川东地区寒武系龙王庙组沉积相特征与有利相带分布

张文济 李世临 任晓莉 张 静 郭艳波 叶朝阳 陈亚妮

1. 中国石油西南油气田分公司重庆气矿 2. 四川长宁天然气开发有限责任公司3. 西南石油大学石油工程学院

0 引言

随着川中高磨地区在寒武系龙王庙组油气勘探获得重大突破，龙王庙组成为四川盆地下古生界油气勘探的重点层位[1-2]。四川盆地寒武系发育齐全，下寒武统底部筇竹寺组发育优质烃源岩[3-4]。并通过筇竹寺组地球化学特征研究获得油气源认识[5-7]。前人整体上对四川盆地龙王庙组储层及主控因素、沉积相都有相对较多的认识成果[8-19]，但对川东地区龙王庙组储层及沉积相研究所用资料有限。前人对川东沉积相研究提出许多观点：冯增昭等[13]（2001）认为川东地区龙王庙组发育碳酸盐岩台地沉积；马永生等[2]（2009）认为川东地区龙王庙组以局限台地沉积为主；门玉澎等[14]（2010）认为川东地区龙王庙组为碳酸盐岩缓坡沉积，且蒸发岩发育；杨威等[16]（2012）认为川东地区龙王庙组为镶边台地沉积，东部发育滩间海亚相，西部发育云坪亚相； 任影等[18]（2015）将龙王庙组划分为局限台地、开阔台地、蒸发台地和混积台地4个相。川东地区已钻井池7、猫1、座3、五科1、太和1井以及2018年完钻的五探1井都说明川东地区寒武系龙王庙组具备良好的流体储藏条件和油气储集性能，而且烃源岩和盖层都比较发育，整体上天然气成藏地质条件优越。

在前人研究的基础上，重点应用新钻探井五探1井钻井资料结合座3井、城口羊丝桥、陕西镇坪和陕西镇巴捞旗河龙王庙组野外露头和区域地质测量报告[20]的相关资料，对开江——城口地区龙王庙组的岩石学特征进行分析，深入和系统地研究沉积相类型和展布特征，为川东地区寒武系龙王庙组天然气勘探提供基础资料和理论依据。

1 区域地质背景

开江——城口地区位于四川盆地东部，区域构造上位于上扬子板块北缘南大巴山冲断带的东南段，属于四川盆地和秦岭造山带的过渡带，在城口——镇坪推覆体南段（图1）。该区跨秦岭、扬子两个一级地层区划范围，工作区内，以高观寺——钟宝巨型冲断为界，其北称“陕南秦岭地层分区”，其南称“川东——鄂西地层分区”，出露自震旦纪以来除泥盆纪、石炭纪、白垩纪外的各时代沉积，研究区所在位置属于“川东——鄂西地层分区”[20]。

2 沉积相特征

2.1 地层特征

川东地区前期钻井资料较少，对龙王庙组的研究程度较浅，根据研究区内最新完钻井五探1井的资料，结合邻区钻井资料及盆地周缘野外露头资料对龙王庙组特征进行分析。龙王庙组顶界以粉晶白云岩与其上覆高台组底部粉砂质灰岩分界，电性上表现为自然伽马降低、电阻率升高的特征。底部以泥晶灰岩与其下伏沧浪铺组顶部的泥岩分界，电性上表现为自然伽马升高、电阻率降低的特征。龙王庙组岩性主要为白云岩，底部发育少量石灰岩（五探1井），膏盐层、云质粉砂岩（座3井），一般可二分（图1）。

2.2 岩石学特征

图1 工区位置及下寒武统龙王庙组钻井柱状剖面图（注：1 in=25.4 mm，1 ft=0.304 8 mm，下同）

岩相是鉴别碳酸盐岩沉积相最基本和最有意义的标志之一，也是最易观察、最直接的环境参数。通过对五探1井岩心和岩屑、座3井岩屑及城口羊丝桥、城口黑风庙、城口修齐、陕西镇坪等剖面的详细观察和描述，从岩石的颜色、结构、产状及沉积特征等，总结了开江——城口地区寒武系龙王庙组发育的主要岩相类型为：白云岩类、石灰岩类、碎屑岩、石膏岩类。

1）白云岩类

主要包括晶粒白云岩、颗粒云岩、（残余）鲕粒云岩、砂屑云岩、灰质云岩、泥质云岩等。

晶粒白云岩：白云石含量多大于90%，质纯。多为粉——细晶结构，见重结晶现象，晶体较脏，具有雾心亮边结构，紧密接触。部分粉晶云岩镜下少量见石英晶体呈自形、半自形（图2-a），有的泥-粉晶云岩中见它形晶石英晶体。该类岩性为低能环境沉积物，发育于局限台地的潮坪环境。

颗粒云岩：颗粒间亮晶胶结，有的见残余颗粒幻影，微裂缝发育（图2-b）。颗粒为砂屑和内碎屑组成，占65%；颗粒间的亮晶胶结物占35%。颗粒多为泥晶方解石组成，也有部分白云石化。该类岩性为高能的滩相沉积物。

