川中地区寒武系沧浪铺组沉积特征

2022-11-19苏树特马梓柯姚蔺芳

岩性油气藏 2022年6期

王亮，苏树特，马梓柯，蒲静，姚蔺芳，刘宇，罗洋

（1.成都理工大学能源学院，成都 610059；2.中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川遂宁 629000）

0 引言

四川盆地寒武系的油气勘探迄今已有近60 年的历史［1］，近年来在超深层震旦系—寒武系碳酸盐岩地层的探索与实践取得了新进展，在寒武系龙王庙组有了重大发现，龙王庙组气藏的勘探开发保障了四川盆地油气产量的连年递增［2-4］。目前对寒武系的油气勘探以龙王庙组为主，对其下伏沧浪铺组的勘探程度相对较低。学者们长期将沧浪铺组作为龙王庙组储层与筇竹寺组烃源岩之间的一套非源非储地层［5］，在该层组的油气勘探并未获得重大突破［6］。为了寻找规模资源接替新领域，中石油西南油气田分公司在川中地区部署了多口风险探井，其中JT1井在川中磨溪地区北斜坡下寒武统沧浪铺组测试获得51.62×104m3/d 的高产工业气流，实现了四川盆地下寒武统沧浪铺组油气勘探的首次重大突破。学者们对沧浪铺组开展了基础地质研究，在沉积特征研究方面，张满郎［7］认为沧浪铺组沉积期处于四川盆地大规模海退时期，陆源碎屑供给充足，发育三角洲和滨岸相沉积；杨威等［8］、李皎等［9］将四川盆地沧浪铺组由西向东划分为滨岸相、混积台地相、三角洲相及浅滩相；近年来，学者们逐渐认为四川盆地沧浪铺组沉积相主要为滨岸相、浅水陆棚相、台地相、三角洲相及斜坡相并存［10-13］。在储层展布方面，部分学者认为川中古隆起北斜坡碳酸盐岩厚度大的区域为储层有利区，储层呈近北西—南东向展布［14-16］，但这一认识未考虑德阳—安岳裂陷槽对川中地区沧浪铺组储层发育的影响。整体而言，目前对川中地区沧浪铺组沉积相的划分还没有统一的方案，对其沉积相展布规律也认识不清，缺乏针对沉积特征与储层关系的研究。

基于野外露头、钻井、测井资料等，结合区域地质构造认识，分析川中地区沧浪铺组岩相古地理特征，重建其沉积环境，以期明确沧浪铺组沉积相纵横向展布特征与储层发育的有利区，为川中地区沧浪铺组油气勘探提供理论支撑。

1 地质概况

四川盆地为上扬子克拉通基础上发育的具有菱形边框的构造叠合盆地［17-18］。川中地区主体位于川中古隆起，包含北斜坡及高石梯—磨溪、龙女寺部分地区，下寒武统沉积主要受川中古隆起及德阳—安岳裂陷槽共同控制［19］，自下而上依次发育筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组，研究目的层沧浪铺组与下伏筇竹寺组、上覆龙王庙组均呈整合接触［20］，沧浪铺组厚度为150～200 m，整体呈近南北向展布，主要接受来自西部康滇古陆、摩天岭古陆与东北方向汉南古陆的物源沉积［21-22］，地层具有“西薄东厚”的特征，在德阳—安岳裂陷槽附近的大英地区与川中东北方向的南充地区沉积厚度最大（图1a）。

图1 四川盆地构造单元划分（a）及寒武系岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Tectonic units（a）and stratigraphic column of Cambrian（b）in Sichuan Basin

沧浪铺组是在桐湾运动后所形成的构造背景上沉积的，之后又经历了印支运动、海西运动、喜山运动等构造运动才形成了如今的构造样式。震旦纪—寒武纪早期，四川盆地西部在兴凯地裂运动构造作用下，于震旦系灯影组沉积期形成了德阳—安岳裂陷槽，其后经历麦地坪组的发育时期、筇竹寺组的填平补齐时期，在早寒武世沧浪铺组沉积末期到龙王庙组沉积时期基本被填平补齐，逐渐消亡［23-26］。沧浪铺组沉积期，上扬子西北侧隆升，形成西北高东南低的沉积格局，垂直差异运动幅度减小，隆-坳格局开始消失［27］。沧浪铺组可视为筇竹寺组深水泥岩沉积向龙王庙组浅水碳酸盐岩沉积的过渡阶段，整体属于海退阶段。筇竹寺组的优质烃源岩，为沧浪铺组提供了充足的油气源［28］。

