四川盆地東北部三疊系飛三段沉積特征及油氣地質意義

張本健，徐 唱，徐 亮，周 剛，丁 熊

（1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發研究院，成都 610000；2.西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500）

0 引言

碳酸鹽巖儲層在全球油氣勘探中具有十分重要的地位，據Halbouty［1］的資料統計，世界上313 個大型碳酸鹽巖油氣田探明可采油氣總量為1 434.5×108t。其中，碳酸鹽巖顆粒灘油氣田是全球碳酸鹽巖油氣資源的重要組成部分之一［2］，如中東地區的Khuff 和Arab 二疊系顆粒灘油田［3］、普光氣田三疊系飛仙關組顆粒灘氣田［4］、塔中地區奧陶系礁灘油田［5］等，展現了碳酸鹽巖顆粒灘油氣田在全球油氣勘探中的重要地位。與常規砂巖沉積相比，碳酸鹽巖顆粒灘往往具有巖性成分復雜、沉積構造復雜多樣等特征［6-8］，因此，明確其沉積特征和展布規律是碳酸鹽巖顆粒灘油氣田勘探的重要環節，具有重要的油氣地質意義。

多年來，川東北地區三疊系飛仙關組作為氣藏勘探的重要目的層位，碳酸鹽巖顆粒灘氣藏勘探效果顯著。龍會場—鐵山地區鉆井30 多口，多口井在飛仙關組鮞灘儲層試獲工業氣流，探明儲量為180.21×108m3，顯示了良好的勘探前景［9］。眾多學者圍繞川東北地區飛仙關組層序地層、沉積相、儲層等方面開展過相關研究，頗具代表性的研究成果包括：以沉積暴露面、巖性突變面和不整合面等層序界面標志為依據，將飛仙關組劃分為2 個三級層序［10-11］；以測井相、巖心沉積構造等相標志為依據，認為川東北地區飛仙關組發育碳酸鹽巖臺地—斜坡—海槽沉積體系［12］；根據鉆井巖屑、巖心等分析結果，提出了川東北地區飛仙關組儲集巖類型主要為鮞灘中的鮞粒云巖和鮞粒灰巖等［13］。以往研究認為飛三段沉積體系為碳酸鹽巖臺地，是飛仙關組沉積期開江—梁平海槽“填平補齊”的重要時期［14-15］，而對飛三段沉積特征的系統研究還相對薄弱。鑒于此，通過系統取心資料和測井資料對四川盆地東北部飛三段沉積特征和展布規律進行詳細剖析，并討論其油氣地質意義，以期為川東北地區飛三段氣藏的拓展勘探和精細開發提供指導。

1 地質概況

研究區位于四川盆地川東古斜中隆高陡斷褶帶的西北部，地處川中古隆中斜平緩帶以東和大巴山斷褶帶以南。行政區劃上位于達州以南，重慶以北，面積約為0.8×104km2（圖1a）。下三疊統飛仙關組與下部的上二疊統長興組和上部的下三疊統嘉陵江組組均呈整合接觸，自下而上可分為飛一段—飛四段［16］，其中，飛三段巖性以顆粒巖、膏巖、泥灰巖、泥云巖、泥粉晶灰巖、泥粉晶云巖等互層為主，儲集巖主要為顆粒巖（圖1b）。飛仙關組沉積早期基本繼承了上二疊統長興組的碳酸鹽巖臺地—斜坡—海槽的沉積格局，由于長興組沉積末期區域持續構造抬升所引起的等效海退，飛仙關組碳酸鹽巖臺地建設加劇，開江—梁平海槽“填平補齊”，飛三段沉積期由先期臺地—斜坡—海槽轉變為以開闊臺地和局限—蒸發臺地為主的沉積格局［17］。

