凝缩段识别及对致密砂岩气勘探的启示—以四川盆地须家河组三段和五段为例*

2015-12-10赵正望

天然气勘探与开发 2015年2期

关键词：须家河层序四川盆地

赵正望李莉李楠

（中国石油西南油气田公司勘探开发研究院）

凝缩段识别及对致密砂岩气勘探的启示—以四川盆地须家河组三段和五段为例*

赵正望李莉李楠

（中国石油西南油气田公司勘探开发研究院）

以四川盆地须家河组三段和五段为例，分析凝缩段识别及如何指导致密砂岩气勘探。分析认为：①凝缩段是最大湖泛面时沉积产物，岩性主要为质纯的暗色泥岩或黑色页岩，测井曲线上表现为高自然伽马，对应于△logR高值段，地震上为强连续反射，为高位体系域的下超面；②须三与须五段属于致密砂岩气藏，具有近源成藏的特点，而非源内成藏，可形成经济型致密气资源，而凝缩段发育优质烃源岩，有机碳含量高，生烃能力强，与之紧密接触的规模储集砂体最具勘探潜力。综合研究指出，寻找致密砂岩气勘探“甜点区”首先寻找凝缩段，其上直接接触的规模储集砂体就是最有利勘探区。图2参15

四川盆地须三段和须五段凝缩段致密砂岩气△logR近源成藏

0 引言

凝缩段是最大海（湖）泛面间的沉积物，以沉积慢、分布广、富含有机质和薄泥岩沉积为特征，代表大陆（盆地）边缘饥饿性沉积时期内的缓慢沉积作用[1]。在区域性或全球性地层对比以及层序地层学研究中，凝缩段起着重要作用，是层序地层划分与对比的关键。在油气勘探中，一些学者也利用凝缩段进行烃源分布研究[2]，但在凝缩段与致密油气的关系方面几乎未有涉猎。致密砂岩气作为具有较大资源潜力的非常规天然气，目前国内勘探开发处于初级阶段，“甜点区分布受什么控制？”的问题束缚着致密砂岩气勘探，而凝缩段特征与致密砂岩气密切相关，如何准确识别凝缩段显得十分关键。本文以四川盆地须家河组三段和五段为例讨论凝缩段识别及如何控制致密砂岩气藏，对指导致密砂岩气勘探具有重要意义。

1 凝缩段识别

凝缩段是盆地缓慢沉积的产物，由于沉积物供应不足，沉积速率极低，因此沉积物相对较薄。凝缩段主要发育在一个层序的湖侵体系域和高位体系域之间，通常是湖平面处于最高时期的沉积标志，其对应于最大湖泛期，因此识别凝缩段可以说是确定最大湖泛面。

四川盆地须家河时期主要为陆相碎屑岩沉积，由于层序的强非均质性，层序界面特征不明显，特别是在湖盆内部，尤其是较深水环境中，最大湖泛面的识别较为困难。前人将四川盆地须家河组划分为4个三级层序[3-5]，层序I对应于须一段，层序II对应于须二和须三段，层序III对应于须四与须五段，层序IV相当于须六段，这基本形成共识。但对于各层序内体系域的划分，尤其是最大湖泛面的位置确定上，目前尚存在较大的争议。由于盆地内须家河组层序I与层序IV发育不全[4]，本次研究主要对层序II和层序III的最大湖泛面进行识别。通过钻井、测井、物探等多种手段综合识别最大湖泛面，从而较准确界定凝缩段位置，进而研究凝缩段与致密砂岩气的关系。

