普光氣田與元壩氣田礁灘儲(chǔ)層特征的差異性及其成因

摘 要

摘要：中國石化勘探南方分公司在川東北地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了普光氣田和元壩氣田。為弄清兩個(gè)氣田的成藏規(guī)律，指導(dǎo)該區(qū)下一步的油氣勘1探部署，以碳酸鹽巖沉積學(xué)、層序地層學(xué)、地震地層
摘要：中國石化勘探南方分公司在川東北地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了普光氣田和元壩氣田。為弄清兩個(gè)氣田的成藏規(guī)律，指導(dǎo)該區(qū)下一步的油氣勘1探部署，以碳酸鹽巖沉積學(xué)、層序地層學(xué)、地震地層學(xué)等理論為指導(dǎo)，充分利用普光氣田與元壩氣田的地質(zhì)錄井、測(cè)井和高精度三維地震資料，對(duì)兩個(gè)氣田二疊系長(zhǎng)興組、三疊系飛仙關(guān)組礁灘儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間類型、物性特征、分布特征等進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：普光氣田與元壩氣田臺(tái)緣相帶儲(chǔ)層發(fā)育既有相似性，又有明顯的差異性；儲(chǔ)層發(fā)育情況受臺(tái)地邊緣相帶控制，普光地區(qū)儲(chǔ)層以飛仙關(guān)組臺(tái)緣灘自云巖為主，元壩地區(qū)儲(chǔ)層則以長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘白云巖為主。分析其原因后認(rèn)為，早期古地貌和構(gòu)造作用以及白云巖化作用的差異可能是造成兩個(gè)氣田儲(chǔ)層發(fā)育差異的主要控制因素。該研究成果對(duì)認(rèn)識(shí)川東北及相似地區(qū)的地質(zhì)規(guī)律，指導(dǎo)油氣勘探具有現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：四川盆地東北部；普光氣田；元壩氣田；臺(tái)緣礁灘；儲(chǔ)層特征；對(duì)比；差異性；控制因素
    2003年在開江-梁平陸棚東緣宣漢-達(dá)州地區(qū)二疊系長(zhǎng)興組-三疊系飛仙關(guān)組鉆獲高產(chǎn)天然氣流，發(fā)現(xiàn)了普光氣田，其后以普光氣田勘探思路技術(shù)為指導(dǎo)，綜合研究認(rèn)為陸棚西側(cè)元壩地區(qū)具有發(fā)育長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組礁灘儲(chǔ)層的沉積背景，發(fā)現(xiàn)了元壩長(zhǎng)興組飛仙關(guān)組礁灘地震異常體，2007年元壩長(zhǎng)興地區(qū)勘探獲得突破，發(fā)現(xiàn)了元壩氣田(圖1)[1]。

    已有的研究成果表明，儲(chǔ)層是控制川東北地區(qū)碳酸鹽巖油氣成藏與聚集的關(guān)鍵因素，有利沉積相帶、白云巖化作用、多期溶蝕作用、構(gòu)造破裂作用和良好的封存環(huán)境是深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的有利因素[2]。位于開江-梁平陸棚東西兩側(cè)的普光氣田與元壩氣田在儲(chǔ)層發(fā)育特征方面具有一定的相似性[3]，但也存在明顯的差異性，是什么因素造成了兩地區(qū)的差異？筆者認(rèn)為這是關(guān)乎深化認(rèn)識(shí)川東北礁灘相儲(chǔ)層、導(dǎo)向油氣勘探部署的關(guān)鍵問題之一。
1 儲(chǔ)層特征對(duì)比分析
