川西北地区双鱼石区块栖霞组沉积微相特征

2020-01-02蒲柏宇张连进兰雪梅刘曦翔王俊杰徐昌海

天然气勘探与开发 2019年4期

蒲柏宇张连进兰雪梅刘曦翔王俊杰文雯徐昌海

中国石油天然气股份有限公司碳酸盐岩储层重点实验室

0 引言

近年来，以双探1井为代表，川西北地区双鱼石区块部署的多口探井在中二叠统栖霞组钻遇厚层的孔隙型白云岩，并获高产工业气流，展示了该地区栖霞组良好的勘探前景。据目前研究可知，栖霞组储层的发育情况受沉积相控制明显，即滩相的有利沉积环境是形成该套储层的必要条件，因此对栖霞组沉积相特征的研究显得尤为重要。前人对此做了大量研究：魏国齐认为川西地区为碳酸盐岩镶边台地沉积体系，并对亚相类型进行了总结[1]；宋章强等分析川西北地区中二叠统多个露头和钻井剖面，提出栖霞组兼具碳酸盐岩台地和碳酸盐岩缓坡沉积特征[2]；胡明毅等根据层序岩相古地理编图分析认为，四川盆地栖霞组主要发育浅水型碳酸盐岩台地沉积[3]；黄涵宇将整个四川盆地梁山组、栖霞组作为研究对象，并将其划为3个三级层序，川西北地区发育碳酸盐岩开阔台地以及台地边缘相[4]。虽然2019年的研究成果对川西北地区整体沉积相认识趋于统一，但由于前人研究区域较大，致使对双鱼石区块的滩体刻画不够精细，不能满足现阶段勘探开发的需要。特别是双鱼X131、双鱼X133井测试高产之后，对于双鱼石区块栖霞组沉积体系的进一步精细研究更加迫切。

1 区域地质背景

四川盆地中二叠统整体上是一套被动大陆边缘稳定的碳酸盐岩台地沉积。在中二叠世，四川盆地经历了一次大范围的暴露剥蚀过程，二叠系底部的梁山组直接假整合于石炭系之上[5-8]。区域上梁山组为在石炭系古风化壳上沉积的碳质泥岩、铝土质泥岩、夹石英砂岩透镜体，含黄铁矿、菱铁矿及动植物化石，为中二叠世海侵初期的滨岸潮坪沼泽沉积产物[9]。在研究区，梁山组下部地层为含黏土岩的黏土页岩，局部富铝土矿；上部地层为碳质页岩夹煤线或薄煤层。

其后，四川盆地及邻区接受了栖霞期清水碳酸盐岩台地沉积。栖霞组主要由生屑灰岩、泥晶灰岩组成，底部和顶部分别夹有碳质页岩和燧石结核，地层厚度由数十米至数百米，东部薄、西部厚，与下伏梁山组整合接触[10-12]。习惯上，栖霞组被分为“白栖霞”和“黑栖霞”两种相型，前者厚200 m左右，为浅色的灰岩夹白云质灰岩及白云岩，分布于米仓山及龙门山北段；后者的厚度42～255 m，由深色厚层生物碎屑灰岩组成[13-15]。在研究区内，栖霞组主要为“白栖霞”，下部灰、深灰色中—厚层状含生物碎屑粉、泥晶石灰岩夹黑色薄层沥青质石灰岩、泥质泥晶石灰岩、石灰质泥岩；上部浅灰、灰白色厚层—块状粉晶、亮晶生物（屑）石灰岩，中、上部不同程度发育豹斑状云质灰岩、灰质云岩或晶粒白云岩。

2 沉积微相类型划分

本次研究以野外剖面及岩心观察描述、薄片和古生物鉴定为依据，结合测井相特征和区域构造—沉积背景，对双鱼石区块中二叠统栖霞组沉积相特征进行研究，确定该地层单元属于碳酸盐岩台地沉积体系。综合岩石颜色、沉积结构、层理构造、岩石类型、古生物、测井响应等典型相标志的组合关系，划分出开阔台地、台地边缘沉积相和台缘滩、台内滩亚相及滩核、滩缘等众多微相类型，其中双鱼石区块主要发育台地边缘相（表1）。

表1 川西北地区双鱼石区块中二叠统栖霞组沉积体系划分简表

2.1 台地边缘相

位于开阔台地与前缘缓斜坡之间的转换带，也是浅水沉积和深水沉积之间的变换带，位于正常浪基面和平均海平面之间，水动力作用强烈，是一种水体能量较高的沉积环境[16-18]。沉积物经过充分筛选，以沉积颗粒灰岩为主，发育台地边缘滩核、滩缘、滩间海微相。

