四川盆地奧陶系儲層發育特征與勘探潛力

郭彤樓

(中國石化勘探南方分公司，四川成都610041)

2011年以來，四川盆地在龍王廟組顆粒灘白云巖取得重大突破，發現了磨溪龍王廟組大氣田［1－2］。這是繼嘉陵江組之后又一個臺內灘相領域的大發現。由此，除奧陶系之外，從震旦系到侏羅系都取得了商業性發現。在川中威遠、磨溪和盆地周緣有大量鉆井鉆遇奧陶系，僅在川西北的河深1井、川中女基井和川東南東深1井分別試獲1.88×104，3.6×104和21.97×104m3/d油氣［3］，但都未能展開勘探發現規模儲量。本文從野外露頭、鉆井和地震資料出發，提出在四川盆地及鄰區下奧陶統存在局部高能灘相發育區。根據其他層系灘相儲層發育特點，認為灘相異常體有利于早期白云巖化和巖溶發育，是有利的勘探目標，有望實現奧陶系勘探的重大突破。

1 奧陶紀地層特征

早奧陶世，四川盆地屬于被動大陸邊緣，跨越臺地、臺地邊緣斜坡及盆地等相區，自西向東碎屑巖減少，碳酸鹽巖增加。以桐梓組為例，盆地外的貴州省桐梓縣南紅花園附近為桐梓組命名地，前人根據露頭資料表現的巖性組合特征劃分為同期異相的桐梓組、南津關組和分鄉組，其他各組也有類似現象［4－5］。本文研究重點為四川盆地中南部地區，依據丁山1井、東深1井和建深1井實鉆資料。奧陶系分為下奧陶統桐梓組、紅花園組、湄潭組和牯牛潭組，中奧陶統十字鋪組和寶塔組以及上奧陶統澗草溝組和五峰組。奧陶系與下伏上寒武統洗象池組及上覆下志留統龍馬溪組皆為整合接觸，其內部各組也為整合接觸(表1)。

奧陶系的巖性組合大體可以分為4套:上奧陶統五峰組灰黑色粉砂質泥(頁)巖可與下志留統龍馬溪組劃作一套泥頁巖組合;上奧陶統澗草溝組、中奧陶統寶塔組和十字鋪組與下奧陶統牯牛潭組為一套淺灰色生屑灰巖、泥灰巖組合;下奧陶統湄潭組為一套粉砂質泥巖夾石英砂巖、灰色泥巖組合;而下奧陶統紅花園組和桐梓組為一套鮞粒灰巖、生屑灰巖、砂屑灰巖、灰質白云巖組合。這4套組合與盆地內東深1井、合12井和池7井奧陶系巖性組合特征基本相當，除五峰組外，主要表現為局限臺地－開闊臺地沉積(圖1)。

表1 四川盆地中南部地區丁山1井奧陶系地層簡表Table 1 stratigraphic profile of the Ordovician in well Dingshan-1 of central and southern Sichuan Basin

圖1 四川盆地奧陶紀桐梓期和紅花園期沉積相(據文獻［6］，有刪減)Fig.1 Sedimentary facies of the Tongzi and Honghuayuan Formations in the Ordovician of Sichuan Basin［6］

2 灘相異常體地質與地震反射特征

四川盆地在寒武系龍王廟組和三疊系飛仙關組、嘉陵江組、雷口坡組都有大、中型氣田發現，主要為一套臺地相碳酸鹽巖和蒸發巖沉積，儲層為顆粒灘相砂屑白云巖、鮞粒灰巖等。奧陶系與上述地層相比，是否具備形成顆粒灘的沉積條件，是奧陶系能否成藏的關鍵。本文根據前人對區域露頭資料的分析和幾口重點鉆井、地震剖面的分析，提出下奧陶統具備形成顆粒灘的地質條件，并在地震剖面上發現了丘狀異常體。

