川中北斜坡地区沧浪铺组一段颗粒滩特征及分布

2023-10-14唐松岳大力谭磊马梓珂李明杨应王双琴刘宏

断块油气田 2023年5期

唐松，岳大力，谭磊，马梓珂，李明，杨应，王双琴，刘宏

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；2.中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川遂宁 629000；3.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室，四川成都 610500；4.中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，四川成都 610500）

四川盆地是我国最古老的含油气盆地之一，纵向上发育多套含油气层系，先后发现了以古生界—震旦系为主力产层的威远、资阳、安岳等大型气田。经过近70 a 的勘探开发，重大油气勘探突破集中在川中加里东古隆起核部区域。随着勘探的不断推进，重心逐渐向川中古隆起北斜坡地区迁移，并于2020 年在灯影组二段和沧浪铺组取得重大突破，其中JT1 井在沧浪铺组试产气量达51.62×104m3/d，证实了该层系良好的含油气性，打开了四川盆地沧浪铺组勘探的新局面［1-7］。

前期研究认为，沧浪铺组不具备优质的储集性能及生烃能力，因而未将其作为油气勘探的主力层系，相关研究寥寥无几。王文之等［8］认为，沧浪铺组白云岩主要受德阳—安岳裂陷槽及古隆起共同控制，在合适的古地貌区域，颗粒滩沉积易白云石化，并进一步受溶蚀作用改造，从而形成优质储层。彭军等［9］认为，沧浪铺组发育陆棚、内缓坡2 种沉积相，沉积微相有混积浅水陆棚、浅水陆棚、混积潮坪、潟湖和浅滩等。乐宏等［4］认为，早寒武世沧浪铺期，四川盆地及周缘总体处于浅水陆棚沉积体系，而沧浪铺早期，德阳—安岳裂陷槽还未填平，受古地貌和物源控制，裂陷东部以清水陆棚碳酸盐岩沉积为主，白云石化颗粒滩相发育。严威等［10］认为，沧浪铺组储层主要为滩相储层，颗粒滩在德阳—安岳棚内洼地以东区域广泛发育。整体而言，虽然前人在沉积体系等问题上众说纷纭，但沧浪铺组储层以颗粒滩作为物质基础这一观点已被众多学者认可。目前相关成果主要侧重于盆地级沧浪铺组沉积及储层研究，在北斜坡地区沧浪铺组勘探局面亟需扩大的背景之下，针对区内颗粒滩特征及分布规律的研究较少，制约了下一步勘探进程。鉴于此，本文以川中北斜坡地区沧浪铺组一段为研究对象，以岩心、薄片、测井、地震资料为基础，揭示了区内沧浪铺组颗粒滩沉积特征、地球物理响应特征、纵横向分布规律，并通过三维地震精细刻画了区内颗粒滩的平面分布范围，以期为川中北斜坡地区沧浪铺组油气勘探提供更加充实的基础地质资料和科学依据。

1 区域地质概况

四川盆地位于上扬子板块的西北地区，受周缘构造运动控制，形成菱形的沉积盆地［11-19］。研究区位于川中古隆平缓构造带乐山—龙女寺古隆起北部，整体为单斜构造背景，海拔基本在-5 000～-7 000 m，落差近2 000 m，故也称北斜坡地区（见图1）。本次研究的重点区域为位于北斜坡的射洪-西充-充西三维地震区，资料覆盖面积约4 800 km2，目的层有效频段10～50 Hz，主频25 Hz。

图1 研究区位置、构造及寒武系沧浪铺组地层综合柱状图Fig.1 Location,structure of the study area and comprehensive stratigraphic column of Cambrian Canglangpu Formation

北斜坡地区下寒武统保存完好，地层横向分布稳定［20］，自下而上发育筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组，沧浪铺组与上、下地层均呈整合接触。研究区沧浪铺组可划分为2 段，自下而上分别为沧一段和沧二段。沧一段主要发育碳酸盐岩（鲕粒灰岩、残余鲕粒云岩、灰质鲕粒白云岩、云质鲕粒灰岩等）以及少量碎屑岩（灰色、深灰色石英粉砂岩、深灰色泥页岩）互层的混合沉积，储层主要发育在沧一段中上部的颗粒云岩（残余鲕粒白云岩、灰质鲕粒白云岩）以及少量晶粒云岩中；沧二段主要发育灰色、深灰色的砂泥岩沉积，可作为优质的盖层，颗粒滩欠发育。

