川东北地区长组川东北地区台地边缘礁、滩气藏沉积与储层特征

川东北地区长组川东北地区台地边缘礁、滩气藏沉积与储层特征

四川盆地东北部二桂兴二桂关-三桂关初步发育于平台边缘的生物海滩。1995年至2000年，在渡口河、罗家寨、铁山飞仙关气藏以及宣汉龙洞古气藏等地发现了大量古气藏。2003年，在长兴群、飞仙关群和普光台海岸群的大型气田中发现了长兴群、元水库、龙川等长兴群——飞仙关群的大型气田。围绕开江-梁平芦棚区的两侧，长兴群-飞仙关群的油气勘探正在迅速发展。本文以普光、元坝等几个重要台地边缘油气藏为主要研究对象,在层序地层等时格架建立及对比基础上,对川东北地区普光—高峰场—铁厂河(以普光为重点)、元坝—龙岗(以元坝为重点)以及城口—鄂西深水陆棚西侧宣汉盘龙洞—见天坝(以盘龙洞为重点)三个台地边缘礁滩带开展了沉积储层综合对比研究,从区域性角度探讨了不同台缘礁滩带空间分布、沉积演化的差异性,以及储层的发育特征与受控因素。1储层气藏类型及特征川东北地区主要位于四川盆地营山—开江以北区域,处于上扬子板块北部边缘。四川盆地前震旦纪形成基底后,先后经历了晋宁、加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等多期构造运动。受印支运动及中晚燕山和喜山运动影响,形成了川东北地区现今的米仓山前缘冲断带、大巴山前缘推覆带、川中低缓构造带、通南巴构造带和宣汉—达县断褶带等5个一级构造单元(图1)。晚二叠世长兴期和早三叠世飞仙关期发育碳酸盐岩台地,环开江—梁平陆棚区发育台缘带,已发现了多个以油型气为主的大—中型气田,如普光、罗家寨、渡口河、金珠坪、云安场、高峰场、元坝及龙岗等气藏(古油藏)(图1)。其中,普光气田主要位于宣汉—达县断褶带上,构造挤压强;元坝气田位于川中低缓构造带,构造变形弱。沉积相带上,气藏主要位于环开江—梁平陆棚东西两侧的碳酸盐岩台地边缘带,主要为孔隙型和孔隙-裂缝型及裂缝型储层。不同部位气藏类型及特征具有明显差异性。陆棚东侧的普光、罗家寨、铁山坡等气藏受礁滩岩性体与背斜构造双重因素控制,陆棚西侧的元坝和龙岗等气藏主要受大型平缓斜坡上的礁滩相岩性圈闭控制。天然气中烃类气体主要以甲烷为主,乙烷等一般小于1%。不同地区天然气中非烃气体具有明显差异性,在以裂缝为主的气藏(如通南巴)中H2S与CO2较少,大多低于5%,其中H2S多数低于1%;而孔隙型为主的气藏(如普光和元坝)中H2S和CO2含量基本在10%之上,其中H2S多在5%以上。宣汉盘龙洞剖面长兴组生物礁孔隙型储层内沥青中硫含量也非常高,这与TSR反应具有一定的相关性。N2含量在两类储层气藏天然气中也存在差别,孔隙型气藏中N2含量相对较低,多数低于2%。孔隙-裂缝气藏天然气中N2含量高一些,多数高于2%。此外,普光和元坝构造带飞仙关、长兴组孔隙型为主的气藏中,储层孔洞内普遍见及大量沥青充填物,总体表现为常压天然气藏。而在通南巴和普光地区东岳寨、清溪场、双庙场及毛坝1、2井区孔隙-裂缝气藏中,沥青很少见,压力系数在1.45～2.28,为超压气藏。2长兴-飞仙关关层序层及沉积特征2.1层序不同时代的演化晚二叠世吴家坪—早三叠世飞仙关期,川东北地区发生了一次大的海侵—海退变化,形成了一个完整的二级层序单元。