四川盆地海相碳酸鹽巖的油氣成藏條件

陳英富，秦 娟，王艷紅，李鳳春

(1. 中國(guó)產(chǎn)業(yè)安全研究中心博士后科研工作站，北京 100044；2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京101300；3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；4. 中國(guó)治金地質(zhì)總局山東測(cè)試中心，山東濟(jì)南250014)

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四川盆地海相碳酸鹽巖的油氣成藏條件

陳英富1,2，秦 娟3，王艷紅3，李鳳春4

(1. 中國(guó)產(chǎn)業(yè)安全研究中心博士后科研工作站，北京 100044；2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京101300；3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；4. 中國(guó)治金地質(zhì)總局山東測(cè)試中心，山東濟(jì)南250014)

四川盆地位于亞洲大陸中南部，是我國(guó)最大的外流盆地。油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果(2008)表明，四川盆地海相地層待發(fā)現(xiàn)資源量約為50111.84×108m3，資源勘探潛力巨大。本文從地層的劃分、層序格架及層序巖相古地理特征等方面，對(duì)四川盆地海相碳酸鹽巖油氣成藏條件做了進(jìn)一步研究。認(rèn)為研究區(qū)烴源巖包括下志留統(tǒng)、中二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和上三疊統(tǒng)須家河組等4套巖石，及局部發(fā)育的上二疊統(tǒng)大隆組。儲(chǔ)集層粉為構(gòu)造成因類和沉積成因類，構(gòu)造成因主要包括裂縫性儲(chǔ)層；沉積成因類儲(chǔ)層主要是礁灘儲(chǔ)層、內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)層和風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層。中二疊統(tǒng)氣藏主要為自生自儲(chǔ)的裂縫性氣藏和臺(tái)內(nèi)灘相氣藏；茅口組頂部和雷口坡組頂部發(fā)育風(fēng)化殼型氣藏；吳家坪組、長(zhǎng)興組及飛仙關(guān)組地層含礁灘型氣藏；嘉陵江組和雷口坡組地層含內(nèi)幕白云巖型氣藏。

四川盆地 碳酸鹽巖 油氣成藏

四川盆地是我國(guó)海相碳酸鹽巖層系最發(fā)育的含油氣盆地，也是碳酸鹽巖油氣勘探、開發(fā)利用最早的地區(qū)。油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果(2008)表明，四川盆地總地質(zhì)資源量為71851.21×108m3，探明天然氣儲(chǔ)量7284×108m3，年產(chǎn)量133.15×108m3。其中陸相地層僅占16%，而84%的資源都蘊(yùn)藏在海相地層中。四川盆地海相地層待發(fā)現(xiàn)資源量約為50111.84×108m3，資源勘探潛力巨大(洪海濤等，2000；趙宗舉等，2003；梁狄剛等，2005；王庭斌，2005；趙宗舉，2005)(圖1)。

隨著油氣勘探工作的逐步深入，在四川盆地碳酸鹽巖層系尋找大氣田的難度越來(lái)越大，勘探重點(diǎn)已經(jīng)從大氣田轉(zhuǎn)變?yōu)橹行⌒蜌馓?，單純地?chǔ)層性質(zhì)和圈閉類型研究已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段四川盆地碳酸鹽巖氣田精細(xì)勘探的需要。本文擬從地層的劃分、層序格架及層序巖相古地理特征等方向研究，以獲取碳酸鹽巖盆地沉積環(huán)境、油氣成藏方面的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于亞洲大陸中南部，是我國(guó)最大的外流盆地，內(nèi)部丘陵、平原交錯(cuò)，地勢(shì)北高南低。面積26萬(wàn)多平方千米。

四川盆地是中國(guó)大型富含天然氣盆地之一，是一個(gè)典型的多期構(gòu)造疊合盆地(朱光有等，2006a,2006b;金之鈞等，2010；馬永生等，2010；朱光有等，2010；曹楊，2012)(圖2)。其元古界基底之上的沉積蓋層巨厚，總體可分為海相和陸相兩大套地層，總厚度可達(dá)6km～12km。其中，晚元古代震旦紀(jì)—中三疊世是以碳酸鹽巖為主的海相沉積(厚4km～7km)；晚三疊世早期為海陸過渡相(300m～400m)；晚三疊世中期-始新世為陸相碎屑巖沉積(2km～5km)。發(fā)育五套主力烴源層系：下寒武統(tǒng)、下志留統(tǒng)、中二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)。形成多套生、儲(chǔ)、蓋組合?？v向上構(gòu)成了三大成藏系統(tǒng)：中生界陸相成藏系統(tǒng)、上古生界海相成藏系統(tǒng)和下古生界海相成藏系統(tǒng)(馬永生等，2010)，有效勘探面積約為19.6×104km2。已有資料對(duì)于四川盆地海相碳酸鹽巖油氣成藏條件的認(rèn)識(shí)依然存在不足，需要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。本文主要談及二疊系—中三疊統(tǒng)。

