汪玉貞, 孫 瑋, 劉樹根, 宋金民, 葉玥豪, 李澤奇, 徐宏遠

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

2017年之前四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)被發(fā)現(xiàn)的氣田僅有3個:川西中壩雷三氣田、川中磨溪雷一1氣田和川東臥龍河雷一1氣田。第一個雷口坡組氣田中壩氣田被發(fā)現(xiàn)后，使得川西構(gòu)造鉆探中均將雷口坡組作為一個重要的目的層，但遺憾的是再無“第二個中壩氣田”發(fā)現(xiàn)。自1973年到20世紀80年代末，先后鉆探了蘇碼頭、油罐頂、老關(guān)廟、大興西、隆豐場、重華堰、青林口、漢王場等構(gòu)造，雷口坡組測試的結(jié)果以產(chǎn)水為多[1]。川西中段則因為雷口坡組埋藏較深(普遍超過5.7 km)，一直未有探井；川合100井鉆至雷口坡組頂部，未有發(fā)現(xiàn)。這說明川西雷口坡組的勘探有一定的難度。

到2010年Ck1井于雷口坡組測試日產(chǎn)量為數(shù)十萬立方米，對川西雷口坡組的勘探與研究才又開始推進。2014年1月Pz1井雷口坡組測試日產(chǎn)量達百萬立方米，加上近兩年在該構(gòu)造所鉆的探井(Yas1井、Ys1井)均有較好的發(fā)現(xiàn)，其西南的川西中段雷口坡組已具備形成大氣田的初步條件[1]。盡管前人對該地區(qū)也做了成藏方面的研究，但并沒有完全解釋清楚成藏的過程[2-4]，雷口坡組儲層的分布特征和成藏規(guī)律并不完全清晰，有必要加強該方面的研究工作。制約四川盆地西部雷口坡組勘探主要的問題在于：(1)烴源不明；(2)儲集層分布不明；(3)構(gòu)造條件復(fù)雜及成藏過程不明；(4)保存條件不明[5-6]。本文即在此基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)分析川西中段彭州氣田鉆探成果和雷口坡組天然氣成藏特征，結(jié)合近年來四川盆地勘探新理論和新認識，進一步探討川西中段雷口坡組的天然氣聚集成藏過程。

1 川西中段雷口坡組氣藏特征

彭州氣田是川西中段雷口坡組的代表性氣藏，位于彭州至鴨子河地區(qū)一線，主要構(gòu)造呈北東向沿龍門山山前展布(圖1、圖2、圖3)。雷口坡組構(gòu)造位于彭州斷層北西盤(上盤)和安縣-都江堰斷層(下盤)之間形成的斷背斜構(gòu)造，該剖面特征如圖2所示，構(gòu)造圈閉的閉合線為海拔高度-5 km，閉合高度約335 m，面積約200 km2。該構(gòu)造長軸方向為北東-南西向，北西向構(gòu)造具有一致性，斷層發(fā)育；而北東方向構(gòu)造雖略有起伏，但整體構(gòu)造穩(wěn)定，構(gòu)造高點位于鴨子河一帶，是一個較完整的斷背斜構(gòu)造。該氣藏壓力系數(shù)為1.1，氣柱高度為110～146 m。

彭州氣田雷口坡組產(chǎn)氣層如圖2所示，位于雷四3亞段的上部距頂10～120 m處的疊層凝塊白云巖和凝塊疊層白云巖段。雷四段儲集層主要為白云巖，與微生物作用有關(guān)的巖石結(jié)構(gòu)有團塊結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)和層紋結(jié)構(gòu)，發(fā)育2種微生物碳酸鹽巖儲層，即紋層狀凝塊白云巖和凝塊疊層白云巖[7]。

