川东-渝北地区长兴组-飞仙关组礁滩组合规律及控制因素

胡忠贵, 董庆民, 李世临, 苏 楠, 左洺滔, 秦 鹏,

(1.长江大学沉积盆地研究中心,湖北武汉 430100; 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿,重庆 400021;3.中国石油勘探开发研究院,北京 100083)

在全球范围内统计的202个大型碳酸盐岩油气藏(占全球碳酸盐岩油气储量的90%)[1-2]中礁、滩油气藏总数为98个,占48.5%,其中生物礁类55个,颗粒滩类43个,可见礁、滩油气藏具有非常重要的地位。中国学者对于生物礁、滩的研究从20世纪60年代至今取得了重要的进展,不同盆地的不同层位上发现了规模不一的生物礁、滩沉积体[3-4]。针对四川盆地而言,1995—2000年先后发现了罗家寨、渡口河等大中型飞仙关组鲕滩气藏,以及宣汉盘龙洞长兴组生物礁古油藏;2003年在环开江-梁平海槽周缘-碳酸盐台地边缘带发现了主力产层为长兴组-飞仙关组的普光礁、滩型大型气田,其后又陆续发现了元坝、龙岗等大型台缘礁、滩相气藏[5-9],揭示出川东-渝北地区环开江-梁平海槽两侧和城口-鄂西海槽西侧台缘礁、滩带具有巨大的油气勘探潜力,围绕台缘礁、滩相油气勘探也因此越来越受到人们的关注。前人对于川东-渝北地区长兴组生物礁储层和飞仙关组鲕滩储层沉积特征、分布情况、储层特征研究程度较高[10-14],研究已趋于精细和成熟,但对于长兴组生物礁-飞仙关组颗粒滩的组合规律及控制因素研究较少。笔者以区域地质背景分析、岩心资料及钻井资料、地震资料和野外剖面资料等综合研究为基础,综合层序地层分析,对川东-渝北地区长兴组-飞仙关组礁、滩的组合规律及控制因素进行总结与阐述,为研究区进一步开展礁滩气藏预测及开发提供依据。

1 区域地质概况

川东-渝北地区地理位置上处于四川东部、重庆北部及其交界地区,东达巫溪宁厂,西至开江一带。在构造位置上隶属于川东高陡弧形褶皱带[15],西起华蓥山,东至齐岳山,南达重庆—开隆一线,北抵大巴山,是属于四川盆地中构造相对活跃的区域。

区内长兴组地层厚度一般为76～375 m,平均235 m。长兴组可以划分为3段:长一段岩性主要为泥晶灰岩,在个别剖面或井段中有燧石结核灰岩发育,可以判断出该段为低能沉积的产物;长二段岩性主要为礁灰岩(图1(a、b))、颗粒灰岩、生屑灰岩(图1(c))、泥晶灰岩、白云岩等,普光6井等井段发育礁云岩,此段储层最为发育;长三段岩性主要为泥晶灰岩、白云岩等,个别井段中可见颗粒灰岩及硅质灰岩,同时在天东021-4井中有礁灰岩发育,此段为储层较为发育段,但相对于长二段稍差。飞仙关组地层厚度一般为350～550 m,细分为4段:一段以浅灰—深灰色灰岩为主,局部井段可出现鲕粒云岩;二段发育浅灰色鲕粒灰岩、砂砾屑灰岩、泥晶灰岩、颗粒云岩(图1(d))、泥灰岩、泥岩,局部发育残余颗粒云岩(图1(e)),此段常为储层发育段;三段以灰色灰岩,鲕粒灰岩为主,也见鲕粒云岩或云质灰岩、灰质云岩等(图1(f)),为飞仙关组次要储层发育段;四段以泥岩、泥灰岩、泥云岩、膏云岩为主。飞仙关组地层在沉积演化过程中是在长兴组沉积格局的基础上逐步填平补齐的过程,其厚度与下伏长兴组厚度大致存在互补关系[16](图2)。

图1 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组主要岩石类型Fig.1 Main types of rocks in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

图2 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组沉积厚度关系Fig.2 Sedimentary thickness relationship in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