（残余）鲕粒云岩：鲕粒大小不均，有的鲕变形严重，有的鲕粒未变形（图2-c）。有的鲕粒为残余结构，可见鲕粒幻影，鲕粒间见溶孔，见沥青浸染。该类岩性为高能的滩相环境沉积物。

角砾云岩：角砾主要为内碎屑，角砾大小相差悬殊，磨圆度较好，角砾排列具一定方向性（图2-d），该类岩性为高能环境产物。

灰质云岩：灰质云岩，泥晶——粉晶结构，沥青浸染，裂缝中充填硅质和白云石（图2-e）。该类岩性为静水沉积物。

2）石灰岩类

石灰岩类主要发育在五探1井下部和盆地东北露头中，主要包括灰岩、颗粒灰岩、鲕粒灰岩、角砾灰岩、砂屑灰岩、云质灰岩和泥质灰岩等。

灰岩：多为泥晶结构，少量亮晶结构。见少量石英晶体，石英晶体呈半自形——它形，见生物屑（图2-f）。在地层中常见泥晶灰岩与灰质云岩互层，其间压溶缝常见沥青浸染。为低能环境产物。

图2 开江——城口地区寒武系龙王庙组镜下照片

颗粒灰岩：颗粒为砂屑和粪球粒，亮晶胶结，粒间缝有深色有机质，沿缝的颗粒有白云石化现象，颗粒大小0.04 mm左右，颗粒间微裂缝发育，充填白云石（图2-g）。

鲕粒灰岩：亮晶结构，总体上鲕粒大小不一，多有变形，有白云石化现象（图2-h）。

角砾灰岩：角砾为颗粒岩，颗粒有白云石化现象，砾间缝残留沥青，见生屑（图2-i）。

砂屑灰岩：在盆地周边野外露头多见，一般为颗粒结构，颗粒占70%，主要为砂屑，少量生物碎屑；泥晶基质占30%。颗粒分选差，部分颗粒发生压实变形。颗粒主要由亮晶方解石组成，发暗红色光，少部分靠近缝合线的颗粒发生白云石化作用，白云石发紫红色光；缝合线主要为泥质或有机质充填，不发光，见极少量高岭石充填，发深蓝色光（图2-j）。

云质灰岩：泥晶结构，见生物屑，选择性溶蚀现象明显，顺溶蚀沟白云石化，见膏溶孔。

3）碎屑岩类

主要为云质砂岩、灰质砂岩（图2-k）。该类岩石为混积台地沉积环境产物。分布于研究区西北方向的古隆起及边缘地带。

4）石膏岩类

座3井龙王庙组发育石膏岩以及云质膏岩（图2-l）。为干旱蒸发环境沉积物。

2.3 单井沉积相划分

寒武系在川东主要发育碎屑岩和碳酸盐岩混积陆棚相（台地）、碳酸盐岩陆棚相（台地）[13-19]。碳酸盐岩陆棚相又可细分为蒸发台地、局限台地、开阔台地亚相以及其相应的沉积微相（表1）。

表1 寒武系龙王庙组沉积相类型表

1）碎屑岩和碳酸盐岩混积台地

混积台地在寒武系发育，川东地区在不同地质历史时期混积陆棚发育的范围不同，但是混积陆棚多发育在西北部，寒武系龙王庙组混积台地亦不例外，其原因多与物源供给和海平面变化有关。混积台地相在岩性上主要表现为粉砂岩（图2-k）、页岩、泥岩与白云岩、石灰岩和石膏岩及它们的过渡岩类的不等厚互层（图3）。

图3 曾1井寒武系龙王庙组沉积相综合柱状图

2）碳酸盐岩台地

碳酸盐岩台地是一个被浅海（陆表海）所覆盖的、沉积水体很浅、地形平坦、坡度极小、范围开阔且没有陆源碎屑供应的浅水碳酸盐沉积环境。发育有开阔台地亚相、局限台地亚相和蒸发台地亚相。

①开阔台地

开阔台地指海水循环较好、盐度基本正常的浅海，水体能量一般较高，在浅水区常常发育生物礁和浅滩。寒武系开阔台地亚相广泛发育，在不同地质历史时期开阔台地的分布范围不同，开阔台地多分布在东南部。开阔台地相的岩性主要为颗粒灰岩（砂屑灰岩、鲕粒灰岩、生屑灰岩等）、泥质灰岩、泥晶灰岩和泥页岩等（图2-c、f～j）。寒武系龙王庙组开阔台地发育于东部，如城口地区（图4）、陕西镇坪寒武系龙王庙组为典型的开阔台地亚相。根据沉积岩类型不同又可将开阔台地亚相细分为颗粒滩和滩间海（开阔潮下）两种微相类型。

②局限台地

图4 城口羊丝桥剖面寒武系龙王庙组沉积相综合柱状图

局限台地是指海水循环受限、盐度不正常的浅海，水体能量一般较低，局部浅水地区有时发育浅滩。局限台地相的岩性主要为泥晶——粉晶云岩、泥质云岩、颗粒云岩（砂屑云岩、鲕粒云岩、生屑云岩等）、灰质云岩、膏质云岩（图2-a～d）等。

