川西南井研地区灯影组沉积相及沉积模式

2020-11-10王海军邓大平

东北石油大学学报 2020年5期

杨成，王海军，王东，邓大平

( 中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610041 )

0 引言

20世纪40年代，开始对四川盆地震旦系—下古生界进行油气勘探。20世纪60年代，发现威远气田的震旦系灯影组气藏[1-2]。2011年，高石梯构造的高石1井在震旦系灯影组测试获得日产百万方的高产工业气流[3]。近期，在川西南井研地区B井灯影组钻遇良好藻丘相白云岩储层，测试获天然气。四川盆地灯影组勘探潜力大，井研地区震旦系灯影组顶部岩溶储层发育，灯影组内部藻凝块、藻格架白云岩厚度大，纵向叠置，横向连片，展布广，但是构造上位于老龙坝鼻状构造与威远构造鞍部，整个区块为斜坡区。

四川盆地灯影组纵向上可划分为4个亚段[4-5]，其中灯一段、灯三段厚度较薄，藻类不发育；灯二段为富藻段，盆地厚度在600 m左右，是地层沉积研究的重点之一[6-7]；受桐湾构造运动Ⅱ幕的影响，灯影组(特别是灯二段末期及灯四段末期)抬升暴露，接受大气淡水淋滤风化，形成岩溶界面[8-9]，导致灯四段在盆地内厚度差异较大，部分地区被剥蚀殆尽，岩溶不整合面是后期储层改造的重要因素，灯四段沉积特征是另一个研究重点[10-12]。

井研地区灯影组位于四川盆地西南部(川西南)，与川中高—磨地区灯影组的基础地质条件有一定的差异，受地震资料品质及研究区实钻井较少的制约。选取井研地区灯影组3口钻井，以及西南部邻区老龙坝构造L井，结合薄片观察，分析沉积相基本特征，进行沉积相划分，刻画平面沉积相展布特征，建立沉积相模式，为井研地区灯影组下一步勘探提供参考。

1 地质背景

四川盆地位于上扬子克拉通，属于大型多旋回盆地，是上扬子克拉通受交叉深大断裂影响而形成的整体呈菱形的构造盆地。盆地震旦系分为上、下统，上统分为灯影组和陡山沱组。四川盆地灯影组油气储集体非常古老，大多数野外露头分布于盆缘，在盆地内部钻井数量较少且多集中于川中地区，具有构造演化过程较复杂、埋深大的特点。

井研地区位于四川盆地西南部，构造上位于老龙坝鼻状构造与威远构造鞍部(见图1)。探区构造平缓，褶皱、断层欠发育，构造相对简单，整体形态为由南东向北西倾没的斜坡，局部发育金石、金石东、寿保场3个低幅度构造，面积为1 195 km2。研究区灯影组地层厚度展布较稳定，沉积环境为局限台地潮坪，西部藻丘体厚度大，纵向上数量较多，横向上连片发育，为储层的发育提供良好的沉积环境，具有较好的勘探价值和潜力。

图1 井研地区及邻区灯影组顶部构造位置Fig.1 Top structure location of Dengying Formation in Jingyan and adjacent area

2 地层特征

灯四段厚度横向变化较大。井研地区南东向的A、B井灯四段完全剥蚀，与上覆麦地坪直接接触，西南向老龙坝构造L井灯四段残留厚度较大(为220 m)，可分为灯四1和灯四2段。井研地区北东部C井灯四段残留厚度为22 m(见图2(a))。

图2 井研地区灯影组各亚段厚度分布Fig.2 Thickness distribution plan of each sub section of Dengying Formation in Jingyan Area

井研地区灯四段厚度主要受沉积环境影响，呈西厚东薄的特征，西部古地貌较高，水体能量较高，藻丘体厚度大，灯四段厚度超过80 m。井研地区东部古地貌较低，水体能量较低，藻类较少，以云坪相为主，厚度在20～80 m之间。

