川東地區寒武系龍王廟組沉積相特征與有利相帶分布

張文濟 李世臨 任曉莉 張 靜 郭艷波 葉朝陽 陳亞妮

1. 中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦 2. 四川長寧天然氣開發有限責任公司3. 西南石油大學石油工程學院

0 引言

隨著川中高磨地區在寒武系龍王廟組油氣勘探獲得重大突破，龍王廟組成為四川盆地下古生界油氣勘探的重點層位[1-2]。四川盆地寒武系發育齊全，下寒武統底部筇竹寺組發育優質烴源巖[3-4]。并通過筇竹寺組地球化學特征研究獲得油氣源認識[5-7]。前人整體上對四川盆地龍王廟組儲層及主控因素、沉積相都有相對較多的認識成果[8-19]，但對川東地區龍王廟組儲層及沉積相研究所用資料有限。前人對川東沉積相研究提出許多觀點：馮增昭等[13]（2001）認為川東地區龍王廟組發育碳酸鹽巖臺地沉積；馬永生等[2]（2009）認為川東地區龍王廟組以局限臺地沉積為主；門玉澎等[14]（2010）認為川東地區龍王廟組為碳酸鹽巖緩坡沉積，且蒸發巖發育；楊威等[16]（2012）認為川東地區龍王廟組為鑲邊臺地沉積，東部發育灘間海亞相，西部發育云坪亞相； 任影等[18]（2015）將龍王廟組劃分為局限臺地、開闊臺地、蒸發臺地和混積臺地4個相。川東地區已鉆井池7、貓1、座3、五科1、太和1井以及2018年完鉆的五探1井都說明川東地區寒武系龍王廟組具備良好的流體儲藏條件和油氣儲集性能，而且烴源巖和蓋層都比較發育，整體上天然氣成藏地質條件優越。

在前人研究的基礎上，重點應用新鉆探井五探1井鉆井資料結合座3井、城口羊絲橋、陜西鎮坪和陜西鎮巴撈旗河龍王廟組野外露頭和區域地質測量報告[20]的相關資料，對開江——城口地區龍王廟組的巖石學特征進行分析，深入和系統地研究沉積相類型和展布特征，為川東地區寒武系龍王廟組天然氣勘探提供基礎資料和理論依據。

1 區域地質背景

開江——城口地區位于四川盆地東部，區域構造上位于上揚子板塊北緣南大巴山沖斷帶的東南段，屬于四川盆地和秦嶺造山帶的過渡帶，在城口——鎮坪推覆體南段（圖1）。該區跨秦嶺、揚子兩個一級地層區劃范圍，工作區內，以高觀寺——鐘寶巨型沖斷為界，其北稱“陜南秦嶺地層分區”，其南稱“川東——鄂西地層分區”，出露自震旦紀以來除泥盆紀、石炭紀、白堊紀外的各時代沉積，研究區所在位置屬于“川東——鄂西地層分區”[20]。

2 沉積相特征

2.1 地層特征

川東地區前期鉆井資料較少，對龍王廟組的研究程度較淺，根據研究區內最新完鉆井五探1井的資料，結合鄰區鉆井資料及盆地周緣野外露頭資料對龍王廟組特征進行分析。龍王廟組頂界以粉晶白云巖與其上覆高臺組底部粉砂質灰巖分界，電性上表現為自然伽馬降低、電阻率升高的特征。底部以泥晶灰巖與其下伏滄浪鋪組頂部的泥巖分界，電性上表現為自然伽馬升高、電阻率降低的特征。龍王廟組巖性主要為白云巖，底部發育少量石灰巖（五探1井），膏鹽層、云質粉砂巖（座3井），一般可二分（圖1）。

