四川盆地震旦系灯影组层序划分及多期台缘带的发现

时间：2024-07-28

王文之文龙姚军李堃宇和源周红飞聂晶李亚

1. 中国石油天然气股份有限公司碳酸盐岩储层重点实验室 2. 中国石油勘探开发研究院西北分院

0 引言

2011 2012年中国石油西南油气田分公司在四川盆地中部高磨地区震旦系灯影组、寒武系龙王庙组相继取得战略性大发现，有利区含气面积达7500 km2。目前已钻遇灯影组探井81口，探井主要集中在台缘带，以高石1井区灯四段为例，单层测试平均产能达32.0 104m3/d；而台内单层平均测试产能不足5.0 104m3/d。台缘带周缘获得三级地质储量近10000 108m3，已探明5 000 108m3，勘探成效显著。随着勘探开发的深入，高磨地区台缘带已整体探明，其中台内有利区含气面积达6 000 km2，含气性好，但储层厚度和品质相对较差，钻井结果以低产为主，因此亟待攻关台内有利“甜点区”的预测。深化灯影组优质储层主控因素，进一步明确优质储层展布规律。笔者主要从高分辨率层序地层分析入手，利用可容纳空间分析技术，综合地质、地震技术，建立川中地区灯影组层序格架，对灯影组沉积充填演化特征进行解剖，探索这套古老碳酸盐岩优质储层的分布规律。

1 区域地质背景

1.1 沉积构造背景

川中高磨地区位于四川盆地川中古隆平缓构造区的威远至龙女寺构造群，东至广安构造，西邻威远构造，南与川东南低陡构造区相接，属川中古隆平缓构造区向川东南高陡构造区的过渡地带。新元古代中期是Rodinia超大陆裂离的重要地质时期，早期（陡山沱期）气候变暖、冰川融化、海平面上升，发生大规模的海侵，除扬子板块西南缘的中滇古陆外，大部均被淹没于海水之下，黔东—湘西—鄂中一线及其东南地区成为斜坡—盆地环境。在拉张背景环境下，安岳磨溪—高石梯与威远—资阳之间发育近南北向台内裂陷（图1），前人称之为“裂陷槽”[1]“侵蚀谷”[2-4]“拉张槽”[5]，对其成因的认识存在一定差异，但对储层发育有利区的研究结论较一致，即裂陷边缘的灯影期台缘带是储层有利发育区[5-7]。

川中高磨地区寒武系底界构造于乐山—龙女寺古隆起的东端，是古隆起背景上的一个大型潜伏构造，处于古今构造叠合高部位。根据地震构造处理解释成果，川中高磨构造格局总体轮廓表现为一个发育在乐山—龙女寺古隆起背景上的北东东向鼻状隆起，由西向北东倾伏，南缓北陡，构造呈多排、多高点的复式构造特征。寒武系底界构造主轴轴向北东东向，长度54.3 km，构造宽度13.1 km，构造圈闭主高点位于磨溪①号断层上盘，高点海拔－4730 m，最低圈闭线海拔－4 930 m，圈闭面积465 km2，闭合高度200 m。由于构造总体处于平缓带上，因此显示出多个构造高点的特征（图1）。

1.2 储层及其分布特征

灯影组岩石类型可分为晶粒云岩、颗粒云岩和藻云岩3大类，富藻类云岩按形态可细分为层纹状云岩、叠层状云岩、泡沫状云岩、藻团块云岩、核形石云岩等，颗粒云岩主要是凝块状云岩、砂屑云岩和粉屑云岩，其中主要储集岩类为凝块状云岩、砂屑云岩中。上扬子地台经历了多期构造运动，灯影组沉积期及沉积后经历的桐湾运动对沉积和储层产生了重要影响，特别是灯二段顶部、灯四段顶部向下100 m以内是孔、缝、洞集中发育区，优质储层主要集中在此段[6-10]。

图1 川中高磨地区区域构造位置及寒武系底界构造图

从目前的钻探资料看，川中地区灯影组储层显著特征有2点：①灯影组储集岩类主要是隐藻类岩石，如凝块石白云岩和砂屑白云岩；②灯影组储集空间主要是小尺度的溶蚀孔洞，储层类型以裂缝—孔洞型为主，凝块石白云岩更容易发育中—小型溶洞，洞的大小介于2～5 mm，砂屑云岩则以孔为主，偶见溶洞。

灯影组储层主控因素表现出与微生物丘相关的滩相特征，藻丘仅在岩心上可见，且灯四段发育程度远不及灯二段，藻丘亚相的储层发育程度也低于滩相。其次，灯影组储层分布规律有3个特征：①灯四段顶部发育一套区域性风化壳，储层呈层状分布，厚度稳定，一般介于20～50 m，是主要的产层；②灯四下亚段主要分布在高石梯地区，磨溪地区及台地内部灯四下亚段部储层欠发育，未获得工业气流井；③灯二段储层主要分布在顶部，受桐湾Ⅰ幕控制，发育1套区域性风化壳，中下部储层特征复杂，与丘相关的储层主要发育在该段，横向上连续性差，尚未掌握其在纵、横向上的展布规律。

