川西北地區天井山古隆起規模微生物巖儲層的成因及其地質意義

辛勇光 王興志 唐青松 田 瀚 張 豪 徐 亮馮慶付 尹 宏 王旭麗

1.西南石油大學 2.中國石油勘探開發研究院 3.中國石油西南油氣田公司 4.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

1972年，在四川盆地西北部江油地區發現了高豐度的中三疊統雷口坡組氣藏[1]，天然氣探明儲量為86.3h108m3，儲層為微生物巖儲層；近期，相鄰的劍閣地區鉆探的雙魚001-1井在雷口坡組三段（以下簡稱雷三段）也見到良好的油氣顯示，儲層也是微生物巖儲層，厚度為65 m。這些都預示著江油—劍閣地區雷三段整體發育微生物巖儲層，天然氣勘探前景良好。

對于江油地區雷三段儲層前人已經做了大量的研究工作，取得了一系列成果和認識：①雷三段儲層巖性以顆粒云巖和藻云巖為主，儲集空間以次生溶蝕孔隙占優勢[2-7]；②砂屑灘和顆粒灘沉積為后期儲層的形成奠定了物質基礎，儲層受準同生期、表生期和埋藏期巖溶作用的共同改造，埋藏期溶蝕作用對現今雷口坡組儲層內儲集空間的貢獻最大[2-4]；③白云石化作用是非常重要的建設性成巖作用，表生期和埋藏期的溶蝕作用是次生孔隙形成的關鍵因素[5-7]。盡管前人對該套儲層的研究成果頗豐，但也存在著2個問題：①控制江油—劍閣地區厚層微生物巖儲層發育的地質背景不清楚；②對于儲層主控因素的認識存在著分歧。針對上述問題，筆者基于大量的露頭、巖心、鉆井、分析化驗等資料，運用地質和地球物理方法開展了江油—劍閣地區雷口坡組微生物巖儲層主控因素研究，以期為四川盆地雷口坡組油氣勘探提供有益的地質理論指導和技術思路。

1 區域地質背景

江油—劍閣地區位于四川盆地龍門山前山帶北段天井山古隆起區南段，西臨龍門山推覆構造帶，東接川西前陸盆地[8]。天井山古隆起具有形成時期早、隆升時期長、多期活動的特點，經歷了早寒武世古地貌高、中寒武世—中三疊世震蕩升降、三疊紀末期基本定型、侏羅紀以來改造調整等過程[9-11]。江油—劍閣地區主體為天井山古隆起南段，天井山古隆起南段在雷口坡期是一個呈北東向展布的水下古隆起，水體較淺，東北部的雙探2井—河7井區和中部的永平1井區為隆起核部，其他地區為斜坡區，東南側為凹陷區（圖1-a）。

圖1 江油ü劍閣地區雷三3亞段殘厚圖及雷口坡組地層柱狀圖

川西北地區雷口坡組為一套碳酸鹽巖夾硬石膏巖，底以硅質泥巖與嘉陵江組頂部硬石膏巖整合接觸，頂以碳酸鹽巖與須一段泥巖不整合接觸。雷口坡組自下而上可分為五段：雷一段、雷二段、雷三段、雷四段和雷五段；其中，雷三段底以灰質云巖與雷二段石膏巖整合接觸，頂以藻屑云巖與雷四段底部泥質云巖整合接觸；雷三段根據巖性旋回自下而上可分為三個亞段：雷三1亞段（T2l31）、雷三2亞段（T2l3

2）和雷三3亞段（T2l33），雷三1亞段以泥晶云巖為主夾石膏質云巖，雷三2亞段以石膏質藻紋層云巖為主夾石膏巖，雷三3亞段主要為藻云巖夾泥晶云巖。儲層主要發育在雷三3亞段藻云巖中（圖1-b）。

