川中地區(qū)雷三2 亞段“灰質(zhì)巖類”儲層主控因素及有利區(qū)預(yù)測

張 豪 辛勇光 徐 唱 任紀(jì)博 田 瀚 潘柯宇

1.中國石油杭州地質(zhì)研究院 2.中國石油勘探開發(fā)研究院四川盆地研究中心 3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

中三疊統(tǒng)雷口坡組是四川盆地天然氣勘探的重要接替層系，自20 世紀(jì)60 年代開始經(jīng)歷了60 余年的勘探探索，截止目前一共發(fā)現(xiàn)了1 個大型氣藏（彭州氣田雷四3亞段）、2 個中型氣藏（川中磨溪地區(qū)雷一1亞段、川西中壩地區(qū)雷三段）和多個含氣構(gòu)造[1-4]，在盆地內(nèi)零星分布，已發(fā)現(xiàn)的氣藏均為常規(guī)氣藏。前期認(rèn)為四川盆地雷口坡組油氣資源以常規(guī)油氣為主[5]，儲層巖性主要是顆粒白云巖、藻白云巖或含膏白云巖等，灰質(zhì)巖類難有儲集空間[6-9]?；屹|(zhì)巖類根據(jù)黏土含量可分為含泥質(zhì)石灰?guī)r（黏土含量小于25%）、泥質(zhì)石灰?guī)r（黏土含量25%～50%）、灰質(zhì)泥巖（黏土含量不小于50%）。近幾年來，通過對川中地區(qū)老井復(fù)查和新井跟蹤研究發(fā)現(xiàn)：雷三2亞段泥質(zhì)石灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖（以下簡稱“灰質(zhì)巖類”）與中國渤海灣盆地、三水盆地以及四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組一段的灰質(zhì)巖類非常規(guī)儲層類似[10-12]，既是一套優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖，也是一套有效的非常規(guī)儲層[13-14]，川中地區(qū)大面積穩(wěn)定發(fā)育多套灰質(zhì)巖類儲層[15]，已鉆井在灰質(zhì)巖類儲層中常見氣侵、井漏等良好鉆井顯示，多口井中途測試獲氣。近期川中地區(qū)鉆探的CT1 井在雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層中測試獲得工業(yè)氣流，在蒸發(fā)臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層獲得重要突破，揭示了雷三2亞段勘探新層系，展示了川中地區(qū)灰質(zhì)巖類儲層良好的油氣勘探潛力。雷三2亞段天然氣特征與雷頂風(fēng)化殼氣藏以及雷一1亞段氣藏均不同，已有研究指示川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層與頂?shù)赘帑}巖構(gòu)成了一套新型非常規(guī)成藏體系，即上下均為蒸發(fā)巖封堵，儲層橫向連續(xù)穩(wěn)定分布，源儲一體的非常規(guī)成藏體系[14-16]。受勘探程度低、研究資料少以及缺乏前人研究成果借鑒的限制，雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層特征及主控因素研究仍屬于空白，儲層分布規(guī)律不清楚，制約了雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層的下步勘探方向。

針對川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層主控因素不清及有利區(qū)不明的問題，基于盆地最新鉆井和巖心資料，引入非常規(guī)油氣儲層的理論和研究方法，通過巖心、薄片觀察，結(jié)合掃描電鏡等分析化驗手段，對川中地區(qū)雷三2亞段蒸發(fā)臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層特征開展了系統(tǒng)研究。在明確儲層主控因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)二維資料占比較高的現(xiàn)狀，創(chuàng)新使用膏鹽巖厚度來進(jìn)行蒸發(fā)臺地潟湖區(qū)的地震相劃分，創(chuàng)新使用嘉四段—嘉五段厚度預(yù)測雷三段地層揉皺變形區(qū)，二者疊合有利部位為雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層發(fā)育的有利區(qū)，有利區(qū)內(nèi)雷三2亞段灰質(zhì)巖類能夠形成自生自儲、膏鹽巖封堵、大面積分布的非常規(guī)油氣藏，是下一步四川盆地雷口坡組油氣勘探的重要領(lǐng)域。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中三疊世雷口坡期四川盆地是上揚(yáng)子臺地西北緣的一個次一級構(gòu)造單元[17]，盆地周邊古隆起發(fā)育，盆地內(nèi)部呈現(xiàn)隆拗相間的格局[18-19]。中三疊世雷三期，四川盆地屬于典型蒸發(fā)碳酸鹽巖臺地沉積，海水主要來自西部的滇青藏古大洋，盆地東部江南古陸、西南部康滇古陸、西緣龍門山島鏈及北部的米倉山隆起和大巴山隆起限制了臺地內(nèi)部與外海的海水溝通，古氣候以干旱為主，海水蒸發(fā)量大，鹽度高[20-21]，有利于形成石膏、石鹽沉積。受間歇性海平面升降的影響，川中地區(qū)拗陷為膏質(zhì)、鹽質(zhì)潟湖和泥灰質(zhì)潟湖沉積，沉積大套硬石膏巖?鹽巖等蒸發(fā)巖和以灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)石灰?guī)r為主的非蒸發(fā)巖（圖1a）。

