川西北部地区飞仙关组层序地层格架及镶边台地沉积演化

2022-10-10完颜泽王明磊郑超王旭丽尹宏罗洋王宇峰胡欣李润彤汤潇

断块油气田 2022年5期

完颜泽，王明磊，郑超，王旭丽，尹宏，罗洋，王宇峰，胡欣，李润彤，汤潇

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川成都 610500；3.中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川江油 621709；4.中国石油西南油气田公司技术咨询中心，四川成都 610500）

0 引言

海相碳酸盐岩礁滩相油气藏是我国油气资源勘探的热点与重点［1-2］。近年来，先后在四川盆地西北部（即川西北部地区）飞仙关组鲕滩储层钻探获气流（LG69，L16，L016-H2 井飞二段测试产量分别为 21.2×104，15.5×104，131.9×104m3/d），展现了良好的勘探开发潜力。

鲕粒滩发育特征受沉积作用控制明显，层序地层格架决定了沉积演化的规律与格局。郑荣才等［3-6］将飞仙关组划分为2个三级层序，其中SQ1沉积期对应飞一段和飞二段，SQ2沉积期对应飞三段和飞四段，但体系域划分方案差异较大。谭先锋等［7］将开江—梁平海槽区南段飞仙关组划分为3个三级层序，每个层序对应海侵、早期高位及晚期高位体系域，并利用电测曲线及岩性剖面将飞一段和飞二段划分为2个三级层序。胡欣等［8-11］将剑阁—九龙山地区飞仙关组划分为4个三级层序，结合地震波形响应特征，将飞一段划分为2个三级层序。周琦等［11］将飞仙关组划分为5个三级层序。由此可以看出，飞二段至飞四段层序划分方案趋于统一，但由于之前未有井钻遇台前斜坡带，使得开江—梁平海槽及其周缘层序演化认识差异较大，对滩体发育规律认识不统一，制约了该区域的勘探开发需求。本次研究利用最新的岩心、测录井、地震资料，开展碳酸盐岩台地—台前斜坡—海槽（盆）层序地层划分、沉积演化及储层有利区预测研究，以期为该地区下步勘探开发提供借鉴。

1 区域地质背景

研究区位于四川盆地西北部川西低平断褶带北西侧，西与龙门山断褶带相连，北与米仓山相邻，包括绵阳—广元一带。川西北部地区飞仙关组早期继承了长兴期以清水碳酸盐岩沉积为主的台地—盆地（海槽）沉积体系，研究区内水体由南西向北东方向逐渐加深。在飞仙关组沉积中期，由于区内西北部龙门山断裂重新活跃，龙门山岛链开始逐渐形成，向区内提供了大量的细粒碎屑物，沉积环境转变为碳酸盐岩和碎屑岩混积台地。在飞仙关组沉积晚期，随着海平面下降及沉积物堆积，区内基本演化为极浅水局限台地及蒸发台地沉积环境［12-13］。根据岩性特征将飞仙关组划分为4段：飞一段发育台前斜坡—海槽（盆）沉积，岩性为深灰色石灰岩夹薄层含泥灰岩，上部局部发育鲕粒灰岩；飞二段以鲕粒灰岩过渡为含泥灰岩为特征；飞三段岩性以泥质灰岩为主，自然伽马值高；飞四段主要为膏岩、膏质云岩。飞仙关组钻厚变化大（320～780 m），裂陷槽区厚度明显高于台地区。

2 层序级次划分

为了建立飞仙关组层序地层格架及分析沉积演化规律，先要明确飞仙关组在四川盆地层序地层格架中的级次。四川盆地的演化过程共经历了6期旋回［14］：扬子旋回、加里东旋回、海西旋回、印支旋回、燕山旋回及喜山旋回，对应6期巨旋回，可将其识别为一级层序。二级层序对应区域性构造运动。早三叠世四川盆地发生峨眉地裂运动，该运动在晚古生代整个华南板块均有表现，尤其在川、滇、黔、桂、湘板块内较为强烈［15-17］。飞仙关组发育于印支旋回早期、峨眉地裂运动Ⅳ期（即运动衰退期），与嘉陵江组合为一套超长期旋回，据此对飞仙关组进行三级层序划分。