在该二级层序单元中主要发育4种层序界面:局部暴露层序不整合面、海侵上超层序不整合面、水下沉积间断层序不整合面和岩性岩相转换界面。其中局部暴露层序界面多发育于飞仙关期,海侵上超层序不整合面主要形成于晚二叠世晚期—早三叠世早期,由于海平面的快速上升,使得盆地相页岩、硅质页岩不断向深缓坡相灰岩海侵上超,水下沉积间断层序不整合面主要发育在晚二叠世长兴期。根据层序界面发育特征,可进一步将上二叠统长兴组—下三叠统飞仙关组划分为4个三级层序(图2、3),其中上二叠统长兴组发育2个三级层序(SQ1和SQ2)、下三叠统飞仙关组发育2个三级层序(SQ3和SQ4),每个层序界面均属Ⅱ型层序界面。4个层序内部均由两个体系域构成,即海侵体系域和高位体系域。每个层序内部的高频单元(四级和五级单元)构成在不同台缘带差异明显,长兴期元坝—龙岗台缘礁滩带和宣汉盘龙洞—见天坝台缘礁滩带主要由进积生长的高频单元构成,而高峰场—普光—铁厂河的礁滩带则由垂向加积生长的高频单元构成;飞仙关期的各台缘鲕粒滩带高频单元继承了长兴期进积和加积特点,但在高位期这种进积和加积单元的构成差异更加明显。2.2不同台缘带沉积特征川东北地区长兴期—飞仙关期不同台缘带礁滩体系的演化具有一定的相似性,具有向上水体变浅的特点,长兴期主要表现为由深水陆棚向台缘斜坡—台地边缘礁演化的特点,飞仙关期则主要反映出由开阔台地—台地边缘滩—开阔台地—局限台地—蒸发台地的演化特点(图2、3)。总体上飞二晚期—飞三段早中期开江—梁平陆棚逐渐由西向东充填并变浅,导致元坝—龙岗与铁厂河—普光—高峰场两个台缘带逐渐合并,并演化为台内的开阔台地沉积。在上述背景下,不同台缘带沉积与演化特征具有一定差异性。元坝—龙岗台地边缘带长兴期总体坡度较缓,礁滩带迁移进积明显,早期滩相发育,晚期礁滩互层,横向上礁、礁前和礁后滩亚相均有不同程度的发育;铁厂河—普光—高峰场台缘带长兴期台地边缘坡度较陡,早滩晚礁、高位晚期暴露礁的发育是其主要特点(图2),生物礁厚度大,礁滩互层不明显,以加积礁为主,滩不发育,礁盖为良好的白云岩储层,该带横向上仍然为前礁后滩结构,但礁后滩相带相对较窄。飞仙关期总体继承了长兴期格局,但陆棚两侧台地边缘沉积差异更明显,元坝—龙岗台缘带飞仙关早期,台缘斜坡带宽,且坡度相对较缓,台缘及斜坡带具有明显向东北前积迁移的特点,这也导致波浪改造区不断向东和东北方向迁移,这种迁移也造成鲕滩储层分布较宽,但厚度较薄;铁厂河—普光—高峰场台缘带飞仙关期基本继承了长兴期的台缘地貌格局,台缘带以加积结构为主,构造沉降稳定,台缘高能带集中,使得飞二段鲕滩发育且储层厚度大,到飞三段鲕滩带呈现向东迁移特征。需要指出的是,飞仙关期铁厂河—普光—高峰场台缘带飞一段已出现明显的局限环境,而元坝—龙岗台缘带则主要出现在飞三晚期—飞四期。鄂西陆棚西侧宣汉盘龙洞台缘带飞仙关期由飞一段下部陆棚沉积—飞二段台缘鲕滩—飞三段局限台地—飞四的蒸发台地(图4)。该带礁、滩均较发育,其中滩相具有前积特征。