圖1 上揚(yáng)子地區(qū)中三疊世雷口坡組沉積期古地理背景及雷三2 亞段綜合柱狀圖

四川盆地雷口坡組總體上是一套碳酸鹽巖與膏鹽巖互層的沉積序列，底部的“綠豆巖”全區(qū)均有分布，為全區(qū)可以進(jìn)行對比的標(biāo)志層[22-23]。受印支早期運(yùn)動的影響，雷口坡組遭受抬升剝蝕，川中地區(qū)剝蝕至雷四段，雷口坡組頂部以印支期風(fēng)化面與上三疊統(tǒng)須家河組碎屑巖呈不整合接觸。雷口坡組縱向上根據(jù)巖性、電性、海平面升降旋回等可以分為雷一段、雷二段、雷三段、雷四段、雷五段5 個巖性段，其中雷三段從下到上可以劃分為雷三1亞段、雷三2亞段和雷三3亞段。雷三1亞段巖性以石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r為主；雷三2亞段主要是灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)石灰?guī)r與蒸發(fā)巖互層[13]，發(fā)育2 ～3 層灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)石灰?guī)r，每一層灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)石灰?guī)r上下均為蒸發(fā)巖隔層；雷三3亞段以石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r為主夾1 ～4 層薄層白云巖。雷三2沉積期，受海平面下降影響，盆地周邊古隆起以及盆地內(nèi)部瀘州—開江古隆起的障壁作用導(dǎo)致臺地內(nèi)部海水與外海交流不順暢，臺地內(nèi)部主要為膏質(zhì)、鹽質(zhì)潟湖和泥灰質(zhì)潟湖沉積，沉積大套硬石膏巖、鹽巖等蒸發(fā)巖和泥質(zhì)石灰?guī)r（圖1b）。

2 灰質(zhì)巖類儲層主控因素

2.1 儲層特征

通過巖心和鑄體薄片觀察等綜合研究，川中地區(qū)雷三2亞段儲層巖性主要為深灰色泥質(zhì)石灰?guī)r和灰黑色灰質(zhì)泥巖（圖2），在掃描電鏡下能明顯見到有機(jī)質(zhì)孔隙和與黏土有關(guān)的孔隙、微裂縫發(fā)育，而對于純石灰?guī)r處，則表現(xiàn)異常致密。富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)巖類儲層儲集空間以納米—微米級礦物粒間孔、粒內(nèi)孔?有機(jī)孔和微裂縫為主，局部發(fā)育膏溶孔，其中產(chǎn)生礦物相關(guān)孔的礦物主要有黏土礦物、白云石、方解石和黃鐵礦等，有機(jī)質(zhì)孔則主要發(fā)育在有機(jī)質(zhì)中（圖3）。雷三2亞段儲層按是否被斷裂和裂縫改造，可以分為微孔微縫型儲層和微孔微縫基礎(chǔ)上的裂縫改造型儲層。裂縫包括構(gòu)造裂縫和微裂縫，微孔微縫型儲層的微裂縫主要是黏土礦物收縮縫和石膏微裂縫。裂縫改造型儲層主要由微孔微縫型儲層通過膏鹽揉皺和石膏擴(kuò)溶形成，構(gòu)造裂縫比較發(fā)育，包括早期的低角度裂縫和晚期的高角度裂縫，裂縫部分被方解石充填。圍繞川中地區(qū)這套灰質(zhì)巖類儲層開展了巖心物性分析，累計采樣166 個，孔隙度主體分布在2.00%～8.51%；滲透率主要分布在0.007 60 ～1.680 10×10-3mD，總體上來看屬于低孔、低滲型儲層。