文舰等［29］在沧浪铺组中识别出地层叠置转换面与岩性岩相转换面2 种层序界面，将沧浪铺组划分为2 个三级层序，即以碎屑岩沉积为主的沧浪铺组二段（沧二段）和以碳酸盐岩沉积为主的沧浪铺组一段（沧一段）。基于川中地区98 口井沧浪铺组测井精细解释结果，结合取心井的岩心和薄片观察，认为沧一段受德阳—安岳裂陷槽影响，厚度变化较大，裂陷槽内部厚度约120.0 m，裂陷槽以东厚度为50.8～96.5 m，岩性主要为残余鲕粒白云岩、亮晶白云岩或粉晶白云岩、粉晶灰岩，沧一段下部存在陆源碎屑与白云岩、灰岩混积现象，其中颗粒白云岩与颗粒灰岩晶间溶孔发育，是沧浪铺组主要的储集岩。沧二段厚度为72.5～105.3 m，岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩等（图1b）。

2 沉积相划分及识别标志

以川中地区野外露头剖面、岩心与薄片观察为基础，结合三维地震、测井等资料，对川中地区寒武系沧浪铺组沉积相进行划分，研究区主要为浅水陆棚沉积环境，仅沧一段早期在德阳—安岳裂陷槽内部存在深水陆棚环境。浅水陆棚可划分为碳酸盐浅水陆棚、混积浅水陆棚和碎屑浅水陆棚等3 种沉积亚相，深水陆棚主要为泥质陆棚。每种沉积亚相都对应一种或几种沉积微相，在野外露头、岩心薄片、测井曲线等方面表现出不同的特征（表1，图2）。

图2 川中地区寒武系沧浪铺组典型测井曲线Fig.2 Typical logging curves of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

表1 川中地区寒武系沧浪铺组沉积相类型划分Table 1 Sedimentary facies of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

2.1 碳酸盐浅水陆棚

沧一段沉积早期德阳—安岳裂陷槽阻挡了来自西部摩天岭古陆、康滇古陆的碎屑物源，大量陆源碎屑物质在裂陷槽内沉积，裂陷槽东部川中高磨—龙女寺—北斜坡地区物源供给不足，以碳酸盐岩沉积为主［30-31］，在研究区广泛发育碳酸盐浅水陆棚。由于研究区古地貌相对较高，受古隆起的控制作用表层海水或孔隙水蒸发作用强烈，使底部沉积物发生白云石化［32］，岩性为深灰色灰岩和白云岩，夹少量砂泥岩条带，在局部区域也发育较厚的鲕粒灰岩或鲕粒白云岩。岩心与野外剖面显示，沉积构造主要有平行层理，反映沉积时期高能动荡的水动力条件；存在丰富的生物化石，已发现的古生物化石主要有古杯、三叶虫和腕足类生物等（图3），古杯化石是沧浪铺组最主要的古生物，代表浅海环境，三叶虫常生于海底，腕足在古生代浅海石灰岩中较常见。

图3 川中地区寒武系沧浪铺组碳酸盐浅水陆棚典型岩心、薄片照片Fig.3 Typical core and thin section photos of carbonate shallow-water shelf of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

碳酸盐浅水陆棚亚相可以分为3 种沉积微相：云质陆棚、灰质陆棚和颗粒滩。

（1）云质陆棚：是沧浪铺组早期碳酸盐岩浅水陆棚环境的主要沉积微相之一，岩性主要为灰质白云岩和泥质白云岩等；自然伽马（GR）与电阻率测井（Rt）曲线均为平滑的箱形，其中GR为明显低值，声波（AC）、中子（CNL）的取值增大，Rt值小于900 Ω·m。

（2）灰质陆棚：在研究区局部发育，如GS127井区和MX126 井区，这些地区沉积时为构造低部位，准同生期白云石化作用较弱，白云岩厚度较小，灰岩厚度较大。GR与Rt曲线均表现为平滑的近箱形（参见图2a）。

（3）颗粒滩：主要发育在德阳—安岳裂陷槽边缘的构造高部位，多呈近南北向条带状展布，连续性较差。岩性主要为深灰色鲕粒灰岩、鲕粒白云岩等，孔隙度相对较高，GR为明显低值，GR与Rt曲线均呈箱形，顶底与上下邻层表现为突变接触（参见图2b），Rt大于900 Ω·m［33-35］；地震剖面上呈不连续丘状反射特征。