2.2 巖石學特征

圖1 工區位置及下寒武統龍王廟組鉆井柱狀剖面圖（注：1 in=25.4 mm，1 ft=0.304 8 mm，下同）

巖相是鑒別碳酸鹽巖沉積相最基本和最有意義的標志之一，也是最易觀察、最直接的環境參數。通過對五探1井巖心和巖屑、座3井巖屑及城口羊絲橋、城口黑風廟、城口修齊、陜西鎮坪等剖面的詳細觀察和描述，從巖石的顏色、結構、產狀及沉積特征等，總結了開江——城口地區寒武系龍王廟組發育的主要巖相類型為：白云巖類、石灰巖類、碎屑巖、石膏巖類。

1）白云巖類

主要包括晶粒白云巖、顆粒云巖、（殘余）鮞粒云巖、砂屑云巖、灰質云巖、泥質云巖等。

晶粒白云巖：白云石含量多大于90%，質純。多為粉——細晶結構，見重結晶現象，晶體較臟，具有霧心亮邊結構，緊密接觸。部分粉晶云巖鏡下少量見石英晶體呈自形、半自形（圖2-a），有的泥-粉晶云巖中見它形晶石英晶體。該類巖性為低能環境沉積物，發育于局限臺地的潮坪環境。

顆粒云巖：顆粒間亮晶膠結，有的見殘余顆?；糜?，微裂縫發育（圖2-b）。顆粒為砂屑和內碎屑組成，占65%；顆粒間的亮晶膠結物占35%。顆粒多為泥晶方解石組成，也有部分白云石化。該類巖性為高能的灘相沉積物。

（殘余）鮞粒云巖：鮞粒大小不均，有的鮞變形嚴重，有的鮞粒未變形（圖2-c）。有的鮞粒為殘余結構，可見鮞?；糜?，鮞粒間見溶孔，見瀝青浸染。該類巖性為高能的灘相環境沉積物。

角礫云巖：角礫主要為內碎屑，角礫大小相差懸殊，磨圓度較好，角礫排列具一定方向性（圖2-d），該類巖性為高能環境產物。

灰質云巖：灰質云巖，泥晶——粉晶結構，瀝青浸染，裂縫中充填硅質和白云石（圖2-e）。該類巖性為靜水沉積物。

2）石灰巖類

石灰巖類主要發育在五探1井下部和盆地東北露頭中，主要包括灰巖、顆?；規r、鮞?；規r、角礫灰巖、砂屑灰巖、云質灰巖和泥質灰巖等。

灰巖：多為泥晶結構，少量亮晶結構。見少量石英晶體，石英晶體呈半自形——它形，見生物屑（圖2-f）。在地層中常見泥晶灰巖與灰質云巖互層，其間壓溶縫常見瀝青浸染。為低能環境產物。

圖2 開江——城口地區寒武系龍王廟組鏡下照片

顆粒灰巖：顆粒為砂屑和糞球粒，亮晶膠結，粒間縫有深色有機質，沿縫的顆粒有白云石化現象，顆粒大小0.04 mm左右，顆粒間微裂縫發育，充填白云石（圖2-g）。

鮞?；規r：亮晶結構，總體上鮞粒大小不一，多有變形，有白云石化現象（圖2-h）。

角礫灰巖：角礫為顆粒巖，顆粒有白云石化現象，礫間縫殘留瀝青，見生屑（圖2-i）。

砂屑灰巖：在盆地周邊野外露頭多見，一般為顆粒結構，顆粒占70%，主要為砂屑，少量生物碎屑；泥晶基質占30%。顆粒分選差，部分顆粒發生壓實變形。顆粒主要由亮晶方解石組成，發暗紅色光，少部分靠近縫合線的顆粒發生白云石化作用，白云石發紫紅色光；縫合線主要為泥質或有機質充填，不發光，見極少量高嶺石充填，發深藍色光（圖2-j）。

