四川盆地北部震旦系天然氣勘探潛力分析

李 輝，朱 祥，李畢松，梅慶華

(中國石化勘探分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

作為中國大型富含天然氣盆地之一，四川盆地在上古生界—中下三疊統和陸相地層中均發現了多個大中型天然氣藏[1-2]；而震旦系—下古生界經歷了50多年勘探，僅早期發現了探明儲量為409×108m3的威遠氣田；盆地內震旦系—寒武系因其時代老、埋深大，經歷構造演化期次多且后期僅鉆獲低產氣流使得對該古老層系的勘探處于迷茫期，直到2011年川中高石梯-磨溪構造震旦系燈影組和下寒武統龍王廟組才獲得重大突破，高石1井燈影組經酸化壓裂測試達到日產百萬方天然氣，震旦系—寒武系三級儲量超過萬億方，顯示出川中地區燈影組具有巨大的勘探潛力[3-5]。川北震旦系地層埋深大(超過8 000 m)、地震資料品質差、鉆井資料極少、勘探程度低，對震旦系燈影組的油氣成藏條件相關研究程度低，川北是否與川中一樣發育大型天然氣藏尚不可知。因此，結合地震資料、川北最新鉆井MS1井和野外露頭的巖心、薄片等資料，對川北地區燈影組烴源巖、儲集層、圈閉和蓋層等成藏條件進行評價分析，深化成藏認識，對該地區震旦系下一步天然氣勘探提供地質依據。

1 區域地質特征

四川盆地是在前震旦系變質巖和火成巖結晶基底上沉積發育的一個面積約為19×104km2的大型含油氣疊合盆地，沉積地層累計厚度最大超過10 000 m[6]。川北地區北鄰米倉山構造帶，西接龍門山推覆構造帶，北東側為大巴山構造帶，南部則為川中復合弱變形區(圖1)。研究區升降運動較頻繁，加里東運動和海西運動在震旦系、寒武系、奧陶系—志留系以及二疊系上下統之間形成了多個平行不整合；中三疊世末印支運動結束了四川盆地東部海相環境，轉為前陸盆地沉積環境[7]。地層發育情況上，以川北燈影組為研究對象，進一步細分為燈一段、燈二段、燈三段和燈四段；其下為震旦系下統陡山陀組，其上發育寒武系寬川鋪組、筇竹寺組、仙女洞組、滄浪鋪組、龍王廟組和陡坡寺組等地層[8]。

圖1四川盆地北部區域構造位置及下古生界地層綜合柱狀圖

2 川北震旦系含油氣地質條件

2.1 烴源巖條件

川中威遠、資陽、高石梯震旦系天然氣氣源對比研究結果表明，震旦系燈影組氣藏天然氣主要來自寒武系，而震旦系自身烴源巖亦有貢獻[9]。

2.1.1 下寒武統烴源巖

下寒武統烴源巖包括麥地坪組和筇竹寺組2套烴源巖[9]。桐灣運動Ⅲ幕使盆內及周緣麥地坪組普遍遭到剝蝕，四川盆地僅在德陽-安岳古裂陷槽內部存在50～100 m的麥地坪組泥質烴源巖[10]。川北地區下寒武統烴源巖主要以筇竹寺組灰黑色泥頁巖為主[11]。該烴源巖受古裂陷槽和臺內凹陷聯合控制，通江—巴中—閬中一帶厚度大于300 m，而大巴山前緣鎮巴—城口一帶厚度在250～400 m之間(圖2)。該套烴源巖干酪根類型為I型，有機碳TOC含量高，主要介于0.60%～7.00%，平均為4.30%，沉積中心生烴強度達80×108m3/km2。MS1井鉆遇筇竹寺組烴源巖TOC大于2.00%的厚度達128 m，TOC大于0.50%的厚度達274 m。川北地區筇竹寺組烴源巖分布范圍廣，厚度大，有機質豐度高，該地區具備形成大中型氣田的物質基礎。

圖2川北地區筇竹寺組烴源巖厚度

2.1.2 震旦系烴源巖

震旦系烴源巖主要分布于燈影組三段地層中，為一套含硅炭質泥巖、灰黑色粉砂質泥巖。露頭及鉆井顯示，川北燈三段烴源巖厚度為15～40 m，MS1井燈三段厚度為42 m，暗色泥巖TOC大于0.50%的厚度為36 m，平均TOC達1.54%。此外，燈影組藻白云巖部分層段有機質豐度較高，熱模擬結果顯示該類碳酸鹽巖仍具有較高的生烴潛力[12]。

