川西北部上二叠统吴家坪组沉凝灰岩分布及地质意义

曾 琪 田云英 郑 超 王旭丽 李荣容

（中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621700）

0 引言

川西北部地区位于四川盆地西北部，北至广元、旺苍地区，南至安县、绵阳地区，西至北川、青川地区，东至苍溪、盐亭地区。构造上位于上扬子地台的西北部，主体位于龙门山山前断褶构造带、米仓山山前断褶构造带以及川北古中坳陷低缓构造带。近期，在S101 井、YB7 井上二叠统吴家坪组沉凝灰岩段测试获工业气流，标志着四川盆地针对该岩类地层的勘探取得重大突破。前期，研究区吴家坪组作为兼探层系，研究主要集中在地层、沉积方面［1-2］，对沉凝灰岩重视不够，目前尚未开展系统研究。为此，笔者利用岩屑、岩心及测井等资料分析区内沉凝灰岩分布及其地质意义，以期为下一步油气勘探提供借鉴和参考。

1 区域地质背景

中、晚二叠世之间发生的东吴运动造成区内地壳差异性升降［3-4］，形成地堑地垒格局，主要表现在川西南部地区川滇古陆不断隆升，同时伴随峨眉山玄武岩大规模喷发；广元—旺苍一带则发生拉张沉降。这些因素共同控制了川西北部地区晚二叠世吴家坪期的沉积格局，整体上形成了西南高、北东低的地貌特征。

根据钻井及野外露头资料可知，研究区吴家坪组底部为粉砂岩、泥岩、碳质泥岩夹煤，为滨岸沼泽环境下的产物，与下伏茅口组呈不整合接触。随着海水由北东向盆内不断侵入，整体沉积环境向碳酸盐岩缓坡—台地转变，形成了大量的碳酸盐岩建造，同时峨眉山地裂运动产生了大量的火山灰，形成火山—沉积碎屑岩建造，为喷发—沉积相。吴家坪组沉积晚期，火山活动趋于平静，海平面不断上升，川西北部地区发育台地— 斜坡碳酸盐岩沉积。整体上，区内吴家坪组沉积期经历了“滨岸沼泽—碳酸盐岩缓坡—喷发相—开阔台地”的4 段式沉积演化过程（图1）。沉积环境的复杂多变使区内吴家坪组的岩性组合较为复杂，由碎屑岩、碳酸盐岩、火山—沉积碎屑岩及其过渡岩类组成，富含硅质结核（条带）。

图1 SY1-1井吴家坪组综合柱状图

2 沉凝灰岩特征

广义的火山—沉积碎屑岩包括沉火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩两大类。通过岩心观察和薄片分析，区内吴家坪组以沉火山碎屑岩为主，粒度较小，普遍为沉凝灰岩。

2.1 岩石学特征

1）火山碎屑沉积岩。以正常沉积物质为主，火山碎屑物质含量占10%～50%，岩性特征基本同正常沉积岩，以压实胶结和化学胶结为主。颗粒粒度介于0.01～0.10 mm 时，有凝灰质灰岩、凝灰质粉砂岩、凝灰质泥岩（图2a、2b、2c）。由于凝灰质易发生蚀变，这一过程中会有Mg2+产生，当地层中Mg2+与Ca2+达到一定比例时便可形成白云石［5］，薄片分析中易见凝灰质白云岩。

图2 川西北部地区吴家坪组沉凝灰岩微观特征照片

2）沉凝灰岩。主要为深灰色含灰质沉凝灰岩，岩心观察水平纹层较发育，纹层明暗相间。岩心柱面局部黄铁矿富集，多为斑块状，局部呈纹层状分布。火山碎屑含量高，一般为70%～85%，颗粒细小，呈定向排列，以钙质胶结为主（图2d、2e、2f）。根据岩心全岩X 射线衍射分析，黏土矿物含量较高，为44%～51%，石英含量为9%～31%，斜长石含量为9%～19%，白云石含量为6%～15%，黄铁矿含量为1%～3%，菱铁矿含量为3%～9%。

2.2 电性特征

沉凝灰岩矿物成分复杂且容易发生蚀变导致其测井响应特征具有较强的区域性。为准确识别沉凝灰岩，利用岩心及常规测井资料分析，沉凝灰岩在测井曲线上表现为“两高一低”的特征，即高中子、高声波时差、低电阻率。根据岩性扫描测井资料，如图3中L2井5 973～5 990 m所示，沉凝灰岩矿物成分主要由黏土、石英、斜长石、钙长石、方解石、白云石及黄铁矿组成，黏土含量约为40%。根据岩心、岩屑及特殊测井资料，利用典型井电性特征建立了补偿中子—声波时差、自然伽马—补偿中子、自然伽马—声波时差和自然伽马—电阻率交会图版（图4），确定了泥质灰岩、沉凝灰岩、灰岩的识别标准。从图4中可以看出，灰岩的自然伽马值介于15～42 API，补偿中子值介于0～2 P·U，声波时差值介于47.5～56.0 μs／ft；沉凝灰岩的自然伽马值介于39～118 API，补偿中子值介于20～40 P·U，声波时差值介于77～100 μs／ft；泥质灰岩的自然伽马值介于56～120 API，补偿中子值介于2～10 P·U，声波时差值介于52～66 μs／ft。