井研地区灯二上亚段厚度为70～180 m，平面厚度变化较大，西北部和东南部厚度较大，C井厚度较小(71 m)(见图2(b))；灯二中亚段厚度为200～260 m，平面厚度变化较小(见图2(c))。

井研地区灯二段与灯四段相似，呈西厚东薄的特征。灯二上亚段西北部厚度超过100 m，在100～180 m之间，占研究区面积四分之一以上，可能是受古地貌和海水潮汐作用的共同影响而形成的。西部藻丘体非常发育，丘体厚度逐渐增加，西部地区可能发育大型藻丘体；东南部以A、B井为中心分布几个地层厚度超过100 m的点，藻丘可能为孤立、点状生长发育。

3 沉积特征

3.1 沉积相识别标志

3.1.1 岩石颜色

在四川盆地震旦系沉积演化过程中，陡山沱组沉积期是南沱冰期冰川消融，围绕古陆、残余古陆、水下古隆起的滨岸带，以及潮坪环境的潟湖(泥质)相的泥质砂岩、泥质白云岩、白云质泥岩，岩石颜色较深，以深灰色、灰褐色为主；灯影组沉积期古陆、残余古陆等多被海水侵没或剥蚀夷平，四川盆地演变成典型的浅水碳酸盐岩台地沉积环境，岩石以浅灰色、灰白色、黄色、黄绿色的白云岩为主。岩石岩性、颜色的转变反映气候、水体等沉积环境的演变[13]。

3.1.2 岩石类型

3.1.2.1 晶粒白云岩

晶粒白云岩包括泥晶白云岩(见图3(a))和粉—细晶白云岩。泥晶白云岩为灰色—黑灰色，为泥晶结构，粒径通常小于6 μm，常夹带黏土类物质，孔隙不发育，呈薄层状、纹层状及条带状(见图3(a-c))。粉—细晶白云岩颜色为灰白色，多数经过强烈的重结晶作用，可辨识早期成岩阶段的一些结构(残余砂屑、凝块、叠层等)，粒径为60～230 μm，裂缝较发育。

图3 井研地区主要沉积相岩石类型特征Fig.3 Rock type characteristics of main sedimentary facies in Jingyan Area

3.1.2.2 藻白云岩

藻白云岩主要有藻团块白云岩、藻纹层白云岩、藻凝块白云岩、藻粘结格架白云岩、藻绵层白云岩、藻粘结砂屑白云岩等(见图3(d-g))。灯影组沉积期，菌藻类生长繁盛，菌藻类也是灯影组沉积期成岩、造丘生物的主体之一，藻白云岩形成大多是菌藻类营造的结果[14]，为菌藻类集群在不同水体深度、不同水动力条件下的环境表征。藻白云岩受海水的潮汐作用及雨量的影响大，多呈不同沉积构造形态，呈叠层状、柱状、藻粘结格架状的藻白云岩对碳酸盐岩潮坪环境形成有重要贡献，能起到阻挡、减缓高能波浪冲击作用。灯影组沉积期属于海水潮汐作用占主导的潮坪环境。

3.1.2.3 颗粒白云岩

颗粒白云岩主要有砾屑白云岩、砂屑白云岩、鲕粒白云岩等。砾屑白云岩为深灰色(见图3(h))、灰黑色，颜色较深，砂屑白云岩及鲕粒白云岩颜色较浅，以浅灰色为主。三者区别主要是粒径大小及分选磨圆。多期的粒间胶结物主要是粉晶、亮晶白云石。颗粒白云岩代表的沉积环境能量较高，如砾屑白云岩沉积时期水体动荡，代表高能环境，可能与古风暴有关，记录碎屑流沉积。

3.1.2.4 岩溶白云岩

岩溶白云岩颜色较浅，以灰白色为主，角砾分布杂乱，磨圆、分选很差，充填物质多种多样。有大量的溶蚀孔洞，但多被沥青、石英、白云石等充填，储集物性很好(见图3(i))。碳酸盐岩的化学性质活跃，加之在灯影组沉积期受桐湾运动Ⅱ幕影响，地层抬升，受大气淡水侵蚀淋滤，易形成大量的溶蚀孔洞，改善储层物性。

