四川盆地蓬溪-武勝臺凹西側(cè)長興組成藏主控因素

董景海，高陽，杜勁松，丁冬梅,張鵬宇

（1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探事業(yè)部，黑龍江 大慶 163453；2.北京寶石花能源科技有限公司，北京 100101；3.北京陽光杰科科技股份有限公司，北京 100192；4.寧波諾丁漢大學，浙江 寧波 315100）

0 引言

四川盆地二疊系長興組廣泛發(fā)育生物礁灘儲集體，是盆地的重點油氣勘探目的層系之一［1-2］。早期對長興組的勘探主要是圍繞川東北開江-梁平海槽進行，相繼發(fā)現(xiàn)了普光、元壩及龍崗等大中型氣田［3-4］，對于同期構(gòu)造蓬溪-武勝臺凹，學術(shù)研究與勘探實踐均較為滯后，雖有一定發(fā)現(xiàn)，但一直未取得較大突破。2000 年WJ1 井在長興組生屑灘儲層測試獲產(chǎn)氣量5.88×104m3/d，而后鉆井大多以水層、含氣水層為主。近2 年隨著TS2 井、HS8 井鉆遇工業(yè)氣層，才進一步證實了長興組的勘探潛力。

目前對于研究區(qū)長興組石油地質(zhì)方面的研究較少，張奇等［5-7］最早從臺凹對沉積充填的控制作用上討論了生物礁灘的分布，同時對儲層成因進行了探討。謝增業(yè)等［8］基于川中地區(qū)天然氣組分、同位素分析數(shù)據(jù)研究了天然氣成因。其中，長興組天然氣甲烷體積分數(shù)為85.3%～98.7%，乙烷體積分數(shù)為0.10%～0.27%，干燥系數(shù)基本在0.998 5，屬于原油裂解氣。梁霄等［9］從烴源巖與輸導角度出發(fā)，認為長興組油氣運移受控于斷裂與茅口組頂不整合面共同構(gòu)成的垂側(cè)向復合輸導系統(tǒng)，整個二疊系存在氣源不足問題。但是對于長興組的油氣富集究竟受何種因素控制，油氣勘探有利區(qū)帶應(yīng)如何評價等方面研究，目前還未見報道。因此，本文基于新的鉆井、巖心及地震等資料，對研究區(qū)長興組成藏特征及主控因素開展進一步研究，以期為下步勘探部署提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地在大地構(gòu)造上屬于上揚子克拉通地臺，研究區(qū)處于四川盆地中部，構(gòu)造上位于川中平緩構(gòu)造帶東部。在晚二疊世—早三疊世早期，四川盆地總體表現(xiàn)為由西南向北東傾斜的區(qū)域性緩坡，受峨眉地裂運動影響，盆地中部和東部形成了“三隆三凹”的古地理格局，自北向南依次發(fā)育城口-鄂西海槽、開江-梁平海槽、蓬溪-武勝臺凹（也稱為鹽亭-潼南海槽）［10-11］。由于拉張活動向臺內(nèi)逐漸減弱，蓬溪-武勝臺凹比另外兩處海槽的水深要淺，發(fā)育時限也較短。受此影響，礁灘體的發(fā)育程度較弱，白云石化程度也較低［12］。研究區(qū)長興組以灰?guī)r與灰質(zhì)泥頁巖為主，部分樣品中可以見到云質(zhì)成分。

長興組沉積期，蓬溪-武勝臺凹地區(qū)具有南緩北陡、南灘北礁的特點［6］。長興組沉積早期基本繼承了龍?zhí)督M沉積格局，但水體變淺，主要發(fā)育陸棚或淺緩坡背景下的泥晶灰?guī)r沉積，局部零星發(fā)育生屑灘，隨后在海侵作用下發(fā)育了一套可全區(qū)對比的灰質(zhì)泥巖、 灰質(zhì)頁巖沉積。中晚期隨著臺凹的形成，在廣安高帶及遂寧高帶均開始發(fā)育生物礁沉積，臺凹內(nèi)部局部發(fā)育點礁。地震剖面上，長興組中上部具有明顯的生物礁雜亂、弱振幅反射特征，生物礁沿臺凹邊緣相對連續(xù)展布（見圖1）。潼南次凹南側(cè)的潼南斜坡主要為臺地背景下的生屑灘沉積，地震上常表現(xiàn)為丘狀反射特點。

