張本健 尹 宏 李榮容 謝 忱 汪曉星 裴森奇 胡 欣 楊 華 鄧 波 陳 驍 李旭成

1.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦 2.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

0 引言

四川盆地西南部地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)川西南部）處于揚(yáng)子地臺(tái)西北緣，面積約1.5×104km2，自南西向北東包括了周公山、大興場(chǎng)、平落壩等構(gòu)造。中二疊統(tǒng)棲霞組天然氣勘探始于20世紀(jì)80年代，主要集中在大興場(chǎng)、周公山、漢王場(chǎng)等地區(qū)，由于區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜、地震資料品質(zhì)低下，尤其是棲霞組白云巖發(fā)育規(guī)律不明、保存條件不落實(shí)等因素嚴(yán)重制約了其天然氣勘探進(jìn)展。2020年5月，平探1井在棲霞組鉆遇白云巖儲(chǔ)層，測(cè)試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，取得了該區(qū)天然氣勘探的重要突破。為了深化對(duì)棲霞組的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)該區(qū)帶天然氣勘探，筆者基于前人的研究成果，利用平探1井的鉆探成果，開(kāi)展了該區(qū)的烴源條件、儲(chǔ)層特征、圈閉條件與成藏組合等方面的研究，總結(jié)勘探發(fā)現(xiàn)啟示，以期為川西南部及其他地區(qū)棲霞組的研究與勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景

川西南部處于龍門(mén)山斷褶帶南段山前帶和凹陷帶、樂(lè)山—龍女寺加里東期古隆起的高部位。山前帶主要發(fā)育大型逆沖斷裂和反沖斷層[1]，并形成大量的西緩東陡或近于對(duì)稱(chēng)形式的斷背斜；凹陷帶構(gòu)造相對(duì)平緩（圖1）?？v向上以中三疊統(tǒng)雷口坡組厚層膏巖為滑脫層形成雙層構(gòu)造樣式，具“雙層結(jié)構(gòu)”特征（圖2）。根據(jù)二疊系構(gòu)造及斷裂特征，川西南部可分為龍門(mén)山山前褶皺帶、峨眉—瓦屋山山前褶皺帶及大興場(chǎng)—川西低緩褶皺構(gòu)造帶[2]。由東南向西北，構(gòu)造斷褶強(qiáng)度具逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)。南部構(gòu)造發(fā)育，向北埋深加大，構(gòu)造、斷層欠發(fā)育。

圖1 川西南部茅口組底界構(gòu)造與地層柱狀圖

圖2 川西南部地震剖面圖

川西南部中二疊世巖相古地理特征與揚(yáng)子板塊構(gòu)造演化緊密相關(guān)，在棲霞組沉積時(shí)期，主要發(fā)育臺(tái)地邊緣相，巖性以亮晶顆?；?guī)r、白云巖為主；至茅口組沉積期，水體變深，碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣向北西方向偏移，沉積了一套深灰色中厚層顆粒泥晶灰?guī)r及泥晶顆?；?guī)r，夾燧石條帶及燧石團(tuán)塊，沉積相帶以開(kāi)闊臺(tái)地相為主[3-8]。

川西南部棲霞組分布較穩(wěn)定，可分為兩段。棲一段沉積期發(fā)育灘間海沉積，厚度介于44～67 m，巖性為深灰—灰黑色中至厚層狀生屑灰?guī)r夾泥質(zhì)生物碎屑微晶灰?guī)r，下部泥質(zhì)含量較高；棲二段為大規(guī)模成灘期沉積，發(fā)育生屑灘、砂屑灘，橫向分布穩(wěn)定可對(duì)比[9-10]，厚度介于54～70 m，為淺灰—褐灰色厚層—塊狀亮晶生屑灰?guī)r，巖石質(zhì)純，局部白云石化，形成灰白—灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。結(jié)合野外剖面及鉆探成果，棲二段臺(tái)緣灘沿平落壩、漢王場(chǎng)、峨眉地區(qū)大面積分布，向盆內(nèi)逐漸過(guò)渡為開(kāi)闊海沉積，如圖3所示。

2 平探1井的重要發(fā)現(xiàn)

2.1 平探1井鉆探成果

平探1井是川西南部平落壩潛伏構(gòu)造的一口預(yù)探井，區(qū)域構(gòu)造位置處于龍門(mén)山斷褶帶南段山前斷褶構(gòu)造帶。其鉆探目的層為棲霞組，完鉆井深為6 866 m。該井自上而下鉆遇白堊系灌口組、夾關(guān)組，侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組、自流井組，三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組，二疊系沙灣組、峨眉山玄武巖組、茅口組、棲霞組、梁山組（圖1）。