2.3 储集性探讨

根据L2 井岩心观察可知局部沉凝灰岩段见针孔，扫描电镜分析表明，储集空间以晶间溶孔、晶内溶孔为主（图5）。5 个沉凝灰岩段常规物性分析孔隙度介于1.79%～5.75%，平均为4.32%。测井解释储层厚5.1～66.9 m，孔隙度介于6.9%～12.4%，为中—低孔隙度、低渗透率储层。邻区YB7井岩心平均孔隙度为9.63%，为一套优质储层［6］。展现了一定的勘探价值。

3 分布特征

图3 L2井吴家坪组沉凝灰岩段岩性扫描测井图

图4 吴家坪组岩性定性识别图版

吴家坪组沉积早—中期，火山喷发活动较为频繁，为区内提供了丰富的火山灰物质来源。钻井证实该地层中下部发育多套厚度不等的沉凝灰岩，其中具有一定厚度及平面分布范围的沉凝灰岩发育在吴家坪组中部。根据35 口钻井资料编制了沉凝灰岩厚度分布图（图6），以SY1-1井区—LG70井区沉积最厚，可达60～82 m，其次，在元坝及九龙山局部地区也有分布，但厚度相对较薄，厚约20 m。

图5 L2井吴家坪组沉凝灰岩孔隙类型镜下照片

图6 川西北部地区吴家坪组沉凝灰岩等厚图

火山灰搬运通常有两种形式，一种是火山灰在风力作用下直接从空中降落，即“空降型”；一种是经流水搬运再沉积下来，即“水携型”［6］186。区内沉凝灰岩主要是火山灰喷出后，在风力作用下被搬运至远离火山口的位置，再降落到碳酸盐岩海相沉积环境中形成的，薄片分析常见碳酸盐胶结。因此，区内沉凝灰岩的分布受风力、海底地形、海水等多重因素影响。通常来讲，地貌较低的位置易于接受沉积，因此，海底地形是影响沉凝灰岩分布的重要因素之一。考虑到当时的沉积环境，采用残余厚度法恢复了沉凝灰岩沉积前古地貌（图7）。残余厚度较大，指示古地貌为相对负地貌，反之亦然［7-9］。SY1-1井到龙岗西一带残余地层厚度大于50 m，为沉积洼地，其余地区残余地层厚度变化不大，一般为10～20 m，表明古地貌起伏不大。由此可见，区内沉凝灰岩局部富集受其沉积前古地貌影响较大。

4 地质意义

根据研究及试油资料证实，川西北部地区吴家坪组沉凝灰岩具有一定的储集能力，且分布面积广，可作为一个新的勘探对象，予以重视。

4.1 沉凝灰岩具有自生自储能力

根据试油及钻录井资料证实，川西北部地区吴家坪组发育沉凝灰岩这一新的储层类型，储集空间以晶间溶孔、晶内溶孔为主。根据测井资料分析，沉凝灰岩优质储层主要分布在SY1-1井—龙岗西地区一带。L2井元素测井计算总有机碳含量约5%，元坝地区深灰色、灰黑色沉凝灰岩、泥灰岩总有机碳含量平均值为3.59%［10］。由此可见，沉凝灰岩可以作为一种新的烃源岩参与供烃。因此，该岩类既具有良好的生烃能力又可作为有效储层，具备较好的自生自储能力。

4.2 沉凝灰岩与多期礁滩叠置发育

图7 川西北部地区吴家坪组沉凝灰岩沉积前古地貌图

通常而言，台地边缘滩这类水动力条件较强的沉积环境有利于优质储层的形成和演化［11-13］。区内吴家坪组沉积早期发育缓坡沉积，沉积中期受拉张断裂作用影响，川西北部地区形成地堑地垒，沉凝灰岩则富集在地貌较低的SY1-1 井区— 龙岗西一带，起到了填平补齐、抬高地貌的作用，造成台盆分异加剧。吴家坪组沉积晚期继承了前期地貌，在SYS局部地区及龙岗西一带的地貌高地形成较厚的台缘滩沉积，薄片分析其岩性以具有粘结特征的生屑滩、少量颗粒粘结岩为主，厚度为40～90 m，向北、北东方向逐渐过渡为斜坡—陆棚沉积环境，厚度亦快速减薄至13～24 m，岩性以泥晶灰岩为主。由此可见，厚层沉凝灰岩沉积为晚期台缘滩形成创造了地貌条件。根据相关研究表明，龙岗西—元坝一带也是中二叠统茅口组台缘滩、上二叠统长兴组生物礁叠合发育区［14-16］。因此，该区带是沉凝灰岩与多期礁滩叠置发育区，具备立体勘探优势。

5 结论

1）川西北部地区吴家坪组沉凝灰岩电性上具有“两高一低”的特征，即高中子、高声波时差、低电阻率。

2）纵向上，吴家坪组沉凝灰岩主要分布在中部，推测在吴家坪组沉积中期可能有大规模火山喷发为区内提供了丰富的火山灰来源。平面上主要分布在SY1-1 井—龙岗西一带，其次在元坝—九龙山局部一带，其分布范围受古地貌影响较大。厚层沉凝灰岩沉积为SY1-1 井—龙岗西地区吴家坪组晚期台缘滩的形成创造了地貌条件。同时，该区块发育茅口组台缘滩、长兴组生物礁，具有多层系立体勘探的有利条件，值得重视。

3）吴家坪组沉凝灰岩具有一定的生烃能力及储集空间，优质储层主要分布在SY1-1 井—龙岗西一带。针对该岩类的研究尚处于起步阶段，加强基础地质研究，开展储集性系统评价是当务之急。