圖1 蓬溪-武勝臺凹長興組沉積相及地震剖面Fig.1 Sedimentary facies and seismic profile of Changxing Formation in Pengxi-Wusheng intra-platform sag

2 成藏條件

2.1 烴源巖與輸導條件

川中地區(qū)長興組下伏地層中發(fā)育多套烴源巖層系，其中寒武系筇竹寺組暗色泥巖分布穩(wěn)定，厚度為50～300 m，是區(qū)域的優(yōu)質(zhì)烴源巖［8-9］。志留系龍馬溪組碳質(zhì)泥頁巖雖已遭剝蝕，但在研究區(qū)中東部仍有殘留，尖滅線主要沿NC7 井—HS4 井—HT1 井一線呈NE—SW 向展布，厚度一般小于50 m。棲霞組、茅口組泥質(zhì)灰?guī)r在區(qū)內(nèi)廣泛分布，厚度分別為10～40，40～180 m，總有機碳質(zhì)量分數(shù)（TOC）主要介于0.5%～3.0%，鏡質(zhì)組反射率（Ro）可達3%以上。龍?zhí)督M烴源巖在研究區(qū)分布穩(wěn)定，厚度介于40～80 m，TOC 可達5%以上，Ro平均為2.8%，處于過成熟演化階段。

研究區(qū)地震剖面上可見深大斷裂向下斷至寒武系筇竹寺組，大部分向上止于二疊系，少量斷層斷穿上二疊統(tǒng)，個別斷層在中生界也有一定延伸，可作為溝通源儲的通源斷層。斷層主要呈高陡直立狀，另外可見Y字形與反Y 字形斷層組合樣式（見圖2）。平面上斷層主要分布在研究區(qū)北部和南部，連續(xù)性差，主要發(fā)育近NW—SE，NE—SW 走向的斷裂（見圖3）。

圖2 蓬溪-武勝臺凹走滑斷層地震剖面特征Fig.2 Seismic profile characteristics of strike-slip fault in Pengxi-Wusheng intra-platform sag

圖3 蓬溪-武勝臺凹長興組頂面構(gòu)造Fig.3 Top surface structure of Changxing Formation in Pengxi-Wusheng intra-platform sag

根據(jù)斷層終止層位可大致判斷斷層活動期次。研究區(qū)大部分斷層向上終止于龍?zhí)督M內(nèi)，可知長興組沉積前斷層活動規(guī)模較大。

實際上，斷層最早在震旦紀晚期即開始活動，并在加里東晚期—海西期繼承發(fā)育，個別在中、新生代再次復活［13-14］，從而形成多層花狀構(gòu)造。

2.2 儲集條件

長興組儲層巖性以灰?guī)r為主（見圖4），可分為生物礁灰?guī)r與生屑灘灰?guī)r2 種類型，生物礁灰?guī)r儲層品質(zhì)明顯優(yōu)于生屑灘灰?guī)r儲層。

圖4 蓬溪-武勝臺凹長興組儲層特征Fig.4 Reservoir characteristics of Changxing Formation in Pengxi-Wusheng intra-platform sag

生物礁灰?guī)r儲層孔隙度一般大于4.2%，最高可達12.0%，滲透率也基本在0.1×10-3μm2以上。巖性以海綿礁灰?guī)r為主，格架間主要充填生屑、砂屑、灰泥等，附礁生物可見腕足、雙殼、海百合。儲集空間主要為生物體腔、格架間及粒內(nèi)的溶蝕孔洞，具有同生期選擇性溶蝕特點?？锥捶植疾痪鶆?，大小不一，直徑最大可達3 cm，同時可見溶蝕孔洞被有機質(zhì)、方解石不完全充填，部分礁灰?guī)r中可見構(gòu)造裂縫（見圖4a—d）。根據(jù)已鉆井的統(tǒng)計結(jié)果，生物礁儲層單層厚度一般為10～27 m，累計厚度可達29～64 m。橫向展布具有一定連續(xù)性，延伸距離可在5 km 以上。

生屑灘儲層與生物礁伴生或獨立發(fā)育于臺地背景的顆粒灘儲層中，孔隙度基本在2%～6%，滲透率在（0.01～0.05）×10-3μm2。巖性多為生屑灰?guī)r，亮晶結(jié)構(gòu)，生屑類型主要為有孔蟲、棘皮類、腕足類和雙殼類，部分巖心樣品中可見礫屑。該類儲層雖也發(fā)育溶蝕孔洞，但規(guī)模較小，主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及小規(guī)模的溶洞，且分布、大小均相對均一，直徑多不超過5 mm（見圖4e，f）。儲層單層厚度一般為5～12 m，累計厚度一般可達20 m，空間上主要呈孤立狀展布，雖疊合展布面積較大，但單層展布范圍一般不超過3 km。

