沉积相控制下致密砂岩气藏分布特征——以四川盆地川西坳陷中段蓬莱镇组为例

陈恭洋，晋 静，罗迎春，印森林，张 玲，张世华

(1.长江大学 录井技术与工程研究院，湖北 荆州 434023；2.中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，四川 成都 610041)

沉积相控制下致密砂岩气藏分布特征
——以四川盆地川西坳陷中段蓬莱镇组为例

陈恭洋1，晋 静1，罗迎春1，印森林1，张 玲2，张世华2

(1.长江大学 录井技术与工程研究院，湖北 荆州 434023；2.中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，四川 成都 610041)

针对致密砂岩气藏受沉积相影响控制作用不明晰的情况，综合利用野外露头、岩心分析化验、测井和地震等资料，对川西坳陷中段蓬莱镇组沉积相进行了深入研究，最后探讨了沉积相对致密砂岩气藏的控制作用。研究表明：蓬莱镇组可以划分为2个长期、4个中期及29个短期旋回；蓬莱镇组沉积体主要受来自北西部的龙门山短轴物源控制为主，东部长轴物源次之；从龙门山前至成都凹陷区依次发育冲积扇、冲积平原、辫状河三角洲和湖泊相等沉积体系，东部主要为一套河流相沉积体系；蓬莱镇组含气砂体主要分布在西部三角洲平原、前缘(水下)分流河道、河口坝砂体和东部的河道边滩和心滩砂体中，呈不连续条带状分布;有利的含气圈闭主要受砂体叠置关系与构造或斜坡背景联合控制。

沉积相；致密砂岩气；侏罗系；成都凹陷；川西坳陷

四川盆地致密砂岩气储量巨大，对比常规气藏，致密砂岩气藏勘探难度较大，主要体现在致密砂岩气“甜点”控制因素多样化。杨克明等[1]认为川西坳陷叠覆式致密砂岩气分布具有5个特点，“叠合性、广覆性、节律性、模糊性、多样性”；叠覆型致密砂岩气区成藏主控因素为“源控、相控、位控”；印森林等[2]研究认为岩相构型叠置样式控制了致密砂岩气优质储层发育；王屿涛等[3]研究新光地区致密砂岩气藏认为良好的储盖组合与物性、倒置的气水关系、构造位置非最高点、多个“甜点”，为近源成藏。林潼等[4]、芦慧等[5]认为裂缝是控制致密砂岩高产富集的主要因素。学者们从沉积相、储层质量、裂缝等储层要素及成藏要素对致密砂岩气进行了研究，然而对于沉积微相对致密砂岩气藏的细节控制方面，研究较少。在川西坳陷中段侏罗系的次生岩性气藏勘探中，马井、什坊、新都、洛带等均发现了工业气藏，揭示了侏罗系的巨大勘探潜力[6]。然而，随着勘探的不断深入，研究区的气藏都揭示出了一个规律：岩性和构造-岩性气藏是川西坳陷中段侏罗系勘探的主体，无论是在单斜构造，还是背斜构造背景下，岩性、岩相都是气藏形成的主控因素。所发现的气藏都不是整装气藏的均匀分布，气藏在平面上明显受沉积微相展布的控制。而沉积微相受物源、层序格架控制作用明显，同时，研究区物源方向多年来一直存在较大的争议，何鲤等(1999)、陈洪德等(2010)认为物源方向以沿龙门山断裂带分布的北西向为主[7-9]，叶素娟等(2012)认为物源方向以北西向短轴和东西向长轴物源交互[10]。另一方面，研究区层序地层格架方案不够细化，目前主要在段一个级别[11-13]，对于砂组级别的高频层序结构则并不清晰，有待于进一步的研究。研究区目的层沉积相类型，是浅水三角洲还是正常三角洲沉积体系目前也存在较大的争议[14-17]。致密砂岩气藏受岩性控制影响明显，而岩性分布受到沉积相的控制和影响，不同成因的微相其岩性组成具有很大的差异[18]。因此，开展沉积微相研究和储层预测具有极其重大的意义。

因此，本文的综合地质、物探、生产资料等的分析，从高分辨率层序地层特征、沉积相、地震相特征等分析入手，系统阐述研究区上侏罗统蓬莱镇组的沉积相特征和有利储层的分布规律，为该区的深入勘探提供重要的依据。

