汪澤成 江青春 黃士鵬 周 慧 馮慶付 戴曉峰 魯衛(wèi)華 任夢(mèng)怡

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院

研究表明，中國(guó)古老克拉通盆地海相碳酸鹽巖具備大型化成藏條件[1-3]，主要包括：相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境、“廣覆式”烴源巖及晚期規(guī)模生烴、層狀或似層狀儲(chǔ)集層大面積分布以及地層—巖性圈閉集群式分布等?？碧揭炎C實(shí)，我國(guó)海相碳酸鹽巖大油氣田以地層—巖性油氣藏為主體，單個(gè)油氣藏儲(chǔ)量豐度低，但油氣藏呈集群式分布，總體規(guī)模大。

四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組作為早期勘探的主力含氣層系，在2007年之前的50余年勘探歷程中，僅在蜀南地區(qū)發(fā)現(xiàn)一批裂縫性氣藏為主的小型氣田[4]。近10年來(lái)的甩開(kāi)勘探，先后在川西北、川中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批高產(chǎn)氣井，初步展示了該層系良好的勘探前景。然而，茅口組能否成為四川盆地天然氣規(guī)?？碧降闹髁酉?？關(guān)鍵問(wèn)題在于其是否具備天然氣大面積成藏的條件。近年來(lái)，筆者研究團(tuán)隊(duì)緊緊圍繞這一問(wèn)題持續(xù)開(kāi)展研究，完成了大量的老井復(fù)查、地層劃分對(duì)比、沉積相研究與巖相古地理制圖、儲(chǔ)層特征與分布預(yù)測(cè)、烴源巖評(píng)價(jià)、氣藏解剖等基礎(chǔ)性工作，提出了有利勘探區(qū)帶與目標(biāo)。本文重點(diǎn)分析茅口組成藏條件，以期推進(jìn)對(duì)該領(lǐng)域的勘探潛力認(rèn)識(shí)和勘探部署工作。

1 勘探成果及啟示

中二疊統(tǒng)是四川盆地天然氣勘探最早的層系之一，早期勘探主要集中在蜀南地區(qū)?；凇叭芏囱亓芽p分布”[5-7]的認(rèn)識(shí)及勘探不斷深入，勘探模式由早期的“一占一沿”“三占三沿”，發(fā)展為“斷層裂縫圈閉六項(xiàng)布井原則和模式”[5]。

近幾年，按照“跳出蜀南尋找新區(qū)帶，突破裂縫探索儲(chǔ)層新類(lèi)型”的勘探思路，對(duì)中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組開(kāi)展區(qū)域甩開(kāi)勘探，在川中古隆起斜坡、川西北九龍山背斜及山前斷裂帶均獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，顯示出良好的天然氣勘探前景。

通過(guò)總結(jié)四川盆地中二疊統(tǒng)多年來(lái)的天然氣勘探成果，得出如下認(rèn)識(shí)：

1）中二疊統(tǒng)天然氣資源豐富，資源探明率不足6%，勘探潛力大。新近完成的資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，中二疊統(tǒng)天然氣資源量為1.47×1012m3，而已獲探明儲(chǔ)量?jī)H為811.68×108m3，剩余天然氣資源豐富。

2）中二疊統(tǒng)發(fā)育裂縫—溶洞型和白云巖孔洞型兩類(lèi)主要儲(chǔ)集層。絕大多數(shù)井鉆遇裂縫—溶洞型儲(chǔ)層，且以茅口組為主，僅少數(shù)井鉆遇白云巖儲(chǔ)層且變化快。川西南地區(qū)漢深1、周公1等井，川西北地區(qū)礦2、雙探2、雙探3等井，川中地區(qū)南充2、廣探2等井分別鉆遇棲霞組和茅口組白云巖儲(chǔ)層。

3）中二疊統(tǒng)茅口組在全盆地均有勘探發(fā)現(xiàn)，且盆地內(nèi)中二疊統(tǒng)現(xiàn)有勘探開(kāi)發(fā)成果主要集中在茅口組，如蜀南地區(qū)中二疊統(tǒng)已探明儲(chǔ)量中茅口組儲(chǔ)量占98%。川中—川西地區(qū)中二疊統(tǒng)16口出氣井中茅口組產(chǎn)層井就占了15口。