2 可容纳空间分析技术及其应用

一部分学者认为可容纳空间是指可供沉积的、潜在的沉积物堆积空间（Jervey，1988），其实不然，现在大多数学者针对碎屑地层将可容纳空间定义为“位于基准面之下和地表之上，可供沉积物充填的全部空间”[11]，笔者认为海相碳酸盐岩的可容纳空间位于基准面与下伏沉积物之间，是可达到CaCO3过饱和的空间，并非水体越深可容纳空间越大，因此不同相带的可容纳空间是不一样的。对于碳酸盐岩的沉积研究表明：通常单位时间内台缘带的沉积速率最快，可容纳空间最大，其次是滨岸带、潟湖，斜坡和盆地的可容纳空间最小。

层序划分的难点是层序界面的识别及类型的划分，传统方法受个人经验和资料丰富程度影响较大。笔者利用可容纳空间分析技术，确定层序界面的位置和相对级别，并利用该模型“标定”地震层序界面，建立层序格架，在层序格架内研究不同时期的沉积趋势，还原高磨地区灯影组沉积充填过程，从而揭示各相带在平面上的展布、迁移及演化规律，最终为完成区带评价提供理论依据。

众所周知，由于全球海平面的升降是同步的，因此以1个完整海平面的升降周期作为1个时间单元是实现层序划分的最佳原则，以便进行区域上或全球实现地层等时对比。通常以一个完整的海平面升降作为1个三级层序[12-14]。经典层序地层学曾总结出控制层序形成与发育的4大要素为构造沉降、海平面升降、沉积物供给与古气候变化，不仅抽象，而且控制因素过多且不明确，操作性也不强，难以简便地实现层序划分。实际上这些要素综合作用的结果就是反映在可容纳空间的演化过程[15-17]，这一构想为可容纳空间实现计算提供了可能，而层序界面发育的位置总是位于可容纳空间的转折点，这就极大规范层序界面识别的标准和方法。

2.1 利用测井模拟可容纳空间升降模型

笔者在野外露头研究的基础上，利用测井数据编制可容纳空间升降模型，并结合地质、测井、地震手段综合研究，多学科联合确定层序界面，以确保研究结论的科学性，最终实现了灯影组高分辨率层序地层划分与对比，为沉积相带展布、有利勘探区带预测奠定了基础[18-19]。利用测井曲线计算可容纳空间变化趋势来划分和预测层序界面发育的位置，相较于传统方法具诸多优点：①不需要大量岩心，因而成本低、操作简单；②不用做大量的地球化学分析，故效率高、适应性强；③精度高，可为多级层序划分提供依据。缺点是仍具有一定的多解性，需要积累一定的样本点，此外，所得砂泥岩地层层序界面有一定的失真，需要做压实量矫正。

以川中地区高石1井震旦系灯影组为例（图2），可容纳空间变化曲线在灯三段底、寒武系底发生2次明显负飘，与稳定碳氧同位素结构一致，正好与桐湾Ⅰ、Ⅱ幕两次区域性构造运动吻合。进一步研究表明：以灯底、桐湾Ⅰ、Ⅱ幕作为二级层序界面，二级层序层序界面是以最大负飘点，即海平面下降到最低位置作为一个层序的结束和另一个层序的开始。整体上，灯影期海平面升、降呈现2个大尺度旋回，内含4个次一级旋回。综合前人的研究认识[1]，可划分为2个二级层序、4个三级层序。

在二级层序格架内，由下至上，第1个二级层序（灯一、二段）经历了缓慢海侵，快速海退，在这样的沉积旋回背景下，有利于灯二早—中期发育大量藻丘等微生物岩；第2个二级层序（灯三、四段），受桐湾一幕构造运动影响，经历了快速海侵，缓慢海退的过程，在这样的沉积旋回背景下，不利于藻丘等微生物岩稳定建造，但有利于滩体的沉积及早期的暴露和溶蚀。

图2 川中地区高石1井震旦系灯影组层序格架柱状图（注：1 ft=0.304 8 m）

在三级层序格架内，可识别出4个完整的三级层序。新发现灯二期、灯四期各发育1次较大规模的海退，在区域上具备发育4套规模化储层的沉积背景。利用可容纳空间升降曲线标定过井剖面（图3），首先辅助识别各级层序的界面，以完成界面级别和类型的识别；然后明确二、三级层序界面及最大海泛面，完成三级层序格架下个体系域的划分；最终为下一步在层序格架内选择合理的编图单位，结合单井资料，编制古地貌图、沉积相，为区带评价奠定基础[20-21]。

