川中地區加里東末期洗象池組巖溶儲層發育模式及其油氣勘探意義

李文正 文 龍 谷明峰 夏茂龍 謝武仁付小東 馬石玉 田 瀚 姜 華 張建勇

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲集層重點實驗室3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 4.中國石油勘探開發研究院

0 引言

近年來，四川盆地震旦系—寒武系的天然氣勘探主要圍繞樂山—龍女寺古隆起區的上震旦統燈影組和下寒武統龍王廟組，部署了大量的鉆井，并發現了目前我國最大的單體海相碳酸鹽巖整裝氣藏——安岳特大型氣田[1-5]。但是，對于該盆地中—上寒武統洗象池組的勘探程度卻較低，在鉆井過程中，洗象池組錄井顯示豐富，并且南充1井、高石16井、磨溪23井在該層系測試均獲得了工業氣流，表明洗象池組的天然氣勘探前景廣闊，有可能成為四川盆地的后備勘探領域和接替層系。

前人對洗象池組的研究主要集中在層序地層、巖相古地理與儲層主控因素等方面[6-14]。李偉等[6]、賈鵬等[7-8]基于碳同位素與INPEFA測井旋回分析，結合電性、巖性數據，多手段融合，將四川盆地洗象池組劃分為4個三級層序，厘定了盆地內各分區間的層序地層對應關系，認為川中地區層序地層發育不完整，川東地區層序地層發育完整且厚度較大。李偉等[9]、趙愛衛[10]、井攀等[11]、劉鑫等[12]的研究認為，四川盆地洗象池組自西向東發育混積潮坪、局限—半局限臺地、臺地邊緣與斜坡—盆地相，其中混積潮坪相主要發育于川西北與川西南地區，局限—半局限臺地相發育于四川盆地大部與滇黔北、鄂西—渝東地區，東北部城口—鄂西與永順—大庸地區則相變為環狀臺緣帶，再向廣海一側東北與西南部過渡為半深海斜坡和深海盆地相。關于洗象池組儲層的主控因素，前人的研究成果認為主要是受沉積相與古地理的約束，以顆粒灘相云巖為主[13-15]，而對于巖溶作用的研究則較少，僅有少數學者做了定性的闡述[15-16]，尤其是針對加里東末期巖溶作用的范圍與強度，鮮有報道。實踐證明，礁灘相巖溶儲層在碳酸鹽巖油氣勘探中具有重要地位，已經取得了一系列良好的油氣勘探效果[17-20]。為了給確定該區洗象池組下一步的油氣勘探方向和目標提供參考，筆者基于露頭、巖心、薄片觀察等資料，充分利用鉆井資料將地質與地震相結合，對川中地區加里東末期洗象池組巖溶作用進行了深入研究，厘定了巖溶不整合面的影響范圍，建立了加里東末期洗象池組巖溶儲層發育模式，預測了灘相巖溶儲層的有利發育區，指出了天然氣勘探有利區。

1 地質背景

四川盆地洗象池組巖性以淺灰色、灰色、灰黃色白云巖、泥質云巖為主，局部含砂質，夾角礫狀云巖、鮞粒云巖及硅質條帶或結核，連續沉積于中寒武統高臺組之上，與上覆奧陶系為平行不整合接觸。受加里東古隆起影響，呈現西北高、東南低的沉積格局，地層西北薄、東南厚[15]。在盆地西北部旺蒼、廣元等地區和龍門山前緣一帶缺失，威遠—龍女寺一帶厚度介于100～200 m，合川—廣安一帶厚度介于300～400 m，重慶地區為盆地內沉積中心，厚度可達800 m，至盆地東南邊緣石柱、南川一帶厚度介于600～700 m，向東地層厚度繼續增大，到盆地東部秀山—永順地區甚至超過1 000 m（圖1）。

洗象池沉積期，整個盆地位于局限臺地的內部，為鑲邊臺地沉積環境，總體具有西陸東海的沉積背景。從沉積演化上看，洗象池組沉積繼承了龍王廟期和高臺期的古地理格局，早期發生了快速的大規模海侵，盆地內蒸發濃縮的封閉沉積環境變為開放—半開放環境，梁平—重慶地區從膏質潟湖沉積，轉變為臺內洼地沉積。臺洼兩側古地貌較高，水體能量強，發育合川—廣安與南川—石柱兩條高能顆粒灘帶，而臺洼區水體能量較低，巖性較致密，以泥晶云巖為主。