已有研究表明，沧浪铺组沉积期，四川盆地周缘有汉南、摩天岭、泸定和康滇等4 个古陆在不同方向为盆地内部提供物源。与此同时，德阳—安岳裂陷槽并未完全消亡，与川中水下高地共同控制盆地内沧浪铺组沉积相分布［21］。以裂陷槽为界，西侧沧浪铺组以碎屑陆棚沉积为主，受裂陷槽阻隔，东侧地区陆源混入减少，发育清水浅水陆棚相［9］，进一步识别出颗粒滩、滩间海等亚相。研究区内储层主要发育在沧一段的滩相沉积中。

颗粒滩沉积受到沉积期构造位置、海平面升降变化及微幅古地貌等多种因素控制［22］。研究表明，在震旦纪—早古生代，研究区与高磨地区的构造-沉积背景相似，发育震旦系裂陷槽边缘丘滩及寒武系古隆起控制下的台内颗粒滩［23］。

2 沧浪铺组一段颗粒滩特征

2.1 岩石学特征

岩心精细描述和薄片鉴定表明，川中北斜坡地区沧浪铺组发育的颗粒碳酸盐岩主要包括鲕粒灰岩，以及在此基础上受不同程度白云石化作用改造的残余鲕粒云岩、云质鲕粒灰岩、灰质鲕粒云岩等（见图2）。

鲕粒灰岩颗粒含量高（体积分数55%～80%），种类多样，鲕粒占绝对优势，偶见砂屑、砂砾屑、生屑等，鲕粒粒径介于0.16～0.60 mm，形态多样，多见近球状、椭球状，偶见不规则状；磨圆度好，分选性好，内部结构保存完好，可见同心状及放射状纹层；颗粒间以点-线接触为主，见2～3 期胶结物，胶结物为方解石，局部混入石英碎屑。这类颗粒岩往往岩性致密，储集空间欠发育。

残余鲕粒云岩与鲕粒灰岩相比，鲕粒结构几乎被完全破坏，鲕粒外形在镜下仍清晰可见，主要由半自形细粉晶白云石构成，胶结物也几乎完全白云石化，晶体粒径略大于鲕粒内白云石，局部混入石英碎屑。这类颗粒岩为研究区主力储集岩，岩心面孔率在2%～10%，储集空间以粒内孔、晶间孔为主，孔隙多被沥青半充填甚至全充填。

云质鲕粒灰岩白云石化特征具有明显的选择性，白云石化组构以鲕粒为主，鲕粒结构被完全破坏，由细粉晶白云石构成，鲕粒之间胶结物未被白云石化，局部混入石英碎屑。这类储集空间以白云石化鲕粒内白云石间的晶间孔为主，孔隙多被沥青半充填或全充填。

2.2 相序及测井相特征

沧浪铺组颗粒滩沉积表现为多个向上变浅序列频繁叠置、单旋回呈逆粒序特征。单旋回颗粒滩向上生长过程中，随着沉积水体变浅，水体能量逐渐增强，由旋回下部的泥灰岩向上逐渐过渡为中—粗砂屑灰岩和鲕粒灰岩。

为准确刻画沧浪铺组颗粒滩分布特征，鉴于沧浪铺组钻井、取心资料有限且分布不均的情况，结合岩心资料对未取心井段进行测井相标定解释。通过自然伽马曲线的差异,可以较好地区分不同岩性，进而推测沉积环境，因而可以利用自然伽马曲线建立研究区颗粒滩测井响应模板［24］。通过对取心井段岩性和自然伽马曲线标定，主要识别出4 类测井相（见图3）。

图3 川中北斜坡地区沧浪铺组颗粒滩典型相序及测井相特征Fig.3 Typical facies sequence and logging facies of grain shoal in Canglangpu Formation in the north slope area of central Sichuan Basin

1）箱形。自然伽马曲线整体低值，形态上相对于围岩呈平缓箱形，曲线顶部和底部都呈低—高值的高幅突变接触关系。对应岩性以鲕粒灰岩、鲕粒云岩为主，粒度变化整体不明显，指示滩核沉积微相。

2）漏斗形。自然伽马曲线整体低值，由下向上逐渐降低，表现为由低能的泥灰岩向高能的颗粒岩变化，反映向上变浅加粗、水动力条件逐渐增强的滩间海-颗粒滩沉积环境，指示滩核—滩缘沉积微相。

3）齿形。自然伽马整体中值，曲线形态呈现圆滑的齿形起伏特征，高值段对应泥灰岩或者泥质灰岩段，低值段对应鲕粒灰岩或者鲕粒云岩段，反映了垂向上多套薄层颗粒滩相互叠置的特征，对应滩缘—滩间沉积微相。