據(jù)Pz1井、Yas1井和Ys1井的研究，裂縫并不發(fā)育，發(fā)育大量順紋層分布的針狀溶孔，面孔率4%～10%，孔隙較好，儲層段總厚度為30～85 m。其中Ys1井雷四3亞段疊層凝塊白云巖儲集層段厚度約26.24 m，發(fā)育順紋層分布的針狀溶孔(圖3-A、C)，面孔率為4%～10%；凝塊疊層白云巖儲集層段厚度約10.84 m(圖3-B、D)，發(fā)育大量窗格孔、泡沫綿層結(jié)構(gòu)孔、凝塊團塊粒內(nèi)粒間溶蝕孔，面孔率為5%～15%，孔隙最優(yōu)。Pz1井雷四3亞段主要發(fā)育凝塊白云巖、紋層凝塊粉晶白云巖、疊層凝塊白云巖。凝塊白云巖段的深度為5 765～5 770 m，面孔率<1%，孔隙不發(fā)育；疊層凝塊白云巖發(fā)育井段深度為5 815～5 830 m，厚度約15 m，泡沫綿層溶蝕孔洞發(fā)育，面孔率為4%～10%，孔隙較好[8]。

綜上，紋層狀凝塊白云巖儲層孔隙度為2.5%～8%，滲透率為(0.01～10)×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層。泡沫綿層疊層石白云巖儲層孔隙度主要為5%～13%，滲透率主要為(2～10)×10-3μm2，為中低孔低滲儲層[7]。而且該儲層段沿龍門山前從西南的Gk003-5井至Ys1井、Pz1井和Yas1井都發(fā)育，可連續(xù)追綜對比。

圖1 川西地區(qū)構(gòu)造單元劃分圖Fig.1 Tectonic unit divisions of western Sichuan

2 烴源條件及輸導(dǎo)體系

2.1 雷口坡組的烴源條件

有關(guān)川西雷口坡組成藏的烴源目前還沒有定論。雷口坡組天然氣屬于高演化天然氣，因天然氣組分受圍巖影響較大，并不好確定其烴類來源；但從同位素特征分析看，偏向油裂解氣[9](表1)。

但這就產(chǎn)生一個疑問，如果是古油藏內(nèi)的油裂解氣，其生成產(chǎn)物除天然氣外，應(yīng)該還有殘余的固體瀝青[10]。通過對目前四川盆地鉆遇雷口坡組鉆井分析和文獻來看，并沒有發(fā)現(xiàn)雷口坡組內(nèi)部有明顯的瀝青存在[11-12]，說明并不是雷口坡組形成古油藏再裂解形成古氣藏，更有可能的是從下伏古油藏內(nèi)形成天然氣向上運移至雷口坡組形成氣藏，因此需要探討雷口坡組下伏古老地層內(nèi)的烴源才能說明這個問題。

圖2 彭州氣藏剖面圖與川西雷口坡組頂面構(gòu)造圖Fig.2 Section lines of Pengzhou gas reservoir and contour of top surface of Leikoupo Formation

圖3 川西中段Ys1井T2l4儲層特征Fig.3 Characteristics of T2l4 reservoir in Well Ys1(A)疊層粉晶白云巖,窗格孔,深度6 200 m; (B)凝塊疊層粉晶白云巖,深度6 202 m; (C)疊層石白云巖，深度6 220.39 m,(-); (D)凝塊疊層白云巖,深度6 207.58 m，鑄體薄片，(-)

表1 川西雷口坡組天然氣與川中龍王廟組天然氣特征對比Table 1 Comparison of natural gas characteristics of Leikoupo Formation in western Sichuan and Longwangmiao Formation in central Sichuan

關(guān)于雷口坡組烴源目前主流有2種：一類是雷口坡組自生碳酸鹽巖烴源巖[13]，另一類是來自下伏二疊系碳酸鹽巖泥質(zhì)烴源[14]。除此之外，還有2套烴源與之可能有關(guān)：馬鞍塘組-小塘子組泥巖烴源和下寒武統(tǒng)烴源。