3.1.3 地震相特征

根据高石梯地震剖面特征，台缘带高石9、高石10井藻丘发育，藻丘相白云岩的地震反射特征为宽波谷、低频率，丘型外部结构呈叠瓦状、蠕虫状、不连续；距离台缘带较远的高石21井以泥云坪相纹层状白云岩为主，地震反射特征为窄波谷、高频率、波形连续分布稳定[5]。井研地区灯影组藻丘相发育，在二维地震剖面观察到大型丘状反射特征，呈多层叠置连续分布(见图4)。

图4 井研地区灯二段藻丘相地震剖面特征Fig.4 Seismic profile of algal mound facies in second member of the Dengying Formation of Jingyan Area

3.2 沉积相类型及特征

根据沉积相识别标志，井研地区灯影组主要为碳酸盐岩台地沉积体系[15]，划分为局限台地、台地边缘、斜坡、盆地4个沉积相。局限台地是一个局限的、被浅海全面覆盖的、沉积水体一般在5～30 m之间的广阔、平坦地区；亚相分为云坪、藻云坪、藻丘和潟湖(见表1)，其中局限台地的云坪及藻丘是较为常见的亚相类型(见图4)。

表1 井研地区灯影组主要沉积相类型

3.2.1 云坪亚相

云坪亚相岩性以浅灰色、灰白色、灰色粉—细晶白云岩，含藻白云岩，夹泥质条带白云岩为主(见图3(b-c))。云坪亚相位于局限台地潮坪环境，沉积古地貌相位于海平面附近，潮水可以波及，海水盐度偏高。由于沉积环境能量守恒，云坪亚相经常与藻云坪、浅滩相毗邻或共生，地震剖面表现为窄波谷、强振幅、非常连续的响应特征，可以观察到大片连续分布的云坪亚相地震相特征，偶有异常出现的藻丘反射，可能是云坪亚相发育的藻丘体。

3.2.2 藻云坪亚相

藻云坪亚相介于云坪亚相和藻丘亚相，为二者过渡相带。岩性以浅灰色、灰白色藻纹层白云岩(见图3(g))和藻叠层白云岩为主，沉积环境水体深度较浅，比云坪亚相的深一些，潮水可以很快波及，藻类较少，但是有小面积、薄层状生长。在地震剖面上识别难度较大，地震响应特征与云坪亚相区别不明显，又与藻丘亚相有类似之处，位于沉积旋回的中部。

3.2.3 藻丘亚相

藻丘亚相是菌藻类(蓝藻)等微生物建造的，或其他多种生物(珊瑚、腕足、海绵等)参与建造的，镜下呈条带状—层状、团块状、球状等，在地震剖面上呈丘状的富藻白云岩。岩石类型主要为藻叠层白云岩、藻粘结格架白云岩、藻绵层白云岩、藻粘结砂屑白云岩(见图3(d-f))。藻丘相一般在相对低能的云坪相之上发育，位于沉积旋回的中、上部，自下而上水体变浅、能量变高，菌藻类大量繁殖，藻丘相取代云坪相开始占主导地位。

3.2.4 潟湖亚相

潟湖亚相岩石类型主要为灰褐色、黑灰色、深灰色泥质白云岩，以及泥晶白云岩(见图3(a))、泥页岩、泥岩，反映灯影组沉积期一次沉积环境的转变过程。受地壳运动影响，之前淹没于水下的古陆重新抬升，大量陆源物质补充，碳酸盐岩发育受到抑制，潟湖发育在浅滩、藻丘亚相之下，位于沉积旋回的中、下部。如井研地区灯影组C井埋深在3 834.2～3 839.1 m之间(见图5)，厚度为4.9 m，上部主要是云坪亚相粉—细晶白云岩，下部主要是藻纹层白云岩，自然伽马曲线出现明显的高值波动。

图5 井研地区C井灯影组沉积相综合柱状图Fig.5 Comprehensive histogram of Dengying Formation of well C in Jingyan Area

