川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組一段顆粒灘特征及分布

唐松，岳大力，譚磊，馬梓珂，李明，楊應，王雙琴，劉宏

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000；3.西南石油大學天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，四川 成都 610500；4.中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室西南石油大學研究分室，四川 成都 610500）

四川盆地是我國最古老的含油氣盆地之一，縱向上發(fā)育多套含油氣層系，先后發(fā)現(xiàn)了以古生界—震旦系為主力產(chǎn)層的威遠、資陽、安岳等大型氣田。經(jīng)過近70 a 的勘探開發(fā)，重大油氣勘探突破集中在川中加里東古隆起核部區(qū)域。隨著勘探的不斷推進，重心逐漸向川中古隆起北斜坡地區(qū)遷移，并于2020 年在燈影組二段和滄浪鋪組取得重大突破，其中JT1 井在滄浪鋪組試產(chǎn)氣量達51.62×104m3/d，證實了該層系良好的含油氣性，打開了四川盆地滄浪鋪組勘探的新局面［1-7］。

前期研究認為，滄浪鋪組不具備優(yōu)質(zhì)的儲集性能及生烴能力，因而未將其作為油氣勘探的主力層系，相關(guān)研究寥寥無幾。 王文之等［8］認為，滄浪鋪組白云巖主要受德陽—安岳裂陷槽及古隆起共同控制，在合適的古地貌區(qū)域，顆粒灘沉積易白云石化，并進一步受溶蝕作用改造，從而形成優(yōu)質(zhì)儲層。 彭軍等［9］認為，滄浪鋪組發(fā)育陸棚、內(nèi)緩坡2 種沉積相，沉積微相有混積淺水陸棚、淺水陸棚、混積潮坪、潟湖和淺灘等。 樂宏等［4］認為，早寒武世滄浪鋪期，四川盆地及周緣總體處于淺水陸棚沉積體系，而滄浪鋪早期，德陽—安岳裂陷槽還未填平，受古地貌和物源控制，裂陷東部以清水陸棚碳酸鹽巖沉積為主，白云石化顆粒灘相發(fā)育。 嚴威等［10］認為， 滄浪鋪組儲層主要為灘相儲層， 顆粒灘在德陽—安岳棚內(nèi)洼地以東區(qū)域廣泛發(fā)育。整體而言，雖然前人在沉積體系等問題上眾說紛紜，但滄浪鋪組儲層以顆粒灘作為物質(zhì)基礎(chǔ)這一觀點已被眾多學者認可。目前相關(guān)成果主要側(cè)重于盆地級滄浪鋪組沉積及儲層研究， 在北斜坡地區(qū)滄浪鋪組勘探局面亟需擴大的背景之下，針對區(qū)內(nèi)顆粒灘特征及分布規(guī)律的研究較少，制約了下一步勘探進程。 鑒于此，本文以川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組一段為研究對象，以巖心、薄片、測井、地震資料為基礎(chǔ)， 揭示了區(qū)內(nèi)滄浪鋪組顆粒灘沉積特征、地球物理響應特征、縱橫向分布規(guī)律，并通過三維地震精細刻畫了區(qū)內(nèi)顆粒灘的平面分布范圍，以期為川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組油氣勘探提供更加充實的基礎(chǔ)地質(zhì)資料和科學依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地位于上揚子板塊的西北地區(qū)，受周緣構(gòu)造運動控制，形成菱形的沉積盆地［11-19］。 研究區(qū)位于川中古隆平緩構(gòu)造帶樂山—龍女寺古隆起北部，整體為單斜構(gòu)造背景，海拔基本在-5 000～-7 000 m，落差近2 000 m，故也稱北斜坡地區(qū)（見圖1）。 本次研究的重點區(qū)域為位于北斜坡的射洪-西充-充西三維地震區(qū)，資料覆蓋面積約4 800 km2，目的層有效頻段10～50 Hz，主頻25 Hz。

圖1 研究區(qū)位置、構(gòu)造及寒武系滄浪鋪組地層綜合柱狀圖Fig.1 Location,structure of the study area and comprehensive stratigraphic column of Cambrian Canglangpu Formation