川西中段雷口坡組儲集層段微生物巖發(fā)育，因此，有成為烴源的可能；但是有機碳質(zhì)量分數(shù)(wTOC)一般在0.2%～0.4%[4]，視為烴源是可以的，卻并不能為大氣田提供足夠量的烴源。特別是雷口坡組為海相烴源巖，一般都是Ⅰ型干酪根，也會形成古油藏進而形成古氣藏和瀝青，這與勘探現(xiàn)狀不符，因此其可能性較小。

二疊系烴源主要是依據(jù)四川盆地龍?zhí)督M煤系地層推測出川西應(yīng)具有該類烴源。通過對川西中段的剖面觀察[15]，龍?zhí)督M為一套以砂巖為主的地層，其生烴能力有限。整個龍門山也未發(fā)現(xiàn)以龍?zhí)督M為主要采煤的地區(qū)。盡管剖面中吳家坪組中泥質(zhì)巖的有機碳質(zhì)量分數(shù)較高，但厚度一般小于5 m，不足以供給雷口坡組這么大量的天然氣。

對川西馬鞍塘組-小塘子組研究表明，該套烴源厚度為22～150 m，具有較好的生烴潛力，據(jù)川西馬鞍塘組20個樣品的wTOC平均值為1.58%，小塘子組26個樣品的wTOC平均為2.32%，為較好的烴源巖[16]。研究認為頂部不整合風化殼的氣源有可能來自此地層。

綜上，川西中段雷口坡組要形成大氣田，必須有充足的烴源，而雷口坡組自身和二疊系可以提供烴源，但對形成大氣田的貢獻有限；而馬鞍塘組-小塘子組與雷口坡組相距較近或直接接觸，可以有一定的貢獻，但由于其上生下儲的匹配關(guān)系，減弱了其貢獻的程度。從四川盆地勘探經(jīng)驗表明，大氣田都有與之相對應(yīng)的烴源，其wTOC值一般都是0.5%之上，且具有一定厚度。因此，靠這3套烴源供氣難以形成雷口坡組大氣田，因此要尋找確實能提供大氣田形成的烴源層。

過去的研究中，因川西中段埋藏較深，對深部資料并不了解。加之川西南段H1井鉆遇的下寒武統(tǒng)黑色泥巖僅有40余米，大邑露頭燈影組直接與二疊系接觸，因此推斷川西地區(qū)可能缺失這套烴源。隨著近十年來地震剖面數(shù)據(jù)的增多[6,11,17]，劉樹根等[18]、劉殊等[19]通過地震剖面解釋認為川西深部存在一個下寒武統(tǒng)綿陽-長寧拉張槽，拉張槽內(nèi)下寒武統(tǒng)頁巖厚度大、殘余有機碳含量高，可以成為優(yōu)質(zhì)烴源[20]。據(jù)研究，拉張槽內(nèi)下寒武統(tǒng)特征段的黑色頁巖的wTOC一般都超過2%，達到了優(yōu)質(zhì)烴源巖的標準。據(jù)夏國棟等[21]對川西中段清平剖面下寒武統(tǒng)烴源研究表明，黑色頁巖wTOC>2.0%的層段厚約142.6 m(含頂部碳質(zhì)磷質(zhì)巖)，說明該套烴源巖非常優(yōu)質(zhì)且厚度大，完全滿足供烴條件。對比川西北地區(qū)的泥盆系觀霧山組油氣，就是下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥質(zhì)巖和下二疊統(tǒng)泥灰?guī)r、泥質(zhì)巖烴源巖共同貢獻的結(jié)果，且以筇竹寺組為主，下二疊統(tǒng)是重要補充[22-23]。因此，川西中段最為有效的烴源可能是筇竹寺組烴源，其地層在川中中段基本上保持完整。川中地區(qū)已經(jīng)證明筇竹寺組烴源巖對四川盆地內(nèi)燈影組和龍王廟組成藏有重要的貢獻[24-25]，而地震資料揭示川西地區(qū)該套地層厚度更大，質(zhì)量應(yīng)該也更好，沒有理由不相信其在川西的作用。因此，本文推測雷口坡組的烴源應(yīng)該來自筇竹寺組。

