川西叠覆型致密砂岩气区地质特征

2013-11-01杨克明朱宏权

石油实验地质 2013年1期

杨克明，朱宏权

(1.中国石化西南油气分公司，成都 610016;2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，成都 610081)

1 叠覆型致密砂岩气区概念的提出

1859年E.L.狄拉克在美国宾夕法尼亚州成功钻探世界上第一口工业油井以来，世界石油工业的发展已历经150余年，并逐步形成了较为系统的石油地质勘探理论。20世纪60年代以前，石油地质工作者以美国地质学家I.C.怀特的背斜控油和石油有机成因等石油地质理论为指导[1］，主要对常规油气藏进行勘探开发。非常规油气藏指目前还不能完全用常规方法技术进行勘探、开发与加工的部分油气资源。但不同的人对非常规油气藏理解不同。目前最常用的非常规油气藏概念是J.B.Roen等根据油气藏开发的可行性而提出的，即现有的技术难以进行有经济效益开发的油气赋存[2－3］。根据这个定义，非常规气有深层气、致密砂岩气、页岩气、煤层气、浅层生物气、天然气水合物等。其中，致密砂岩气是非常规气的主要类型之一。常规气藏具有以常规储层为主、圈闭界线明确、成藏动力主要为浮力、气上水下且界面清楚、主要分布在构造高部位等特征，与川西致密砂岩气藏储层致密、圈闭界线模糊、浮力不是成藏主要动力、气水关系复杂、“满坳含气”等特征明显不同(表1)。

表1 不同类型气藏特征差异性对比Table 1 Characteristic difference contrast of different gas reservoir types

致密砂岩气藏的勘探研究，以北美地区进行得最早，早期描述为“隐蔽圈闭”气藏[4］。而“隐蔽圈闭”(subtle trap)[5］一词较早见于莱复生1964年的论文，用其概括构造、地层、流体(水动力)多要素结合形成的复合圈闭，但因其缺乏严格的含义而未能被广泛使用。随着大批的非背斜油气藏的发现，M.T.Halbouty、E.K.Robert、D.A.Busch、C.E.B.Conybeare 和 C.H.Savit等[6－7］对隐蔽圈闭进行了重新定义和解释，C.H.Savit认为隐蔽圈闭是指用当前普遍采用的勘探方法难以圈定其位置的圈闭。20 世纪80 年代以来，胡见义[8］、潘元林[9］、贾承造[10－11］、李丕龙[12－13］、庞雄奇[14－15］等学者对隐蔽油气藏的分类、形成机制、勘探技术等进行了研究，为我国非构造类隐蔽油气藏勘探提供了理论指导和技术支撑。庞雄奇等[14－15］将隐蔽油气藏定义为:在现有理论和技术条件下，从物探和测井等资料上不能直接发现或识别出来的气藏概称为隐蔽油气藏，英文表述为subtle reservoir，对应圈闭称为subtle trap。可见，隐蔽油气藏属于油气勘探学的范畴，用“隐蔽油气藏”这一术语不能确切描述川西致密砂岩气藏特点。

“深盆气藏”是 J.A.Masters[16］在研究了加拿大阿尔伯达盆地深盆区(前渊深坳陷区)致密地层中天然气聚集特征以后提出来的。这一概念既不是一个基于成因的术语，也不是一个基于机理的术语，而是一个在特定历史时期内延续使用的描述性术语，目前尚没有确切的概念[17］。不同学者称谓不同，如盆地中心气藏[18］、根缘气[19］、连续型气藏[20－21］等。但多数学者对深盆气藏的特征和形成条件的认识基本一致。深盆气藏特征可概括为:坳陷深部及斜坡的致密地层中普遍含气，气水倒置且无明显的气水界面，地层压力异常，活塞式运聚的动态圈闭气藏。主要形成条件:大面积分布的煤系气源岩与大面积分布的致密储层密切接触，天然气持续补给，顶、底板封盖好，区域构造稳定且断裂不少。为此，有学者预测川西坳陷发育深盆气[22－26］。笔者有不同看法。其一，川西坳陷储层致密化主要形成于燕山中晚期[27－28］，虽然此时源岩仍处于生烃高峰期[28－29］，可能形成深盆气，但是燕山晚期以后，源岩进入过成熟演化阶段，由于天然气持续补给能力弱，所以现今深盆气分布可能局限，这或许是至今无勘探证实川西坳陷存在深盆气的主要原因。其二，储层致密化前生成的大量天然气主要以构造—岩性气藏和岩性气藏赋存，勘探即是佐证。其三，侏罗系不具备形成深盆气的烃源条件。因此，深盆气在川西坳陷分布局限。