   普光地區(qū)與元壩地區(qū)長(zhǎng)興組 飛仙關(guān)組均發(fā)育臺(tái)緣礁灘相儲(chǔ)層，但在儲(chǔ)層厚度、巖性、儲(chǔ)集性能等方面存在差異(表1)，特別是飛仙關(guān)組儲(chǔ)層在兩地區(qū)差別較大，普光地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層表現(xiàn)為厚度大、物性好的特征，探明儲(chǔ)量超過94%，而元壩地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層厚度薄、物性較差；但元壩地區(qū)長(zhǎng)興組儲(chǔ)層的厚度和物性又比普光地區(qū)要好，構(gòu)成了前者的主力儲(chǔ)層[4]。
1.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征
    普光氣田與元壩氣田長(zhǎng)興組儲(chǔ)層巖石類型以殘余生屑結(jié)晶云巖、殘余生物礁結(jié)晶云巖、粉細(xì)晶云巖為主，發(fā)育少量的生物礁灰?guī)r儲(chǔ)層(圖2)。普光地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層巖石類型以殘余鮞粒結(jié)晶云巖為主(圖3)，糖粒狀云巖及粉細(xì)晶云巖次之；元壩地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層巖石類型主要為亮晶鮞?；?guī)r，僅局部如元壩9井飛二段發(fā)育殘余鮞粒結(jié)晶云巖儲(chǔ)層。

1.2 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型
    通過對(duì)巖心和薄片的觀察，元壩地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層僅局部層段發(fā)育較多粒內(nèi)孔(包括鑄?？?，少量方解石晶間孔發(fā)育(圖4)；普光地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層粒內(nèi)孔極其發(fā)育，另有部分殘留的粒間孔和少量晶間孔。長(zhǎng)興組儲(chǔ)層在兩地區(qū)具有相似性，孔隙主要有兩種類型：①與白云巖化和白云巖重結(jié)晶作用相關(guān)的晶間孔；②與溶蝕作用相關(guān)的粒內(nèi)孔、生物體腔孔、溶洞等(圖5)。
 

1.3 儲(chǔ)層物性
對(duì)普光氣田26口井與元壩氣田10口井巖心物性分析樣品統(tǒng)計(jì)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩地區(qū)飛仙關(guān)組儲(chǔ)層物性差別明顯[5]。長(zhǎng)興組儲(chǔ)層孔隙度、滲透率具有一定的可比性，孔隙度最大值分別為27.9%、24.65%，主要介于2%～5%(圖6)，孔隙度介于5%～10%的樣品數(shù)普光氣田略高于元壩氣田，滲透率兩地區(qū)都集中分布在介于0.02～0.25mD與大于1mD區(qū)間。
 

飛一段-飛二段儲(chǔ)層物性普光地區(qū)明顯優(yōu)于元壩地區(qū)：普光地區(qū)孔隙度主要介于5%～10%，最大值達(dá)28.86%(圖7)，平均值為7.73%，而元壩地區(qū)孔隙度則主要介于2%～5%，最大值為14.15%，平均值為3.12%；元壩地區(qū)65%樣品的滲透率集中分布在小于0.25mD區(qū)間，而普光地區(qū)50%以上樣品的滲透率都大于1mD。
 

    飛三段儲(chǔ)層物性在普光地區(qū)與元壩地區(qū)差異不大，兩地區(qū)樣品測(cè)試孔隙度集中分布于小于5%區(qū)間，滲透率小于0.25mD區(qū)間；但普光地區(qū)孔隙度介于2%～5%、滲透率介于0.02～0.25mD的樣品數(shù)多于元壩地區(qū)。整體上飛三段儲(chǔ)層在普光地區(qū)的孔、滲條件稍優(yōu)于元壩地區(qū)。
1.4 儲(chǔ)層與沉積相帶