圖2 CT1 井儲層巖心特征圖

圖3 雷三2 亞段灰質(zhì)巖類儲層巖心薄片和掃描電鏡特征圖

2.2 儲層主控因素

川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層受黏土礦物含量、裂縫和石膏的共同控制，其中黏土礦物含量是影響儲層孔隙度的最主要因素。隨著黏土礦物含量的增加，與黏土礦物相關(guān)的礦物粒間孔和收縮縫也會增加，導(dǎo)致孔隙度增加。川中地區(qū)雷三2亞段黏土礦物含量高的灰質(zhì)泥巖有機(jī)孔縫比較發(fā)育，孔隙度主要分布在1.00%～4.50%，平均孔隙度3.12%，黏土含量中等的泥質(zhì)石灰?guī)r孔隙度位于0.50%～3.00%之間，平均孔隙度1.67%，而黏土礦物含量低的泥晶石灰?guī)r和含泥質(zhì)石灰?guī)r只發(fā)育少量方解石晶間孔等，孔隙度分布介于0 ～1.50%之間，平均孔隙度只有0.88%。影響孔隙度的另一個重要因素是石膏，含膏泥質(zhì)石灰?guī)r中發(fā)育的沿裂縫擴(kuò)溶的溶孔、溶洞，很可能與石膏巖的易溶性有關(guān)，當(dāng)流體沿裂縫流經(jīng)石膏巖時，一部分石膏發(fā)生溶蝕，從而產(chǎn)生沿裂縫擴(kuò)溶的溶孔、溶洞。含膏泥質(zhì)石灰?guī)r孔隙度位于0.50%～4.50%之間，平均孔隙度1.78%，相對不含膏泥質(zhì)石灰?guī)r儲層物性更好（圖4）。

圖4 雷三2 亞段不同巖性孔隙度統(tǒng)計圖

對于灰質(zhì)巖類這種低孔、低滲的致密儲層，裂縫可以作為油氣的有效儲集空間和滲流通道，裂縫的發(fā)育程度成為影響儲層滲透性至關(guān)重要的因素。通過CT1 井雷三2亞段巖心樣品實測分析，微孔微縫基礎(chǔ)上的裂縫改造型儲層滲透率分布在0.021 90 ～0.025 90×10-3mD，平均滲透率為0.025 40×10-3mD，而微孔微縫型儲層滲透率分布在0.000 76 ～0.004 36×10-3mD，平均滲透率為0.002 56×10-3mD，由此可見，裂縫改造型儲層由于裂縫發(fā)育，有效改善了儲層滲透率，使儲層滲透率增加了一個數(shù)量級，有利于油氣溝通滲透。裂縫對于油氣井高產(chǎn)具有重要的作用，CT1 井在鉆井過程中鉆遇裂縫改造型儲層時井漏嚴(yán)重，漏失鉆井液達(dá)到587 m3，此儲層段裂縫及石膏擴(kuò)溶孔發(fā)育。對于川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層，最有利的為裂縫發(fā)育的含膏泥質(zhì)石灰?guī)r儲層，因此圍繞這套儲層的有利區(qū)優(yōu)選需要尋找含膏泥灰質(zhì)潟湖相與裂縫發(fā)育的疊合區(qū)，作為下步雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層勘探的有利指向區(qū)。

3 地震相預(yù)測

3.1 地震響應(yīng)特征分析

針對川中地區(qū)已鉆井開展巖性測井解釋，選取膏鹽質(zhì)潟湖、含膏泥灰質(zhì)潟湖以及泥灰質(zhì)潟湖3 口典型井，對其地震響應(yīng)特征進(jìn)行分析。雷三2亞段頂界為上覆石灰?guī)r、云質(zhì)石灰?guī)r與下伏膏鹽巖的分界線，表現(xiàn)為連續(xù)的強(qiáng)波谷反射，雷三2亞段底界為上覆云質(zhì)膏巖、膏巖與下伏石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r的分界線，巖性變化較大，總體上表現(xiàn)為低連續(xù)弱波谷反射，在區(qū)域地震上能夠連續(xù)追蹤對比。不同沉積微相雷三2內(nèi)部地震反射表現(xiàn)出明顯不同的特征（圖5），這是由于膏鹽巖厚度差異導(dǎo)致的。圖中青色區(qū)域為測井解釋的膏鹽巖地層，可以看出，膏鹽巖發(fā)育在雷三2頂部，膏鹽巖下部主要為泥質(zhì)石灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖，當(dāng)膏鹽巖較厚時，內(nèi)部表現(xiàn)為兩套強(qiáng)波峰反射，當(dāng)膏鹽巖減薄（如CT1 井膏鹽巖厚度只有40 m），表現(xiàn)為頂部膏鹽巖發(fā)育段波峰反射較強(qiáng)，下部灰質(zhì)巖類反射較弱，而膏鹽巖不發(fā)育時，雷三2亞段厚度明顯變薄，表現(xiàn)為頂?shù)撞ü葕A一波峰的反射特征。此外，從合成地震記錄上也可以看到，無論膏鹽巖厚度是厚或者薄，膏鹽巖底界均對應(yīng)一連續(xù)強(qiáng)波峰反射，與雷三2亞段頂界連續(xù)強(qiáng)波谷反射類似，均是能夠全區(qū)對比可追蹤的標(biāo)志層。