“连续型”油气藏[20］最早由 Schmoker在1995年提出，泛指在含油气盆地的致密砂岩、煤层、页岩等非常规储层中大面积聚集分布、缺乏明确油气水界面的油气聚集。邹才能等[30－32］认为“连续型”油气藏是指低孔渗储集体系中油气运聚条件相似、含流体饱和度不均的非圈闭油气藏，即无明确的圈闭界限和盖层、主要分布在盆地斜坡或向斜部位、储集层低孔渗或特低孔渗、油气运聚中浮力作用受限、大面积非均匀性分布、源内或近源为主、无运移或一次运移为主、异常压力(高压或低压)、油气水分布复杂、常规技术较难开采的油气聚集。川西致密砂岩气藏特征符合Schmoker提出的“连续型”油气藏的概念，但该概念仅突出气藏储层的非常规和气藏大面积分布且无明确油气水界面的油气聚集特点，不能描述中国叠合型盆地“多期构造演化、多期成藏”等特征。川西致密砂岩气藏成藏特点和分布特征与邹才能提出的“连续型”油气藏的概念有较大区别。一是，川西须家河组气藏不仅分布在斜坡或向斜部位，而且已发现气藏主要分布在新场构造带和龙门山前构造带。二是，储层致密化前后油气运聚条件差异大，致密化前主要沿优势运移通道向古隆起运聚，油气运聚以浮力作用为主;致密化后油气运聚中浮力作用才受限。三是，侏罗系气藏以源外为主，该概念不能涵盖侏罗系。

综上所述，隐蔽气藏、深盆气藏、连续性气藏均不能确切描述川西致密砂岩气藏成藏地质背景或成藏特点或分布特征。为此，本文提出“叠覆型”致密砂岩气区概念。

叠覆型致密砂岩气区是指:在纵向上相互叠合、在平面上大面积连片分布，由多个成藏组合和一系列致密砂岩气藏在空间上叠置而成的气藏群(田)。

2 叠覆型致密砂岩气区地质特征

川西叠复型致密气区具有叠合性、广覆性、节律性、模糊性和多样性的特点。其中，广覆性和模糊性与“连续性”气藏、深盆气特点具有相似性，而叠合性、节律性、多样性与“连续性”气藏、深盆气特点有较大差别(表1)。

2.1 叠合性

原型盆地的叠合性:晚三叠世以来，川西前陆盆地经历了被动大陆边缘盆地、局限前陆盆地、类前陆盆地和构造残余盆地4个演化阶段[33－34］。

构造变形的叠合性:一是前陆盆地前构造(近EW向构造)、前陆盆地期构造(NE向构造和SN向构造)以及前陆盆地后期残余盆地构造(NNE向构造和NW向构造)的多期次叠加与改造变形;二是前陆盆地形成期受周缘山系分阶段递进隆升造山活动控制形成发展的“东西分带、南北分段”的变形特征。

储层的叠合性:一是数十套砂体在纵向上的复合叠置;二是海相储层、海陆交互相储层和陆相储层的叠置;三是孔隙性储层、孔隙—裂缝性、裂缝性储层在空间上的复合叠置;四是近常规储层、致密储层和超致密储层在空间上的复合叠置;五是三角洲相砂体的迁移叠置以及龙门山中段近源三角洲相储层和龙门山北段远源三角洲相储层的叠合。

成藏组合的叠合性:分为下成藏组合、中成藏组合和上成藏组合。

气藏的叠合性:一是多个气藏在纵向上的叠置，如新场气田已发现马鞍塘组、须二段、须三段、须四段、须五段、白田坝组、千佛崖组、下沙溪庙组、沙溪庙组、遂宁组、蓬莱镇组和白垩系12个气藏;二是不同运聚机制的源内自生自储近源气藏和源外下生上储远源气藏以及深盆气在空间上的叠置与复合;三是孔隙性、孔隙—裂缝性、裂缝性气藏在空间上的复合叠置。

2.2 广覆性

源岩分布的广覆性:一是主力源岩全盆广泛分布，即川西前陆盆地发育马鞍塘组—小塘子组、须三段、须五段和下侏罗统4套源岩，除下侏罗统源岩主要分布在东斜坡—前隆外，前3套源岩在川西前陆盆地广泛分布;二是源岩厚度大、品质优，生气强度大于20×108m3/km2的强生气区遍布前陆隐伏冲断带、前渊坳陷和前隆隆起。