2.2 利用可容纳空间曲线标定地震层序界面

高石1井灯影组可容纳空间模型的分析表明，在纵向上，可划分4个三级层序，沉积层序与地质特征、地震响应特征对应关系良好（图3）。SQ1整体上可容纳空间缓慢正飘，表现出缓慢海侵的特点，在灯二段中部发育一次短暂负飘，对应短暂的海退，形成Ⅱ型层序界面，在地震剖面上形成断续的强反射特征，剖面上基本可连续追踪，而高石梯东部表现为强烈的进积特征，高石梯西侧则以平行反射为主（图3）；SQ2基本继承了前期的旋回特征，仍然是可容纳空间缓慢正飘，对应缓慢海侵，中晚期表现出强烈的负飘，对应灯二段顶界，即桐湾Ⅰ幕构造运动，台地整体暴露，形成Ⅰ型层序界面；SQ3整体表现出快速正飘，达到最大海泛面后，可容纳空间表现出缓慢负飘，即缓慢海退，在高石梯主体区表现出大量进积现象，其顶界为断续强反射特征；SQ4整体表现为缓慢海侵快速海退，缓慢海侵的超覆现象主要发育在磨溪地区（图4），由于高石梯古地貌高而缺失这套海侵体系域的早期沉积地层，高石梯仅保留SQ4高水位体系域地层，晚期表现为强烈的负飘，对应灯四顶界，即桐湾Ⅱ幕区域构造运动，上扬子地区整体暴露，形成Ⅰ型层序界面，在地震上可连续追踪。总之，地震上清晰记录到SQ1、SQ3高水位体系域下发育的进积特征，SQ2、SQ4海侵体系域下超覆特征，地质与地震响应特征对应良好。

图3 川中地区过高石1井时间剖面图（拉平寒武系底）

图4 过磨溪22 高石7井高磨三维叠前时间剖面图（拉平龙王庙组底界）

3 各期台缘带展布特征及意义

利用高磨地区13块三维地震资料，结合大量探井资料，初步落实灯影组4期台缘带在高磨地区的展布特征（图5）。纵向上，各期台缘带具有一定的继承性，因此有部分叠置的特征；横向上，灯二段与灯四段2期内幕台缘带（SQ1、SQ3）均呈东西向展布为主，北部边界受磨溪①号断层控制，受古地貌和古海平面双重控制；灯二段与灯四段顶界的晚期台缘带（SQ2、SQ4）以南北向展布为主，受区域性构造运动作用控制，主要分布在德阳—安岳陷裂陷周缘。

图5 研究区内SQ3期台缘带前的角砾岩、高石梯暴露标志及古侵蚀面证据图

SQ1台缘带受古地貌和海平面升降双重控制，研究区东南至西北沉积格局主要表现为台坪亚相→颗粒滩亚相→潟湖亚相。颗粒滩亚相主要分布在高石梯东，呈北东向展布，台缘带北部边界受磨溪①号断层控制，向龙女寺地区延伸，三维区内有利勘探面积500 km2；SQ2台缘带受桐湾Ⅰ幕区域性构造抬升作用控制，研究区沉积相带呈南北向展布，由西向东整体表现为颗粒滩亚相→台坪亚相。颗粒滩亚相呈反“C”字形展布，有利勘探面积约1 300 km2；SQ3台缘带展布特征与SQ1类似，受古地貌和海平面升降双重控制，研究区东西至西北沉积格局主要表现为台坪亚相→颗粒滩亚相→陆棚相。颗粒滩亚相主要分布在高石梯主体区与磨溪主体区之间，呈近东西向展布，北边界同样受磨溪①号断层控制，并沿磨溪①号断层向龙女寺地区延伸，三维区内有利勘探面积1 200 km2；SQ4台缘带受桐湾Ⅱ幕区域性构造抬升作用控制，与SQ2沉积格局相似，呈东西向展布，三维区内有利勘探面积达1500 km2。总之，高石梯与磨溪之间发育4期滩体，磨溪主体区与高石梯东只发育2期滩体，为下一步选区选带奠定基础。

目前钻井已证实SQ2、SQ4台缘带的存在，SQ3台缘带前大量角砾岩及古侵蚀面等证据也间接证实SQ3台缘带真实存在（图6），但由于SQ1台缘带埋深最大，钻井及地质资料较少，尚未证实。此外，川中灯影组SQ4台缘带已基本探明，SQ2、SQ3台缘带在高石梯地区已基本探明，台内 SQ3台缘带、SQ1台缘带尚未有钻井部署，这2期台缘带在龙女寺地区部分叠置，可立体勘探，是下一步风险勘探的重要领域。

图6 高磨地区震旦系灯影组4期台缘带沉积相展布图