开江—梁平海槽南段长兴期沉积格局认识及油气勘探意义

2022-11-30邓志强胡明毅左洺滔

断块油气田 2022年6期

邓志强，胡明毅，左洺滔

（1.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100；2.中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州 730000）

0 引言

四川盆地二叠系长兴组是我国西部地区主要的产气层位［1］，其发育的礁滩体是重要的海相碳酸盐岩储集体类型之一，备受国内研究者们的关注［2-3］。自20世纪70年代起，建16井开钻及工业油气流的发现，开创了我国海相碳酸盐岩油气勘探领域的新纪元［4］；特别在“开江—梁平海槽”概念提出后［5］，围绕着海槽两侧台缘带进行了大量的研究工作，先后发现了普光、元坝、罗家寨等一大批大中型生物礁滩气藏［6-8］。2010年，中国石油在四川盆地“开江—梁平海槽”西南侧又提出了“蓬溪—武胜”台洼这一概念，在台缘礁滩油气聚集理论指导下，该台洼两侧发现了大量具有工业气流的长兴组台洼边缘礁滩体［9-10］。通过近年的勘探研究，目前对四川盆地长兴期“三隆三凹”沉积分异格局的认识已达成基本统一。其中：“三凹”自西向东依次为蓬溪—武胜台洼、开江—梁平海槽（陆棚）（有部分学者称之为海槽沉积环境［5］，而其他学者认为应称之为陆棚沉积环境［11］，在此统一称之为海槽）及城口—鄂西海槽；而“三隆”则主要为四川盆地内由“三凹”所夹的台内高地区域。这种“隆凹相间”的沉积格局，有利于长兴组生物礁滩的发育。前期通过四川盆地长兴组天然气勘探成果证实，川东地区长兴组礁滩体主要发育于海槽（台洼）两侧的台地边缘（台洼边缘）相带。由此可知，四川盆地长兴期的沉积格局，特别是台地边缘相带的展布特征，对长兴组生物礁滩气藏的勘探工作具有一定的指导意义［12］。

随着对四川盆地长兴期生物礁滩天然气勘探的不断深入，不同学者对长兴组生物礁沉积特征［4-5，13］、层序划分［14-15］、储层特征［7，10，16］以及成岩作用［17-18］等方面进行了大量的研究，为下一步长兴组生物礁研究工作奠定了理论基础。尽管前人对四川盆地开江—梁平海槽及周缘地区长兴期沉积格局进行了大量的研究，但针对开江—梁平海槽南段的沉积格局一直存在着争议，严重制约了海槽南段礁滩气藏的勘探部署。主要表现为2类观点：第1类观点认为开江—梁平海槽与城口—鄂西海槽相通，并有学者提出了“建南陆棚”“利川台内盆地”等概念［13，19-20］；第 2 类观点认为开江—梁平海槽与城口—鄂西海槽之间不存在连通情况，有学者认为其间为开阔台地环境，内部有台内点礁沉积［21-22］。

基于此，本文通过大量测录井资料以及大猫坪西三维区最新地震解释资料，开展了开江—梁平海槽南段沉积特征研究，旨在探明该区域礁滩沉积格局，进一步拓展川东地区长兴组生物礁气藏的勘探领域。

1 区域地质概况

研究区地理位置位于重庆市及其周缘地区，北抵四川省达州市开江县—重庆市梁平区一带、南至重庆石柱县（见图1a）。研究区构造位置位于川东弧形高褶带内，包括大池干、福禄场、大猫坪、茨竹娅等构造带，构造位置相对复杂。研究区内出露见天坝、中槽、窑厂、三墱坡剖面，大部分地区长兴组与下伏龙潭组及上覆飞仙关组呈整合接触（见图1b）。