3.3 层序划分

根据沉积相类型及特征、岩石类型转换界面特征[16-18]及测井曲线特征，将井研地区灯影组划分为2个Ⅲ级层序：灯一段、灯二段(桐湾构造运动Ⅰ幕之前)划分为SQ1层序；灯三段、灯四段(桐湾构造运动Ⅰ幕与Ⅱ幕之间)划分为SQ2层序(见图5)。

灯二段与灯三段层序界面为岩性转换面，灯二段上部为藻纹层状白云岩及泥晶白云岩，灯三段为灰黑色白云质泥岩、泥质白云岩；灯二段顶部40 m的平均自然伽马曲线为12.8 API，形态较为平直。灯三段自然伽马曲线形态变尖，最大为124.0 API，平均为85.5 API，层序界面处为明显的高值波动。岩石颜色代表环境的变化，即由灰色、浅灰色转变为深灰色、黑灰色。灯二段沉积末期至灯三段沉积期，受桐湾构造运动影响，有一次快速的海平面升降，灯二段沉积期的碳酸盐岩潮坪环境逐渐被抑制，灯三段沉积期的海平面快速升高、水体深度增加，局限台地潟湖亚相占主导地位，整个盆地沉积一套以泥页岩为主的碎屑岩。

井研地区C井灯影组灯二段沉积期非常适宜藻类物质生长，藻丘亚相十分发育(见图5)。藻丘体的沉积为海侵—海退过程，高能、富藻的藻凝块和藻粘结格架白云岩发育于靠近反旋回的上部；灯三段水体较深、能量较低，碎屑物质较多，以潟湖亚相为主；灯四段是一次海退过程，以云坪、藻云坪亚相为主。C井灯影组沉积经历海侵(灯二段沉积期)—海侵(灯三段沉积期)—海退(灯四段沉积期)的过程。

3.4 单井沉积相

井研地区C井灯四段厚度为22.0 m，发育两个短期反旋回，下部反旋回深度为3 830.0～3 839.0 m，主要为潮下低能含泥藻滩微相及潟湖亚相沉积，岩石类型为含泥藻白云岩、粉—细晶白云岩和云质泥岩；上部反旋回深度为3 813.0～3 830.0 m，主要为潮间、潮上带的藻云坪亚相、云坪亚相沉积，岩石类型为微—粉晶白云岩、藻纹层微粉晶白云岩、藻叠层微粉晶白云岩、藻粘结砂屑微粉晶白云岩(见图5)。

灯二段厚度为161.0 m，划分为上、中亚段，发育2套藻丘体。灯二上亚段藻丘体厚度为70.5 m，其中丘核主要发育于中上部，厚度为5.0～10.0 m，岩性以藻凝块及藻格架白云岩为主，丘基为藻纹层白云岩，丘盖为泥、粉晶白云岩；灯二中亚段藻丘体厚度为70.4 m，其中丘核主要发育于灯二中亚段顶部，厚度为6.5～29.0 m，岩性以葡萄状结构藻凝块及藻粘结格架白云岩为主，上覆藻丘的丘基可充当丘盖，丘基为灯二中亚段下部的藻云坪亚相纹层白云岩(见图5)。

3.5 连井沉积相

井研地区没有钻至灯一段地层，邻区的L井灯一段主要发育云坪及藻云坪亚相，以泥—细晶白云岩和含藻白云岩为主。

灯二段沉积环境主要以潮间—潮上带为主，划分为上、中、下三个Ⅳ旋回。其中灯二段顶部岩石类型特征明显，发育潮上云坪沉积的泥微晶白云岩，全区广泛分布，厚薄不一，但有一定发育，L、A、B、C井厚度分别为53.0、47.0、23.0和8.0 m；灯二段上、中亚段潮坪相高能藻丘相白云岩具有纵向叠置、横向连片，累计厚度大，全区分布广的特征，L、A、B、C井的富藻的藻叠层白云岩、藻粘结砂屑白云岩和藻粘结格架白云岩为准同生溶蚀储层发育奠定良好的沉积基础[14,17-19](见图6)。