2.2 沉積儲層發育特征

2.2.1 沉積相特征

晚震旦世燈影組沉積早期，四川盆地發生了較大規模持續海侵，上揚子地臺進入了相對穩定的構造期，盆地內部主要為碳酸鹽巖臺地相沉積[13]。克拉通內部由于德陽-安岳古裂陷槽的發育，控制了臺緣帶燈影組高能丘灘及寒武世早期深水陸棚沉積相帶的展布[14]。

燈一段沉積時期，川北地區主要為局限臺地環境，以潟湖及潮坪亞相為主，少量發育臺內灘；如楊壩剖面以淺灰、灰白色中厚層狀碎裂白云為主。燈二段時期碳酸鹽臺地水體進一步加深，在臺地內部及古裂陷邊緣發育大量具葡萄花邊構造的含菌藻類白云質灰泥丘-藻丘[15]。燈三段沉積時期，構造活動加劇整個上揚子地區轉變為局限內海[15]，靠近漢南古陸地區因大量陸源物質的輸入，以白云質粉砂巖為主，如TX1井；在遠離古陸的內海則沉積一套灰黑色粉砂質泥巖、泥頁巖，MS1井泥巖、粉砂質泥巖厚度達42 m。燈四段沉積時期，盆地再次進入穩定碳酸鹽臺地發育時期，臺地范圍與燈影初期差別不大，但水體較深，不利于大規模菌藻席的形成，主要沉積了一套巨厚的硅質條帶或硅質團塊微晶白云巖，但在古裂陷邊緣及內部發育藻丘、顆粒灘及丘灘復合體。

2.2.2 儲層特征

鉆井和野外露頭資料表明，川北地區燈影組以碳酸鹽巖為主，少量硅質巖和泥巖，碳酸鹽巖包括白云巖、藻白云巖、砂屑(糖粒狀)白云巖、硅質條帶白云巖、葡萄狀白云巖等，局部發育含鮞粒、核形石白云巖等巖石類型。德陽-安岳裂陷槽的存在控制了研究區燈影組古裂陷邊緣臺緣藻丘、顆粒灘和丘灘復合體的沉積，且由于桐灣運動Ⅰ幕(燈二段沉積期末)和桐灣運動Ⅱ幕(燈四段沉積期末)使得燈影組地層整體抬升，遭受長期的暴露剝蝕，接受大氣淡水及表生巖溶改造，有利于形成大量的溶孔、溶洞和溶縫[16]。研究區燈影組儲集體主要發育于與區域不整合有關的燈二段和燈四段，儲集空間類型為晶間孔、粒間溶孔、粒內溶孔、晶間溶孔以及裂縫等，主要分布于與藻相關的紋層狀白云巖、藻砂屑白云巖和顆粒白云巖之中(圖3)。川中高石梯-磨溪地區燈影組處于臺緣丘灘相帶，發育藻凝塊、藻砂屑云巖，基質平均孔隙度為3.24%[17]；川北MS1井燈影組鉆遇局限臺地淺灘，取心段分析孔隙度為1.50%～4.60%，平均為2.87%。推測川北元壩地區燈影組臺緣帶具有與川中相似的儲層物性。

圖3川北地區震旦系燈影組儲集空間類型

2.3 蓋層條件

川北地區燈影組氣藏縱向上發育下寒武統筇竹寺組、下志留統龍馬溪組區域性泥巖蓋層；下三疊統嘉陵江組、飛仙關組、中三疊統雷口坡組膏鹽巖蓋層。筇竹寺組泥巖蓋層作為震旦系燈影組的直接蓋層，厚度為50～400 m，不僅厚度大，分布廣，還作為有效烴源巖為燈影組供烴，具物性封閉和烴濃度封閉雙重作用，封蓋能力強。龍馬溪組作為海侵體系域的產物，川北地區泥質蓋層廣泛分布，MS1井龍馬溪組泥巖厚度為316 m。鉆井顯示整個川北志留系泥質巖厚度為400～700 m，厚度大、分布范圍廣，連續性好。中三疊世雷口坡組地層中，膏鹽巖蓋層橫向穩定，連續性好，MS1井雷口坡組膏質云巖和石膏巖厚度為183 m。川北地區雷口坡組硬石膏巖厚度為44～235 m[18]。嘉陵江組是川北地區主要膏鹽巖發育層段，元壩地區嘉四五段厚度為98～375 m，占地層厚度的50%～87%，如元壩2井嘉四五段膏鹽巖厚度為199 m。川北地區厚層的膏鹽巖發育說明該區區域保存條件較好。

