川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層特征及有利儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲(chǔ)層特征及有利儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

在發(fā)現(xiàn)四川盆地長(zhǎng)興群-飛仙關(guān)群的氣候變化后，有必要找到一個(gè)新的替代品領(lǐng)域，尤其是低硫或不含硫的領(lǐng)域。為此,筆者對(duì)川中須家河組低孔低滲砂巖型氣藏進(jìn)行了巖相組合與沉積特征研究。川中廣安地區(qū)位于四川盆地中部,構(gòu)造上隸屬于川中古隆中斜平緩構(gòu)造帶東北部。廣安地區(qū)地處華鎣山褶皺帶與樂(lè)山-龍女寺古隆起及大巴山褶皺帶的交匯部位(圖1),具有獨(dú)特的構(gòu)造背景與地層沉積特點(diǎn),形成了復(fù)雜的沉積序列與沉積體系。前人對(duì)四川盆地須家河組沉積體系研究多集中在川西地區(qū),而針對(duì)川中地區(qū)研究最近幾年才開(kāi)始有越來(lái)越多的人關(guān)注。在川中廣安地區(qū)開(kāi)展須家河組的沉積條件研究,可為勘探部署提供值得借鑒的依據(jù)。1川中地區(qū)早期水侵及沉積階段廣安地區(qū)三疊系地層發(fā)育齊全,上三疊統(tǒng)須家河組不整合于中三疊統(tǒng)雷口坡組碳酸鹽巖之上,是潮濕環(huán)境下的含煤地層,其頂部被侏羅系干旱環(huán)境下的湖相碳酸鹽巖或碎屑巖所剝蝕。須家河組的沉積經(jīng)歷了三次較大的水侵,形成了砂泥段互層的沉積結(jié)構(gòu)。周緣山系構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈期,物源供應(yīng)充分,填平補(bǔ)齊,導(dǎo)致水位下降,形成大規(guī)模的淺水湖相辮狀河三角洲體系,三角洲不斷擺動(dòng)變遷形成砂體大面積分布,構(gòu)成川中一帶的儲(chǔ)集體(須二、須四、須六段);湖侵期由于地形平緩,整個(gè)川中地區(qū)均被湖水淹沒(méi),在水退的高位期,大面積沼澤化,構(gòu)成川中一帶天然氣的烴源巖(須一、須三、須五段)。川中廣安地區(qū)的須家河組已知油氣藏主要發(fā)育在褶皺構(gòu)造帶上的須二、須四、須六段致密砂巖的有利砂巖中,氣藏的分布不完全受構(gòu)造控制,而是與受微相砂體展布控制的有利儲(chǔ)層分布密切相關(guān)。2巖相類(lèi)型及沉積序列沉積環(huán)境是形成沉積物特征的決定因素,沉積相則是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn),兩者的因果關(guān)系反映出巖相或微相的劃分在其沉積環(huán)境分析中的重要地位。川中地區(qū)在晚三疊世相當(dāng)于前陸盆地的前陸隆起與坳陷的過(guò)渡區(qū)(類(lèi)似于斜坡區(qū)),羅啟后認(rèn)為該區(qū)主要是以潮濕環(huán)境下形成的含煤河流-三角洲-湖泊沉積體系為特征。而侯方浩、蔣裕強(qiáng)等認(rèn)為該區(qū)主要是潮濕環(huán)境下形成的含煤河-湖灘壩沉積體系。筆者通過(guò)對(duì)川中地區(qū)構(gòu)造演化與古氣候的基本特征、層序地層的發(fā)育特點(diǎn)、露頭、鉆測(cè)井及地震資料的綜合分析,較同意羅啟后教授的觀點(diǎn),即川中地區(qū)晚三疊世主要以潮濕環(huán)境下形成的河流-三角洲-湖泊沉積體系為特征,詳細(xì)分析見(jiàn)“沉積相類(lèi)型及特征”部分的描述。李彥芳等總結(jié)了辮狀河三角洲發(fā)育的15種巖相組合類(lèi)型。