储层分布的广覆性:“二元体系域结构”沉积充填和浅水沉积环境，决定了低位体系域的辫状河三角洲相广覆式分布，同时辫状河三角洲相砂体的易迁移性以及近源三角洲相与远源三角洲相的叠合造就了储层大面积叠置连片分布。

圈闭分布的广覆性:源岩分布的广覆性和储层分布的广覆性以及源岩与储层大面积直接接触，决定了构造—岩性复合圈闭和岩性圈闭的大面积分布。如成都凹陷面积3 080 km2，成都凹陷侏罗系圈闭面积2 371 km2，占凹陷面积的77%。

气藏分布的广覆性:圈闭分布的广覆性和多种运聚机制的并存，决定了气藏纵向上叠置，平面上复合连片大面积分布。无论是构造带还是凹陷—斜坡带都发现了气田。马井构造—什邡向斜—新场构造天然气探明储量面积连片分布即是最好佐证。

2.3 节律性

构造演化的节律性:包括受区域构造运动控制的盆地演化的节律性和同一构造演化阶段周缘山系周期性的幕式的挤压—松弛的构造活动及其强度的节律性。

沉积演化的节律性:包括受构造演化控制的盆地充填的节律性、受幕式挤压—松弛的构造活动控制的“二元体系域结构”沉积充填的节律性和受物源供给控制的次级沉积旋回的节律性。

运移充注的节律性:成藏年代研究表明，各成藏组合都有2～3个主成藏期。

2.4 模糊性

气水边界的模糊性:多种成藏模式叠置和储层的非均质性，导致油气充注程度的差异，纵向上形成多个气水系统，且无统一的气水边界。

圈闭类型的模糊性:圈闭分布的广覆性造就了从构造带—斜坡—凹陷圈闭界线的模糊(图1)。如:马井构造—什邡向斜—新场构造天然气探明储量面积连片分布，其中马井和新场表现为构造—岩性圈闭，什邡为岩性圈闭，但其间界线无法识别。

储层的非均质性:受沉积相、成岩相、裂缝相影响，储层的非均质性强。

2.5 多样性

图1 川西坳陷侏罗系圈闭分布Fig.1 Distribution of Jurassic traps in western Sichuan

烃源的多样性:一是源岩沉积环境的多样性，既有海相源岩——马鞍塘组和小塘子组，又有过渡相源岩——须三段和须五段，还有陆相源岩——下侏罗统;二是干酪根类型的多样性，虽然以腐殖型为主，但是同时也含有较多的腐泥型、混合Ⅰ型以及混合Ⅱ型;三是源岩热演化的多样性，前渊坳陷的过成熟—高成熟，斜坡—前隆的高成熟—成熟，推覆带的成熟—低成熟;四是多生烃灶，包括不同源岩生烃灶的不同和同一源岩多个生烃灶;五是混源。

储集类型的多样性:一是储层类型的多样性——近常规储层、致密储层和超致密储层;二是储集空间的多样性——孔隙性、孔隙—裂缝性、裂缝—孔隙性和裂缝性。

运移方式的多样性:一是供烃方式的多样性——源内面状供烃和源外网状供烃;二是运移路径的多样性——渗透性砂岩、断裂、裂缝系统、不整合面及其不同的组合;三是运移动力的多样性——源储压差、毛细管力;四是运移相态的多样性——游离相、水溶相。

气藏类型的多样性:按成藏机理有远源气藏、近源气藏和深盆气;按压力有超压气藏、低超压气藏和常压气藏;按储集类型有孔隙型气藏、孔隙—裂缝型气藏、裂缝—孔隙型气藏和裂缝型气藏;按驱动类型有弹性水驱和弹性自驱气藏。