局限台地亚相 不同地质历史时期局限台地的分布范围不同，而且局限台地不同于混积台地和开阔台地，局限台地并不存在优势分布位置。宣汉——开江地区五探1井寒武系龙王庙组岩石镜下观察可见少量的石膏（图2-b、e）和黄铁矿分布，为典型的局限台地相（图5）。根据沉积物类型和测井曲线特征，可将局限台地亚相细分为云质潟湖、膏质潟湖、膏云坪、云坪、灰云坪、云灰坪、颗粒（浅）滩等微相。

图5 五探1井寒武系龙王庙组沉积相综合柱状图

③蒸发台地

蒸发台地亚相多处于潮上带或潮间带上部，此区域常在海平面之上，仅在特大高潮或风暴潮时才被水淹没。蒸发台地发育程度不均，在寒武系的龙王庙组有发育。研究区的蒸发台地水动力整体较弱、气候干旱、蒸发作用强烈，多形成准同生白云岩、石膏为主的云坪、膏坪，偶发育风暴成因的风暴岩夹层。根据沉积物类型，将蒸发潮坪分为膏坪、云坪、泥云坪等。如座3井龙王庙组中上段发育大套的膏盐岩（图2-l，图6）。

图6 座3井寒武系龙王庙组沉积相综合柱状图

3 沉积相分布特征与有利相带分布

3.1 沉积相纵向分布特征

通过北西——南东向上的沉积相连井对比图来看（图7），从曾1井——五探1井——广探2井——太和1井一线的寒武系龙王庙组沉积相从混积台地——局限台地——开阔台地逐渐过渡。曾1井为混积台地相砂砾屑滩微相，马深1井顶部发育颗粒滩，其下段为云坪、云灰坪。五探1井龙王庙组为局限台地亚相，底部发育灰云坪微相，往上颗粒滩微相和云坪微相交替发育。广探2井下部有颗粒滩微相发育。座3井和太和1井龙王庙中晚期发育蒸发台地亚相膏云坪微相。东南角的秀山膏田一带在龙王庙早中期为开阔台地亚相，晚期为局限台地亚相膏云质泄湖微相。

3.2 沉积相平面展布特征

根据白云岩、石灰岩、膏盐岩和碎屑岩的含量进行沉积相类型划分（冯增昭）[1]：白云岩含量50%以上为局限台地，石灰岩含量50%以上为开阔台地，膏盐岩含量50%以上为蒸发台地，碎屑岩含量50%以上为混积台地。除此，在碳酸盐岩台地内部，颗粒碳酸盐岩含量20%以上为滩体。

根据区块钻井及盆地周边野外露头龙王庙组岩石含量的统计结果，白云岩的含量在区块中部为50%以上，西北部与东部均低于50%。西北部的陕西镇巴捞旗河和曾1井区，岩性主要为碎屑岩，发育碎屑岩与碳酸盐岩的混合沉积，为混积台地相；区块中部巴中——万源——开州——万州——重庆一带云岩含量大于50%，为局限台地相；以东地区区块东部石柱——云阳——城口至恩施——巫山——镇坪一带灰岩含量大于50%，发育开阔台地相；在长寿——涪陵一带，岩性以膏岩为主，为蒸发台地相。从川东地区龙王庙组沉积相平面展布特征来看，盆地边缘的城口——利川一线发育颗粒滩，宣汉——开江——梁平——垫江一线颗粒滩面积广布，其余大部分为云坪及灰云坪沉积微相（图8）。

3.3 有利相带分布

鲕粒滩、砂屑滩水体较浅、水动力较强，区内比较发育，沉积后期间歇性暴露于大气淡水环境，鲕粒灰岩、砂屑灰岩易发生白云石化和溶蚀作用，具备了形成孔隙性储层的良好条件。川东地区龙王庙组膏盐岩厚度可达数百米，封盖能力较好，在平面上稳定分布，对于龙王庙组的溶孔鲕粒白云岩、砂屑白云岩都是极好的区域性盖层。因此，城口——利川、宣汉——开江——梁平——垫江一线颗粒滩面积广布，为川东下寒武统龙王庙组的储层有利分布区，可作为下一步油气勘探参考。

图7 曾1井——五探1井——广探2井——太和1井寒武系龙王庙组沉积相联井对比图

图8 川东地区龙王庙组沉积相平面展布图

4 结论

1）川东地区寒武系龙王庙组主要发育白云岩类、石灰岩类，局部发育石膏岩类及碎屑岩类，一般可二分。

2）川东地区寒武系龙王庙组主要发育碎屑岩和碳酸盐岩混积台地、碳酸盐岩台地。碳酸盐岩台地又可细分为蒸发台地、局限台地、开阔台地亚相以及其相应的沉积微相。

3）平面上，区块西北角曾1井一带为碎屑岩和碳酸盐混积台地相；区块中部巴中——万源——开州——万州——重庆一带为局限台地，区块东部石柱——云阳——城口至恩施——巫山——镇坪一带发育开阔台地；在长寿——涪陵一带为蒸发台地相。城口——利川、宣汉——开江——梁平——垫江一线颗粒滩发育，为油气勘探的有利相带。