2 微生物巖儲層特征

江油—劍閣地區雷三3亞段巖性主要是藻云巖、泥—粉晶云巖夾少量的顆粒云巖，其中藻云巖是最有利的儲集巖。天井山古隆起區以藻云巖為主，非隆起區則以泥—粉晶云巖為主。儲層主要發育在古隆起區藻云巖和顆粒云巖中，非隆起區儲層不發育。嚴格來說，藻云巖所謂的“藻”其實是藻類和細菌等組成的微生物復合體，有研究者將其稱為藍細菌云巖或微生物碳酸鹽巖[12-13]，隸屬于微生物巖范疇。江油—劍閣地區雷三3亞段藻云巖儲層巖石類型可以分為藻屑云巖和藻紋層云巖兩種類型（圖2）。

1）藻屑云巖：生長的藍綠藻將粒徑大小不一的礫屑、砂屑和粉屑等顆粒黏結起來，形成各種黏結顆粒、藻黏結團塊和核形石等，以藻砂屑云巖為主（圖2-a、b）；發育藻黏結格架間溶孔、粒間和粒內溶孔（圖2-b、c）。

2）藻紋層云巖：以泥—粉晶結構為主，局部含少量砂屑、粉屑，多具波狀、微波狀和紋層狀構造；巖石主要由明暗相間的富藻和貧藻紋層組成，富藻紋層顏色較深，為暗層，多由具隱粒結構的藻球粒、藻絲體黏結泥屑和粉屑構成，呈連續或斷續的波狀、紋層狀；貧藻紋層顏色較淺，為亮層，其中藻類含量少，主要由泥—粉晶云巖組成（圖2-d）。常見鳥眼孔、晶間溶孔（圖2-e、f）。

通過巖心物性和CT掃描分析，藻云巖儲層孔隙度介于2%～8%（圖3-a），滲透率介于0～1 mD（圖3-b）；裂縫較發育，屬于裂縫—孔隙型儲層（圖3-c）。

圖2 江油ü劍閣地區雷三3亞段藻云巖巖石特征照片

根據實測野外露頭、鉆井巖心以及測井解釋，繪制了天井山古隆起南段雷三3亞段孔隙度大于2%的儲層平面分布圖（圖4）。從圖4可見，天井山古隆起南段廣泛分布雷三3亞段藻云巖儲層，面積約10 000 km2，儲層厚度介于20～70 m。其中，隆起區核部的永平1井區和河7井東北部地區雷三3亞段儲層被剝蝕殆盡；江油含增—中46井、重華1井—雙魚001-1井等地區藻屑灘發育，藻云巖儲層發育，儲層最厚，厚度介于60～70 m；斜坡區中部向西北和東南方向儲層厚度逐漸減薄，凹陷區如劍門1井等井區儲層不發育。

圖3 江油ü劍閣地區雷三3亞段藻云巖儲層物性圖

圖4 江油ü劍閣地區雷三3亞段儲層分布圖（φ≥2%）

3 古隆起有利于微生物巖的發育

中三疊世，四川盆地屬于一個受周邊古隆起和盆內水下古隆起限制的水體淺、鹽度大、范圍廣闊的局限碳酸鹽巖臺地環境，海水主要來自西南部的越北海和西北部的滇青藏古大洋[14-16]。前人針對川西北地區雷三3亞段藻云巖的沉積環境做了大量研究，主要有曾德銘等[4]提出的灘體說和林良彪等[17]提出的局限臺地潮坪說。筆者在露頭、巖心、鉆井、分析化驗等資料的基礎上，通過沉積相標志分析、單井沉積相（圖5）及連井沉積相研究，認為江油—劍閣地區雷三3亞段為局限臺地潮坪沉積環境，廣泛發育藻云坪、藻屑灘相，沉積了厚層藻云巖。

雷三3亞段沉積期，位于天井山古隆起的江油—劍閣地區西鄰滇青藏古大洋，水淺、鹽度高、陽光充足，沉積環境十分有利于藍綠藻的發育，形成了大量富含藍綠藻的碳酸鹽巖，大面積發育藻云坪相，在地貌較高處發育藻屑灘沉積，藻屑灘儲層最發育，藻云坪次之。藻屑灘位于地貌較高地，水體位于低潮線之下的浪基面附近，水動力條件較其他沉積區強，主要堆積的是藻屑和鮞粒等顆粒沉積體，其中以藻屑最為發育，鮞粒較少。藻屑灘是由藍綠藻黏結各種顆粒堆積在一起形成的灘體，灘體主要由淺褐灰色藻屑云巖組成，中—厚層塊狀為主，溶孔較發育，儲集性能最好；這類灘體沉積時的水動力條件變化較大，當能量較強時，形成粒徑大小不一、分選和磨圓較差的砂屑、粉屑，當能量變弱時，生長的藍綠藻將這些顆粒黏結起來，形成各種黏結顆粒、藻黏結團塊和核形石等，并常與周圍灘間潮下低能沉積物過渡。藻云坪位于地貌較平坦區，主要由層紋狀、波狀疊層藻云巖組成，可見鳥眼孔和晶間溶孔，有一定的儲集性能。

