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基于前人研究成果,通过对区内钻测井资料、地震资料、岩心和野外剖面资料分析,从岩石学、古生物、测井相等方面开展研究,对川东地区中寒武统高台组进行了沉积相类型划分,认为研究区高台组发育碎屑质碳酸盐岩台地沉积,研究区主要发育局限台地相。
局限台地相是四川盆地寒武系碳酸盐岩地层重要的油气勘探相带[14⁃16]。由于古地貌、古环境和古气候的影响,海水的水体循环受到一定程度的局限,水体盐度的浓度较高。可进一步划分出混积潮坪、潮坪、潟湖和台内滩4个亚相。
混积潮坪亚相多位于海平面附近,在研究区高台组表现为一套陆源碎屑岩与碳酸盐岩的交互沉积。在研究区岩性为条带状粉砂质白云岩(图3a)或白云质粉砂岩(图3b)、粉砂质灰岩(图3c)。垂向上混积潮坪在高台组6个四级层序均较发育,其中SSQ1、SSQ2和SSQ3最为发育。混积潮坪受潮汐作用影响,间歇性暴露,具有干(泥)裂等暴露标志,也发育平行层理、交错层理。GR曲线表现为高值高振幅锯齿型,声波时差(AC)曲线表现为齿化箱型,电阻率(RT)曲线表现为低幅锯齿型(图4)。根据岩性组合特征和其他沉积相标志,可进一步划分出砂质云灰坪、砂质云坪、砂质灰坪等微相,靠近物源区的太和1井发育局部的膏质砂坪微相,在垂向上叠置发育,显示水体频繁变化的特点。
Figure 3. Core and microscopic images of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
Figure 4. Characteristics of typical logging facies of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
潮坪亚相在研究区内分布最为广泛,沉积物颜色从浅色到深色变化范围较大。高台组潮坪亚相主要岩性为石膏质泥晶白云岩(图3d)、粉晶白云岩(图3e)与泥质白云岩,局部为泥晶灰岩。泥质白云岩中发育水平层理(图3f),泥晶灰岩具有中—厚层状、块状构造(图3g,h)。GR曲线上表现为齿化箱型,AC曲线表现为对称齿化、齿化箱型和齿化漏斗型,RT曲线表现为高幅锯齿型(图4)。在准同生阶段,由于高台组沉积时期炎热干燥的古气候,原生孔隙容易被少量的石膏矿物充填。在深埋藏阶段,构造运动导致深部构造热液沿断裂和裂缝对高台组白云岩溶蚀形成大量溶洞,是高台组有利的储层发育相带。部分溶洞沉淀热液矿物,如黄铁矿、石英晶体(图3e),裂缝较发育。可进一步划分出云坪、云灰坪、灰云坪和膏质潮坪4个微相。
潟湖亚相多发育在局限台地的地貌低部位,水体能量较弱,水体盐度最高,水体循环较为封闭,高台组以沉积蒸发岩为主。岩性包括石膏岩(图3i)、白云质石膏岩(图3j)和盐岩(图3k)。进一步可以细分为膏云质潟湖和泥质潟湖微相。测井GR曲线上表现为短指—微短指形,AC曲线表现为箱型,RT曲线表现为高值锯齿型(图4)。
台内滩亚相多发育在局限台地的地形较高部位,水体能量较强,多受到波浪和潮汐作用改造。沉积物颜色较浅,颗粒体积分数为50%~70%,颗粒类型包括鲕粒和砂屑,以泥晶胶结为主,滩体厚度相对较薄。岩性主要为砂屑白云岩(图3l)、鲕粒白云岩(图3m)、砂砾屑灰岩(图3n,o)和鲕粒灰岩(图3p)。GR曲线上表现为齿化箱型,AC曲线表现为对称箱型,RT曲线表现为高值钟型(图4)。主要细分为砂屑滩微相。
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结合前人对四川盆地及其周缘的研究成果[17⁃18,38],统计研究区重点井位岩性、厚度数据(表1),基于岩石类型、岩相组合、测井标志,综合地震资料,精细刻画了四级层序格架内沉积相平面展布。
井名 楼探1井(高台组下盘) 五探1井 蓥北1井 座3井 马深1井 太和1井 林1井 丁山1井 东深1井 曾1井 高科 1井 五科 1井 广探 2井 高石 16井 建深 1井 灰岩厚度/m 49.55 67.0 129.48 28.0 0 28.5 0 4.0 0 18.5 0 0 0 0 91.0 灰岩/地层 3.30 24.1 49.60 16.4 0 4.3 0 2.4 0 18.7 0 0 0 0 10.1 白云岩厚度/m 79.29 93.0 37.84 40.0 29.0 208.5 114.5 129.0 92 30.0 52 60.0 57.0 30.5 636.0 