雙魚石地區棲霞組層序地層劃分及沉積相分析

2018-09-05 11:32:28王宇峰湯興宇孫志昀

特種油氣藏 2018年4期

鄭超，王宇峰，湯興宇，胡欣，孫志昀

(中國石油西南油氣田分公司，四川江油 621709)

0 引言

川西北地區下二疊統勘探始于1970年的河灣場構造，多口井在茅口組獲工業氣流，棲霞組只作為兼顧勘探層系，因而未獲得重大突破[1]。ST1井棲霞組完井測試獲得日產氣達87.6×104m3/d，表明了雙魚石構造棲霞組巨大的勘探開發前景。通過建立層序地層格架，進而分析沉積展布特征是勘探開發工作的基礎。前人對川西北地區棲霞組做過大量研究：胡明毅[2]對整個四川盆地進行了研究，將棲霞組劃分為2個三級層序，并認為每期旋回的周期相同；魏國齊[3]認為川西地區為碳酸鹽巖鑲邊臺地沉積體系，并對亞相類型進行了總結；蘇旺[4]研究了整個川西地區，將棲霞組劃分為1個三級層序，識別出開闊臺地相以及臺地邊緣相；梁寧[5]認為川西北地區發育緩坡臺地沉積模式；黃涵宇[6]將整個四川盆地梁山組、棲霞組作為研究對象，并將其劃分為3個三級層序，川西北地區發育碳酸鹽巖開闊臺地以及臺地邊緣相。雖然近年的研究成果對川西地區整體沉積相認識趨于統一，但因與ST1井相鄰的ST3井測試產量只有41.6×104m3/d，因此，針對雙魚石地區的研究存在如下問題：①各學者因資料掌握度及側重點的不同，對層序地層的劃分尚有分歧；②由于前人研究區域較大，致使對雙魚石地區的灘體刻畫不夠精細，不能滿足現階段勘探開發的需要。鑒于上述原因，在前人研究的基礎上，綜合野外露頭、鉆井、測井及地震資料，建立層序地層格架，并在格架內分析沉積體系特征，以期為雙魚石地區下一步油氣勘探提供指導。

1 區域地質概況

川西北地區處于松潘-甘孜褶皺帶與川中地塊之間，包括龍門山逆沖推覆帶和川西斷褶帶2個二級構造單元，川西斷褶帶由射箭河-潼梓觀高帶、中壩-雙魚石高帶以及武都-重華凹陷帶3部分組成。雙魚石構造帶位于川西斷褶帶西北緣，屬于中壩-雙魚石高帶的次一級正向構造單元，北西面與射箭河-潼梓觀高帶相連，南東面與劍閣-梓潼坳陷帶相鄰[7]。受加里東運動古隆起的影響，雙魚石地區整體抬升，早二疊世開始，構造作用明顯加劇，繼承性沉積的棲霞組因云南褶皺運動形成了多個被斷層切割，走向為北東—南西向的斷塊、斷鼻構造帶[8]。研究區地層厚度較為穩定，棲一段厚度約為50～60 m，巖性為泥質灰巖、泥晶灰巖；棲二段厚度約為60～70 m，巖性以細—中晶白云巖、豹斑灰巖、亮晶灰巖為主。棲霞組與上覆茅口組、下伏梁山組均為整合接觸。

2 層序地層分析

2.1 層序級次的確定

為了準確建立棲霞組層序地層格架，首先需明確其在四川盆地中的級次。調研前人研究資料[9]，四川盆地的演化過程可分為6個旋回期：揚子旋回、加里東旋回、海西旋回、印支旋回、燕山旋回以及喜山旋回，可識別為一級層序，對應6個巨旋回。棲霞組發育于海西旋回，海西旋回在四川盆地響應為泥盆紀末的柳江運動、石炭紀末的云南運動和早二疊世末的東吳運動3個階段，可劃分為二級層序，對應3個超長期旋回(圖1)。據此對棲霞組地層進行三級層序劃分。

2.2 層序及體系域界面的識別

早二疊世初，雙魚石地區氣候溫和，受云南運動的影響，海水開始加深，加之區域構造穩定，使得沉積環境由梁山組的碎屑巖沉積轉換為棲霞組的碳酸鹽巖沉積[10]。

盆地西北緣龍門山推覆帶因古斷裂活動而下陷[11]，斷裂東側的下盤在正斷層作用下發生掀斜抬升作用。棲霞組早—中期，由于構造抬升速率較海侵速率慢，整體為海侵沉積；而棲霞組中—后期，由于構造活動加強，雙魚石地區抬升速率大于海侵速率，整體表現為海退沉積。根據野外露頭、鉆井、測井以及地震資料，將棲霞組劃分為2個三級層序(SQ1與SQ2，對應的層序界面為SB1、SB2及SB3)、4個體系域以及2個海泛面(MFS1、MFS2)(圖2)。

