四川盆地南部地区上二叠统长兴组沉积微相研究

2020-07-14李明隆谭秀成李延钧

特种油气藏 2020年3期

李明隆，谭秀成，李延钧，江林，胡丽

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610500；2.中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，四川成都 610500；3.成都创源油气技术开发有限公司，四川成都 610500；4.中国石油西南油气田分公司，四川泸州 646000)

0 引言

海相碳酸盐岩一直是油气勘探开发的重点[1-3]，而颗粒滩为海相碳酸盐岩研究中重要的勘探对象[4-6]。四川盆地的多层系勘探实践表明，颗粒岩与储层密切相关[7-19]。四川盆地南部(蜀南)地区长兴组即为此类勘探的典型实例。已有研究表明，蜀南地区长兴组岩溶型储集层主要发育于颗粒滩中[20]，因而，对该地区颗粒岩发育分布规律的研究显得尤为重要。然而，该地区相关研究极为匮乏，虽然钻井较多，但时间跨度大、资料品质参差不齐、取心资料缺乏保护。鉴于此，在优选原有钻井取心资料的基础上，结合新井的钻井取心资料综合分析，对蜀南长兴组沉积微相进行了描述与划分，并进一步结合岩电响应特征，建立了该区沉积相演化模式。

1 区域地质背景

研究区位于蜀南地区，大地构造位置位于川中低缓褶皱带南部和川南低陡褶皱带北部。该地区受到深大断裂及川中古隆起、泸州古隆起的影响，呈现出隆坳相间的沉积格局[22]。此次研究选取资料保存较好、地层层序正常的153口钻井，其中包括资料最为完整的41口重点井与岩心保存较好的9口取心井。

研究区上二叠统长兴组地层由于相变与剥蚀的原因导致厚度差异较大，高石梯—荷包场—丹凤场—东山—花果山一带的地层厚度较大，约为50～130 m，而研究区西部地层厚度较小，约为40～60 m。长兴组顶部与下三叠统飞仙关组不整合接触[23]，底部与上二叠统龙潭组整合接触。长兴组可划分为长一段和长二段：长一段厚度为20～50 m，下部岩性以泥岩、泥灰岩为主，上部岩性以生屑泥晶灰岩与泥晶生屑灰岩为主；长二段厚度为20～80 m，下部岩性以泥灰岩、泥晶灰岩为主，上部则主要为亮晶颗粒灰岩、泥晶生屑灰岩、生屑泥晶灰岩(图1)。长二段中上部多具有大气淡水溶蚀特征，可见塑性角砾、粒内溶孔、铸模孔等早成岩期大气淡水淋滤的标志。

图1 研究区典型岩性柱状图

Fig.1 Typical lithologic column in the study area

2 沉积特征及沉积相划分

2.1 沉积特征

晚二叠世长兴期，蜀南地区受川中水下古隆起与泸州古隆起的影响，处于水体相对较浅的碳酸盐岩台地环境，整体地貌呈东倾状，局部存在微古地貌高地。研究区中东部沉积产物主要由颗粒灰岩、礁灰岩、泥晶灰岩与泥质灰岩组成(图2)，而西部则主要由泥灰岩、泥岩、泥质粉砂岩与粉砂岩组成。纵向上，长兴组由2个向上变浅的沉积旋回构成，每个旋回下部主要以泥灰岩、泥晶灰岩为主，生屑含量较少，多为低能沉积物；中上部则为颗粒灰岩、生屑泥晶灰岩等相对高能的沉积物为主，且可见塑性角砾、溶蚀孔洞等暴露岩溶的标志，表明每个旋回晚期地质体多处于海平面之上。

(1) 颗粒灰岩。岩石为灰色或褐灰色，颗粒含量大于50%，生屑颗粒主要为有孔虫、藻类、介壳类，以及少量腕足类、苔藓虫、棘屑等。形成环境分为2种：一是形成于水体能量较低的浅滩边缘环境或较深水的低能滩环境，颗粒间多为灰泥充填(图2a、b)；二是形成于水体能量较高的浅滩环境，颗粒间常被亮晶方解石胶结(图2c、d)。颗粒灰岩主要发育于长二段中上部，少量发育于长一段上部，多见溶蚀孔洞、塑性角砾等早成岩期暴露岩溶特征，是长兴组最重要的储集岩类。

(2) 礁灰岩。岩石呈灰色、深灰色，造礁生物主要为海绵，包括纤维海绵、硬海绵和串管海绵等；附礁生物主要为有孔虫、腕足、双壳、苔藓虫、棘皮、藻类等；胶结物主要为灰泥(图2e)。根据生物的主要造礁机理与研究区的古地理背景认为，礁灰岩属于障积点礁。

