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川西北地區(qū)天井山古隆起規(guī)模微生物巖儲層的成因及其地質(zhì)意義

2020-10-15 09:36:48辛勇光王興志唐青松亮馮慶付王旭麗
天然氣工業(yè) 2020年9期
關(guān)鍵詞:劍閣江油云巖

辛勇光 王興志 唐青松 田 瀚 張 豪 徐 亮馮慶付 尹 宏 王旭麗

1.西南石油大學(xué) 2.中國石油勘探開發(fā)研究院 3.中國石油西南油氣田公司 4.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

1972年,在四川盆地西北部江油地區(qū)發(fā)現(xiàn)了高豐度的中三疊統(tǒng)雷口坡組氣藏[1],天然氣探明儲量為86.3h108m3,儲層為微生物巖儲層;近期,相鄰的劍閣地區(qū)鉆探的雙魚001-1井在雷口坡組三段(以下簡稱雷三段)也見到良好的油氣顯示,儲層也是微生物巖儲層,厚度為65 m。這些都預(yù)示著江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三段整體發(fā)育微生物巖儲層,天然氣勘探前景良好。

對于江油地區(qū)雷三段儲層前人已經(jīng)做了大量的研究工作,取得了一系列成果和認(rèn)識:①雷三段儲層巖性以顆粒云巖和藻云巖為主,儲集空間以次生溶蝕孔隙占優(yōu)勢[2-7];②砂屑灘和顆粒灘沉積為后期儲層的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),儲層受準(zhǔn)同生期、表生期和埋藏期巖溶作用的共同改造,埋藏期溶蝕作用對現(xiàn)今雷口坡組儲層內(nèi)儲集空間的貢獻(xiàn)最大[2-4];③白云石化作用是非常重要的建設(shè)性成巖作用,表生期和埋藏期的溶蝕作用是次生孔隙形成的關(guān)鍵因素[5-7]。盡管前人對該套儲層的研究成果頗豐,但也存在著2個(gè)問題:①控制江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)厚層微生物巖儲層發(fā)育的地質(zhì)背景不清楚;②對于儲層主控因素的認(rèn)識存在著分歧。針對上述問題,筆者基于大量的露頭、巖心、鉆井、分析化驗(yàn)等資料,運(yùn)用地質(zhì)和地球物理方法開展了江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷口坡組微生物巖儲層主控因素研究,以期為四川盆地雷口坡組油氣勘探提供有益的地質(zhì)理論指導(dǎo)和技術(shù)思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)位于四川盆地龍門山前山帶北段天井山古隆起區(qū)南段,西臨龍門山推覆構(gòu)造帶,東接川西前陸盆地[8]。天井山古隆起具有形成時(shí)期早、隆升時(shí)期長、多期活動(dòng)的特點(diǎn),經(jīng)歷了早寒武世古地貌高、中寒武世—中三疊世震蕩升降、三疊紀(jì)末期基本定型、侏羅紀(jì)以來改造調(diào)整等過程[9-11]。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)主體為天井山古隆起南段,天井山古隆起南段在雷口坡期是一個(gè)呈北東向展布的水下古隆起,水體較淺,東北部的雙探2井—河7井區(qū)和中部的永平1井區(qū)為隆起核部,其他地區(qū)為斜坡區(qū),東南側(cè)為凹陷區(qū)(圖1-a)。

圖1 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段殘厚圖及雷口坡組地層柱狀圖

川西北地區(qū)雷口坡組為一套碳酸鹽巖夾硬石膏巖,底以硅質(zhì)泥巖與嘉陵江組頂部硬石膏巖整合接觸,頂以碳酸鹽巖與須一段泥巖不整合接觸。雷口坡組自下而上可分為五段:雷一段、雷二段、雷三段、雷四段和雷五段;其中,雷三段底以灰質(zhì)云巖與雷二段石膏巖整合接觸,頂以藻屑云巖與雷四段底部泥質(zhì)云巖整合接觸;雷三段根據(jù)巖性旋回自下而上可分為三個(gè)亞段:雷三1亞段(T2l31)、雷三2亞段(T2l3

2)和雷三3亞段(T2l33),雷三1亞段以泥晶云巖為主夾石膏質(zhì)云巖,雷三2亞段以石膏質(zhì)藻紋層云巖為主夾石膏巖,雷三3亞段主要為藻云巖夾泥晶云巖。儲層主要發(fā)育在雷三3亞段藻云巖中(圖1-b)。

