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川西坳陷二叠系礁滩相预测及油气远景评价

2014-03-25唐建明

石油物探 2014年1期
关键词:阳新裂谷古生界

刘 殊,张 虹,唐建明,甯 濛

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司,四川成都610200;2.长江大学地球科学学院,湖北武汉430100)

近年来,四川盆地海相油气藏勘探在川东北、川中、川南等地区取得了重大突破[1-3],而川西海相二叠系由于埋藏较深,研究和认识程度都很低,尚无实际勘探。据第3次资评结果[注]袁洪、许国明、刘诗荣,川西海相领域油气成藏条件研究,中国石油化工股份有限公司西南油气分公司内部科研成果报告,2007。,川西二叠系-下三叠统(P-T)海相碳酸盐岩领域的区带天然气资源量为9371.11×108m3,其中二叠系拥有总体资源量的52%以上[3]。因此,将川西二叠系作为主要目的层,有可能发现大型气田。

二叠系礁滩以及阳新统溶蚀性缝洞均可以自成圈闭,其储层的预测最为关键。勘探实践表明,只要发现二叠系生物礁或者生物碎屑滩,通常都能够发现气田[1,4]。由于礁滩相发育在坡折带上,在预测二叠系礁滩相分布的过程中,岩相古地理的研究具有重要意义。王一刚[5]依据地层对比,提出了开江-梁平海槽。但由于台内洼陷规模较小,对于开江-梁平海槽这一提法,不同专家、学者提出了不同看法。生产单位通常接受“陆棚”这一地理学概念[1]。中国石油天然气集团公司采用“台洼”概念,于2010年提出了蓬溪-武胜台洼。赵文智研究认为[6]:晚二叠世长兴组沉积期,四川盆地至少发育两条受当时大陆破裂作用影响、由外围海槽区伸入地台内部的有限裂陷洼地,一条称之为开江-梁平下陆架,另一条称之为蓬溪-武胜上陆架。罗志立探讨了峨眉地幔柱对中上扬子区二叠纪成藏条件的影响[7],建议分别改称为广旺-开江-梁平坳拉槽、绵竹-蓬溪-武胜坳拉槽。在台内洼陷的断高上,中国石油天然气集团公司在川中发现了19个长兴期礁、滩异常体,并获得较好的工业油气成果,表明台内洼陷也有较好的油气远景。为探索川西坳陷二叠系油气远景,利用川西坳陷海相层序地层格架剖面、下古生界厚度图,结合二叠系地震相异常特征分析,研究了川西坳陷二叠系的成藏条件。研究成果表明:川西坳陷下古生界发育大型坳拉槽,可构成二叠系巨厚生烃中心;阳新统可能发育礁滩相和溶蚀性储层;长兴组可能发育多个生物礁条带。由此预测,川西坳陷二叠系有可能发育大型气藏。

1 川西坳陷震旦系-下古生界拉张地质背景

川西坳陷位于扬子板块西缘。现今的川西坳陷是印支期-喜山期挤压环境下形成的前陆盆地[8]。在二叠纪前,扬子板块西缘总体为拉张环境,为台地的被动大陆边缘(图1,表1)。

晚元古代至早古生代期间(Pt1—∈1),巨大的“古中国地台”解体,昆仑、秦岭、龙门山和天山等地槽逐步扩张,扬子板块、华北板块、塔里木板块形成,称为“兴凯地裂运动旋回”(简称兴凯地裂期)[8-11]。扬子板块边缘为被动大陆边缘(图1,表1),扬子板块西缘为龙门山初始裂谷。

图1 扬子地块西部二叠纪岩相古地理及研究区位置示意(根据文献[8-11]修改)

注:目前有将二叠系3分的方案,我们沿用2分方案。

由于兴凯旋回拉张的地质背景,扬子地台内具备发育台内裂谷的构造条件。

2 川西坳陷震旦系-下古生界古坳拉槽特征分析

大型油气藏通常并只能分布在大型生烃中心附近或者上方。裂谷(坳拉槽)较深的水体为还原性,且沉积厚度巨大,由此构成巨厚的生烃中心,因此裂谷通常是世界上最丰富的含油气地区[12]。川西古坳拉槽的发现,意味着川西存在下古生界巨厚优质的烃源岩。优质的烃源岩一旦和有效圈闭匹配(如自成圈闭的礁滩相储层),就有可能发现大型气田。