3 层序地层分析

3.1 层序界面识别标志

层序界面是沉积间断时形成的不整合面［18-19］，前人在研究过程中由于资料各有侧重，且在台前斜坡带无井钻遇，层序界面识别依据有所不同，使得层序地层格架划分方案存在差异［20-22］。本次研究依据岩心暴露溶蚀特征、测井曲线变化特征及地震波形响应特征等，对飞仙关组内部层序地层进行分析。

3.1.1 岩心暴露溶蚀特征

海水升降过程中，鲕粒滩短暂暴露，在大气和淡水混合作用下，会发生较为明显的岩溶作用，出现选择性溶蚀现象［23-25］。例如：在 JT1井 SQ1顶界 SB2（SB 为飞仙关组三级层序SQ对应的层序界面），受溶蚀作用影响，岩心可见针状孔发育（见图1a），厚约20 m；微观表现为铸模孔、粒内溶孔（见图1b）；野外露头鱼洞梁剖面在飞一段顶部鲕粒云岩段可见铸模孔发育（见图1c）；而此类特征在研究区广泛发育（见图1d，1e）；局部区域因溶蚀作用强烈，发生白云岩化作用，形成鲕粒云岩（见图 1f）。

3.1.2 测井曲线变化特征

在未取心的层段，可以根据测井曲线变化特征反映岩性、泥质含量及海平面变化规律，进而研究沉积环境的演变特征［26］。例如：在 LT2井 SQ1底界 SB1，自然伽马曲线由下伏大隆组漏斗形变为上覆SQ1下部低幅箱形，岩性由灰质泥岩突变为石灰岩；JM1井SQ1顶界SB2，自然伽马曲线由SQ1平滑箱形变为SQ2钟形，表明水体能量逐渐降低，层序界面处电阻率曲线可见异常突变面；JT1井SQ2顶界SB3，岩性由下伏亮晶鲕粒灰岩转变为上覆泥质灰岩，层序界面处自然伽马值最低，电阻率曲线可以见到异常突变面；在JG1井SQ3顶界SB4，自然伽马曲线为齿化箱形—平滑箱形，岩性由膏岩变为泥质灰岩，表明水体加深，开始新的层序旋回。

3.1.3 地震波形响应特征

地震波形受沉积环境影响，具有上超、下超及顶超等层序界面特征［27-28］。例如：在SQ1底界SB1，若下伏地层为大隆组，对应波谷响应；若下伏地层为长兴组，则为弱波峰响应（见图2。图中红色箭头为最大湖泛面，黄色箭头为前积特征，黄色和蓝色三角为沉积旋回）。上覆SQ1海侵体系域可见上超特征，SQ1高位体系域可见上覆地层下超于下伏SQ1海侵体系域之上，SQ1高位体系域顶部与SB2为顶超接触关系。

3.2 层序界面特征

利用Vail经典层序地层学理论，将川西北部地区飞仙关组划分为 3 个三级层序（SQ1，SQ2，SQ3）、6 个体系域，对应 4 个层序界面（SB1，SB2，SB3，SB4）。

SB1为飞仙关组与下伏上二叠统之间的界面。上二叠世晚期，在开江—梁平海槽内部及其周缘具有同期异相的沉积特征：海槽内部为深水大隆组沉积，岩性以深灰色、灰黑色含硅质灰岩为主，泥质含量高；台缘为浅水长兴组生物礁沉积，发育亮晶生屑灰岩，界面附近可见白云岩化现象，岩性以灰色、深灰色石灰岩、泥质灰岩、含泥灰岩过渡为灰色、深灰色砂屑灰岩、含云灰岩及含泥灰岩为特征。自然伽马曲线退积特征明显，呈漏斗形。声波时差曲线受岩性差异的影响，具有较为明显的异常突变面。地震剖面上，SB1在碳酸盐岩台地发育区（下伏地层为长兴组）对应弱波峰响应，在台前斜坡—海槽（盆）发育区（下伏地层为大隆组）对应波谷响应。其中，在台前斜坡的上覆地层可见明显下超特征，而在沉积稳定的海槽内部，上覆地层为加积层（见图 2）。