圖1 四川盆地及周緣遙感略圖Fig.1 Remote sensing map of the Sichuan basin and adjacent areas

圖2 四川盆地油氣分布圖(據(jù)馬永生，2010)Fig.2 Oil and gas distribution in Sichuan basin(after Ma,2010)

2 地質(zhì)特征

2.1 二疊系—中三疊統(tǒng)三級(jí)層序格架

根據(jù)野外露頭層序地層特征、實(shí)測(cè)主干剖面及鉆測(cè)井標(biāo)定的地震層序主干剖面的解釋結(jié)果，將研究區(qū)四川盆地的二疊系劃分出五個(gè)三級(jí)層序，即：層序PSQ1，相當(dāng)于下二疊統(tǒng)梁山組及中二疊統(tǒng)棲霞組；層序PSQ2，大致相當(dāng)于中二疊統(tǒng)茅口組的下部(茅一段及茅二段)；層序PSQ3，大致相當(dāng)于中二疊統(tǒng)茅口組的上部(茅三段及茅四段)；層序PSQ4，相當(dāng)于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(吳家坪組)；層序PSQ5，大致相當(dāng)于上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組(大隆組)。將中-下三疊統(tǒng)劃分出8個(gè)三級(jí)層序，即：層序TSQ1，大致相當(dāng)于下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(大冶組)下部(飛一段及飛二段，大一段及大二段)；層序TSQ2，大致相當(dāng)于飛仙關(guān)組(大冶組)上部(飛三段及飛四段，大三段及大四段)；層序TSQ3，大致相當(dāng)于下三疊統(tǒng)嘉陵江組下部(嘉一段及嘉二段)；層序TSQ4，大致相當(dāng)于嘉陵江組上部(嘉三段及嘉四段)；層序TSQ5，大致相當(dāng)于中三疊統(tǒng)雷口坡組(巴東組)下部(雷一段及雷二段，巴一段及巴二段)；層序TSQ6，大致相當(dāng)于雷口坡組(巴東組)上部(雷三段及雷四段，巴三段及巴四段)。具體劃分方案見表1。

表1 四川盆地二疊系—中三疊統(tǒng)三級(jí)層序格架Table 1 The Sichuan basin in Permian-Triassic sequence framework

2.2 二疊紀(jì)—中三疊統(tǒng)層序巖相古地理

中二疊統(tǒng)沉積之前，四川盆地經(jīng)歷了一次大范圍的剝蝕暴露，中二疊世早期，發(fā)生了海侵，沉積了梁山組濱岸沼澤體系碎屑巖。之后，四川盆地接受了棲霞組清水碳酸鹽臺(tái)地沉積,該時(shí)期沉積格局穩(wěn)定，四川盆地絕大部分地區(qū)發(fā)育了較深水的盆地相和外緩坡相：深灰色生屑泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r等。茅口組沉積時(shí)期，基本上繼承了棲霞組時(shí)期的沉積格局?？傮w沉積水體較棲霞期加深，巖性以眼球狀灰?guī)r、深灰色泥晶生屑灰?guī)r為主。盆地內(nèi)自西往東依次發(fā)育盆地相、外緩坡相、中緩坡相和內(nèi)緩坡相。經(jīng)過東吳運(yùn)動(dòng)改造，造成茅口組的暴露巖溶作用。之后再次海侵，其沉積面貌發(fā)生了較大變化，主要表現(xiàn)在張裂及差異升降運(yùn)動(dòng)作用下形成了開江—梁平盆地相區(qū)雛形、城口—鄂西盆地相范圍發(fā)生較大變化，以及在川西南出現(xiàn)陸源剝蝕區(qū)及峨眉山玄武巖的大規(guī)模噴發(fā)。長(zhǎng)興組/大隆組沉積期，沉積面貌總體繼承了前期的格局。但隨著張裂及差異升降作用的持續(xù)進(jìn)行，海侵范圍更大，開江—梁平盆地相范圍明顯增大，而川西南陸源碎屑巖沉積區(qū)明顯縮小，并在川中地區(qū)出現(xiàn)了面積較大及分布穩(wěn)定的臺(tái)內(nèi)洼地亞相區(qū)，以及臺(tái)緣及臺(tái)內(nèi)生物礁大量發(fā)育。