1 区域地质概况

研究范围为川西坳陷中段，西以龙门山为界，东为知新场南北向背斜构造带，北抵梓潼凹陷，南到崇州-成都-洛带一线，面积约10 000 km2(图1)。该区的钻探程度极不均匀，钻井主要集中于成都凹陷东北部和东部的隆起和斜坡区，凹陷内的的崇州-温江-郫县一带的钻井较少(图1)。前人研究认为成都凹陷及其所属的川西地区侏罗系可以划分为3个构造层序(超长期旋回)，8个三级层序(长期旋回)，以及18个四级层序(中期旋回)，其中上侏罗统为第3个构造层序(TS3)，本文研究的目的层蓬莱镇组划分为2个三级层序，4个四级层序，29个砂层组(图2)。川西前陆盆地侏罗系均为陆相沉积，受龙门山推覆构造带的影响，沉积相带大致呈北东-南西向展布。由西向东，即由盆缘向盆地中心，沉积物由粗变细，各种沉积相类型的变化及平面配置关系也呈现有规律的变化，总体上发育三级扇的模式，即由盆地边缘冲积扇(经冲积平原)到三角洲(或扇三角洲)，经浅湖再到湖底扇。蓬莱镇组(J3p)在研究区的沉积厚度较为稳定，为700～1 000 m，分布具西厚东薄的特点。自下而上可划分为4 个岩性段(J3p1—J3p4)，每个岩性段的底部均有一层厚层块状中—细粒长石石英砂岩，自下而上依次为“蓬莱镇砂岩”、“太和镇砂岩”、“百工堰砂岩”和“A 砂岩组”；各岩性段中上部由灰绿色、褐灰色细砂岩、粉砂岩与紫红色或暗棕红色泥岩不等厚韵律互层组成，夹灰绿色或灰色页岩、泥灰岩，以分别发育于蓬一段(J3p1) 、蓬二段(J3p2)和蓬四段(J3p4)中的“苍山页岩”、“梨树湾页岩”和“景福院页岩”为区域对比标志层。页岩中产有少量的淡水双壳类、介形类和轮藻化石。在研究区西部的龙门山前缘，蓬莱镇组相变为莲花口组。莲花口组沿龙门山前缘展布，为一套由砾岩组成的冲积扇群堆积。

2 高分辨率层序地层划分与对比

川西凹陷侏罗纪沉积时期为典型的前陆盆地发育期，根据野外露头观察，川西坳陷蓬莱镇组区域沉积岩性和厚度变化较大。龙门山前主要为冲积扇砂砾岩相(莲花口组)，野外剖面主要见于剑阁、江油、安县、都江堰、芦山等剖面；而靠近凹陷一侧的绵阳、温江、邛崃、蒲江等剖面则为紫红色泥岩夹砂岩，或泥、砂岩不等厚互层(蓬莱镇组)。蓬莱镇期湖盆的沉降中心靠近山前，沉积水体较深，沉积物以泥质为主夹少量粉砂质，有时夹少量石灰岩(图3)。

根据高分辨率层序地层学原理及工作方法[19-22]，结合前人的研究成果[12-14]，综合利用露头、岩心、测井及地震等资料，将蓬莱镇组划分为2个三级层序(长期旋回)、4个四级层序(中期旋回)和29个五级层序(短期旋回)(图4)。

2.1 典型层序界面特征

从图4可以看出，本区发育两类典型的层序界面。

图1 川西坳陷中段构造区划及研究资料点分布Fig.1 Structure division of the central western Sichan Depression and locations of sampling sites

1) 区域侵蚀断面或侵蚀不整合面。主要有2个区域性侵蚀断面或侵蚀不整合面，为三级层序的界面。蓬一段底界：该界面为区域性侵蚀间断面或侵蚀不整合面，界面不平整，测井上表现出自然伽马低的特征。蓬三段底界：为区域性侵蚀面，底部见“太和镇”砂岩。

2) 最大洪泛面。最大洪泛面为层序转换面，蓬莱镇组发育3个可以区域性对比的最大洪泛面。蓬一段顶部的“苍山页岩”。在中江地区非常发育，其岩石组合及颜色迥异，且富含化石，是蓬莱镇组下部最大一次湖泛的产物。蓬二段中上部的“梨树湾页岩”。分布较稳定，为紫色、黄灰色、深灰色页岩，页理发育，测井曲线具明显尖峰状指状低幅特征。蓬四段底部的“景福院页岩”。为黄绿、灰绿等杂色页岩，上部夹薄层状泥灰岩。层位稳定，厚度也较稳定，是蓬莱镇期的又一次最大湖泛面，也是蓬四段横向对比的重要标志。在景福院页岩层以下，蓬三段中还有一个次级湖泛面，即李都寺灰岩层，测井曲线具尖峰状指状低幅的特征。