SB2界面基本与飞二段底界相对应。台前斜坡—海槽（盆）受沉积环境影响，SB2与飞二段底界具有略微差异。开阔台地相带以石灰岩过渡为含泥灰岩为特征；在台缘—台前斜坡带以鲕粒灰岩转变为石灰岩、含泥灰岩为特征；而在海槽内部，则为含泥灰岩转变为泥质灰岩。自然伽马曲线由平滑箱形变为钟形，表明从稳定、相对高能的沉积环境变为能量逐渐降低的退积沉积。地震剖面上，SQ1高位体系域顶部可见顶超响应特征，底部可见下超于SQ1海侵体系域之上的响应特征（见图 2）。

SB3界面与飞三段底界基本对应。开阔台地相带岩性由鲕粒灰岩变为泥质灰岩，台缘—台前斜坡相带岩性为鲕粒灰岩、石灰岩转变为含泥灰岩、泥质灰岩，在海槽内部则由石灰岩变为泥质灰岩。自然伽马曲线由箱形、漏斗形变为钟形，表明沉积环境能量由升高转为降低的过程。地震剖面上，由南西向北东响应特征为波峰—弱波峰（见图2）。

SB4界面为飞仙关组与嘉陵江组之间的界面，与飞四段顶界对应。岩性以飞四段顶部膏岩、灰质膏岩变为嘉陵江组含泥灰岩、石灰岩为特征。自然伽马曲线由齿化箱形、漏斗形变为微齿化钟形、箱形，进积—加积沉积特征转变为稳定沉积特征较明显，表明水体能量逐渐由波动下降转变为相对较高的稳定沉积环境。地震剖面上，由南西向北东响应特征从波谷变为弱波谷（见图 2）。

3.3 层序划分

在层序界面识别的基础上，对川西北部地区飞仙关组进行层序划分。以JT1井为例，分析飞仙关组层序特征。JT1井位于剑阁地区中部，飞仙关组地层厚度为584 m，可划分为3个三级层序（见图3）。

SQ1与飞一段基本对应，钻厚328 m。SQ1海侵体系域沉积期，岩性主要为厚层块状深灰色石灰岩夹薄层含泥灰岩，反映水体较深，属于台前斜坡沉积体系，发育灰坪微相，自然伽马曲线呈平滑箱形—钟形，MFS1（MFS为最大湖泛面）附近可见静水泥沉积。SQ1高位体系域沉积期，自下而上岩性依次为深灰色含泥灰岩—深灰色石灰岩—灰色鲕粒灰岩夹薄层石灰岩，可清晰地反映海平面逐渐降低、水体能量逐渐增高，发育台缘鲕粒滩、滩间海沉积微相，自然伽马曲线呈逐渐降低的箱形。

SQ2与飞二段基本对应，钻厚92 m。SQ2海侵体系域沉积期，岩性主要为含泥灰岩，自然伽马曲线呈钟形，MFS2处发育灰质泥岩，反映低能沉积环境。SQ2高位体系域沉积期，岩性为灰色含泥灰岩夹灰白色鲕粒灰岩，该期沉积时海槽已经基本填平补齐，多发育台内鲕粒滩沉积微相，自然伽马曲线呈叠置漏斗形。

SQ3对应飞三段与飞四段，钻厚158 m。SQ3海侵体系域沉积期，自下而上岩性依次为鲕粒灰岩—含泥灰岩—泥质灰岩，发育局限台地沉积相，自然伽马曲线呈微齿化钟形，表明水体能量在波动中增强，MFS3处发育灰质泥岩。SQ3高位体系域沉积期，岩性为泥质灰岩—含泥灰岩—灰质泥岩—膏岩、膏质云岩，属于局限台地—蒸发台地沉积体系，发育局限潮坪与蒸发潮坪亚相，可进一步分为灰坪、灰泥坪、膏坪、泥坪、膏云坪等微相，自然伽马曲线呈齿化箱形—齿化漏斗形，表明水体能量波动较大，整体能量较低。