4）蜀南地區(qū)裂縫—溶洞型氣藏開(kāi)發(fā)效果較好。以自2井為代表的一批高產(chǎn)井，累計(jì)產(chǎn)量高、效益好，單井累計(jì)產(chǎn)量超1×108m3的井140多口，其中大于50×108m3的井1口（自2井），大于10×108m3的井8口。

60余年的勘探成果揭示，四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組具備大面積天然氣成藏的可能性。

2 茅口組天然氣大面積成藏的條件

四川盆地中二疊統(tǒng)包括梁山組、棲霞組、茅口組，為一套海侵背景下的碳酸鹽巖沉積[8]。茅口末期，經(jīng)歷了東吳運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了茅口組普遍遭受剝蝕[9-11]。晚二疊世的海侵作用，使得龍?zhí)督M與茅口組呈假整合接觸。區(qū)域性的構(gòu)造演化為茅口組天然氣的大面積成藏奠定了基礎(chǔ)。下文從中二疊統(tǒng)烴源巖的再認(rèn)識(shí)、茅口組顆粒灘分布、風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層形成與分布等方面，分析茅口組成藏條件。

2.1 茅口組發(fā)育良好的烴源條件

四川盆地棲霞組—茅口組氣藏存在3套潛在烴源巖，從下至上依次為下志留統(tǒng)龍馬溪組泥巖、中二疊統(tǒng)棲霞—茅口組石灰?guī)r和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M煤系。

龍馬溪組是四川盆地主力烴源巖層系之一[12]，不僅形成了川東石炭系常規(guī)氣藏群，更是目前中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的主力層系。烴源巖在樂(lè)山—龍女寺古隆起軸部缺失，斜坡區(qū)大面積分布，川東、蜀南地區(qū)厚度介于100～600 m。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型，TOC介于0.50%～8.75%，Ro介于2.0%～4.5%，生氣強(qiáng)度介于20×108～80×108m3/km2[13]。

龍?zhí)督M（吳家坪組）發(fā)育海陸過(guò)渡相—海相的泥質(zhì)烴源巖和煤系，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和厚度變化上明顯受控于沉積環(huán)境[14]，盆地中部—南部發(fā)育龍?zhí)督M煤系烴源巖[15]，盆地北部發(fā)育吳家坪組和大隆組海相泥質(zhì)烴源巖。龍?zhí)督M烴源巖厚度介于10～ 140 m，TOC主要分布在3%～5%，Ro介于1.9%～2.9%[16]。

中二疊統(tǒng)棲霞組和茅口組以石灰?guī)r為主，烴源巖厚度介于150～200 m，大多數(shù)層段有機(jī)碳含量偏低。為了進(jìn)一步明確中二疊統(tǒng)烴源巖質(zhì)量及分布，筆者立足于鉆井資料，在實(shí)測(cè)巖心TOC基礎(chǔ)上（表1），建立了自然伽馬曲線與實(shí)測(cè)TOC值的關(guān)系（GR＝38.501×TOC＋20.201，R2＝0.878 9），運(yùn)用自然伽馬測(cè)井評(píng)價(jià)TOC方法，對(duì)全盆地117口井棲霞組—茅口組烴源巖進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1）中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組計(jì)算烴源巖TOC與實(shí)測(cè)TOC相關(guān)性較好（計(jì)算TOC＝0.755 6×實(shí)測(cè) TOC＋0.203，R2＝0.724 3）。

2）棲霞組烴源巖巖性以泥質(zhì)灰?guī)r為主，主要分布在棲一段，烴源巖厚度10～70 m，具有西薄東厚特征，有機(jī)碳含量分布范圍在0.5%～2.0%，為差—中等烴源巖。

3）茅口組烴源巖巖性以泥質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r為主，主要分布在茅一段和茅二c層（圖1），在川西南地區(qū)茅四段也發(fā)育烴源巖段，厚度介于30～200 m，西薄東厚特征明顯，有機(jī)碳含量分布范圍為0.5%～3.0%，為中等—好級(jí)別烴源巖。

綜上分析后認(rèn)為，茅口組為天然氣主要目的層，縱向上發(fā)育龍馬溪組、茅口組一段—茅二c層及龍?zhí)督M（吳家坪組）3套烴源巖，為天然氣大面積成藏奠定了烴源基礎(chǔ)。