2 沉積相類型及分布特征

四川盆地東北部飛三段廣泛發育開闊臺地和局限—蒸發臺地沉積，并可識別出臺內灘、灘間海、瀉湖和潮坪4 種沉積亞相。根據顆粒巖厚度與地層厚度的比值及膏巖厚度，結合區域地質背景，應用優勢相編圖方法［18］，繪制了研究區飛三段沉積相平面分布圖（圖2）。飛三段以發育碳酸鹽巖臺地沉積體系為特色，其中，開闊臺地位于盆地西部的宣漢以東、D5 井區以西、D5—L5 井區以南，以發育臺內灘和灘間海為主，臺內灘呈點狀或帶狀與灘間海相鄰；局限—蒸發臺地位于研究區東部D5—L5 井區至JZ1—JZ2—Y1 井區，以發育潮坪和瀉湖為主，臺內灘主要呈點狀發育于L5 井區。根據巖性組合特征，臺內灘、灘間海、瀉湖和潮坪沉積亞相可進一步分為鮞灘和生屑灘、灰質灘間海、灰質瀉湖和云質瀉湖、膏坪和云坪等微相（表1）。

表1 四川盆地東北部三疊系飛三段沉積體系與沉積相劃分Table 1 Sedimentary system and sedimentary facies division of T1f3in northeastern Sichuan Basin

2.1 臺內灘沉積特征

臺內灘一般發育于臺地內的微地貌高地［19-20］，沉積水體能量較高，受潮汐和波浪作用的影響，以發育多種顆粒巖為典型特征，且顆粒類型多樣，如鮞粒、生屑等。根據四川盆地東北部飛三段組成臺內灘的顆粒成分，可進一步劃分出鮞灘和生屑灘微相。

2.1.1 鮞灘微相沉積特征

研究區鮞灘形成于開闊臺地或局限—蒸發臺地內部微地貌高地、水體能量較高的沉積環境［21-22］。巖性主要為褐灰色亮晶鮞粒灰巖或鮞粒云巖（圖3），鮞粒體積分數為50%～80%，多為正鮞，鮞徑為0.4～1.0 mm。砂屑含量低，亮晶方解石膠結物體積分數為10%～20%，膠結物多為環邊和粒狀方解石，發育粒間溶孔、粒內溶孔和鑄模孔（圖3f—3i）。單個鮞灘體在縱向上常具有向上變粗的沉積序列，鮞粒含量和鮞粒粒徑分別具有向上增多、增大的特征，單灘體厚度一般為0.5～3.0 m。單個鮞灘體的GR曲線主要呈中—高幅的箱形和倒鐘形，多個鮞灘體連續重復疊置的井段，GR曲線則呈中—高幅的倒圣誕樹形和微齒化箱形，通常情況下可將其視為沉積序列向上變粗的鮞灘沉積響應。連井剖面結構組成上，鮞灘底部與生屑灘生屑灰巖、灘間海或瀉湖細粒沉積物呈漸變接觸，頂部與膏坪、云坪或灘間海或瀉湖細粒沉積物呈漸變接觸，反映了臺地內部沉積水體頻繁動蕩的特點，構成反映快速海侵—緩慢海退的沉積序列。鮞灘在平面上常呈點狀或帶狀，與灘間海相鄰，并由不同級次的多個單灘體疊合而成。

2.1.2 生屑灘微相沉積特征

研究區生屑灘形成于開闊臺地內部微地貌高地，沉積水體較淺，能量較高［23-24］。巖性主要為褐灰色、淺灰色亮晶或泥晶生屑灰巖（圖3b），生屑體積分數為50%～70%，以介屑和瓣腮類為主，亮晶生屑灰巖在巖心上可見明顯的生屑結構，顯微鏡下觀察到生屑主要由泥晶方解石組成，顆粒間大多被粒狀亮晶方解石膠結物充填，膠結物體積分數為20%～40%，孔隙一般不發育（圖3j，3k）。單個生屑灘體在縱向上常具有向上變粗的沉積序列，生屑含量具有向上增多的特征，單灘體厚度一般為0.5～2.0 m。單個生屑灘體的GR曲線主要呈中幅箱形或倒鐘形，與鮞灘體疊置的井段，GR曲線則呈中—高幅的倒圣誕樹形和微齒化箱形，通常情況下可將其視為沉積序列向上變粗的臺內灘沉積響應（圖4）。連井剖面結構組成上，生屑灘的底部與灘間海或瀉湖細粒沉積物呈漸變接觸，頂部與鮞灘呈漸變接觸，自下而上可構成灘間海→生屑灘→鮞灘或瀉湖→鮞灘→膏坪（或云坪）向上變淺的沉積序列。生屑灘在平面上常呈點狀或帶狀，與灘間海相鄰，并可與不同級次的多個鮞灘體疊合構成臺內灘。