3.4 层序地层格架内沉积演化规律分析

为了解川西北部地区飞仙关组鲕粒滩空间分布规律，在野外剖面和单井层序地层划分的基础上，建立了研究区飞仙关组跨相区层序地层格架，并分析了格架内沉积演化规律。LG69井—JM1井—JT1井—LT2井连井相对比剖面（见图4）在川西北部地区呈南西—北东向展布，展布方向与开江—梁平海槽基本垂直，全长约60 km。结合地震剖面可以看出，飞仙关组继承性发育于长兴组/大隆组地层之上，受古地貌差异影响，不同地区的沉积环境有所不同。

SQ1海侵体系域沉积期研究区向南西海侵，发育退积沉积，地震响应特征为上超-下超。台缘带位于JM1与JG1井之间，并逐渐向JM1井区迁移，沉积厚度由南西至北东具有向台缘带减薄、向盆地区增厚的趋势。其中：局限台地相带位于LG69井区，发育局限潮坪亚相，灰坪、云灰坪微相；开阔台地—台地边缘相带位于JM1井区，发育灰色、深灰色石灰岩及含泥灰岩，厚度为 22～34 m；台前斜坡相带位于 JG1，JT1，LT2井区，发育灰色、深灰色石灰岩及深灰色泥质灰岩，偶见薄层泥晶鲕粒灰岩，厚度为140～300 m，反映该阶段海槽开始被快速充填。

SQ1高位体系域沉积期对应飞一段中、上部，发育进积体，台缘带回迁于JM1井区，随着海水下降，逐渐向九龙山方向迁移，形成快速填平补齐过程，地震响应特征为顶超-下超。其中：开阔台地相带位于LG69井区，岩性为灰色石灰岩、含云灰岩夹薄层深灰色含泥灰岩，厚度为130 m左右；台地边缘相带位于JG1，JT1井区，岩性由下至上依次为灰色、深灰色含泥灰岩、石灰岩及亮晶鲕粒灰岩，该区域水体能量相对较高，鲕粒圈层结构、方解石胶结特征明显，滩体钻厚为14.6～52.8 m；台前斜坡相带迁移到九龙山地区，以LT2，L17井区为代表，发育互层状薄层深灰色石灰岩与深灰色泥质灰岩，钻厚为 158～281 m。

SQ2沉积期与飞二期底部至中、上部相对应，该时期剑阁—九龙山地区的海槽已填平补齐完毕，故而LG69—JT1井区均发育开阔台地相，台缘带向北东方向迁移至九龙山构造主体区。开阔台地相发育台内滩亚相及鲕粒滩微相，厚度为50～90 m，鲕粒灰岩钻厚为7.1～17.2 m，发育灰色含泥灰岩与薄层浅灰色鲕粒灰岩叠置，自然伽马曲线呈钟形—漏斗形。台地边缘相（LT2井区）以灰色石灰岩夹薄层灰褐色鲕粒灰岩为特征，局部可见鲕粒云岩，自然伽马曲线呈平直箱形。L17井区发育台前斜坡相，发育灰色含泥灰岩、石灰岩夹薄层灰色鲕粒灰岩，厚度为157 m左右，自然伽马曲线呈齿化漏斗形。

SQ3沉积期与飞三段和飞四段相对应，整体以高位体系域为主。随着台缘带向北东方向逐渐迁移，SQ3海侵体系域至SQ3高位体系域早—中期（飞三段沉积期）均发育局限台地相，岩性以灰色、深灰色泥质灰岩、含泥灰岩夹薄层黑灰色泥岩为主，LT2井区可见薄层云质灰岩，向北东方向L17井区可见薄层灰色、灰白色泥质白云岩，进而可以识别局限潮坪、台内洼地亚相及灰泥坪、泥坪微相，自然伽马曲线为齿化钟形—漏斗形或齿化箱形。SQ3高位体系域沉积期，台缘带进一步向海槽迁移，LG69—L17井区在SQ3高位体系域沉积晚期（飞四段沉积期）发育蒸发台地相，岩性为灰色、灰白色膏岩、膏质云岩与泥质灰岩互层，发育蒸发潮坪亚相和蒸发潟湖亚相。