圖2 棲霞組ST1井單井層序地層及沉積相分析

層序界面在野外露頭上識別為巖性、巖相轉換面。以旺蒼王家溝剖面為例，棲霞組整體厚度約為110 m，SQ1與SQ2厚度相近，SQ1整體表現為淺灰色泥晶生屑灰巖；SQ2發育灰白色亮晶生屑灰巖。SB1與下伏梁山組為整合接觸，巖性由陸相薄層泥頁巖轉變為海相薄—中層泥晶生屑灰巖；SB2表現為薄—中層泥晶生屑灰巖到中—厚層亮晶生屑云巖的轉變；SB3則為中—厚層亮晶生屑灰巖與眼球眼皮構造灰巖的轉換面。體系域的分界面(海泛面)在露頭中表現為層理最薄處及泥質含量最高處。

鉆井及測井剖面中，層序界面以巖性轉換面、曲線異常凸起面以及曲線疊置樣式的變化為特征。如ST1井SB2處，巖性由泥晶藻屑灰巖轉變為亮晶生物屑灰巖，自然伽馬曲線由進積變為加積，且API降到最低，表明泥質含量先降低再增高，沉積由海退開始向海進轉變，結合電阻率曲線的突變響應，將該處劃為層序界面。海泛面即海水最深時期對應的海平面，因而泥質含量最高，可根據自然伽馬曲線API值最高處作為劃分依據，將棲霞組劃分出4個體系域(圖2)。

棲霞組地層較薄，在地震剖面中層序界面以波阻抗差異而形成的中強—強反射軸為識別標志。在過ST1井的地震剖面中，通過同向軸特征結合ST1井單井層序劃分后在地震剖面中的標定可以看出井、震層序界面具有較好的對應關系。SB1因泥巖轉變為灰巖，反射系數較大，因而表現為強振幅；SB2、SB3為灰巖與云巖之間的轉換，反射系數相對較低，因而表現為中強振幅。

2.3 層序特征

SQ1與棲一段對應，厚度約為50～60 m，目的層內廣泛發育且沉積厚度穩定。ST1、SY001-1井巖性為灰白色泥晶生屑灰巖；ST3井發育灰白色泥晶生屑灰巖，局部夾泥質灰巖，反映ST3井沉積區水體相對更深，整體呈南東高、北西低的特點。自然伽馬曲線為齒化箱形，沉積環境整體穩定，局部波動，相對于SQ2，SQ1的API較高，表明SQ1水體深度大于SQ2。海泛面位于沉積中—后期，說明海進沉積期長于海退沉積期。發育開闊臺地相，以泥灰質開闊海微相為主。層序界面SB1、SB2均為巖性轉換面，自然伽馬曲線及電阻率曲線均有異常響應。在地震剖面中，SB1反射面以中頻、強振幅、連續性高為特征；SB2處的同相軸具有中頻、中強振幅、反射較連續的特征。

SQ2與棲二段相對應，厚度約為60～70 m，研究區內廣泛發育且厚度穩定。ST3井、ST1井以及SY001-1井發育灰白色亮晶生屑灰巖及薄層細—中晶白云巖，表明該沉積期海水整體較淺，水體能量較高。自然伽馬曲線呈微齒化箱形，沉積環境穩定，由于API值整體低于SQ1，體現了其水體較淺的特征。海泛面發育于旋回早—中期，印證了SQ2經歷了短時間的海進和長時間的海退。發育臺地邊緣相，以生屑臺緣灘、灰質灘間海及云坪為主要沉積微相。層序界面SB3為巖性轉換面，自然伽馬曲線為異常凸起，聲波時差曲線表現為疊置樣式的改變。在地震剖面中，SB3具有中低頻率、中強振幅、反射較連續的特征。

2.4 層序地層格架下沉積演化分析

準確建立層序地層格架是研究沉積相縱向演化規律及地層對比的基礎，對有利區域的劃分具有重要意義。此次研究是在野外露頭層序劃分的基礎上，結合單井及地震剖面層序分析所建立的三級層序地層格架，并詳細分析了層序地層格架下各體系域內灘體的發育、演化特征(圖3)。SQ1時期，由于川西斷褶帶被抬升的速率低于海平面升高的速率，因而主要發育海進體系域。泥晶生屑灰巖以及泥質灰巖的巖性組合表明沉積期間水體能量較低，發育開闊海微相，灘體不發育。SQ2時期，川西斷褶帶被抬升的速率加快，高于海平面升高的速率，因而主要表現為海退旋回。海進體系域沉積期，巖性從泥晶生屑灰巖變為亮晶生屑灰巖，水體能量加強，ST3井區臺緣灘微相開始發育，整體為微齒化箱形的自然伽馬曲線，反映水體能量穩定；海退體系域沉積期，ST1井與SY001-1井區也開始發育臺緣灘微相，ST1井和SY001-1井區沉積的灘體上覆于海進體系域發育的亮晶生屑灰巖之上，并且由于海退體系域中多發育細—中晶白云巖，較高的水體能量環境使形成的灘體厚度較海進體系域沉積期形成的灘體更大、分布范圍更廣，因而表明海退體系域更利于灘體的發育。

