四川盆地震旦系-下古生界天然氣成藏條件與勘探前景

摘 要

摘要：迄今為止，四川盆地震旦系-下古生界勘探程度仍然很低，對天然氣成藏規(guī)律與主控因素的認(rèn)識(shí)不夠深入。為此，應(yīng)用層序地層學(xué)理論和方法，編制了層序地層格架內(nèi)沉積相圖，開展成藏綜
摘要：迄今為止，四川盆地震旦系-下古生界勘探程度仍然很低，對天然氣成藏規(guī)律與主控因素的認(rèn)識(shí)不夠深入。為此，應(yīng)用層序地層學(xué)理論和方法，編制了層序地層格架內(nèi)沉積相圖，開展成藏綜合研究。結(jié)論認(rèn)為，震旦系-下古生界發(fā)育有下寒武統(tǒng)筇竹寺組及下志留統(tǒng)龍馬溪組2套優(yōu)質(zhì)泥質(zhì)烴源巖，以及震旦系-奧陶系巖溶白云巖、燈影組臺(tái)緣高能白云巖以及志留系小河壩組致密砂巖3大類儲(chǔ)層，存在震旦系-奧陶系和志留系2套成藏系統(tǒng)，共發(fā)生4期烴類充注：第1期早成熟液.冬烴類充注發(fā)生在加里東期；第2期大規(guī)模液態(tài)烴充注發(fā)生在印支期；第3期充注主要發(fā)生在燕山期，以原油裂解為主；第4期發(fā)生在喜山期，主要為古氣藏調(diào)整定型。樂山-龍女寺古隆起核部的巖溶風(fēng)化殼、古隆起翼部的構(gòu)造圈閉和川東志留系致密砂巖及震旦系臺(tái)緣高能帶是盆地內(nèi)3大有利勘探領(lǐng)域。上述成果和認(rèn)識(shí)將對該領(lǐng)域天然氣的勘探提供指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：四川盆地；震旦世-早古生代；成藏條件；烴源巖；儲(chǔ)集層；有利勘探區(qū)；包裹體；沉積巖相
    新中國成立以來，四川盆地震旦系-下古生界油氣勘探從20也紀(jì)50年代中期開始，迄今已近50年的歷史[1～3]。1964年威遠(yuǎn)震旦系氣藏發(fā)現(xiàn)后，掀起了震旦系的鉆探高潮，取得了明顯成效[4]。20世紀(jì)90年代后，資陽古罔閉資1井震旦系獲氣，再次展開了一輪大規(guī)?？碧?，發(fā)現(xiàn)了資陽地區(qū)震旦系氣藏[6～7]，但在其他地區(qū)未取得理想效果，此后該領(lǐng)域的天然氣勘探進(jìn)展甚微。2004年后，于威遠(yuǎn)氣田的老井復(fù)查中，10余門井在寒武系洗象池群獲得工業(yè)氣流，在2005年部署的威寒1井在寒武系洗象池組、遇仙寺組、下奧陶統(tǒng)羅漢坡組都見良好顯示，其中在遇仙寺組測試產(chǎn)氣12.3×104m3/d，產(chǎn)水192m3/d，在羅漢坡儲(chǔ)層中溶孔發(fā)育。近年新鉆探的寶龍1井在中上寒武統(tǒng)洗象池群測試獲氣1.37×104m3/d?？梢?，威遠(yuǎn)構(gòu)造及周緣寒武系多個(gè)層段獲突破，為再次評價(jià)震旦系-下古生界天然氣的勘探前景奠定了基礎(chǔ)。
1 成藏條件
    四川盆地震旦系-下古生界主要發(fā)育2套成藏系統(tǒng)。一是以下寒武統(tǒng)筇竹寺組為烴源巖的震旦系 奧陶系成藏系統(tǒng)，其儲(chǔ)層為震旦系燈影組和寒武系的龍王廟組、洗象池群以及奧陶系的桐梓組和紅花園組，形成上生下儲(chǔ)(寒武系生，震旦系儲(chǔ))和下生上儲(chǔ)(寒武系生，寒武系和奧陶系儲(chǔ))2套成藏組合；另一是以下志留統(tǒng)龍馬溪組為烴源巖的志留系成藏系統(tǒng)，儲(chǔ)層為志留系小河壩組砂巖，形成白生自儲(chǔ)的成藏組合。
1.1 兩套主力烴源巖分布面積廣、生烴潛力大