2.2 雷口坡組的輸導(dǎo)體系

雷口坡組與下伏烴源筇竹寺組中間相隔了非常厚的地層，僅二疊系、飛仙關(guān)組和嘉陵江組的厚度就有2 km，雷口坡組自身的厚度為500～700 m，加之嘉陵江組和雷口坡組發(fā)育較厚的膏鹽巖，因此儲集層與烴源巖是被隔離開的，且隔離距離非常大，因此要想使得下伏烴源向上運移至雷口坡組，需要有效的輸導(dǎo)體系。

雷口坡組和嘉陵江組的膏鹽巖就像是鍋蓋，封蓋了其下的流體向上運移[26]。川西中段雷口坡組上覆有天井山組，風化殼并不發(fā)育，因此通過風化殼運移的輸導(dǎo)體系也并不發(fā)育。因此唯有斷層才是有效的輸導(dǎo)體系，特別是溝源斷層(即斷層同時斷至深層烴源與雷口坡組)。

受多期構(gòu)造活動影響，川西存在多種斷裂組合類型(圖4)，按是否切穿中三疊統(tǒng)膏鹽巖對斷裂輸導(dǎo)系統(tǒng)進行分類，有背沖隆起構(gòu)造和雙層構(gòu)造。背沖隆起構(gòu)造沿震旦系底面滑脫，切穿中下三疊統(tǒng)膏鹽巖，向上斷至白堊系內(nèi)，深部筇竹寺組生成的烴類物質(zhì)可沿斷裂向上運移，與淺部的茅口組、雷口坡組優(yōu)質(zhì)儲層形成良好溝通。雙層構(gòu)造斷裂系統(tǒng)受中三疊統(tǒng)膏鹽巖滑脫層影響，存在兩套輸導(dǎo)系統(tǒng)。其中下部輸導(dǎo)系統(tǒng)可將筇竹寺組烴類物質(zhì)運移至二疊系儲層；上部輸導(dǎo)系統(tǒng)自成一體，將少量烴類物質(zhì)運移至淺部。該類型斷裂具有油氣輸導(dǎo)能力。但直接切穿雷口坡組膏鹽巖的斷層具有較好的輸導(dǎo)能力，也是成藏的重要輸導(dǎo)體系[27]。

根據(jù)川西地區(qū)北西-南東向地震剖面構(gòu)造解釋及演化示意圖(圖5)，須家河組沉積后，雷口坡組頂面構(gòu)造整體呈東高西低的構(gòu)造特征，但彭州一線以西存在一個相對獨立的構(gòu)造。

至侏羅紀后，該構(gòu)造更為清楚和明顯，而且上下具有一致性，下伏老地層的構(gòu)造更為清楚，早白堊世彭州斷層才開始發(fā)育，至今仍在形成過程中。因此，可以說明彭州斷層的形成時間主要為早白堊世，形成輸導(dǎo)體系也應(yīng)該是這一時期之后，之前斷層并未發(fā)育至雷口坡組。

因此，川西中段深層有優(yōu)質(zhì)的烴源巖(筇竹寺組)，有雷口坡組微生物型儲集層，有溝源斷層形成的輸導(dǎo)體系，有形成較早的圈閉體系，因此具備了形成了大氣田的基本條件。而且斷層輸導(dǎo)體系形成較晚， 有利于下伏古油氣藏在完全裂解形成古氣藏后再通過斷層向上運移。

圖4 川西拗陷斷裂輸導(dǎo)系統(tǒng)類型Fig.4 Types of fault transport system in west Sichuan depression(A)大邑地區(qū)鏟式構(gòu)造; (B)石羊場地區(qū)斷層相關(guān)背斜; (C)彭州地區(qū)背沖斷塊; (D)鴨子河地區(qū)雙層構(gòu)造

