川东北地区二叠系—三叠系礁滩相储层发育机理

2015-02-17邹华耀郭彤楼韩甲胜

特种油气藏 2015年6期

冯冲，邹华耀，郭彤楼，韩甲胜

(1.中国石油大学(北京)克拉玛依校区，新疆克拉玛依 834000；2.油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学，北京 102249；3.中国石化勘探南方分公司，四川成都 610041；4.中国石油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000)

冯冲1，邹华耀2，郭彤楼3，韩甲胜4

川东北地区二叠系—三叠系天然气藏的规模受礁滩相储层发育程度的控制。为此，分析了川东北地区古地貌特征，并总结了古地貌背景下礁滩相储层差异发育的机理。研究发现：开江—梁平陆棚的形成与消亡控制着礁滩相储层的沉积演化。长兴组晚期，开江—梁平陆棚构造幅度最大，陆棚两侧礁滩相储层最发育；其他时期，开江—梁平陆棚构造幅度相对较小，陆棚两侧多数地区只发育台地边缘浅滩相储层。不同台地边缘坡度控制着礁滩相储层的发育模式。坡度越大，礁滩的垂向加积特征越明显，礁滩厚度越大，礁后浅滩与礁后礁越不发育，礁滩的面积越小。该研究对川东北地区二叠系—三叠系大中型天然气的勘探具有重要的意义。

礁滩相储层；古地貌；陆棚；二叠系—三叠系；碳酸盐岩地层；川东北地区

0 引言

川东北地区二叠系—三叠系海相碳酸盐岩层系是四川盆地最重要的含气层系，已发现了以罗家寨、普光和元坝等为代表的一系列大中型气田[1-3]，展现了礁滩岩性气藏巨大的勘探潜力。研究发现，长兴组—飞仙关组礁滩相储层的分布和发育是天然气富集的主控因素之一[4-5]。因此，有必要对开江—梁平陆棚台地边缘带礁滩相储层的发育特征进行对比，讨论礁滩相储层的发育机理，分析礁滩相储层发育的控制因素，为寻找礁滩相储层大规模发育区提供依据。

1 构造演化与古地貌特征

1.1 陆棚的形成与消亡

1.2 台缘带古地貌差异

川东北地区开江—梁平陆棚两侧不同地区台地边缘斜坡的坡度有所不同。陆棚东侧宣汉—达县地区长兴组台地边缘斜坡的坡度一般大于15 °，为陡坡型台地边缘；陆棚西侧元坝地区台地边缘斜坡的坡度为8～15 °，为较缓坡型台地边缘；而兴隆场和鄂西—渝东地区台地边缘斜坡的坡度更小，为1～2 °，为缓坡型台地边缘。

2 礁滩相储层发育特征

2.1 不同时期礁滩相储层发育特征

长兴组沉积早期，开江—梁平陆棚开始形成，陆棚由北向南变浅变窄，陆棚两侧为台地边缘斜坡和台地边缘礁滩相沉积(图1a)。其中，龙岗和鄂西—渝东地区台地边缘带上发育生物礁，多数地区只发育生屑滩。长兴组沉积晚期，开江—梁平陆棚水深最大(图1b)，陆棚两侧台地边缘带礁滩更加发育。

飞仙关组沉积早期，开江—梁平陆棚水深变浅，北部由于挤压隆起成为台地相，发育台地边缘鲕粒滩，不发育生物礁(图1c)。飞仙关组沉积中期，川东北部分地区发育大面积的台地内部鲕粒滩(图1d)。飞仙关组沉积晚期，川东北地区为台地蒸发岩相和局限台地相，不发育生物礁和浅滩。

图1 四川盆地晚二叠世—早三叠世沉积相

2.2 不同台缘带礁滩相储层发育特征

比较研究区不同台地边缘长兴组和飞仙关组礁滩相储层的发育特征可知，陡坡型台地边缘(如宣汉—达县地区)，礁滩以垂向叠置的加积沉积方式为主，礁滩厚度大，礁后不发育浅滩，礁带单一，宽度窄；缓坡型台地边缘(如元坝地区)，礁滩整体侧向迁移特征明显，长兴组发育多排生物礁，礁后发育浅滩，台地边缘礁滩带整体宽度大。

3 礁滩相储层发育机理

影响造礁生物生长的主要条件有：水温、盐度、透光性、水中氧气和营养物质的含量。盐度为30‰～40‰、阳光充裕、氧气含量高的温暖干净的海水有利于造礁生物生长。海水的干净程度通过斜坡和陆棚的沉积物可以看出。当沉积物的泥质含量高时，则说明海水较为浑浊，透光性不好；当沉积物以碳酸盐岩为主时，则说明海水清澈，透光性好。不同的波浪和海流强度，水中携带的营养物质和氧气含量存在差异。强水动力环境中，水中的营养物质丰富，氧气的含量高；相反，弱水动力环境中，水中的营养物质和氧气的含量低[13]。台地边缘地带水动力强，有利于造礁生物生长；而礁后开阔台地和局限台地环境中，由于先期沉积生物礁的障壁作用，海水能量低，不利于造礁生物生长。