3层的特性3.1储层分布及储层发育情况长兴组储层主要为台缘礁滩相(图2、3,图5a、b,图6b,图7a),储层岩性以残余生物礁结晶白云岩(图5a、b,图6b)、生屑白云岩、粉细晶白云岩及生物礁灰岩为主,其次为生屑灰岩,白云岩的发育程度直接决定了礁滩带有利储层的发育程度。飞仙关组主要为台缘鲕滩储层,储层岩性主要为残余鲕粒白云岩(图6a,图7b),其次为粗晶-粉晶白云岩及鲕粒灰岩(图5c、d)等。储层孔隙类型主要为溶孔(晶间溶孔、粒间溶孔、粒内溶孔、鲕模孔、溶洞)、晶间孔、裂缝(裂缝和缝合线),礁滩带总体以孔隙型储层为主,可见裂缝。此外,普光地区及通南巴地区也发育裂缝性储层。不同台缘带长兴组—飞仙关组储层空间分布具有差异性(不包括裂缝)。元坝—龙岗台缘带元坝地区储层分布在长兴组和飞仙关组二段,其中以长兴组中上部生物礁滩相生屑灰岩和生物礁白云岩储层为主,生物礁灰岩物性一般,飞仙关组存在飞二段鲕粒灰岩储层,但物性一般;龙岗地区则以飞二段鲕滩储层为主,可见长兴组储层,兴隆场地区储层主要为长兴组上储层,飞二段可见鲕滩储层。而高峰场—普光—铁厂河台缘带,普光地区储层主要分布在长兴组和飞一—飞三段,其中以飞二段鲕粒或残余鲕粒白云岩和长兴组上部礁滩白云岩为主(以上储层为主),其次为飞一和飞三段鲕粒白云岩,而长兴组的生物礁灰岩及飞仙关组的鲕粒灰岩储层一般;同一台缘带内铁厂河剖面也可见鲕粒及长兴组生物礁储层;高峰场主要为长兴组上储层,飞仙关组也可见鲕滩储层,该区储层主要为孔隙-裂缝型。宣汉盘龙洞和见天坝长兴组生物礁及鸡唱露头的飞二段鲕滩储层均较发育。储层岩性及发育规模也具有差异性,长兴组高峰场—普光—铁厂河台缘带的普光地区礁滩带发育礁盖白云岩储层,生屑滩储层不发育(图2),储层厚度为50～190m;元坝—龙岗地台缘带的元坝地区台缘滩和台缘礁滩相均发育,储层岩性以生屑白云岩为主,生屑灰岩次之,储层物性较好,储层厚度为60～110m;宣汉盘龙洞台缘带生物礁、滩均发育,且白云岩化较强(图3,图7a)。飞仙关组也具有明显差异,普光台缘带沉积期暴露明显,鲕滩沉积厚度大,白云岩化明显且厚度较大(图2,图6a),飞一—飞二段储层厚度为50～170m,最厚可达300m;元坝地区鲕滩与普光相比总体上沉积暴露不明显,主要以鲕粒灰岩为主(图2,图5c、d),鲕滩分布范围广,但单层厚度薄(图2),储层厚度为0～30m;龙岗地区飞仙关组储层发育飞一—飞二段鲕滩厚度可达100m,飞三段鲕滩较少,可达到20m,这也反映了相同台缘带不同部位储层发育具有一定差异性特点。宣汉鸡唱露头区飞仙关组鲕滩发育,且厚度大,并具有明显的暴露特征,飞二段鲕滩厚度可达140m,其中鲕粒和残余鲕粒白云岩厚度可达100m。3.2滩储层孔隙度不同台缘带储层物性具有明显的空间分布差异性(表1):开江—梁平陆棚东侧的高峰场—普光—铁厂河陡缓坡台缘带的储层物性明显好于西侧的元坝—龙岗缓坡台缘带,长兴组的礁滩储层平均孔隙度可高出3%,而平均渗透率可高出35×10-3μm2;飞仙关组的鲕滩储层平均孔隙度可高出5%,而平均渗透率高出60×10-3μm2。在同一台缘带上,长兴组的礁滩储层和飞仙关组的鲕滩储层物性也明显不同,元坝—龙岗缓坡台缘带长兴组礁滩储层物性要优于飞仙关组的鲕滩储层,而高峰场—普光—铁厂河陡缓坡台缘带飞仙关组的鲕滩储层物性明显优于长兴组礁滩储层,宣汉盘龙洞—见天坝台缘礁滩带各组中储层均发育较好。