    四川1盆地震旦系-下古生界主要發(fā)育下寒武統(tǒng)筇竹寺組和下志留統(tǒng)龍馬溪組2套區(qū)域性分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖[8]。筇竹寺組烴源巖主要為深灰色、黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖，累計(jì)厚度介于20～450m，鏡質(zhì)體反射率為2.0%～5.0%，處于過成熟階段，殘余有機(jī)碳含量為0.5%～4%，生烴潛量為1～10mg/g，生氣強(qiáng)度范圍在(20～120)×108m3/km2，生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的面積幾乎遍布整個(gè)盆地。
    下志留統(tǒng)龍馬溪組烴源巖主要為深灰色、黑色泥巖、頁巖，累計(jì)厚度為50～700m，主要分布在盆地的東部，鏡質(zhì)體反射率為2.0%～4.0%，處于過成熟階段，殘余有機(jī)碳含量為0.12%～3.6%，生氣強(qiáng)度范圍在(20～100)×108m3/km2，生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的面積可達(dá)到6×108m3/km2。
    除2套主力烴源巖外，震旦系-下古生界在局部區(qū)域還發(fā)育震旦系陡山坨組泥頁巖、奧陶系桐梓組、湄潭組、五峰組泥頁巖類烴源巖。
1.2 3 類有利儲(chǔ)集相帶中發(fā)育3大類有利儲(chǔ)集體
應(yīng)用層序地層學(xué)原理和方法，利用巖心露頭資料、測井錄井資料、地震資料和成巖標(biāo)志等將震旦系-志留系劃分為17個(gè)三級層序，34個(gè)體系域，通過建立層序地層格架，并在單井層序、連井對比剖面分析及單因素綜合成圖的基礎(chǔ)上，編制了不同層序格架內(nèi)的巖相古地理圖，代表性圖件如圖1所示?？傮w而言，震旦系-志留系發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)緣高能帶和淺海砂壩3類有利儲(chǔ)集相帶，以臺(tái)內(nèi)灘為主。臺(tái)內(nèi)灘主要發(fā)育在盆地中部，臺(tái)緣高能帶發(fā)育在盆緣和盆外，淺海砂壩分布在盆地東部。
 

    3類儲(chǔ)集相帶發(fā)育3類儲(chǔ)集層，即巖溶白云巖、臺(tái)緣高能白云巖和致密砂巖儲(chǔ)集層，以低孔低滲為主。
    巖溶白云巖儲(chǔ)層在燈影組的燈二、三、四段，寒武系的龍王廟組、洗象池群，奧陶系的桐梓組、紅花園組和寶塔組等均發(fā)育，其中，最主要是震旦系燈影組和寒武系龍王廟組以及洗象池群。震旦系燈影組風(fēng)化殼白云巖儲(chǔ)層平均孔隙度為2.11%(其中燈四段為1.96%，燈三段為2.48%)，單層厚度為2～11m，累計(jì)厚度可達(dá)50m，分布面積為3×104km2；寒武系龍王廟組白云巖儲(chǔ)層巖性主要為鮞粒云巖和砂屑云巖，平均孔隙度為2%～6%，單層厚度為0.5～30m，累計(jì)厚度可達(dá)5Om，厚度大于20m的面積為2.5×104km2；寒武系洗象池群白云巖儲(chǔ)層巖性主要為溶孔溶洞白云巖，平均孔隙度為3.4%，單層厚度介于0.5～2m，累計(jì)厚度可達(dá)40m，厚度大于10m的面積為2×104km2。