圖5 過Ys1井北西-南東向地震剖面演化圖Fig.5 Evolution of northwest-southeast seismic profile across Well Ys1

3 油氣成藏探討

3.1 烴源熱演化分析

因為較深層位目前資料較少，不好研究，因此通過須二段泥質(zhì)巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)可以推測下伏烴源的成熟度。川西中段鉆井中須二段埋深>4.5 km，其Ro普遍大于1.6%，已達到過成熟階段，因此推測其下伏地層烴源基本都達到了成熟至過成熟階段，形成天然氣，這也與川西中段目前的勘探一致。

根據(jù)川西鉆井資料進行分析，其埋藏史如下：

川西中段雷口坡組沉積末期，下寒武統(tǒng)烴源達到成熟高峰。

須家河組沉積末期，下寒武統(tǒng)烴源達到成熟至過成熟階段，而馬鞍塘組-小塘子組烴源剛剛進入成熟階段，開始排烴。

侏羅紀末期，馬鞍塘組-小塘子組烴源達到高成熟產(chǎn)濕氣階段，因此推斷下寒武統(tǒng)烴源埋深超過8 km，烴源完全過成熟，古油藏內(nèi)的油可以充分裂解形成天然氣。

喜馬拉雅運動前，均達到高熟階段。

3.2 雷口坡組及深層古構(gòu)造演化及成藏分析

川西中段雷口坡組成藏是一個非常復(fù)雜的過程，與川西構(gòu)造演化息息相關(guān)，與下伏烴源巖發(fā)育以及下伏古油氣藏的發(fā)育也緊密相聯(lián)。由前述可知，二疊系烴源、雷口坡組自身烴源和馬鞍塘組-小塘子組烴源對于形成雷口坡組貢獻不大，因此主要以下寒武統(tǒng)烴源來闡述成藏過程。

雷口坡組沉積末期，下寒武統(tǒng)烴源層的埋深約為2.8 km，超過生油門限，可以向燈影組和上覆二疊系提供烴源。川西深層是有構(gòu)造圈閉的。事實上，由于二疊系與烴源的直接接觸，反而極大地提高了二疊系的聚烴效率，形成燈影組和二疊系2個古油藏。由于雷二至雷三段存在較厚的膏鹽巖，這時生成的油氣并不能向上運移至雷口坡組中。

須家河組沉積末期(圖5)，川西拗陷形成，構(gòu)造的高點仍在東部；但從拉平須家河組頂面可以看出，以鴨子河、彭州、石羊場一線為推覆的前鋒帶，以東的區(qū)域才是須家河組沉積最厚的區(qū)域，鴨子河、彭州、石羊場一線古構(gòu)造實際上是存在的。燈影組和二疊系古油藏開始裂解形成古油氣藏。這一時期斷層并不發(fā)育，還未斷至雷口坡組上部，沒有形成輸導(dǎo)系統(tǒng)。

至侏羅紀末期(圖5)，古油氣藏已全部裂解成天然氣，而彭州斷層開始形成，為深層天然氣向上運移提供了運移通道，天然氣向上運移輸送至雷口坡組中。斷層上盤一方面接收深層天然氣的灌入，另一方面斷層下盤與之對接的須家河組烴源可以向上盤的地層提供部分天然氣而形成混源氣。斷層的下盤膏鹽層之下主要接收深層天然氣，而膏鹽層之上主要接收須家河組提供的天然氣。