2.3 圈閉條件

研究區(qū)長興組主要發(fā)育斜坡背景下的構(gòu)造-巖性圈閉與巖性圈閉。受燕山期—喜山期整體SE—NW 向擠壓應(yīng)力影響［15-16］，長興組現(xiàn)今頂面構(gòu)造表現(xiàn)為由南東向北西傾斜的斜坡，在此斜坡背景下發(fā)育多個背斜構(gòu)造，具有數(shù)量多、面積小的特點，平均閉合高度為15 m（見圖3）。背斜構(gòu)造主要有北西、北東2 個走向，說明該區(qū)同時受到燕山期北側(cè)大巴山地區(qū)逆沖推覆作用影響［16］。這些正向構(gòu)造與礁灘儲集體結(jié)合，即可形成受構(gòu)造與相變線共同控制的構(gòu)造-巖性復合圈閉。由于生物礁灘沉積往往相變較為劇烈，自身被四周的不滲透灰?guī)r所限而形成儲層透鏡體，也可形成巖性圈閉。

在遂寧高帶生物礁發(fā)育區(qū)，生物礁儲層厚度較大，且分布相對連續(xù)，多與正向構(gòu)造組合形成構(gòu)造-巖性復合圈閉。在潼南斜坡生屑灘發(fā)育區(qū)，因為生屑灘儲層厚度較薄且相對孤立，主要為巖性圈閉。顯然在礁灘體沉積后，巖性圈閉即基本形成，而構(gòu)造-巖性圈閉主要在印支期具備雛形，最終在燕山期—喜山期定型［16］。

2.4 保存條件

上覆飛仙關(guān)組致密泥灰?guī)r、 嘉陵江組膏鹽巖分別作為直接蓋層與間接蓋層，可對長興組油氣形成有效封隔。飛仙關(guān)組沉積時基本繼承了長興期的古地理格局，總體表現(xiàn)為海退特點，并在填平補齊過程中有向蒸發(fā)臺地演化趨勢，巖性以紫紅色、紫灰色灰質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)灰?guī)r為主，累計厚度可達320 m。嘉陵江組膏鹽巖為潟湖相沉積，可塑性強，分布范圍廣，膏鹽巖厚度可達30 m，在川中地區(qū)廣泛分布，是一套良好的區(qū)域性蓋層［9］。由構(gòu)造解釋結(jié)果得出，研究區(qū)基本不發(fā)育斷至淺層或地表的通天斷層，雖然斷層在三疊紀仍有繼承性活動，但活動較弱，主要表現(xiàn)為飛仙關(guān)組內(nèi)部的小斷層，斷距一般只有5～10 m（見圖2），對長興組油氣藏并無太大影響。

2.5 成藏匹配條件

筇竹寺組烴源巖與長興組儲層的時間匹配性較好。基于流體包裹體的油氣充注期研究表明，長興組含瀝青氣包裹體均一溫度主要分布在100～105 ℃，宿主礦物為溶蝕孔洞中充填的方解石膠結(jié)物，主要對應(yīng)于早期成藏事件，至少在液態(tài)烴規(guī)模裂解之前。結(jié)合區(qū)域沉積埋藏史研究得出，烴類的充注主要發(fā)生在晚二疊世—三疊紀（見圖5）。

圖5 蓬溪-武勝臺凹沉積埋藏史Fig.5 Sedimentary and burial history of the study area in Pengxi-Wusheng intra-platform sag

這一時期也是筇竹寺組烴源巖的生油高峰［17］，此時，長興組礁灘體原生孔隙的發(fā)育以及準同生期的選擇性溶蝕都提供了良好的儲集空間，且礁灘體處于古地貌較高位置，通源斷層的活動也有利于液態(tài)烴向長興組儲集體的的運移與聚集。

前人研究也發(fā)現(xiàn)，長興組天然氣在化學組成與同位素分布特征上表現(xiàn)出了與寒武系天然氣的相似性。由此也可說明，研究區(qū)二疊系天然氣主要來自筇竹寺組烴源巖，同時有二疊系烴源巖的少量貢獻，為多源供烴模式［8-9］。