    臺(tái)緣高能白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在川東震旦系燈影組，巖性為粗、細(xì)晶云巖和顆粒云巖，以貴州遵義松林剖面為代表的震旦系臺(tái)緣高能相帶中的儲(chǔ)層平均孔隙度為2.86%，平均滲透率為0.089mD，是近期研究新發(fā)現(xiàn)的有利儲(chǔ)集相帶，預(yù)測勘探潛力大，有待鉆井證實(shí)。
    致密砂巖儲(chǔ)層主要發(fā)育于志留系小河壩組，巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，平均孔隙度為3.4%，平均滲透率為0.33mD，單層厚度為5～35m，累計(jì)厚度可達(dá)300m，砂地比大于30%且位于盆地內(nèi)部的面積為1.2×104km2。
1.3 發(fā)育6套區(qū)域分布的優(yōu)質(zhì)泥頁巖或膏鹽巖蓋層
實(shí)鉆結(jié)果表明，震旦系-志留系主要發(fā)育6套儲(chǔ)蓋組合，自下而上分別是：①震旦系燈影組藻白云巖儲(chǔ)層-下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖蓋層的組合；②下寒武統(tǒng)龍王廟組鮞粒(灰)巖、粒屑灰?guī)r儲(chǔ)層-中寒武統(tǒng)膏鹽層或下二疊統(tǒng)泥頁巖蓋層的組合；③中上寒武統(tǒng)洗象池群白云巖儲(chǔ)層-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖或下二疊統(tǒng)泥頁巖蓋層的組合；④下奧陶統(tǒng)南津關(guān)組白云巖儲(chǔ)層-下奧陶統(tǒng)大灣組或下二疊統(tǒng)蓋層的組合；⑤中奧陶統(tǒng)寶塔組裂縫性石灰?guī)r或白云巖儲(chǔ)層-上覆志留系泥頁巖或下二疊統(tǒng)蓋層的組合；⑥小河壩砂巖及石灰?guī)r儲(chǔ)層上覆泥頁巖蓋層的組合等。這6套儲(chǔ)蓋組合中以第1套儲(chǔ)蓋組合(燈影組儲(chǔ)層，下寒武統(tǒng)蓋層)最為有利，筇竹寺組泥頁巖既是烴源巖，又是良好的區(qū)域性蓋層，據(jù)威106井9塊泥頁巖巖心樣品壓汞資料，喉道在(18～248)×10-10m間[9]，突破壓力為70～150MPa[10]，威遠(yuǎn)氣田的蓋層CSI(氣藏蓋層封閉指標(biāo))為2.74×109m/s[11]，具良好的封蓋能力，為區(qū)域性含氣儲(chǔ)蓋組合，已在威遠(yuǎn)氣田、資陽含氣構(gòu)造得到證實(shí)。
第2套儲(chǔ)蓋組合(龍王廟組鮞粒灰?guī)r儲(chǔ)層，高臺(tái)組粉砂質(zhì)泥巖、膏巖層蓋層)和第3套儲(chǔ)蓋組合(洗象池群白云巖儲(chǔ)層 下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖蓋層)也是較為有利的組合，高臺(tái)組膏鹽層主要分布在川東南地區(qū)，以重慶(大于70m)、宜賓(大于40m)為中心向四周逐漸減薄[12]。此2套組合已在威遠(yuǎn)氣田的洗象池群和龍王廟組中獲得了工業(yè)氣流或見良好顯示。
    第4、第5套儲(chǔ)蓋組合的有利勘探領(lǐng)域主要是奧陶系南津關(guān)組、寶塔組古風(fēng)化帶，而且與蓋層發(fā)育與否密切相關(guān)。如奧陶系南津關(guān)組本身物性較差，含氣與否不僅與有利儲(chǔ)集層段的古風(fēng)化殼有關(guān)，同時(shí)，又與上覆優(yōu)質(zhì)蓋層有關(guān)，梁山組泥頁巖是較好的蓋層，若蓋層發(fā)育，則奧陶系含氣，否則不含氣。女基井、磨深1、高科1和安平1井等就是其中的典型實(shí)例。女基井和磨深1井下二疊統(tǒng)梁山組泥頁巖蓋層厚度分別為7m和2m，南津關(guān)組產(chǎn)氣量分別為3.6×104m3/d和0.042×104m3/d；高科1井和安平1井由于缺失梁山組蓋層，高科1井南津關(guān)組僅見高含量瀝青，無氣，安平1井僅見巖心冒氣。