平探1井棲霞組鉆厚為121 m。其中，棲一段鉆厚為59 m，以泥晶生屑灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r為主；棲二段鉆厚為62 m，上部以亮晶生屑灰?guī)r為主，中部為白云巖和角礫云巖夾薄層狀云質(zhì)灰?guī)r，局部見(jiàn)斑馬狀白云巖，下部為亮—泥晶生屑灰?guī)r。其中白云巖晶粒以中、細(xì)晶為主，發(fā)育晶間溶孔、溶洞、縫，是川西南部棲霞組主要的儲(chǔ)集巖（圖4）。

平探1井于2020年5月11日對(duì)井段6 743～6 810 m進(jìn)行射孔酸化，放噴排液后經(jīng)直徑50.8 mm臨界速度流量計(jì)裝35 mm孔板測(cè)試日產(chǎn)天然氣量為66.86×104m3，硫化氫含量為579 mg/m3（圖4）。

2.2 棲霞組氣藏類(lèi)型

平探1井所處的平落壩潛伏構(gòu)造圈閉為一北東向的背斜構(gòu)造，發(fā)育在平深①和平深②號(hào)斷層之間（圖5），構(gòu)造最低圈閉線(xiàn)為－6 100 m，圈閉面積為18.8 km2，構(gòu)造幅度為250 m。平探1井棲霞組測(cè)井解釋氣層底界為－5 935 m，無(wú)水層特征，現(xiàn)有資料反映棲霞組氣藏為未見(jiàn)邊、底水分布的構(gòu)造型氣藏。

平探1井棲霞組的壓力、溫度實(shí)測(cè)結(jié)果表明，氣層中部折算地層壓力為67.125 MPa，壓力系數(shù)為1.02，氣層中部折算地層溫度為161.92 ℃，表明平落壩構(gòu)造棲霞組氣藏為高溫、常壓氣藏。

圖3 川西南部棲霞組沉積相分布圖

平探1井棲霞組天然氣組分以甲烷為主，甲烷含量介于92.43%～95.77%，乙烷含量介于0.10%～4.68%，硫化氫含量介于0～0.04%，二氧化碳含量介于0～2.47%，為微含硫、低—中含二氧化碳的干氣氣藏。

3 川西南部棲霞組天然氣成藏地質(zhì)條件

前期的研究認(rèn)為，川西南部棲霞組白云巖儲(chǔ)層主要分布在周公山—漢王場(chǎng)一帶，烴源主要是二疊系自生，氣源不足，構(gòu)造保存條件普遍較差，天然氣勘探前景不明。近期開(kāi)展的地震老資料處理結(jié)果反映，平落壩地區(qū)棲霞組儲(chǔ)層響應(yīng)特征明顯且構(gòu)造圈閉落實(shí)。通過(guò)平探1井鉆探證實(shí)，棲霞組白云巖儲(chǔ)層大面積發(fā)育，含氣性好，具有良好的烴源、儲(chǔ)層、圈閉及保存等天然氣成藏地質(zhì)條件。

3.1 兩套鄰近烴源巖有利于供烴

四川盆地中西部中二疊統(tǒng)氣藏主要發(fā)育中二疊統(tǒng)泥灰?guī)r和寒武系筇竹寺組泥頁(yè)巖兩套相關(guān)烴源巖層系[11-14]。平探1井棲霞組天然氣碳同位素分析結(jié)果：δ13C1為－30.61‰、δ13C2為－26.02‰。氣源綜合對(duì)比結(jié)果表明，平探1井棲霞組與雙魚(yú)石構(gòu)造棲霞組、川中地區(qū)燈影組具有相似的天然氣來(lái)源，初步認(rèn)為天然氣由筇竹寺組泥頁(yè)巖和中二疊統(tǒng)泥灰?guī)r混源構(gòu)成，主要來(lái)源于筇竹寺組[15-16]（圖6）。

川西南部筇竹寺組烴源巖因加里東期剝蝕作用直接與棲霞組緊鄰接觸，主要為黑色、灰黑色泥頁(yè)巖、碳質(zhì)泥巖，厚度介于50～100 m，總有機(jī)碳含量介于0.61%～1.19%，平均值為0.95%，為優(yōu)質(zhì)烴源巖，干酪根碳同位素值介于－36.1‰～－31.0‰，平均值為－33.2‰，總體較輕，具有典型腐泥型干酪根特征，生烴強(qiáng)度介于5×108～20×108m3/km2。棲霞組烴源巖為一套黑灰色泥灰?guī)r，厚度介于25～40 m，總有機(jī)質(zhì)含量介于0.2%～2.2%，平均值為0.88%，干酪根碳同位素介于－29‰～－27‰，具腐殖型干酪根特征，生烴強(qiáng)度介于1×108～2×108m3/km2，兩套鄰近的烴源巖為棲霞組氣藏的形成提供了充足的烴源。