2.1 早奧陶世為局限臺地－開闊臺地沉積

桐梓組和紅花園組沉積期，上揚子碳酸鹽巖臺地繼承了晚寒武世的碳酸鹽巖臺地格局，其面積和形狀均變化不大，僅西部邊界向東有所收縮，四川盆地西部為濱岸－潮坪相、東部為局限臺地相，鄂西和渝東地區為開闊臺地相(圖1)。馮增昭［7］主要依據露頭資料在揚子地臺早奧陶世劃分出11個灘、7個云坪，如四川盆地東部的城口灘、巫溪灘、武隆－南川灘和貴州的畢節云坪、貴陽云坪等。四川盆地南部座3、陽深2、自深1、東深1、臨7和丁山1等鉆井揭示，桐梓組和紅花園組發育顆粒巖，為碳酸鹽巖臺地內部中、高能環境下形成。合12井下奧陶統下部為碳酸鹽巖與泥頁巖互層;上部為白云質膏巖、鮞粒灰巖、砂屑灰巖、細晶白云巖互層。東深1井下奧陶統下部為白云質膏巖、鮞粒灰巖、砂屑灰巖、細晶白云巖互層，可見膏鹽層;上部則為碳酸鹽巖與泥頁巖互層。而丁山1井下奧陶統桐梓組和紅花園組則以鮞粒灰巖、砂屑灰巖、砂屑白云巖、灰質白云巖等為主，未見泥頁巖和膏巖。因此，在四川盆地中、南部地區早奧陶世局限臺地發育時期，存在類似寒武系龍王廟組的沉積環境，在潟湖周邊高地也會發育顆粒灰巖、白云巖儲層。

2.2 下奧陶統異常體特征

在四川盆地東南部重慶與南川之間，2013年采集完成的二維地震剖面上，連續幾條測線奧陶系底部反射變弱或中斷，志留系底部發射層與奧陶系底部反射層之間地層加厚，具有明顯的底平頂凸的丘狀特征，丘狀隆起兩側地震反射特征、地層厚度基本相當，反映是臺內礁灘異常體，在鄂西地區也可見到同樣的加厚異常，表明非盆內奧陶系的個別現象(圖2)。依據座3和東深1等已鉆井結合露頭資料分析，早奧陶世沉積時期，本區為局限臺地－開闊臺地，東深1井、座3井和丁山1井3口井下奧陶統巖性組合大體一致，紅花園組主要為鮞粒灰巖、白云巖組合，桐梓組和紅花園組之間都是以泥頁巖、灰巖互層過渡到鮞粒灰巖、白云巖，只是在桐梓組略有差異。桐梓組上、下部主要為鮞粒灰巖、白云巖組合，東深1井中部為白云巖夾黑色頁巖、薄層膏鹽;而座3井中部則發育了厚10 m左右的膏鹽(圖3);丁山1井則主要為鮞粒灰巖、白云巖組合，桐梓組頂部和中部有薄層泥巖。因此，判斷是顆粒灘與泥頁巖、膏鹽等地層互層分布形成的臺內灘組合。

圖2 二維地震剖面上的異常體特征Fig.2 Features of anomalies on 2D seismic profiles

圖3 四川盆地座3井下奧陶統地層綜合柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of the Lower Ordovician from well Zuo-3 in Sichuan Basin

3 勘探潛力

在四川盆地這樣一個富氣盆地進行油氣勘探，除盆地邊緣和高陡構造外，尋找儲層是油氣發現的關鍵。奧陶系曾在一些探井試獲工業氣流，之所以未能展開勘探，主要原因是未發現能形成大氣田的規模性儲層。奧陶系是否具有磨溪嘉陵江組和龍王廟組類似的顆粒灘相儲層，是其能否取得規模儲量的關鍵。前文通過對區域沉積相、鉆井和地震相分析，發現在川東南地區存在灘相異常體。下文著重探討奧陶系是否具備有利于成藏的生、儲、蓋組合。

3.1 臺內灘相可形成規模儲層

四川盆地鉆井及周緣露頭區資料顯示，奧陶系碳酸鹽巖儲層普遍致密。以建深1井為例，紅花園組(O1h)地層厚度20.5 m，巖性為灰巖、泥質灰巖，儲層巖性致密，局部砂屑發育，未見孔、縫(圖4a);分鄉組(O1f)地層厚度58.5 m，鮞粒灰巖、泥質灰巖、灰巖厚度34.6 m，儲層巖性致密，局部砂屑及鮞粒發育，未見孔、縫(圖4b);南津關組(O1n)地層厚度116.5 m，主要為白云質灰巖、灰巖和灰質白云巖(其中灰巖類65.1 m，白云巖類40.4 m，砂巖類1.0 m)，儲層巖性致密，未見孔、縫(圖 4c，d)。

但具有相似背景的龍王廟組和嘉陵江組都有好的儲層發育，并探明了大氣田。

四川盆地下寒武統龍王廟組天然氣勘探近期取得重大發現，探明地質儲量4 403.85×108m3的海相碳酸鹽巖氣藏，這是我國迄今發現的單體規模最大的特大型整裝氣藏［1］。龍王廟組主要為一套臺地相碳酸鹽巖和蒸發巖，儲層與顆粒灘相密切相關，顆粒灘的發育受海平面變化和古構造的控制，并圍繞膏鹽湖周緣大面積分布(圖5，圖6)［8－9］。顆粒灘的主要巖性包括顆粒白云巖、晶粒白云巖和斑狀白云巖，顆粒白云巖主要是砂屑白云巖和鮞粒白云巖。