    長(zhǎng)興組儲(chǔ)層在普光地區(qū)縱向分布于該組頂部，橫向分布范圍窄，而元壩地區(qū)則發(fā)育長(zhǎng)興組礁灘復(fù)合體與礁后淺灘儲(chǔ)層，分布范圍寬；飛仙關(guān)組儲(chǔ)層在普光地區(qū)具有縱向加積特征，儲(chǔ)層厚度大，而在元壩地區(qū)則具有疊置遷移特征，儲(chǔ)層較普光地區(qū)薄但卻具有分布廣的特點(diǎn)[4]。綜合分析結(jié)果表明：兩地區(qū)長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組儲(chǔ)層主要發(fā)育于臺(tái)地邊緣礁灘相帶，臺(tái)地邊緣礁灘相儲(chǔ)層主要包括長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體、礁后淺灘儲(chǔ)層以及飛仙關(guān)組臺(tái)地邊緣淺灘儲(chǔ)層，該類儲(chǔ)層的發(fā)育有著很強(qiáng)的規(guī)律性，沿陸棚東西兩側(cè)邊緣分布[6]。
1.4.1長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體儲(chǔ)層
    該類儲(chǔ)層在元壩、普光地區(qū)均有鉆遇，在鐵廠河林場(chǎng)、椒樹塘、宣漢盤龍洞等露頭區(qū)有出露，儲(chǔ)層主要發(fā)育于早期生屑灘與生物礁生長(zhǎng)后期的礁蓋白云巖中[7]。
    川東北地區(qū)的生物礁主要為臺(tái)地邊緣礁，臺(tái)地邊緣生物礁是在生物碎屑灘的基礎(chǔ)上，由鈣質(zhì)海綿、水螅等原地造礁生物所建造的具有抗浪特征的隆起構(gòu)造，以海綿障積巖為主，骨架巖次之，粘結(jié)巖最少[8]。
    長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體儲(chǔ)層：元壩地區(qū)元壩1-側(cè)1、2、101、102、204、27、9井有鉆遇，儲(chǔ)層主要發(fā)育于生物礁礁蓋白云巖中；在普光地區(qū)普光5、普光2、老君1、毛壩3等井有鉆遇。
    臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體儲(chǔ)層：在川東北地區(qū)分布較為廣泛，整體沿著陸棚兩側(cè)北西向分布在元壩-龍崗-涪陵地區(qū)、黑池梁-分水嶺-普光、老君等地區(qū)。
1.4.2元壩長(zhǎng)興組礁后淺灘儲(chǔ)層
    主要發(fā)育在元壩地區(qū)，而在普光地區(qū)則不發(fā)育。長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁后淺灘儲(chǔ)層發(fā)育在開闊臺(tái)地與臺(tái)緣礁帶之間，以元壩地區(qū)元壩12井為代表，發(fā)育大面積的生屑灘和局部礁丘，生屑灘堆積方式以加積為主，加積生屑灘在高水位體系域發(fā)生暴露和部分白云石化后，成為有效儲(chǔ)層，該類型儲(chǔ)層具有厚度大的特點(diǎn)。
    礁后淺灘的發(fā)育受早期微地貌控制，此時(shí)生物礁并未形成規(guī)模，未對(duì)礁后形成障壁作用，生屑灘儲(chǔ)層的發(fā)育主要受到其微地貌高低所控制；后期受礁體相對(duì)位置與水動(dòng)力條件控制，生物礁已經(jīng)形成規(guī)模對(duì)礁后起到障壁作用，此時(shí)生屑灘水動(dòng)力強(qiáng)度受到迎風(fēng)面礁體影響，直到礁生長(zhǎng)后期在礁后形成局限環(huán)境。通過元壩地區(qū)過元壩12、11、102、1-側(cè)1、101井近南北相剖面儲(chǔ)層發(fā)育情況對(duì)比，也很好地說明了生屑灘儲(chǔ)層與礁灘復(fù)合體儲(chǔ)層的發(fā)育關(guān)系——生屑灘儲(chǔ)層發(fā)育在礁生長(zhǎng)早期，與生物礁早期儲(chǔ)層可以相對(duì)比，在礁生長(zhǎng)過程中礁后淺灘儲(chǔ)層也有發(fā)育，但到生物礁生長(zhǎng)晚期發(fā)育礁蓋白云巖儲(chǔ)層時(shí)，元壩12井沉積演化為礁后局限環(huán)境，儲(chǔ)層不發(fā)育。
1.4.3飛仙關(guān)組臺(tái)地邊緣淺灘儲(chǔ)層