2.2 碎屑浅水陆棚

在沧二段沉积期，四川盆地经历了大规模海退，碎屑岩沉积区向盆地内部迁移，同时德阳—安岳裂陷槽对西部物源的阻挡能力减弱，西部摩天岭古陆、康滇古陆的陆源碎屑物质被搬运到川中地区沉积，使得沧二段以碎屑岩沉积为主，发育碎屑浅水陆棚，岩性主要为粉砂质泥岩、粉砂岩等。岩心与野外露头剖面可见透镜状层理、波状层理、平行层理，反映了沧二段沉积环境为相对高能的浅水环境（图4）。

图4 川中地区寒武系沧浪铺组碎屑浅水陆棚典型岩心、薄片照片Fig.4 Typical core and thin section photos of clastic shallow-water shelf of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

碎屑浅水陆棚GR和电阻率曲线表现为齿状钟形或漏斗形，GR值一般大于44 API，密度（DEN）值小于2.68 g/cm3，Rt值小于200 Ω·m（参见图2c）。根据泥质含量的高低，可以进一步划分为砂质陆棚与砂泥质陆棚。根据GR曲线先升后降的趋势，识别出沧二段内部存在一次海侵-海退旋回。GR曲线最高点代表海侵形成的最大海泛面，此时对应的岩层粒度最小，泥质含量最高，发育砂泥质陆棚；海平面在达到最高点后快速下降，沉积物中泥质含量降低，发育砂质陆棚。

2.3 混积浅水陆棚

混积浅水陆棚主要发育在沧一段沉积早期，在磨溪—龙女寺—北斜坡地区广泛分布。桐湾运动之后，四川盆地古构造格架基本稳定［36-37］，但是小规模的海侵-海退时有发生。筇竹寺组沉积末期到沧浪铺组沉积早期，小规模海侵、海退频繁，形成了沧一段下部碳酸盐岩、砂泥岩频繁互层的沉积序列，发育混积浅水陆棚。其岩性主要为灰黑色泥岩、灰褐色鲕粒灰岩、砂质粉细晶白云岩互层。野外剖面与岩心可见波状层理，岩心薄片观察发现陆源碎屑物质与粉晶白云岩混积现象，在砂质细—粉晶白云岩中夹泥质条带（图5）。

图5 川中地区寒武系沧浪铺组混积浅水陆棚典型岩心、薄片照片Fig.5 Typical core and thin section photos of mixed shallow-water shelf of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

混积浅水陆棚的GR和Rt曲线均表现为齿状，曲线变化幅度较大，GR为高值背景上出现尖峰状低值，反映出沧一段下部地层以碎屑岩为主，泥质含量较高，碳酸盐岩以夹层形式沉积。AC，CNL曲线与GR曲线特征基本一致，深、浅侧向电阻率曲线差异较小，GR值大于44 API，DEN小于2.68 g/cm3，Rt一般小于900 Ω·m（参见图2d）。

2.4 深水陆棚

主要发育在沧一段沉积时期，平面上分布在川中大英地区以西。沧浪铺组沉积早期德阳—安岳裂陷槽内部水体较深，对西部摩天岭古陆、康滇古陆的陆源碎屑物质阻挡能力较强，大量碎屑物质在此沉积下来。岩性整体以泥岩为主，夹粉砂质泥岩、粉砂岩等。深水陆棚受岩性的影响，物性较差，基本不发育储层，但是可作为烃源岩与筇竹寺组一起为沧一上亚段及龙王庙组储层提供油气源。深水陆棚的GR和Rt曲线表现为微齿状的箱形，具有高GR，低Rt的特征，GR值一般大于75 API，DEN小于2.68 g/cm3，Rt小于200 Ω·m且深、浅侧向电阻率基本无差异。

3 沉积相展布与演化

3.1 展布特征

基于川中地区98 口井沧浪铺组测井精细处理解释与沉积相划分，刻画其沉积相纵向和平面展布特征。以研究区的中部MX022-H20—MX022-X15—MX51—MX145—MX149 连井剖面（图6）为例，该剖面呈近东西走向，经遂宁、南充等地，从沉积相纵向对比可知：沧浪铺组呈现西高东低的沉积古地貌格局，由西南向东北方向沉积水体不断加深；沧一下亚段主要发育混积浅水陆棚亚相，以含砂云质陆棚为主，上亚段主要发育碳酸盐浅水陆棚，以云质陆棚为主，颗粒滩微相发育；沧二段以碎屑浅水陆棚为主，下亚段泥质含量较高，主要发育砂泥质陆棚，上亚段主要发育砂质陆棚。