3 叠覆型致密砂岩气区成藏主控因素

川西叠覆型致密砂岩气区总体具有“源、相、位”三元控藏特点。

3.1 源控

3.1.1 生烃潜力决定致密砂岩气区的资源规模

一个盆地油气的富集规模很大程度上取决于生烃量和生烃强度。卢双舫[35］等对中国主要含油气盆地天然气的生气量与探明储量之间的关系研究表明，勘探成效和天然气富集程度与生气量呈正相关。同时，储量大于100×108m3的大中型气田，主要分布在生气强度大于20×108m3/km2的生气中心及周缘[36］。川西前陆盆地中段生烃量巨大，总生烃量为125×1012m3，生烃强度几乎整体大于60×108m3/km2，最高大于 300×108m3/km2，属强生烃区，利于天然气富集和大中型气田形成，为一系列致密砂岩气藏在纵向上叠置和在平面上大面积连片分布提供了丰富的物质基础。截止2010年底，新场、马井、新都、洛带等气田探明储量均大于100×108m3，其中新场气田探明储量2 495.69×108m3。

纵向上，各成藏组合源岩生烃强度决定其资源规模。下成藏组合和中成藏组合生烃强度较上成藏组合大，决定了须家河组气藏资源规模较侏罗系气藏大。须家河组气藏已发现资源多大于500×108m3，如新场、大邑、丰谷、鸭子河等须家河组气藏;而侏罗系气藏已发现资源多小于500×108m3，仅新场侏罗系气藏大于500×108m3。

平面上，已发现资源主要分布在成都凹陷及其周缘构造带;梓潼凹陷北部上成藏组合生烃强度低，尚无资源发现。

3.1.2 供烃方式决定了致密砂岩气区的分布范围

分为源外下生上储网状供烃和源内自生自储面状供烃2种模式。

源外下生上储网状供烃模式主要发育在前陆隐伏冲断带和前陆隆起带的上成藏组合，源储需烃源断层沟通，天然气沿烃源断层及其裂缝网络运移(图2)。因此，气藏多受构造圈闭控制，分布范围相对较小。

源内自生自储面状供烃模式发育于下、中成藏组合和中下侏罗统源岩发育的上成藏组合，源储大面积直接接触，天然气沿生烃增压微裂缝运移(图3)。气藏大面积连片分布，主要分布在前渊坳陷—斜坡带。

图2 川西侏罗系源外下生上储网状供烃模式Fig.2 “Lower-generation and upper-storage”reticular hydrocarbon supplying model outside Jurassic source rocks in western Sichuan

图3 川西侏罗系源内自生自储面状供烃模式Fig.3 “Self-generation and self-storage”planar hydrocarbon supplying model inside Jurassic source rocks in western Sichuan

3.2 相控

3.2.1 低孔低渗储层发育及分布

储层以三角洲平原和三角洲前缘相砂体为主，低孔低渗储层发育，大面积广覆式分布。川西前陆盆地具有多物源、多沉积体系的特点，从盆缘向盆内依次发育冲积扇—辫状河—辫状河三角洲平原—辫状河三角洲前缘—湖泊沉积。其中，三角洲平原—三角洲前缘砂体在湖盆内广泛发育，叠置连片分布。储层整体致密，但不同沉积环境发育的储层物性差异较大，三角洲平原分流河道、前缘水下分流河道和河口坝微相发育相对优质储层。可见，沉积相带明显控制了储层物性，也控制了气藏分布。勘探实践揭示，已发现气藏主要分布在三角洲平原和三角洲前缘亚相。

3.2.2 储层非均质性强

储层受成岩和后生改造作用影响，非均质性强。在不同物源、不同沉积相带造成的储层原始成分和结构差异的基础上，因川西前陆盆地的形成演化历史极其复杂决定了发生差异的成岩作用、构造作用和流体超高压产生的裂缝化作用等，不同地区不同储层段因所处构造位置不同，或者由于矿物成分差异、孔隙流体演化差异、埋深差异等使得储层遭受的压实强度、成岩自生矿物类型及含量以及溶蚀作用强度、裂缝发育程度等也各具特征，从而进一步加强了储层微观结构和孔渗的非均质性。如:蓬莱镇组储层孔隙度最小0.26%，最大31.01%，平均9.6%±4.7%(平均值±标准偏差);渗透率最小 0.003×10－3μm2，最大1 177.19×10－3μm2。

3.3 位控

特定的前陆盆地构造背景和沉积充填背景，决定了不同构造带圈闭类型、成藏组合、供烃方式、保存条件等差异。

3.3.1 构造形变差异和圈闭类型

川西前陆盆地经历了早期的被动大陆边缘盆地、印支期的局限前陆盆地、燕山期的类前陆盆地和喜马拉雅期的构造残余盆地演化阶段，形成了“三带两凹”的构造格局。即大邑—鸭子河构造带、印支期前陆隆起——新场构造带和燕山期前陆隆起——知新场构造带，成都凹陷和梓潼凹陷。大邑—鸭子河构造带和知新场构造带圈闭主要为背斜、断背斜等构造圈闭，新场构造带发育构造—岩性复合圈闭，成都凹陷和梓潼凹陷形变弱，主要发育岩性圈闭。