2.2 基准面旋回划分

1) 长期基准面旋回(LS)的划分

根据前人大量的研究与认识，蓬莱镇组中下部的“仓山页岩”和中上部的“景福院页岩”在区域上分布很广。蓬莱镇组底部的蓬莱镇砂岩、中部太和镇砂岩在区域上分布也比较稳定，蓬莱镇组顶部与白垩系剑门关组和天马山组的不整合界线也广泛存在。据此可将蓬莱镇组划分为两个长期基准面旋回层序(LS1，LS2)。

LS1以蓬莱镇组砂岩之底(相当地震T1反射层)为底，以太和镇砂岩之底(T2反射层)为顶，对应蓬一、蓬二段，蓬莱镇砂岩代表基准面下降湖退期，冲积体系向湖盆中进积的粗粒沉积。LS1中、上部的仓山页岩为灰绿色钙质页岩或泥灰岩(3～4 m)，属于凝缩段沉积，其顶面为长期基准面上升转向下降的扩张转换面，具有等时面对比意义。

LS2以太和镇砂岩的底面为界(T2反射层)，白垩系天马山组或夹关组砾岩底部区域性超覆面为顶(T3反射层)，对应蓬三、蓬四段。太和镇砂岩也代表基准面下降，冲积体系向湖盆中心进积的粗粒沉积。LSC2 中上部的景福院页岩为凝缩段沉积，其顶面扩张转换面，亦具有等时面对比意义。

图2 川西坳陷上侏罗统蓬莱镇组层序划分方案Fig.2 Stratigraphic division of the Upper Jurassic Penglaizhen Formation in the western Sichuan Depression

2) 中期基准面旋回(MS)的划分

蓬莱镇组自下而上划分为4个中期基准面旋回(图4)，分别对应蓬一、蓬二、蓬三、蓬四段。4个旋回的扩张转换面分别为苍山页岩、梨树湾页岩、李都寺灰岩和景福院页岩。其中MS1、MS2、MS3三个中期旋回都是以上升基本面为主的极不对称旋回，反映了以持续退积为主的沉积特征，湖盆逐渐扩大。而MS4则恰恰相反，主要以下降基准面旋回为主，反映了蓬莱镇组沉积晚期可容空间逐渐被砂泥充填的特征。

3) 短期基准面旋回(SC)的划分

在高分辨率层序地层学研究中，短期基准面旋回是最小的成因地层单元。主要根据地层岩性的旋回特征或沉积微相组合关系，将本区蓬莱镇组划分出了29个短期旋回。由于沉积部位的差异，各旋回中上升与下降的完整性和旋回的对称性呈现出变化多样的特点。在后续的沉积相研究中，皆以短期旋回作为研究的基本地层单元。为方便生产应用，以短期旋回作为砂组划分单元。

3 沉积相分析

沉积相是在特定的岩相古地理条件下的产物，碎屑岩的沉积相研究主要涉及到物源区的岩性和位置、古水流方向、各种指相标志、砂岩体的形态等方面的内容。

3.1 物源及古水流方向

本文研究中对野外地质剖面的观察和井下岩性的统计结果显示，在侏罗系沉积时期，龙门山物源控制着研究区的主要沉积。其显著依据是山前带断续分布的冲积砾岩体(图4)。从广元到剑阁金子山发育一个砾岩体,其大小为70 km×10 km～70 km×30 km，沉积厚度为0～400 m，砾石成分以石英质为主；盆地西缘中段从江油到都江堰发育一个长条状砾岩体，其大小为180 km×(10～20)km，沉积厚度在0～300 m变化，砾石成分为石英质和碳酸盐岩均有，还可以识别出两个较小的砾岩体，向南西方向延伸。而到了龙门山南段，砾石成分主要以碳酸盐岩为主，砾岩体形态向南西方向发育。总体呈现出物源供给具有从北东向南西逐渐迁移的过程，显示了龙门山逆冲构造的走滑对沉积的控制作用。

图3 川西凹陷蓬莱镇组典型野外露头剖面Fig.3 Typical outcrop of the Penglaizhen Formation in the western Sichuan Depressiona.剖面冲积扇砾岩；b.安县冲积扇砾岩；c.都江堰蓬冲积扇砾岩；d.大邑块状灰色-紫红色砂岩；e.蒲江红色泥岩夹薄层灰色砂质灰岩；f.龙泉驿蓬三段太和镇砂岩夹透镜状灰色灰岩

