徐美娥,張榮強(qiáng),彭勇民,陳 霞,馮菊芳
(中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京100083)
大型油氣田及煤層氣開發(fā)科技重大專項(xiàng)最新研究成果表明,四川盆地及周緣寒武系鹽下領(lǐng)域天然氣資源量巨大,可達(dá)16 452.4 ×108m3。但經(jīng)過40 多年的油氣勘探,在四川盆地下古生界僅發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)氣田,勘探成效較差。前人的實(shí)踐也證明,四川盆地海相層系油氣成藏的關(guān)鍵要素是保存條件[1-7]。對(duì)全球大型油氣田(藏)蓋層巖性的統(tǒng)計(jì)也表明,膏巖作為優(yōu)質(zhì)蓋層,雖然分布面積只占8%,卻封蓋了全球總油氣儲(chǔ)量的55%(USGS,2006)[8]。最近幾年中石化和中石油在四川盆地海相層系相繼發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)特大型氣田:普光氣田、元壩氣田和龍崗氣田,這些氣田在經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而能保存下來,三疊系嘉陵江組和雷口坡組的膏巖是關(guān)鍵。普光特大氣田的區(qū)域蓋層是以中三疊統(tǒng)雷口坡組及其以下嘉陵江組和飛仙關(guān)組頂部飛四段的瀉湖相、潮坪相發(fā)育的膏鹽巖類蓋層[9];元壩氣田天然氣之所以能夠保存,也是由于飛三段至雷口坡組發(fā)育的數(shù)百米的膏巖形成的區(qū)域性的優(yōu)質(zhì)蓋層的原因[10]。
目前,四川盆地及周緣下古生界膏巖勘探還面臨一些關(guān)鍵問題:寒武系膏巖分布不清、鹽下領(lǐng)域勘探方向不明等。在川東南地區(qū)中石化鉆探的兩口下古生界探井(丁山1 井、林1 井)及野外地質(zhì)剖面的震旦系中均發(fā)現(xiàn)了殘存瀝青,證明震旦系在地史時(shí)期形成過古油藏。丁山1 井、林1 井及野外剖面也揭示中、下寒武統(tǒng)膏巖發(fā)育厚度大,但這兩口探井的中、下寒武統(tǒng)膏巖卻未能封住震旦系油氣,因此有必要對(duì)寒武系膏巖的分布特征及其對(duì)油氣成藏封蓋的有效性進(jìn)行研究。
研究區(qū)位于四川盆地東南緣(圖1),處于加里東期的樂山-龍女寺古隆起和黔中古隆起之間的斜坡-坳陷帶,主要為七躍山斷裂、華鎣山斷裂及興文古藺隱伏斷裂所圍限的川東南低緩構(gòu)造區(qū)[11]區(qū)內(nèi)二維地震測線密度大,為膏巖的分布預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。
該區(qū)下古生界烴源巖為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁巖[12]及上奧陶統(tǒng)五峰組黑色泥巖,在震旦系、下寒武統(tǒng)清虛洞組及下志留統(tǒng)石牛欄組發(fā)育儲(chǔ)層,在震旦系頂部見有巖溶風(fēng)化型儲(chǔ)層[13]。中、下寒武統(tǒng)膏巖屬淺水碳酸鹽緩坡和淺水蒸發(fā)臺(tái)地相沉積,分布于清虛洞組上部及石冷水組。丁山1 井中寒武統(tǒng)石冷水組地層剖面表明,含膏巖系剖面的下部為灰色鮞?;?guī)r、微晶云巖、泥質(zhì)云巖及膏巖,構(gòu)成一個(gè)旋回,反映了一個(gè)海水變咸的過程,也代表一個(gè)從淺灘到潮坪、潮上薩布哈的向上變淺的沉積序列。
在四川盆地東南地區(qū)選取了鉆至寒武系膏巖層的3 口鉆井:丁山1 井、林1 井和陽深2 井進(jìn)行了中、下寒武統(tǒng)膏巖層的對(duì)比,在對(duì)比時(shí)采用了兩個(gè)地層標(biāo)志,分別是下寒武統(tǒng)清虛洞組底界、中寒武統(tǒng)與下寒武統(tǒng)界線。清虛洞組底界之下為大套碎屑巖,以富泥為特色;底界之上為大套灰?guī)r或灰?guī)r與泥巖互層,標(biāo)志清晰、易于識(shí)別。中寒武統(tǒng)與下寒武統(tǒng)界線也為典型標(biāo)志層,該界線之下為清虛洞組或龍王廟組大套灰?guī)r;其上則為一套泥巖或鮞粒灰?guī)r,再向上則為大套白云巖。