四川盆地另一個臺內灘氣田為磨溪嘉陵江組氣田，主力產層為三疊系嘉陵江組二段(嘉二段)。氣藏勘探始于1979年，于2004年勘探取得突破，至2005年底探明地質儲量為326.59×108m3［8］。磨溪氣田嘉二段儲層沉積期為局限海－蒸發海臺地碳酸鹽巖微相，嘉二2亞段以發育臺內顆粒灘亞相為特征，主要包括灘核及灘緣微相。灘核微相主要由鮞粒灰巖組成，具有顆粒巖累計厚度和單灘體厚度較大的特點，是本期沉積最有利的儲集微相帶。鮞粒灰巖由于準同生期大氣淡水的選擇性溶蝕而形成粒內溶孔和鑄模孔等溶蝕孔隙，局部層段的鮞粒灰巖保存了較多的殘余粒間孔，如磨溪嘉陵江組氣田灘頂常因同沉積期的短暫暴露形成大氣淡水淋溶改造成因的孔隙性儲層(圖6，圖7)。鮞粒灰巖儲層總體以低孔、低滲為主，但局部井段也存在相對高孔段。其孔隙度為0.11% ～26.75%，平均為5.31%［10］。

圖4 四川盆地建深1井奧陶系碳酸鹽巖儲層顯微照片Fig.4 Micrographs of the Ordovician carbonate core samples from well Jianshen-1 in Sichuan Basin

圖5 四川盆地寒武系龍王廟組沉積剖面示意圖［8］Fig.5 Sedimentary profile of the Longwangmiao Formaiton in the Cambrian of Sichuan Basin［8］

圖6 四川盆地磨溪13井嘉陵江組和龍王廟組巖心、薄片顯微照片Fig.6 Micrographs of cores and thin sections from the Jialingjiang and Longwangmiao Formations in well Moxi-13，Sichuan Basin

圖7 四川盆地三疊系嘉陵江組二段鮞粒灘體遷移模式示意圖［10］Fig.7 Diagram showing the migration pattern of the grain beach in

從四川盆地龍王廟組和嘉陵江組儲層的分布來看，儲層都發育在顆粒灘相，都有圍繞膏質潟湖展布的特點。這也為尋找臺內顆粒灘儲層發育區指明了方向，即在碳酸鹽巖臺地內部水下古隆起有利于臺內顆粒灘的生長，可以通過在臺地內尋找古隆起來預測灘相碳酸鹽巖儲層的分布。東深1井和座3井桐梓組中部都連續發育數米膏鹽和膏質白云巖，下部發育泥頁巖、生屑灰巖組合，表現為潟湖－潮坪沉積。桐梓組和紅花園組都發育鮞粒灰巖、白云巖，因此具備發育顆粒灘儲層的條件。中、下奧陶統碳酸鹽巖發育顆粒灘相，樂山－龍女寺地區下奧陶統桐梓組(南津關組、分鄉組)和紅花園組儲層主要為粒屑云巖、鮞粒云巖和晶粒云巖，主要儲集空間類型以粒內溶孔、晶間孔和粒間溶孔組合為主，面孔率約6%［11］。座3井紅花園組灘相灰巖粒屑含量在60%以上，次生溶蝕斑發育，斑中見溶孔，孔隙率6.3%，局部構造裂縫發育。威遠川中古隆起斜坡區發育與巖溶有關的儲層，MS1井南津關組為粒屑云巖儲層，孔隙度為1.05% ～6.33%，平均3.04%，孔隙度大于3%的樣品占總樣品數的40%;滲透率為0.002 84×10－3～6.56 ×10－3μm2，平均0.25 ×10－3μm2。這表明奧陶系尤其是下奧陶統在古地貌高發育的顆粒灘相有可能形成好的儲層，比如在川東南發現的丘狀反射。

3.2 成藏組合

奧陶系總體上以發育碳酸鹽巖組合為主，僅在頂部五峰組發育數米至十幾米的黑色頁巖;但向上與其連續沉積的志留系龍馬溪組則發育大套黑色頁巖層系，厚度可達幾十米。這兩套頁巖既是很好的蓋層，又是很好的烴源巖。長寧—陽深1井—座3井—華鎣山—五科1井一帶為局限臺地灰云坪沉積，主要巖性為泥粉晶白云巖、灰質白云巖和少量介殼灰巖，其中東深1井和座3井等地區沉積了鮞粒灘;南川—利川—巫山等地區為開闊臺地沉積，主要巖性為灰色生屑灰巖、鮞粒灰巖夾白云質灰巖、白云巖及少量頁巖［6］。因此，存在類似磨溪嘉陵江組二段同沉積期短暫暴露因大氣淡水淋溶改造形成孔隙性儲層的可能。

