川北元壩地區下寒武統仙女洞組儲層特征及油氣勘探潛力

梁子銳 劉 晶 熊治富 王 銀 潘 蓓

（中國石化勘探分公司，四川 成都 610000）

0 引言

近年來，對四川盆地寒武系的油氣勘探取得了重大發現，川中安岳龍王廟組高能灘相大型氣藏天然氣探明儲量已達4 403×108m3［1］。據近期的報道，川中古隆起北斜坡JT1井又在下寒武統滄浪鋪組14.5 m厚的塊狀孔隙型氣層中測試獲51.62×104m3／d的高產工業氣流［2］，表明寒武系縱向上具有豐富的挖潛空間。與此同時，露頭和鉆井均揭示川北地區寒武系淺灘相發育且分布廣泛，下寒武統仙女洞組是其中的典型代表層系，是油氣勘探的重要新領域。前期研究者對川北仙女洞組的沉積環境進行了廣泛的研究，主要形成了3種觀點：一是潮坪環境，二是碳酸鹽巖臺地邊緣灰泥丘、礁灘相，三是碳酸鹽斜坡；并認為其物源主要來自碧口地塊、漢南古陸及康滇古陸［3-5］。而對于川北元壩地區仙女洞組沉積相平面展布、儲層發育特征及主控因素等方面鮮有深入的研究，對有利區帶分布和勘探潛力方面更是有待進一步探討。為此，筆者基于研究區及周緣野外露頭、鉆井巖心、錄井和地震資料，對仙女洞組的沉積儲層特征、成烴成藏條件進行系統研究，并預測有利儲層分布區帶，力爭推動川中地區以外寒武系油氣勘探的新突破。

1 區域地質背景

元壩地區屬上揚子地臺的北緣部分，位于川北坳陷與川中低緩構造帶的結合部，縱向上可劃分為上、中、下構造變形層，海相構造層整體表現為西高東低、主體部位地層產狀平緩、構造變形弱的構造特征，對油氣保存有破壞性的大斷層不發育。

早寒武世，元壩地區自下而上沉積了筇竹寺組、仙女洞組、滄浪鋪組和龍王廟組。仙女洞組巖性總體為一套含豐富古杯類的石灰巖、鮞粒灰巖，夾鈣質細砂巖及角礫狀灰巖，厚度為70～180 m（圖1）。不同地層小區仙女洞組的巖性組合和厚度變化較大。仙女洞組橫向上大致與大巴山前—湘鄂西地區的石牌組、川中地區滄浪鋪組一段、川東南地區的明心寺組和川西南地區遇仙寺組下部相當［5-7］，屬于同期異相的關系。本次研究把盆地內相當層位統稱為仙女洞組，從全盆角度開展相關對比分析。

圖1 研究區區域位置與地層柱狀圖

早寒武世四川盆地早期拉張形成綿陽—長寧裂陷槽，筇竹寺組沉積了巨厚的泥頁巖，是一套優質烴源巖［8-13］。在筇竹寺—仙女洞組沉積過程中，整體為海退背景，四川盆地西南、西側的古陸持續提供大量物源，在深水區快速堆積，使綿陽—長寧裂陷槽自南向北關閉。仙女洞組沉積期已經接近填平，從大隆大坳的格局過渡至整體臺地化，僅殘余局部的臺內洼地（圖1），對陸源碎屑有一定的隔檔作用，使川北一帶成為適合碳酸鹽巖生長、沉積的清水、開闊臺地環境。

2 沉積儲層特征

川北地區仙女洞組在上述構造沉積背景下能否形成有效的油氣儲層是評價其勘探潛力的基礎。因此，筆者從川北地區仙女洞組的沉積相特征、儲層特征及發育主控因素、有利儲層展布預測等方面進行分析。