圖1 四川盆地東南部地質(zhì)概況Fig.1 Geological map of the southeastern Sichuan Basin
表1 四川盆地東南部鉆井及露頭中、下寒武統(tǒng)膏巖厚度統(tǒng)計(jì)Table 1 Evaporites thickness of the Middle-Lower Cambrian in wells and on outcrops of the southeastern Sichuan Basin
結(jié)合南川三匯場剖面可以看出,膏巖優(yōu)質(zhì)蓋層發(fā)育,縱向上層數(shù)多達(dá)13 層;石膏巖單層最厚可達(dá)15 m;側(cè)向上石膏巖層有2~3 層是連通的,區(qū)域性分布。陽深2 井膏巖類巖層累厚167.8 m/78 層,石膏巖30 m/5 層;丁山1 井膏巖類巖層共厚57 m/13 層,石膏巖30 m/5 層,石膏質(zhì)白云巖27 m/8 層;林1 井比丁山1 井更集中發(fā)育,其膏巖類共厚86 m/10 層,石膏巖10 m/1 層,石膏質(zhì)白云巖76 m/9 層(表1)。在七躍山斷裂以東的三匯場剖面發(fā)育多層膏溶角礫巖,厚大于16.1 m/4 層。這是由于斷裂影響導(dǎo)致中、下寒武統(tǒng)暴露地表,淡水淋濾使石膏溶解,最終形成膏溶角礫巖。
四川盆地東南地區(qū)鉆至寒武系膏巖層下的井只有丁山1 井和林1 井,根據(jù)測井資料的品質(zhì),本文選取了丁山1 井和林1 井對(duì)寒武系膏巖進(jìn)行了分布預(yù)測。在對(duì)丁山1 井的測井曲線進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),該井的聲波曲線不能很好的把膏巖和其他巖類區(qū)分開,而巖性密度測井曲線能較好的區(qū)分膏巖和圍巖,所以在反演中采用了擬聲波的技術(shù)方法。擬聲波就是利用了電阻率曲線的高頻成分和聲波曲線的低頻成分,合成一條新的聲波曲線,通過擬聲波曲線能有效地把膏巖和圍巖區(qū)分開來(圖2)。
在利用擬聲波曲線進(jìn)行合成記錄制作時(shí),插入了巖性柱、地質(zhì)分層等進(jìn)行控制,對(duì)子波進(jìn)行了反復(fù)精心選取,通過交互合成地震記錄制作、自動(dòng)掃描和交互微調(diào)對(duì)比獲取最佳標(biāo)定和最佳子波。依據(jù)合成地震記錄與井旁地震道的對(duì)比,準(zhǔn)確找出二者主要波組的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從用聲波曲線制作的人工合成地震記錄進(jìn)行的層位標(biāo)定結(jié)果來看,合成地震記錄與井旁地震道具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖3)。
在制作合成記錄與精細(xì)標(biāo)定的基礎(chǔ)上,對(duì)該區(qū)的綦江地區(qū)進(jìn)行了地震構(gòu)造、層位解釋,重點(diǎn)追蹤了膏巖段的頂、底界線。利用擬聲波曲線進(jìn)行了寬帶約束地震反演,從所得到的反演剖面上分析膏巖特征明顯,邊界比較清楚,與鉆井吻合較好。針對(duì)主要層段利用層約束開時(shí)窗,按照膏巖的平均速度和波阻抗門限值提取滿足條件的厚度數(shù)據(jù)制作膏巖厚度平面圖,獲得了中、下寒武統(tǒng)或膏巖段內(nèi)的膏巖厚度預(yù)測圖(圖4)。