2.2 茅口組茅二—茅三段顆粒灘分布特征

四川盆地茅口期繼承了棲霞期沉積古地理格局，總體表現(xiàn)為西南高、東北低的緩坡臺(tái)地格局（圖2）。淺緩坡帶主要分布在綿陽(yáng)—安岳—瀘州以西地區(qū)，巖性以亮晶生屑灰?guī)r、亮晶藻屑灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r為主，顆粒灘厚度介于60～100 m，典型相序表現(xiàn)為高能顆粒灘和灘間海。中緩坡帶主要分布在廣元—廣安—重慶以西地區(qū)，巖性以中等能量的生屑灰?guī)r為主，局部發(fā)育亮晶生屑灰?guī)r，灘間以泥灰?guī)r為主，顆粒灘厚度介于30～80 m，典型相序表現(xiàn)為中緩坡顆粒灘及灘間海為主。深緩坡帶主要分布在廣元—廣安—重慶以東地區(qū)，巖性以生屑泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r為主，典型相序表現(xiàn)為深緩坡臺(tái)洼及灰泥丘為主。茅口組顆粒灘在盆地中西部大面積分布，累計(jì)厚度大于30 m的顆粒巖分布面積超過(guò)10×104km2，為似層狀巖溶儲(chǔ)層的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

由于茅口組顆粒灘體單層厚度只有5～15 m，因此地震預(yù)測(cè)顆粒灘難度較大。為了進(jìn)一步明確顆粒灘體空間分布，筆者基于川中地區(qū)的鉆井資料，采用測(cè)井相構(gòu)型方法識(shí)別顆粒灘體空間分布，即：根據(jù)測(cè)井GR值和曲線形態(tài)，建立高能環(huán)境顆粒灘以及灘間低能環(huán)境含泥質(zhì)灰?guī)r的測(cè)井響應(yīng)模型。

研究表明，茅口組縱向上發(fā)育兩期顆粒灘：第一期顆粒灘主要發(fā)育于茅二b層、第二期顆粒灘則主要發(fā)育于茅二a層—茅三段。第一期顆粒灘測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)以測(cè)井相類(lèi)型3（LF3）型為主，單個(gè)灘體厚度介于5～10 m，平面上主要分布于高石梯—磨溪（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高磨）、威遠(yuǎn)地區(qū)，其余地區(qū)零星分布。第二期顆粒灘體測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)以LF1型和LF2型為主（圖3），單個(gè)灘體厚度介于10～15 m，川中地區(qū)廣泛分布。

表1 四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組典型單井巖心實(shí)測(cè)TOC表

圖1 四川盆地茅口組烴源巖TOC縱向分布圖

2.3 茅口組風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層分布特征及成因

四川盆地茅口組普遍發(fā)育風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層[17]。層序地層對(duì)比表明，巖溶儲(chǔ)層段主要分布在茅口組二段、三段[17]?；趯有虻貙訉?duì)比以及牙形石帶缺失分析，筆者曾提出了四川盆地存在面積可超過(guò)8×104km2的東吳期古隆起，命名為“瀘州—通江古隆起”，指出古隆起斜坡帶是風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的有利地區(qū)[18]。圖4是在補(bǔ)充新近鉆井資料基礎(chǔ)上修改完善的茅口組巖溶古地貌與顆粒巖厚度疊合圖。按殘留地層厚度可分為“侵蝕高地”“侵蝕上斜坡”“侵蝕下斜坡”3個(gè)侵蝕地貌單元。侵蝕高地分布在盆地西南地區(qū)及川東石柱地區(qū)，主要特征為茅四段部分被保留；侵蝕上斜坡分布在南充—瀘州一帶，主要特征為茅四段剝蝕殆盡、茅三段部分遭受剝蝕；侵蝕下斜坡分布在川北地區(qū)，主要特征為茅三段剝蝕殆盡，茅二段部分遭受剝蝕。侵蝕上斜坡區(qū)茅三段顆粒巖發(fā)育，長(zhǎng)期遭受風(fēng)化淋濾作用，有利于形成溶蝕孔洞型儲(chǔ)層。