4）指形和尖峰形。自然伽马整体中高值，曲线形态呈现圆滑的指形或尖峰形起伏特征，以发育厚套泥灰岩为特征，滩体发育厚度薄，对应滩间海沉积微相。

2.3 地震相特征

川中北斜坡地区沧浪铺组颗粒滩主要发育在沧一段，不同沉积环境下的岩性特征、岩性组合引起的岩石物理差异在地震反射上表现为地震波反射强弱、频率及波形等特征的差异。综合分析本区沧浪铺组地震反射几何及物理等特征，识别出3 类主要地震相（见图4），以便进一步明确颗粒滩平面及纵横向展布规律。

图4 川中北斜坡地区沧一段颗粒滩地震相特征及波形特征Fig.4 Seismic facies characteristics and waveform characteristics of grain shoal in the first Member of Canglangpu Formation in north slope area of central Sichuan Basin

1）a 类地震相。该类地震相以丘状微隆起、相单元内部反射同相轴杂乱、中弱振幅、中低频为特征。沧浪铺组碳酸盐岩颗粒滩的规模相比于生物礁较小，在地震剖面上虽具有一定程度的丘状隆起特征，但隆起幅度小于生物礁，在颗粒滩发育带，地层也有较为明显的增厚，在地震偏移剖面上表现为地震反射时差相比于邻区较大，局部区域地震反射由单轴演变为双轴特征，一般代表相对高能环境，沉积速率相对于围岩较高，地层中泥质含量较低，多以颗粒岩（鲕粒灰岩/云岩）为主，颗地比（颗粒岩厚度与地层厚度比值）较大，划分为滩核沉积微相。

2）b 类地震相。该类地震相以中弱振幅、中低频、内部断续反射为特征，与滩核相比，地层厚度相对薄，沧一段均为单轴反射，无丘状隆起的外形特征，但其主要发育在中—高能环境，沉积速率高，地层厚度大于低能相区，颗地比小于滩核微相。与低能环境、强能量地震反射相比，该类地震相最大区别在于中—弱反射的特征，代表滩核—滩缘的沉积环境。

3）c 类地震相。该类地震相以平行—亚平行的反射同相轴为特征，厚度稳定，平面分布面积大，反映较稳定的滩缘—滩间过渡的沉积环境，沉积速率相比于颗粒滩较低，在地震偏移剖面上表现为地震反射时差相比于颗粒滩小、单轴反射、同相轴中强连续、中强振幅反射的特征。

3 颗粒滩分布特征

3.1 纵横向分布特征

沧浪铺组沉积受裂陷槽控制明显，位于裂陷槽内的沧浪铺组颗粒滩欠发育，研究区位于德阳—安岳裂陷槽东部，被认为是颗粒滩发育的有利区带［9-10］。结合测井模板，对全区颗粒岩段进行测井识别和解释。统计资料发现，沧一段沉积期颗粒滩极其发育，颗粒岩发育厚度比例可达到65%。纵向上，不同层段均有规模不一的滩体发育，单滩体薄至5 m，厚达25 m，累计厚度可达60 m，其中沧一段中部—中上部为颗粒滩发育最有利层段，整体呈现单层较薄、多层叠置、累积较厚的特点；横向上，滩体连续性整体较好，可对比追踪，颗粒滩的发育期次大致相当，具有连片成带的特征，CT1—PS8—JT1—PS13—PS15 井区单滩体逐渐变薄，累计厚度减小（见图5，1 ft=30.48 cm）。

图5 川中北斜坡地区沧浪铺组颗粒滩纵横向演化规律Fig.5 Vertical and horizontal evolution law of grain shoal in Canglangpu Formation in north slope area of central Sichuan Basin

3.2 平面分布特征

基于沧一段颗粒滩地球物理响应特征，结合滩体纵横向分布规律，优选波形聚类属性，采用单井控制、属性约束的手段刻画沧浪铺组颗粒滩平面展布规律（见图6）。

结合地震响应特征，沧浪铺组内部反射波形可分为5 类：Ⅰ，Ⅱ类波形具双轴反射特征，对应a 类地震相，滩体厚度一般大于50 m，划分为滩核微相；Ⅲ类波形具复波反射特征，对应b 类地震相，滩体厚度介于40～50 m，划分为滩缘微相；Ⅳ，Ⅴ类波形具单轴反射特征，对应c 类地震相，滩体厚度小于40 m，划分为滩间海微相。滩体集中发育在研究区北东部PS2—JT1—PS1 井区，南部DB1 井区及西侧裂陷槽边缘发育部分相对孤立滩体。整体而言，颗粒滩平面上大面积连片分布，局部存在分异；滩体呈北西—南东向展布，东部地区滩体发育情况优于西部，北部优于南部。