圖5 不同沉積微相典型單井合成記錄標(biāo)定圖

3.2 地震相預(yù)測

基于不同沉積微相單井精細(xì)合成記錄標(biāo)定和雷三2亞段地震反射特征分析，雷三2亞段頂部膏鹽巖頂界和底界均可連續(xù)對比追蹤，利用頂部膏鹽巖的厚度可以反映沉積微相的變化。通過井震相結(jié)合，二、三維地震相聯(lián)合，對雷三2亞段頂界和雷三2亞段膏鹽巖底界進(jìn)行層位精細(xì)追蹤對比，基于兩者層位相減，得到川中地區(qū)雷三2亞段膏鹽巖厚度圖（圖6）。川中地區(qū)雷三2亞段膏鹽巖呈現(xiàn)“中間厚兩邊薄”的特征，厚度10 ～130 m 不等。川中蓬萊—南充—廣安一帶為雷三2亞段潟湖沉積中心，沉積了厚層的鹽巖和膏巖，膏鹽巖厚度主要分布在70 m 以上，為膏鹽質(zhì)潟湖沉積環(huán)境。由膏鹽質(zhì)潟湖往西北和東南方向，依次發(fā)育含膏泥灰質(zhì)潟湖和泥灰質(zhì)潟湖，膏鹽巖含量逐漸變低，巖性則由膏鹽巖占主導(dǎo)逐漸變?yōu)榛屹|(zhì)巖類為主。含膏泥灰質(zhì)潟湖區(qū)膏鹽巖厚度主要分布在40 ～70 m，呈現(xiàn)出“北寬南窄”的分布特征，這與東部印支期瀘州古隆起和開江古隆起隆升造成“東陡西緩”的古地貌背景有關(guān)。泥灰質(zhì)潟湖區(qū)膏鹽巖厚度主要分布在10 ～40 m，表現(xiàn)出“南薄北厚的特征”，南部雷三2亞段以灰質(zhì)巖類為主，而北部以灰質(zhì)巖類夾薄層膏鹽巖為主。雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層主要分布在含膏泥灰質(zhì)潟湖區(qū)，地層厚度大，灰質(zhì)巖類在地層中的占比最高。

圖6 川中地區(qū)雷三2 亞段膏鹽巖厚度圖

4 裂縫發(fā)育區(qū)預(yù)測

雷三2亞段由于受下三疊統(tǒng)嘉陵江組四段和嘉五段膏鹽巖擠壓褶皺的影響，地層起伏較大，雷三2亞段斷裂主要由嘉陵江組頂部膏鹽巖滑脫引起。受嘉陵江組膏鹽巖揉皺擠壓的影響，嘉四段和嘉五段厚度橫向上具有較大的變化，且厚度變化與斷裂的關(guān)系密切。在嘉四段—嘉五段厚度明顯增大的區(qū)域，雷三2亞段剛性碳酸鹽巖受到膏鹽巖揉皺擠壓，地層發(fā)生破裂，造成斷裂和裂縫發(fā)育，而嘉四段—嘉五段穩(wěn)定區(qū)，膏鹽巖厚度較薄或者膏鹽巖未受到明顯變形擠壓，嘉陵江組—雷口坡組發(fā)育穩(wěn)定，斷裂及裂縫均不太發(fā)育（圖7）。