三疊紀(jì)的早期，四川盆地(研究區(qū))及鄰區(qū)大體上繼承了長(zhǎng)興組的沉積特征格局，但在開江—梁平盆地一帶，相區(qū)和川中臺(tái)洼水體深度明顯變淺、面積減小，臺(tái)緣及臺(tái)內(nèi)生物礁消失，轉(zhuǎn)而發(fā)育鮞粒灘，臺(tái)地邊緣雛形已形成，廣大的川中、川東地區(qū)沉積物主要為泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等，為開闊臺(tái)地相區(qū)。隨著臺(tái)地的增生，陸源碎屑物沉積范圍減小，淺水碳酸鹽巖臺(tái)地范圍擴(kuò)大，并發(fā)育較厚的鮞?；?guī)r，川東北地區(qū)泥粉晶白云巖和鮞粒白云巖發(fā)育，該時(shí)期為四川盆地另一個(gè)重要的成灘期。嘉陵江組一、二段沉積期，再次發(fā)生較大規(guī)模海侵，其沉積面貌較前期有所變化，主要表現(xiàn)在碳酸鹽臺(tái)地由前期的局限—蒸發(fā)環(huán)境向開闊海轉(zhuǎn)變，以及西南部陸源碎屑沉積區(qū)的縮小，并在廣大的開闊臺(tái)地中發(fā)育了臺(tái)內(nèi)洼地較深水沉積環(huán)境。嘉陵江組三、四段沉積期，再次發(fā)生海侵，沉積面貌較前期的主要變化是碳酸鹽臺(tái)地相由前期的局限臺(tái)地相轉(zhuǎn)變?yōu)殚_闊臺(tái)地相，以及西南部陸源碎屑沉積區(qū)的縮小。雷口坡組一、二段沉積期，沉積面貌與前期有所變化，主要表現(xiàn)在由于受到來(lái)自東南側(cè)的江南古陸隆升剝蝕物源區(qū)的影響，在四川盆地東南部發(fā)育了另一個(gè)陸源碎屑沉積區(qū)。雷口坡組三、四段沉積期，發(fā)生快速海侵，碳酸鹽臺(tái)地由前期的局限環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榘刖窒蕖_闊環(huán)境。盆地內(nèi)部以半局限臺(tái)地相灰?guī)r夾白云巖沉積為主。

3 成藏特征

3.1 儲(chǔ)層分類

針對(duì)四川盆地海相碳酸鹽巖油氣成藏特征及分布規(guī)律，眾多學(xué)者認(rèn)識(shí)不同。主要有以下幾類觀點(diǎn)：①有效氣源巖的質(zhì)量和規(guī)模，控制大-中型油氣田的形成(戴金星，1997；梁狄剛等，2005；朱光有等，2006a)；②充足的氣源、生氣強(qiáng)度較高的富氣凹陷以及大區(qū)域良好的封閉保存條件，是所有盆地形成大中型氣田的必備要素，也是諸多地質(zhì)因素中最為重要的因素(王庭斌,2005)；③大型古隆起控制了現(xiàn)今油氣藏的分布(馬永生等，2005)；④古隆起和斜坡帶是中國(guó)克拉通盆地海相碳酸鹽巖油氣藏大型化分布最有利區(qū)帶；⑤臺(tái)緣帶礁灘體具備大范圍成藏的有利條件，包括緊鄰臺(tái)緣帶的生烴中心、生物礁與顆粒灘疊置發(fā)育、呈串珠狀分布的巖性圈閉；⑥深大斷裂構(gòu)造帶也具有大型化成藏的有利條件。熱液活動(dòng)有利于埋藏溶蝕作用和埋藏白云石化作用，與有效儲(chǔ)層疊合發(fā)育多層系符復(fù)合含油富集帶；⑦膏巖蓋層分布與大型油氣藏分布密切相關(guān)(金之鈞等，2010)。這些成果大致可以分為氣源巖(生)控制、儲(chǔ)集層(古隆起、斜坡帶及臺(tái)緣帶礁灘體)控制、蓋層(膏鹽蓋層)控制、運(yùn)移通道(深大斷裂構(gòu)造帶)控制等4種主控因素。這表明目前學(xué)術(shù)界對(duì)于四川盆地海相碳酸鹽巖油氣成藏條件的認(rèn)識(shí)依然存在不足。