“東吳運(yùn)動(dòng)”性質(zhì)是水平擠壓的造山（褶皺）運(yùn)動(dòng)[19]還是整體抬升的升降運(yùn)動(dòng)，目前存在爭(zhēng)議[20]。筆者認(rèn)為，這一運(yùn)動(dòng)受控于晚古生代全球冰期，是冰期全球海平面下降導(dǎo)致的區(qū)域性侵蝕作用。主要有如下證據(jù)：①晚古生代全球冰期始于泥盆紀(jì)末，鼎盛于石炭紀(jì)—早二疊世，可延續(xù)到中晚二疊世[21-23]，冰期海平面下降幅度為20～120 m[24]。二疊紀(jì)，揚(yáng)子陸塊呈“孤島”立于古特提斯洋[25]，更易于受海平面升降變化影響。茅口組中期開(kāi)始下降，末期大幅度快速下降到最低點(diǎn)，揚(yáng)子大部分地區(qū)準(zhǔn)平原化[26]。②受全球海平面下降影響，茅口組頂部地層普遍缺失。歐美等全球大部分地區(qū)茅口組頂部缺失1～2個(gè)化石帶；華南地區(qū)缺失2個(gè)以上牙形化石帶，四川盆地北部地區(qū)缺失4～6個(gè)牙形化石帶。③在廣西蓬萊灘[27-28]、川西北上寺、川東北渡口等剖面[29]，均可見(jiàn)茅口組上部無(wú)機(jī)碳同位素出現(xiàn)正漂移、吳家坪組底部出現(xiàn)負(fù)漂移，表明茅口末期發(fā)生冰川作用，而吳家坪期冰川發(fā)生消融。

圖2 茅口組巖相古地理及顆粒灘厚度等值線圖

圖3 茅口組第二期（茅二a層—茅三段）顆粒灘及灘間洼地的測(cè)井響應(yīng)特征圖

圖 4 茅口組巖溶古地貌與顆粒巖厚度疊合圖

基于上述認(rèn)識(shí)，建立了四川盆地茅口—吳家坪期沉積古地理演化剖面（圖5），茅口組沉積期四川盆地主體為碳酸鹽巖緩坡沉積，川北地區(qū)為深緩坡—斜坡相沉積，大巴山地區(qū)發(fā)育盆地相。茅口組沉積后，發(fā)生受全球冰期影響的海平面下降，剝蝕基準(zhǔn)面可能下降到茅口組下部，其上覆地層均遭受剝蝕，沉積地層厚值區(qū)剝蝕后的殘留地層多，沉積地層薄值區(qū)剝蝕后的殘留地層少，西南高北東低的古構(gòu)造格局沒(méi)有發(fā)生改變。吳家坪期海平面上升，茅口組剝蝕后的古構(gòu)造格局仍得以保存，沉積環(huán)境及相帶的平面展布和茅口組相似。川北地區(qū)茅口組剝蝕層位多，按照“隆升剝蝕”的觀點(diǎn)，該地區(qū)要比四川盆地其他地區(qū)隆升的更高，但是在吳家坪期，該地區(qū)又迅速變?yōu)樯钏喑练e。這種急劇的構(gòu)造格局變化難以用“隆升剝蝕”解釋。而利用“海平面下降導(dǎo)致地層侵蝕” 的觀點(diǎn)，則合理地解釋了四川盆地北部地區(qū)茅口組剝蝕層位多與吳家坪組深水沉積兩者之間的矛盾。

圖5 四川盆地茅口—吳家坪期沉積古地理演化剖面示意圖

中二疊統(tǒng)茅口組縱向上存在3套烴源巖，顆粒灘在盆地中西部大面積分布，風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層在盆地內(nèi)普遍發(fā)育，源儲(chǔ)關(guān)系配置良好，構(gòu)成“三明治”式成藏組合（圖6），具備大面積天然氣成藏的條件。

圖6 川中—蜀南地區(qū)茅口組縫洞型儲(chǔ)層分布與成藏模式圖

3 茅口組天然氣富集條件

勘探揭示，盡管茅口組存在普遍含氣現(xiàn)象，但鉆遇的儲(chǔ)層發(fā)育程度及單井產(chǎn)量變化大，富集高產(chǎn)有利區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選是當(dāng)前勘探面臨的主要問(wèn)題。研究表明，有利的侵蝕微古地貌及走滑斷裂發(fā)育帶是評(píng)價(jià)富集高產(chǎn)區(qū)的關(guān)鍵因素。