云質灰巖：泥晶結構，見生物屑，選擇性溶蝕現象明顯，順溶蝕溝白云石化，見膏溶孔。

3）碎屑巖類

主要為云質砂巖、灰質砂巖（圖2-k）。該類巖石為混積臺地沉積環境產物。分布于研究區西北方向的古隆起及邊緣地帶。

4）石膏巖類

座3井龍王廟組發育石膏巖以及云質膏巖（圖2-l）。為干旱蒸發環境沉積物。

2.3 單井沉積相劃分

寒武系在川東主要發育碎屑巖和碳酸鹽巖混積陸棚相（臺地）、碳酸鹽巖陸棚相（臺地）[13-19]。碳酸鹽巖陸棚相又可細分為蒸發臺地、局限臺地、開闊臺地亞相以及其相應的沉積微相（表1）。

表1 寒武系龍王廟組沉積相類型表

1）碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺地

混積臺地在寒武系發育，川東地區在不同地質歷史時期混積陸棚發育的范圍不同，但是混積陸棚多發育在西北部，寒武系龍王廟組混積臺地亦不例外，其原因多與物源供給和海平面變化有關?；旆e臺地相在巖性上主要表現為粉砂巖（圖2-k）、頁巖、泥巖與白云巖、石灰巖和石膏巖及它們的過渡巖類的不等厚互層（圖3）。

圖3 曾1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

2）碳酸鹽巖臺地

碳酸鹽巖臺地是一個被淺海（陸表海）所覆蓋的、沉積水體很淺、地形平坦、坡度極小、范圍開闊且沒有陸源碎屑供應的淺水碳酸鹽沉積環境。發育有開闊臺地亞相、局限臺地亞相和蒸發臺地亞相。

①開闊臺地

開闊臺地指海水循環較好、鹽度基本正常的淺海，水體能量一般較高，在淺水區常常發育生物礁和淺灘。寒武系開闊臺地亞相廣泛發育，在不同地質歷史時期開闊臺地的分布范圍不同，開闊臺地多分布在東南部。開闊臺地相的巖性主要為顆?；規r（砂屑灰巖、鮞粒灰巖、生屑灰巖等）、泥質灰巖、泥晶灰巖和泥頁巖等（圖2-c、f～j）。寒武系龍王廟組開闊臺地發育于東部，如城口地區（圖4）、陜西鎮坪寒武系龍王廟組為典型的開闊臺地亞相。根據沉積巖類型不同又可將開闊臺地亞相細分為顆粒灘和灘間海（開闊潮下）兩種微相類型。

②局限臺地

圖4 城口羊絲橋剖面寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

局限臺地是指海水循環受限、鹽度不正常的淺海，水體能量一般較低，局部淺水地區有時發育淺灘。局限臺地相的巖性主要為泥晶——粉晶云巖、泥質云巖、顆粒云巖（砂屑云巖、鮞粒云巖、生屑云巖等）、灰質云巖、膏質云巖（圖2-a～d）等。

局限臺地亞相 不同地質歷史時期局限臺地的分布范圍不同，而且局限臺地不同于混積臺地和開闊臺地，局限臺地并不存在優勢分布位置。宣漢——開江地區五探1井寒武系龍王廟組巖石鏡下觀察可見少量的石膏（圖2-b、e）和黃鐵礦分布，為典型的局限臺地相（圖5）。根據沉積物類型和測井曲線特征，可將局限臺地亞相細分為云質潟湖、膏質潟湖、膏云坪、云坪、灰云坪、云灰坪、顆粒（淺）灘等微相。

圖5 五探1井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

③蒸發臺地

蒸發臺地亞相多處于潮上帶或潮間帶上部，此區域常在海平面之上，僅在特大高潮或風暴潮時才被水淹沒。蒸發臺地發育程度不均，在寒武系的龍王廟組有發育。研究區的蒸發臺地水動力整體較弱、氣候干旱、蒸發作用強烈，多形成準同生白云巖、石膏為主的云坪、膏坪，偶發育風暴成因的風暴巖夾層。根據沉積物類型，將蒸發潮坪分為膏坪、云坪、泥云坪等。如座3井龍王廟組中上段發育大套的膏鹽巖（圖2-l，圖6）。