2 长兴组-飞仙关组沉积格局

晚二叠世长兴期,来自东南方向的古太平洋和西南方向的古特提斯海水广泛入侵川、渝海域,除西侧的康滇古陆有较轻微的活动外,川东-渝北地区以北的马尔康、摩天岭、大巴山等海隆均淹没于水下,使该区形成广阔的碳酸盐台地及陆棚沉积环境[17]。长兴早期由于区内整体地形平缓,无大的构造坡折带,总体以缓坡型碳酸盐台地沉积为主;长兴中—晚期,随着开江-梁平海槽和城口-鄂西海槽的出现,川东-渝北地区沿海槽边缘带发育台缘相,礁滩沉积沿台缘带广泛分布。结合钻测井资料、剖面资料、地震相资料等综合分析,区内总体上形成南、北两个碳酸盐台地,中间由整体水深不大的、自西向东缓倾斜的台凹隔开,台凹连接开江-梁平海槽与城口-鄂西海槽,沿着台凹两侧的台地边缘带,发育一系列台缘礁滩相,并且北部台缘带礁滩沉积相对更为发育(图3(a))。

飞仙关期的古地理格局对晚二叠世古地理既有明显的继承性又有进一步的发展。长兴期末,由于海平面大幅度下降,长兴组顶部局部发生短暂的暴露,但区域上飞仙关组与长兴组大致上为连续沉积,不存在明显的沉积间断[18],沉积相整体呈由西北向东南展布(图3(b))。飞仙关早期,区域上发生大规模海侵,台地范围大面积缩小,台地相仅存在于研究区北部,南部地区已全部演化为前缘斜坡相。此时,区内仍为台-槽沉积格局,但台地四面被深水所围限,已发展成为孤立台地,与长兴期的连陆台地完全不同。飞仙关中期,由于飞仙关早期以来相对海平面的下降及沉积作用,北部孤立台地不断向四周增生,孤立台地向南的增生直接导致区内南北台地之间的台凹逐渐被填平,大部分地区演变为浅水台地相。由于相对海平面的持续下降以及高速率沉积作用的继续进行,台地不断向海槽方向增生。飞仙关末期,台地边缘、斜坡和盆地相向东基本退出本区,区内演变成为较均一的局限潮坪-潟湖环境。总体而言,川东-渝北地区飞仙关沉积时期为一持续的海退过程[19],但也有多次较小规模的海侵过程,在此过程中形成多套颗粒滩相组合。

图3 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组沉积格局Fig.3 Depositional pattern in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

3 礁滩组合规律

通过对川东-渝北地区典型剖面、钻井资料沉积相分析和平面沉积相展布规律,基于长兴组是否发育礁滩、飞仙关组是否发育滩等总结出长兴组-飞仙关组礁滩组合的纵向和平面分布规律(图4～图7)。

3.1 礁滩纵向组合类型

3.1.1 完整的礁滩组合类型及特征

区内发育的完整礁滩组合类型包括:长兴组台缘礁+飞仙关组台缘滩组合、长兴组台缘礁+飞仙关组台内滩组合、长兴组台缘滩+飞仙关组台缘滩组合、长兴组台内滩+飞仙关组台缘滩组合、长兴组台内滩+飞仙关组台内滩组合(图4)。

图4 川东-渝北地区长兴组礁(滩)-飞仙关组滩完整组合类型Fig.4 Complete combination type of the reef(beach)in Changxing Formation-beach in Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

图5 奉节三维区长兴组-飞仙关组礁滩组合地震相剖面Fig.5 Seismic facies profile of combination of reef-beach in Changxing-Feixianguan Formation of Fengjie 3D area

图6 川东-渝北地区长兴组礁(滩)-飞仙关组滩不完整组合类型Fig.6 Incomplete combination type of reef(beach)in Changxing Formation-beach in Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

(1)长兴组台缘礁+飞仙关组台缘滩组合。该组合类型发育于普光6井、云安2井、盘龙洞剖面等区域(图7)。以普光6井为例(图4(a)),纵向上长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-开阔台地-台缘礁-台缘滩相,长兴组礁滩均发育且白云石化作用强烈;飞仙关组自下而上依次发育开阔台地-台缘滩-开阔台地-局限-蒸发台地相,构成两个完整的海侵-海退沉积旋回,台缘滩白云石化作用强烈。此类组合礁、滩连续沉积厚度大,且广泛发育白云石化作用,形成的生物屑云岩、鲕粒云岩、残余颗粒云岩、礁云岩等,是研究区重要的储集岩类[7],此类组合为最有利的储层发育组合类型。