關(guān)于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層分類至今仍存在爭(zhēng)議，前人關(guān)于四川盆地海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的概念多以巖性和成因相結(jié)合定名。比如層間巖溶灰?guī)r、層間巖溶白云巖、埋藏白云巖等。這些概念雖然能夠清楚地表達(dá)出儲(chǔ)層的成因、巖性等具體信息，但是在具體預(yù)測(cè)方面，只能適用于小范圍的預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單實(shí)用、科學(xué)合理的具體要求，提出四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成因分類，共分為兩大類四小類。具體如下：①構(gòu)造成因類裂縫型儲(chǔ)層；②沉積成因類礁灘型儲(chǔ)層、內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)層和古風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層。

3.2 儲(chǔ)層成藏特征

3.2.1 礁灘儲(chǔ)集層

非均質(zhì)程度適中，介于灰?guī)r古潛山儲(chǔ)集層和白云巖儲(chǔ)集層兩者之間。其有效儲(chǔ)集空間，主要是顆粒灰?guī)r、礁格架原生孔及各種溶蝕孔洞。以粒間孔、鑄?？?、粒間-粒內(nèi)溶蝕孔洞為主。裂縫的發(fā)育對(duì)于加強(qiáng)及改善儲(chǔ)集層性能有積極作用。裂縫的伴生與有效儲(chǔ)集層形成無(wú)必然關(guān)系。形成礁灘相儲(chǔ)集層的有效儲(chǔ)集空間，主要與不同級(jí)別(3～6級(jí))的層序旋回、暴露淡水溶蝕、各種埋藏溶蝕以及原生孔隙的保存有關(guān)。因此，礁灘儲(chǔ)集層有效儲(chǔ)集空間受控于原始沉積體形態(tài)。從層序格架中礁灘體發(fā)育與展布特征來(lái)看，臺(tái)緣礁灘及臺(tái)內(nèi)礁灘均因側(cè)向與垂向發(fā)生相變進(jìn)而形成良好的巖性-地層圈閉。礁灘相巖性-地層圈閉，非常有利于烴源巖生成的油氣向其中心運(yùn)聚成藏。因此，針對(duì)礁灘儲(chǔ)集層，油氣勘探工作應(yīng)主要按照“巖性-成巖圈閉油氣藏”的思路展開，并在具備成熟烴源巖的油氣系統(tǒng)的范圍內(nèi)，研究不同古地理位置的礁灘體層序及旋回地層格架、時(shí)空分布。

3.2.2 灰?guī)r古潛山儲(chǔ)集層

具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。復(fù)雜的巖溶縫洞系統(tǒng)是其有效儲(chǔ)集空間。這些巖溶縫洞在地下相互連通，并呈現(xiàn)出復(fù)雜的空間分布關(guān)系。進(jìn)而造就了此類儲(chǔ)集層的強(qiáng)烈非均質(zhì)性。表現(xiàn)出了不同的縫洞系統(tǒng)中，充填有油、氣、水及溶洞內(nèi)部沉積物(巖溶滲流粉砂-泥質(zhì)及溶洞角礫巖等)，或者是它們的混合充填，以至于在不同縫洞系統(tǒng)中形成相對(duì)獨(dú)立的油、氣、水系統(tǒng)及油氣水單元(簡(jiǎn)稱“油元”)。有效的儲(chǔ)集層主體分布在古潛山的風(fēng)化殼頂面以下10m～200m的深度范圍內(nèi)，總體沿古風(fēng)化殼展布并呈準(zhǔn)層狀分布。針對(duì)此，油氣勘探思路應(yīng)首先確定有效的巖溶縫洞系統(tǒng)儲(chǔ)集空間的分布，其次確定該巖溶縫洞的充填物質(zhì)(油-氣-水-溶洞沉積物等)。根據(jù)不同巖溶縫洞系統(tǒng)及“油元”特征，實(shí)施適當(dāng)?shù)目碧介_發(fā)方案。

3.2.3 裂縫性儲(chǔ)集層

非均質(zhì)性較強(qiáng)。其非均質(zhì)程度僅次于灰?guī)r古潛山儲(chǔ)集層。該類儲(chǔ)集層裂縫主要分布在背斜圈閉高部位或斷裂帶附近，是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的關(guān)鍵因素。裂縫性儲(chǔ)集層的有效儲(chǔ)集層及儲(chǔ)集空間的分布受斷裂控制。裂縫性灰?guī)r儲(chǔ)集層，除了以裂縫做為油氣滲流通道與儲(chǔ)集空間外，還有大部分灰?guī)r基質(zhì)孔隙(與裂縫連通或有成因聯(lián)系)，尤其是基質(zhì)微孔作為油氣儲(chǔ)集空間。因此，對(duì)于裂縫性儲(chǔ)集層的勘探思路，關(guān)鍵是系統(tǒng)研究有效裂縫帶的空間展布。