3 沉積相平面展布分析

研究區井位較少且分布較為集中，運用單因素法不能對沉積相帶進行準確劃分，利用地震屬性分析技術對平面相展布特征進行刻畫是行之有效的方式。棲霞組SQ1儲層不發育，因此，主要針對儲層發育區SQ2進行沉積展布分析。

結合棲霞組地質特征，提取瞬時振幅、瞬時頻率以及瞬時相位3種基本屬性進行敏感度和匹配度分析，認為3種基本屬性之間匹配合理且以振幅類屬性效果最佳[12-13]，振幅類屬性與地層反射系數相關，可反映地層的巖性差異、孔隙特征等[14]。SQ2巖性相近，優選更為敏感的屬性是研究的關鍵。根據已有巖心資料，通過測量各巖心平均速度與平均密度，建立了楔狀體正演模型。通過該正演模型可以看出，白云巖儲層段的響應特征為寬緩波谷，與已鉆井儲層段的地震反射特征吻合較好，說明該正演模型是正確的。

圖3 棲霞組層序地層格架下連井相

研究區發育臺地邊緣相，儲集相帶為臺緣灘微相，取心資料顯示儲集巖主要為細—中晶白云巖和殘余砂屑白云巖，次為云質豹斑灰巖和生屑灰巖。前人研究表明[15]，雙魚石地區的白云巖早期是由準同生混合水白云化作用而形成，規模較小且分布局限；到早二疊世晚期，受東吳運動地殼抬升的影響，棲霞組SQ2儲層長時間處于咸淡水混合帶中，形成規模化白云巖層。結合古地貌特征，白云化作用發生于出露水面的灘體高部位，因而白云巖集中發育區即為灘體發育區，并且由于灘體發育區水動力較強、泥質含量低，致使巖性質地較脆，在構造作用中易產生裂縫。因此，結合振幅類屬性特性可知，當巖層內有孔洞(白云化作用)或者縫隙(構造作用)時，波谷的能量會降低，形成弱振幅響應[16]。據此特性可識別白云巖發育區。利用最小振幅屬性，對孔洞、裂隙最發育的區域進行識別，從而推測整個灘體的展布特征，并運用Strata軟件geoview模塊沿棲霞組頂界面以30 ms為時窗提取最小振幅屬性切片。

由于研究區斷層發育且最小振幅屬性受裂隙影響較大，因此，在刻畫沉積展布特征時應考慮斷層因素，疊合SQ2最小振幅屬性切片及相干屬性切片(圖4a)可知，研究區南西部振幅相對較弱，紅色至黃色的中—低能區為中—弱振幅響應，利用鉆井巖心及錄井巖性資料標定可知，該區域白云巖發育，識別為灘緣微相；灘緣內部的黃色至綠色低振幅區推測為白云巖更發育的灘核微相；靠近灘緣邊界的黃色至綠色區域則因斷層發育表現為低振幅值；灘體之間發育的灘間海微相響應為淺藍色的中—高振幅區；結合古地貌推測灘體南部深藍色至紫色中高—高振幅區為開闊臺地相的開闊海亞相(4b)。

圖4 棲霞組SQ2最小振幅屬性切片及平面展布特征

4 有利區域預測

前人研究表明，川西北地區棲霞組氣藏氣源主要來自中二疊統及其下伏志留系2套烴源巖(圖5)，且生烴強度高[17]，儲層氣源供給充足。據鉆井巖心測試，儲層平均孔隙度為3.09%，平均滲透率為2.92×10-3μm2，具有低孔、中低滲的特征，因而斷裂發育區易形成優質儲層；根據準同生混合水白云化及后期混合水白云化成因機理，認為在地貌較高的咸淡水混合帶有利于白云巖的形成，發育為優勢儲層；結合層序發育特征，可知在SQ2海退體系域時期形成的灘體也為儲層優勢區；據此，疊合構造圖、沉積相圖以及古地貌圖將棲霞組SQ2有利區劃分為3個等級(圖5)：Ⅰ級有利區為斷層附近的灘體構造高點，Ⅱ級有利區為沒有斷層發育的灘體構造高點，Ⅲ級有利區為灘核發育區。通過對比正鉆井ST8井的取心資料，與預測吻合較好。