4 颗粒滩分布主控因素讨论

4.1 海平面变化对颗粒滩垂向分布的控制

碳酸盐岩台内滩体一般发育在具有较高能量的沉积环境，海平面升降变化引起的海水深度、动荡程度和水动力条件的变化决定了滩体沉积界面是否位于高能环境，并综合控制着台内滩体发育特征［25］。沧一段颗粒滩纵向上主要分布在沉积中期及中晚期，其沉积过程受到2 个快速海侵—缓慢海退的四级海平面变化旋回的影响，且内部具有多旋回、高频率震荡的特点［26］（见图1）。沧一段沉积初期，随着海平面的快速上升，研究区整体处于浪基面之下，沉积能量相对较低，以沉积低能、细粒滩间海微相为主；随后进入沧一段沉积中期，缓慢海退发生，水体动荡程度加大，水动力条件变强，为高能沉积环境，岩性多为鲕粒灰岩，纵向上颗粒岩发育，主要为颗粒滩沉积，随着海平面的持续下降，滩体不断地垂向加积，最终形成了一个水体向上变浅的沉积序列；海退阶段完成时，进入沧一段沉积末期，再次快速海侵，沉积了沧二段一套厚度不等的砂泥岩。

4.2 古地貌对颗粒滩平面分布的控制

前人研究表明，微地貌起伏对颗粒滩有显著的控制［27］。已有研究证实，震旦系灯影组至寒武系龙王庙组沉积具有明显的继承性，震旦系沉积期的古地貌差异在龙王庙组沉积期得以填平［28］。筇竹寺组沉积期，德阳—安岳裂陷槽及周缘地区地貌开始逐渐填平，筇竹寺组沉积后，古地貌差异整体减小，但其古地貌格局并未发生变化，因此，筇竹寺组厚度可以近似表征筇竹寺组沉积后地貌及沧浪铺组沉积前地貌，筇竹寺组越厚则其古地貌越低。从筇竹寺组厚度来看，沧浪铺沉积期，古地貌明显呈现南高北低的特征。因受德阳—安岳裂陷槽的影响，研究区整体表现为西低东高的特征（见图7）。

图7 川中北斜坡地区筇竹寺组时间厚度Fig.7 The time thickness of Qiongzhusi Formation in north slope area of central Sichuan Basin

古地貌恢复结果表明，德阳—安岳裂陷槽在沧浪铺组沉积早期并未完全填平补齐，因此来自盆地周缘的陆缘碎屑被裂陷槽阻隔，大量沉积于槽内。包括研究区在内的裂陷槽东侧地区，水体逐渐清澈，利于滩体堆积生长，是颗粒滩发育的主要区域。结合古地貌特征与颗粒滩分布规律发现，受微古地貌起伏控制，沧一段海侵期以沉积细粒碳酸盐岩为主，而在缓慢海退期，由于CT1—PS8 井区位于古地貌相对高地（见图7），该区域海平面率先变浅到水动力较强的高能环境，优先发育颗粒滩。当颗粒滩垂向加积到海平面附近时，受可容空间限制而停止生长，而古地貌高地周缘相对低地的颗粒滩因拥有足够的可容空间而继续生长。此时，颗粒滩向古地貌高地周缘相对低地侧向迁移，继续生长，从而形成了颗粒滩横向连片分布的局面［29］。由于研究区整体古地貌南高北低的特征，区内颗粒滩整体呈现出东西—北东向环高分布，同时，受德阳—安岳裂陷槽影响的西侧相对坡折带在沧一段海退期发育向槽内进积的滩体。从现有三维地震资料刻画及古地貌恢复结果分析，受控于古地貌分异，位于研究区东侧的相对古地貌高带及裂陷槽边缘地带是沧浪铺组颗粒滩发育的主要区域。

此外，因受控于德阳—安岳裂陷槽，筇竹寺组优质烃源岩在槽内厚度大，总有机碳质量分数高（0.50%～8.49%，平均1.95%），生气强度为20×108～100×108m3/km2［30-31］。沧一段大面积的滩相储层直接覆盖在筇竹寺组之上，沧一段具有近源充注的有利条件，形成“下生上储”的成藏组合。研究区西侧裂陷槽边缘滩下伏筇竹寺组地层较东侧厚，且未见有钻井，可作为下步勘探工作的主要目标。