川東北地區二疊系—三疊系礁灘相儲層發育機理

馮 沖，鄒華耀，郭彤樓，韓甲勝

(1.中國石油大學(北京)克拉瑪依校區，新疆 克拉瑪依 834000；2.油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學，北京 102249；3.中國石化勘探南方分公司，四川 成都 610041；4.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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川東北地區二疊系—三疊系礁灘相儲層發育機理

馮 沖1，鄒華耀2，郭彤樓3，韓甲勝4

(1.中國石油大學(北京)克拉瑪依校區，新疆 克拉瑪依 834000；2.油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學，北京 102249；3.中國石化勘探南方分公司，四川 成都 610041；4.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

川東北地區二疊系—三疊系天然氣藏的規模受礁灘相儲層發育程度的控制。為此，分析了川東北地區古地貌特征，并總結了古地貌背景下礁灘相儲層差異發育的機理。研究發現：開江—梁平陸棚的形成與消亡控制著礁灘相儲層的沉積演化。長興組晚期，開江—梁平陸棚構造幅度最大，陸棚兩側礁灘相儲層最發育；其他時期，開江—梁平陸棚構造幅度相對較小，陸棚兩側多數地區只發育臺地邊緣淺灘相儲層。不同臺地邊緣坡度控制著礁灘相儲層的發育模式。坡度越大，礁灘的垂向加積特征越明顯，礁灘厚度越大，礁后淺灘與礁后礁越不發育，礁灘的面積越小。該研究對川東北地區二疊系—三疊系大中型天然氣的勘探具有重要的意義。

礁灘相儲層；古地貌；陸棚；二疊系—三疊系；碳酸鹽巖地層；川東北地區

0 引 言

川東北地區二疊系—三疊系海相碳酸鹽巖層系是四川盆地最重要的含氣層系，已發現了以羅家寨、普光和元壩等為代表的一系列大中型氣田[1-3]，展現了礁灘巖性氣藏巨大的勘探潛力。研究發現，長興組—飛仙關組礁灘相儲層的分布和發育是天然氣富集的主控因素之一[4-5]。因此，有必要對開江—梁平陸棚臺地邊緣帶礁灘相儲層的發育特征進行對比，討論礁灘相儲層的發育機理，分析礁灘相儲層發育的控制因素，為尋找礁灘相儲層大規模發育區提供依據。

1 構造演化與古地貌特征

1.1 陸棚的形成與消亡

1.2 臺緣帶古地貌差異

川東北地區開江—梁平陸棚兩側不同地區臺地邊緣斜坡的坡度有所不同。陸棚東側宣漢—達縣地區長興組臺地邊緣斜坡的坡度一般大于15 °，為陡坡型臺地邊緣；陸棚西側元壩地區臺地邊緣斜坡的坡度為8～15 °，為較緩坡型臺地邊緣；而興隆場和鄂西—渝東地區臺地邊緣斜坡的坡度更小，為1～2 °，為緩坡型臺地邊緣。

2 礁灘相儲層發育特征

2.1 不同時期礁灘相儲層發育特征

長興組沉積早期，開江—梁平陸棚開始形成，陸棚由北向南變淺變窄，陸棚兩側為臺地邊緣斜坡和臺地邊緣礁灘相沉積(圖1a)。其中，龍崗和鄂西—渝東地區臺地邊緣帶上發育生物礁，多數地區只發育生屑灘。長興組沉積晚期，開江—梁平陸棚水深最大(圖1b)，陸棚兩側臺地邊緣帶礁灘更加發育。

飛仙關組沉積早期，開江—梁平陸棚水深變淺，北部由于擠壓隆起成為臺地相，發育臺地邊緣鮞粒灘，不發育生物礁(圖1c)。飛仙關組沉積中期，川東北部分地區發育大面積的臺地內部鮞粒灘(圖1d)。飛仙關組沉積晚期，川東北地區為臺地蒸發巖相和局限臺地相，不發育生物礁和淺灘。

圖1 四川盆地晚二疊世—早三疊世沉積相

2.2 不同臺緣帶礁灘相儲層發育特征

比較研究區不同臺地邊緣長興組和飛仙關組礁灘相儲層的發育特征可知，陡坡型臺地邊緣(如宣漢—達縣地區)，礁灘以垂向疊置的加積沉積方式為主，礁灘厚度大，礁后不發育淺灘，礁帶單一，寬度窄；緩坡型臺地邊緣(如元壩地區)，礁灘整體側向遷移特征明顯，長興組發育多排生物礁，礁后發育淺灘，臺地邊緣礁灘帶整體寬度大。

3 礁灘相儲層發育機理

影響造礁生物生長的主要條件有：水溫、鹽度、透光性、水中氧氣和營養物質的含量。鹽度為30‰～40‰、陽光充裕、氧氣含量高的溫暖干凈的海水有利于造礁生物生長。海水的干凈程度通過斜坡和陸棚的沉積物可以看出。當沉積物的泥質含量高時，則說明海水較為渾濁，透光性不好；當沉積物以碳酸鹽巖為主時，則說明海水清澈，透光性好。不同的波浪和海流強度，水中攜帶的營養物質和氧氣含量存在差異。強水動力環境中，水中的營養物質豐富，氧氣的含量高；相反，弱水動力環境中，水中的營養物質和氧氣的含量低[13]。臺地邊緣地帶水動力強，有利于造礁生物生長；而礁后開闊臺地和局限臺地環境中，由于先期沉積生物礁的障壁作用，海水能量低，不利于造礁生物生長。

