩”，盆內(nèi)多個小型沉積隆起的地貌格局［12，20］。順物源南西—北東剖面和垂直物源北西—南東剖面方向沉積微相對比研究表明（圖4），研究區(qū)為典型湖相碳酸鹽巖沉積，泥質和介殼生物豐富，缺乏物源供給，淺湖、半深湖亞相廣泛發(fā)育。淺湖沉積中介殼灰?guī)r發(fā)育良好，多為中—厚層條帶狀，屬高能介殼灘，少量以薄層透鏡狀形式沉積，屬低能介殼灘。研究區(qū)北東向湖盆邊緣帶碎屑物的供給較湖盆中心多，陸源碎屑多在此處集聚，形成濱湖沉積，發(fā)育多期濱湖砂壩微相?？傮w來看，大安寨段湖平面變化頻繁總體經(jīng)歷了1 個完整的湖侵—湖退旋回。

圖4 平昌地區(qū)大安寨段連井沉積相剖面Fig.4 Well-tie sedimentary facies section of Da’anzhai Member in Pingchang area

4.2 平面沉積演化規(guī)律

基于研究區(qū)大安寨段地層格架和沉積特征研究，結合灰?guī)r厚度、暗色泥頁巖累計厚度對各亞段沉積演化規(guī)律進行綜合分析。

大三亞段的灰?guī)r大面積連續(xù)分布在儀隴以西和平昌以南2 個區(qū)域，厚度為1～6 m（圖5（a））。淺湖微相圍繞半深湖微相呈現(xiàn)不規(guī)則湖灣環(huán)帶狀，整體水體較淺， 以發(fā)育淺湖沉積為主（圖5（b））。淺湖泥微相以發(fā)育暗色泥頁巖為主，頁巖厚度大于5 m。介殼灘微相內(nèi)灰?guī)r發(fā)育廣泛，低能介殼灘灰?guī)r累計厚度為1～5 m，分布范圍廣；高能介殼灘沉積的厚層介殼灰?guī)r累計厚度通常在5 m 以上，主要發(fā)育在湖盆沉積中的小型隆起區(qū)，斷續(xù)分布。

圖5 平昌地區(qū)大安寨段灰?guī)r厚度和沉積相平面展布Fig.5 Limestone thickness and sedimentary facies areal distribution of Da'anzhai Member in Pingchang area

大二亞段湖平面上升，灰?guī)r發(fā)育位置相較于大三亞段，整體往北東向遷移，主要發(fā)育在儀隴北部、東部和X1 井區(qū)，累計厚度最大可達12 m（圖5（c））。 此時湖泊面積達到最大（圖5（d）），整體以半深湖沉積為主，泥頁巖發(fā)育極其豐富，其間夾有多期中—薄層泥質介殼灰?guī)r，為低能介殼灘，灰?guī)r累計厚度通常達到9 m 以上。大二亞段介殼灘發(fā)育相對較差，范圍較小且不連片，表明大二亞段經(jīng)過前期沉積作用，隆凹相間的地貌格局顯著，隆起區(qū)發(fā)育的灰?guī)r較厚，形成大面積半深湖沉積中出現(xiàn)淺湖沉積的現(xiàn)象。

大一亞段時期湖平面下降，水體變淺，灰?guī)r大面積連續(xù)分布，發(fā)育范圍和厚度均達到最大，其中X1 井區(qū)灰?guī)r累計厚度能夠達到30 m（圖5（e））。研究區(qū)以淺湖沉積為主，介殼灘微相發(fā)育范圍極廣（圖5（f）），其中高能介殼灘灰?guī)r累計厚度通常在10 m 以上。

5 沉積模式

根據(jù)巖相分布、湖平面變化和沉積演化特征，建立了平昌地區(qū)大安寨段湖泊沉積模式（圖6）。

圖6 平昌地區(qū)大安寨段沉積演化模式Fig.6 Sedimentary evolution pattern of Da’anzhai Member in Pingchang area

大安寨段沉積期，區(qū)域上構造相對穩(wěn)定，研究區(qū)經(jīng)歷1 次完整的湖侵—湖退旋回，除湖盆邊緣接受了少量短距離搬運的陸源碎屑沉積，整體上以發(fā)育湖泊沉積為主。大三亞段沉積期，研究區(qū)湖平面緩慢上升，但沉積水體仍相對較淺，湖盆基底構造相對高部位區(qū)域介殼灘大面積發(fā)育。進入大二亞段沉積期，湖平面快速上升，介殼灘分布范圍迅速縮小并向湖盆邊緣遷移，沉積環(huán)境由淺湖向半深湖轉變。湖平面上升到最大時，區(qū)域上以發(fā)育暗色泥巖為主，靠近湖盆中心凹陷區(qū)暗色泥巖有機質含量較高。至大一亞段沉積期，湖平面開始轉入下降時期，沉積水體逐漸變淺，水動力條件加強，介殼灘沉積又開始擴大并向湖盆中部高地區(qū)擴張，沉積環(huán)境整體由半深湖向淺湖演化，湖盆發(fā)育有大范圍厚層介殼灘，在縱向上與淺湖泥發(fā)生互層。