关于川西古坳拉槽,前人曾进行过一些研究。罗志立[13]预测:在川西的绵竹-中江一带,可能存在四川盆地另一个值得勘探的坳拉槽(2009年称其为“汉旺裂谷”,2012年建议改称绵竹-蓬溪-武胜坳拉槽);陈竹新等[14]在川西前陆盆地南段研究中认识到,二叠纪之前可能发育伸展裂谷盆地。

但罗志立预测的“汉旺裂谷”带有推测性质,所用资料是间接的,且预测的地质层位是上二叠统,其形成时间是峨眉地裂运动。为研究二叠系成藏系统,利用川西坳陷层序地层格架,对二叠系下方的基底进行了一系列的研究。拉平二叠系底部反射同相轴,以简化层序地层格架特征,得到的层序地层格架剖面清晰地展示:在扬子板块西缘现今的川西坳陷,存在一个大型的震旦系-下古生界的裂谷(图2,图3)。该坳拉槽具有如下特征。

1) 裂谷横穿川西坳陷(图2),从西南大邑向北延伸到绵阳北侧的老关庙。根据罗志立的意见,建议将这个裂谷称为川西古坳拉槽(或坳拉谷)。

2) 裂谷形成于兴凯旋回期间。如图2所示,在下震旦统内即可见到清晰的裂谷,为隆坳相间的格局;其次,寒武系对上震旦统基底有上超现象(图2,图3)。由此可见,这个裂谷至少应当是澄江运动的产物。特别要注意的是,在图2剖面上,二叠系裂陷槽并不明显,坳拉槽主要发育在下古生界-震旦系内。

3) 坳拉槽边缘分别发育大型古隆起(图2,图3)。西南侧凸起称之为大邑古隆起,东北侧古隆起称之为老关庙古隆起,龙泉山下发育一个凸起——龙泉山古隆起。其中,大邑古隆起的继承性最明显,在这个古隆起上,连寒武系都缺失,二叠系直接覆盖在震旦系上。

4) 槽与隆起之间发育正断层(图2,图3)。槽与隆起之间,上震旦统的沉积相、厚度均表现出明显的突变。用局部放大剖面详细分析之,如图3所示,龙泉山下方上震旦统沉积相南侧凸起,厚度明显加大,内部为杂乱-空白反射,这是典型的礁滩相反射特征,推测为藻屑滩或藻礁;向北厚度突变减薄,到中江一带为两个连续稳定的相位,推测为深海相的陆棚沉积。大邑古隆起、老关庙古隆起突变特征基本相同(图3),老关庙古隆起内上震旦统内部的杂乱空白反射规模更大。沉积相、厚度突变,通常为正断层控制沉积造成。

5) 古隆起发展具有明显继承性(图2,图3)。在下古生界地层(推测是志留系)隆起部位见到明显削蚀,依据礁滩相“中心凸起内部杂乱反射,两侧厚度薄、反射连续”的地震相特征,预测阳新统也可能发育生物礁或生物碎屑滩,其上还见到长兴组点礁的反射特征(图3椭圆内,后面详述)。从图3可见,二叠系礁滩相异常正好和下方上震旦统的隆起对应,表明岩相古地理-古隆起具继承性。进一步分析可知,岩相古地理的继承性实际上是断层重新活动造成的。

6) 坳拉槽的发育也具有继承性(图2,图3)。这和古隆起具继承性是相辅相成的,对称的古隆起之间必然有洼陷。分析图2和图3可知,古坳拉槽对应的二叠系,其厚度也明显减薄,地震相变得连续稳定,洼陷内有下超。古坳拉槽被下古生界地层沉积冲填,经过加里东期广西运动的夷平作用,到二叠纪时期,这个洼陷已非常小,因此称之为台洼可能更合适。