另外，从野外剖面中的交错层理的产状测量结果和重矿物ZTR等值线看，研究区蓬莱镇组的沉积主要受北西龙门山短轴和南东川中古隆起长轴两个物源控制(图5)，呈现出多物源的特点。

3.2 沉积相标志

从野外剖面和井下岩心的观察与对比，研究区蓬莱镇组主要发现了以下沉积体系及其相标志。

1) 冲积扇沉积体系

主要发育于龙门山前，由山前带或陡崖朝着邻近低地延伸的扇形沉积体。其典型的沉积相标志是极其发育的洪积层理。是山区溪沟间歇性洪水挟带的碎屑物质在山前沟口的堆积，属快速流水搬运。因此，一般颗粒较粗，除砂、砾外，还有巨大的块石，分选性也差，大小混杂。因为洪流搬运距离不长，碎屑圆度不好，多呈次棱角状。层理面不清晰，交错层理发育(图2a—c)。冲积扇沉积在自然伽马测井曲线上表现为块状低值(如图3中川CY95井中的蓬一段、蓬二段)。

图4 川西凹陷蓬莱镇组高分辨率层序地层划分对比Fig.4 High-resolution sequence stratigraphic division and correlation of the Penglaizhen Formation in the western Sichuan Depression

图5 川西坳陷中段蓬莱镇组物源综合分析Fig.5 Provenances of the Penglaizhen Formation in the central western Sichuan Depression

2) 辫状河沉积体系

本区蓬莱镇组辫状河沉积体系中最为典型的沉积构造是大型槽状交错层理和侧积交错层理的广泛发育，底部见明显的冲刷面。前者为不稳定河道频繁改道所形成的心滩的沉积特征，后者则为相对稳定河道所形成的边滩的沉积特点(图6)。同时还可见大型板状交错层理、斜层理、平行层理和块状层理等。测井曲线上表现为下部低值块状曲线，向上逐步过渡为正旋回的钟形曲线(如图4中的蓬莱镇砂岩最为典型)。

3) 辫状河三角洲沉积体系

该沉积体系是辫状河入湖的产物，发育辫状河三角洲平原、前缘和前三角洲等亚相，其沉积物主要有水上(平原)、水下(前缘)分流河道砂体(图6a—d)、泛滥平原泥岩(水上)、间湾泥岩(水下)、决口扇砂(水上)、河口坝砂(水下)、前三角洲泥等。

4) 湖相沉积体系

该区的湖泊沉积广泛分布，前文所述的“苍山页岩”、“梨树湾页岩”、“李都寺灰岩”和“景福院页岩”等都是最大湖泛期的产物。根据沉积物的颜色可以确定水体的深浅，进而划分为滨浅湖亚相和半深湖亚相。在滨浅湖亚相中发育有湖相砂坝砂体。

3.3 砂体形态

根据地震和钻井资料分析，可以获得砂体形态及分布。

1) 剖面形态

从图3和图7都可以清楚地看出，研究区的沉积物主要为来自龙门山的冲积沉积体系入湖所形成，冲积扇主要分布于龙门山前构造带，进入凹陷带，则主要为三角洲—湖泊沉积体系。砂体在剖面上的形态主要表现为一个大型的入湖楔形体。

2) 平面形态

图8选取了研究区蓬莱镇组代表性砂组的砂岩百分比等值线图。从图中可以清楚地看出各砂组砂体的平面分布形态及其演变规律。

图7 川西凹陷蓬莱镇组L-NW-06-112测线地震相剖面Fig.7 L-NW-06-112 seismic section showing the interpreted seismic facies of the Penglaizhen Formation in the western Sichuan Depression (see Fig.1 for the section location)

图8 川西凹陷蓬莱镇组二段二亚段典型砂组砂岩含量等值线Fig.8 Net-to-gross ratio contour map for typical sand bodies in the J3p2(2) in the western Sichuan Depression

砂体的平面形态总体上表现为从北西和东部两个物源区入湖的多个朵叶状，并在湖中心相互交叉。整个蓬莱镇组从下往上，砂岩百分比含量逐渐减少，反映了基准面逐渐上升，可容空间逐渐增大的特点。

另从沉积演化的角度分析，蓬四段沉积期，沉积中心偏向于工区南部，物源入口位于都江堰附近(图8中的J3p2(2))，东部物源没有影响到本区；随后，物源逐渐北移，棉竹、安县附近的物源影响逐渐增大，东部物源主要影响到丰谷和中江—回龙一带(图8中的J3p2(2))。