下奧陶統和中、上寒武統之下，發育下寒武統泥頁巖，這是四川盆地主力烴源巖之一，也是威遠氣田的主要氣源［12］。寒武系烴源巖在重慶—南充這一北西向區域的分布，由于缺少可靠的鉆井資料支撐，存在分歧，可能缺失或烴源巖變差，但在盆地其他地區認識基本一致［13－14］。但也有人認為川東南地區不僅存在烴源巖，且厚度和生烴強度都支撐形成大氣田的需要［15］。

奧陶系只有少量探井進行了試氣，多為低產氣流［3］;只有重慶西南部的東深1井試獲較高產量:中奧陶統寶塔組，井深3 497～3 542 m，產氣22×104m3/d;下奧陶統湄潭組頂，測試產氣29×104m3/d，產水33 m3/d。二者都為致密灰巖，但只要斷裂溝通烴源，也能獲工業氣流［16］。

綜上研究，以下奧陶統為主要儲層發育兩種成藏組合，即:①以五峰組－龍馬溪組作為烴源巖，下奧陶統顆粒碳酸鹽巖為儲層的上生下儲油氣成藏組合;②以下寒武統泥頁巖為烴源巖，下奧陶統顆粒碳酸鹽巖為儲層的下生上儲油氣成藏組合(圖8)。這兩種成藏組合在威遠震旦系氣田及磨溪雷口坡組和嘉陵江組氣田都得到了證實，能夠形成大氣田。

4 結論與建議

1)下奧陶統具有形成灘相異常體的地質條件。地震剖面上發現了地層明顯加厚，具透鏡狀或丘狀的反射，是桐梓組－紅花園組顆粒碳酸鹽巖與膏鹽、泥巖等互層的綜合體現。

圖8 四川盆地下奧陶統成藏組合綜合柱狀圖Fig.8 Histogram of the Lower Ordovician reservoirs in Sichuan Basin

2)下奧陶統發育兩種成藏組合。類似威遠震旦系氣田及磨溪雷口坡組和嘉陵江組氣田都有成功的實踐，證實能夠形成大氣田。

3)借鑒川中寒武系和三疊系的勘探經驗，深入開展奧陶系沉積相、古地貌和以輸導體系為重點的成藏演化史研究。在類比研究的同時，更要注意差異性研究。

4)尋找具有構造背景的灘相異常體發育區作為勘探突破口。目前發現的川東南異常體埋深約5 500 m，建議實施一口區域探井，可以兼探二疊系和評價深層龍馬溪組頁巖氣勘探潛力，并有望實現奧陶系勘探的重大突破。

［1］杜金虎，鄒才能，徐春春，等.川中古隆起龍王廟組特大型氣田戰略發現與理論技術創新［J］.石油勘 探與開發，2014，41(3):1－10.Du Jinhu，Zou Caineng，Xu Chunchun，et al.Theoretical and technical innovations in strategic discovery of huge gas fields in Longwangmiao Formation of central Sichuan paleo-uplift，Sichuan Basin［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41(3):1 －10.

［2］鄒才能，杜金虎，徐春春，等.四川盆地震旦系—寒武系特大型氣田形成分布、資源潛力及勘探發現［J］.石油勘探與開發，2014，41(3):11－24.Zou Caineng，Du Jinhu，Xu Chunchun，et al.Formation，distribution，resource potential，prediction and discovery of Sinian － Cambrian super-giant gas field，Sichuan basin［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41(3):11 － 24.

［3］羅志立，韓建輝，羅超，等.四川盆地工業性油氣層的發現、成藏特征及遠景［J］.新疆石油地質，2013，34(5):504 －514.Luo Zhili，Han Jianhui，Luo Chao，et al.The discovery，characteristics and prospects of commercial oil and gas layers/reservoirs in Sichuan Basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2013，34(5):504 － 514.

［4］四川省地質礦產局.四川省區域地質志［M］.北京:地質出版社，1991:80－96.Bureau of Geology and Mineral Resources of Sichuan Province.Regional geology of Sichuan province［M］.Beijing:Geological Publishing House，1991:80 －96.

［5］黃文明，劉樹根，馬文辛，等.四川盆地奧陶系油氣勘探前景［J］.石油與天然氣地質，2014，32(3):461 －473.Huang Wenming，Liu Shugen，Ma Wenxin，et al.Petroleum exploration potential of the Ordovician in the Sichuan Basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2014，32(3):461 －473.