用川東南地區(qū)地震資料對(duì)綦江地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖層段厚度進(jìn)行波阻抗反演表明,該區(qū)膏巖地層最大厚度出現(xiàn)在兩個(gè)地區(qū),一是沿四面山鎮(zhèn)-峽1 井一帶呈南北向分布,一是位于東22 井附近,膏巖層厚度可達(dá)150 m(圖4)。綦江地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖層厚度呈北東向展布,沿官渡鎮(zhèn)—天堂壩—峽14 井—東22井向兩側(cè)減薄,厚度一般為50~70 m,這是受斷層與膏巖塑性流動(dòng)的影響造成增厚現(xiàn)象的結(jié)果。
圖2 丁山1 井聲波曲線、擬聲波曲線與自然伽馬交匯圖Fig.2 Intersection chart of acoustic curves,pseudo acoustic curves and natural gamma-ray logs of Well DS1
圖3 丁山1 井中、下寒武統(tǒng)膏巖層段標(biāo)定Fig.3 Calibration of the Middle-Lower Cambrian evaporates in Well DS1
基于鉆井、實(shí)測剖面、地震反演資料,獲得川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖厚度及分布(圖5)??梢钥闯?,該區(qū)發(fā)育林1 井區(qū)、陽深2 井區(qū)兩個(gè)膏巖中心,厚度都大于100 m,一般在50~80 m。膏巖連片分布,呈北東向展布,局部呈近東西向分布;從分布厚度、連續(xù)性看,川東南地區(qū)下古生界膏巖層發(fā)育較好。
膏巖是理想的油氣藏蓋層,膏巖對(duì)油氣的封蓋能力要優(yōu)于泥質(zhì)巖類蓋層[14-15]。前已論述四川盆地東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)的膏巖一般厚度在50~80 m,并成連片分布(圖5),應(yīng)具有優(yōu)越的保存條件,但鉆探的丁山1 井和林1 井均失利,說明中、下寒武統(tǒng)的膏巖對(duì)丁山構(gòu)造和林灘場構(gòu)造失去了封蓋作用。中、下寒武統(tǒng)膏巖對(duì)其他覆蓋區(qū)域是否還具有封蓋作用,是四川盆地東南部地區(qū)下組合勘探的關(guān)鍵問題。
基于鉆井、實(shí)測剖面,通過分析膏巖沉積相,川東南探區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖沉積環(huán)境屬于澙湖亞相,為有利的沉積相帶;從澙湖相看,推測這里發(fā)育連續(xù)分布的且厚度較大的膏巖類沉積。在寬帶約束地震反演厚度圖上(圖4),也可以看到林1 井至丁山1 井一帶堆積連片的膏巖,并且向盆地內(nèi)部,由鉆井揭示的膏巖厚度逐漸增大,這與沉積相推測是一致的。
在寒武系圈閉和中、下寒武統(tǒng)膏巖分布疊合圖上可以看出,在有圈閉的地方,膏巖整個(gè)覆蓋了這些局部圈閉;在沒有圈閉發(fā)育的地方,膏巖同樣覆蓋得很好。這就是說,中、下寒武統(tǒng)膏巖與圈閉完全匹配。
圖4 川東南綦江地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖厚度分布Fig.4 Isopach of the Middle-Lower Cambrian evaporates in Qijiang area,the southeast of Sichun Basin
圖5 四川盆地川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖分布與中寒武統(tǒng)圈閉疊合圖Fig.5 Superimposition map showing the Middle-Lower Cambrian evaporates and Middle Cambrian traps in the southeastern Sichuan Basin