圖5 江油ü劍閣地區中46井雷三3亞段沉積相柱狀圖

4 古隆起有利于準同生巖溶作用的發育

詳細觀測江油含增露頭和中46井巖心，結合薄片和掃描電鏡觀察，識別出雷三3亞段5個向上變淺的高頻旋回（圖5）。每個旋回的下部是薄層致密泥晶云巖，主要為潮下低能量的泥晶云坪相沉積，由下而上，水體逐漸變淺，中上部為中厚層的多孔的藻屑灘藻屑云巖和藻云坪藻紋層云巖，頂部可見干裂、鳥眼和帳篷構造等準同生期暴露標志。

多期準同生溶蝕是孔隙發育的關鍵。雷三3亞段沉積期天井山古隆起是水下古隆起，水體較淺，由于海平面升降變化，當高頻旋回海水變淺，地貌較高的藻屑灘和藻云坪沉積物往往容易暴露并遭受準同生大氣淡水溶蝕作用，不穩定礦物（如文石或高鎂方解石）被溶解，形成大量的溶孔。江油—劍閣地區雷三3亞段普遍發育5期向上變淺的高頻旋回，旋回中上部的藻屑云巖和藻紋層云巖遭受準同生溶蝕，形成大量的藻黏結格架間溶孔、粒間和粒內溶孔、鳥眼孔和晶間溶孔（圖2-b、c、e、f），這些溶孔在后期的成巖作用中如壓實、膠結、表生巖溶等作用中雖然有一部分被充填，但仍有部分溶孔被保存下來，成為現今儲層的主要儲集空間。

5 古隆起有利于表生巖溶作用的發育

受印支運動的影響，四川盆地雷口坡組普遍遭受剝蝕[18-20]。天井山古隆起不同部位，雷口坡組剝蝕程度不同，古隆起的東北部河7井區和中部永平1井區等古隆起核部雷四段被剝蝕殆盡，雷三3亞段也遭受了部分剝蝕；斜坡區還殘留了部分雷四段。由于雷口坡組表生巖溶作用發生在該地層剛沉積不久，巖石固化程度低，在大氣淡水作用下，極易形成巖溶體系，發育大量溶蝕孔洞，表現在鉆井放空和井漏現象普遍，野外露頭、鉆井巖心以及鏡下薄片可見大量的巖溶現象，如沿裂縫或層面形成的溶孔和溶洞（圖6-a）、巖溶角礫巖（圖6-b）、滲流粉砂（圖6-c、d）、示頂底構造（圖6-d）等。

江油—劍閣地區主體為巖溶斜坡，表生巖溶作用對先期孔隙層的優化，形成沿裂縫或層面擴溶的溶孔和小型溶洞。

圖6 江油ü劍閣地區雷三3亞段表生巖溶作用特征照片

6 結論

1）天井山古隆起區雷三3亞段發育規模微生物巖儲層，厚度介于20～70 m，面積約10 000 km2；儲層巖性以藻屑云巖和藻紋層云巖為主，儲集空間主要為藻黏結格架間溶孔、粒間溶孔和粒內溶孔、鳥眼孔、晶間溶孔以及裂縫。

2）天井山古隆起控制了雷三3亞段規模微生物巖儲層的發育。該古隆起是規模微生物巖儲層發育的重要條件，古隆起區有利于微生物巖、準同生巖溶作用、表生巖溶作用的發育，形成規模微生物巖儲層。

3）天井山古隆起區雷三3亞段發育規模微生物巖儲層，具有良好的天然氣勘探前景。