2.4 圈閉條件

四川盆地已發現的震旦系氣藏既有構造氣藏(威遠氣藏、高石梯-磨溪燈二段氣藏)，也存在巖性氣藏和構造-地層復合型氣藏(高石梯-磨溪燈四段氣藏)[19-20]。通過地震資料綜合解釋，川北地區九龍山—元壩—閬中一帶存在明顯的類似川中高石梯-磨溪地區的“陡坎”結構，燈影組臺緣相地層厚度明顯增加，內部出現丘狀、透鏡狀的雜亂或空白反射的地震反射特征，據此在川北地區震旦系發現多個大型圈閉，其中元壩燈影組丘灘構造-巖性有利區帶面積為722 km2，通南巴構造帶仁和場地區臺內灘構造-巖性有利區帶面積為780 km2；閬中地區臺緣礁灘巖性有利區帶面積達500 km2；九龍山構造為一大型短軸背斜，燈影組構造有利區帶面積可達180 km2。隨著研究的深入，川北地區臺內淺灘巖性圈閉亦是下一步重點勘探目標。

3 川北震旦系資源潛力及有利區帶

3.1 資源潛力分析

由于川北震旦系研究程度低，陡山陀組烴源巖相關資料較少，僅計算寒武系烴源巖生烴量。李劍等實驗研究表明，上覆烴源巖生成的油氣下排運移量為總量的25%～40%[21]，據此使用運聚系數法計算川北震旦系天然氣總資源量為5 442.9×108～8 708.7×108m3，元壩—通南巴地區震旦系資源量為4 205.9×108～6 729.5×108m3，占整個川北天然氣資源量的77.27%，顯示出該地區資源量豐富，是川北震旦系勘探的主要地區。目前川北震旦系尚未取得突破，具有較大的勘探潛力。

3.2 川北震旦系有利勘探區帶

結合川中高石梯-磨溪震旦系已突破地區對各項條件進行分類定級，評價標準如下。

(1) 烴源條件：優(裂陷槽側源與倒灌供烴，烴源巖厚度大于250 m)；良(倒灌排烴，烴源巖厚度為150～250 m)；中(倒灌排烴，烴源巖厚度為50～150 m)；差(倒灌排烴，烴源巖厚度小于50 m)。

(2) 儲集條件：優(臺緣灘，燈四段地層厚度大于300 m)；良(臺內灘，燈四段地層厚度為200～300 m)。

(3) 蓋層條件：優(直接蓋層厚度大于200 m，上覆地層剝蝕量少)；良(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕量較少)；中(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕量少)；差(直接蓋層厚度小于200 m，上覆地層剝蝕強烈)。

按照上述評價標準，綜合烴源巖、儲集層和保存條件分析認為(表1)：川北廣元—南江北地區位于米倉山造山推覆帶前緣，構造主體剝蝕到寒武系—奧陶系，斷裂發育，油氣易沿斷層逸散；鎮巴—萬源地區處于大巴山推覆變形帶，保存條件存在風險，因此兩者均為IV類勘探區(圖4)。從盆緣向盆內，烴源巖厚度逐漸增大，構造變形逐漸減弱，保存條件逐漸變好，南江和通江中—強扭變形區為Ⅲ類有利勘探區，仁和場地區弱扭變形區為Ⅱ類有利勘探區。最有利區是位于閬中—元壩西—九龍山一帶，該區域與川中高石地區燈影組具有相似的高能相帶環境，發育燈二段和燈四段多期臺緣丘灘，縱向上巖溶儲層厚度大，僅燈四段白云巖厚度達250 m以上；另外，古裂陷槽控制了厚層寒武統烴源巖的沉積，越靠近槽內厚度越大，資源量越大，油氣可以通過烴源巖的側向和下排進入燈影組儲層中，處于弱扭變形區，保存條件好，為Ⅰ類有利區。目前閬中地區已部署川深1井，川北震旦系一旦獲得較大突破，后期勘探前景非常明朗。

圖4川北地區震旦系燈影組有利勘探區帶劃分

表1 川北地區震旦系燈影組有利勘探區帶評級

4 結 論

(1) 川北與燈影組成藏有關的烴源巖主要有2套：震旦系烴源巖厚度相對較薄，為燈影組供烴的一套補充烴源巖；下寒武統烴源巖作為區域性烴源巖，具有面積廣、厚度大、有機質豐度高和有機質類型好的特征，川北燈影組具備形成大中型氣田的物質基礎。

(2) 川北震旦系以構造圈閉和巖性圈閉為主，圈閉面積大，主要位于裂陷槽邊緣。臺緣丘灘、臺內淺灘巖性圈閉亦是下一步勘探目標。

(3) 川北震旦系天然氣總資源量為5 442.9×108～8 708.7×108m3，目前尚未有勘探發現，具有較大的勘探潛力。通過油氣成藏地質條件綜合分析將川北震旦系劃分出4類勘探區帶，其中最有利區帶主要分布在靠近古裂陷邊緣的元壩西、閬中地區和九龍山構造帶。

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