1.1 岩石学识别

凝缩段代表时间跨度很长但沉积速率极低的沉积产物，表现为“饥饿性”沉积，沉积物厚度较薄，粒度极细，通常为泥岩、页岩和泥晶灰岩。四川盆地须家河时期主要为三角洲-湖相沉积，为砂岩、泥岩夹薄煤层组合。层序II和层序III的低位体系域分别对应于须二期和须四期，以三角洲沉积为主，沉积物粒度较粗，砂岩发育，而层序II湖侵体系域与高位体系域相当于须三期，层序III湖侵体系域与高位体系域相当于须五期。须三期与须五期周缘山系均处于相对平静期[6-7]，物源供给速率相对小，盆内为“欠饱和”沉积，沉积物粒度较细，以泥岩、页岩夹粉砂岩为主。因此，凝缩段集中发育在须三期和须五期，岩性主要为暗色泥岩、黑色页岩，偶夹煤层，由于是湖平面最高时期的沉积物，其对应的泥岩、页岩较上、下其它类似岩性段更纯，界面之下为退积式准层序组，界面之上为进积－加积式准层序组。

1.2 自然伽马与△logR方法联合识别

由于须三段和须五段岩性组合为暗色泥岩、页岩夹浅灰色砂岩，凝缩段的岩石学、古生物、常规测井等特征不明显，常规方法识别凝缩段较困难。利用自然伽马曲线可以识别泥岩段，但不能判别哪段泥岩层对应凝缩段。鉴于泥岩生成环境的不同制约着有机碳含量的多少，本次研究可以采用有机碳含量来识别凝缩段。凝缩段富含有机质，其与有机碳含量高值段对应。

Passey等（1990）曾利用声波及电阻率曲线两种信息综合识别和测定富含有机质烃源岩的方法，并定义了△logR[8]。其将适当比例的声波时差和电阻率曲线的叠合反映了细粒、亲水非烃源岩的存在，在富含有机质的烃源岩中，两条曲线存在明显的幅度差，差值定义为△logR[9]。一般情况下△logR与烃源岩中的有机碳含量（TOC）成正比关系。

△logR方法主要计算有机碳含量，最大湖泛面与有机碳含量高值区对应，因此，利用△logR方法亦可识别最大湖泛面，亦即凝缩段。应用时，将声波测井曲线与电阻率曲线进行重叠，声波时差采用算数坐标，电阻率曲线采用对数坐标。把非烃源岩段的测井曲线叠合在一起，以此为基线。基线确定后，则两条曲线间的间距在对数电阻率坐标上的读数△logR也就确定了。显然，△logR值也如测井曲线一样，是连续分布的。

以威东2井为例，在△logR栏，将须四段砂岩层电阻率曲线（蓝色）与声波曲线（红色）重叠在一起，作为基线，泥岩层两条曲线出现不同的幅度差，即是△logR（图1），以此判别凝缩段在1815 m附近，该井深△logR值最大，自然伽马值高，表明该井深泥岩有机碳含量最高，而前人根据岩石学特征判断的凝缩断位置（1845 m）明显欠妥，该井深尽管发育厚层泥岩，但有机碳含量显然较低，并非最大湖泛面。因此，层序III最大湖泛面位置应为1815 m处。

图1 威东2井层序Ⅲ最大湖泛面识别

1.3 地震识别

基于凝缩段沉积特性，以富含有机质的泥岩、页岩沉积为主，表现低密度、低速特征，与上、下围岩层形成明显的波阻抗差，地震反射特征明显，易于识别。

凝缩段分布于湖侵体系域与高位体系域间，湖侵体系域时期可容纳空间逐渐变大，表现为退积，地震反射同相轴逐渐向岸线上超；高位体系域时期可容纳空间逐渐变小，以进积为主，地震反射同相轴逐渐向最大湖泛面下超，即最大湖泛面为上覆层的下超面。通过对威东2井等合成地震记录标定，层序II和层序III的最大湖泛面在地震剖面上表现为强振幅，连续性好（图2），能见上覆层下超现象。