2.2 灘間海和瀉湖沉積特征

研究區灘間海和瀉湖主要位于臺地內部較低洼地區，沉積環境能量低［25］，兩者巖性以泥粉晶灰巖和黑灰色泥灰巖等細粒沉積物為主（圖3c，3d）。灘間海主要發育于開闊臺地內，瀉湖主要發育于局限—蒸發臺地內，瀉湖較灘間海水體循環更加受限，可見黑灰色泥云巖和泥晶云巖等，發育水平層理等反映水動力弱的沉積構造。灘間海和瀉湖的GR曲線主要呈齒化高值特征（圖4），向上可與臺內灘和潮坪構成反映快速海侵—緩慢海退的沉積序列（圖5、圖6）。根據研究區飛三段灘間海和瀉湖沉積物的成分，可進一步劃分出灰質灘間海（灰質瀉湖）、云質瀉湖等微相，屬于半局限—局限灘間海（瀉湖）沉積相。

2.3 潮坪沉積特征

潮坪發育于臺地內部平均海平面附近，水深處于平均高潮線與平均低潮線之間，水體鹽度變化大，水動力較弱，主要受到潮汐作用的控制，受波浪影響小［26］，干旱炎熱的氣候有利于膏鹽類礦物和蒸發泵（毛細管）云化作用的進行。研究區飛三段潮坪的巖性主要為灰白色膏巖（圖3e）、淺灰色泥粉晶云巖，GR曲線主要呈微齒化箱形低—中值特征，底部常與臺內灘呈漸變關系，構成瀉湖→鮞灘→膏坪（或云坪）向上變淺的沉積序列（圖5）。與灘間海（瀉湖）相比，潮坪主要發育于多級次海平面下降晚期，是沉積水體變淺和水動力變弱的沉積響應。

2.4 不同沉積微相沉積特征對比

綜上所述，四川盆地東北部飛三段廣泛發育臺內灘、灘間海（瀉湖）和潮坪等沉積亞相，可進一步分為鮞灘和生屑灘、灰質灘間海（灰質瀉湖）和云質瀉湖、膏坪和云坪等微相。通過歸納總結巖性特征、沉積構造、GR曲線特征、單層沉積厚度等，對不同沉積微相的沉積特征進行了對比（表2）。

表2 四川盆地東北部三疊系飛三段不同沉積微相的沉積特征對比Table 2 Sedimentary features of different microfacies of T1f3 in northeastern Sichuan Basin

鮞灘微相巖性以褐灰色亮晶鮞粒灰巖或鮞粒云巖為主，發育塊狀層理，具有向上變粗的逆粒序特征，GR曲線呈中—高幅的箱形和倒鐘形，單層沉積厚度一般為0.5～3.0 m。生屑灘微相巖性以褐灰色、淺灰色亮晶或泥晶生屑灰巖為主，沉積構造可見生物擾動和塊狀層理，具有向上變粗的逆粒序特征，GR曲線呈中幅箱形或倒鐘形，單層沉積厚度一般為0.3～2.0 m。灰質灘間海（或灰質瀉湖）微相巖性為黑灰色泥灰巖和泥粉晶灰巖，沉積構造可見水平層理，GR曲線呈齒化高值特征，單層沉積厚度一般為0.3～3.0 m，部分井區的灰質灘間海中偶夾薄層顆粒巖，顆粒巖累積厚度均小于2 m。云質瀉湖微相巖性以黑灰色泥云巖和泥粉晶云巖為主，沉積構造可見水平層理，GR曲線呈齒化高—中值特征，單層沉積厚度一般為0.5～2.0 m。膏坪微相和云坪微相巖性分別為灰白色膏巖和淺灰色泥粉晶云巖，以塊狀層理為主，GR曲線分別呈微齒化箱形低值和微齒化箱形中值特征，單層沉積厚度一般為0.2～2.0 m。