    第6套儲(chǔ)蓋組合中，“小河壩砂巖”之上的小河壩組上段及韓家店組則是良好的區(qū)域蓋層。小河壩組上段為以灰、綠灰、灰綠色頁巖為主夾粉砂質(zhì)泥巖、紋層狀泥質(zhì)粉砂巖及泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r透鏡體。韓家店組下段以灰、綠灰色頁巖為主，夾灰綠色粉砂質(zhì)泥巖及紋層狀泥質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r透鏡體；上段為灰、黃灰、灰綠色頁巖與粉砂質(zhì)頁巖、含泥質(zhì)石英粉砂巖不等厚互層?？偤?20～750m，可作為小河壩砂巖的直接蓋層，具有較好的保存條件。目前，該套組合已在川南和川東的多口井中見不同程度的油氣顯示，并在川東五百梯潛伏構(gòu)造的五科1井小河壩砂巖獲0.22×104m3/d的氣流。
2 成藏特征及主控因素
2.1 有4期烴類的充注
    包裹體均一溫度、包裹體甲烷同位素以及儲(chǔ)層瀝青生標(biāo)、反射率、顯微光學(xué)特征等參數(shù)是研究油氣充注期次的重要指標(biāo)?？傮w而言有4期烴類充注：①第1期為加里東期的少量液態(tài)烴類的充注；②第2期充注時(shí)期發(fā)生在中晚三疊世，烴源巖演化程度處于成熟-高成熟早期，烴類的主要富集區(qū)位于古隆起頂部；③第3期為原油裂解充注，充注時(shí)期發(fā)生在燕山期，表現(xiàn)在原油裂解氣的C1/C2變化小、C2/C3變化大，瀝青含量的高低與現(xiàn)今埋深無關(guān)，主要受古巖溶發(fā)育的控制，在古隆起高部位，瀝青含量高；而低部位瀝青含量低；④第4期為古氣藏調(diào)整充注，充注時(shí)期發(fā)生在喜山期，表現(xiàn)在由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，古氣藏抬升、調(diào)整充注。
    從威遠(yuǎn)、資陽地區(qū)震旦系儲(chǔ)層以方解石為宿主礦物的包裹體均一溫度分布看，均一溫度分布在120～180℃的占絕對優(yōu)勢，同時(shí)也檢測到大于180℃的高溫包裹體(圖2)。而從均一溫度與冰點(diǎn)溫度的相關(guān)關(guān)系(圖3)分析，均一溫度分布在120～180℃的包裹體，其冰點(diǎn)溫度有很大的差異，這實(shí)際上反映了兩期烴類的充注，即印支期液態(tài)烴類的充注(低溫高冰點(diǎn))和晚期地層抬升剝蝕過程中氣態(tài)烴類的充注(低溫低冰點(diǎn))。大于180℃的高溫包裹體主要反映了地質(zhì)歷史時(shí)期中地層深埋、液態(tài)烴類發(fā)生裂解的燕山期。石英礦物中所檢測到的包裹體數(shù)量雖然不多，但其均一溫度分布范圍大，從102～206℃。

    儲(chǔ)層瀝青可以反映油氣藏的充注歷史。震旦系儲(chǔ)層瀝青的飽和烴主要特征是在高碳數(shù)部分正構(gòu)烷烴基本消失，保存下來的是一些環(huán)狀化合物，表明早期充注的烴類可能遭受輕微的生物降解；在低碳數(shù)部分，正構(gòu)烷烴分布正常，是晚期充注烴類的特征。實(shí)測的瀝青等效反射率也顯示出兩期瀝青的反射特征，第1期瀝青的等效反射率以3.0%～3.5%為主，第2期瀝青的等效反射率以2.2%～2.6%為主。
