四川盆地栖霞组—茅口组岩相古地理与天然气有利勘探区带

周进高姚根顺杨　光谷明峰姚倩颖江青春杨　柳杨雨然

1.中国石油杭州地质研究院 2.中国石油天然气集团公司碳酸盐岩储层重点实验室3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 4.中国石油勘探开发研究院



四川盆地栖霞组
—茅口组岩相古地理与天然气有利勘探区带

周进高1,2姚根顺1,2杨光3谷明峰1姚倩颖1江青春4杨柳1杨雨然3

1.中国石油杭州地质研究院 2.中国石油天然气集团公司碳酸盐岩储层重点实验室3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 4.中国石油勘探开发研究院

周进高等.四川盆地栖霞组—茅口组岩相古地理与天然气有利勘探区带.天然气工业, 2016,36(4):8-15.

摘 要中二叠统海相碳酸盐岩地层是四川盆地重要的天然气产层，勘探潜力巨大，但对其层状白云岩储层赋存相带及其分布情况等的认识尚不清楚，影响了天然气勘探的进程。为此，基于四川盆地沉积背景，以层序地层格架下有利储集层段为重点研究单元，通过对野外露头剖面、钻井资料和地震资料的综合分析，在岩相古地理方面取得以下研究成果：①中二叠统栖霞组沉积时总体表现为西南高、北东低的缓坡背景，而中二叠统茅口组在此背景上叠加了一系列北西向展布的台内裂陷，演变成向北东倾斜的隆洼相间的古地理格局；②栖霞组海侵域为开阔台地环境，高位域演化成镶边台地，剑阁—雅安地区的台地边缘滩为有利储集相带；③茅口组海侵域为碳酸盐岩陆棚环境，高位域演化为镶边台地，剑阁—雅安地区的台地边缘（礁）滩和盐亭—广安地区的台洼边缘滩为有利储集相带。结论认为：剑阁—雅安地区和盐亭—广安地区两条高能颗粒滩带是该盆地中二叠统层状白云岩储层规模发育的有利区带，是下一步天然气勘探的主攻方向。

关键词四川盆地 中二叠世 沉积相 层状白云岩 储集层 岩相古地理 台缘滩相 天然气 有利勘探区带

中二叠统栖霞组、茅口组是四川盆地重要的天然气产层，从1955年蜀南地区自2井、隆10井获得勘探突破以来，经过60年的勘探，迄今已发现气藏325个，探明天然气储量850×108m3，累计产出天然气535.3×108m3，最高年产气量达30.75×108m3，为我国西南地区天然气基地建设奠定了基础。近几年，随着南充1井、双探1井、磨溪39井、磨溪42井等相继在栖霞组、茅口组层状白云岩储层中获得高产气流，再次展示了中二叠统海相碳酸盐岩天然气资源的巨大潜力，同时也给研究提出了新课题：即层状白云岩储层赋存于什么相带？是否具备规模分布？要回答上述问题，关键是要明确栖霞组和茅口组的岩相古地理展布，而对于这一问题，前人做过大量的研究工作，取得了丰富的成果[1-6]。笔者基于前人的研究成果，从已知井岩相分析入手，通过对大量野外露头、钻井和地震资料的综合分析，编制了栖霞组和茅口组有利储集层段岩相古地理图，明确了剑阁—雅安台缘颗粒滩和盐亭—广安台洼边缘颗粒滩是有利的天然气储集相带，为该盆地下一步的天然气勘探指明了方向。

1 古地理背景

1.1 层序地层特征

四川盆地中二叠统栖霞组—茅口组总体为一套碳酸盐岩夹泥页岩和硅质岩的海相沉积。自下而上，栖霞组分为栖一段、栖二段，栖一段又进一步细分为栖一b亚段、栖一a亚段；茅口组分为茅一段至茅四段，茅一段又细分为茅一b亚段、茅一a亚段，茅二段又细分为茅二c亚段、茅二b亚段、茅二a亚段。对于中二叠统的地层层序，前人多划分成3～6个三级层序[7-9]，笔者以地震响应特征为识别标准，结合测井资料划分为3个层序，其中SQ1层序由栖霞组组成，SQ2层序由茅一段—茅三段组成，SQ3层序由茅四段组成（图1）。因东吴运动的影响，茅口组遭受不同程度的剥蚀，SQ3保存不全，局部剥蚀至SQ2。