2 微生物巖儲層特征

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段巖性主要是藻云巖、泥—粉晶云巖夾少量的顆粒云巖,其中藻云巖是最有利的儲集巖。天井山古隆起區(qū)以藻云巖為主,非隆起區(qū)則以泥—粉晶云巖為主。儲層主要發(fā)育在古隆起區(qū)藻云巖和顆粒云巖中,非隆起區(qū)儲層不發(fā)育。嚴(yán)格來說,藻云巖所謂的“藻”其實(shí)是藻類和細(xì)菌等組成的微生物復(fù)合體,有研究者將其稱為藍(lán)細(xì)菌云巖或微生物碳酸鹽巖[12-13],隸屬于微生物巖范疇。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段藻云巖儲層巖石類型可以分為藻屑云巖和藻紋層云巖兩種類型(圖2)。

1)藻屑云巖:生長的藍(lán)綠藻將粒徑大小不一的礫屑、砂屑和粉屑等顆粒黏結(jié)起來,形成各種黏結(jié)顆粒、藻黏結(jié)團(tuán)塊和核形石等,以藻砂屑云巖為主(圖2-a、b);發(fā)育藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間和粒內(nèi)溶孔(圖2-b、c)。

2)藻紋層云巖:以泥—粉晶結(jié)構(gòu)為主,局部含少量砂屑、粉屑,多具波狀、微波狀和紋層狀構(gòu)造;巖石主要由明暗相間的富藻和貧藻紋層組成,富藻紋層顏色較深,為暗層,多由具隱粒結(jié)構(gòu)的藻球粒、藻絲體黏結(jié)泥屑和粉屑構(gòu)成,呈連續(xù)或斷續(xù)的波狀、紋層狀;貧藻紋層顏色較淺,為亮層,其中藻類含量少,主要由泥—粉晶云巖組成(圖2-d)。常見鳥眼孔、晶間溶孔(圖2-e、f)。

通過巖心物性和CT掃描分析,藻云巖儲層孔隙度介于2%~8%(圖3-a),滲透率介于0~1 mD(圖3-b);裂縫較發(fā)育,屬于裂縫—孔隙型儲層(圖3-c)。

圖2 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段藻云巖巖石特征照片

根據(jù)實(shí)測野外露頭、鉆井巖心以及測井解釋,繪制了天井山古隆起南段雷三3亞段孔隙度大于2%的儲層平面分布圖(圖4)。從圖4可見,天井山古隆起南段廣泛分布雷三3亞段藻云巖儲層,面積約10 000 km2,儲層厚度介于20~70 m。其中,隆起區(qū)核部的永平1井區(qū)和河7井東北部地區(qū)雷三3亞段儲層被剝蝕殆盡;江油含增—中46井、重華1井—雙魚001-1井等地區(qū)藻屑灘發(fā)育,藻云巖儲層發(fā)育,儲層最厚,厚度介于60~70 m;斜坡區(qū)中部向西北和東南方向儲層厚度逐漸減薄,凹陷區(qū)如劍門1井等井區(qū)儲層不發(fā)育。

圖3 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段藻云巖儲層物性圖

圖4 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段儲層分布圖(φ≥2%)

3 古隆起有利于微生物巖的發(fā)育

中三疊世,四川盆地屬于一個(gè)受周邊古隆起和盆內(nèi)水下古隆起限制的水體淺、鹽度大、范圍廣闊的局限碳酸鹽巖臺地環(huán)境,海水主要來自西南部的越北海和西北部的滇青藏古大洋[14-16]。前人針對川西北地區(qū)雷三3亞段藻云巖的沉積環(huán)境做了大量研究,主要有曾德銘等[4]提出的灘體說和林良彪等[17]提出的局限臺地潮坪說。筆者在露頭、巖心、鉆井、分析化驗(yàn)等資料的基礎(chǔ)上,通過沉積相標(biāo)志分析、單井沉積相(圖5)及連井沉積相研究,認(rèn)為江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段為局限臺地潮坪沉積環(huán)境,廣泛發(fā)育藻云坪、藻屑灘相,沉積了厚層藻云巖。

雷三3亞段沉積期,位于天井山古隆起的江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)西鄰滇青藏古大洋,水淺、鹽度高、陽光充足,沉積環(huán)境十分有利于藍(lán)綠藻的發(fā)育,形成了大量富含藍(lán)綠藻的碳酸鹽巖,大面積發(fā)育藻云坪相,在地貌較高處發(fā)育藻屑灘沉積,藻屑灘儲層最發(fā)育,藻云坪次之。藻屑灘位于地貌較高地,水體位于低潮線之下的浪基面附近,水動(dòng)力條件較其他沉積區(qū)強(qiáng),主要堆積的是藻屑和鮞粒等顆粒沉積體,其中以藻屑最為發(fā)育,鮞粒較少。藻屑灘是由藍(lán)綠藻黏結(jié)各種顆粒堆積在一起形成的灘體,灘體主要由淺褐灰色藻屑云巖組成,中—厚層塊狀為主,溶孔較發(fā)育,儲集性能最好;這類灘體沉積時(shí)的水動(dòng)力條件變化較大,當(dāng)能量較強(qiáng)時(shí),形成粒徑大小不一、分選和磨圓較差的砂屑、粉屑,當(dāng)能量變?nèi)鯐r(shí),生長的藍(lán)綠藻將這些顆粒黏結(jié)起來,形成各種黏結(jié)顆粒、藻黏結(jié)團(tuán)塊和核形石等,并常與周圍灘間潮下低能沉積物過渡。藻云坪位于地貌較平坦區(qū),主要由層紋狀、波狀疊層藻云巖組成,可見鳥眼孔和晶間溶孔,有一定的儲集性能。

