四川盆地棲霞組
—茅口組巖相古地理與天然氣有利勘探區帶

周進高姚根順楊　光谷明峰姚倩穎江青春楊　柳楊雨然

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 4.中國石油勘探開發研究院

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四川盆地棲霞組
—茅口組巖相古地理與天然氣有利勘探區帶

周進高1,2姚根順1,2楊光3谷明峰1姚倩穎1江青春4楊柳1楊雨然3

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 4.中國石油勘探開發研究院

周進高等.四川盆地棲霞組—茅口組巖相古地理與天然氣有利勘探區帶.天然氣工業, 2016,36(4):8-15.

摘 要中二疊統海相碳酸鹽巖地層是四川盆地重要的天然氣產層，勘探潛力巨大，但對其層狀白云巖儲層賦存相帶及其分布情況等的認識尚不清楚，影響了天然氣勘探的進程。為此，基于四川盆地沉積背景，以層序地層格架下有利儲集層段為重點研究單元，通過對野外露頭剖面、鉆井資料和地震資料的綜合分析，在巖相古地理方面取得以下研究成果：①中二疊統棲霞組沉積時總體表現為西南高、北東低的緩坡背景，而中二疊統茅口組在此背景上疊加了一系列北西向展布的臺內裂陷，演變成向北東傾斜的隆洼相間的古地理格局；②棲霞組海侵域為開闊臺地環境，高位域演化成鑲邊臺地，劍閣—雅安地區的臺地邊緣灘為有利儲集相帶；③茅口組海侵域為碳酸鹽巖陸棚環境，高位域演化為鑲邊臺地，劍閣—雅安地區的臺地邊緣（礁）灘和鹽亭—廣安地區的臺洼邊緣灘為有利儲集相帶。結論認為：劍閣—雅安地區和鹽亭—廣安地區兩條高能顆粒灘帶是該盆地中二疊統層狀白云巖儲層規模發育的有利區帶，是下一步天然氣勘探的主攻方向。

關鍵詞四川盆地 中二疊世 沉積相 層狀白云巖 儲集層 巖相古地理 臺緣灘相 天然氣 有利勘探區帶

中二疊統棲霞組、茅口組是四川盆地重要的天然氣產層，從1955年蜀南地區自2井、隆10井獲得勘探突破以來，經過60年的勘探，迄今已發現氣藏325個，探明天然氣儲量850×108m3，累計產出天然氣535.3×108m3，最高年產氣量達30.75×108m3，為我國西南地區天然氣基地建設奠定了基礎。近幾年，隨著南充1井、雙探1井、磨溪39井、磨溪42井等相繼在棲霞組、茅口組層狀白云巖儲層中獲得高產氣流，再次展示了中二疊統海相碳酸鹽巖天然氣資源的巨大潛力，同時也給研究提出了新課題：即層狀白云巖儲層賦存于什么相帶？是否具備規模分布？要回答上述問題，關鍵是要明確棲霞組和茅口組的巖相古地理展布，而對于這一問題，前人做過大量的研究工作，取得了豐富的成果[1-6]。筆者基于前人的研究成果，從已知井巖相分析入手，通過對大量野外露頭、鉆井和地震資料的綜合分析，編制了棲霞組和茅口組有利儲集層段巖相古地理圖，明確了劍閣—雅安臺緣顆粒灘和鹽亭—廣安臺洼邊緣顆粒灘是有利的天然氣儲集相帶，為該盆地下一步的天然氣勘探指明了方向。

1 古地理背景

1.1 層序地層特征

四川盆地中二疊統棲霞組—茅口組總體為一套碳酸鹽巖夾泥頁巖和硅質巖的海相沉積。自下而上，棲霞組分為棲一段、棲二段，棲一段又進一步細分為棲一b亞段、棲一a亞段；茅口組分為茅一段至茅四段，茅一段又細分為茅一b亞段、茅一a亞段，茅二段又細分為茅二c亞段、茅二b亞段、茅二a亞段。對于中二疊統的地層層序，前人多劃分成3～6個三級層序[7-9]，筆者以地震響應特征為識別標準，結合測井資料劃分為3個層序，其中SQ1層序由棲霞組組成，SQ2層序由茅一段—茅三段組成，SQ3層序由茅四段組成（圖1）。因東吳運動的影響，茅口組遭受不同程度的剝蝕，SQ3保存不全，局部剝蝕至SQ2。