图1　四川盆地栖霞组、茅口组层序地层柱状图

1.2 古地理格局

栖霞组、茅口组是在加里东运动和早海西运动2期构造抬升剥蚀夷平的基础上接受沉积，具有西南高、北东低的古地理背景。为了比较客观反映古地理面貌，采用印模法来恢复：即以栖霞组最大海泛面为基准，作海侵域等厚图，厚值区代表古地理低，而薄值区代表古地貌高（图2-a）。从图2-a可以看出，古地貌高与乐山—龙女寺加里东期古隆起范围基本一致，而古地貌低洼区与石炭系分布范围一致，显示对前二叠系古地理格局具有明显的继承性。栖霞组海侵域具有由川东北向川西南超覆的特点，进一步揭示西南高、北东低的古地理面貌。

图2　四川盆地古地理背景图

茅口组沉积时，受东吴运动早期构造拉张的影响[10]，北西向及北东向基底断裂复活，致使发育系列北西—南东向台内裂陷。从茅口组高位域晚期地层厚度恢复的古地理背景看（图2-b），旺苍—梁平—奉节一带裂陷明显，成为茅口组晚期台内深洼区，该台内裂陷在晚二叠世长兴期进一步裂陷，演变成“开江—梁平海槽”[11]。台内裂陷的发育将四川盆地分割成隆洼相间的古地理格局，这对沉积相带的展布具有重要影响。

在古地理背景研究基础上，以有利储集层段为单元，应用大量测井相、地震相和岩屑岩心录井资料，分别编制了栖霞组高位域晚期（栖二段）和茅口组高位域晚期（茅二a亚段+茅三段）岩相古地理图，其特征及展布讨论如下。

2 岩相古地理特征

2.1 栖霞组

栖霞组海侵域发育开阔台地相，西南部为浅水开阔台地，川东川北地区为较深水开阔台地。

经过海侵域填平补齐，至高位域晚期，演化为镶边台地，发育台地边缘、开阔台地和深台洼3个相带（图3）。台地边缘相沿剑阁—雅安一带展布，地层厚度介于40～60 m，颗粒滩发育，野外和钻井揭示一般由3～4个颗粒滩旋回组成，单个旋回厚5～10 m，伽马曲线表现为低值、大型箱状结构（图4-a），岩性为灰—浅灰色颗粒灰岩、残余颗粒白云岩和斑状云质灰岩或灰质云岩，白云岩累计厚度介于20～45 m，是规模储层的有利发育区。开阔台地相分布在川中—渝东广大地区，地层厚度介于15～30 m，一般为20 m，钻井揭示发育台内颗粒滩和滩间海亚相，台内颗粒滩由生物碎屑灰岩夹薄层残余颗粒白云岩组成，伽马曲线表现为低值、小型箱状结构（图4-b），具2～3个旋回，单个旋回厚3～5 m，在滩旋回上部发育薄层白云岩，白云岩累计厚度介于3～8 m，是规模储层的次有利发育区；滩间海则由生屑泥晶灰岩和生物碎屑灰岩组成，伽马中低值、锯齿状夹小型箱状响应特征（图4-c）。深台洼相分布在渝北地区，地层厚度介于10～15 m，野外和钻井揭示由深灰色生屑泥晶灰岩、牛眼状石灰岩组成，富含泥质和硅质，伽马曲线表现为中值、锯齿状。

图3　四川盆地栖霞组高位域晚期岩相古地理图

图4　四川盆地栖霞组各相带代表井的测井响应特征图（注：1 ft=0.304 8 m，下同）

2.2 茅口组

茅口组海侵域是中二叠世最大一期海侵的产物，由于海平面迅速上升，栖霞期台地被淹没，整个四川盆地演变为相对深水的碳酸盐岩陆棚环境，西南为浅水陆棚，以灰—深灰色泥晶灰岩、牛眼状石灰岩为主，含生屑；川东和川北地区为深水陆棚，沉积了一套深灰—黑色的牛眼状石灰岩，富含泥质与硅质。