(2)长兴组台缘礁+飞仙关组台内滩组合。该组合类型发育于奉探1井、奉1井(图5)、奉1侧井、马槽2井、羊鼔洞剖面、红花剖面等井或剖面及周缘地区(图7)。以奉探1井为例(图4(b)),长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-开阔台地-台缘滩-台缘礁-台缘滩相,总体向上水体变浅,台缘礁滩相均发生白云石化作用,形成良好的储集岩,且连续沉积厚度大;飞仙关组依次发育陆棚-开阔台地(夹台内滩)-局限台地相,台内滩夹于开阔台地滩间海沉积之间,连续沉积厚度较薄,白云石化作用不发育。此类组合长兴组台缘礁滩储集物性好,但飞仙关组台内滩储集物性较差,构成较有利的礁、滩组合。

图7 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组礁滩组合平面分布规律Fig.7 Distribution regularities of combination of reef-beach in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

(3)长兴组台缘滩+飞仙关组台缘滩组合。该组合类型以渡2井、渡4井、黄龙3井、天成1井、门南1井、云安23井、尖山剖面、田坝剖面、石梁剖面、沙市剖面等为代表(图7)。以天成1井为例(图4(c)),长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-开阔台地-台缘滩-开阔台地-台缘滩-开阔台地相,纵向上开阔台地相和台缘滩相互层发育,白云石化作用不发育;飞仙关组自下而上由开阔台地-台缘滩-开阔台地-局限台地相构成,台缘滩顶部白云石化作用相对较强,常构成有利储集层。此类组合长兴组台缘滩储层不发育,飞仙关组局部发育滩顶白云岩储层,总体构成次要的储层发育组合类型。

(4)长兴组台内滩+飞仙关组台缘滩组合。该组合类型发育于正坝1井所处区域(图7)。以该井为例(图4(d)),长兴组主要发育开阔台地相,在上部地层发育台内滩沉积,连续沉积厚度不大;飞仙关组自下而上依次发育开阔台地-台缘滩-开阔台地-局限台地相,台缘滩沉积中局部发育鲕粒白云岩。总体构成次要的储层发育组合类型。

(5)长兴组台内滩+飞仙关组台内滩组合。该组合类型在金珠1井、金珠2井所处区域发育(图7)。以金珠2井为例(图4(e)),该井长兴组整体以开阔台地相为主,在下部仅发育薄层的台内生屑滩沉积;飞仙关组依次发育开阔台地-局限台地-开阔台地-局限台地相,滩体仅在下部开阔台地中呈夹层状产出,连续沉积厚度不大,局部白云石化。由于此类组合均以台内滩沉积为特征,连续沉积厚度小,且有利储层发育的白云石化作用不强,常构成较差的储层发育组合类型。

上述完整的长兴组礁(滩)+飞仙关组滩组合类型中,除长兴组台内滩+飞仙关组台内滩组合类型整体储集性能较差外,其余组合类型均具有一定的储集意义,尤以长兴组台缘礁+飞仙关组台缘滩组合在礁顶、滩顶白云石化作用最强烈,储层最为发育。

3.1.2 不完整的礁滩组合类型及特征

研究区内发育的不完整礁滩组合类型包括:长兴组台缘礁+飞仙关无滩组合、长兴组台缘滩+飞仙关组无滩组合、长兴组台内滩+飞仙关组无滩组合、长兴组无礁滩+飞仙关组台缘滩组合、长兴组无礁滩+飞仙关组台内滩组合(图6)。

(1)长兴组台缘礁+飞仙关无滩组合。该组合类型发育于七里北2井、天东71井、天东021-4井、门西005-H3井、云安002-5井、云安12井所处区域(图7)。以天东021-4井为例(图6(a)),长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-开阔台地-台缘滩-开阔台地-台缘礁相,其中台缘滩和台缘礁顶部均发育白云岩,为有利储层发育部位;飞仙关组由陆棚-开阔台地-局限台地相组成,总体以低能沉积为主,滩体不发育。此类组合由于长兴组台缘礁滩的发育而构成较有利的储层发育组合类型。

(2)长兴组台缘滩+飞仙关组无滩组合。该组合类型主要发育于七北101井、云安1井、大天002-6井、马槽1井和硐西3井所处区域(图7)。以云安1井为例(图6(b)),长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-台缘滩与开阔台地互层-开阔台地相,台缘滩发育旋回较多,但多未发生白云石化作用;飞仙关组由台地前缘斜坡-开阔台地-局限台地相,依次变浅的相带组合而成。此类组合储集物性较差。

(3)长兴组台内滩+飞仙关组无滩组合。发育于天东23井和罗家9井(图7)。以天东23井为例(图6(c)),长兴组主要由碳酸盐缓坡和开阔台地相构成,在下部开阔台地中发育沉积厚度较薄的台内生屑滩,虽发生了白云石化作用,但由于厚度较薄储集意义不大;飞仙关组主要由开阔台地相-台地前缘斜坡相-开阔-局限台地相低能沉积物构成,滩体不发育。该组合类型储集性能较差。