3.3平台不同台缘带白云岩储层川东北地区长兴组—飞仙关组台缘礁、滩带受多期构造运动影响,成岩作用也具有多期次和多类型的特点,可识别出白云岩化(图5a、b,图6a)、重结晶(图5a)、破裂(图5b、c)、溶蚀(图5,图6)、泥晶化、胶结、压实和压溶等储层成岩作用类型,其中白云岩化、溶蚀、破裂及重结晶等是该区主要的建设性成岩作用类型。不同台缘带建设性成岩作用类型及作用程度具有差异性。白云岩化强度与台缘带的准同生期暴露具有明显的相关性。长兴组各台缘带白云岩分布层位及发育程度具有相似性,主要发育在长二段中上部易于暴露的生物礁盖处。飞仙关组不同台缘带白云岩发育程度具有明显差异性,高峰场—普光—铁厂河台缘带的白云岩优于元坝—龙岗台缘带,且厚度大。不同台缘带溶蚀作用期次和强度不同,高峰场—普光—铁厂河台缘带普光地区长兴组—飞仙关组溶蚀作用强,可至少划分出印支期早成岩阶段、燕山期早成岩阶段中埋成岩环境、燕山晚期或喜山早期晚成岩阶段深埋成岩环境及喜山期晚成岩阶段深埋成岩环境等四期溶蚀。元坝—龙岗台缘带的元坝地区长兴组—飞仙关组溶蚀作用较弱,可识别出印支期早成岩阶段浅埋环境、燕山期早成岩阶段中埋成岩环境及喜山期晚成岩阶段深埋成岩环境等三期溶蚀,溶蚀作用较高峰场—普光—铁厂河台缘带弱。各期溶蚀作用中,燕山晚期或喜山早期的溶蚀作用对储层的形成至关重要。由于受后期构造活动影响的强弱不同,普光和元坝两地区在破裂强度和期次上具有明显区别。普光地区受大巴山推覆带挤压影响,破裂作用较强,可识别出五期破裂作用。元坝地区由于区域构造活动影响较弱,破裂作用相对微弱,主要发育三期裂缝。长兴组—飞仙关组不同台缘带储层的主要建设性成岩作用类型构成不同。长兴组高峰场—普光—铁厂河和元坝—龙岗及宣汉盘龙洞等台缘生物礁滩储层建设性成岩作用类型相似,包括白云岩化、溶蚀、破裂及重结晶等,白云岩化和溶蚀作用对储层贡献较大,但普光地区破裂作用和重结晶作用较元坝地区更普遍;宣汉盘龙洞台缘带对储层贡献最大的成岩作用类型是白云石化和溶蚀作用。飞仙关组普光地区白云岩化作用强,受后期构造活动影响,埋藏期破裂作用和溶蚀作用较强,三者是该区主要的建设性成岩作用;元坝地区白云岩化作用不发育,且埋藏期的破裂作用较弱,主要以溶蚀作用为主;宣汉盘龙洞台缘带的鸡唱露头区主要以白云岩化和重结晶等建设性成岩作用为主。4沉积和储存层发育的控制因素4.1地貌对储层的控制作用川东北地区长兴组—飞仙关组台缘带礁滩沉积及储层的发育明显受古地貌控制(图8),台缘带不同的地貌形成了不同的沉积结构,并最终导致了储层发育特征的差异。长兴期高峰场—普光—铁厂河台缘带和元坝—龙岗台缘带总体具有对称性,开江—梁平陆棚两侧台缘带地貌相近,台缘的坡度较缓,且具有向上变陡特点,到长兴末期普光地区地貌坡度可达23°(普光),铁山地区达到5.2°,龙岗地区的生物礁发育区可达43.7°,无礁区可达13.5°。长兴组台缘带地貌对沉积和储层的控制主要体现在两个方面,其一,台缘地貌高带是生物礁、滩发育区,地貌坡度较陡的部位一般生物礁发育,礁的厚度大、顶部白云岩化较强(图2),是较好的储层发育区;其二,台缘地貌的稳定性影响到生物礁滩组合特征,元坝地区台缘带地貌具有明显迁移特征,这种迁移形成了多排礁滩带,并且礁滩互层叠置现象明显,而普光地区台缘地貌稳定,迁移不明显,以生物礁的垂向生长为主,礁滩互层不发育。