川中地区加里东末期洗象池组岩溶储层发育模式及其油气勘探意义
李文正1,2, 文龙3, 谷明峰1, 夏茂龙3, 谢武仁4, 付小东1, 马石玉4, 田瀚1, 姜华4, 张建勇1,2
1.中国石油杭州地质研究院
2.中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储集层重点实验室
3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院
4.中国石油勘探开发研究院
通信作者:张建勇,1978年生,高级工程师,博士;主要从事构造地质、沉积储层、油气成藏及勘探部署等方面的研究工作。地址:(310023)浙江省杭州市西溪路920号。ORCID:0000-0002-5935-5354。E-mail: zhangjy_hz@petrochina.com.cn

作者简介:李文正,1988年生,工程师,硕士;主要从事碳酸盐岩沉积储层及构造热演化方面的研究工作。地址:(310023)浙江省杭州市西溪路920号。ORCID:0000-0003-2143-4871。E-mail: liwz_hz@petrochina.com.cn

摘要

四川盆地寒武系洗象池组钻井过程中油气显示丰富,是盆地内的后备勘探领域和重要接替层系,但目前该层系的勘探程度较低、对优质储层的分布规律认识不够深入。为了确定川中地区洗象池组下一步的天然气勘探方向和目标,利用典型露头、岩心、薄片观察等资料,采用井震结合的方法,研究了其储层特征和岩溶不整合面分布,建立了该区加里东末期洗象池组岩溶储层发育模式,并预测了滩相岩溶储层的有利发育区。研究结果表明:①洗象池组储层岩性以颗粒云岩、晶粒云岩为主,储集空间主要有溶蚀孔洞、粒间孔、晶间孔与裂缝,平均孔隙度为3.46%,平均渗透率为0.99 mD,为低孔低渗裂缝—孔隙型储层;②川中地区洗象池组存在着一条中部宽、南北两侧窄的环状地层剥蚀带,剥蚀带宽度介于6~50 km,面积为4 700 km2;③剥蚀带发育区受加里东末期地层抬升剥蚀的影响,洗象池组发生强烈的风化壳岩溶作用,发育两种类型岩溶储层,其中暴露剥蚀区发育滩相叠加表生岩溶型储层,埋藏区发育滩相叠加顺层岩溶型储层;④西充—广安—潼南地区为滩相岩溶储层最为有利的发育区,面积为5 000 km2。结论认为,西充—广安地区毗邻下寒武统筇竹寺组生烃中心,通源断裂发育,洗象池组滩体规模大、岩溶作用强,易形成滩相叠加加里东末期岩溶作用的规模有效储集体,可作为洗象池组下一步天然气勘探的有利目标。

关键词: 四川盆地中部; 寒武纪; 洗象池期; 剥蚀带; 颗粒滩; 岩溶储层; 规模有效储集体; 天然气勘探有利区
Development models of Xixiangchi Formation karst reservoirs in the Late Caledonian in the central Sichuan Basin and its oil-gas exploration implications
LI Wenzheng1,2, WEN Long3, GU Mingfeng1, XIA Maolong3, XIE Wuren4, FU Xiaodong1, MA Shiyu4, TIAN Han1, JIANG Hua4, ZHANG Jianyong1,2
1. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China
2. CNPC Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, Hangzhou, Zhejiang 310023, China
3. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, Sichuan 610051, China
4. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
Abstract