3.3.2 生储盖空间配置及供烃方式

自晚三叠世始，四川盆地进入陆内前陆盆地发展阶段，其充填沉积时的容纳空间变化和层序发育主要受控于周缘山系的幕式冲断作用，这种突变和幕式松弛—挤压构造活动主控的相对湖平面(或基准面)变化并不具渐变的周期性和旋回性。通常，逆冲挤压期——应力缓慢集中，容纳空间逐渐收缩，导致湖平面渐渐上升，滨岸退积、湖相上超;当应力集中到最大时，突然释放进入到松弛期——湖平面或基准面快速下降，低位粗碎屑体系复活。从而形成压性盆地的下部粗——低位体系域、上部细——湖扩体系域的“二元体系域结构”(图4)。

川西坳陷中段，主体位于前陆隆起的斜坡带，其层序形成和体系域变化受幕式冲断和松弛作用的响应更为敏感。即主体位于浅水区(滨浅湖)沉积，松弛期发育广覆式的辫状河三角洲相砂体，大面积沉积粗碎屑岩，即“满盆富砂”;逆冲挤压期，粗碎屑岩主要发育在山前，而广大的前渊坳陷和前缘隆起地区发育前三角洲相和湖相泥岩。在潮湿气候时(晚三叠世—早侏罗世)，节律性的“二元体系域结构”沉积充填，形成大面积、广覆式的生储盖组合和岩性圈闭;在干旱气候时(中侏罗世以后)，形成大面积、广覆式的储盖组合，亦形成大面积、广覆式分布的岩性圈闭，为“满坳含气”形成奠定了圈闭条件。

图4 川西陆相叠合型盆地“二元体系域结构”层序地层格架模式Fig.4 “Two-component system tract”sequence stratigraphic framework model of continental superimposed basin in western Sichuan

图5 川西前陆盆地供烃方式Fig.5 Hydrocarbon supplying mode of foreland basin in western Sichuan

晚三叠世—早侏罗世，源岩和储层间互沉积，源储大面积直接接触，因此，中、下成藏组合和上成藏组合的下侏罗统为源内自生自储面状供烃方式。中侏罗世晚期和晚侏罗世，主要以红层沉积为主，源岩不发育，源储需断层沟通，主要为源外下生上储网状供烃方式，主要发育于前陆冲断带和前陆隆起带，次为前渊隆起(图5)。

3.3.3 封盖保存条件

关口断裂以西的龙门山推覆构造带由于喜马拉雅期断裂强烈的逆冲推覆，构造形变强烈，地表出露地层较老，保存条件差。关口断裂以东的前陆隐伏冲断带(大邑—鸭子河构造带)的上成藏组合主要为山前的粗碎屑岩沉积，盖层相对不发育，断层不具封堵性，保存条件较差;中成藏组合的须五段和下成藏组合的须三段盖层发育，且断层封堵性较好，保存条件较上成藏组合好，尤其是下成藏组合。

燕山期前隆——知新场构造带虽然侏罗系盖层发育，但是断层发育，且主断层出露地表，构造形变强烈，须家河组为正常地层压力，井深1 000 m以上，表现为井漏、泄压带，反映保存条件较差。

印支期前隆——新场构造带盖层发育，断层多消失在蓬莱镇组，未切穿区域盖层白垩系，保存条件好。但中成藏组合一是因为北东向断层或南北向断层切穿其盖层须五段，气藏晚期遭受调整;二是由于在燕山早、中期须四段地层总体为东倾的斜坡，砂岩又连片分布，侧向封堵性较差，尤其是须四上亚段封盖保存条件较差，气藏含水特征明显。

前渊坳陷的成都凹陷和梓潼凹陷盖层发育，构造形变弱，保存条件好。

4 结论

1)叠覆型致密气区概念不仅能确切描述具有中国叠合型盆地的“多期构造演化、多源、多储、多期成藏”等特征，而且能确切描述川西致密砂岩气藏多层、多类型叠置和“满坳含气”的特征。

2)川西叠覆型致密气区具有叠合性、广覆性、节律性、模糊性和多样性五性特征，总体具有“源、相、位”三元富集特点。

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