飞仙关组各台缘带地貌形态分异明显。高峰场—普光—铁厂河台缘带总体坡度大,坡度在15°左右,最大可达20°,而元坝—龙岗台缘带总体斜坡宽、坡度小,在8°左右,并且向上逐渐变小,宣汉盘龙洞台缘带飞仙关组台缘斜坡坡度至少大于6°,甚至大于11°。飞仙关组地貌对储层的控制也具有两个特点,其一,坡度陡的部位鲕滩发育、易暴露,白云岩化程度高,如普光地区准同生暴露明显,而坡度缓的元坝—龙岗地区鲕滩发育程度低,且暴露不明显,宣汉盘龙洞台缘带地貌坡度介于两者之间,形成的鲕滩储层在厚度和暴露程度介于两者之间;其二,台缘带地貌迁移变化对鲕滩储层分布具有明显影响,总体上,普光加积型台缘带,鲕滩带集中,以垂向加积为主,易于暴露,具有储层厚度大、白云岩化及重结晶强的特点(图2,图6a),而元坝—龙岗地区台缘地貌前积迁移明显,高能带的迁移使得鲕滩分布范围宽但厚度薄,且不易于暴露,白云岩化及重结晶作用弱(图2,图5c、d),储层总体不发育。研究区台缘带地貌空间展布受海西期东吴运动的影响,是在西南高、东北低的地貌背景下,与峨眉山玄武岩喷发相关联的挠曲或裂陷。4.2川东北白云岩储层特征川东北地区长兴组和飞仙关组台缘礁滩带储层岩性以各类白云岩为主,白云岩化作用对长兴组—飞仙关组储层的形成和发育起到了至关重要的作用。前人认为,从沉积学角度上,形成优质储层必须具备两个条件:其一必须要滩坝等高能环境;其二是必须是白云岩化。川东北地区白云岩成层性好,且主要分布在高位体系域的台缘礁、滩带,主要以沉积型为主,其次为埋藏成因。本区白云岩从岩石结构及其组合上主要可分为3大类:泥粉晶白云岩、颗粒白云岩及结晶(中、粗晶)白云岩。优质储层主要为飞仙关组鲕粒白云岩、生物礁白云岩及中粗晶白云岩,后两者为主要储集岩。白云岩在深埋条件下很容易重结晶,进而提高储层的孔渗性,同时,在相同温度和压力的地质条件下,白云石较方解石更易受深部流体影响而被溶蚀并形成次生孔隙,也使得白云岩在埋藏条件下较灰岩更易于溶解。4.3储层主体的填充埋藏期成岩作用对储层具有重要的影响。早期形成的孔隙很容易被充填,而现今深埋条件下保存下来的储层主体上是埋藏期形成的。除胶结作用、压溶作用对储层起破坏性作用外,埋藏期的白云岩化、溶蚀及破裂等成岩作用对储层的形成和改造均起到了重要的建设性作用。4.3.1埋液活动的差异对溶蚀的影响溶蚀作用作为研究区主要的建设性成岩作用类型,受埋藏流体活动影响明显。(1)tsr反应对储层的影响川东北地区的气藏大部分属于高含硫的酸性孔隙型气藏,H2S含量高。而H2S和CO2被认为是深埋藏条件下碳酸盐最为重要的溶解介质。多数学者认为川东北地区非烃气体H2S与CO2都是硫酸盐热化学还原反应的产物(TSR)的产物。TSR反应对储层具有重要影响,其一,反应过程中CaSO4溶解,产生的CO2和H2S引发的溶蚀会使总孔隙度增加;其二,反应过程中碳酸盐岩自生矿物、单质硫和硫化物的形成则会使孔隙度减小,这些过程共同控制了孔隙的发育。