圖6 座3井寒武系龍王廟組沉積相綜合柱狀圖

3 沉積相分布特征與有利相帶分布

3.1 沉積相縱向分布特征

通過北西——南東向上的沉積相連井對比圖來看（圖7），從曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井一線的寒武系龍王廟組沉積相從混積臺地——局限臺地——開闊臺地逐漸過渡。曾1井為混積臺地相砂礫屑灘微相，馬深1井頂部發育顆粒灘，其下段為云坪、云灰坪。五探1井龍王廟組為局限臺地亞相，底部發育灰云坪微相，往上顆粒灘微相和云坪微相交替發育。廣探2井下部有顆粒灘微相發育。座3井和太和1井龍王廟中晚期發育蒸發臺地亞相膏云坪微相。東南角的秀山膏田一帶在龍王廟早中期為開闊臺地亞相，晚期為局限臺地亞相膏云質泄湖微相。

3.2 沉積相平面展布特征

根據白云巖、石灰巖、膏鹽巖和碎屑巖的含量進行沉積相類型劃分（馮增昭）[1]：白云巖含量50%以上為局限臺地，石灰巖含量50%以上為開闊臺地，膏鹽巖含量50%以上為蒸發臺地，碎屑巖含量50%以上為混積臺地。除此，在碳酸鹽巖臺地內部，顆粒碳酸鹽巖含量20%以上為灘體。

根據區塊鉆井及盆地周邊野外露頭龍王廟組巖石含量的統計結果，白云巖的含量在區塊中部為50%以上，西北部與東部均低于50%。西北部的陜西鎮巴撈旗河和曾1井區，巖性主要為碎屑巖，發育碎屑巖與碳酸鹽巖的混合沉積，為混積臺地相；區塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶云巖含量大于50%，為局限臺地相；以東地區區塊東部石柱——云陽——城口至恩施——巫山——鎮坪一帶灰巖含量大于50%，發育開闊臺地相；在長壽——涪陵一帶，巖性以膏巖為主，為蒸發臺地相。從川東地區龍王廟組沉積相平面展布特征來看，盆地邊緣的城口——利川一線發育顆粒灘，宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布，其余大部分為云坪及灰云坪沉積微相（圖8）。

3.3 有利相帶分布

鮞粒灘、砂屑灘水體較淺、水動力較強，區內比較發育，沉積后期間歇性暴露于大氣淡水環境，鮞?；規r、砂屑灰巖易發生白云石化和溶蝕作用，具備了形成孔隙性儲層的良好條件。川東地區龍王廟組膏鹽巖厚度可達數百米，封蓋能力較好，在平面上穩定分布，對于龍王廟組的溶孔鮞粒白云巖、砂屑白云巖都是極好的區域性蓋層。因此，城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘面積廣布，為川東下寒武統龍王廟組的儲層有利分布區，可作為下一步油氣勘探參考。

圖7 曾1井——五探1井——廣探2井——太和1井寒武系龍王廟組沉積相聯井對比圖

圖8 川東地區龍王廟組沉積相平面展布圖

4 結論

1）川東地區寒武系龍王廟組主要發育白云巖類、石灰巖類，局部發育石膏巖類及碎屑巖類，一般可二分。

2）川東地區寒武系龍王廟組主要發育碎屑巖和碳酸鹽巖混積臺地、碳酸鹽巖臺地。碳酸鹽巖臺地又可細分為蒸發臺地、局限臺地、開闊臺地亞相以及其相應的沉積微相。

3）平面上，區塊西北角曾1井一帶為碎屑巖和碳酸鹽混積臺地相；區塊中部巴中——萬源——開州——萬州——重慶一帶為局限臺地，區塊東部石柱——云陽——城口至恩施——巫山——鎮坪一帶發育開闊臺地；在長壽——涪陵一帶為蒸發臺地相。城口——利川、宣漢——開江——梁平——墊江一線顆粒灘發育，為油氣勘探的有利相帶。