［6］楊威，謝武仁，魏國齊，等:四川盆地寒武紀—奧陶紀層序巖相古地理、有利儲層展布與勘探區帶［J］.石油學報，2012，33(S2):21－34.Yang Wei，Xie Wuren，Wei Guoqi，et al.Sequence lithofacies paleogeography，favorable reservoir distribution and exploration zones of the Cambrian and Ordovician in Sichuan Basin，China［J］.Acta Petrolei Sinica，2012，33(S2):21 －34.

［7］馮增昭，彭勇民，金振奎，等.中國南方早奧陶世巖相古地理［J］.古地理學報，2001，3(2):13 －21.Feng Zengzhao，Peng Yongmin，Jin Zhenkui，et al.Lithofacies Palaeogeography of the Early Ordovician in South China［J］.Journal of Palaeogeography，2001，3(2):13 －21.

［8］姚根順，周進高，鄒偉宏，等.四川盆地下寒武統龍王廟組顆粒灘特征及分布規律［J］.海相油氣地質，2013，18(4):1 －8.Yao Genshun，Zhou Jingao，Zou Weihong，et al.Characteristics and distribution rule of Lower Cambrian Longwangmiao grain beach in Sichuan Basin［J］.Marine Origin Petroleum Geology，2013，18(4):1－8.

［9］徐春春，李俊良，姚宴波，等.四川盆地磨溪氣田嘉二氣藏的勘探與發現［J］.海相油氣地質，2006，11(4):54 －61.Xu Chunchun，Li Junliang，Yao Yanbo，et al.Triassic T3j2reservoir of Moxi gas field in Sichuan Basin［J］.Marine Origin Petroleum Geology，2006，11(4):54 －61.

［10］周彥，譚秀成，劉宏，等.磨溪氣田嘉二段鮞粒灰巖儲層特征及成因機制［J］.西南石油大學學報，2007，29(4):30 －33.Zhou Yan，Tan Xiucheng，Liu Hong，et al.Oolitic limestone reservoir characteristics and its genetic mechanism of Jia2 Member in Moxi gas field［J］.Journal of Southwest Petroleum University，2007，29(4):30－33.

［11］代宗仰，徐世琦，尹宏，等.樂山－龍女寺寒武和奧陶系儲層類型研究［J］.西南石油大學學報，2007，29(4):16 －20.Dai Zongyang，Xu Shiqi，Yin Hong，et al.Resevoir types of Cambrian and Ordovician in Leshan-Longnüsi paleo-uplift area［J］.Journal of Southwest Petroleum University，2007，29(4):16 －20.

［12］戴金星，于聰，黃士鵬，等.中國大氣田的地質和地球化學若干特征［J］.石油勘探與開發，2014，41(1):1 －13.Dai Jinxing，Yu Cong，Huang Shipeng，et al.Geological and geochemical characteristics of large gas fields in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41(1):1 －13.

［13］梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一):南方四套區域性海相烴源巖的分布［J］.海相油氣地質，2008，13(2):1 －16.Liang Digang，Guo Tonglou，Chen Jianping，et al.Some progresses on studies of hydrocarbon generation and accumulation in marine sedimentary regions，southern China(Part 1):geochemical characteristics of four suits of regional marine source rocks，South China［J］.Marine Origin Petroleum Geology，2008，13(2):1 －16.

［14］戴鴻鳴，王順玉，王海清，等.四川盆地寒武系－震旦系含氣系統成藏特征及有利勘探區塊［J］.石油勘探與開發，1999，26(5):16－20.Dai Hongming，Wang Shunyu，Wang Haiqing，et al.Formation characteristics of natural gas reservoirs and favorable exploration areas in Sinian-Cambrian petroleum system of Sichuan Basin.［J］.Petroleum Exploration and Development，1999，26(5):16 － 20.

［15］徐春春，沈平，楊躍明，等.樂山－龍女寺古隆起震旦系—下寒武統龍王廟組天然氣成藏條件與富集規律［J］.天然氣工業，2014，34(3):1－7.Xu Chunchun，Shen Ping，Yang Yueming，et al.Accumulation conditions and enrichment patterns of natural gas in the Sinian－Lower Cambrian Longwangmiao Formation reservoirs of the Leshan-Longnüsi Paleohigh，Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2014，34(3):1－7.

［16］陳宗清.論四川盆地奧陶系天然氣勘探［J］.天然氣工業，2010，30(1):23－30.Chen Zongqing.A discussion on gas exploration in the Ordovician of the Sichuan Basin［J］.Natural Gas Industry，2010，30(1):23 － 30.