圖1　四川盆地棲霞組、茅口組層序地層柱狀圖

1.2 古地理格局

棲霞組、茅口組是在加里東運動和早海西運動2期構造抬升剝蝕夷平的基礎上接受沉積，具有西南高、北東低的古地理背景。為了比較客觀反映古地理面貌，采用印模法來恢復：即以棲霞組最大海泛面為基準，作海侵域等厚圖，厚值區代表古地理低，而薄值區代表古地貌高（圖2-a）。從圖2-a可以看出，古地貌高與樂山—龍女寺加里東期古隆起范圍基本一致，而古地貌低洼區與石炭系分布范圍一致，顯示對前二疊系古地理格局具有明顯的繼承性。棲霞組海侵域具有由川東北向川西南超覆的特點，進一步揭示西南高、北東低的古地理面貌。

圖2　四川盆地古地理背景圖

茅口組沉積時，受東吳運動早期構造拉張的影響[10]，北西向及北東向基底斷裂復活，致使發育系列北西—南東向臺內裂陷。從茅口組高位域晚期地層厚度恢復的古地理背景看（圖2-b），旺蒼—梁平—奉節一帶裂陷明顯，成為茅口組晚期臺內深洼區，該臺內裂陷在晚二疊世長興期進一步裂陷，演變成“開江—梁平海槽”[11]。臺內裂陷的發育將四川盆地分割成隆洼相間的古地理格局，這對沉積相帶的展布具有重要影響。

在古地理背景研究基礎上，以有利儲集層段為單元，應用大量測井相、地震相和巖屑巖心錄井資料，分別編制了棲霞組高位域晚期（棲二段）和茅口組高位域晚期（茅二a亞段+茅三段）巖相古地理圖，其特征及展布討論如下。

2 巖相古地理特征

2.1 棲霞組

棲霞組海侵域發育開闊臺地相，西南部為淺水開闊臺地，川東川北地區為較深水開闊臺地。

經過海侵域填平補齊，至高位域晚期，演化為鑲邊臺地，發育臺地邊緣、開闊臺地和深臺洼3個相帶（圖3）。臺地邊緣相沿劍閣—雅安一帶展布，地層厚度介于40～60 m，顆粒灘發育，野外和鉆井揭示一般由3～4個顆粒灘旋回組成，單個旋回厚5～10 m，伽馬曲線表現為低值、大型箱狀結構（圖4-a），巖性為灰—淺灰色顆粒灰巖、殘余顆粒白云巖和斑狀云質灰巖或灰質云巖，白云巖累計厚度介于20～45 m，是規模儲層的有利發育區。開闊臺地相分布在川中—渝東廣大地區，地層厚度介于15～30 m，一般為20 m，鉆井揭示發育臺內顆粒灘和灘間海亞相，臺內顆粒灘由生物碎屑灰巖夾薄層殘余顆粒白云巖組成，伽馬曲線表現為低值、小型箱狀結構（圖4-b），具2～3個旋回，單個旋回厚3～5 m，在灘旋回上部發育薄層白云巖，白云巖累計厚度介于3～8 m，是規模儲層的次有利發育區；灘間海則由生屑泥晶灰巖和生物碎屑灰巖組成，伽馬中低值、鋸齒狀夾小型箱狀響應特征（圖4-c）。深臺洼相分布在渝北地區，地層厚度介于10～15 m，野外和鉆井揭示由深灰色生屑泥晶灰巖、牛眼狀石灰巖組成，富含泥質和硅質，伽馬曲線表現為中值、鋸齒狀。

圖3　四川盆地棲霞組高位域晚期巖相古地理圖

圖4　四川盆地棲霞組各相帶代表井的測井響應特征圖（注：1 ft=0.304 8 m，下同）

2.2 茅口組

茅口組海侵域是中二疊世最大一期海侵的產物，由于海平面迅速上升，棲霞期臺地被淹沒，整個四川盆地演變為相對深水的碳酸鹽巖陸棚環境，西南為淺水陸棚，以灰—深灰色泥晶灰巖、牛眼狀石灰巖為主，含生屑；川東和川北地區為深水陸棚，沉積了一套深灰—黑色的牛眼狀石灰巖，富含泥質與硅質。