高位域，在北西向基底断裂伸展作用下，发育台内裂陷，在西南高、北东低的大背景下叠加了北西向隆洼相间的古地理格局。这种古地理背景控制了高位域相带的展布。图5显示，高位域晚期发育台地边缘、开阔台地和深台洼3个相带。台地边缘相沿剑阁—雅安一带展布，地层厚度介于40～60 m，由系列北西向雁列的滩体组成，地震剖面上具有断续弱振幅反射和地层加厚特点（图6-a），野外和钻井揭示一般由2～3个颗粒滩旋回组成，每个旋回的伽马曲线表现为低值、大型箱状结构（图7-a），岩性为灰—浅灰色生屑灰岩、砂屑灰岩及白云岩。台洼边缘滩相沿盐亭—广安一带分布，地层厚度介于40～50 m，由多个颗粒滩叠合连片组成，地震剖面上具有断续弱振幅或杂乱反射特点（图6-b），伽马测井呈2个低值大型箱状结构（图7-b），钻井揭示为生屑灰岩夹残余颗粒白云岩，白云岩厚度介于15～30 m。开阔台地相分布在川中—渝东广大地区，可进一步分为台内颗粒滩和滩间海2种亚相，台内浅滩主要分布在安岳—綦江和乐山—兴文地区，大致呈北西向展布，地层厚度介于30～45 m，由生物碎屑灰岩夹薄层白云岩组成，伽马曲线表现为低值、中型箱状结构，具2～3个旋回；滩间海地层厚度介于20～30 m，由生屑泥晶灰岩和生物碎屑灰岩组成，伽马中低值、锯齿状夹小型箱状响应特征。台内深洼相分布在旺苍—梁平—奉节地区，地层厚度介于10～15 m，野外和钻井揭示由深灰色生屑泥晶灰岩、含泥质和硅质薄层石灰岩组成，伽马曲线表现为中值、锯齿状（图7-c），地震剖面具连续强振幅反射特征。

图5　四川盆地茅口组高位域晚期岩相古地理图

图6　地震响应特征图

图7　四川盆地茅口组各相带代表井的测井响应特征图

3 有利勘探区带

钻井揭示，栖霞组茅口组层状白云岩储层主要发育在颗粒滩相。因而，要寻找规模分布的白云岩储层首先要找到具规模发育的颗粒滩相。上述沉积相研究显示，颗粒滩在纵向上主要发育在高位域晚期，平面上主要沿剑阁—雅安台地边缘相和盐亭—广安台洼边缘相分布。因此，从沉积相研究角度看，剑阁—雅安台缘（礁）滩带和盐亭—广安台洼边缘滩带是潜在的有利勘探区带，这与前人的认识相吻合[12-13]。

3.1 剑阁—雅安区带

该区带是栖霞组—茅口组最有利的勘探区带，主要理由有：①该带是栖霞组高位域晚期台地边缘滩和茅口组高位域晚期台地边缘（礁）滩的有利叠合区，滩相发育；②野外剖面和钻井揭示该带发育栖二段颗粒白云岩和茅三段白云岩两套层状白云岩储层及潜在的茅口组岩溶储层，汉深1井、矿2井揭示栖二段白云岩储层厚度介于30～70 m，平均孔隙度为4.8％，预测分布面积达25 000 km2；③大深1、双探1井等在栖霞组和茅口组均取得高产气流，表明该区具有良好成藏条件。

3.2 盐亭—广安区带

该带是茅口组最有利勘探区，主要有利条件如下：①该带位于茅口组高位域晚期台洼边缘颗粒滩相带，滩体连片分布，面积达15 000 km2；②钻井揭示茅二段—茅三段发育层状白云岩储层，岩性是颗粒白云岩和中细晶白云岩，储集空间以小型溶孔溶洞为主，储层厚度介于15～35 m，平均孔隙度为3.84％；③南充1、广探2、磨溪39井等在茅口组已获得高产气流，表明该带是有利的天然气富集区。