筆者通過(guò)對(duì)研究區(qū)周邊10個(gè)露頭剖面(重點(diǎn)描述6個(gè))的詳細(xì)觀察和區(qū)內(nèi)22口井的巖心描述,結(jié)合86口井的鉆測(cè)井資料(圖2),依據(jù)巖性、粒度、沉積構(gòu)造等沉積特征分析,將廣安地區(qū)須家河組歸納為11種巖相類(lèi)型(表1)與7種巖相組合(圖3)。相同的巖相類(lèi)型可有多種沉積解釋,相同的微相背景也可以形成多種巖相類(lèi)型,因此,通常以不同的巖相組合關(guān)系來(lái)反映不同微相的沉積過(guò)程。每種巖相組合類(lèi)型或沉積序列通常是一次沉積事件或一定環(huán)境連續(xù)演變的產(chǎn)物。類(lèi)型1:Gm→Sm、Sh主要由礫石、砂質(zhì)礫石及粗砂組成,由下向上具有明顯的正韻律,Gm在整個(gè)相序中占主要地位,厚度較薄。其特點(diǎn)是沖刷作用較強(qiáng),主要表現(xiàn)為低彎度、寬而淺的河道由于分叉、合并及位置的演化形成的河道底部滯留充填沉積。類(lèi)型2:Gp←→Sh、St→Sr具明顯的正韻律結(jié)構(gòu),粗粒沉積占整個(gè)旋回的1/2以上,底部常有沖刷面,在沉積序列的中上部可形成大小不等的砂坪,通常此序列受兩種沉積作用的交叉影響,既有河道中的沉積,也有砂坪的沉積,該組合類(lèi)型代表三角洲平原辮狀河道沉積。類(lèi)型3:Sm、Sp→Fr→M板狀交錯(cuò)層和塊狀層在整個(gè)相序中占主要地位。沉積方式以填積為主,此類(lèi)型發(fā)育于三角洲平原-前緣過(guò)渡區(qū)的順直型分支河道,其碎屑物在沉積過(guò)程中受機(jī)械分異作用,形成了先粗后細(xì)的正韻律結(jié)構(gòu)。當(dāng)河道彎曲度增加時(shí),可有一定的側(cè)向加積作用。類(lèi)型4:Sh→Fr←→M1垂向上為中厚層狀粉細(xì)砂巖與泥巖的不等厚互層,常見(jiàn)平行層理、小型沙紋層理和炭屑紋層。平行層理反映水淺流急的沉積背景,且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),造成粒度上的明顯正韻律結(jié)構(gòu)。主要發(fā)育于前緣水下分支河道、平原或前緣的溢岸沉積,為流水與靜水相互作用的產(chǎn)物。類(lèi)型5:M→Fr→Sh、Sm通常由粉泥相、紋層及塊狀粉細(xì)砂相所組成,上部砂層粒度可達(dá)中粒,一般發(fā)育在三角洲平原與前緣過(guò)渡帶或三角洲前緣斜坡帶,為典型的前積作用產(chǎn)物。類(lèi)型6:M2←→Sr,Fr復(fù)合層理,巖性主要由泥粉砂相及粉細(xì)砂與泥的薄互層相所構(gòu)成,局部可見(jiàn)有孔蟲(chóng)及生物擾動(dòng)構(gòu)造的發(fā)育,這種類(lèi)型巖相組合是波浪作用使得湖水的頻繁進(jìn)退所造成,多發(fā)育在三角洲前緣斜坡與前三角洲過(guò)渡帶的席狀砂、遠(yuǎn)砂壩或間灣沉積。類(lèi)型7:M2←→Fw可為反韻律,泥巖較粉砂巖要厚,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)受坡度、沉積物的供給和波浪改造的強(qiáng)度影響,反映波浪的淘洗和篩選作用,為濱、淺湖灘砂的典型沉積物。總之,廣安地區(qū)須家河組儲(chǔ)集體主要發(fā)育在中粗砂巖相(Sm,Sp,St)中,巖相組合以類(lèi)型2(Gp←→Sh、St→Sr)和類(lèi)型3(Sm、Sp→Fr→M)為主,烴源巖主要發(fā)育在泥巖(M2)與粉砂質(zhì)泥巖相中,以類(lèi)型7(M2←→Fw)的巖相組合方式出現(xiàn)。