高位域，在北西向基底斷裂伸展作用下，發育臺內裂陷，在西南高、北東低的大背景下疊加了北西向隆洼相間的古地理格局。這種古地理背景控制了高位域相帶的展布。圖5顯示，高位域晚期發育臺地邊緣、開闊臺地和深臺洼3個相帶。臺地邊緣相沿劍閣—雅安一帶展布，地層厚度介于40～60 m，由系列北西向雁列的灘體組成，地震剖面上具有斷續弱振幅反射和地層加厚特點（圖6-a），野外和鉆井揭示一般由2～3個顆粒灘旋回組成，每個旋回的伽馬曲線表現為低值、大型箱狀結構（圖7-a），巖性為灰—淺灰色生屑灰巖、砂屑灰巖及白云巖。臺洼邊緣灘相沿鹽亭—廣安一帶分布，地層厚度介于40～50 m，由多個顆粒灘疊合連片組成，地震剖面上具有斷續弱振幅或雜亂反射特點（圖6-b），伽馬測井呈2個低值大型箱狀結構（圖7-b），鉆井揭示為生屑灰巖夾殘余顆粒白云巖，白云巖厚度介于15～30 m。開闊臺地相分布在川中—渝東廣大地區，可進一步分為臺內顆粒灘和灘間海2種亞相，臺內淺灘主要分布在安岳—綦江和樂山—興文地區，大致呈北西向展布，地層厚度介于30～45 m，由生物碎屑灰巖夾薄層白云巖組成，伽馬曲線表現為低值、中型箱狀結構，具2～3個旋回；灘間海地層厚度介于20～30 m，由生屑泥晶灰巖和生物碎屑灰巖組成，伽馬中低值、鋸齒狀夾小型箱狀響應特征。臺內深洼相分布在旺蒼—梁平—奉節地區，地層厚度介于10～15 m，野外和鉆井揭示由深灰色生屑泥晶灰巖、含泥質和硅質薄層石灰巖組成，伽馬曲線表現為中值、鋸齒狀（圖7-c），地震剖面具連續強振幅反射特征。

圖5　四川盆地茅口組高位域晚期巖相古地理圖

圖6　地震響應特征圖

圖7　四川盆地茅口組各相帶代表井的測井響應特征圖

3 有利勘探區帶

鉆井揭示，棲霞組茅口組層狀白云巖儲層主要發育在顆粒灘相。因而，要尋找規模分布的白云巖儲層首先要找到具規模發育的顆粒灘相。上述沉積相研究顯示，顆粒灘在縱向上主要發育在高位域晚期，平面上主要沿劍閣—雅安臺地邊緣相和鹽亭—廣安臺洼邊緣相分布。因此，從沉積相研究角度看，劍閣—雅安臺緣（礁）灘帶和鹽亭—廣安臺洼邊緣灘帶是潛在的有利勘探區帶，這與前人的認識相吻合[12-13]。

3.1 劍閣—雅安區帶

該區帶是棲霞組—茅口組最有利的勘探區帶，主要理由有：①該帶是棲霞組高位域晚期臺地邊緣灘和茅口組高位域晚期臺地邊緣（礁）灘的有利疊合區，灘相發育；②野外剖面和鉆井揭示該帶發育棲二段顆粒白云巖和茅三段白云巖兩套層狀白云巖儲層及潛在的茅口組巖溶儲層，漢深1井、礦2井揭示棲二段白云巖儲層厚度介于30～70 m，平均孔隙度為4.8％，預測分布面積達25 000 km2；③大深1、雙探1井等在棲霞組和茅口組均取得高產氣流，表明該區具有良好成藏條件。

3.2 鹽亭—廣安區帶

該帶是茅口組最有利勘探區，主要有利條件如下：①該帶位于茅口組高位域晚期臺洼邊緣顆粒灘相帶，灘體連片分布，面積達15 000 km2；②鉆井揭示茅二段—茅三段發育層狀白云巖儲層，巖性是顆粒白云巖和中細晶白云巖，儲集空間以小型溶孔溶洞為主，儲層厚度介于15～35 m，平均孔隙度為3.84％；③南充1、廣探2、磨溪39井等在茅口組已獲得高產氣流，表明該帶是有利的天然氣富集區。