图2 川西古坳拉槽(大邑-老关庙)在地震剖面上的总体特征(剖面位置见图4剖面1)

图3 古坳拉槽南侧(龙泉山下方)地震相特征(剖面位置见图4剖面2)

正断层控制沉积环境,使得上震旦统厚度突变,从而也使得充填的下古生界厚度也有突变。用下古生界厚度图描述川西古坳拉槽空间展布特征,如图4所示。川西坳拉谷显示有三叉裂谷的特征:东西臂为绵竹-武胜裂谷,南北臂为绵竹-洛带裂谷(这一臂显然是夭折裂谷),裂谷幅度在2000m以上。坳拉槽边缘为大邑、龙泉山、老关庙3个古隆起,古隆起两两对称分布。

图4 川西地区下古生界厚度

分析川西古坳拉槽和龙门山初始洋的复合关系,如图4所示。其性质可能和扬子西北缘在中、晚元古宙的三联点性质相同[15],为复合三叉裂谷,有两个三联点,两个三联点之间为复合臂。杨宗让[15]研究指出:扬子西北缘中、晚元古宙可能发育一个复合三叉裂谷系——裂谷由两个三联点构成,一个三联点位于东秦岭商南,另一个三联点位于西秦岭天水。川西地区处于完全相同的古地理背景,川西坳拉槽也可能是一个复合的三叉裂谷,有两个三联点,一个三联点在龙门山初始洋中,另一个三联点有可能位于绵竹一带,两个三联点组成一个复合臂。

裂谷为油气富集区,其主要的有利因素是烃源岩的发育。和塔里木盆地油气成藏机理类似[10],川西古坳拉槽也可能是油气富集、成藏最为有利的场所:首先,四川盆地拉张槽内下寒武统烃源岩厚,生烃强度大,生烃量多[16],川西坳拉槽内烃源岩品质强度还超过川中,和川南相当[17],可能构成古生界巨厚生烃中心;其次,古坳拉槽的两侧均发育基底断层,构成了油气运移、热液交换的通道;其三是古隆起继承性发展,形成二叠系岩相古地理高,成为二叠系礁滩相发育的有利相带,同时成为油气运移的指向带。这3个有利条件叠合,有可能形成大型油气藏。

3 川西坳陷阳新统剥蚀面以及礁滩相特征分析

3.1 阳新统顶剥蚀面及白云岩化条件分析

阳新统的主要储集空间是缝洞,每个自成圈闭的缝洞系统都是一个气藏,向斜也有气藏。川西南、川中地区,阳新统岩溶气藏一经钻遇,其储、产量往往均很高。该区储层有两类。

1) 暴露期溶蚀作用形成的缝洞[18-19]。东吴运动(峨眉地裂)将下二叠统抬升,阳新统顶较长时间暴露于大气淡水环境下,由此形成岩溶洞、穴,沿着早期断层还可以形成缝。茅口组、栖霞组都是其主力产层之一,如果叠加晚期张性缝网络,产能会很高。

2) 热液作用形成的孔隙性白云岩储层。陈轩等[20]、解发川[21]研究证实:热液白云岩是阳新统储层发育的关键因素,热液主要来自于下伏深部地层,大量张性走滑断裂为深部热液流体上涌通道。

在川西坳陷,阳新统同时具备了上述两类储层发育有利因素。川西坳陷暴露的时间可能更长,由此形成的剥蚀面特征更加典型。

1) 阳新统顶洞、沟密布,表现出强烈的暴露面溶蚀作用。为突出阳新统顶面沟、冲沟的下凹特征,采用三维可视化软件进行构造立体显示,并叠合负曲率参数(图5)。由图5可见,阳新统顶发育大量的落水洞和冲沟。

2) 阳新统具有白云岩化有利条件(图3,图5)。峨眉地幔柱可能产生“构造控制热液白云石化”[7],这一预测结果已经得到证实[20-21]。如前所述,川西古坳拉槽的槽与隆起之间为正断层过渡,在龙泉山下方(图3),阳新统顶面明显发育正断层。这些断层通常发育在上震旦统的凸起边缘,从基底开始发育,断至二叠系。这些张性断层作为热液上涌和交换的通道,成为阳新统热液白云岩化的有利条件。