3 成藏規(guī)律及主控因素

3.1 氣水分布特征

由目前單井測井解釋、試氣結(jié)果得出，研究區(qū)長興組總體為構(gòu)造高部位含氣、低部位含水。潼南斜坡整體構(gòu)造較高，油氣的富集主要取決于生屑灘儲層的發(fā)育。WJ1 井與近期完鉆的HS8 井均已在長興組頂生屑灘儲層中測試獲得工業(yè)氣流，其余層段則以差氣層或干層為主，個別井段發(fā)育含氣水層（見圖6）。

圖6 四川盆地潼南斜坡區(qū)長興組氣水分布特征Fig.6 Gas-water distribution of Changxing Formation in Tongnan slope,Sichuan Basin

在遂寧高帶，位于構(gòu)造低部位的鉆井基本以含氣水層、水層為主，目前僅高部位的TS2 井在長興組頂生物礁儲層測試獲產(chǎn)氣量4.17×104m3/d，表現(xiàn)為構(gòu)造-巖性氣藏特點。長興組中下部則零星發(fā)育以生屑灘為儲集空間的差氣層（見圖7）。

圖7 四川盆地遂寧高帶長興組氣水分布特征Fig.7 Gas-water distribution of Changxing Formation in Suining highland,Sichuan Basin

3.2 成藏主控因素

基于分析可知，長興組具有優(yōu)越的烴源巖條件，且儲層的質(zhì)量與展布也具備規(guī)模成藏的基礎(chǔ)，但實際情況卻是長興組未大規(guī)模含氣，也并不具有“一礁一藏”的典型生物礁油氣藏特點。分析認為，這主要受氣源不足、復合輸導體系的共同控制。

3.2.1 氣源不足

3.2.1.1 烴源巖與儲層的空間匹配性

長興組下伏地層中雖發(fā)育多套烴源巖，但與長興組中上部礁灘儲層的垂向距離均較遠，緊鄰的龍?zhí)督M烴源巖與長興組中上部礁灘儲層之間有40～50 m 厚的致密灰?guī)r隔層，在沒有其他通道溝通下，烴類很難直接進入長興組，顯然通源斷層的發(fā)育是烴類運移的關(guān)鍵。研究區(qū)多口井（如GS16 井、HS2 井、HS4 井等）均在下二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組測試獲得工業(yè)氣流，且天然氣組分與寒武系天然氣相似，這必然與大量延伸至下二疊統(tǒng)走滑斷層溝通源儲的作用有關(guān)［13-14］。斷層延伸至上二疊統(tǒng)長興組的較少（見圖2），源儲之間缺乏一定數(shù)量的通道溝通，源儲在空間上匹配不佳，造成了長興組的氣源不足，而并非整個二疊系氣源不足。

3.2.1.2 烴源巖與儲層的時間匹配性

長興組雖有多源供烴，但大部分烴源巖因成熟較晚而對長興組貢獻不大。如龍?zhí)督M烴源巖在晚侏羅世達到生排烴高峰時［18-30］，走滑斷層的活動已趨于停止，由埋藏史可知長興組埋深也已在4 000 m 以下（見圖5），沉積物受壓實的影響已變得致密，因此能夠有效進入長興組的的烴類數(shù)量可能有限。即時間上的匹配不佳決定了多源供烴中以筇竹寺組為主，但烴類優(yōu)先充注于寒武系自身與下二疊統(tǒng)的儲層，因此，最終進入長興組的烴類數(shù)量不足而未能大規(guī)模成藏。

3.2.2 垂側(cè)向復合輸導系統(tǒng)

本文所指的垂側(cè)向復合輸導體系由通源斷層與長興組自身礁灘沉積構(gòu)成，而非早期學者所提的斷裂與茅口組頂面不整合［9］。在這一輸導體系中，沿斷層的垂向運移是烴類富集的基礎(chǔ)，沿儲層自身的橫向調(diào)整有利于烴類聚集。