Oil and gas shows are abundant in the process of drilling the Cambrian Xixiangchi Formation in the Sichuan Basin, so this formation is the reserve exploration area and the important replacement formation in this basin. At present, however, it is less explored and the distribution laws of its high-quality reservoirs are not understood sufficiently. In order to determine the next natural gas exploration directions and targets of Xixiangchi Formation in the central Sichuan Basin, this paper studied its reservoir characteristics and the distribution of karst unconformity using the well-seismic combination method, based on observation data of typical field outcrops, cores and thin sections. Then, a development model of the Xixiangchi Formation karst reservoirs in the Late Caledonian in this area was established, and the favorable development area of shoal-facies karst reservoir was predicted. And the following results were obtained. First, the Xixiangchi Formation reservoir is lithologically composed of grain dolomite and crystalline dolomite. The reservoir space is dominated by dissolved pores, intergranular pores, intercrystalline pores and fractures. It is a low porosity and low permeability fractured-porous reservoir with an average porosity of 3.46% and an average permeability of 0.99 mD. Second, in the Xixiangchi Formation, there is a ring-shaped denudation zone that is wide in the central part and narrow in the southern and northern sides, and 6-50 km in width and 4 700 km2in area. Third, due to formation uplifting and denudation in the development area of denudation zone in the Late Caledonian, strong weathering crust karstification occurred in the Xixiangchi Formation, and two types of reservoirs were developed, including the shoal-facies superimposed supergene karst reservoir in the exposed denudation area and the shoal-facies superimposed bedding karst reservoir in the buried area. Fourth, the Xichong-Guang'an-Tongnan area is the most favorable area for the development of shoal-facies karst reservoir, covering an area of 5 000 km2. In conclusion, Xichong-Guang'an area is adjacent to the hydrocarbon generating center of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation. In this area, hydrocarbon source faulting is developed, and the Xixiangchi Formation has large shoal bodies and strong karstification, so a large-scale effective reservoir of shoal facies superimposed Late Caledonian karstification tends to form. Therefore, it can be taken as a favorable target of natural gas exploration in the Xixiangchi Formation in the next step.

Keyword: Central Sichuan Basin; Cambrian; Xixiangchi Formation; Denudation zone; Grain shoal; Karst reservoir; Large-scale effective reservoir; Favorable area of natural gas exploration
0 引言

近年来, 四川盆地震旦系— 寒武系的天然气勘探主要围绕乐山— 龙女寺古隆起区的上震旦统灯影组和下寒武统龙王庙组, 部署了大量的钻井, 并发现了目前我国最大的单体海相碳酸盐岩整装气藏— — 安岳特大型气田[1, 2, 3, 4, 5]。但是, 对于该盆地中— 上寒武统洗象池组的勘探程度却较低, 在钻井过程中, 洗象池组录井显示丰富, 并且南充1井、高石16井、磨溪23井在该层系测试均获得了工业气流, 表明洗象池组的天然气勘探前景广阔, 有可能成为四川盆地的后备勘探领域和接替层系。

前人对洗象池组的研究主要集中在层序地层、岩相古地理与储层主控因素等方面[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]。李伟等[6]、贾鹏等[7, 8]基于碳同位素与INPEFA测井旋回分析, 结合电性、岩性数据, 多手段融合, 将四川盆地洗象池组划分为4个三级层序, 厘定了盆地内各分区间的层序地层对应关系, 认为川中地区层序地层发育不完整, 川东地区层序地层发育完整且厚度较大。李伟等[9]、赵爱卫[10]、井攀等[11]、刘鑫等[12]的研究认为, 四川盆地洗象池组自西向东发育混积潮坪、局限— 半局限台地、台地边缘与斜坡— 盆地相, 其中混积潮坪相主要发育于川西北与川西南地区, 局限— 半局限台地相发育于四川盆地大部与滇黔北、鄂西— 渝东地区, 东北部城口— 鄂西与永顺— 大庸地区则相变为环状台缘带, 再向广海一侧东北与西南部过渡为半深海斜坡和深海盆地相。关于洗象池组储层的主控因素, 前人的研究成果认为主要是受沉积相与古地理的约束, 以颗粒滩相云岩为主[13, 14, 15], 而对于岩溶作用的研究则较少, 仅有少数学者做了定性的阐述[15, 16], 尤其是针对加里东末期岩溶作用的范围与强度, 鲜有报道。实践证明, 礁滩相岩溶储层在碳酸盐岩油气勘探中具有重要地位, 已经取得了一系列良好的油气勘探效果[17, 18, 19, 20]。为了给确定该区洗象池组下一步的油气勘探方向和目标提供参考, 笔者基于露头、岩心、薄片观察等资料, 充分利用钻井资料将地质与地震相结合, 对川中地区加里东末期洗象池组岩溶作用进行了深入研究, 厘定了岩溶不整合面的影响范围, 建立了加里东末期洗象池组岩溶储层发育模式, 预测了滩相岩溶储层的有利发育区, 指出了天然气勘探有利区。