北斜坡地區(qū)下寒武統(tǒng)保存完好，地層橫向分布穩(wěn)定［20］，自下而上發(fā)育筇竹寺組、滄浪鋪組和龍王廟組，滄浪鋪組與上、下地層均呈整合接觸。研究區(qū)滄浪鋪組可劃分為2 段，自下而上分別為滄一段和滄二段。滄一段主要發(fā)育碳酸鹽巖（鮞粒灰?guī)r、殘余鮞粒云巖、灰質(zhì)鮞粒白云巖、 云質(zhì)鮞?；?guī)r等） 以及少量碎屑巖（灰色、深灰色石英粉砂巖、深灰色泥頁巖）互層的混合沉積，儲層主要發(fā)育在滄一段中上部的顆粒云巖（殘余鮞粒白云巖、灰質(zhì)鮞粒白云巖）以及少量晶粒云巖中；滄二段主要發(fā)育灰色、深灰色的砂泥巖沉積，可作為優(yōu)質(zhì)的蓋層，顆粒灘欠發(fā)育。

已有研究表明，滄浪鋪組沉積期，四川盆地周緣有漢南、摩天嶺、瀘定和康滇等4 個古陸在不同方向為盆地內(nèi)部提供物源。與此同時，德陽—安岳裂陷槽并未完全消亡，與川中水下高地共同控制盆地內(nèi)滄浪鋪組沉積相分布［21］。以裂陷槽為界，西側(cè)滄浪鋪組以碎屑陸棚沉積為主，受裂陷槽阻隔，東側(cè)地區(qū)陸源混入減少，發(fā)育清水淺水陸棚相［9］，進一步識別出顆粒灘、灘間海等亞相。研究區(qū)內(nèi)儲層主要發(fā)育在滄一段的灘相沉積中。

顆粒灘沉積受到沉積期構(gòu)造位置、海平面升降變化及微幅古地貌等多種因素控制［22］。研究表明，在震旦紀—早古生代，研究區(qū)與高磨地區(qū)的構(gòu)造-沉積背景相似，發(fā)育震旦系裂陷槽邊緣丘灘及寒武系古隆起控制下的臺內(nèi)顆粒灘［23］。

2 滄浪鋪組一段顆粒灘特征

2.1 巖石學特征

巖心精細描述和薄片鑒定表明，川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組發(fā)育的顆粒碳酸鹽巖主要包括鮞粒灰?guī)r，以及在此基礎(chǔ)上受不同程度白云石化作用改造的殘余鮞粒云巖、云質(zhì)鮞?；?guī)r、灰質(zhì)鮞粒云巖等（見圖2）。

鮞?；?guī)r顆粒含量高（體積分數(shù)55%～80%），種類多樣，鮞粒占絕對優(yōu)勢，偶見砂屑、砂礫屑、生屑等，鮞粒粒徑介于0.16～0.60 mm，形態(tài)多樣，多見近球狀、橢球狀，偶見不規(guī)則狀；磨圓度好，分選性好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)保存完好，可見同心狀及放射狀紋層；顆粒間以點-線接觸為主，見2～3 期膠結(jié)物，膠結(jié)物為方解石，局部混入石英碎屑。這類顆粒巖往往巖性致密，儲集空間欠發(fā)育。

殘余鮞粒云巖與鮞?；?guī)r相比，鮞粒結(jié)構(gòu)幾乎被完全破壞，鮞粒外形在鏡下仍清晰可見，主要由半自形細粉晶白云石構(gòu)成，膠結(jié)物也幾乎完全白云石化，晶體粒徑略大于鮞粒內(nèi)白云石，局部混入石英碎屑。這類顆粒巖為研究區(qū)主力儲集巖，巖心面孔率在2%～10%，儲集空間以粒內(nèi)孔、晶間孔為主，孔隙多被瀝青半充填甚至全充填。

云質(zhì)鮞?；?guī)r白云石化特征具有明顯的選擇性，白云石化組構(gòu)以鮞粒為主，鮞粒結(jié)構(gòu)被完全破壞，由細粉晶白云石構(gòu)成，鮞粒之間膠結(jié)物未被白云石化，局部混入石英碎屑。這類儲集空間以白云石化鮞粒內(nèi)白云石間的晶間孔為主，孔隙多被瀝青半充填或全充填。

2.2 相序及測井相特征

滄浪鋪組顆粒灘沉積表現(xiàn)為多個向上變淺序列頻繁疊置、單旋回呈逆粒序特征。單旋回顆粒灘向上生長過程中，隨著沉積水體變淺，水體能量逐漸增強，由旋回下部的泥灰?guī)r向上逐漸過渡為中—粗砂屑灰?guī)r和鮞?；?guī)r。