構(gòu)造演化顯示，研究區(qū)古構(gòu)造與現(xiàn)今構(gòu)造的形態(tài)大體一致，為“東南高西北低”特點；因此，烴類在進入長興組后會繼續(xù)向東南高部位運移調(diào)整，尤其是在遂寧高帶，優(yōu)質(zhì)的、相互連通的生物礁儲集體提供了橫向運移的通道。如該區(qū)構(gòu)造低部位的HS2 井附近發(fā)育通源斷層，但該井測井解釋為水層，而高部位的TS2 井附近雖不發(fā)育通源斷層，測試卻為工業(yè)氣層。這正是烴類垂向運移至長興組后再沿儲層橫向運移的結(jié)果，同時受生物礁沉積相變影響，在TS2 井處形成儲層上傾尖滅氣藏（見圖8）。

圖8 四川盆地蓬溪-武勝臺凹長興組油氣富集特征Fig.8 Hydrocarbon accumulation characteristics of Changxing Formation in Pengxi-Wusheng intra-platform sag,Sichuan Basin

HS2 井水層溶蝕孔洞中發(fā)育的瀝青充填（見圖4b）說明，該井處曾經(jīng)發(fā)生過烴類的運移或聚集，由于未有充足的烴類持續(xù)充注，處于構(gòu)造低部位的井則以發(fā)育水層為主。需要注意的是，烴類在向高部位運移過程中可能會被局部正向構(gòu)造捕獲而聚集，如HS7 井相比TS2 井構(gòu)造更高，但該井卻發(fā)育水層；由構(gòu)造解釋結(jié)果可知，該井處發(fā)育一背斜，HS7 井正處于該背斜構(gòu)造溢出點以外（見圖3）。即烴類在充滿圈閉后會沿溢出點散出，隨后繼續(xù)向高部位運移而在適宜條件下聚集（見圖8）。潼南斜坡區(qū)由于整體構(gòu)造較高，且生屑灘儲層的規(guī)模有限，連續(xù)性也較差，因此，是否發(fā)育這種橫向運移作用，還需要更多資料來證明。

4 有利區(qū)帶預測

儲層與構(gòu)造是控制研究區(qū)氣水分布的2 個要素。在此基礎(chǔ)上通過分頻反演技術(shù)，落實了蓬溪-武勝臺凹西側(cè)儲層厚度展布（見圖9）。

圖9 四川盆地蓬溪-武勝臺凹長興組有利區(qū)帶評價Fig.9 Favorable zone evaluation of Changxing Formation in Pengxi-Wusheng intra-platform sag,Sichuan Basin

潼南斜坡HS8 井、WJ1 井生屑灘儲層發(fā)育區(qū)展布面積分別為267，164 km2，是下部巖性氣藏勘探有利區(qū)帶。在遂寧高帶TS2—He12 井一帶生物礁展布面積為90 km2，處于構(gòu)造高部位。其中，TS2 井已獲測試產(chǎn)氣量4.17×104m3/d，勘探潛力較大。在NC7 井南部發(fā)育點礁，面積為49.4 km2，也發(fā)育一定正向構(gòu)造，生物礁儲層四周被臺凹阻隔形成良好的巖性圈閉，可作為下步勘探重點（見圖9）。

5 結(jié)論

1）蓬溪-武勝臺凹西側(cè)長興組為東南高西北低的斜坡，高部位含氣、低部位含水。其中，生物礁灘儲層中廣泛發(fā)育的溶蝕孔洞提供了油氣賦存的基礎(chǔ)，自寒武系延伸至上二疊統(tǒng)的走滑斷層是溝通源儲的關(guān)鍵。

2）雖然長興組為多源供烴模式，但源儲匹配不佳導致氣源不足決定了長興組未能大規(guī)模成藏。在時效性上僅筇竹寺組烴源巖在生、排烴期上與斷層活動、長興組儲層形成的匹配性較好，其余烴源巖貢獻有限?？臻g上大部分走滑斷層僅延伸至下二疊統(tǒng)，源儲間缺乏一定數(shù)量的運移通道進一步導致了氣源不足。

3）垂側(cè)向復合輸導體系決定了現(xiàn)今氣水分布特點，構(gòu)造高部位的優(yōu)質(zhì)礁灘儲層發(fā)育區(qū)是油氣橫向運移聚集的有利指向區(qū)。潼南斜坡區(qū)整體構(gòu)造較高，勘探重點在生屑灘優(yōu)質(zhì)儲層，有利區(qū)主要分布在HS8 井、WJ1—MX7 井一帶。在遂寧高帶以構(gòu)造-巖性圈閉為主，氣水分布的研究是重點，有利區(qū)主要位于構(gòu)造高部位的TS2—He12 井一帶。