图2 研究区长兴组储层岩石学特征

(3) 生屑泥晶灰岩。岩石呈深灰色，颗粒含量为25%～50%，生屑颗粒为有孔虫、藻类、介壳类、腕足类、棘皮类等，颗粒分选一般，部分具有一定磨蚀特征(图2f、g)，表明颗粒具有原地堆积与异地搬运2种来源。该类岩石主要发育于水动力较低的环境中。

(4) 含生屑泥晶灰岩与泥晶灰岩。岩石呈深灰色—黑灰色，生屑颗粒较为匮乏，颗粒含量小于25%，磨蚀特征不明显，偶尔可见较完整的生屑颗粒，表明其颗粒多为原地形成(图2h)。该类岩石主要发育于低水动力环境中。

(5) 碎屑岩-混积岩。此类岩石类型的颜色一般较深，为深褐色—灰黑色(图2i)。其主要出现在研究区西部，且具有越向西碳酸盐岩组分含量越少，碎屑岩组分含量越高的趋势，均形成于低能环境。

2.2 沉积相划分

通过对岩心、薄片观察，结合测井、录井等资料以及区域沉积背景分析，认为蜀南地区长兴组为连陆碳酸盐岩台地沉积体系，分为半局限台地相与潮控滨岸相，包括台内滩(礁)、半局限潟湖、碎屑潮坪3个亚相，以及多种微相(表1)。

表1 研究区长兴组沉积相类型划分

2.2.1 潮控滨岸

潮控滨岸是指处于最高涨潮线至平均低潮线附近的浅水潮坪区域，沉积主要受到潮汐作用的改造，波浪影响微弱。蜀南地区晚二叠世长兴期的潮控滨岸相以碎屑潮坪沉积为主。

碎屑潮坪亚相位于近滨岸地带的浅海区，向陆一侧过渡为最高涨潮线之上的滨岸平原沉积，向海一侧渐变为平均低潮线之下的半局限台地沉积。碎屑潮坪沉积物以泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩为主。根据沉积物岩性不同可细分为砂坪、砂泥坪、泥坪等微相类型。

该相带在整个长兴组均有发育。蜀南地区主要分布在西部地区，平行于西侧康滇古陆轴线分布，陆源碎屑供应充足，水动力条件弱，主要沉积了一套细粒碎屑岩。

2.2.2 半局限台地

半局限台地为一个沉积水体较浅且相对平坦的地区，向海方向受到局部水下正地貌的阻隔而受限，但受限程度一般，其水体很难达到石膏沉淀的盐度，因而早期云化现象极为少见。蜀南地区半局限台地相主要发育于潮控滨岸向海一侧，沉积物多样，可划分为台内滩(礁)、半局限潟湖等亚相。

2.2.3 台内滩(礁)

台内礁在研究区发育频率不高，仅在研究区高石梯部分地区有所发现，而且规模较小，为台内障积点礁，对微古地貌高地具有一定的加强作用，以下不再详细描述，重点描述与储层直接相关的台内滩相关沉积微相。

(1) 虫屑滩微相。主要由亮晶有孔虫灰岩组成，生物主要为有孔虫和各种生物碎屑颗粒，颗粒含量大于50%，有孔虫生屑含量占总生屑颗粒含量的50%以上，另见少量藻屑、棘屑等。虫屑多具有泥晶包鞘，部分因被完全泥晶化而无法识别其内部结构。此类虫屑滩形成的能量较高，岩性纯净度较高，胶结物多为亮晶方解石，常发育粒内溶孔与铸模孔。该微相单滩体厚度相对较大，常作为台内滩滩核。

(2) 藻屑滩微相。主要由泥晶藻屑灰岩及生屑泥晶灰岩组成，颗粒含量为50%～80%，多为粗枝藻、二叠钙藻等藻类颗粒，藻屑含量占总生屑颗粒含量的50%以上，含有少量有孔虫、介壳类、棘屑等生屑颗粒。此类藻屑滩形成的能量相对较低，岩性纯净度较低，颗粒之间多充填灰泥，胶结致密，原生孔隙少见。该微相单滩体的厚度相对虫屑滩较薄，常作为台内滩翼，或者作为相对低能滩体的主体。

(3) 滩间微相。滩间微相位于滩体之间相对低洼地区，一般位于平均浪基面之下，水体相对较深，能量较低。沉积物以层薄、粒细、色暗为特征，岩石类型以深灰色生屑泥晶灰岩、含生屑泥晶灰岩、泥晶灰岩为主。