3 油氣地質意義

四川盆地東北部飛三段沉積期的開闊臺地相和局限—蒸發臺地相奠定了較好的油氣生儲蓋組合基礎。發育于灰質灘間海和灰質瀉湖微相中的泥巖、泥質灰巖具備生烴能力，同時也可作為油氣的側向封堵層，鮞灘微相中的鮞粒灰巖和鮞粒云巖、云坪微相中的粉晶云巖均具有較好的儲集性，膏坪微相中沉積的石膏層為優質的油氣蓋層。研究區飛三段地層在縱向上常見灰質灘間海—鮞灘—灰質灘間海、灰質瀉湖—鮞灘—云質瀉湖—云坪—膏坪、灰質瀉湖—鮞灘—云質瀉湖等生儲蓋組合類型（圖7）。

研究區在早三疊世初期發生了一次較大規模的快速海侵，在飛仙關組下部沉積了一套海槽相—臺地相的暗色泥質泥晶灰巖和泥頁巖，與上二疊統沉積的暗色泥頁巖組成了飛三段氣藏的烴源層。飛三段沉積期廣泛發育鮞粒灰巖和鮞粒云巖，可為飛三段氣藏提供優質儲層。飛三段和飛四段局限—蒸發臺地內發育的膏巖可為飛三段氣藏的保存提供蓋層條件，同時灘間海和瀉湖中的泥灰巖等細粒沉積物也可為烴源巖的形成提供物質基礎，也可作為良好的蓋層或側向封堵層。此外，區域內發育有基底斷裂系統，為油氣運移提供了良好的通道。

綜合上述油氣地質條件，研究區內P6 井區、Q1井區、D2—D4—W3 井區、L2—L1 井區、B1 井區、P1 井區和L5 井區等處于微地貌高地，顆粒巖累計厚度較大（圖8）。飛三段和飛四段D5—L5 井區以北膏巖累積厚度可達10 m 以上，且具有向北東方向增大的趨勢。綜合油氣地質條件分析，P6—L1—L5 井區東北部顆粒巖厚度大于15 m，飛三段和飛四段膏巖厚度為15～20 m，可作為研究區飛三段天然氣藏下一步勘探的重點區域。

4 結論

（1）四川盆地東北部飛三段以發育開闊臺地和局限—蒸發臺地為主，可識別出臺內灘、灘間海、潮坪和瀉湖等4 種沉積亞相。

（2）研究區飛三段顆粒巖主要分布于鮞灘微相和生屑灘微相中，鮞灘形成于開闊臺地或局限—蒸發臺地內部的微地貌高地，生屑灘形成于開闊臺地，兩者沉積水體能量高，均具有向上變粗的逆粒序特征。

（3）研究區飛三段灘間海和瀉湖主要位于臺地內部較低洼地區，沉積環境能量低，可進一步劃分出灰質灘間海（灰質瀉湖）、云質瀉湖微相，屬于半局限—局限灘間海（瀉湖）范疇。潮坪位于臺地內部平均海平面附近，發育于多級次海平面下降的晚期，是沉積水體變淺和水動力變弱的沉積響應，可進一步劃分出膏坪和云坪微相。

（4）研究區P6—L1—L5 井區東北部顆粒巖厚度大于15 m，膏巖厚度為15～20 m，可作為研究區飛三段天然氣藏勘探的重點區域。