图2 过威东2井2006WW31线层序ⅠⅠ和层序ⅠⅠⅠ最大湖泛面

2 须一、须三和须五段成藏特征

研究表明，四川盆地须家河组须一、须三、须五段具有较大的勘探潜力[10]，笔者进一步对成藏条件分析认为，须三和须五段具有以下成藏特征。

2.1 自生自储

须三和须五段主要为泥岩、页岩夹薄层砂岩沉积，局部地区沉积厚层砂岩，本身既发育生烃层又发育储集层，为自生自储气藏。

2.2 近源成藏

须三和须五段具近源成藏特征。

烃源岩为黑色—深灰色泥岩、页岩和薄煤层，储集岩主要为砂岩，其夹于烃源岩中，并与之大面积直接接触，周围烃源岩生成的油气通过蒸发、渗透、扩散等方式直接向储层充注，以近源充注为主，具有近源成藏的特点，而非源内成藏[11]，理由在于源与储并非同一岩性。笔者认为，只有源和储为同一岩性，方可称为源内成藏，譬如页岩气，本身既是生烃层又是储集层，主要为源内成藏。

2.3 属致密砂岩气范畴

须三、须五段气藏属致密砂岩气藏[12-14]，具有经济型致密气资源[15]的形成特征：

（1）发育广覆式分布的优质烃源岩

须三和须五段以暗色泥质岩和所夹煤层为主要烃源岩，厚度大，四川盆地西部地区累计厚度超过300m，有机质类型主要为腐殖型，演化程度高，目前处于成熟—过成熟阶段，以生气为主，生烃能力强，生气量大，须三和须五段生气量分别为106.67×1012m3、104.97×1012m3。

（2）储集体总体致密，但具备一定规模的储集空间

须三段砂岩孔隙度为0.1%～13.8%，平均为4.43%，渗透率为2.4×10-5～33.6 mD，平均为0.25 mD。须五段砂岩孔隙度为0.44%～8.78%，平均为2.78%，渗透率为6.90×10-5～5.52 mD，平均为0.1mD。

须三和须五段总体表现为低孔隙度、低渗透率的致密砂岩储层特征，储集空间由孔隙与裂缝组成，为油气聚集提供了空间保障。

（3）烃源岩与储集体大面积紧密接触

须三与须五段以泥岩、页岩夹砂岩沉积为主，储集砂岩分布于烃源层，与烃源岩大面积直接接触。

（4）强大的源储间剩余压力差是规模成藏的主要动力

由于烃源岩持续生烃，造成源储间强大的压力差，为油气持续渗透、充注于邻近致密砂岩储层提供强劲动力。

3 凝缩段与致密砂岩气藏关系

须三与须五段发育多层储集砂岩，并分布于烃源层中，究竟哪层储集砂岩成藏性最好，最具勘探潜力，是油气勘探工作者最为关心的问题。

根据须三、须五段致密砂岩气成藏特征，致密砂岩与优质烃源层紧密接触是形成经济型致密气资源的关键，而优质烃源与凝缩段密切相关，因此，与凝缩段紧密接触的上覆砂岩优先聚集成藏，是致密砂岩气聚集的有利场所。

凝缩段主要位于湖侵体系域与高位体系域之间，陆相沉积环境通常形成湖泊相泥质岩，并含有大量的有机质，是最有利的烃源岩。理由如下：①烃源岩的形成常受沉积环境的控制，凝缩段是最大湖泛面时期沉积的产物，经历时间长，表现为静水、低能、低速及沉积作用缓慢等特征，生物含量相对较高;②由于盆地周围地势高，四周陆地上的生物或植物残体也一起向盆地输送，使得有机质大量富集。由此，凝缩段形成的烃源岩有机碳含量高，生烃潜力大。

高位体系域砂体以进积为主，进积面为凝缩段，因此，高位体系域发育的砂体覆盖于优质烃源上。特别是与凝缩段紧密接触的第一层砂体，优先捕获油气，是最有利油气富集体，凝缩段控制须三与须五段致密砂岩气藏分布。目前，须三和须五段勘探亦可佐证，其气井主要分布在高位体系域，以凝缩段之上第一层规模储集砂体产气居多，秋林地区须三段产层段主要分布此砂体，现已申报探明储量。所以，在须三和须五段致密砂岩气勘探中，与凝缩段紧密接触的规模储集砂体是今后的勘探目标。