3川中地區(qū)的物源集區(qū)印支早幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在四川盆地及其周邊相繼形成一些古隆起及古高地,這些古地貌高地為晚三疊世的沉積提供了主要物源。川中地區(qū)相當(dāng)于前陸盆地的前陸隆起與坳陷的過(guò)渡區(qū)(類(lèi)似于斜坡區(qū)),是多物源匯集區(qū),也是辮狀三角洲體系發(fā)育的地區(qū)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)周邊10個(gè)露頭剖面(重點(diǎn)描述6個(gè))的詳細(xì)觀察和區(qū)內(nèi)22口井的巖心描述,結(jié)合86口井的鉆測(cè)井資料,綜合運(yùn)用沉積學(xué)和測(cè)井地質(zhì)學(xué)原理,建立了可反映沉積體系基本特征和幾何形態(tài)的沉積相類(lèi)型及相單元。3.1藥源近、沉積充填材料辮狀河三角洲平原亞相是廣安地區(qū)須二、須四、須六段的主要沉積環(huán)境。辮狀河三角洲既有扇三角洲的某些特征(如距物源近、沉積物粒度粗),亦具有正常三角洲的部分特征,但更具有自身沉積作用的顯著特點(diǎn)[14,15,16,17,16,17]。辮狀河三角洲平原亞相以高度河道化、持續(xù)的水流及很好的側(cè)向連續(xù)性為典型特征。區(qū)內(nèi)平原亞相的標(biāo)志為:廣見(jiàn)外源礫、菱鐵礦礫石,一般發(fā)育塊狀充填構(gòu)造,河道間可見(jiàn)煤、炭質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育;主要由辮狀河道和河道間等微相組成。(1)用巖相特征及其儲(chǔ)層精細(xì)河道底部沖刷面較平緩,沖刷面之上多含有石英巖礫、菱鐵礦結(jié)核礫;垂向上河道砂體往往疊加成具復(fù)合正韻律結(jié)構(gòu)的厚砂體(圖4)。巖相組合以類(lèi)型2為主,見(jiàn)類(lèi)型1,粒度概率圖呈兩段式,以跳躍總體為主,含少量滾動(dòng)組分(圖5,?=-log2D,D為粒徑,單位mm)。上述特征表明區(qū)內(nèi)平原亞相河道砂體不僅沖刷作用強(qiáng)烈,且具有較大的橫向遷移和頻繁改道、廢棄與復(fù)活和分流、匯合的性質(zhì)。油田鉆探與開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明,川中須家河組并不是所有的砂巖都可以形成有效儲(chǔ)層,有效儲(chǔ)層是在普遍低孔低滲砂巖背景下發(fā)育的相對(duì)高孔滲砂巖,且與砂巖中的粗巖石相單元有明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,筆者在研究中將辮狀河道微相細(xì)分為河道砂壩與河道砂坪兩個(gè)更高級(jí)別的微相,以放大辮狀河道內(nèi)部存在的差異,為在平原亞相尋找有利儲(chǔ)層提供依據(jù)。河道砂壩以底負(fù)載方式搬運(yùn)的垂向加積為主,主要結(jié)果是形成辮狀河主干河道砂體——心灘沉積,表現(xiàn)為中粗砂巖為主的塊狀厚層沉積,層理結(jié)構(gòu)以塊狀、槽狀交錯(cuò)層理、大型板狀交錯(cuò)層理為主,測(cè)井響應(yīng)為平滑的箱形;河道砂坪以側(cè)向加積和漫流沉積為主,形成河道側(cè)翼與河道間的片汜沉積,表現(xiàn)為中砂巖為主的薄層沉積,層理結(jié)構(gòu)以小型交錯(cuò)層理、平行層理為主,測(cè)井響應(yīng)為鋸齒狀箱形或鐘形(圖6)。(2)生物擾動(dòng)構(gòu)造型平面上位于辮狀河道之間的低洼地區(qū),縱向上位于河道頂部。巖相組合為類(lèi)型4,巖性為深灰色粉砂質(zhì)泥巖、煤或灰黑色炭質(zhì)泥巖,見(jiàn)透鏡狀粉砂巖或細(xì)砂巖,層理結(jié)構(gòu)為水平層理、沙紋層理,可見(jiàn)生物擾動(dòng)構(gòu)造。