2.1 沉積相特征

仙女洞組巖性復雜，包括石灰巖、白云巖及碎屑巖3大類，表明其沉積相類型豐富多樣。以巖性組合、沉積構造等標志為主，結合測井相、地震相標志以及沉積韻律，可將仙女洞組沉積相類型劃分為濱岸、混積臺地、開闊臺地、局限臺地和陸棚。立足全盆選取了跨相帶的系列鉆井和露頭開展沉積相對比分析。從近南北向和近東西向的兩條剖面來看，盆地西南部、西部等靠近古陸邊緣地區的沉積物以濱岸相碎屑巖為主。向東至GS17井等過渡至混積臺地相沉積，以一套含陸源碎屑石英砂的鈣質泥巖及泥質灰巖為主，GS17井處于早寒武世裂陷槽中心，中下部發育一套臺洼亞相的泥巖。JT1井、CS1井和TX1井所處地區位于開闊臺地環境，淺灘沉積不同程度均有發育。川中地區GT2井一帶為局限臺地環境，以白云巖為主。再往東至竹溪縣雙橋村剖面，再次以開闊臺地相灰巖沉積為主（圖2）。在川北燈影—筇竹寺期的裂陷槽范圍內，仙女洞組沉積期局部仍殘留了一些小型的臺內洼地，臺洼周邊因局部古地貌高和水動力能量加強，是淺灘沉積的主要發育帶。

圖2 元壩及鄰區仙女洞組近東西向沉積相橫剖面圖

2.2 儲層特征及發育主控因素

川北地區仙女洞組露頭區普遍可見鮞粒灰巖，累計厚度從4～56 m不等，經觀察和取樣分析發現其物性總體致密、低孔隙度、低滲透率，18件樣品中的大部分樣品孔隙度小于2.0%，僅4件樣品的孔隙度大于2.0%，最大孔隙度值為5.2%。鏡下可見巖石膠結作用強，溶蝕孔洞欠發育，有少量孔也被石英充填，總體表現出白云石化作用弱、重結晶和充填作用強的特征，早期孔隙未能有效保持（圖3a、3b、3c）。反觀井下，鄰區JT1井仙女洞組測井解釋儲層6層，累計厚度達24.5 m，主要分布于中上部的鮞粒白云巖發育段，測井計算其孔隙度為2.0%～4.3%。閬中地區CS1井仙女洞組測井解釋儲層2層，累計厚度為10.9 m，同樣分布于中上部的灰質鮞粒白云巖發育段，測井孔隙度最大值為3.32%，巖心實測孔隙度為1.70%～4.34%。綜合有效儲層的情況分析，巖性主要為鮞粒白云巖、粉—細晶白云巖及灰質白云巖；儲集空間有粒內溶孔、晶間溶孔、粒間溶孔及裂縫等（圖3d、3e、3f）；儲層孔隙度介于2.00%～4.34%，滲透率介于0.003 8～1.510 0 mD，為裂縫—孔隙型儲層。白云石化程度與儲層發育密切相關。

圖3 仙女洞組儲層特征圖

綜上所述認為，遠離陸源、高能淺灘暴露及早期白云石化是仙女洞組儲層發育的控制因素。儲層物性與巖性密切相關，高能淺灘是儲層形成的物質基礎；沉積期及準同生期古地貌位置高是儲層孔隙空間保存和改善的關鍵，一方面暴露溶蝕“增孔”，另一方面白云石化強，增強了儲層抗壓實壓溶的能力，有利于孔隙保存。

2.3 儲層有利發育區

川北地區閬中—元壩—南江地區仙女洞組沉積期位于臺內殘存的臺洼邊緣，臺洼對西邊古陸的物源有所隔檔，水體清澈，適合碳酸鹽巖生長，是高能鮞粒灘、生物丘發育區帶。通過對元壩—九龍—劍閣地區三維地震資料的解釋（圖4）發現，元壩地區仙女洞組內部發育低頻、弱振幅、微幅丘狀等淺灘儲層的典型響應特征，揭示該區是淺灘儲層發育區。鄰近的川中—川東北局限臺地白云巖相區又可進一步為灘相顆粒灰巖的白云巖化提供鎂離子等物質基礎，有利于改善儲集物性。

圖4 元壩—九龍—劍閣地區仙女洞組有利儲層相帶解釋剖面圖

綜合采用上覆地層厚度印模法和自身地層殘余厚度法恢復劍閣—元壩連片三維區仙女洞組沉積期的古地貌（圖5），以明確淺灘的有利發育區。如圖5所示，在連片三維區的西部和東部均是近南北向展布的低洼條帶，元壩三維區中西部則是適合白云石化淺灘發育的古地貌相對高區域。在此認識的基礎上，通過“相面法”、多屬性融合和波阻抗反演分析，在古地貌相對高的元壩中西部識別出仙女洞組有利儲層分布面積912 km2，儲層厚度為10～35 m。