1 地质背景

四川盆地洗象池组岩性以浅灰色、灰色、灰黄色白云岩、泥质云岩为主, 局部含砂质, 夹角砾状云岩、鲕粒云岩及硅质条带或结核, 连续沉积于中寒武统高台组之上, 与上覆奥陶系为平行不整合接触。受加里东古隆起影响, 呈现西北高、东南低的沉积格局, 地层西北薄、东南厚[15]。在盆地西北部旺苍、广元等地区和龙门山前缘一带缺失, 威远— 龙女寺一带厚度介于100~200 m, 合川— 广安一带厚度介于300~400 m, 重庆地区为盆地内沉积中心, 厚度可达800 m, 至盆地东南边缘石柱、南川一带厚度介于600~700 m, 向东地层厚度继续增大, 到盆地东部秀山— 永顺地区甚至超过1 000 m(图1)。

图1 四川盆地洗象池组地层厚度分布图

洗象池沉积期, 整个盆地位于局限台地的内部, 为镶边台地沉积环境, 总体具有西陆东海的沉积背景。从沉积演化上看, 洗象池组沉积继承了龙王庙期和高台期的古地理格局, 早期发生了快速的大规模海侵, 盆地内蒸发浓缩的封闭沉积环境变为开放— 半开放环境, 梁平— 重庆地区从膏质潟湖沉积, 转变为台内洼地沉积。台洼两侧古地貌较高, 水体能量强, 发育合川— 广安与南川— 石柱两条高能颗粒滩带, 而台洼区水体能量较低, 岩性较致密, 以泥晶云岩为主。

2 洗象池组岩溶储层特征

大量露头、岩心的观察与薄片的鉴定结果表明, 洗象池组储层岩性以颗粒云岩、晶粒云岩为主, 孔隙的主要类型有溶蚀孔洞、粒间孔、晶间孔与裂缝(图2)。溶蚀孔洞是洗象池组最主要的储集空间(图2-a), 受准同生溶蚀、表生岩溶和埋藏溶蚀作用的多重影响, 溶蚀孔洞的洞径一般超过2 mm, 最大可达12 mm。粒间孔与晶间孔为次要储集空间, 镜下多见残余粒间孔、扩溶孔(图2-b~d), 常呈多边形, 杂乱分布。裂缝为另一类较为重要的储集空间(图2-e、f), 包括因埋藏溶蚀与构造破裂作用形成对的构造缝、溶蚀缝。构造缝发育受构造部位和断层控制, 多见溶蚀缝伴随酸性流体的溶蚀作用, 可见裂缝相互交叉, 并连接孔隙, 提高了先期孔洞的沟通能力, 有利于储层物性的改造[11]

图2 洗象池组储层储集空间类型照片

对四川盆地典型取心井与野外露头1 554个柱塞样品测试结果表明, 孔隙度介于0~19.18%, 平均值为3.46%, 储层孔隙度集中分布在2%~5%; 1 402个物性数据揭示渗透率介于1.00× 10– 6~419.00 mD, 平均值为0.99 mD。林怡等[14]通过对全盆地样品孔渗关系的分析结果表明, 洗象池组储层具有双重介质特征, 孔渗关系的相关性不好, 具有明显的裂缝参与渗流, 储层类型为裂缝— 孔隙型。

钻井、野外露头剖面及测井解释综合分析结果表明, 洗象池组颗粒滩主要发育在地层的中上部。受海平面变化控制, 颗粒滩纵向上薄、厚层叠置, 横向迁移频繁, 累计最大可达百米。

