元壩地區須家河組三段鈣屑砂體特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)

?

元壩地區須家河組三段鈣屑砂體特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)

針對元壩地區須家河組三段有效儲集體鈣屑砂體研究較薄弱等問題，利用鉆井、測井、分析化驗等資料對鈣屑砂體特征及其成因展開了研究。結果表明：須三段鈣屑砂巖成分成熟度較低，其沉積具有交替與突變的特點；縱向上，鈣屑砂體在須三中亞段最為發育，須三上亞段次之；平面上，鈣屑砂體呈條帶狀、扇狀由北西向南東厚度逐漸變薄；龍門山幕式造山運動控制著沉積環境和物源供給的幕式變遷，進而控制著鈣屑砂體的沉積規模；熱濕、溫干交替變化的氣候條件控制了鈣屑砂體的發育時期。研究結果對預測須三段有利儲集體具有指導意義。

鈣屑砂體；成因機制；巖石學特征；鈣屑砂體分布規律；元壩地區；須家河三段

引 言

元壩地區行政上隸屬于四川省巴中、蒼溪、閬中、劍閣及平昌5縣市，區域構造上位于通南巴構造帶的西南，九龍山構造南側，處于川北坳陷與川中隆起的過渡帶。與東側通南巴構造帶比較，整體埋藏較深，構造變形較弱。近期，元壩地區在探明國內首個長興組超深層生物礁大氣田的同時[1-2]，通過加強立體勘探，在傳統認識為陸相主要烴源層系的須家河組三段也發現三角洲砂巖氣藏，目前已有多口井在該段鉆遇氣層及良好的油氣顯示，其中元陸 7、元陸10 井試氣分別獲日產120.8×104m3/d及22.56×104m3/d工業氣流，取得了陸相新層系勘探的重大突破[3]。元陸7井突破后，以該井為代表的須三段鈣屑砂體儲層成為研究的焦點，大量的研究主要集中于鈣屑砂體儲層的主控因素[4-6]，而對于鈣屑砂體成因研究較少，一定程度上影響了元壩地區須三段的目標評價及勘探步伐。因此，充分利用區內和鄰區鉆探資料，結合前人研究成果，以鈣屑砂體巖石學特征及分布規律研究為基礎，探討了鈣屑砂體的成因機制，研究成果為元壩地區須三段預測有利儲集體奠定基礎。

1 巖石學特征

據研究區54口井的巖屑錄井資料統計結果顯示：元壩地區須三段鉆遇鈣屑砂體總厚度為955.6 m，占須三段鉆遇砂體總厚的37.5%。砂巖中鈣屑含量為55%～95%，石英含量一般小于25%，變質巖屑、巖漿巖屑和長石含量一般小于5%；據鈣屑含量可將砂體分為高鈣屑含量砂體(鈣屑含量為75%～95%)和較高鈣屑含量砂體(鈣屑含量為50%～75%)2種，較高鈣屑含量砂體中見10%～25%變質巖巖屑顆粒，儲層主要發育在高鈣屑含量砂體中。鈣屑砂巖中填隙物成分主要為方解石膠結物，含量一般為5%～20%；其次為白云石膠結物，含量一般小于4%，另見少量泥質雜基。強烈的膠結作用是儲層致密的主要原因之一。偏光顯微鏡下觀察顯示：巖石顆粒以點—線接觸為主，顆粒磨圓呈次圓—次棱角狀，分選中等偏好，分選系數一般為1.52～2.20，結構成熟度總體中等。總體上，研究區須三段鈣屑砂巖具有富鈣屑、貧長石、少石英的低成分成熟度特征。

2 分布規律

研究區鈣屑砂體在縱、橫向上的分布各有規律性，而且不同的鈣屑砂體類型其分布特點也不相同。

首先，結合層序地層研究成果將須三段分為上、中、下3個層序單元。其中鈣屑砂體在須三中亞段最為發育，共鉆遇548.6 m，占鈣屑總厚度的57.2%，巖性主要為鈣屑細砂巖，其次為鈣屑礫巖、鈣屑含礫砂巖及鈣屑中—粗砂巖，少量鈣屑粉砂巖。平面上，須三中亞段砂體分布面積最大；須三下亞段鉆遇鈣屑砂體最薄，其平面分布范圍也最小；須三上亞段介于二者之間。總體上，鈣屑砂體在須三段早期分布相對局限，須三段中期砂體分布面積廣、多層疊置連片，須三段晚期分布出現萎縮。

其次，鈣屑砂體主要分布在元壩西北部地區，向東南部逐漸減薄，砂體所占地層厚度百分比也遞減。在不同粒度鈣屑砂體中，其粒度越粗，厚度遞減越快。平面上，鈣屑砂體的分布呈條帶狀、扇狀從北西向南東延伸(圖1)。

圖1 元壩地區須三段各亞段鈣屑砂體厚度等值線

最后，不同粒度鈣屑砂體分布存在差異。其中以鈣屑細砂巖厚度最大、分布最廣；其次是鈣屑細礫巖、含礫砂巖和中—粗砂巖；鈣屑粉砂巖雖然厚度較小，但分布范圍較大，僅次于鈣屑細砂巖；厚度和分布范圍最小的為泥質鈣屑砂巖。