圖5 劍閣—元壩地區仙女洞組沉積期古地貌與儲層有利區疊合圖

3 油氣勘探潛力分析

以元壩地區仙女洞組有利儲層分布區為對象，綜合烴源巖條件、油氣保存條件、成藏條件匹配關系等因素，進一步對川北地區仙女洞組的有利勘探區帶和資源潛力進行評價。

3.1 烴源巖條件

寒武系筇竹寺組黑色碳質泥巖是四川盆地寒武系油氣藏的主力烴源巖［14］。川北元壩地區筇竹寺組烴源巖厚度可達300～350 m（圖6）。有機碳含量（TOC）分布特征與暗色泥頁巖分布特征相似，平均TOC介于0.5%～4.0%，有機質成熟度普遍較高，現今鏡質體反射率值（Ro）可達1.5%～4.2%，有機質類型主要為腐泥型（Ⅰ型），生烴強度為（50～400）×108m3／km2。元壩地區緊靠盆地西北部烴源巖沉積中心和生烴中心，整體位于油氣運聚斜坡區，烴源條件較好，具備形成大中型氣田的基礎。

圖6 川北地區下寒武統有效烴源巖厚度等值線圖

3.2 保存條件

元壩地區發育優質區域性蓋層，主要有上三疊統及其以上陸相地層、海相中下三疊統膏鹽巖、志留系泥質巖及下寒武統泥質巖陸相地層純泥巖厚1 800 m以上，占該段地層厚度的40%以上，最大單層厚度介于25～30 m。海相區域蓋層自下而上分別為下寒武統泥質巖、奧陶系泥質巖蓋層及致密碳酸鹽巖、中下志留統泥質巖、中下三疊統膏鹽巖蓋層。上覆地層滄浪鋪組發育累計100余米厚的致密層，巖性為深灰色、灰色粉砂巖、砂巖、泥質粉砂巖及灰質泥巖等［15］，是仙女洞組氣藏良好的直接蓋層。另外，該地區海相構造層整體表現為西高東低、主體部位平緩、大斷層不發育的特征，油氣保存條件較好。

3.3 油氣成藏匹配關系

根據鄰區JT1井及CS1井資料分析認為，筇竹寺組生成的油氣可沿高角度斷裂運移至仙女洞組、龍王廟組、洗象池群中成藏。元壩地區下寒武統烴源巖二疊紀末進入生油高峰后，至早三疊世期間是早期原油充注期，此時受峨眉地裂影響，元壩地區高角度斷裂處于活動期，烴源巖生成的大量油氣通過斷裂運移至仙女洞組優質淺灘儲層中，巖性側向封堵形成早期古油藏；早侏羅世時期，古油藏中的古原油裂解形成古氣藏；喜馬拉雅期至今屬于氣藏調整期，此時元壩仙女洞組儲集體處于構造斜坡部位，有利于油氣的匯聚成藏（圖7）。

圖7 下寒武統烴源巖埋藏史與仙女洞組儲集體成藏史匹配圖

3.4 區帶及資源潛力

綜上分析，川北元壩地區受殘余臺洼和局限臺地夾持，發育仙女洞組白云石化淺灘儲層，縱向上與寒武系龍王廟組、洗象池群等多套高能淺灘儲層形成一定的疊合關系。綜合烴源巖、保存條件以及成藏條件匹配關系等因素，評價元壩中西部面積為912 km2的淺灘儲層分布區為川北地區的油氣勘探有利區（圖5），估算其區帶天然氣資源量為2 832×108m3，是川東北地區天然氣增儲上產的潛在區域。

4 結論

1）早寒武世在整體海退背景下，綿陽—長寧裂陷槽自南向北關閉，仙女洞組沉積期大部分臺地化，川北地區殘余了局部的隆洼格局，具有高能淺灘發育背景。

2）川北地區仙女洞組淺灘儲層巖性主要為鮞粒白云巖、砂屑白云巖、云質砂屑灰巖、鮞粒灰巖等，白云石化可進一步改善儲集性能。

3）川北元壩地區仙女洞組沉積期位于受殘余臺洼和局限臺地夾持的高能淺灘帶，遠離陸源，古地貌高，有利于暴露白云石化淺灘儲層發育。

4）元壩地區寒武系烴源條件優越，且發育通源斷裂，保存條件有利，油氣成藏匹配關系良好，是值得開展風險勘探的新領域。一旦突破，有望打造川東北地區天然氣增儲上產的新陣地。