3.2.4 內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)集層

均質(zhì)程度較高。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)集層滲透率與孔隙度具有較好的正相關(guān)性。由蒸發(fā)潮坪-局限瀉湖環(huán)境、各種海水對(duì)流作用形成的白云巖體，經(jīng)常呈準(zhǔn)層狀、不規(guī)則層狀及三維不規(guī)則體狀產(chǎn)出并廣泛分布。內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)集層形成的油氣田，多歸屬于構(gòu)造(背斜)圈閉油氣藏，也有少量巖性-成巖圈閉油氣藏。由此可以看出，具備構(gòu)造(背斜)圈閉及有效直接蓋層，是內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)集層成藏的重要條件。因此，對(duì)白云巖儲(chǔ)集層油氣藏的勘查思路，應(yīng)該是尋找有效儲(chǔ)蓋組合的構(gòu)造(背斜)圈閉。在具備油氣源供給條件的情況下，布設(shè)鉆探在構(gòu)造(背斜)圈閉高點(diǎn)部位，以獲得油氣發(fā)現(xiàn)。并在首次發(fā)現(xiàn)之后繼續(xù)實(shí)施對(duì)構(gòu)造(背斜)翼部的評(píng)價(jià)鉆探，以獲取油、氣、水空間分布格局。

4 結(jié)論

明確對(duì)四川盆地中二疊統(tǒng)-中三疊統(tǒng)氣藏有貢獻(xiàn)的烴源巖，主要包括下志留統(tǒng)、中二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和上三疊統(tǒng)須家河組等4套區(qū)域性主力烴源巖，及局部發(fā)育的上二疊統(tǒng)大隆組。

四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)集層按成因分為兩大類：構(gòu)造成因類和沉積成因類。其中，構(gòu)造成因主要包括裂縫性儲(chǔ)層；沉積成因類儲(chǔ)層主要是礁灘儲(chǔ)層、內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)層和風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層類型分析表明，中二疊統(tǒng)氣藏主要為自生自儲(chǔ)的裂縫性氣藏和臺(tái)內(nèi)灘相氣藏；茅口組頂部和雷口坡組頂部發(fā)育風(fēng)化殼型氣藏；吳家坪組、長(zhǎng)興組及飛仙關(guān)組地層主要發(fā)育礁灘型氣藏；嘉陵江組和雷口坡組地層主要發(fā)育內(nèi)幕白云巖型氣藏。

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Hydrocarbon Accumulation Conditions of Marine Carbonate Rocks in the Sichuan Basin of China

CHEN Ying-fu1,2, QIN Juan3, WANG Yan-hong3, Li Feng-chun4

( 1.PostdoctoralProgramoftheChinaCenterforIndustrialSecurityResearch,Beijing100044;2.Instituteofmineralresourcesresearch,ChinaMetallurgicalGeologyBureau,Beijing101300;3.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083;4.TheTestingCenterofShandongBureauofChinaMetallurgicalGeologyBureau,Jinan,Shandong250014)

The Sichuan basin is one of the most important oil and gas basins of marine carbonate sequences in China, also the earliest carbonate exploration, exploitation and utilization were conduced. The evaluation of its hydrocarbon resources (2008) suggested there is a considerable amount of undiscovered resources (approximately 50111.84×108 m3) in the marine strata of this basin, implying a great potential of prospecting. This paper presents a further study on hydrocarbon accumulation conditions in this area based on strata classification, sequence patterns and characteristics of rock facies and paleogeography. The results suggest that the source rocks include four sets of Lower Silurian, Middle Permian, Upper Permian, and Upper Triassic systems. Reservoirs are of structural and sedimentary genesis, of which the former refers to fissures and the latter is is reef-beaches, dolomitite, and weathering crusts. These reservoirs are present in varied formations.

Sichuan basin, marine carbonate rock, hydrocarbon reservoir

2015-12-19；

2016-03-10；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

陳英富(1974年-)，男，高級(jí)工程師，研究方向：區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查。E-mail:1677095519@qq.com。

秦 娟(1990年-)，女，在讀研究生，研究方向：油氣勘查。E-mail:14478487@qq.com。

[TE122]

A

0495-5331(2016)02-0357-06

Chen Ying-fu, Qin Juan, Wang Yan-hong, Li Feng-chun. Hydrocarbon accumulation conditions of marine carbonate rocks in the Sichuan basin of China [J]. Geology and Exploration, 2016,52(2):0357-0362