研究表明，元壩地區須三段最大的沉積特點是交替與突變。交替主要表現在鈣屑砂體與暗色泥質巖交替發育，洪水期粗粒砂體與涓流期細粒砂體及靜水期泥質巖地層交替發育。突變主要表現為3點：首先，縱向上粗粒鈣屑砂體基本都與暗色泥巖呈突變接觸，反映了砂體沉積的突發性；其次，平面上辮狀河三角洲—湖相沉積序列發育不完整，既沒有半深湖—深湖沉積，又缺少河湖之間的過渡相帶；再次，砂體粒度兩極分化嚴重。

3 成因探討

3.1 龍門山幕式造山運動

3.1.1 龍門山幕式造山運動控制沉積環境

前期研究表明，龍門山造山帶構造負載及逆沖推覆引起的地殼均衡作用是導致龍門—米倉山前類前陸盆地撓曲下沉主因[7-9]，類前陸盆地沉降幅度主要與龍門山造山帶隆升幅度呈正比(圖2)。晚三疊世山前類前陸盆地的形成與龍門山造山帶發育同步，也與周緣山系豐沛的物源供應、沉積充填同步。因此，龍門—米倉山前類前陸盆地始終處于淺水過補償—補償沉積充填過程，缺少深水沉積環境。

圖2 龍門山造山帶隆升與川西前陸盆地沉降 (隆升)的耦合關系

研究表明，元壩地區在須家河組四段沉積前主要受龍門山造山帶逆沖推覆的遠程效應控制，在古構造上相當于川西坳陷沉積中心與前陸隆起之間斜坡上。這就決定了研究區與川西坳陷具有相似的構造沉積背景，即與龍門山造山帶伴生發育、持續拗陷與持續充填同步的坡緩水淺的過補償—補償構造沉積背景，只是與川西坳陷沉積中心相比，其拗陷速度及物源供應速度相對較小。

3.1.2 龍門山幕式造山運動控制物源供給的幕式變遷

前人曾論證過元壩地區須家河組物源主要來自于龍門山造山帶北段[10]。結合區域沉積研究發現，龍門山地區位于上揚子地塊西緣，中三疊世以前主要為一套巨厚的以碳酸鹽巖為主的地層[11]；而松潘—甘孜褶皺帶在中生界沉積巨厚碎屑巖，中三疊紀末期褶皺造山發生區域變質作用，在須家河組沉積時，松潘—甘孜褶皺帶已全面隆起、變質，發育有大量的變質巖[11]。物源研究表明，元壩西部須三段物源主要來自于龍門山造山帶北段以及西北部的松潘—甘孜褶皺帶，龍門山造山帶北段主要提供碳酸鹽巖碎屑顆粒，松潘—甘孜褶皺帶則提供變質巖碎屑顆粒。

在元壩地區須三段各類砂體中，粗粒高鈣屑含量砂體分布不穩定，顯示出近源沉積的特點。細粒高鈣屑含量砂體和較高鈣屑含量砂體分布相對穩定，具有遠源沉積的特點。縱向上，不同類型砂體多為突變接觸和疊置分布，2種成分、2種結構的砂體展布特征說明應由不同的物源和幕式造山運動控制。

結合構造演化和沉積響應特征研究發現，元壩地區在須三段早期為龍門山造山帶相對休眠期(圖2)，盆地內地形較平緩，物源區主要來自松潘—甘孜造山帶，部分來自龍門山造山帶的碳酸鹽巖剝蝕區。因此，在須三段下亞段巖性組合主要為泥質巖夾薄層巖屑粉—細砂巖，巖屑成分主要為變質巖巖屑及部分碳酸鹽巖巖屑。須三段中、后期，為龍門山相對強烈活動期(圖2)，此時正是龍門山北段大規模碳酸鹽巖地層遭受剝蝕的高峰期，在龍門山前的廣元一帶可見厚層鈣屑粗礫巖沉積，在間歇性洪水的帶動下，進入元壩地區西北部后主要為鈣屑細礫巖、含礫砂巖及鈣屑砂巖。同時，受龍門山幕式造山運動影響，也有部分來自同向、遠源的松潘—甘孜造山帶的變質碎屑巖混入，形成現今高鈣屑含量砂體和較高鈣屑含量砂體疊置分布的特點。

3.2 熱濕、溫干交替的氣候條件

徐兆輝、黃其勝等分別利用孢粉、元素比值和自然伽馬曲線等3種方法綜合定性、定量地恢復出四川盆地整個三疊紀氣候熱濕與溫干的交替變化[12-13]，錢利軍則利用化石木年輪分析法恢復出晚三疊紀四川盆地在強烈的巨型季風影響背景下，同樣經歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化[14]。由此可見，氣候條件在較高或較低級次的時間序列內都會發生交替變化，也就是：整個三疊紀氣候出現熱濕與溫干的交替變化，晚三疊紀同樣經歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化。因此，須三段沉積期間，在整體熱濕氣候的背景下，在更小的時序內同樣經歷了多期熱濕與溫干氣候的交替變化。一方面，在總體濕熱季風氣候控制下，更易于發生間歇性或季節性強、弱水流的頻繁交替；另一方面，氣候的頻繁更替更加劇了物源區物理風化與化學風化的交替，特別是對于碳酸鹽巖母巖區，因其更易溶于水和更易在外力條件下崩裂、破碎。