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控制生屑灘的因素與生物礁類似，而控制鮞粒灘和其他碎屑灘的因素則與生物礁略有不同。鮞粒灘和其他碎屑灘都需要干凈、水動力強的水體環境，在波浪等不斷攪動作用下，顆粒捕獲水中碳酸鹽而形成[13]。鮞粒灘和其他碎屑灘的形成不需要生物的生長和繁育，與海水中營養物質和氧氣含量等因素無關。

3.1 陸棚的演化控制礁灘的形成

川東北地區開江—梁平陸棚的發育演化控制了長興組和飛仙關組礁灘相儲層的發育與分布。長興組早期，開江—梁平海灣演化為陸棚，水深逐漸增大，海水較為開放，陸棚沉積物中泥巖少，海水變得清澈，臺地邊緣地區發育大面積的生屑灘和少量生物礁。長興組晚期，開江—梁平陸棚水深最大，陸棚少見泥巖，海水清澈，臺地邊緣帶水動力強，是礁灘最為發育的時期。飛仙關組沉積早期，海水自西向東逐漸退去，陸棚水深變淺，較為閉塞，水體中的營養物質減少，生物礁不發育，但發育大面積的鮞粒灘。飛仙關組沉積中期，陸棚完全填平，川東北地區為開闊臺地和局限臺地沉積環境，僅在臺地內相對較強水動力環境發育了一些薄層鮞粒灘。飛仙關組沉積晚期，川東北地區為局限臺地和臺地蒸發巖沉積環境，不發育礁灘，發育薄層膏鹽巖地層。此后的嘉陵江組和雷口坡組，多為局限臺地相和臺地蒸發巖相沉積環境，發育多套膏鹽巖地層。

3.2 臺緣坡度控制礁灘的沉積樣式

3.2.1 坡度對生物礁厚度的控制

波浪和海流向臺地的運動過程中，由于與底床摩擦，能量逐漸減小。相比緩坡型臺地邊緣，陡坡型臺地邊緣波浪和海流摩擦消耗的能量小，到達臺地邊緣時仍然具有很高的能量，高能海水中的營養物質更加豐富。其他因素相同的條件下，陡坡型造礁生物生長速度將更快，生物礁厚度大于緩坡型生物礁(圖2)。

圖2 臺地邊緣坡度對礁灘沉積的控制作用示意圖

3.2.2 坡度對礁后礁和灘發育的控制

由于陡坡型臺地邊緣先期發育的生物礁厚度大、障壁作用強，波浪和海流經過厚層生物礁能量迅速降低。相比緩坡型臺地邊緣，陡坡型臺地邊緣礁后海水能量更弱，不再發育礁后礁和灘。而緩坡型臺地邊緣將發育多條平行的礁帶，或多條串珠狀點礁，礁后淺灘發育(圖2)。

3.2.3 坡度對礁向海方向遷移的控制

相對于緩坡型臺地邊緣，陡坡型臺地邊緣坡度陡，先期發育的生物礁向陸棚方向滑塌距離遠，加之海水深度迅速變深，波浪和海流作用在底床上的能量快速遞減，透光性快速變差，水中氧氣的含量迅速降低，不利于生物礁向陸棚方向發生遷移(圖2)。

3.2.4 坡度對灘的規模和遷移的控制

飛仙關組沉積時期，坡度對臺地邊緣灘發育程度和遷移規律的控制體現在波浪和海流能量上。陡坡型臺地邊緣一定能量的波浪和海流波及的范圍窄。因此，陡坡臺地邊緣淺灘帶寬度窄。緩坡型臺地邊緣一定能量的波浪和海流波及的范圍寬。因此，緩坡臺地邊緣淺灘帶寬(圖3a中的灘體1)。當海平面下降同一程度時，下降的海平面波及緩坡型臺地邊緣的面積廣，緩坡型臺地邊緣灘的遷移特征明顯(圖3a中灘體1遷移至圖3b中的灘體2)；相反陡坡型臺地邊緣灘的遷移特征不明顯，僅體現在灘體面積有所擴大，灘體近原地沉積，臺地邊緣灘沉積厚度大。

由此可以看出，坡度通過對波浪、海流能量和深度變化的控制，影響造礁生物生長所需要的透光性、水中氧氣和營養物質的含量，從而造成長興組緩坡型臺地邊緣和陡坡型臺地邊緣礁灘發育樣式的差異。坡度通過對波浪和海流能量的控制，影響飛仙關組臺地邊緣灘的厚度和面積，與海平面的升降一起控制臺地邊緣灘的遷移。

4 結 論

(1) 川東北地區開江—梁平陸棚的形成與消亡控制著礁灘相儲層的沉積演化。長興組沉積期，陸棚水體逐漸變深，臺地邊緣礁灘的發育規模逐漸增大；飛仙關組沉積期，陸棚逐漸消亡，臺地邊緣鮞粒灘的發育規模逐漸減小，直至消失。

(2) 不同臺地邊緣坡度控制著礁灘相儲層的發育模式。陡坡臺地邊緣帶海水能量大，向臺地方向海水能量遞減快，發育厚層單排生物礁，礁后淺灘

不發育，飛仙關組鮞粒灘面積小、厚度大；緩坡臺地邊緣帶海水能量小，向臺地方向海水能量遞減慢，發育多排薄層生物礁和大面積的礁后淺灘，飛仙關組鮞粒灘面積大、厚度小，并有明顯的遷移特征。

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編輯 黃華彪

20150730；改回日期：20150924

國家科技重大專項“四川盆地二、三疊系碳酸鹽巖大中型氣田富集規律與成藏機理研究”(2011ZX05005-003-009HZ)

馮沖(1984-)，男，講師，2007畢業于中國石油大學(北京)地質工程專業，2013年畢業于該校地質資源與地質工程專業，獲博士學位，現主要從事石油地質研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.001

TE122

A

1006-6535(2015)06-0001-04