2 洗象池組巖溶儲層特征

大量露頭、巖心的觀察與薄片的鑒定結果表明，洗象池組儲層巖性以顆粒云巖、晶粒云巖為主，孔隙的主要類型有溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔與裂縫（圖2）。溶蝕孔洞是洗象池組最主要的儲集空間（圖2-a），受準同生溶蝕、表生巖溶和埋藏溶蝕作用的多重影響，溶蝕孔洞的洞徑一般超過2 mm，最大可達12 mm。粒間孔與晶間孔為次要儲集空間，鏡下多見殘余粒間孔、擴溶孔（圖2-b～d），常呈多邊形，雜亂分布。裂縫為另一類較為重要的儲集空間（圖2-e、f），包括因埋藏溶蝕與構造破裂作用形成對的構造縫、溶蝕縫。構造縫發育受構造部位和斷層控制，多見溶蝕縫伴隨酸性流體的溶蝕作用，可見裂縫相互交叉，并連接孔隙，提高了先期孔洞的溝通能力，有利于儲層物性的改造[11]。

對四川盆地典型取心井與野外露頭1 554個柱塞樣品測試結果表明，孔隙度介于0～19.18%，平均值為3.46%，儲層孔隙度集中分布在2%～5%；1 402個物性數據揭示滲透率介于1.00h10－6～419.00 mD，平均值為0.99 mD。林怡等[14]通過對全盆地樣品孔滲關系的分析結果表明，洗象池組儲層具有雙重介質特征，孔滲關系的相關性不好，具有明顯的裂縫參與滲流，儲層類型為裂縫—孔隙型。

圖1 四川盆地洗象池組地層厚度分布圖

圖2 洗象池組儲層儲集空間類型照片

鉆井、野外露頭剖面及測井解釋綜合分析結果表明，洗象池組顆粒灘主要發育在地層的中上部。受海平面變化控制，顆粒灘縱向上薄、厚層疊置，橫向遷移頻繁，累計最大可達百米。

3 洗象池組剝蝕帶的分布

威寒101、合12、安平1、廣探2等井的巖心觀察表明，洗象池組遭受巖溶改造作用明顯，鉆井成像測井上發育裂縫—孔洞型儲層，地震剖面上存在明顯的削截特征（圖3），揭示洗象池組頂部發育巖溶不整合。但是前人對洗象池組剝蝕帶分布特征的研究鮮有報道。為此，筆者利用鉆井與地震資料，采用井震結合的方法對川中地區洗象池組剝蝕帶進行了識別與刻畫。

研究結果表明，洗象池組剝蝕帶（即洗象池組遭受剝蝕，但未剝蝕殆盡，仍有殘存地層的區域）沿樂山—龍女寺古隆起呈環狀展布，在川中地區表現為中部寬、南北兩側窄的特征。遂寧—龍女寺—南充地區，洗象池組剝蝕帶寬度介于20～50 km，南充以北、磨溪以南安岳—資中地區剝蝕窗口變窄，寬度小于20 km，其中磨溪13井—磨溪21井區剝蝕帶最窄，寬度僅為6 km。在加里東末期處于剝蝕帶區域的洗象池組地層直接暴露地表，受大氣淡水與風化作用改造強烈，原有儲集空間擴溶，是形成優質儲層的有利區，研究區內洗象池組剝蝕帶的面積可達 4 700 km2（圖 4）。

圖3 洗象池組地層尖滅線地震剖面圖

4 洗象池組儲層發育模式

洗象池組儲層的形成與分布主要受控于沉積相，少許作者提及后期表生巖溶對儲層的改造作用，對于前者筆者已在本文參考文獻[13]與[21]作了詳細論述。因此本次筆者主要針對加里東末期風化殼巖溶作用進行探討。

加里東末期構造運動強烈，地層抬升并遭受剝蝕，致使四川盆地西部洗象池組大面積缺失或直接出露，與上覆地層之間發育明顯的角度不整合，形成大型構造不整合面巖溶風化殼[22]。該期巖溶從中志留世一直持續到二疊紀，約120 Ma[23]，形成層間不平整的剝蝕或溶解面、溶解裂隙及與之連通的巖溶洞穴等風化殼古巖溶[24]。廣探2、南充1、磨溪23等井成像測井中可見巖溶特征，成像圖上見明顯裂縫和暗色斑狀的溶蝕孔洞發育（圖5），合12、廣探2等井的巖心和薄片中皆發育溶蝕孔洞（圖2），局部可見溶塌角礫巖及碎屑巖和垮塌物充填。

圖4 川中地區洗象池組剝蝕帶分布圖

圖5 洗象池組裂縫ü孔洞型儲層成像測井特征圖

圖6為川中地區洗象池組加里東末期灘相巖溶發育模式，依據古地貌背景，可劃分為地層缺失區、暴露剝蝕區與埋藏區。

圖6 川中地區加里東末期洗象池組巖溶儲層發育模式圖

缺失區內洗象池組被剝蝕殆盡，高臺組或下寒武統直接出露地表遭受風化剝蝕，并被后期沉積的二疊系所覆蓋，呈角度不整合接觸，如磨溪117井。

在暴露剝蝕區，洗象池組出露地表，并遭受大氣淡水淋濾。該區受垂直滲流與水平潛流雙重影響，表生巖溶和氧化作用強烈，產生溶溝、溶縫及溶洞。需要說明的是，洗象池組顆粒灘主要發育在其中上段，當靠近洗象池尖滅線附近時，地層剝蝕量大，導致較好的灘相儲層的物質基礎喪失，雖然巖溶作用強烈，但改造作用極其有限，儲層欠發育，如磨溪27井，洗象池組殘余厚度僅為55.7 m，測井解釋無儲層。靠近奧陶系尖滅線附近時，洗象池組剝蝕量有限，灘相儲集體保留較好，為后期有效的巖溶改造奠定了物質基礎，如磨溪107井，地層殘余厚度為83.5 m，儲層厚度為12.0 m。