前已述及,不同地区天然气非烃类成分中H2S与CO2存在明显差异性,裂缝性气藏中含量较低,而在孔隙型气藏中的含量较高。产生这种差异与储层的流通性具有一定的相关性。TSR反应需不断有溶解态的硫酸盐供给才能持续进行。孔隙型储层空间分布广,连通性好,且白云岩化作用较强,白云岩化过程中卤水的渗入提供了大量的SO2−442-离子,而裂缝型储层流体横向流动受限,白云岩化作用不强。(2)发育层位受限除TSR反应外,还可在普光地区见及热流体活动,如飞一段发育的一套糖粒状白云岩具有发育层位局限与断裂带关系明显,包裹体均一温度最高可达180℃,氧同位素值较低。普光、元坝地区可见到天青石、萤石等中低温热液矿物,这主要与断裂的发育有关,断裂是深部热流体向上运移的主要途径。热流体活动可以产生热也可产生白云岩化作用或溶蚀,进而改善储层物性。(3)含教学护助剂的沥青油气的充注对油气储层的改善也是一个非常重要的影响因素。首先,油气在运移充注过程中携带大量的有机酸,会对储层起到溶蚀作用。在深埋条件下,虽然有机酸已不是碳酸盐的主要溶解介质,但古油藏残余的沥青对储层具有很好的保护作用,能很好地抑制孔隙内晶体生长及充填。研究区古油藏普遍,残余沥青保存的孔隙空间普遍。4.3.2不同地区台缘礁滩、滩、板、板、底破裂作用对碳酸盐岩储层具有重要的建设性作用,破裂作用可以形成裂缝性储层,也可以改善原有孔隙型储层的渗透性。同时,断裂是重要的流体运移通道,一些溶蚀性流体(包括了深部热流体在内)可以通过断裂运移输导来扩大储层溶蚀范围,或形成新的溶蚀储集空间。前已述及,不同地区破裂作用的期次及强度具有明显差异性,受大巴山冲断带和川东构造带的叠加影响,普光地区长兴组—飞仙关组台缘礁滩白云岩带处于构造高带,发生了五期破裂作用,而这种破裂带有利于埋藏流体对白云岩储层进一步溶蚀改造;而元坝地区从晚燕山期以来埋深明显大于普光,处于构造斜坡带裂缝相对较少或不发育,埋藏期溶蚀性流体改造弱。加之准同生期白云岩化的差异,使得普光地区长兴组—飞仙关组储层物性明显好于元坝地区。以上分析揭示川东北地区不同台缘礁滩带储层发育受多种因素控制,并且各种因素相辅相成,首先,不同台缘礁、滩的准同生期白云岩化作用至关重要,在此基础上,叠置埋藏期的构造运动导致的破裂作用及相应的深部流体(热流体、油气以及H2S和CO2等)活动产生的溶蚀作用最终控制了有利的储层发育部位。如普光地区飞仙关组叠置了上述主要的建设性成岩作用,发育了最优质的储层。5台缘礁滩和断裂通过长兴组—飞仙关组台缘礁滩带沉积和储层对比研究,结合已发现的气藏特点和新近勘探进展,大巴山前缘镇巴铁溪—万源、米仓山前缘南江东部林场—通南巴构造带东部的黑池梁是长兴组—飞仙关组台缘礁滩相勘探有利地区。大巴山前缘镇巴铁溪—万源地区处于宣汉盘龙洞—见天坝台缘礁滩带,该台缘带盘龙洞剖面长兴组生物礁发育(图4),鸡唱露头区飞仙关组鲕滩发育,且具有准同生暴露特征,两套储层均具有厚度大和白云岩化强的特点,加之镇巴地区位于大巴山推覆带(图1),较强的构造作用易于形成断裂带,而断裂与台缘礁滩白云岩的叠合有利于形成较好的孔隙-裂缝型储层。南江地区处于高峰场—普光—铁厂河台缘带一侧,该区具有与普光类似的沉积及成藏演化背景,铁