综合前述研究成果，在砂岩百分比等值线图的基础上，结合单井岩心沉积相、测井相和地震属性分析，完成各砂组的沉积相编图(图8)。

4 典型气藏解剖及相带与致密气藏关系

另从各砂组已钻探的结果分析，工业性气层都出现在砂岩百分比小于25%左右的范围内的水下分流河道、河口坝、席状砂、远砂坝等沉积微相砂体(图8，图9)。有利的岩性勘探区为图7中的虚线范围内，充分说明了沉积相对本区蓬莱镇组气藏形成的控制作用。

致密砂岩气藏与相带关系密切，与砂体的厚度及其沉积体位置有较大关系。已有发现的气藏均显示了一个重要的特征，即砂岩含量在25%左右，发育的主要亚相带为三角洲前缘，其中微相单元主要为分流河道，河口坝、席状砂、远砂坝等类型。气藏的发育整体呈 “星点状”，连续性不强，大小不一。整体来说，由冲积扇-冲积平原-辫状河三角洲-浅湖相等构成的沉积体系中，研究区致密砂岩气藏的优势相带主要为三角洲前缘的砂体含量不高的相带。处于这些相带位置的距离生油岩距离近、储层物性特征较好、盖层的封盖能力强，生、储、盖组合配置较好(图10)。

图9 川西凹陷蓬莱镇组二段二亚段典型砂组沉积相Fig.9 Sedimentary facies distribution of typical sand bodies in the J3p2(2) in the western Sichuan Depression

图10 川西凹陷蓬莱镇组沉积相带控制下致密砂岩气藏分布模式Fig.10 Tight sandstone reservoir distribution pattern under the control of sedimentary facies in the Penglaizhen Formation in the western Sichuan Depression

5 结论

1) 川西坳陷中段蓬莱镇组沉积主要受来自北西向的龙门山短距离物源控制为主，东部长距离物源次之；从龙门山前至凹陷区依次发育冲积扇、冲积平原、辫状河三角洲、湖泊相等沉积体系。

2) 依据高分辨率层序地层学原理，将蓬莱镇组划分为2个长期、4个中期及29个短期旋回。

3) 蓬莱镇组含气砂体主要为三角洲前缘水下分流河道、河口坝、席状砂、远砂坝等砂体，砂岩百分含量25%为重要的含气界限，有利的含气圈闭主要是上述砂体受构造或斜坡背景控制而形成。

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(编辑 张亚雄)

Characteristics of tight sandstone gas reservoir distribution under control of sedimentary facies: A case study from the Penglaizhen Formation in the central western Sichuan Depression

Chen Gongyang1,Jin Jing1,Luo Yingchun1,Yin Senling1,Zhang Ling2,Zhang Shihua2

(1.InstituteofMudLoggingTechnologyandEngineering,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China;2.InstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,SINOPECSouthwestOil&GasCompany,Chengdu,Sichuan610041,China)

To understand the influences of sedimentary facies on tight sandstone gas reservoirs,this paper studied in-detail the sedimentary facies and their control on tight sandstone gas reservoir distribution of the Penglaizhen Formation in the central western Sichuan Depression by using outcrop,core,logging and seismic data.The Penglaizhen Formation can be stratigraphically divided into 2 long-term,4 middle-term and 29 short-term sedimentary cycles.The deposition of Penglaizhen Formation is controlled primarily by the short-axis provenance in the northwestern Longmen Mountain and secondly by the long-axis provenance in the eastern part .Alluvial fan,alluvial plain,braided river delta and lacustrine depositional systems occur successively from piedmont of Longmen Mountain to Chengdu sag.The eastern area is dominated by a fluvial depositional system.The gas-bearing sand bodies of the Penglaizhen Formation mainly occur in the western delta plain,delta front distributary channels and river mouth bars,as well as the eastern fluvial point bars and mid-channel bars in the forms of discrete sands.The potential gas-bearing traps are jointly controlled by the superposition of sand bodies and slope structural setting.

sedimentary facies,tight sand gas,Jurassic,Chengdu Sag,western Sichuan Depression

2016-01-19;

2017-04-20。

陈恭洋(1963—)，男，博士，教授，石油地质。E-mail:gychen8888@126.com。

国家科技重大专项(2017ZX05008006-004-002)；油气资源与探测国家重点实验室开放基金项目(PRP/open-1510)。

0253-9985(2017)03-0467-11

10.11743/ogg20170306

TE122.3

A