    川東北地區(qū)飛仙關(guān)組總體為一個(gè)向上變淺的沉積序列，由陸棚(斜坡)-開闊臺(tái)地-局限臺(tái)地-蒸發(fā)臺(tái)地轉(zhuǎn)變。在這個(gè)大的層序格架下，儲(chǔ)層發(fā)育情況，與海平面升降密切相關(guān)，但海平面的升降，又對(duì)不同古地貌背景下的沉積物的控制作用不同[8]。
    在普光地區(qū)發(fā)育厚層鮞粒灘壩，構(gòu)成普光氣田的主要儲(chǔ)層；而元壩地區(qū)則發(fā)育大片的鮞粒灘，但單層厚度較小，橫向變化快。普光地區(qū)飛一段-飛二段主要由鮞粒云巖、石灰?guī)r組成，飛三段由石灰?guī)r夾膏巖和白云巖組成，儲(chǔ)層主要分布于飛一段-飛二段的鮞粒云巖和粉-細(xì)晶云巖中，儲(chǔ)集厚度大、分布廣、物性好；元壩地區(qū)飛仙關(guān)組以兩個(gè)大的向上變淺的旋回為特征，飛一段-飛三段儲(chǔ)層主要分布在飛二段-飛三段的鮞?；?guī)r中，儲(chǔ)集性能總體較差。
    總起來看，普光地區(qū)儲(chǔ)層主要發(fā)育飛仙關(guān)組，具有厚度大、物性好的特點(diǎn)；元壩地區(qū)儲(chǔ)層主要發(fā)育長(zhǎng)興組，具有面積大、礁后灘發(fā)育的特點(diǎn)。
2 儲(chǔ)層發(fā)育差異性控制因素探討
    臺(tái)地邊緣相帶控制了該區(qū)長(zhǎng)興組和飛仙關(guān)組儲(chǔ)層發(fā)育。在對(duì)大量地質(zhì)和地震資料研究的基礎(chǔ)上，分析認(rèn)為：普光地區(qū)與元壩地區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育差異是早期沉積古地貌差異、中期構(gòu)造作用演化差異與白云巖化程度差異等共同作用的結(jié)果。古地貌、構(gòu)造作用差異控制了礁灘的沉積與早期的大氣淡水溶蝕的差異，白云巖化程度的差異控制了儲(chǔ)層晶間孔隙與孔隙后續(xù)的溶蝕擴(kuò)大。
2.1 早期“東陡西緩”的沉積構(gòu)造差異控制了長(zhǎng)興組礁灘相儲(chǔ)層的發(fā)育
    運(yùn)用二維、三維地震資料與鉆井資料相結(jié)合對(duì)元壩、普光地區(qū)長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組沉積時(shí)期沉積充填模式進(jìn)行了分析(圖8)，結(jié)果認(rèn)為：兩地區(qū)長(zhǎng)興期沉積主要受早期古地貌控制，元壩地區(qū)長(zhǎng)興組沉積早期由臺(tái)地沉積逐漸演化為深水沉積，坡度緩(僅3°～5°)，斜坡寬，這也就造就了早期生屑灘沉積在一個(gè)環(huán)境相似的范圍內(nèi)疊置遷移，灘體發(fā)育面積大，在生物生長(zhǎng)過程中逐漸形成最為適合生物生長(zhǎng)的位置發(fā)育成為生物礁快速沉積，礁后灘發(fā)育；同時(shí)側(cè)向快速遷移，生物礁分布面積大；而普光地區(qū)長(zhǎng)興組沉積早期，臺(tái)地-斜坡有明顯的坡折，坡度大(15°左右)，適合生物生長(zhǎng)的范圍被局限在一定的范圍，礁灘沉積具有垂向加積特征，礁后灘不發(fā)育(圖8)。在地震剖面上元壩地區(qū)發(fā)育前積體，而普光地區(qū)前積體則不發(fā)育。

    綜上認(rèn)為，長(zhǎng)興期元壩坡緩有利于大面積礁灘儲(chǔ)層發(fā)育；普光陡坡發(fā)育臺(tái)緣鮞灘儲(chǔ)層，礁后灘不發(fā)育。
2.2 中期東西構(gòu)造演化差異控制了飛仙關(guān)組儲(chǔ)層的發(fā)育
    飛仙關(guān)組儲(chǔ)層主要受到沉積時(shí)期構(gòu)造作用差異性影響，飛仙關(guān)組沉積總體可以分為兩個(gè)階段，初期川東北地區(qū)受盆地西北部摩天嶺擠壓掀斜作用影響(譚欽銀等)，陸棚西北部沿二郎廟-上寺-五權(quán)一帶隆起為臺(tái)地邊緣，在元壩地區(qū)表現(xiàn)為水體變深，這也造就了元壩地區(qū)飛仙關(guān)期早期古地貌比普光地區(qū)低，元壩地區(qū)飛一-飛二時(shí)早期主要沉積了一套泥晶灰?guī)r；而普光地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定連續(xù)沉積了一套鮞粒云巖；在接下來的沉積過程中，元壩臺(tái)地邊緣從西北部逐漸向東南部遷移，鮞粒灘也隨之向陸棚遷移；在普光地區(qū)相對(duì)穩(wěn)定，總體表現(xiàn)為垂相加積的沉積特征，沉積了巨厚的鮞粒云巖儲(chǔ)層。