图5 川西坳陷阳新统顶面洞孔、冲沟特征及特征剖面(负曲率突出洞、沟)

川西阳新统具有如此明显的落水洞和冲沟,是由其更加有利的暴露环境造成的。由于拉张断层为力学薄弱面,在峨眉地裂运动中,兴凯期断层必然重新活动。断层发育的部位正好在上震旦统突变部位,可证实这一结论。正断层的下盘上升形成古隆起,从而暴露溶蚀;正断层的上盘下降形成台洼,造成较大地貌差异。较大的地貌高差,有利于水的淋滤作用,也使得阳新统暴露时间更长。

3.2 川西坳陷东坡阳新统礁滩相预测

生物礁具有“中间凸起、两侧减薄,中间杂乱反射,两侧连续稳定且有上超”的地震相特征[4]。阳新统也具有这样典型的礁滩相地震相(图3绿色括弧内),由此预测阳新统也发育生物礁,至少是生物碎屑滩。

关于下二叠统生物礁,南盘江[22]、黔中[23]有发育,但川西南、川中地区的大量钻井并没有相关生物礁的报道。因此,在前期的研究中,我们通常只能将阳新统的地震相异常预测为生物碎屑滩。

经过详细的地表调查,在龙门山北段北川永庆的露头上,新发现了阳新统生物礁,其礁基为含生屑砂屑灰岩,礁核为珊瑚灰岩;在龙门山中南段都江堰高桥露头上,还发现茅口组多套厚层细-中晶糖粒状砂屑灰岩。这两个地方的发现,证实川西阳新统发育浅水礁滩相,据此可以将地震资料上的异常预测为礁滩相。

综上所述,阳新统顶具有明显暴露溶蚀作用(图5),可能发育礁滩相,有明显的基底拉张断层(图3),由此预测:川西阳新统礁滩相经过暴露溶蚀,可能形成溶蚀性缝、洞,发育热液白云岩化储层。3个因素叠合,有可能形成优质储层。依据川西南、川中的勘探实践,每个缝洞系统、每个礁滩相储层都可能构成一个气藏。因此,阳新统具有发现气藏的可能。

4 川西坳陷长兴组生物礁滩预测

4.1 二叠世长兴期台内洼陷特征分析

从王一刚[5]提出开江-梁平海槽,到文献[6-7]提出四川盆地内部发育一条有限裂陷洼地——蓬溪-武胜台内上陆架(也可称绵竹-蓬溪-武胜坳拉槽,或者称绵竹-蓬溪-武胜台洼),二叠世长兴期台洼两侧已经钻遇多个长兴组生物礁条带。礁条带由点礁构成,尽管规模不大,但不少钻井产量仍然较高。如兴隆1井,在长兴组测试气产量达到51.7×104m3/d,磨溪1井长兴组气产量为53.7×104m3/d,表明台内洼陷两侧的高地仍然具有较好的油气远景。

可以确认:川西坳陷发育台洼(图6),其两侧高部位沉积有长兴组的生物礁。鉴于二叠系洼陷规模不是很大,本文沿用中国石油天然气集团公司使用的“台洼”这一名称。川西坳陷二叠纪台洼的走向为近南北,与下伏的古夭折裂谷走向一致,和绵竹-蓬溪-武胜古坳拉槽近东西的走向有一个交角(图4)。

川西坳陷台内洼陷表现为两个特征。

1) 台洼两侧发育正断层。

台内洼陷两侧发育拉张断层(图3,图6a),在图6a所示剖面上,东西两侧正断层对称分布;两个断层上盘之间形成了一个地堑,即台洼;两个断层下盘上升为地垒。断层从震旦系的突变边缘开始发育,断至二叠系,可见是早期断层的继承性发展。

2) 高能相带和低能相带相间分布。

如图6a所示,礁滩相内部为杂乱-空白反射,表现为弱振幅;而地堑内为低能相的盆地沉积,反射波稳定连续,振幅较强。提取长兴组底部附近的反射波振幅参数,即可描述台洼的分布(图6b)。由图6b可见,长兴组高能相带和低能相带相间分布,高能相条带(弱振幅)对称分布在地垒上,而低能的盆地相夹持在地堑内。