其測(cè)井響應(yīng)為高GR值,表現(xiàn)為箱形之間的向內(nèi)指狀結(jié)構(gòu)。3.2亞相水下陸相三角洲前緣亞相是該區(qū)須二、須四、須六段的重要沉積組成部分。該亞相為水下沉積部分,由于辮狀河道水流強(qiáng)度相對(duì)較大,且碎屑物質(zhì)豐富,推移質(zhì)/懸浮質(zhì)比值大,因此進(jìn)入水體后,水下分支河道沉積相對(duì)發(fā)育,而河口壩則處于次要地位,這與正常三角洲有較大區(qū)別。(1)順層巖石結(jié)構(gòu)與平原亞相的辮狀河道相似,巖相組合以類(lèi)型3和類(lèi)型6為主。河道底部滯留沉積少見(jiàn)外源礫石,以順層分布的扁平狀泥礫、植物碎屑為主,多見(jiàn)撕裂現(xiàn)象。其測(cè)井響應(yīng)為箱形或鐘形。與辮狀河道的主要區(qū)別在于粒度較細(xì),砂巖中炭屑含量明顯增多,且河道頂部保留的細(xì)粒成分更為豐富。粒度概率圖為三段式或兩段式,以跳躍總體為主(圖7)。(2)河口壩巖相組合由于淺水三角洲河道作用較強(qiáng),河口壩常被水下分支河道改造而保存不全。區(qū)內(nèi)河口壩發(fā)育規(guī)模較小,為明顯的反韻律結(jié)構(gòu),巖相組合以類(lèi)型5為主(圖8)。GR曲線呈漏斗形或微齒箱狀漏斗形(圖9),表征水體變淺和沉積水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)的特點(diǎn)。(3)壩體巖相組合河流攜帶的細(xì)粒沉積物在河口與淺湖過(guò)渡部位堆積而成的壩狀沉積體,巖相組合以類(lèi)型5為主,與河口壩的區(qū)別在于沉積物更細(xì),沉積構(gòu)造主要為沙紋層理及水平層理,局部見(jiàn)滑塌變形。測(cè)井GR曲線具齒化漏斗形特征(圖10)。(4)巖相連續(xù)沉積型水下分支河道間的低洼地帶沉積,局部與淺湖相通。通常為湖泊懸浮細(xì)粒沉積物的垂向加積作用和洪泛期決口形成的河道兩側(cè)溢堤沉積作用的產(chǎn)物,在垂向序列上位于水下分支河道連續(xù)沉積的上部,巖相組合以類(lèi)型6為主。測(cè)井GR曲線平直或微齒化,具高GR低RT特征(圖10)。(5)井-巖相類(lèi)型及測(cè)井曲線席狀砂為三角洲前緣最前端的沉積微相類(lèi)型,其巖相以類(lèi)型6為主,平面上呈席狀分布,測(cè)井曲線表現(xiàn)為指狀(圖10)。該微相常與前三角洲亞相過(guò)渡。3.3前三角洲的亞相前三角洲亞相在該區(qū)不太發(fā)育。3.4砂體與沉積相主要發(fā)育在須一、須三、須五段中,由灘壩、濱淺湖泥頁(yè)巖、濱淺湖沼澤等微相組成。常見(jiàn)生物垂直鉆孔,發(fā)育浪成沙紋層理、波狀層理,單砂體的厚度較小,巖相組合以類(lèi)型7為主。灘壩砂體一般源于三角洲前緣砂體,經(jīng)沿岸流或湖浪對(duì)沉積物的簸選和再搬運(yùn)、再沉積而形成。垂向上淺湖灘壩與淺湖泥、粉砂巖、相間互層發(fā)育,砂體單層厚度多為數(shù)dm至近十m級(jí),分布面積大小不一。濱、淺湖相粉砂巖中泥質(zhì)含量較低,多為鈣質(zhì)充填,測(cè)井相為漏斗狀。4油川須家河組沉積體系通過(guò)野外露頭調(diào)查及22口取心井的巖心觀察與描述,對(duì)63口井進(jìn)行了詳細(xì)的微相分析,結(jié)合他人的重礦物研究成果,參照地層厚度、砂體厚度、砂地比等平面圖,對(duì)須家河組巖相古地理特征進(jìn)行研究,編制了3個(gè)主要砂巖段,即須二、須四和須六段的巖相古地理圖(圖11)。