图6 川中地区寒武系沧浪铺组东西向沉积相连井剖面（参见图1a 连井剖面1）Fig.6 Well-tie profile of east-west sedimentary facies of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

德阳—安岳裂陷槽内部发育深水陆棚相，以碎屑岩沉积为主，泥质含量较高，岩性主要为灰黑色泥质粉砂岩、粉砂岩和泥页岩；裂陷槽以东高磨—龙女寺—北斜坡地区均为浅水陆棚，沧一下亚段时期主要为混积浅水陆棚亚相，以含砂云质陆棚微相为主，南部高石梯地区零星发育灰质陆棚和含砂灰质陆棚，沿裂陷槽边缘构造高部位发育颗粒滩，以白云岩颗粒滩为主，呈近南北向、条带状展布。沧一上亚段主要发育碳酸盐浅水陆棚亚相，以云质陆棚微相为主，南部地区零星发育灰质陆棚，颗粒滩亚相较沧一下亚段更加发育，沿裂陷槽边缘构造高部位主要为白云岩颗粒滩，东南部构造低部位主要为灰岩颗粒滩（图7）。沧二段沉积时期裂陷槽对碎屑物源的阻挡能力降低，整个川中地区发育碎屑浅水陆棚。

图7 川中地区寒武系沧浪铺组岩相古地理图Fig.7 Paleogeographic map of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

3.2 沉积相演化

研究区沧浪铺组沉积期包含2 次海侵-海退旋回，分别对应沧一段与沧二段，整体呈现水体向上逐渐变浅的趋势，自下而上依次发育混积浅水陆棚、碳酸盐浅水陆棚与碎屑浅水陆棚。

沧一下亚段沉积时期研究区海平面升降频繁，砂泥岩与碳酸盐岩同时沉积，形成混积浅水陆棚。沧一上亚段沉积时期，海平面相对较高，碎屑岩沉积区向盆地边缘方向迁移，研究区西部德阳—安岳裂陷槽阻挡盆地西部康滇古陆、摩天岭古陆的陆源碎屑物质，导致碎屑物源供应不足，整体以碳酸盐岩沉积为主。多因素综合形成了碳酸盐浅水陆棚亚相，且整体以云质陆棚为主，仅在南部高石梯地区发育灰质陆棚，在裂陷槽边缘的构造高部位，因水体能量较高，沉积了较厚的鲕粒灰岩，经过准同生期白云石化和热液白云石化作用，形成灰岩颗粒滩或白云岩颗粒滩，在裂陷槽边缘呈近南北向展布。

沧一段沉积末期，研究区海平面在经历缓慢上升之后开始先快速下降，碎屑岩沉积区向盆内方向快速推移，随后进入了新的缓慢上升—下降的沧二段沉积旋回。该时期德阳—安岳裂陷槽在经历晚震旦世与早寒武世兴凯地裂运动构造拉张之后，转入衰退期，经历筇竹寺组与沧一段沉积之后，裂陷槽规模减小，对西部陆源碎屑物质的阻挡作用减弱。早寒武世末四川盆地北部汉南古陆构造抬升后遭受剥蚀，与盆地西部摩天岭古陆、康滇古陆一起为沧浪铺组提供碎屑物源。上述因素综合形成了沧二段碎屑浅水陆棚亚相。在沧二段GR曲线存在一个明显的由下到上的升高—降低旋回，证明该时期存在一次海侵-海退旋回，海平面先升后降，GR曲线的最高点代表最大海泛面位置，此时海平面最高，水体安静，沉积物粒度最小，泥质含量最高，发育砂泥质陆棚；随后海平面快速降低，以砂岩沉积为主，形成了砂质陆棚为主的沉积环境。部分区域水体相对较深，沧二段沉积末期向上覆龙王庙组碳酸盐岩过渡，形成了沧浪铺组顶部的一套砂质白云岩，发育混积含砂云质陆棚。

4 沉积相与储层的关系

4.1 岩相分布特征

川中地区沧二段AC和CNL值均为相对低值，且深浅双侧向电阻率曲线差异不明显，综合分析认为该段地层孔隙度与渗透率均较低，储集性能较差，很难发育储层。

沧一段岩性包含白云岩、灰岩和砂岩三大类，各岩性及其厚度的分布具有一致性，且均受德阳—安岳裂陷槽与古地貌的控制。具体表现为：来自西部泸定古陆、摩天岭古陆的陆源碎屑物质被搬运到德阳—安岳裂陷槽内部并沉积，形成了较厚的砂岩层；裂陷槽以东由于海平面较高，碎屑物源供给不足，以碳酸盐岩沉积为主；在靠近裂陷槽的构造高部位白云石化作用强烈，白云岩厚度较大，整体呈西厚东薄的特征，研究区东部龙女寺地区白云石化作用较弱，白云岩厚度减小，灰岩厚度增大（图8）。