3 洗象池组剥蚀带的分布

威寒101、合12、安平1、广探2等井的岩心观察表明, 洗象池组遭受岩溶改造作用明显, 钻井成像测井上发育裂缝— 孔洞型储层, 地震剖面上存在明显的削截特征(图3), 揭示洗象池组顶部发育岩溶不整合。但是前人对洗象池组剥蚀带分布特征的研究鲜有报道。为此, 笔者利用钻井与地震资料, 采用井震结合的方法对川中地区洗象池组剥蚀带进行了识别与刻画。

图3 洗象池组地层尖灭线地震剖面图

研究结果表明, 洗象池组剥蚀带(即洗象池组遭受剥蚀, 但未剥蚀殆尽, 仍有残存地层的区域)沿乐山— 龙女寺古隆起呈环状展布, 在川中地区表现为中部宽、南北两侧窄的特征。遂宁— 龙女寺— 南充地区, 洗象池组剥蚀带宽度介于20~50 km, 南充以北、磨溪以南安岳— 资中地区剥蚀窗口变窄, 宽度小于20 km, 其中磨溪13井— 磨溪21井区剥蚀带最窄, 宽度仅为6 km。在加里东末期处于剥蚀带区域的洗象池组地层直接暴露地表, 受大气淡水与风化作用改造强烈, 原有储集空间扩溶, 是形成优质储层的有利区, 研究区内洗象池组剥蚀带的面积可达4 700 km2(图4)。

图4 川中地区洗象池组剥蚀带分布图

4 洗象池组储层发育模式

洗象池组储层的形成与分布主要受控于沉积相, 少许作者提及后期表生岩溶对储层的改造作用, 对于前者笔者已在本文参考文献[13]与[21]作了详细论述。因此本次笔者主要针对加里东末期风化壳岩溶作用进行探讨。

加里东末期构造运动强烈, 地层抬升并遭受剥蚀, 致使四川盆地西部洗象池组大面积缺失或直接出露, 与上覆地层之间发育明显的角度不整合, 形成大型构造不整合面岩溶风化壳[22]。该期岩溶从中志留世一直持续到二叠纪, 约120 Ma[23], 形成层间不平整的剥蚀或溶解面、溶解裂隙及与之连通的岩溶洞穴等风化壳古岩溶[24]。广探2、南充1、磨溪23等井成像测井中可见岩溶特征, 成像图上见明显裂缝和暗色斑状的溶蚀孔洞发育(图5), 合12、广探2等井的岩心和薄片中皆发育溶蚀孔洞(图2), 局部可见溶塌角砾岩及碎屑岩和垮塌物充填。

图5 洗象池组裂缝— 孔洞型储层成像测井特征图

图6为川中地区洗象池组加里东末期滩相岩溶发育模式, 依据古地貌背景, 可划分为地层缺失区、暴露剥蚀区与埋藏区。

图6 川中地区加里东末期洗象池组岩溶储层发育模式图

缺失区内洗象池组被剥蚀殆尽, 高台组或下寒武统直接出露地表遭受风化剥蚀, 并被后期沉积的二叠系所覆盖, 呈角度不整合接触, 如磨溪117井。

在暴露剥蚀区, 洗象池组出露地表, 并遭受大气淡水淋滤。该区受垂直渗流与水平潜流双重影响, 表生岩溶和氧化作用强烈, 产生溶沟、溶缝及溶洞。需要说明的是, 洗象池组颗粒滩主要发育在其中上段, 当靠近洗象池尖灭线附近时, 地层剥蚀量大, 导致较好的滩相储层的物质基础丧失, 虽然岩溶作用强烈, 但改造作用极其有限, 储层欠发育, 如磨溪27井, 洗象池组残余厚度仅为55.7 m, 测井解释无储层。靠近奥陶系尖灭线附近时, 洗象池组剥蚀量有限, 滩相储集体保留较好, 为后期有效的岩溶改造奠定了物质基础, 如磨溪107井, 地层残余厚度为83.5 m, 储层厚度为12.0 m。