4 沉积模式分析

对上述层序界面标志、单井层序划分及连井层序地层格架内沉积演化规律进行分析，结合川西北部地区构造背景和前人研究成果，总结出研究区飞仙关组台槽充填演化模式。

飞仙关组沉积早期，四川盆地整体呈“隆坳相间”的古地理格局，川西北部地区位于台地与海槽的过渡带之间，具有“南西台地、北东海槽”的古地貌特征，继承了长兴组、大隆组的沉积格局。SQ1海侵体系域沉积期海平面上升，台地前缘向南西方向迁移，发育局限台地—开阔台地—台前斜坡—海槽（盆）沉积体系，在JT1井北东侧地貌变陡，逐渐变为海盆相。SQ1高位体系域沉积期海平面下降，台地前缘向北东进积，沉积模式逐渐变为均匀倾斜沉积模式，发育开阔台地—台地边缘—台前斜坡沉积体系，并于SQ1沉积末期将研究区内海槽填平补齐完毕。SQ2沉积期经历了短暂海侵沉积后，以发育高位体系域为主，沉积体系为开阔台地。SQ3沉积期水体能量低且沉积稳定，研究区由局限台地相过渡为蒸发台地相。

5 有利储集区预测

对层序地层格架下滩体分布及储层发育规律进行分析，是相控型储层有利区预测的有效手段。JT1，JG1井岩心、岩屑及钻井资料表明：1）亮晶鲕粒灰岩发育受沉积旋回控制明显，主要发育在SB2，SB3层序界面附近，随着水体能量降低，由SQ1高位体系域台缘带发育的厚层块状亮晶鲕粒灰岩（见图5a）逐渐变为SQ1海侵体系域缓斜坡相带发育的薄层粉晶、泥晶—粉晶鲕粒灰岩（见图5b）以及SQ2海侵体系域开阔台地发育的泥晶—粉晶粒屑灰岩（见图5c）。同时，结合研究区已钻井鲕粒灰岩发育情况，认为飞一段早期滩发育在SQ1高位体系域中部，随着海退向海槽迁移特征明显，厚层鲕粒滩位于JT1井区（即台缘带发育区），且SQ1高位体系域中—晚期至SQ2海侵体系域早—中期为台缘滩主要发育阶段。2）准同生期水体对鲕粒滩具有选择性溶蚀作用，形成针状溶蚀孔（见图5d）；埋藏期地下水沿较宽构造缝同样进行选择性溶蚀，形成扩溶孔（见图5e）。因此，共有2期溶蚀阶段，该溶蚀特征主要位于SB2层序界面附近，且高位体系域较海侵体系域具有更多的溶蚀孔、溶蚀缝等短期暴露特征（见图 5f—5h），以及更少的泥质条带、泥质条纹等深层静水沉积特征（见图5i）。3）SQ2发育台内滩及台缘滩，滩体厚度较SQ1滩体薄，但SQ2台缘滩溶蚀作用较SQ1台缘滩更强，局部可见白云岩化现象，发育溶蚀孔、溶蚀缝等优质储层特征（见图1、图4、图5）。

综合上述分析认为，单因素条件下的台缘带厚层鲕粒灰岩滩、高位体系域因短期暴露而形成的粒内溶孔、铸模孔及溶蚀缝等储集空间均不是影响优质储层发育的决定性因素，而类似于SQ2开阔台地相带发育的鲕粒云岩滩、鲕粒云质灰岩滩以及台地边缘相带发育的鲕粒云岩滩等具有白云岩化、强溶蚀作用的滩体发育区才是川西北部地区飞仙关组优质储层发育区，即SQ2台缘滩发育区。