2.2 天然氣成藏主要受控于儲(chǔ)層、烴源及保存條件
2.2.1相對高滲儲(chǔ)層段的發(fā)育決定了氣藏富集的部位
    儲(chǔ)層研究表明，洗象池群儲(chǔ)層發(fā)育于顆粒灘及與顆粒灘發(fā)育密切相關(guān)的云坪之中，受顆粒灘的沉積相序控制，縱向上儲(chǔ)層主要集中在洗象池群顆粒灘的中上部為主，并且洗象池群儲(chǔ)層厚度變化大，縱橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，具有多套薄儲(chǔ)層疊加的特點(diǎn)。從威遠(yuǎn)氣田獲工業(yè)氣流井的產(chǎn)氣層段部位與其所在儲(chǔ)層位置的關(guān)系看，威遠(yuǎn)氣田洗象池群獲工業(yè)氣流井的層段主要分布在中上部。威寒1、101、102、103、104、105井的洗象池群由于儲(chǔ)層不發(fā)育，因而只在威寒1井獲得日產(chǎn)0.124×104m3的低產(chǎn)氣流，其他井則為干層。
    威遠(yuǎn)氣田龍王廟組儲(chǔ)層在整個(gè)威遠(yuǎn)構(gòu)造均有發(fā)育，以構(gòu)造頂部向北方向威2至威37井一帶最為發(fā)育，儲(chǔ)層厚度超過20m。龍王廟組儲(chǔ)層也主要發(fā)育在中上部，且區(qū)域上具有厚度較大、連續(xù)性好的特點(diǎn)。如威寒105井2453～2464m取心段巖心孔洞非常發(fā)育；盤1井儲(chǔ)層厚達(dá)56m，且多為連續(xù)發(fā)育的儲(chǔ)層，其中第1段就厚達(dá)30m，鉆井過程中后效氣侵明顯，未測試；安平1井在4658～4670m氣測異常，物性較好，因工程事故未測試。龍王廟組雖然已測試井的數(shù)量有限(包括威2、威寒1、101、104井)，但從威寒1井的測試結(jié)果(日產(chǎn)氣3.99×104m3，日產(chǎn)水192m3)看，獲工業(yè)氣流的層段主要分布在龍王廟組的中上部。可見，天然氣富集層段的縱向部位明顯受儲(chǔ)集層發(fā)育程度的控制。
2.2.2烴源巖影響氣藏含氣豐度
    烴源巖是天然氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的發(fā)育程度明顯影響氣藏含氣的豐度。四川盆地樂山-龍女寺古隆起區(qū)域震旦系氣藏就是個(gè)典型的實(shí)例。該領(lǐng)域?qū)儆谙潞浣y(tǒng)筇竹寺組泥頁巖生、震旦系燈四、三、二段白云巖儲(chǔ)層的上生下儲(chǔ)成藏組合，烴源巖生成的油氣主要通過不整合面?zhèn)认蜻M(jìn)入震旦系風(fēng)化殼儲(chǔ)層聚集成藏。由于下震旦統(tǒng)陡山坨組烴源巖在古隆起區(qū)域不發(fā)育，因此，相對而言，燈四段比燈三段和燈二段更有利于接受來自上覆筇竹寺組烴源巖的油氣，聚集成藏的幾率比燈三、燈二段高。迄今發(fā)現(xiàn)的震旦系產(chǎn)氣層段主要在燈四段及燈三段上部，下部產(chǎn)水增多的現(xiàn)象就是個(gè)例證。
2.2.3保存是天然氣富集成藏的關(guān)鍵
    從靠近盆地西南邊緣的周公1、老龍1、窩深1井和宮深1井所產(chǎn)地層水分析可知，震旦系氣藏保存條件遭到破壞，產(chǎn)淡水。如周公1井燈四段日產(chǎn)水0.413m3，地層水礦化度為0.743g/L，NaHC03水型；老龍1燈三段日產(chǎn)水105m3，地層水礦化度為1.33g/L，Na2S04水型；窩深1井燈一段+燈二段日產(chǎn)水69.4m3，NaHC03或Na2S04水型；宮深1井燈二段+燈三段日產(chǎn)水400m3，NaHC03或Na2SO4水型。