大安寨段介殼灘主要發(fā)育于研究區(qū)構造相對高部位的淺水區(qū)域。湖侵期，介殼灘逐漸從湖盆中心隆起區(qū)遷移至湖盆周緣隆起區(qū)；湖退期，淺湖介殼灘沉積又從湖盆周緣隆起區(qū)向湖盆中心隆起區(qū)擴張。因此，川東北平昌地區(qū)湖泊介殼灘的發(fā)育受湖平面變化以及構造古地貌的共同控制，明確二者變化特征對于刻畫介殼灘分布及演化具有重要意義。

6 油氣勘探意義

源儲配置模式是致密油富集的關鍵，良好的源儲配置關系能夠為勘探開發(fā)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)油井提供堅實基礎［15］。四川盆地侏羅系大安寨段致密油資源量大，湖相烴源巖和介殼灘儲集層在空間上縱橫疊置、接觸廣泛，使得大安寨段致密油藏普遍具有源內(nèi)或近源聚集的特點［7］。因此，在具有良好成藏體系的條件下，尋找源儲一體空間配置關系的淺灘介殼灰?guī)r儲集體對川東北地區(qū)大安寨段致密油氣勘探具有重要意義。

川東北大安寨段發(fā)育典型的湖泊碳酸鹽巖沉積，經(jīng)歷1 次顯著的湖平面升降旋回。其中，大二亞段時期湖侵范圍達到最大，沉積水體最深，暗色泥頁巖極為發(fā)育，部分厚度可達40 m 以上。這些泥頁巖有機質豐度高，其w（TOC）為0.48%～2.88%，平均為1.27%，Ro為0.52%～1.35%，平均為1.21%，處于大量生油階段，是良好的烴源巖［21］。與此同時，位于下部的大三亞段和上部的大一亞段均沉積于水體較淺時期，湖平面較低，中—厚層介殼灰?guī)r大面積發(fā)育，在較強的水動力條件影響下，微裂縫和微孔隙發(fā)育廣泛，具有較好的儲滲能力，與大二亞段的優(yōu)質厚層烴源巖構成“上生下儲”和“下生上儲”的源儲配置關系，為致密油的富集創(chuàng)造了條件。

因此，與大二亞段厚層富有機質泥頁巖有良好空間配置關系的大三亞段和大一亞段的厚層介殼灘是川東北平昌地區(qū)大安寨段致密油勘探的有利目標。

7 結 論

（1）四川盆地平昌地區(qū)大安寨段發(fā)育典型湖泊碳酸鹽巖沉積，巖性主要為結晶灰?guī)r、介殼灰?guī)r、含泥質介殼灰?guī)r、泥質介殼灰?guī)r、含介殼泥巖、暗色頁巖和泥質粉砂巖等。

（2）平昌地區(qū)大安寨段大三亞段和大一亞段以中—厚層介殼灰?guī)r為主，主要發(fā)育淺湖亞相，大二亞段以厚層暗色泥頁巖為主，主要發(fā)育半深湖亞相。自下而上大安寨段經(jīng)歷了1 次顯著的湖平面升降變化，沉積環(huán)境由淺湖—半深湖—淺湖過渡。

（3）研究區(qū)大安寨段介殼灘分布受湖平面變化控制明顯。早期湖平面緩慢上升，以淺湖沉積為主，介殼灘在湖盆中心構造高部位廣泛發(fā)育；中期隨著湖平面上升，沉積環(huán)境過渡為半深湖，介殼灘迅速萎縮，暗色泥頁巖廣泛分布；晚期隨著湖平面開始下降，介殼灘范圍又擴大，半深湖范圍縮小。

（4）平昌地區(qū)大安寨段大二亞段暗色泥巖厚度大，有機質豐度較高，處于大量生油階段，而位于大二亞段下部的大三亞段和上部的大一亞段介殼灘可與大二亞段烴源巖構成良好的源—儲配置關系，應是平昌地區(qū)大安寨段致密油勘探的有利目標。