灯三段主要为一套潮下低能的含白云质泥岩，在井研地区C井可见灯三段发育，A、B井未见典型含白云质泥岩沉积，两井灯三段被剥蚀殆尽。

灯四段主要为一套贫藻或不含藻的潮间—潮上沉积，井研地区仅C井见灯四段沉积，厚度为22.0 m，A、B井灯四段被剥蚀无残留，推测向西部A和L井方向，灯四段厚度逐渐增厚；同时，可能发育与高石梯灯四段相似的高能丘滩复合体，是研究区下一步重点探索区域。

根据井研及老龙坝地区灯影组沉积相，对比灯二上、中、下亚段的藻丘体发育情况，纵向上，灯二上亚段藻丘体最为发育，灯二上亚段藻丘体累计厚度及横向连续性好于中、下亚段的，原因可能是灯二上亚段沉积期的水体能量较强，营养类物质较多，既不太深也不干旱，非常适宜藻类生长[15,20-21]；横向上，西部地区较东部地区藻丘相更为发育，井研地区灯影组西部较东部藻丘体为优势相，东部以云坪亚相为主，说明西部比东部古地貌更高，水体更浅，水动力更高，为各种菌藻类的生长提供更适宜条件，藻丘比较发育。

3.6 沉积平面展布

井研地区灯四段主要的沉积古地理环境为局限台地潮坪环境。由于灯四段沉积期古地理、古气候及古水深存在差异，在藻云坪广泛沉积基础上，藻丘相主要分布于西部。西部古地貌较高，水体能量较高，适宜菌藻类大量繁殖，西南方向的老龙1井灯四段藻丘厚度约为80.0 m，而东部古地貌较低，潮汐及海浪能量传递过来时已经较弱，营养物质少，藻类不发育，C井灯四段以藻云坪沉积为主(见图7)。

井研地区灯二段为局限台地潮坪相沉积，藻丘亚相发育。灯二上亚段藻丘相集中分布于东南部和西北部(见图8)，特别是西北部的藻丘体展布面积大，横向连片，在井研地区西部的多条二维地震剖面可观察到大型“丘状”反射特征，为藻丘刻画提供支撑。该藻丘北至关庙乡，南至五通桥，西至乐山，东到马踏镇，占研究区面积的四分之一以上；井研地区东部至东南部为一个呈北东向“带状”展布的狭长形状的藻丘，包括竹园镇和B、A井的范围；井研地区南部及邻区的福禄镇、L井也有中型藻丘发育。

图7 井研地区及邻区灯四段沉积相Fig.7 Sedimentary facies map of the fourth member of the Dengying Formation in Jingyan and adjacent area

图8 井研地区及邻区灯二上亚段沉积相Fig.8 Sedimentary facies map of upper segment of the second member of the Dengying Formation in Jingyan and adjacent area

井研地区灯影组灯二中亚段藻丘体全区分布，无明显规律，呈碎块状、小面积发育(见图9)。

4 沉积模式

在区域沉积背景影响下，井研地区灯影组为碳酸盐岩台地沉积环境，为海侵退积的沉积序列，海侵方向主要来自于地区东部(见图10)。

灯一段沉积期为碳酸盐岩潮坪沉积环境早期，水体相对较浅，但是温暖干净，加之小范围海水波动，沉积的白云岩类型主要为纹层状的含藻白云岩。

灯二段沉积期，海水持续加深，气候条件适宜，海水深度合适藻类生长，在台地内部发育许多富藻的沉积物，在波浪的作用下，富藻的沉积物被不断打碎，同时又在新的藻类富集区周围沉积，过程不断重复[22-23]，形成规模不等的藻丘相。在川北米仓山、川西南峨边、川西南先锋及遵义松林等地发现厚度超过15.0 m的大型藻丘相。藻丘相易受准同生及表生成岩作用影响，因此葡萄状、花边状构造藻白云岩在灯二段常见。灯二段沉积期，受藻丘相的影响，水体流动受限，台地内部形成较多局限潟湖。