四川盆地東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造改造,其封蓋能力在每個(gè)構(gòu)造時(shí)期也是不同的。七躍山斷裂作為是四川盆地東南部邊界斷裂對(duì)該區(qū)下組合油氣成藏有著重要影響,其形成時(shí)間可以追溯到加里東期[16-17]。
志留紀(jì)末的加里東運(yùn)動(dòng)奠定了川東南地區(qū)的古構(gòu)造格局,此時(shí)中、上揚(yáng)子區(qū)形成北東向的構(gòu)造變形,樂山-龍女寺古隆起和黔中古隆起也形成,川東南地區(qū)成為夾于兩個(gè)古隆起之間的斜坡帶。中、下寒武統(tǒng)膏巖連片性好,分布穩(wěn)定。早古生代寒武系底部牛蹄塘組烴源巖已經(jīng)生油[18-19],故加里東期川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖能夠有效封蓋震旦系古油藏。
印支運(yùn)動(dòng)使中、上揚(yáng)子區(qū)從碳酸鹽巖沉積到碎屑巖沉積,主要表現(xiàn)為隆坳格局的差異,此時(shí)期四川盆地形成了開江古隆起和瀘州古隆起。在這個(gè)時(shí)期,川東南寒武系牛蹄塘組烴源巖已經(jīng)開始生氣[20],川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖沒有被印支運(yùn)動(dòng)破壞,對(duì)震旦系古油(氣)藏仍然能夠有效封蓋。
燕山期,受太平洋板塊和印支板塊作用,中、上揚(yáng)子真正上升為陸,接受陸相沉積。燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)中、上揚(yáng)子區(qū)改造強(qiáng)烈,多形成逆沖推覆構(gòu)造。由于基底的差異性,四川盆地和湘鄂西坳陷之交的七躍山斷裂最終形成,在七躍山斷裂獲得的斷層泥中絹云母Ar-Ar年齡為136 Ma[20],說明七躍山主變形期發(fā)生在早白堊世早期,此時(shí)川東南地區(qū)寒武系牛蹄塘組烴源巖已經(jīng)結(jié)束生烴。燕山運(yùn)動(dòng)的擠壓作用破壞了川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖的連片性,七躍山斷裂自東南向西北逆沖形成通天斷裂,在丁山構(gòu)造和林灘場構(gòu)造錯(cuò)斷了中、下寒武統(tǒng)膏巖層,垂向斷距可達(dá)300 m,油氣沿?cái)嗔焉⒁荩鄮r對(duì)震旦系古油(氣)藏失去封蓋作用。在七躍山斷裂以西的地區(qū)發(fā)育的斷裂沒有錯(cuò)開中、下寒武統(tǒng)膏巖層,應(yīng)對(duì)油氣具有封蓋作用。
喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)在燕山運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)對(duì)川東南地區(qū)隆升調(diào)整,裂變徑跡年齡也表明四川盆地東最后一次隆升是在97 Ma,在晚白堊世。喜馬拉雅期川東南地區(qū)油氣藏重新調(diào)整并最終定型。
通過對(duì)川東南地區(qū)的膏巖蓋層的分布研究,充分進(jìn)行測井資料、地震信息和地質(zhì)信息的融合,有效的對(duì)川東南地區(qū)的蓋層的橫向分布進(jìn)行了分析,該區(qū)膏巖連片分布,呈北東向展布,發(fā)育兩個(gè)膏巖厚度中心,一般厚度在50~80 m 之間,從分布厚度、連續(xù)性看,川東南地區(qū)鹽下的保存條件優(yōu)越。
川東南地區(qū)中、下寒武統(tǒng)膏巖在加里東期和印支期未遭受破壞,能夠有效封蓋震旦系古油(氣)藏;在燕山期和喜馬拉雅期則遭受了致命的破壞,斷層的切割致使膏巖層對(duì)丁山構(gòu)造和林灘場構(gòu)造震旦系古油(氣)藏失去封蓋作用。但在七躍山斷裂以西地區(qū)受四川盆地剛性基底的影響,構(gòu)造變形相對(duì)較小,斷層未錯(cuò)斷膏巖層,具有封蓋作用。
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