4 結論

1）棲霞組茅口組是在西南高、北東低的古地理背景下接受沉積，受茅口期北西向基底斷裂伸展作用的影響，疊加了系列北西向展布的臺內裂陷，其中旺蒼—梁平—奉節臺內裂陷演化成臺內深洼，對茅口組巖相展布具有明顯控制作用。

2）棲霞組海侵域為開闊臺地環境，西淺東深，高位域演化成鑲邊臺地，沿劍閣—雅安一帶發育臺地邊緣灘，是棲霞組有利儲集相帶。

3）茅口組海侵域為碳酸鹽巖陸棚環境，高位域演化為鑲邊臺地，在劍閣—雅安一帶發育臺地邊緣（礁）灘的同時，沿鹽亭—廣安一帶還發育了深臺洼邊緣灘，形成獨具特色的“雙顆粒灘儲集相帶”。

4）劍閣—雅安和鹽亭—廣安地區是繼蜀南之后潛在的有利勘探區帶。前者疊合了棲霞組和茅口組臺緣帶，發育兩套與灘相有關的層狀白云巖儲層，而后者是茅口組臺洼邊緣帶，顆粒灘連片分布，層狀白云巖儲層規模發育。

參 考 文 獻

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(修改回稿日期 2016-02-17 編 輯 羅冬梅)

Lithofacies palaeogeography and favorable gas exploration zones of Qixia and Maokou Fms in the Sichuan Basin

Zhou Jingao1, 2, Yao Genshun1, 2, Yang Guang3, Gu Mingfeng1, Yao Qianying1, Jiang Qingchun4, Yang Liu1, Yang Yuran3
（1.PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 2. CNPC Key Lab of Carbonate Reservoirs, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 3. PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610051, China; 4. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100021, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 4, pp.8-15, 4/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:In the Sichuan Basin, Middle Permian marine carbonate rocks are important natural gas pay zones with immense exploration potential, but the facies belts and distribution situations of layered dolomite reservoirs are not clear, which hinders the progress in natural gas exploration. In view of the sedimentary background of the Sichuan Basin, field outcrop section, drilling data and seismic data were comprehensively analyzed with the favorable reservoir intervals in the framework of sequence stratigraphy as the key research units. Research results about its lithofacies palaogeography were obtained as follows. First, a gentle slope SW high and NE low was presented during the sedimentation of the Qixia Fm in the Middle Permian. In the Maokou Fm of the Middle Permian, however, a series of the N-W trending intra-platform rifts were developed in this setting, and eventually a palaeogeographic pattern of NE-dipping alternative uplift and depression was evolved. Second, in the Qixia Fm, the transgressive tract was in an open platform environment and the highstand system tract evolved into a rimmed platform. And the platform margin beach in the area of Jiange-Ya’an is the favorable reservoir facies belt. And third, in the Maokou Fm, the transgressive tract was in the carbonate shelf environment and the highstand system tract evolved into a rimmed platform. And the platform margin reef flat in the area of Jiange-Ya’an and the syneclise margin beach in the area of Yanting-Guang’an are favorable reservoir facies belts. It is concluded that the two grain beach facies belts in the areas of Jiange-Ya’an and Yanting-Guang’an were the favorable zones for the large-scale development of Middle Permian layered dolomite reservoirs and they are the main target of subsequent natural gas exploration.

Keywords:Sichuan Basin; Middle Permian; Sedimentary facies; Layered dolomite; Reservoir; Lithofacies palaeogeography; Platform margin beach facies; Favorable gas exploration zone

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.04.002

基金項目：國家科技重大專項（編號：2011ZX05004-002）、中國石油重大科技專項（編號：2014E-32）。

作者簡介：周進高，1967年生，高級工程師，博士；主要從事碳酸鹽巖沉積儲層及石油地質方面的研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖區西溪路920號。ORCID:0000-0003-4064-361X。E-mail:zhoujg_hz@petrochina.com.cn