3.1 侵蝕古地貌對(duì)巖溶儲(chǔ)層的控制作用

對(duì)于碳酸鹽巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層而言，巖溶儲(chǔ)層分布受侵蝕古地貌控制。宏觀上，蜀南及高磨地區(qū)茅口組均處于侵蝕上斜坡帶（圖4），顆粒灘發(fā)育，具備形成大面積巖溶儲(chǔ)層條件。微觀上，侵蝕面微古地貌如溶蝕洞的垮塌體、侵蝕溝槽的側(cè)翼、侵蝕河谷（暗河和明河）等，巖溶儲(chǔ)層厚度大、儲(chǔ)集條件更為有利。蜀南茅口組大型的洞縫系統(tǒng)主要發(fā)育在古溶溝翼部及巖溶垮塌體邊緣。這些大型洞縫系統(tǒng)一旦含氣，可形成單體儲(chǔ)量規(guī)模均超過(guò)1×108m3的縫洞型氣藏，如陽(yáng)7-陽(yáng)33井、陽(yáng)43井、井9等氣藏。

3.2 走滑斷裂相關(guān)的大型洞縫系統(tǒng)有利于天然氣富集高產(chǎn)

相對(duì)穩(wěn)定的克拉通盆地腹部通常發(fā)育大型走滑斷裂帶，不僅有利于油氣運(yùn)移，而且有利于改善儲(chǔ)層物性，是油氣富集高產(chǎn)的有利區(qū)帶。這一認(rèn)識(shí)越來(lái)越引起勘探家的高度重視，并用于指導(dǎo)塔里木等盆地碳酸鹽巖縫洞型油氣藏勘探部署[30-31]。

四川盆地中新生代受周緣構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，華鎣山斷裂以西的廣大地區(qū)普遍發(fā)育高角度走滑斷裂。除少數(shù)規(guī)模較大的斷裂向上進(jìn)入中淺層碎屑巖，大多數(shù)斷裂向上未穿越中三疊統(tǒng)膏鹽巖層。通過(guò)解剖研究蜀南荷包場(chǎng)及川中高磨兩個(gè)三維地震工區(qū)，分析走滑斷裂帶的儲(chǔ)層特征及含氣性。研究結(jié)果表明：

1）走滑斷裂有利于形成大型縫洞體，縱向多層縫洞體疊置（圖6），平面串珠狀分布。基于三維地震資料，荷包場(chǎng)地區(qū)可識(shí)別出兩條主走滑斷裂，一條位于包24井—包42井一線，呈NNE向展布，另一條位于包21井—包33井一線，呈NE向展布。鉆井證實(shí)，沿這兩條走滑斷裂帶巖溶縫洞體發(fā)育，已發(fā)現(xiàn)包33、包46、包21等富集高產(chǎn)的含氣縫洞體。

2）斷裂溝通氣源，斷裂與風(fēng)化殼巖溶縫洞疊合區(qū)含氣性好。高磨地區(qū)鉆穿茅口組的鉆井很多，由于不是鉆探的主要目的層，絕大多數(shù)井未在茅口組試氣。對(duì)該區(qū)63口井茅口組儲(chǔ)層及含氣性開(kāi)展測(cè)井評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：有25口井巖溶發(fā)育，單井累計(jì)儲(chǔ)層厚度大于15 m、平均有效孔隙度大于3.5%，主要分布在高石梯及磨溪現(xiàn)今構(gòu)造高部位和斜坡區(qū)與古巖溶地貌較高部位的疊合區(qū)；41口井解釋出“氣層”或“差氣層”，占65%；22口井解釋出“水層”或“干層”，占35%，表現(xiàn)出不完全受構(gòu)造控制的大面積含氣特點(diǎn)，但“氣層”井呈現(xiàn)出沿?cái)嗔逊植嫉奶攸c(diǎn)。

4 結(jié)論

1）四川盆地茅口組具備大面積天然氣成藏地質(zhì)條件。茅口組緩坡顆粒灘體在廣元—廣安—重慶以西地區(qū)大面積分布，為儲(chǔ)層形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；全球海平面下降導(dǎo)致的區(qū)域性侵蝕面有利于大面積巖溶型儲(chǔ)層形成；三套主力烴源巖（龍馬溪組、茅一段—茅二c層及龍?zhí)督M）與茅口組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層構(gòu)成“三明治式”源—儲(chǔ)成藏組合，是天然氣大面積成藏的關(guān)鍵。

2）侵蝕微古地貌及后期走滑斷裂改造控制了大型縫洞體分布，顆粒灘—風(fēng)化殼巖溶—走滑斷裂“三位一體”控制了天然氣富集高產(chǎn)的有利區(qū)帶。

3）川中高磨地區(qū)走滑斷裂發(fā)育，茅口組成藏條件良好，是勘探值得重視的有利區(qū)。

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