圖4 平探1井棲霞組單井柱狀圖

圖5 過(guò)平探1井時(shí)間偏移地震剖面圖

圖6 四川盆地部分氣藏δ13C1與δ13C2交匯圖

3.2 高能灘相帶控制白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布

3.2.1 灘相白云巖儲(chǔ)層特征

平探1井棲霞組儲(chǔ)層為臺(tái)緣灘相白云巖儲(chǔ)層，縱向上發(fā)育在棲二段，白云巖儲(chǔ)層厚度為28.0 m，儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)、中晶白云巖，白云巖中殘余生屑、顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)發(fā)育，原巖恢復(fù)揭示白云巖母巖主要為亮晶生屑灰?guī)r；儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔洞、晶間孔、粒間孔和裂縫（圖7）。平探1井棲霞組23.55 m巖心白云巖溶蝕孔洞較發(fā)育，巖心平均洞密度為42.85個(gè)/m，裂縫密度介于20～45條/m，裂縫較發(fā)育，部分裂縫見(jiàn)順縫溶蝕現(xiàn)象，擴(kuò)溶形成孔洞。巖心孔隙度介于1.94%～12.60%，平均值為4.41%，其中孔隙度大于2%的樣品57個(gè)，平均孔隙度為4.51%，占96.61%。巖心滲透率最小值為0.04 mD，最大值為30.20 mD，平均值為3.43 mD。測(cè)井解釋3段氣層，儲(chǔ)層厚度25.7 m，孔隙度介于2.02%～16.20%，滲透率介于0.05～0.33 mD（表1）。儲(chǔ)層特征總體上為低孔、中—低滲透，局部存在著高孔高滲透層段，屬于裂縫—孔隙型儲(chǔ)層。

3.2.2 臺(tái)地邊緣灘準(zhǔn)同生期白云石化是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵

前人研究結(jié)果表明，顆粒巖更有利于白云石化作用形成優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層[17-19]。川西南部棲霞組白云巖儲(chǔ)層在邛西—平落壩—名山—漢王場(chǎng)一帶連片分布，厚度介于20～50 m，向北、向東方向逐漸減薄，白云巖發(fā)育程度受控于臺(tái)緣灘相沉積后的暴露程度，暴露時(shí)間長(zhǎng)更有利于白云石化。從巖石同位素看，平探1井棲霞組石灰?guī)rδ13C值與白云巖δ13C值接近，主要介于2‰～5‰，均處于二疊紀(jì)正常海水δ13C值范圍內(nèi)，表明白云石化流體依舊為與海水有關(guān)的海源流體。綜合巖石學(xué)特征及成巖演化，區(qū)內(nèi)白云石化流體為海源流體，準(zhǔn)同生期白云石化是川西南部棲霞組白云巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵；高能顆粒灘沉積的臺(tái)緣灘相是白云巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，沉積相控制了白云巖儲(chǔ)層在縱橫向上的宏觀展布特征。

圖7 平探1井棲霞組儲(chǔ)層特征照片

表1 平探1井棲霞組儲(chǔ)層測(cè)井解釋成果表

3.3 多套蓋層有利于天然氣保存

川西南部發(fā)育多套區(qū)域性蓋層，主要為中二疊統(tǒng)茅口組致密生屑灰?guī)r、三疊系膏鹽巖和陸相砂泥巖，各套封蓋層具有橫向分布穩(wěn)定、連續(xù)性好的特征。茅口組底部厚度介于50～80 m的深灰—灰黑色似“眼球”狀石灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r區(qū)內(nèi)廣泛分布，其泥質(zhì)含量高、巖性致密，是棲霞組最直接的蓋層；中下三疊統(tǒng)嘉陵江組—雷口坡組發(fā)育厚層膏鹽巖，其中平探1井膏鹽巖厚近700 m；三疊系—侏羅系發(fā)育巨厚的砂泥巖地層，陸相砂泥巖厚超過(guò)3 000 m，均是棲霞組良好的區(qū)域性蓋層，保存條件良好。

3.4 良好的圈閉條件利于天然氣成藏

前期鉆探成果表明，位于峨眉—瓦屋山山前褶皺帶內(nèi)的周公山及漢王場(chǎng)構(gòu)造雖然形成了局部構(gòu)造圈閉，因其構(gòu)造變形程度強(qiáng)，通天斷層發(fā)育，圈閉保存條件差，周公1井和漢深1井棲霞組白云巖儲(chǔ)層測(cè)試產(chǎn)地表水。受三疊系雷口坡組及嘉陵江組厚層膏鹽巖滑脫層控制，平落壩地區(qū)縱向上主要表現(xiàn)為“雙層構(gòu)造”特征，棲霞組頂界構(gòu)造圈閉完整。區(qū)內(nèi)雖經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)調(diào)整和改造，淺部斷層均在三疊系膏鹽中滑脫，“雙層構(gòu)造”下的深層構(gòu)造圈閉及構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉始終保持為一個(gè)正向構(gòu)造特征，圈閉完整性未遭受破壞，為天然氣聚集提供了有利場(chǎng)所，對(duì)棲霞組氣藏形成起到了重要作用。