    與此相反，古隆起的核部，震旦系的地層水礦化度普遍較高，說明保存條件好。如威遠(yuǎn)地區(qū)地層水礦化度為71～81g/L，CaCl2水型；資陽地區(qū)礦化度為63～71g/L，CaCl2水型。汪澤成[12]等對高科1井蓋層微觀參數(shù)的分析結(jié)果表明了筇竹寺組泥頁巖對震旦系氣藏具有很好的封蓋能力。
3 勘探領(lǐng)域與潛力
以上分析表明，四川盆地震旦系-下古生界具有有利的油氣成藏條件，資源潛力大，但勘探程度仍然很低，勘探前景廣闊。從勘探程度及研究、認(rèn)識(shí)程度綜合分析，主要有3大勘探領(lǐng)域，即古隆起核部大型巖溶風(fēng)化殼勘探領(lǐng)域、古隆起翼部大型構(gòu)造圈閉勘探領(lǐng)域和川東志留系致密砂巖及震旦系臺(tái)緣高能帶勘探領(lǐng)域，各領(lǐng)域的主要特征見表1。
 
    樂山-龍女寺古隆起核部大型巖溶儲(chǔ)層有利勘探領(lǐng)域已探明威遠(yuǎn)氣田和發(fā)現(xiàn)資陽含氣構(gòu)造，其最有利的條件是發(fā)育多套儲(chǔ)層，可主探燈影組風(fēng)化殼，兼探寒武系龍王廟組和洗象池群，生氣強(qiáng)度大，處于(20～100)×108m3/km2的分布范圍內(nèi)，保存條件好，埋深相對較淺，為4500～5500m。
    古隆起翼部大型構(gòu)造圈閉勘探領(lǐng)域也發(fā)育多套儲(chǔ)層，包括寒武系龍王廟組、洗象池群和奧陶系桐梓組等，構(gòu)造圈閉發(fā)育，面積大于50km2的圈閉有16個(gè)，生氣強(qiáng)度介于(50～120)×108m3/km2，目的層埋深2500～5000m。
    川東志留系致密砂巖勘探領(lǐng)域已在建南地區(qū)發(fā)現(xiàn)建深1含氣構(gòu)造，并在韓家店組獲得日產(chǎn)5.13×104m3的工業(yè)氣流，展示了良好的勘探前景。
    震旦系臺(tái)緣高能白云巖帶勘探領(lǐng)域緊鄰寒武系生烴中心，而且在盆地東部的陡山坨組烴源巖也較發(fā)育，氣源供給充足，更為重要的是該處在喜馬拉雅期前屬于印支期開江華鎣山古隆起范圍，震旦系頂面構(gòu)造圖上顯示為古隆起高點(diǎn)[6]，是油氣有利的運(yùn)移指向區(qū)。
4 結(jié)論
    1) 四川盆地震旦系-下古生界具備良好的油氣成藏條件，主要發(fā)育下寒武統(tǒng)筇竹寺組和下志留統(tǒng)龍馬溪組2套優(yōu)質(zhì)烴源巖，巖溶白云巖、臺(tái)緣高能白云巖和致密砂巖3大類儲(chǔ)層，6套區(qū)域分布的優(yōu)質(zhì)泥頁巖或膏鹽巖蓋層。
    2) 四川盆地震旦系-下古生界發(fā)育兩套成藏系統(tǒng)，其中震旦-奧陶系成藏系統(tǒng)有4期烴類充注，第1、2期分別為加里東期和中晚三疊世的液態(tài)烴充注；第3期為燕山期的原油裂解氣充注；第4期為喜山期古氣藏重新調(diào)整充注。
    3) 四川盆地震旦系-下古生界勘探前景廣闊，主要有3大勘探領(lǐng)域，即古隆起核部大型巖溶風(fēng)化殼勘探領(lǐng)域、古隆起翼部大型構(gòu)造圈閉勘探領(lǐng)域和川東志留系致密砂巖及震旦系臺(tái)緣高能帶勘探領(lǐng)域。
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(本文作者：魏國齊 焦貴浩 楊威 謝增業(yè) 李德江 謝武仁 劉滿倉 曾富英 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)