埋藏區洗象池組未遭受加里東末期的剝蝕作用，地層保留完整，分布于磨溪18、寶龍1、磨溪23、南充1等井以東地區（圖4）。埋藏區以順層巖溶作用為主，巖心可見不規則溶孔溶洞發育（圖2-a）。此區地層厚度較大，儲層厚，灘相儲層疊加后期巖溶改造作用可形成灘相孔隙型白云巖優質儲層，如高石16井測井解釋儲層厚度為27.4 m，合12井儲層厚度為35.3 m，位于同一區域的廣探2井是洗象池組目前鉆遇儲層最好的探井，儲層厚度為43.9 m。

另外，川中地區受郁南運動的影響，洗象池組與奧陶系多以平行不整合接觸關系為主[25-26]。由于此次運動造成的暴露時間較短，巖溶作用所形成的溶蝕孔洞以小的彌散狀溶孔為主[22]，加里東末期風化殼巖溶作用在郁南運動基礎上對洗象池組儲層進行了再次改造。

5 有利油氣勘探區帶綜合評價

5.1 有利灘相巖溶儲層預測

地震上，洗象池組灘相儲集體的反射特征為斷續、中強波峰。利用二、三維地震資料，結合已鉆井及測井資料，對洗象池組灘相儲集體進行了刻畫，結果表明（圖7），洗象池組灘相儲集體主要分布在西充—廣安—潼南地區，面積共5 000 km2。西充—廣安—潼南地區位于暴露剝蝕區至埋藏區，巖溶作用強烈，可有效地改善洗象池組灘相儲集體物性，為灘相巖溶儲層最有利區，發育兩種類型儲層：一種是灘相疊加表生巖溶型儲層，位于暴露剝蝕區靠近奧陶系尖滅線附近；另一種是灘相疊加順層巖溶型儲層，位于奧陶系尖滅線東側的埋藏區（圖7）。

5.2 有利區帶評價

圖7 川中地區洗象池組天然氣勘探有利區帶評價圖

洗象池期，川中地區處于梁平—重慶臺洼的西側，在樂山—龍女寺古隆起的背景下，古地貌相對較高，為顆粒灘相有利發育區。志留紀加里東最后一幕運動使得四川盆地樂山—龍女寺古隆起整體抬升剝蝕，在暴露區與埋藏區易發生表生巖溶與順層巖溶作用，形成溶蝕孔洞及構造裂縫，為巖溶儲層的有利發育區。多口鉆井揭示洗象池組剝蝕帶附近含氣性好，錄井顯示活躍，南充1井、高石16、磨溪23、寶龍1等4口井測試獲得工業氣流，表明洗象池組具備良好的天然氣勘探潛力。

川中古隆起北斜坡西充—廣安地區洗象池組灘體規模大，巖溶作用強，發育灘相疊加表生巖溶型與灘相疊加順層巖溶型兩類儲層。該區毗鄰筇竹寺組生烴中心，且通源斷裂發育，可有效溝通烴源巖，形成構造背景下的地層巖性氣藏，有利勘探面積3 000 km2，可作為洗象池組灘相巖溶儲層的有利勘探目標。

6 結論

1）洗象池組灘相巖溶儲層巖性以顆粒云巖、晶粒云巖為主，儲集空間主要為溶蝕孔洞、粒間孔、晶間孔與裂縫，平均孔隙度為3.46%，平均滲透率為0.99 mD，為低孔低滲裂縫—孔隙型儲層。

2）川中地區洗象池組剝蝕帶中部寬、兩側窄呈環狀展布，剝蝕帶寬度介于6～50 km，面積為4 700 km2。

3）加里東末期地層抬升剝蝕，發生強烈的風化殼巖溶作用，發育兩種儲層，其中暴露剝蝕區發育灘相疊加表生巖溶型儲層，埋藏區發育灘相疊加順層巖溶型儲層，西充—廣安—潼南地區為灘相巖溶儲層最有利區，面積為5 000 km2。

4）西充—廣安地區毗鄰筇竹寺組生烴中心，且通源斷裂發育，洗象池組灘體規模大，巖溶作用強，易形成灘相疊加巖溶作用的有效規模儲集體，可作為洗象池組下一步天然氣勘探的有利目標。