台地边缘水深从20 m到高出水面，海水循环良好，氧气充足，盐度正常，但由于底质处于移动状态，故不适于底栖固着型海洋生物栖息繁殖，因而仅发育台地边缘浅滩。该环境由于受到波浪和潮汐作用的共同控制，水动力条件极强，主要堆积的是以颗粒占绝对优势的滩相沉积体。在研究区的台地边缘相中滩核岩性主要为分选好和具有亮晶胶结结构的有孔虫灰岩、豹斑灰岩、复合颗粒灰岩、白云岩等，在浅滩之间的低能带沉积少量的微晶灰岩和含颗粒微晶灰岩；GR曲线形态以箱形为主，包含漏斗形、钟形；成像测井中电阻率中—高，可见溶洞和低角度缝；地震剖面中呈现宽缓波谷特征，反映高能沉积环境（图1）。

1）滩核微相：滩核微相为浅滩的主体，灰泥组分含量少，主要为分选好和具有亮晶胶结结构的有孔虫灰岩、复合颗粒灰岩、白云岩等。生物碎屑主要为有孔虫，其次为藻类。岩性主要为晶粒白云岩，同时亮晶颗粒灰岩发育，水动力作用强。台地边缘滩核相的岩性、测井响应特征、物性特征等详细参数见表2、图2。

2）滩缘微相：为浅滩的边缘部位，水体能量较滩核弱，含有灰泥组分，岩性主要为亮晶生屑灰岩、复合颗粒灰岩、有孔虫灰岩和细—中晶白云岩，生物碎屑有蜓类、有孔虫、双壳、腹足、藻类、棘屑等，其中藻类以绿藻为主，少量红藻。根据滩体颗粒差异又可以分出滩缘和藻屑滩。台地边缘滩缘相的岩性、测井响应特征、物性特征等详细参数见表3、图3。

3）滩间海微相：水体能量较低，沉积物粒度细，岩性以灰、深灰色微晶灰岩、含颗粒微晶灰岩为主，含少量有孔虫、双壳类、腕足类、藻类等化石，局部含泥质、有机质较重。成像测井上水平层理特征明显，以深灰色泥质灰岩为主，GR具有典型的高值特征。

图1 川西北地区双鱼石区块台地边缘相综合特征图

表2 川西北地区双鱼石区块台地边缘滩核综合参数表

图2 川西北地区双鱼石区块台地边缘滩核相综合图

表3 川西北地区双鱼石区块台地边缘滩缘综合参数表

图3 川西北地区双鱼石区块台地边缘滩缘相综合图

2.2 开阔台地相

开阔台地指位于台地边缘礁、滩与局限台地之间的广阔海域。常位于浪基面之上，海底地形平坦，水深数米至数十米，海水循环良好，水动力中等偏高，氧气充足，含盐度正常，适于生物生长[19-20]。研究区开阔台地相以沉积微晶灰岩、含生屑微晶灰岩、微晶藻灰岩和亮晶有孔虫灰岩为主，局部夹少量泥岩。生物碎屑包括有孔虫、蜓类、海绵、腕足类、珊瑚、藻类等；测井曲线形态包含锯齿形、漏斗形、钟形，泥质含量高；成像测井中清晰、致密、有规律的层理以及地震数据中的平行—亚平行中强振幅反射均反映其低能静水环境（图4）。根据开阔台地沉积水体能量大小及颗粒类型可进一步划分为藻屑滩以及滩间海2个微相。

1）藻屑滩微相

该环境相对于生屑滩，水体略深，受到波浪和潮汐作用的影响偏弱，水动力条件也偏弱，故沉积物中灰泥组分含量增多，主要是以微晶方解石胶结为主。岩性主要为微晶有孔虫灰岩、微晶藻灰岩等。

2）滩间海微相：水动力较弱，颗粒含量较少，颜色较深，岩石类型主要由深灰、灰黑、灰褐色泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩和泥岩组成，灰岩中泥质和有机质含量较高，局部含有燧石结核。生物主要有藻类、有孔虫、海百合、介形虫等。

2.3 微相识别及特征

通过以上分析，建立测井相、岩相微相识别模板，将栖霞组划分出4种亚相、5种微相（表4）。

根据上述沉积微相识别特征，开展9口井沉积微相分析，编制单井沉积相剖面图，在单井相分析基础上，对单井各微相的储层厚度进行统计显示，沉积微相中的储层厚度：滩核＞滩缘＞藻屑滩＞滩间海（图5、图6）；对单井微相的孔隙度进行统计，发现沉积微相孔隙度：滩核＞滩缘＞藻屑滩＞滩间海。得出台缘滩核和滩缘微相为有利沉积微相类型，平均孔隙度大于2.5%，其中滩核为最优势微相，平均孔隙度达到了4.3%（图7）。