图1 四川盆地长兴期沉积背景及地层综合柱状图

研究区长兴组分为长一段、长二段及长三段。长一段为深灰色、灰黑色泥晶灰岩及泥质灰岩夹燧石结核灰岩；长二段以浅灰色、灰色泥晶灰岩及生屑灰岩、生物礁灰岩、生物礁云岩为主，为长兴组生物礁的主要发育层段；长三段以深灰色泥晶灰岩为主，部分地区发育生屑灰岩，为长兴组生屑滩的主要发育层段。

前人研究认为，四川盆地长兴组整体为由南西向北东倾斜的区域性缓坡，受二叠纪末期峨眉地裂运动及差异性沉降活动的影响，盆地自东向西依次形成了城口—鄂西海槽、开江—梁平海槽及蓬溪—武胜台洼3个大型负向沉积单元，与浅水碳酸盐岩台地区形成了典型的“槽-台”沉积分异格局［23］。飞仙关组在此基础上继承性沉积，早期以厚层泥晶灰岩为主，开江—梁平海槽逐渐被填平补齐；中—晚期以开阔台地为主，发育大规模鲕滩沉积；最终在飞仙关组沉积末期台地夷平化，发育蒸发台地。

2 川东地区长兴组沉积特征

在蒋裕强等［24］采用的川东地区长兴组沉积相划分标准的基础上，本次研究根据研究区长兴组见天坝剖面野外露头的实测与观察、4口取心井岩心、112块染色薄片的观察以及大猫坪西三维区最新地震解释资料的分析研究认为：开江—梁平海槽南段封闭并不完全，其间存在着一个台内洼地，台洼周缘发育大量的台洼边缘相带（因“台洼边缘相带”与“台地边缘相带”部分发生重叠，且研究区内沉积特征相似，以下均以“台地边缘相带”代替“台洼边缘相带”）；研究区内发育大量的生物礁滩，生物礁滩体之间存在着大量的指状潮道，以浅水台地的形式沟通了开江—梁平海槽与城口—鄂西海槽。

在长兴组沉积早期，海平面快速上升，该时期继承了龙潭组的沉积格局，表现为碳酸盐岩缓坡沉积模式。在长兴组沉积中期，随着海平面逐渐下降，研究区逐渐转变为碳酸盐岩台地，发育台坪、台地边缘（台洼边缘）、台内洼地等沉积相类型（见表1），生物礁滩大规模发育。在长兴组沉积晚期，海平面再次快速上升，沉积一套滩间泥晶灰岩，随着海平面不断下降，再次发生大规模的生物礁滩建造。

表1 川东地区长兴组沉积相类型及典型岩性

2.1 台坪

该相带在研究区内广泛分布，沉积水体相对较浅、连通性好。岩石类型以浅灰色、灰色薄—中厚层状泥晶灰岩夹泥晶生屑灰岩为主，可细分为台内礁、台内滩及滩间3个亚相。

2.2 台地边缘（台洼边缘）

研究区内台地边缘相带主要呈狭长条状分布于开江—梁平海槽两侧以及城口—鄂西海槽周缘，进一步可细分为台地边缘礁、台地边缘滩及滩间3个亚相。台地边缘礁亚相主要为生物礁灰岩、生物礁云岩及各类颗粒岩，纵向上分为礁基、礁核及礁盖3个微相（见图2、图3）。礁核微相为台地边缘礁亚相的主体部分，主要由海绵等造礁生物组成（见图2a—2c），生物格架间以亮晶方解石胶结为主，泥晶方解石少见，常见于高能沉积水体环境。台地边缘滩亚相主要为亮晶生屑灰岩（见图2d），由于通常发育于礁顶等高部位，易发生溶蚀及白云石化作用（见图2e，2f）。滩间亚相为台地边缘相带中水体较深、能量较低的相带，主要由浅灰色、灰色泥晶灰岩组成，生物碎屑含量较低。

图2 研究区长兴组主要岩石类型

图3 研究区箭竹1井长兴组沉积相综合柱状图

2.3 台内洼地

研究区内台内洼地分布范围较小，主要分布于开江—梁平海槽南段大猫坪与建南地区之间的部位。根据此次沉积相划分方案，研究区内主要为台内浅洼亚相，未见明显的高能相带沉积。