結合元壩地區須三段3個亞段巖性組合特征的研究，須三下亞段沉積時，為造山運動相對休眠期，氣候濕熱，為一套泥質巖夾煤層及巖屑粉—細砂巖沉積；須三中—上亞段沉積時，龍門山造山運動相對活躍，氣候處于濕熱和溫干交替發育，龍門山北段大規模碳酸鹽巖地層遭受剝蝕，元壩地區發育大面積三角洲前緣沉積，沉積一套厚層鈣屑砂巖和鈣屑砂礫巖。

4 結 論

(1) 元壩地區須三段鈣屑砂體具有富巖屑、貧長石、少石英的低成分成熟度特征；鈣屑砂體主要發育在須三中—上亞段。平面上，鈣屑砂體呈條帶狀、扇狀分布，由北西向南東厚度逐漸減薄。

(2) 元壩地區須三段沉積具有交替與突變的特點：交替表現在鈣屑砂體與暗色泥質巖交替發育，洪水期粗粒砂體與涓流期細粒砂體及靜水期泥質巖地層交替發育；突變首先表現在縱向上粗粒鈣屑砂體與暗色泥巖呈突變接觸，其次表現在平面上辮狀河三角洲—湖相沉積序列發育不完整，既沒有半深湖—深湖沉積，又缺少河湖之間的過渡相帶，最后表現在砂體粒度兩極分化嚴重。

(3) 龍門山幕式造山運動控制沉積環境變化和物源供給的幕式變遷，兩者和濕熱、溫干交替的氣候條件匹配，使得須三中—上亞段沉積時，元壩地區西部沉積了一套高鈣屑含量砂體。

[1] 印峰，盤昌林，杜紅權.川東北元壩地區致密砂巖油氣地質特征[J].特種油氣藏，2012，19(2)：16-20.

[2] 王國茹，郭彤樓，付孝悅.川東北元壩地區長興組臺緣礁灘體系內幕構成及時空配置[J].油氣地質與采收率，2011，18(4)：40-43，53.

[3] 石美娟，盧雙舫，陳方文.川東北長興組生物礁的三維地震響應特征[J].大慶石油地質與開發，2011，30(2)：167-169.

[4] 林煜，吳勝和，徐樟有，等.川西豐谷構造須家河組四段鈣屑砂巖優質儲層控制因素[J].天然氣地球科學，2012，23(4)：691-699.

[5] 羅文軍，彭軍，曾小英，等.川西豐谷地區須四段鈣屑砂巖優質儲層形成機理[J].石油實驗地質， 2012， 34(4)： 412-417.

[6] 張奎華.川東北地區三疊系飛仙關組高硫化氫氣藏成因探討[J].油氣地質與采收率，2006，13(2)：47-49.

[7] 李勇，賀佩，顏照坤，等.晚三疊世龍門山前陸盆地動力學分析[J].成都理工大學學報：自然科學版，2010，37(4)：401-411.

[8] 鄭虹，胡明，陳英明.四川盆地北部構造特征及盆山禍合分析[J].特種油氣藏，2008，15(4)：24-28.

[9] 王二七，孟慶任，陳智樑，等.龍門山斷裂帶印支期左旋走滑運動及其大地構造成因[J].地學前緣，2001，8(2)：375-384.

[10] 鄧飛，賈東，羅良，等.晚三疊世松潘甘孜和川西前陸盆地的物源對比：構造演化和古地理變遷的線索[J].地質論評，2008，54(4)：561-573.

[11] 楊淵宇，李忠權，喻頤，等.龍門山北段楓順場—天井山構造演化特征[J].大慶石油地質與開發，2013，32(1)：12-17.

[12] 徐兆輝，胡素云，汪澤成.古氣候恢復及其對沉積的控制作用——以四川盆地上三疊統須家河組為例[J].沉積學報，2011，29(2)：235-244.

[13] 黃其勝.川北晚三疊世須家河期古氣候及成煤特征[J].地質論評，1995，41(1)：92-99.

[14] 錢利軍，時志強，歐莉華. 二疊紀—三疊紀古氣候研究進展——泛大陸巨型季風氣候：形成、發展與衰退[J].海相油氣地質，2010，15(3)：52-58.

編輯 張 雁

20141208；改回日期：20150331

國家重大專項“海相碳酸鹽巖層系優質儲層分布與保存條件評價”(2011ZX05005-002)

凡睿(1966-)，男，高級工程師，1989年畢業于江漢石油學院石油地質專業，1995年畢業于石油大學(華東)地球探測與信息技術專業，獲碩士學位，現從事油氣勘探及相關研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.007

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0031-03