埋藏区洗象池组未遭受加里东末期的剥蚀作用, 地层保留完整, 分布于磨溪18、宝龙1、磨溪23、南充1等井以东地区(图4)。埋藏区以顺层岩溶作用为主, 岩心可见不规则溶孔溶洞发育(图2-a)。此区地层厚度较大, 储层厚, 滩相储层叠加后期岩溶改造作用可形成滩相孔隙型白云岩优质储层, 如高石16井测井解释储层厚度为27.4 m, 合12井储层厚度为35.3 m, 位于同一区域的广探2井是洗象池组目前钻遇储层最好的探井, 储层厚度为43.9 m。

另外, 川中地区受郁南运动的影响, 洗象池组与奥陶系多以平行不整合接触关系为主[25, 26]。由于此次运动造成的暴露时间较短, 岩溶作用所形成的溶蚀孔洞以小的弥散状溶孔为主[22], 加里东末期风化壳岩溶作用在郁南运动基础上对洗象池组储层进行了再次改造。

5 有利油气勘探区带综合评价
5.1 有利滩相岩溶储层预测

地震上, 洗象池组滩相储集体的反射特征为断续、中强波峰。利用二、三维地震资料, 结合已钻井及测井资料, 对洗象池组滩相储集体进行了刻画, 结果表明(图7), 洗象池组滩相储集体主要分布在西充— 广安— 潼南地区, 面积共5 000 km2。西充— 广安— 潼南地区位于暴露剥蚀区至埋藏区, 岩溶作用强烈, 可有效地改善洗象池组滩相储集体物性, 为滩相岩溶储层最有利区, 发育两种类型储层:一种是滩相叠加表生岩溶型储层, 位于暴露剥蚀区靠近奥陶系尖灭线附近; 另一种是滩相叠加顺层岩溶型储层, 位于奥陶系尖灭线东侧的埋藏区(图7)。

图7 川中地区洗象池组天然气勘探有利区带评价图

5.2 有利区带评价

洗象池期, 川中地区处于梁平— 重庆台洼的西侧, 在乐山— 龙女寺古隆起的背景下, 古地貌相对较高, 为颗粒滩相有利发育区。志留纪加里东最后一幕运动使得四川盆地乐山— 龙女寺古隆起整体抬升剥蚀, 在暴露区与埋藏区易发生表生岩溶与顺层岩溶作用, 形成溶蚀孔洞及构造裂缝, 为岩溶储层的有利发育区。多口钻井揭示洗象池组剥蚀带附近含气性好, 录井显示活跃, 南充1井、高石16、磨溪23、宝龙1等4口井测试获得工业气流, 表明洗象池组具备良好的天然气勘探潜力。

川中古隆起北斜坡西充— 广安地区洗象池组滩体规模大, 岩溶作用强, 发育滩相叠加表生岩溶型与滩相叠加顺层岩溶型两类储层。该区毗邻筇竹寺组生烃中心, 且通源断裂发育, 可有效沟通烃源岩, 形成构造背景下的地层岩性气藏, 有利勘探面积3 000 km2, 可作为洗象池组滩相岩溶储层的有利勘探目标。

6 结论

1)洗象池组滩相岩溶储层岩性以颗粒云岩、晶粒云岩为主, 储集空间主要为溶蚀孔洞、粒间孔、晶间孔与裂缝, 平均孔隙度为3.46%, 平均渗透率为0.99 mD, 为低孔低渗裂缝— 孔隙型储层。

2)川中地区洗象池组剥蚀带中部宽、两侧窄呈环状展布, 剥蚀带宽度介于6~50 km, 面积为4 700 km2

3)加里东末期地层抬升剥蚀, 发生强烈的风化壳岩溶作用, 发育两种储层, 其中暴露剥蚀区发育滩相叠加表生岩溶型储层, 埋藏区发育滩相叠加顺层岩溶型储层, 西充— 广安— 潼南地区为滩相岩溶储层最有利区, 面积为5 000 km2

4)西充— 广安地区毗邻筇竹寺组生烃中心, 且通源断裂发育, 洗象池组滩体规模大, 岩溶作用强, 易形成滩相叠加岩溶作用的有效规模储集体, 可作为洗象池组下一步天然气勘探的有利目标。

编 辑 陈古明

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