圖5 江油ü劍閣地區(qū)中46井雷三3亞段沉積相柱狀圖

4 古隆起有利于準(zhǔn)同生巖溶作用的發(fā)育

詳細(xì)觀測江油含增露頭和中46井巖心,結(jié)合薄片和掃描電鏡觀察,識別出雷三3亞段5個(gè)向上變淺的高頻旋回(圖5)。每個(gè)旋回的下部是薄層致密泥晶云巖,主要為潮下低能量的泥晶云坪相沉積,由下而上,水體逐漸變淺,中上部為中厚層的多孔的藻屑灘藻屑云巖和藻云坪藻紋層云巖,頂部可見干裂、鳥眼和帳篷構(gòu)造等準(zhǔn)同生期暴露標(biāo)志。

多期準(zhǔn)同生溶蝕是孔隙發(fā)育的關(guān)鍵。雷三3亞段沉積期天井山古隆起是水下古隆起,水體較淺,由于海平面升降變化,當(dāng)高頻旋回海水變淺,地貌較高的藻屑灘和藻云坪沉積物往往容易暴露并遭受準(zhǔn)同生大氣淡水溶蝕作用,不穩(wěn)定礦物(如文石或高鎂方解石)被溶解,形成大量的溶孔。江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)雷三3亞段普遍發(fā)育5期向上變淺的高頻旋回,旋回中上部的藻屑云巖和藻紋層云巖遭受準(zhǔn)同生溶蝕,形成大量的藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間和粒內(nèi)溶孔、鳥眼孔和晶間溶孔(圖2-b、c、e、f),這些溶孔在后期的成巖作用中如壓實(shí)、膠結(jié)、表生巖溶等作用中雖然有一部分被充填,但仍有部分溶孔被保存下來,成為現(xiàn)今儲層的主要儲集空間。

5 古隆起有利于表生巖溶作用的發(fā)育

受印支運(yùn)動(dòng)的影響,四川盆地雷口坡組普遍遭受剝蝕[18-20]。天井山古隆起不同部位,雷口坡組剝蝕程度不同,古隆起的東北部河7井區(qū)和中部永平1井區(qū)等古隆起核部雷四段被剝蝕殆盡,雷三3亞段也遭受了部分剝蝕;斜坡區(qū)還殘留了部分雷四段。由于雷口坡組表生巖溶作用發(fā)生在該地層剛沉積不久,巖石固化程度低,在大氣淡水作用下,極易形成巖溶體系,發(fā)育大量溶蝕孔洞,表現(xiàn)在鉆井放空和井漏現(xiàn)象普遍,野外露頭、鉆井巖心以及鏡下薄片可見大量的巖溶現(xiàn)象,如沿裂縫或?qū)用嫘纬傻娜芸缀腿芏矗▓D6-a)、巖溶角礫巖(圖6-b)、滲流粉砂(圖6-c、d)、示頂?shù)讟?gòu)造(圖6-d)等。

江油—?jiǎng)﹂w地區(qū)主體為巖溶斜坡,表生巖溶作用對先期孔隙層的優(yōu)化,形成沿裂縫或?qū)用鏀U(kuò)溶的溶孔和小型溶洞。

圖6 江油ü劍閣地區(qū)雷三3亞段表生巖溶作用特征照片

6 結(jié)論

1)天井山古隆起區(qū)雷三3亞段發(fā)育規(guī)模微生物巖儲層,厚度介于20~70 m,面積約10 000 km2;儲層巖性以藻屑云巖和藻紋層云巖為主,儲集空間主要為藻黏結(jié)格架間溶孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔、鳥眼孔、晶間溶孔以及裂縫。

2)天井山古隆起控制了雷三3亞段規(guī)模微生物巖儲層的發(fā)育。該古隆起是規(guī)模微生物巖儲層發(fā)育的重要條件,古隆起區(qū)有利于微生物巖、準(zhǔn)同生巖溶作用、表生巖溶作用的發(fā)育,形成規(guī)模微生物巖儲層。

3)天井山古隆起區(qū)雷三3亞段發(fā)育規(guī)模微生物巖儲層,具有良好的天然氣勘探前景。

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