2.2.4 半局限潟湖

半局限潟湖主要处于平均浪基面以下的半局限台地内较低洼地区，水体循环受到限制，环境能量低，以低能沉积为主。岩石类型包括泥岩、泥灰岩、泥晶灰岩与少量生屑泥晶灰岩。根据潟湖沉积物组分，可将其划分为混积潟湖、灰质潟湖等微相类型。

3 不同微相的储集性能

通过对蜀南地区长兴组不同沉积微相的物性统计发现，虫屑灰岩(滩核)微相沉积的亮晶虫屑灰岩具有最高的孔隙度和渗透率，平均孔隙度为3.25%，平均渗透率为6.580 mD。高能滩滩翼和低能滩藻屑灰岩微相沉积的泥晶藻屑灰岩，平均孔隙度为2.05%，平均渗透率为0.800 mD。滩间微相沉积的生屑泥晶灰岩与含生屑泥晶灰岩、泥晶灰岩较为致密，平均孔隙度为1.12%，平均渗透率为0.140 mD。灰质潟湖微相沉积的生屑泥晶灰岩与含生屑泥晶灰岩、泥晶灰岩物性参数极差，平均孔隙度为0.85%，平均渗透率为0.003 mD。

受海平面高频震荡的影响，滩核与滩翼呈多期叠置关系，滩核部位的颗粒岩由于厚度大，原始孔隙度更易保存，而滩翼相对较差。滩核相对滩翼离海平面更近，最容易受到大气淡水淋滤，且较多的原始孔隙也会成为溶蚀流体的通道，使得该类微相储层更为发育。

4 沉积微相展布及演化模式

4.1 电性特征

在对取心井段岩石类型与微相类型识别的基础上，建立测井数据与微相间的关系，以此来对未取心井段进行岩性解释，从而进行沉积相的纵横向对比。由于研究区岩石类型多样，单类测井数据不具有典型特征，因此，此次研究采用多种测井数据相结合的方式，并结合相应的岩屑录井，总结出不同微相的测井识别模型(表2)。

表2 研究区长兴组主要沉积微相电性特征

4.2 纵横向展布

研究区长兴组分为一段与二段2个成滩期，2次成滩期均发育多期单滩体。纵向上，长二段较长一段滩体更发育、单滩体厚度更大，滩核部发育较高能的虫屑滩微相。横向上局部微古地貌高地滩体更加发育，即研究区中东部位的滩体较西部更加发育(图3)。

4.3 平面展布

基于研究区岩电模型解释的各个单井岩性岩相与长兴组各个亚段的沉积厚度图，结合地震解释资料，绘制研究区长一段与长二段沉积微相平面分布图(图4)。分析发现：受到川中古隆起与泸州古隆起的影响，长一段滩体分布范围主要集中在高石梯、荷包场、丹凤场区域，均为较低能的藻屑滩；长二段沉积微相继承了长一段的沉积微相分布格局，但滩体分布范围规模均大于长一段，且有明显向南、东方向迁移的趋势，长二段滩体核部发育有较高能的虫屑滩微相，主要分布在高石001-X21井到包65井一线及包30、丹18井区。

4.4 沉积相演化模式

由于常处于浪基面附近，碳酸盐岩台地内部微古地貌高地上颗粒滩类的高能沉积较为发育[24]。在沉积过程中，颗粒滩的沉积速率较快，会使得该类古地貌差异得到加强[25]，因此，可以用颗粒滩厚度来恢复沉积期古地貌。根据各个单井纵向上与连井横向上沉积微相分布特征，结合沉积期微古地貌特征，建立蜀南地区长兴组颗粒滩的沉积演化模式，可划分2个阶段。

阶段一为海侵阶段—古隆起台内雏滩发育阶段。长一段沉积初期，四川盆地发生较大规模的海侵(三级海平面变化)，海水从东部补给，沉积水体较深，总体处于平均浪基面之下。海侵初期受陆源碎屑的影响较大，以泥岩沉积为主，颗粒岩不发育，为半局限潟湖沉积。经过海侵阶段后，海平面开始下降，局部微地貌高地开始接受藻屑灰岩沉积，形成雏滩，滩体规模不大。东部除台内滩沉积以外，以半局限潟湖沉积为主，在滩体发育较密集的区域可见滩间沉积(图5)。

阶段二为海侵阶段—台内滩发育阶段。长二段初期再次海侵，由于海平面的上升，开始出现半局限潟湖、滩间夹颗粒滩沉积，混积潟湖和碎屑潮坪均出现向陆收缩。海侵之后，进入长兴组最重要的成滩期。该阶段，缓慢海退使得微古地貌高地处于海平面附近的高能带，台内滩开始大规模发育，沉积较低能藻屑滩的同时，亦有大量较高能的虫屑滩沉积出现，滩体之间多为滩间沉积微相(图5)。