(4)长兴组无礁滩+飞仙关组台缘滩组合。此类组合在区内广泛分布,在坡1井、坡5井、普光1井、杨家1井、黄龙6井、罗家4井、罗家8井、坝南1井、玉皇1井、菩萨1井、新兴1井、云安9井、天东58井、梁6井、茨竹1井、庙坝剖面均有发育(图7)。以黄龙6井为例(图6(d)),长兴组主要由碳酸盐缓坡相和开阔台地相构成,无礁滩发育;飞仙关组自下而上依次发育开阔台地-台地前缘斜坡-台缘滩-开阔台地-局限台地相,其中台缘滩相顶部白云石化作用强烈,形成暴露浅滩,储集物性较好。此类组合具有一定的储集意义。

(5)长兴组无礁滩+飞仙关组台内滩组合。此组合类型区内分布也较广,在朱家1井、高张1井、月溪1井、渡5井、紫1井、紫2井、鹰1井、峰20井、云安6井、渡口剖面等区域发育(图7)。以高张1井为例(图6(e)),长兴组自下而上依次发育碳酸盐缓坡-开阔台地相,均以致密灰岩、含燧石结核灰岩或硅质灰岩为特征,总体为低能沉积,无礁滩发育,岩性致密;飞仙关组由开阔台地-局限台地(含台内滩)构成,局限台地内偶发育薄层鲕粒灰岩,沉积厚度较薄且较为致密,无储集意义。此类组合无明显储层发育。

上述不完整的礁滩组合类型中,长兴组台缘礁+飞仙关无滩组合和长兴组无礁滩+飞仙关组台缘滩组合具有一定的储集意义,其他组合类型储层发育较差。

3.2 礁滩组合平面分布规律

依据单井、剖面沉积相划分和长兴组、飞仙关组平面沉积相分析,完整的长兴组礁(滩)+飞仙关组滩组合主要发育于长兴组或飞仙关组台地边缘带为背景的区域(图3)。如普光6井-渡4井-正坝1井-天成1井-门南1井-云安2井-云安23井一线,此带主要沿着开江-梁平海槽东侧的台缘带展布;在城口-鄂西海槽西侧的台缘带也发育完整的礁滩、组合,如盘龙洞剖面和羊鼔洞剖面、红花剖面、尖山-沙市剖面所处区域,以及马槽2井、奉探1井、奉1井所在地区。仅金珠1、金珠2井均处于长兴组台内滩+飞仙关组台内滩组合(图7)。

4 礁滩组合形成的控制因素

4.1 沉积环境演化与礁滩发育

四川盆地上二叠统的沉积是海侵型的碳酸盐缓坡带向碳酸盐台地转化阶段,整个川东-渝北地区在吴家坪期(龙潭期)为典型的碳酸盐缓坡环境,晚二叠世长兴期为碳酸盐缓坡向碳酸盐台地转化的时期[20](图8)。长兴早期,区内基本继承了吴家坪期的古地理格局,在长一段底部主要为碳酸盐岩缓坡,局部发育浅灰色厚层-块状生屑灰岩,形成生屑滩沉积,此阶段主要为生物礁发育的定殖阶段,参与形成了生物礁的礁基部分的建造;长兴中期开始,开江-梁平海槽、城口-鄂西海槽逐步形成,在靠近海槽一侧,出现坡度较大的台缘带,沉积环境转换为碳酸盐台地沉积,在海槽两侧的台地边缘带开始发育规模较大的生物礁,厚度最大可达百米,以障积礁、骨架礁为主,岩性主要为浅灰色—灰色厚层-块状礁灰岩。造礁生物主要是海绵、苔藓虫、水螅和珊瑚等,附礁生物有腕足、海百合、有孔虫等。随着海平面上升和台地范围的缩小,生物礁生长结束,随后进入开阔台地相沉积,而在部分井位或剖面中,如宣汉河口剖面、奉探1井生物礁结束之后还发育小规模的台缘滩,岩性以深灰色生屑灰岩、灰褐色云岩为主。