隨著龍門山的進一步抬升，構(gòu)造進一步定型，斷層持續(xù)輸導(dǎo)深部的天然氣至雷口坡組儲集層段，形成現(xiàn)今的雷口坡組氣藏(圖5)。

圖6為雷口坡組及深層成藏的模式圖，彭州斷層在形成時未切穿中下三疊統(tǒng)的膏鹽層，原油沿斷層向上運移至二疊系內(nèi)形成燈影組和二疊系古油藏；隨著埋深和斷層的持續(xù)進行，古油藏內(nèi)的天然氣裂解形成古氣藏，此時的斷層仍未切穿膏鹽層；最終當斷層切穿膏鹽巖時古氣藏內(nèi)僅有天然氣沿斷層向上運移至雷口坡組內(nèi)形成氣藏。因此，雷口坡組氣藏為次生氣藏，其天然氣來自下伏烴源形成的古氣藏，雷口坡組此時接受的是天然氣，并不是液態(tài)烴，也解釋了為什么至今在川西所有鉆至雷口坡組的儲層段中未見到大量瀝青。雷口坡組并未形成過古油藏，因為古油藏裂解后的產(chǎn)物中有瀝青。

圖6 川西中段雷口坡組及深層油氣成藏模式圖Fig.6 Diagram showing deep reservoir formation pattern of Leikoupo Formation

需要指出的是，雷口坡組成藏，盡管天然氣可以通過斷層輸導(dǎo)體系進行運聚，但是川西長期處于擠壓構(gòu)造下，斷層處于壓性狀態(tài)，不容易開啟。以往在解釋川西侏羅系的天然氣來自下伏須家河組時，用到的天然氣爆發(fā)式成藏理論或是氣煙囪理論，都可以解釋；但是都未解釋動力來源，僅說壓力系數(shù)過高，天然氣擠開斷層向上運移，發(fā)生幕式成藏。但這種解釋有些牽強，因為壓力系數(shù)過高，天然氣完全有可能側(cè)向運移，因為形成大氣田的首要因素就是儲層必須比較好，側(cè)向完全可以運移調(diào)整壓力。結(jié)合近年來研究成果，曹俊興等[28]提出了震控成藏理論，該理論對于解釋天然氣的跨層運移非常適用：川西地區(qū)長期受地應(yīng)力作用，至今仍是地震活動頻繁地區(qū)，主要是與龍門山斷裂帶的形成有很大的關(guān)系。龍門山構(gòu)造帶是以揚子地塊為主要應(yīng)力源向龍門山及川西俯沖并引起龍門山仰沖造山，是在不同層次滑脫的基礎(chǔ)上發(fā)育的大型推覆體，總體上為前展式擴展方式[29-30]。彭州斷裂(山前隱伏斷裂)形成時間約在早白堊世，說明其形成較晚，晚期地震也較為發(fā)育。根據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心及四川省地震局數(shù)據(jù)顯示，僅從2011年至今，發(fā)生在彭州市境內(nèi)的地震就有4次，2011年為4.8級，其他均為3級左右，因此彭州斷層活動是比較頻繁的，雖然震級不高，但疊加能量足以打開斷層，使下伏古氣藏內(nèi)高壓天然氣沿斷層運移至上部地層。通過統(tǒng)計，目前川西所有雷口坡組產(chǎn)氣的構(gòu)造(中壩、平落壩、鴨子河、彭州、石羊場等)，其附近都存在一條類似圖3彭州斷層的一條溝源斷層，也從側(cè)面印證了這個可能性。

4 討 論

a.川西中段雷口坡組的成藏特征可以歸納為：深層古油氣藏發(fā)育，微生物儲層發(fā)育，溝源斷層晚期發(fā)育，地震促使斷層活化，天然氣跨層運移成藏。

b.雷口坡組成藏的關(guān)鍵時期是早白堊世。隨著龍門山的崛起并向東推覆，盆地內(nèi)形成的斷層是非常有效的天然氣運移通道，加上地震活動就會使得天然氣跨層運移形成次生成藏。

c.川西也不僅僅是雷口坡組，其下伏深層二疊系和燈影組都有可能形成大的氣田，深部的氣源才是上覆雷口坡組成藏的關(guān)鍵。從現(xiàn)今雷口坡組形成大氣田可以推測其下深層應(yīng)該還有更好的天然氣勘探前景。