图6 川西坳陷长兴组生物礁/台内洼陷剖面特征(a)与空间分布特征(b)

前已述及,兴凯地裂形成了古裂谷,古裂谷边缘的断层必然是力学薄弱面。这些力学薄弱面在峨眉地裂运动期重新活动,形成了阳新统的地垒-地堑(图6a),进而构成长兴组沉积的古地理环境。由于峨眉地裂主要发生在下二叠统沉积末期,因此二叠系台洼的分布特征和下伏的下古生界裂谷完全一致。

在现有的资料上,绵竹-武胜台洼在川西坳陷表现得不是太明显。老关庙地区二叠系地层有所加厚(图3),是否有二叠系礁滩相异常,有待进一步的资料验证。

4.2 长兴组生物礁异常分析

在沿层振幅图上,川西坳陷二叠系长兴组内大致可识别3~4个弱振幅条带(图6b),规模和隆起幅度最大的是广汉-洛带一个弱振幅条带(图7)。在龙泉山下可识别2~3个弱振幅条带,但礁体规模较小,为典型的点礁。

图7 广汉-洛带生物礁地震相特征

洛带-广汉生物礁条带发育在川西坳拉谷的西南边缘上(图6,图7),资料范围为长度160km,宽度2km。特征剖面上有明显的凸起,凸起内部为杂乱反射,两侧有清晰的披盖,条带厚度有90ms,预计生物礁高度在240m左右。

龙泉山生物礁条带可识别2~3个条带(图6b),平面分布较广,但生物礁规模、高度都很小(图3椭圆内),凸起两侧也有明显的上超,但单个凸起的面积、高度都很小。

由于古地理的继承性,阳新统礁滩相沉积在古隆起上,古断层在峨眉地裂运动期重新活动,沿着古隆起边缘发展,由此形成地垒。而长兴组的生物礁只能生长在阳新统地垒上。因此,在阳新统礁滩相的上方,又叠置沉积了长兴组生物礁(图3),这对降低勘探风险具有极大的意义。综合预测结果,阳新统、上二叠统圈闭资源量共15207×108m3,两个层系的预测风险圈闭资源下限均大于500×108m3,在现有技术条件下,具有巨大的经济价值。

5 结束语

古生界发育有川西古坳拉槽,该古坳拉槽可成为古生界油气藏的生烃中心;坳拉谷两侧古地理高,成为二叠系礁滩相的有利发育相带和油气运移的指向带;古隆起边缘存在的拉张断层,成为油气运移通道和热液的交换通道。由此可见,川西二叠系具备生、运、储的有利条件。

阳新统顶面溶蚀特征明显,可能发育大量缝洞,同时,阳新统具有礁滩相反射特征,结合新发现的地表露头,预测其发育生物礁或者生物碎屑滩。古坳拉槽两侧拉张断层发育,具备热液白云岩化的有利条件,阳新统可能发育较好的白云岩化储层。因此,阳新统有可能发育优质储层,以及溶蚀性缝洞储集空间。

广汉-洛带一带可能存在一个长兴组的生物礁条带,该生物礁条带厚度和规模较大,特征明显。生物礁异常和阳新统礁滩相异常重合,使得两个目的层叠合勘探的风险较小。综合阳新统、长兴组的地震相特征,结合下古生界岩相地理背景,预测川西坳陷二叠系具有发现大型气田的勘探前景。依据这项成果,中国石油化工股份有限公司西南分公司启动了风险井位的论证。

致谢:为使得阳新统地震异常的预测具有相应的地质依据,许国明的工作团队对龙门山二叠系露头进行了详细勘察,发现了阳新统生物礁,在此对他们表示衷心的感谢;为落实地震相异常,中国石油天然气集团公司东方地球物理勘探有限责任公司、中国石油化工股份有限公司西南油气分公司物探1所对地震资料做了重新处理,在此也对他们表示衷心的感谢。

参 考 文 献

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