為準確刻畫滄浪鋪組顆粒灘分布特征，鑒于滄浪鋪組鉆井、取心資料有限且分布不均的情況，結(jié)合巖心資料對未取心井段進行測井相標定解釋。通過自然伽馬曲線的差異,可以較好地區(qū)分不同巖性，進而推測沉積環(huán)境，因而可以利用自然伽馬曲線建立研究區(qū)顆粒灘測井響應模板［24］。通過對取心井段巖性和自然伽馬曲線標定，主要識別出4 類測井相（見圖3）。

圖3 川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組顆粒灘典型相序及測井相特征Fig.3 Typical facies sequence and logging facies of grain shoal in Canglangpu Formation in the north slope area of central Sichuan Basin

1）箱形。自然伽馬曲線整體低值，形態(tài)上相對于圍巖呈平緩箱形，曲線頂部和底部都呈低—高值的高幅突變接觸關(guān)系。對應巖性以鮞?；?guī)r、鮞粒云巖為主，粒度變化整體不明顯，指示灘核沉積微相。

2）漏斗形。自然伽馬曲線整體低值，由下向上逐漸降低，表現(xiàn)為由低能的泥灰?guī)r向高能的顆粒巖變化，反映向上變淺加粗、水動力條件逐漸增強的灘間海-顆粒灘沉積環(huán)境，指示灘核—灘緣沉積微相。

3）齒形。自然伽馬整體中值，曲線形態(tài)呈現(xiàn)圓滑的齒形起伏特征，高值段對應泥灰?guī)r或者泥質(zhì)灰?guī)r段，低值段對應鮞?；?guī)r或者鮞粒云巖段，反映了垂向上多套薄層顆粒灘相互疊置的特征，對應灘緣—灘間沉積微相。

4）指形和尖峰形。自然伽馬整體中高值，曲線形態(tài)呈現(xiàn)圓滑的指形或尖峰形起伏特征，以發(fā)育厚套泥灰?guī)r為特征，灘體發(fā)育厚度薄，對應灘間海沉積微相。

2.3 地震相特征

川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組顆粒灘主要發(fā)育在滄一段，不同沉積環(huán)境下的巖性特征、巖性組合引起的巖石物理差異在地震反射上表現(xiàn)為地震波反射強弱、 頻率及波形等特征的差異。 綜合分析本區(qū)滄浪鋪組地震反射幾何及物理等特征，識別出3 類主要地震相（見圖4），以便進一步明確顆粒灘平面及縱橫向展布規(guī)律。

圖4 川中北斜坡地區(qū)滄一段顆粒灘地震相特征及波形特征Fig.4 Seismic facies characteristics and waveform characteristics of grain shoal in the first Member of Canglangpu Formation in north slope area of central Sichuan Basin

1）a 類地震相。 該類地震相以丘狀微隆起、相單元內(nèi)部反射同相軸雜亂、中弱振幅、中低頻為特征。 滄浪鋪組碳酸鹽巖顆粒灘的規(guī)模相比于生物礁較小，在地震剖面上雖具有一定程度的丘狀隆起特征， 但隆起幅度小于生物礁，在顆粒灘發(fā)育帶，地層也有較為明顯的增厚，在地震偏移剖面上表現(xiàn)為地震反射時差相比于鄰區(qū)較大，局部區(qū)域地震反射由單軸演變?yōu)殡p軸特征，一般代表相對高能環(huán)境，沉積速率相對于圍巖較高，地層中泥質(zhì)含量較低，多以顆粒巖（鮞?；?guī)r/云巖）為主，顆地比（顆粒巖厚度與地層厚度比值）較大，劃分為灘核沉積微相。

2）b 類地震相。該類地震相以中弱振幅、中低頻、內(nèi)部斷續(xù)反射為特征，與灘核相比，地層厚度相對薄，滄一段均為單軸反射，無丘狀隆起的外形特征，但其主要發(fā)育在中—高能環(huán)境，沉積速率高，地層厚度大于低能相區(qū)，顆地比小于灘核微相。 與低能環(huán)境、強能量地震反射相比，該類地震相最大區(qū)別在于中—弱反射的特征，代表灘核—灘緣的沉積環(huán)境。

3）c 類地震相。該類地震相以平行—亞平行的反射同相軸為特征，厚度穩(wěn)定，平面分布面積大，反映較穩(wěn)定的灘緣—灘間過渡的沉積環(huán)境，沉積速率相比于顆粒灘較低，在地震偏移剖面上表現(xiàn)為地震反射時差相比于顆粒灘小、單軸反射、同相軸中強連續(xù)、中強振幅反射的特征。