图4 川西北地区双鱼石区块开阔台地相综合特征图

表4 川西北地区双鱼石区块栖霞组沉积微相识别表

图5 川西北地区双鱼石区块单井滩核储层厚度图

图6 川西北地区双鱼石区块单井滩缘储层厚度图

图7 川西北地区双鱼石区块单井沉积微相物性对比图

3 沉积微相纵横向展布

3.1 单井及连井相剖面分析

根据以上微相划分标准，对双探7、双探12等9口井的亚相及微相进行划分，结果表明：研究区栖霞组为台地边缘沉积环境，滩核、滩缘、藻屑滩和滩间亚相交替发育，主要以滩核和滩缘为主。栖霞一段主要发育滩间海夹藻屑滩亚相，岩性主要为局部泥质含量较高的泥晶生屑灰岩和泥晶藻灰岩组合，局部夹薄层泥岩，生屑主要为有孔虫、蜓类、腹足、珊瑚、腕足、藻类等；栖霞二段主要为滩核与滩间纵向演化序列，岩性主要为泥晶、亮晶有孔虫灰岩、白云岩和含生屑微晶灰岩，生屑包括有孔虫、藻类、腕足、腹足、棘屑等（图8）。

双探10—双探101—双鱼132—双鱼001-1 双探8井剖面呈东北—南西向展布，其沉积相横向分布有如下特征：在栖霞早期，主要沉积一套厚层泥晶生屑灰岩、泥晶灰岩以及少部分的含泥质泥晶灰岩和颗粒灰岩，整体上表现为水动力较弱的滩间海为主，局部发育厚度10 m左右的滩间海微相；在栖霞晚期，海退逐渐加剧，水体变浅，台地边缘范围扩大，在岩性上，主要沉积一套浅灰色生屑灰岩，灰白色白云岩以及少量的豹斑灰岩，纵向上沉积微相表现为以滩相为主，主要为滩核及滩缘，滩体厚度约34～60 m，横向连续性好，滩核与滩缘的叠置出现，反映高能的沉积环境，均为台地边缘环境的产物，滩体主要发育在栖二1，栖二2以滩间海为主（图9）。

3.2 沉积模式

根据双鱼石区块栖霞组单井及连井相剖面分析可知，栖霞一段与栖霞二段沉积环境差异较大，栖霞一段沉积环境水体较深，以滩间海沉积为主（图10-a），有利微相滩核、滩缘纵向上主要分布在栖霞二段中、下部，横向分布稳定，厚度在15～30 m（图10-b）。

图8 双探7井单井沉积微相划分图

图9 川西北地区双鱼石区块栖霞组沉积微相连井剖面图

图10 川西北地区双鱼石区块栖霞组沉积相演化模式图

3.3 古地貌及微相平面分布

由于研究区栖霞组厚度较薄，古地貌横向变化特征不明显，且在稀井网条件下常规沉积相研究方法的准确性受到限制。为了更好地指导后续微相平面展布研究，本次研究提出趋势面法恢复栖霞组古微地貌[21-22]（图11），从栖霞期残余厚度中剔除地层的趋势厚度，能够有效地突出古微隆起。具体做法如下：

1）印模法。求取栖霞组的厚度。

2）趋势面。对印模法得到的栖霞组层位进行大尺度平滑。

图11 基于镶边台地沉积模式的趋势面法

3）趋势面调整。在地震剖面上反复查看印模法层位和趋势面层位，与肉眼观察的古地貌正地形进行逐条剖面比较，据此不断调整平滑参数。当观察到趋势面基本趋于平滑曲面，并能够反映印模法层位的大致趋势，则停止调整平滑参数。

4）古地貌恢复。趋势面与印模法相减，即可得到二叠纪栖霞期沉积古微地貌图。

采用趋势面法得到双鱼石区块二叠系栖霞组沉积期古地貌图（图12）。研究区栖霞组主要发育两种地貌类型：①丘体，对应于图中的红色部分，推测是滩体发育的有利位置；②洼地，对应于图中的蓝色部分，推测是滩间洼地。整体上，研究区中部及东南部，丘体和洼地间隔发育，地貌高差较大。

在单井相、连井相、古微地貌、单因素厚度等值线图等资料的有机结合下，采用特殊相法绘制双鱼石区块栖霞组沉积微相平面图（图13）。明确双鱼石区块栖霞组沉积微相以滩核、滩缘微相为主，面积523 km2，滩间微相呈零星团状分布在滩缘中。从最新井双鱼X131井、双鱼X133井的测试情况来看，两口井均为高产，产气量分别为123.97及142.51 104m3/d。从平面图上来看，双鱼X131、双鱼X133井都处于滩核区，储层发育最好，符合预测情况，说明本次研究的微相展布特征具有准确性和可信度。