圖7 川中地區(qū)過雷口坡組穩(wěn)定區(qū)和變形區(qū)地震剖面圖（剖面位置見圖6）

由于研究區(qū)以二維地震資料為主，傳統(tǒng)的相干、曲率、方差等構(gòu)造類屬性難以適用，因此可以利用嘉四段—嘉五段厚度變化來反映雷三2亞段斷裂和裂縫的發(fā)育程度。嘉四段底界以連續(xù)中強(qiáng)波峰反射為標(biāo)志層，雷口坡底界為中弱波峰特征，追蹤的是嘉陵江組頂部膏鹽巖的包絡(luò)面?；诩嗡牡捉绾屠卓谄碌捉鐚游蛔粉檶Ρ冉忉?，得到川中地區(qū)嘉四段～嘉五段厚度圖，可以看到，厚度平面上變化較大，最小厚度只有100 m 左右，最大厚度超過300 m。以160 m 為門檻，嘉四段—嘉五段厚值區(qū)如圖8 中藍(lán)色虛線所示，大于門檻值的主要分布在鹽亭—西充—廣安一帶東北區(qū)域，面積可達(dá)15 000 km2。鹽亭—西充—廣安一帶東北區(qū)域膏鹽巖地層較厚，膏鹽巖塑性蠕動活動較強(qiáng)，雷三2亞段及下部斷裂及裂縫十分發(fā)育，主要發(fā)育裂縫改造型儲層。此外，斷裂和裂縫主要消失在雷三2亞段頂部膏鹽巖中，雷三2亞段灰質(zhì)巖類油氣藏未遭受破壞。鹽亭—西充—廣安一帶西南區(qū)域嘉陵江組頂部膏鹽巖相對不發(fā)育，嘉陵江組到雷三2亞段成層狀穩(wěn)定分布，斷裂和裂縫相對不發(fā)育，雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層受斷裂和裂縫的改造較弱，主要發(fā)育微孔微縫型儲層。

圖8 川中地區(qū)嘉四段-嘉五段厚度圖

5 有利勘探區(qū)帶優(yōu)選

雷三2亞段灰質(zhì)巖類既是儲層，又是一套優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖，實測殘余TOC平均0.77%，最高可達(dá)4%，具有較好的生烴能力。雷三2亞段頂?shù)赘帑}巖都比較發(fā)育，頂部膏鹽巖厚度40 ～250 m，底部膏鹽巖厚度分布在40 ～50 m，頂?shù)装鍡l件好。由于頂?shù)赘帑}巖的存在使得雷三2亞段內(nèi)部形成異常壓力，CT1 井地層壓力系數(shù)1.96，屬于異常高壓，說明這套灰質(zhì)巖類油氣藏保存條件較好。雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層普遍含氣，面積分布廣，且埋深較淺，川中—川南地區(qū)埋深在2 000 ～4 500 m 之間。裂縫既可以作為油氣儲集空間又可以作為滲流通道，能夠有效改善儲層孔滲性能，是雷三2亞段灰質(zhì)巖類油氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵。因此，川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類與頂?shù)赘帑}巖構(gòu)成了一種新型非常規(guī)成藏體系，即上下均為蒸發(fā)巖封堵，儲層連續(xù)穩(wěn)定分布，源儲一體的非常規(guī)成藏體系，含氣面積廣，埋深淺，壓力系數(shù)高，勘探潛力大。綜合分析川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類成藏特征，圍繞烴源條件、有利巖相以及裂縫發(fā)育情況等，將有利區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為烴源巖厚度大于60 m，疊合裂縫發(fā)育區(qū)和含膏泥灰質(zhì)潟湖有利相帶，優(yōu)選出西充—營山為有利甜點區(qū)，面積達(dá)4 000 km2，是下步該地區(qū)雷口坡組雷三2亞段蒸發(fā)臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層的有利勘探方向。

6 結(jié)論

1）川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類儲層巖性以泥質(zhì)石灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖為主，主要發(fā)育納米—微米級無機(jī)孔、有機(jī)孔和微裂縫，黏土礦物高和含石膏時儲層孔隙度較高，裂縫能有效改善儲層滲透性。

2）雷三2亞段不同沉積微相地震反射差異主要由膏鹽巖厚度差異引起，川中地區(qū)雷三2亞段由膏鹽質(zhì)潟湖中心向外依次發(fā)育含膏泥灰質(zhì)潟湖和泥灰質(zhì)潟湖，含膏泥灰質(zhì)潟湖區(qū)呈現(xiàn)“北寬南窄”的分布特征。

3）雷三2亞段斷裂主要由嘉陵江組頂部膏鹽巖滑脫引起，裂縫發(fā)育區(qū)主要分布在鹽亭—西充—廣安一帶東北區(qū)域，面積可達(dá)15 000 km2。

4）川中地區(qū)雷三2亞段灰質(zhì)巖類與頂?shù)赘帑}巖構(gòu)成了上下均為蒸發(fā)巖封堵、儲層連續(xù)穩(wěn)定分布、源儲一體的非常規(guī)成藏體系，優(yōu)選西充—營山地區(qū)有利甜點區(qū)，面積達(dá)4 000 km2。