4 油氣勘探意義

平探1井棲霞組獲得了重大發(fā)現(xiàn)，對(duì)重新認(rèn)識(shí)川西南部中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層、油氣成藏演化以及天然氣勘探具有重要的意義。

4.1 拓展了川西南部棲霞組白云巖天然氣勘探新領(lǐng)域

平探1井作為川西南部棲霞組臺(tái)緣帶首口工業(yè)氣井，打開(kāi)了四川盆地西南部天然氣勘探新局面，印證了幾代地質(zhì)工作者對(duì)區(qū)內(nèi)存在規(guī)模優(yōu)質(zhì)孔隙型白云巖氣藏的構(gòu)想，也證實(shí)了川西南部棲霞組具備形成規(guī)模氣藏的地質(zhì)條件，堅(jiān)定了對(duì)龍門(mén)山山前超深層海相碳酸鹽巖天然氣勘探的信心。目前，初步估算該領(lǐng)域天然氣資源量近1×1012m3，天然氣勘探潛力巨大。

4.2 初步明確了川西南部棲霞組灘相白云巖有利的勘探方向

平探1井棲霞組氣藏的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了川西南部棲霞組臺(tái)地邊緣灘相白云巖具備天然氣規(guī)模成藏的基本地質(zhì)條件，具有“多源供烴、灘相控儲(chǔ)、構(gòu)造—巖性控藏”的天然氣富集特征。首先，作為海相主力烴源巖的筇竹寺組泥頁(yè)巖和中二疊統(tǒng)深色泥灰?guī)r在區(qū)內(nèi)大面積穩(wěn)定分布，緊鄰棲霞組白云巖儲(chǔ)層，其生烴強(qiáng)度介于1×108～20×108m3/km2，提供了豐富的烴源。其次，已鉆井揭示，邛西—平落壩—名山—漢王場(chǎng)地區(qū)棲霞組發(fā)育臺(tái)緣顆粒灘，優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層具有成層性和規(guī)模性，具備形成大中型氣藏的地質(zhì)基礎(chǔ)。

平探1井的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步明確了在下寒武統(tǒng)、中二疊統(tǒng)烴源巖發(fā)育區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層和有利的構(gòu)造背景疊合區(qū)是油氣富集的有利區(qū)帶，是下一步天然氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。綜合評(píng)價(jià)研究認(rèn)為，川西南部棲霞組臺(tái)緣帶白云巖儲(chǔ)層與有利構(gòu)造分布范圍勘探有利區(qū)面積約3 500 km2。其中，以蓮花山—平落壩一帶為主的構(gòu)造型氣藏有利勘探區(qū)面積為518 km2；以樂(lè)山—新津以西等地區(qū)的巖性—構(gòu)造復(fù)合圈閉型氣藏有利勘探區(qū)面積為716 km2。

5 結(jié)論

1）川西南部棲霞組儲(chǔ)層以中、細(xì)晶白云巖為主，儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔洞、晶間孔、粒間孔和裂縫，為低孔、中—低滲裂縫—孔隙型儲(chǔ)層，局部發(fā)育高孔高滲儲(chǔ)層；儲(chǔ)層橫向展布受臺(tái)緣灘控制，主要沿邛西—平落壩—名山—漢王場(chǎng)一帶大面積分布。

2）川西南部棲霞組存在與雙魚(yú)石含氣區(qū)類(lèi)似的天然氣來(lái)源，由筇竹寺組泥頁(yè)巖和中二疊統(tǒng)泥灰?guī)r混源構(gòu)成，主要來(lái)源于筇竹寺組。

3）川西南部縱向上不僅具有“雙層構(gòu)造”特征，而且三疊系鹽膏層具有區(qū)域封蓋條件，二疊系的構(gòu)造圈閉及構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉形態(tài)完整、保存條件良好，為棲霞組天然氣聚集成藏提供了有利的場(chǎng)所。

4）平探1井在棲霞組獲得高產(chǎn)天然氣流，證實(shí)了川西南部棲霞組具備形成規(guī)模氣藏的地質(zhì)條件，在下寒武統(tǒng)、中二疊統(tǒng)烴源巖發(fā)育區(qū)內(nèi)，優(yōu)質(zhì)的白云巖儲(chǔ)層和有利的構(gòu)造背景疊合區(qū)是油氣富集的有利區(qū)帶，是下一步勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。