3 长兴期沉积格局

在研究区长兴组沉积相划分的基础上，基于区内长兴组典型露头及钻井岩心、薄片观察，对比分析区内地震解释资料，并结合前人研究成果认为，开江—梁平海槽南段的认识与前人研究成果存在差异。为了探明研究区长兴期沉积格局，刻画区内开江—梁平海槽南段、城口—鄂西海槽两海槽边界，以及两者之间是否沟通的问题，本文从4个方面进行探讨。

3.1 地层厚度

通常来讲，沉积地层局部发生增加或者减薄的趋势可间接反映古地形变化，海槽区地层沉积较薄。就川东地区长兴组而言，沉积环境差异造成浅水台地区的地层沉积速率远远大于深水海槽区。

开江—梁平海槽南段、建南地区及周缘地区长兴组、飞仙关组地层厚度见表2。由表2可知：开江—梁平海槽南段及建南地区的高能台地边缘相带与深水海槽相带的长兴期、飞仙关期的地层厚度差异明显；在台地边缘相带的地层厚度明显增大，而在深水海槽相带的地层厚度明显减薄。

表2 研究区长兴组、飞仙关组地层厚度 m

例如：建南地区西北缘海槽相带方斗山附近的窑厂剖面长兴组地层厚度约50.00 m，飞仙关组地层厚度约500.00 m［24］，与建南地区位于台地边缘相带的建7井长兴组地层厚度相比约薄261.85 m，与飞仙关组地层厚度相比约厚118.00 m；位于开江—梁平海槽南段的梁6井长兴组地层厚度约126.00 m，飞仙关组地层厚度约461.00 m，与该海槽南段台地边缘相带兴隆1井长兴组地层厚度相比约薄225.70 m，与飞仙关组地层厚度相比约厚90.00 m。

研究证实，研究区长兴组、飞仙关组整体地层变化趋势与四川盆地长兴组、飞仙关组地层补齐变化趋势相同，且海槽区长兴组地层厚度明显薄于台地区地层厚度。

3.2 岩石学特征

前人研究表明，晚二叠世的峨眉地裂运动引发上扬子克拉通内裂陷，基底断块迅速沉降，海槽相带形成于深水沉积环境，与浅水碳酸盐岩台地相带呈现明显的沉积分异格局，在地层岩性、沉积相特征等方面均表现出较大差异。

2017年，蒋裕强等［24］发现了具有典型大隆组沉积特征的窑厂剖面，发育薄层的硅质页岩及中厚层状的硅质、泥质灰岩，认为窑厂剖面长兴组发育深水海槽相带沉积，进一步证实了建南地区西北部仍然存在深水海槽相带沉积，与建南地区海槽两侧台地相带存在着沉积分异格局。

对研究区长兴组连井剖面沉积相对比（见图4）发现，研究区长兴组地层厚度差异较大，呈现厚—薄—厚的趋势。窑厂剖面显示深水海槽相带特征，岩性以硅质页岩及燧石结核灰岩为主，地层厚度远小于两侧台缘及台地地层厚度。而位于深水海槽相带两侧的茨竹娅剖面及建16井、箭竹1井等均发育高能礁滩沉积（见图 3）。结合前人研究认为［13，24-25］，建南地区存在着城口—鄂西海槽向北延伸的深水区域。

图4 研究区长兴组连井剖面沉积相对比

3.3 地震相特征

对大猫坪西三维区地震剖面进行精细剖析，结合区域沉积特征及以往地震解释资料，建立了研究区长兴组不同沉积相对应的地震相模式，从而有利于刻画地震剖面中沉积相的分布规律。

台地边缘礁亚相在研究区内较为发育。地震剖面中通常表现为对称或不对称的丘状外形，生物礁顶部通常为中—强振幅，在两翼可见上超现象；生物礁内部地震反射轴通常呈杂乱或空白的反射现象；而礁（滩）间通常表现为连续、中—强振幅，反射轴多呈单轴、低频状。