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控制生屑滩的因素与生物礁类似，而控制鲕粒滩和其他碎屑滩的因素则与生物礁略有不同。鲕粒滩和其他碎屑滩都需要干净、水动力强的水体环境，在波浪等不断搅动作用下，颗粒捕获水中碳酸盐而形成[13]。鲕粒滩和其他碎屑滩的形成不需要生物的生长和繁育，与海水中营养物质和氧气含量等因素无关。

3.1 陆棚的演化控制礁滩的形成

川东北地区开江—梁平陆棚的发育演化控制了长兴组和飞仙关组礁滩相储层的发育与分布。长兴组早期，开江—梁平海湾演化为陆棚，水深逐渐增大，海水较为开放，陆棚沉积物中泥岩少，海水变得清澈，台地边缘地区发育大面积的生屑滩和少量生物礁。长兴组晚期，开江—梁平陆棚水深最大，陆棚少见泥岩，海水清澈，台地边缘带水动力强，是礁滩最为发育的时期。飞仙关组沉积早期，海水自西向东逐渐退去，陆棚水深变浅，较为闭塞，水体中的营养物质减少，生物礁不发育，但发育大面积的鲕粒滩。飞仙关组沉积中期，陆棚完全填平，川东北地区为开阔台地和局限台地沉积环境，仅在台地内相对较强水动力环境发育了一些薄层鲕粒滩。飞仙关组沉积晚期，川东北地区为局限台地和台地蒸发岩沉积环境，不发育礁滩，发育薄层膏盐岩地层。此后的嘉陵江组和雷口坡组，多为局限台地相和台地蒸发岩相沉积环境，发育多套膏盐岩地层。

3.2 台缘坡度控制礁滩的沉积样式

3.2.1 坡度对生物礁厚度的控制

波浪和海流向台地的运动过程中，由于与底床摩擦，能量逐渐减小。相比缓坡型台地边缘，陡坡型台地边缘波浪和海流摩擦消耗的能量小，到达台地边缘时仍然具有很高的能量，高能海水中的营养物质更加丰富。其他因素相同的条件下，陡坡型造礁生物生长速度将更快，生物礁厚度大于缓坡型生物礁(图2)。

图2 台地边缘坡度对礁滩沉积的控制作用示意图

3.2.2 坡度对礁后礁和滩发育的控制

由于陡坡型台地边缘先期发育的生物礁厚度大、障壁作用强，波浪和海流经过厚层生物礁能量迅速降低。相比缓坡型台地边缘，陡坡型台地边缘礁后海水能量更弱，不再发育礁后礁和滩。而缓坡型台地边缘将发育多条平行的礁带，或多条串珠状点礁，礁后浅滩发育(图2)。

3.2.3 坡度对礁向海方向迁移的控制

相对于缓坡型台地边缘，陡坡型台地边缘坡度陡，先期发育的生物礁向陆棚方向滑塌距离远，加之海水深度迅速变深，波浪和海流作用在底床上的能量快速递减，透光性快速变差，水中氧气的含量迅速降低，不利于生物礁向陆棚方向发生迁移(图2)。

3.2.4 坡度对滩的规模和迁移的控制

飞仙关组沉积时期，坡度对台地边缘滩发育程度和迁移规律的控制体现在波浪和海流能量上。陡坡型台地边缘一定能量的波浪和海流波及的范围窄。因此，陡坡台地边缘浅滩带宽度窄。缓坡型台地边缘一定能量的波浪和海流波及的范围宽。因此，缓坡台地边缘浅滩带宽(图3a中的滩体1)。当海平面下降同一程度时，下降的海平面波及缓坡型台地边缘的面积广，缓坡型台地边缘滩的迁移特征明显(图3a中滩体1迁移至图3b中的滩体2)；相反陡坡型台地边缘滩的迁移特征不明显，仅体现在滩体面积有所扩大，滩体近原地沉积，台地边缘滩沉积厚度大。

由此可以看出，坡度通过对波浪、海流能量和深度变化的控制，影响造礁生物生长所需要的透光性、水中氧气和营养物质的含量，从而造成长兴组缓坡型台地边缘和陡坡型台地边缘礁滩发育样式的差异。坡度通过对波浪和海流能量的控制，影响飞仙关组台地边缘滩的厚度和面积，与海平面的升降一起控制台地边缘滩的迁移。