須家河組沉積時(shí)期,主要的沉積中心和沉降中心位于川西地區(qū),在須六中后期向北部轉(zhuǎn)移,這主要由于北部的大巴山、米蒼山開(kāi)始俯沖,而西部逐漸充填淤平,并逐漸抬升遭受剝蝕。川中一帶始終屬于穩(wěn)定的揚(yáng)子地塊,是接受沉積的最佳位置。湖侵期,由于川中一帶地形平緩,整個(gè)川中地區(qū)都被湖水淹沒(méi),在水退的高位期,大面積沼澤化,構(gòu)成川中一帶天然氣的烴源巖;枯水期,周?chē)较禈?gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,導(dǎo)致物源供應(yīng)充分,形成大規(guī)模的淺水湖相辮狀河三角洲體系,不斷擺動(dòng)變遷形成砂體大面積分布,構(gòu)成川中一帶的儲(chǔ)集層。川中廣安地區(qū)在須家河組沉積時(shí)期,主要發(fā)育湖泊沉積體系和3個(gè)三角洲沉積體系。東北部大巴山物源為主的三角洲沉積體系的重礦物組合以鋯石+磷灰石+銳鈦礦為主。須二到須五時(shí)期都比較活躍,尤其在須二期最活躍,營(yíng)山一帶見(jiàn)到約25cm厚的石英砂巖礫石、變質(zhì)巖礫石、燧石礫石,向廣安方向,礫石層厚度變薄,礫石變小,礫石出現(xiàn)的頻率變少。該體系在須家河組沉積時(shí)期不斷萎縮,至須六沉積時(shí)期,基本退出研究區(qū)。東部湘鄂川黔山地物源為主的三角洲沉積體系的重礦物組合以榍石+白鈦石+鋯石為主。包括觀音溪-羅渡溪體系、桂興-廣安體系,兩者在須二、須四、須六段都比較穩(wěn)定,后者在須六段沉積時(shí)期更有增強(qiáng)趨勢(shì)。該體系在須家河組沉積時(shí)期呈現(xiàn)漸強(qiáng)趨勢(shì)。南部江南古陸物源為主的三角洲沉積體系的重礦物組合以銳鈦礦+鋯石+輝石為主。砂巖碎屑顆粒中長(zhǎng)石含量相對(duì)川中北部地區(qū)較高,火山巖屑含量較低,而沉積巖屑和變質(zhì)巖屑含量較高。該體系在須二至須六時(shí)期均活躍,且比較穩(wěn)定,主要為合川、龍女寺地區(qū)提供物源。湖泊沉積體系主要在須一、須三、須五期發(fā)育于川中西部南充、公山廟一帶。沉積以大套泥巖為主,夾薄層的細(xì)砂巖,通常為鈣質(zhì)砂巖,GR以高幅度的鋸齒狀為特點(diǎn)。5道砂壩微相中的有利儲(chǔ)層通過(guò)對(duì)單井微相與砂巖孔隙度對(duì)比發(fā)現(xiàn),有利儲(chǔ)層主要分布于三角洲平原河道砂壩、三角洲前緣分支河道與河口壩等沉積微相中,孔隙度大于6%。如:廣安101井須四段有利儲(chǔ)層主要發(fā)育在主干河道疊置發(fā)育帶的河道砂壩微相中(圖12)。這是由于三角洲前緣亞相沉積物顆粒細(xì)(以中細(xì)砂巖為主),且?guī)r屑含量相對(duì)較高,抗壓實(shí)作用弱,壓實(shí)-壓溶作用和硅質(zhì)膠結(jié)物作用較強(qiáng),物性較差,只有在靠近酸性水來(lái)源的高能水下分流河道中,可以形成部分有效儲(chǔ)層。通過(guò)對(duì)須家河組的沉積體系展布與孔隙度大于8%的有利儲(chǔ)層厚度對(duì)比發(fā)現(xiàn),三角洲體系中的主干河道疊置帶不僅明顯控制了有利儲(chǔ)層的分布,而且顯示三角洲平原-前緣的過(guò)渡區(qū)最有利儲(chǔ)層的發(fā)育(圖13)。這是由于在須二、須四和須六段沉積早期,分流河道的限制性相對(duì)較強(qiáng),水動(dòng)力強(qiáng),且物源供給充足,在主干河道疊置的高能河道帶形成了粒度粗、分選磨圓好的厚層狀含礫粗砂巖和中粗砂巖沉積。6須家河組沉積體系四川盆地川中廣安地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組為淺水環(huán)境下的辮狀三角洲-濱淺湖沉積,可識(shí)別出11種巖相類(lèi)型、7種巖相組合。川