斜坡相在地震剖面中呈较连续、中—强振幅反射特征，可见下超到底部的强轴。根据研究区长兴组沉积相及地震相对比分析认为，大猫坪西三维区地震相反射存在明显的“槽-台”分异特征。

由大猫坪西三维区地震剖面精细剖析可以看出：开江—梁平海槽南段存在着一个高能的台地边缘相带，台地边缘相带西北侧为海槽区，海槽区以南为台地区（见图5a，5b）；开江—梁平海槽在大猫坪西三维区东南段发育了一系列不连续的高能生物礁（见图5c），生物礁之间并未将海槽完全封闭，而是在不连续发育的生物礁之间存在礁间水道（见图5c）。由于这些礁间水道的存在，沟通了开江—梁平海槽东南段与南部的台内洼地。

图5 大猫坪西三维区长兴组时间厚度及典型地震剖面

基于前人对建南三维区地震解释及研究成果，验证了建南及其周缘地区存在着金竹坪及箭竹溪2个台地边缘相带，发育大量生物礁滩沉积［12］。在该区域发现城口—鄂西海槽向建南地区延伸的趋势，进而通过台地边缘相带之间的礁间水道与开江—梁平海槽东南段通过地势较低的台内洼地相连，实现了两侧海槽的水体沟通。

3.4 古地貌特征

基于残余厚度法对大猫坪西三维区长兴期古地貌进行恢复（见图6）。该区西南部为开江—梁平海槽南段沉积区，是地势最为低洼地带，其他三面为地貌较高部位，由开江—梁平海槽南段两侧的台地边缘相带及南段台地边缘相带组成。该台地边缘相带并未完全连接，多处呈断续状，并以指状沟通台地内部较深区域。

图6 大猫坪西三维区长兴期古地貌

综合上述研究认为：研究区长兴期开江—梁平海槽与城口—鄂西海槽并非独立存在，在大猫坪—兴隆场—建南地区存在着一个台内洼地，台内洼地南北两侧台缘带发育高能礁滩建造；同时，开江—梁平海槽通过大猫坪西三维区与台内洼地呈指状沟通，而城口—鄂西海槽同样沿建南地区有向西北延伸的趋势，直至窑厂剖面，一直发育着深水海槽相带，该侧水体同样通过台地边缘相带的礁间水道与台内洼地沟通。因此，开江—梁平海槽与城口—鄂西海槽之间并未完全封闭，而是以浅水台内洼地的形式沟通了两侧海槽（见图7），呈现“两槽-一洼-两台”沉积格局。

图7 研究区长兴组沉积中—晚期沉积格局

4 油气地质意义

目前，环开江—梁平海槽两侧台地边缘相带范围内，中国石油及中国石化均钻遇了多口长兴组高产天然气井，展现了环开江—梁平海槽两侧长兴组生物礁滩气藏良好的勘探前景。鉴于目前对开江—梁平海槽两侧台地边缘相带的天然气勘探成果［26-27］，进一步证实了川东地区长兴组生物礁滩油气聚集理论。

勘探实践成果表明，四川盆地长兴组海槽及台洼周缘的台地边缘相带是长兴组生物礁滩气藏最有利的发育区域。对研究区台内洼地及海槽精细刻画，明确了研究区长兴期沉积格局，进一步指明了开江—梁平海槽南段及其周缘地区台地边缘相带展布及生物礁滩有利建造区带，极大展示了开江—梁平海槽南段长兴组生物礁滩气藏的勘探前景，指明了川东地区长兴组下一步天然气勘探工作的有利靶向区，为研究区生物礁滩气藏的勘探拓展了新领域。

目前，针对研究区开江—梁平海槽南段地区属于不同油气公司、三维工区的地震资料覆盖面积较小、钻井分布数量较少等问题，建议协同加大地震勘探部署，以便开展长兴期海槽南段沉积格局精细刻画及生物礁滩的分布研究。