4 结论

1）栖霞组茅口组是在西南高、北东低的古地理背景下接受沉积，受茅口期北西向基底断裂伸展作用的影响，叠加了系列北西向展布的台内裂陷，其中旺苍—梁平—奉节台内裂陷演化成台内深洼，对茅口组岩相展布具有明显控制作用。

2）栖霞组海侵域为开阔台地环境，西浅东深，高位域演化成镶边台地，沿剑阁—雅安一带发育台地边缘滩，是栖霞组有利储集相带。

3）茅口组海侵域为碳酸盐岩陆棚环境，高位域演化为镶边台地，在剑阁—雅安一带发育台地边缘（礁）滩的同时，沿盐亭—广安一带还发育了深台洼边缘滩，形成独具特色的“双颗粒滩储集相带”。

4）剑阁—雅安和盐亭—广安地区是继蜀南之后潜在的有利勘探区带。前者叠合了栖霞组和茅口组台缘带，发育两套与滩相有关的层状白云岩储层，而后者是茅口组台洼边缘带，颗粒滩连片分布，层状白云岩储层规模发育。

参 考 文 献

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(修改回稿日期 2016-02-17 编 辑 罗冬梅)

Lithofacies palaeogeography and favorable gas exploration zones of Qixia and Maokou Fms in the Sichuan Basin

Zhou Jingao1, 2, Yao Genshun1, 2, Yang Guang3, Gu Mingfeng1, Yao Qianying1, Jiang Qingchun4, Yang Liu1, Yang Yuran3
（1.PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 2. CNPC Key Lab of Carbonate Reservoirs, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 3. PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610051, China; 4. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100021, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 4, pp.8-15, 4/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:In the Sichuan Basin, Middle Permian marine carbonate rocks are important natural gas pay zones with immense exploration potential, but the facies belts and distribution situations of layered dolomite reservoirs are not clear, which hinders the progress in natural gas exploration. In view of the sedimentary background of the Sichuan Basin, field outcrop section, drilling data and seismic data were comprehensively analyzed with the favorable reservoir intervals in the framework of sequence stratigraphy as the key research units. Research results about its lithofacies palaogeography were obtained as follows. First, a gentle slope SW high and NE low was presented during the sedimentation of the Qixia Fm in the Middle Permian. In the Maokou Fm of the Middle Permian, however, a series of the N-W trending intra-platform rifts were developed in this setting, and eventually a palaeogeographic pattern of NE-dipping alternative uplift and depression was evolved. Second, in the Qixia Fm, the transgressive tract was in an open platform environment and the highstand system tract evolved into a rimmed platform. And the platform margin beach in the area of Jiange-Ya’an is the favorable reservoir facies belt. And third, in the Maokou Fm, the transgressive tract was in the carbonate shelf environment and the highstand system tract evolved into a rimmed platform. And the platform margin reef flat in the area of Jiange-Ya’an and the syneclise margin beach in the area of Yanting-Guang’an are favorable reservoir facies belts. It is concluded that the two grain beach facies belts in the areas of Jiange-Ya’an and Yanting-Guang’an were the favorable zones for the large-scale development of Middle Permian layered dolomite reservoirs and they are the main target of subsequent natural gas exploration.

Keywords:Sichuan Basin; Middle Permian; Sedimentary facies; Layered dolomite; Reservoir; Lithofacies palaeogeography; Platform margin beach facies; Favorable gas exploration zone

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.04.002

基金项目：国家科技重大专项（编号：2011ZX05004-002）、中国石油重大科技专项（编号：2014E-32）。

作者简介：周进高，1967年生，高级工程师，博士；主要从事碳酸盐岩沉积储层及石油地质方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖区西溪路920号。ORCID:0000-0003-4064-361X。E-mail:zhoujg_hz@petrochina.com.cn