3 顆粒灘分布特征

3.1 縱橫向分布特征

滄浪鋪組沉積受裂陷槽控制明顯，位于裂陷槽內(nèi)的滄浪鋪組顆粒灘欠發(fā)育，研究區(qū)位于德陽—安岳裂陷槽東部，被認為是顆粒灘發(fā)育的有利區(qū)帶［9-10］。 結(jié)合測井模板，對全區(qū)顆粒巖段進行測井識別和解釋。統(tǒng)計資料發(fā)現(xiàn)，滄一段沉積期顆粒灘極其發(fā)育，顆粒巖發(fā)育厚度比例可達到65%。 縱向上，不同層段均有規(guī)模不一的灘體發(fā)育，單灘體薄至5 m，厚達25 m，累計厚度可達60 m，其中滄一段中部—中上部為顆粒灘發(fā)育最有利層段，整體呈現(xiàn)單層較薄、多層疊置、累積較厚的特點；橫向上，灘體連續(xù)性整體較好，可對比追蹤，顆粒灘的發(fā)育期次大致相當，具有連片成帶的特征，CT1—PS8—JT1—PS13—PS15 井區(qū)單灘體逐漸變薄，累計厚度減?。ㄒ妶D5，1 ft=30.48 cm）。

圖5 川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組顆粒灘縱橫向演化規(guī)律Fig.5 Vertical and horizontal evolution law of grain shoal in Canglangpu Formation in north slope area of central Sichuan Basin

3.2 平面分布特征

基于滄一段顆粒灘地球物理響應特征，結(jié)合灘體縱橫向分布規(guī)律，優(yōu)選波形聚類屬性，采用單井控制、屬性約束的手段刻畫滄浪鋪組顆粒灘平面展布規(guī)律（見圖6）。

結(jié)合地震響應特征，滄浪鋪組內(nèi)部反射波形可分為5 類：Ⅰ，Ⅱ類波形具雙軸反射特征，對應a 類地震相，灘體厚度一般大于50 m，劃分為灘核微相；Ⅲ類波形具復波反射特征，對應b 類地震相，灘體厚度介于40～50 m，劃分為灘緣微相；Ⅳ，Ⅴ類波形具單軸反射特征，對應c 類地震相，灘體厚度小于40 m，劃分為灘間海微相。 灘體集中發(fā)育在研究區(qū)北東部PS2—JT1—PS1 井區(qū)，南部DB1 井區(qū)及西側(cè)裂陷槽邊緣發(fā)育部分相對孤立灘體。整體而言，顆粒灘平面上大面積連片分布，局部存在分異；灘體呈北西—南東向展布，東部地區(qū)灘體發(fā)育情況優(yōu)于西部，北部優(yōu)于南部。

4 顆粒灘分布主控因素討論

4.1 海平面變化對顆粒灘垂向分布的控制

碳酸鹽巖臺內(nèi)灘體一般發(fā)育在具有較高能量的沉積環(huán)境，海平面升降變化引起的海水深度、動蕩程度和水動力條件的變化決定了灘體沉積界面是否位于高能環(huán)境，并綜合控制著臺內(nèi)灘體發(fā)育特征［25］。滄一段顆粒灘縱向上主要分布在沉積中期及中晚期，其沉積過程受到2 個快速海侵—緩慢海退的四級海平面變化旋回的影響，且內(nèi)部具有多旋回、高頻率震蕩的特點［26］（見圖1）。 滄一段沉積初期，隨著海平面的快速上升，研究區(qū)整體處于浪基面之下，沉積能量相對較低，以沉積低能、細粒灘間海微相為主；隨后進入滄一段沉積中期，緩慢海退發(fā)生，水體動蕩程度加大，水動力條件變強，為高能沉積環(huán)境，巖性多為鮞粒灰?guī)r，縱向上顆粒巖發(fā)育，主要為顆粒灘沉積，隨著海平面的持續(xù)下降，灘體不斷地垂向加積， 最終形成了一個水體向上變淺的沉積序列；海退階段完成時，進入滄一段沉積末期，再次快速海侵，沉積了滄二段一套厚度不等的砂泥巖。