图8 川中地区寒武系沧浪铺组一段厚度等值线平面图Fig.8 Thickness contour of the first member of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

4.2 沉积相对储层发育的控制

基于研究区沧浪铺组沉积相展布与单因素图，结合测井精细解释结果可知储层主要发育于沧一段碳酸盐浅水陆棚。以JT1 井为例（图9），相较沧二段碎屑浅水陆棚，沧一段碳酸盐浅水陆棚段GR值更低，Rt值、深浅侧向电阻率差值、测井解释孔隙度和渗透率均更大，且孔隙度和渗透率的相关性较好，其中颗粒滩微相的孔隙度和渗透率均为最大，灰质陆棚微相次之，气测录井显示该段有2 个气层，测井解释出3 个气层。

对研究区2 口典型井沧浪铺组不同岩性的孔隙度进行对比分析（表2），显示白云岩孔隙度最大，一般为4.0%～7.0%，灰岩次之，为3.0%～4.0%，碎屑岩最小，仅为2.0%～4.0%；白云岩与灰岩储层厚度也大于砂岩储层。分析认为不同岩性在成岩后期的成岩演化作用对储层物性具有重要影响，主要表现为碳酸盐岩储层在埋藏过程中的白云石化作用对优质白云岩储层起到积极作用，并且储层经过溶蚀形成的次生溶孔也提供大量储集空间，而碎屑岩储层经过成岩后期压实与胶结作用，孔隙度降低，储集物性变差。因此，可以认为沧浪铺组白云岩储层最好，灰岩储层次之，砂岩储层相对较差。

表2 川中地区寒武系沧浪铺组储层厚度与平均孔隙度统计Table 2 Reservoir thickness and average porosity of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

综上所述，沧浪铺组储层的发育位置与沉积相的展布有密切关系，沉积相控制着沉积物的岩性，而岩性对储层的储集性能影响较大。储层主要发育在碳酸盐浅水陆棚中，颗粒滩微相是最有利的沉积微相，其孔隙度相对较高，可达到7.0%（图9）。

图9 川中地区JT1 井寒武系沧浪铺组测井精细解释结果Fig.9 Logging interpretation result of Cambrian Canglangpu Formation of well JT1 in central Sichuan Basin

4.3 储层发育有利区

根据研究区典型井的测井解释结果与岩心实验、薄片观察等资料，按不同岩性确定了储层物性的下限：碳酸盐岩孔隙度>2.0%，电阻率>100 Ω·m；碎屑岩孔隙度>3.5%，电阻率>40 Ω·m。基于此，统计储层厚度，发现储层厚度与碳酸盐岩厚度有较好的对应关系，优质储层白云岩厚度普遍大于15 m。颗粒滩沉积微相内发育较厚的白云岩，在纵向上分布在沧一段，下伏筇竹寺组受德阳—安岳裂陷槽的影响，在高磨地区形成了生烃中心，为上覆地层提供了良好的油气源［38］。裂陷槽边缘的构造高部位蒸发作用强烈，白云石化作用明显，此过程中白云岩储层增孔改善储集物性，加里东运动末期寒武系抬升并遭受剥蚀，隆起带顶部震旦系—下古生界被夷平，沧浪铺组暴露地表而遭受溶蚀产生的大量次生溶蚀孔隙是主要的储集空间。

综合分析认为沧浪铺组的有利储层主要为碳酸盐岩储层，碎屑岩储层次之，在纵向上主要发育在沧一段，碳酸盐岩储层主要发育在沧一上亚段，碎屑岩储层主要发育在沧一下亚段（图10）；平面上碳酸盐岩储层主要发育在研究区西部靠近裂陷槽边缘的构造高部位，碎屑岩储层主要发育在裂陷槽内部（图11）。

图10 川中地区寒武系沧浪铺组碳酸盐岩、碎屑岩储层连井剖面（参见图1a 剖面2）Fig.10 Well-tie profile of carbonate and clastic reservoirs of Cambrian Canglangpu Formation in central Sichuan Basin