2.3 晚期統(tǒng)一臺(tái)地均一化
    飛仙關(guān)期晚期川東北地區(qū)表現(xiàn)為臺(tái)地均一化，飛三時(shí)早期川東北地區(qū)陸棚基本填平，演化為均一的臺(tái)地相沉積。進(jìn)入飛四時(shí)期，發(fā)育蒸發(fā)臺(tái)地相膏巖沉積。
2.4 白云巖化差異
    普光、元壩地區(qū)白云巖化程度存在較大差異，長(zhǎng)興組兩地區(qū)都發(fā)育了礁蓋云巖儲(chǔ)層，具有相似性；但飛仙關(guān)組普光地區(qū)發(fā)育巨厚的鮞粒云巖儲(chǔ)層，元壩地區(qū)則主要為鮞粒灰?guī)r儲(chǔ)層，白云巖化程度較弱。
    綜合兩地區(qū)鉆井及鄰區(qū)鉆井資料分析，鮞粒白云巖的分布與蒸發(fā)臺(tái)地關(guān)系密切。從飛一段-飛二段白云巖的區(qū)域分布可以發(fā)現(xiàn)，鮞粒云巖主要分布在開江-梁平陸棚東側(cè)，連片的塊狀鮞粒云巖儲(chǔ)層主要分布在富石膏沉積的川東北碳酸鹽巖蒸發(fā)臺(tái)地邊緣相區(qū)，在普光地區(qū)和東部的渡口河、羅家寨地區(qū)以及盤龍洞露頭區(qū)形成了一個(gè)鮞粒云巖發(fā)育區(qū)；向陸棚方向白云巖化作用逐漸減弱，如毛壩1、川1付85、川岳84井和渡4井一帶沉積環(huán)境主要為陸棚相的灰深灰色灰?guī)r、含泥灰?guī)r和泥灰?guī)r；陸棚相區(qū)的層狀一塊狀鮞粒巖幾乎都是致密灰?guī)r；而在陸棚西側(cè)元壩地區(qū)的元壩2井飛一段、飛二段為鮞?；?guī)r和泥晶灰?guī)r互層，整個(gè)元壩地區(qū)的飛仙關(guān)組極少見到白云巖，僅在東側(cè)靠近龍崗地區(qū)的元壩9井、元壩10井有鉆遇，龍會(huì)、鐵山、七里和天東等地區(qū)也發(fā)育鮞?；?guī)r，不發(fā)育白云巖。
   研究認(rèn)為，飛一段-飛二段優(yōu)質(zhì)鮞粒云巖儲(chǔ)層的白云巖化，與同期通江-開縣蒸發(fā)臺(tái)地的鹵水相關(guān)。正是這一時(shí)期的濃縮海水或鹵水，攜帶了大量鎂離子，通過一定渠道進(jìn)入了先前的鮞?；?guī)r中，并使之在一定條件下白云巖化，從而形成了現(xiàn)今優(yōu)質(zhì)的鮞灘云巖儲(chǔ)層，而這種情況下富鎂流體通常認(rèn)為是通過“滲透回流”的方式運(yùn)動(dòng)并白云巖化的。
3 結(jié)論
   1) 普光、元壩地區(qū)長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組儲(chǔ)層主要發(fā)育于臺(tái)地邊緣礁灘相帶，主要包括長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體、礁后淺灘儲(chǔ)層及飛仙關(guān)組臺(tái)地邊緣淺灘儲(chǔ)層，儲(chǔ)層發(fā)育有很強(qiáng)的規(guī)律性，沿陸棚東西兩側(cè)邊緣分布。
    2) 元壩型臺(tái)緣相儲(chǔ)層主要發(fā)育于長(zhǎng)興組，具有面積大，礁后灘儲(chǔ)層發(fā)育特點(diǎn)，飛仙關(guān)組儲(chǔ)層發(fā)育較差；普光型臺(tái)緣相儲(chǔ)層主要發(fā)育飛仙關(guān)組，具有厚度大的發(fā)育特點(diǎn)，而長(zhǎng)興組礁后灘則不太發(fā)育。
    3) 古地貌和構(gòu)造作用及白云巖化的差異是造成兩地儲(chǔ)層發(fā)育差異的主要因素。
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(本文作者：胡東風(fēng) 中國石化勘探南方分公司)