4.2 古地貌對顆粒灘平面分布的控制

前人研究表明， 微地貌起伏對顆粒灘有顯著的控制［27］。已有研究證實，震旦系燈影組至寒武系龍王廟組沉積具有明顯的繼承性，震旦系沉積期的古地貌差異在龍王廟組沉積期得以填平［28］。筇竹寺組沉積期，德陽—安岳裂陷槽及周緣地區(qū)地貌開始逐漸填平，筇竹寺組沉積后，古地貌差異整體減小，但其古地貌格局并未發(fā)生變化，因此，筇竹寺組厚度可以近似表征筇竹寺組沉積后地貌及滄浪鋪組沉積前地貌，筇竹寺組越厚則其古地貌越低。從筇竹寺組厚度來看，滄浪鋪沉積期，古地貌明顯呈現(xiàn)南高北低的特征。因受德陽—安岳裂陷槽的影響，研究區(qū)整體表現(xiàn)為西低東高的特征（見圖7）。

圖7 川中北斜坡地區(qū)筇竹寺組時間厚度Fig.7 The time thickness of Qiongzhusi Formation in north slope area of central Sichuan Basin

古地貌恢復結(jié)果表明，德陽—安岳裂陷槽在滄浪鋪組沉積早期并未完全填平補齊，因此來自盆地周緣的陸緣碎屑被裂陷槽阻隔，大量沉積于槽內(nèi)。包括研究區(qū)在內(nèi)的裂陷槽東側(cè)地區(qū)，水體逐漸清澈，利于灘體堆積生長，是顆粒灘發(fā)育的主要區(qū)域。結(jié)合古地貌特征與顆粒灘分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，受微古地貌起伏控制，滄一段海侵期以沉積細粒碳酸鹽巖為主，而在緩慢海退期，由于CT1—PS8 井區(qū)位于古地貌相對高地（見圖7），該區(qū)域海平面率先變淺到水動力較強的高能環(huán)境，優(yōu)先發(fā)育顆粒灘。當顆粒灘垂向加積到海平面附近時，受可容空間限制而停止生長，而古地貌高地周緣相對低地的顆粒灘因擁有足夠的可容空間而繼續(xù)生長。 此時，顆粒灘向古地貌高地周緣相對低地側(cè)向遷移，繼續(xù)生長，從而形成了顆粒灘橫向連片分布的局面［29］。 由于研究區(qū)整體古地貌南高北低的特征，區(qū)內(nèi)顆粒灘整體呈現(xiàn)出東西—北東向環(huán)高分布，同時，受德陽—安岳裂陷槽影響的西側(cè)相對坡折帶在滄一段海退期發(fā)育向槽內(nèi)進積的灘體。 從現(xiàn)有三維地震資料刻畫及古地貌恢復結(jié)果分析，受控于古地貌分異，位于研究區(qū)東側(cè)的相對古地貌高帶及裂陷槽邊緣地帶是滄浪鋪組顆粒灘發(fā)育的主要區(qū)域。

此外，因受控于德陽—安岳裂陷槽，筇竹寺組優(yōu)質(zhì)烴源巖在槽內(nèi)厚度大，總有機碳質(zhì)量分數(shù)高（0.50%～8.49%，平均1.95%），生氣強度為20×108～100×108m3/km2［30-31］。 滄一段大面積的灘相儲層直接覆蓋在筇竹寺組之上，滄一段具有近源充注的有利條件，形成“下生上儲”的成藏組合。研究區(qū)西側(cè)裂陷槽邊緣灘下伏筇竹寺組地層較東側(cè)厚，且未見有鉆井，可作為下步勘探工作的主要目標。

5 結(jié)論

1）川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組一段大面積發(fā)育顆粒灘，顆粒碳酸鹽巖主要包括鮞?；?guī)r及在此基礎(chǔ)上受不同程度白云石化作用改造的殘余鮞粒云巖、云質(zhì)鮞粒灰?guī)r、灰質(zhì)鮞粒云巖等。自然伽馬曲線箱形與漏斗形響應、a 類與b 類地震相響應為顆粒灘發(fā)育的有利地球物理響應類型。

2）川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組一段顆粒灘單體厚度不大，縱向上表現(xiàn)為多個單灘體頻繁疊置、累計厚度大的特征；橫向連續(xù)性較好，具有連片分布的特征，局部存在分異；平面上，灘體呈北西—南東向展布，東部地區(qū)灘體發(fā)育情況優(yōu)于西部，北部優(yōu)于南部。

3）海平面的升降變化和古地貌差異決定了川中北斜坡地區(qū)滄浪鋪組一段顆粒灘發(fā)育特征和疊置樣式。顆粒灘主要發(fā)育在海退期，分布于古地貌高地及裂陷槽邊緣附近，位于研究區(qū)東側(cè)的相對古地貌高帶及裂陷槽邊緣地帶是滄浪鋪組顆粒灘發(fā)育的主要區(qū)域，是下一步勘探工作的主要方向。