在进入飞仙关期后,由于发生多次的海水进、退等原因,在长兴组台地边缘礁之上叠置侧向、垂向发育台缘滩,台地边缘滩之上又发育有滩间澙湖、潮下静水泥等低能沉积相带,代表了由台地边缘相向开阔台地相迁移,一些台内滩也有出现。此外,因海平面持续下降和高速率沉积作用的继续进行,台地不断向海槽方向增生,开江-梁平海槽被快速充填关闭,城口-鄂西海槽也逐渐被充填,研究区演变为局限台地相,礁滩组合演化在海退背景下结束(图9)。

图8 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组连井沉积相对比Fig.8 Sedimentary facies correlation in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

4.2 海平面升降与礁滩发育

在研究海平面升降与礁滩发育规律过程中,依据连井沉积相对比及高精度层序地层学观点对研究区进行分析(图8),将长兴组-飞仙关组各划分为2个三级层序(Sq1～Sq4)及5个四级层序(sq1～sq10)。研究表明,晚二叠世龙潭期大规模海侵结束后,长兴期海侵规模变小,至飞仙关期海平面总体呈下降趋势,由于周期性海退沉积水体慢慢变浅,此时非常适于造礁生物生长及碳酸盐沉积物的堆积。从该东西方向展布的连井剖面来看,海平面升降变化控制着礁滩的发育位置,生物礁主要发育于四级层序中的高位体系域,台缘滩和台内滩也主要发育于四级层序中的高位体系域,即海平面下降背景条件下。同时海平面升降变化与礁滩体生长速度两者之间的关系是礁滩体发育的重要因素,当海平面的上升与礁体生长两者速度大致协调时,礁体才会较好的发育。若礁体生长速度相较于海平面上升速度大,生物礁则会被“干死”,形成海侵并进型生物礁[19],反之被“淹死”,形成海侵追补型生物礁[19]。此外,海平面升降变化影响了沉积相带的演化,不同沉积相带的水体能量、温度等条件是不同的,可见海平面升降变化对礁滩发育及分布影响较大(图8)。

图9 川东-渝北地区长兴组-飞仙关组礁滩组合演化模式Fig.9 Evolution pattern of combination of reef-beach in Changxing-Feixianguan Formation of eastern Sichuan-northern Chongqing area

4.3 古构造与礁滩发育

从大地构造背景考虑,上扬子板块在发生逆冲推覆之前的中二叠世发生的“峨眉地裂运动”是控制川东-渝北地区晚二叠世构造-沉积格局的主要因素。至长兴期时,川东-渝北地区以发育碳酸盐台地沉积为主体,在经历克拉通内部断裂作用和基底断裂作用后,开江-梁平海槽、城口-鄂西海槽形成,海槽两侧的台缘地带开始发育生物礁滩沉积,平面上呈环带状散布,而且隆-凹相间的古地貌格局对礁滩的分布起到重要的控制作用,同时由于同沉积断裂作用而形成的台内隆起也为抗浪性生物礁体发育适宜部位。除此以外,飞仙关期的古地理格局对长兴期古地理有明显的继承性,继承性的水下古地貌隆起往往也是水体能量相对较强区域,此条件为上部地层滩体的生长发育创造了良好条件(图9)。

5 结 论

(1)研究区可划分为完整礁滩组合和不完整的礁滩组合两种类型,其中完整礁滩组合类型包括长兴组台缘礁+飞仙关组台缘滩组合、长兴组台缘礁+飞仙关组台内滩组合、长兴组台缘滩+飞仙关组台缘滩组合、长兴组台内滩+飞仙关组台缘滩组合和长兴组台内滩+飞仙关组台内滩组合;不完整礁滩组合类型包括长兴组台缘礁+飞仙关无滩组合、长兴组台缘滩+飞仙关组无滩组合、长兴组台内滩+飞仙关组无滩组合、长兴组无礁滩+飞仙关组台缘滩组合和长兴组无礁滩+飞仙关组台内滩组合。完整的长兴组礁(滩)+飞仙关组滩组合类型更具储集意义,尤以长兴组台缘礁+飞仙关组台缘滩组合在礁顶、滩顶白云石化作用最为强烈,储层最为发育。

(2)礁滩组合往往受沉积环境演化、海平面升降、古构造等因素的控制。沉积环境的演化对川东-渝北地区古地理格局以及碳酸盐台地的演化有重要作用,生物礁滩的生长发育在一定程度上受古地理格局和碳酸盐台地演化控制;海平面升降变化控制了礁滩的发育位置,礁滩主要发育在四级层序中的高位体系域,即海平面下降过程中,其次影响了沉积相带的演化,生物礁滩主要发育在受古构造作用影响的碳酸盐台地与台缘斜坡带之间的台地边缘带和碳酸盐台地内地貌隆起部位等。