白云岩/地层 53.60 33.4 14.40 23.5 19.4 32.2 82.3 80.1 92 30.4 0 54.5 55.3 35.4 71.1 颗粒白云岩厚度/m 25.55 0 0 0 7 0 8.5 42.0 0 8.0 0 0 4.0 0 0 颗粒白云岩/地层 1.70 0 0 0 4.6 0 6.1% 26.0 0 8.1 0 0 3.8 0 0 膏岩厚度/m 59.03 54.0 14.32 15.0 15.0 32.5 0 16.0 0 0 0 10.0 0 0 144.0 膏岩/地层 39.90 19.4 5.40 8.8 10.0 5% 0 9.9 0 0 0 9.0 0 0 16.1 碎屑岩厚度/m 44.65 64.0 79.36 87.0 105.0 377.0 6.5 12.0 8 50.0 0 40.0 46.0 55.5 23.0 碎屑岩/地层 3.00 23.0 30.40 51.1 70.4 58.3 4.6 7.4 8 50.7 0 36.3 44.6 64.5 2.5 地层厚度/m 147.75 278.0 261.00 170.0 149.0 646.0 139.0 161.0 100 98.5 52 110.0 103.0 86.0 894.0 Table 1. Rock types and thickness of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
以近西—东向的“高科1井—高石16井—广探2井—蓥北1井—五探1井”和南西—北东向的“林1井—丁山1井—太和1井—建深1井—楼探1井”两条连井剖面为例(图5,6)。近西—东向剖面位于研究区中部,从西向东地层厚度逐渐增加,近陆源碎屑物源方向的高科1井和高石16井主要发育砂质灰坪和云坪微相,广探2井发育泥质潟湖、灰坪和云坪微相,近北部陆源碎屑物源方向的蓥北1井主要发育砂质灰坪、灰云坪、泥质潟湖和云坪微相,五探1井主要发育砂质灰坪、灰云坪、云坪、潟湖和砂质云坪微相,远物源的楼探1井主要发育膏质潮坪、云坪和膏质潟湖,潟湖具有多期叠加的特点。南西—北东向剖面位于研究区东部边缘,从南西向北东方向地层厚度逐渐增加,远物源的林1井和丁山1井主要发育云坪、泥质潟湖、膏质潮坪和砂屑滩微相,丁山1井砂屑滩具有多期发育的特点,近陆源碎屑物源方向的太和1井主要发育膏质砂坪、砂质云坪、膏质潮坪和云坪微相,远物源的建深1井和楼探1井主要发育膏质潮坪、云坪和多期的膏质潟湖。
Figure 5. Stratigraphic and facies section of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin from east to west
Figure 6. Stratigraphic and facies section of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin from north to south
川东地区高台组沉积时期,在兴凯运动和大规模海退的背景下,研究区西部地层厚度较薄,向东地层厚度逐渐增加,研究区主要发育局限台地相沉积,可进一步划分出混积潮坪、潮坪、潟湖和台内滩4个亚相,主要发育砂质灰云坪、膏质砂坪、砂屑滩、泥质潟湖、膏质潟湖、膏质潮坪、云坪、灰云坪和灰坪等9个微相。
SSQ1时期,研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、灰坪、云坪、膏质砂坪、膏质潮坪和膏质潟湖微相,砂屑滩微相主要分布在研究区东南部。该期砂质灰云坪分布范围较大,主要在五科1井—蓥北1井和座3井—太和1井一带,发育砂质灰岩、白云质粉砂岩和砂质白云岩,局部如太和1井发育膏质砂坪;向东发育云坪;研究区东部边界发育膏质潮坪微相;在楼探1井、建深1井和五探1井分别发育3个膏质潟湖微相,西部潟湖规模较小,以东部潟湖为主;小规模砂屑滩发育,集中在研究区东南部和中东部(图7a)。
Figure 7. Lithofacies palaeogeography of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
SSQ2时期,研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、膏质砂坪、泥质潟湖、灰云坪、云坪、膏质潮坪和膏质潟湖微相,少量砂屑滩微相分布在研究区东南部。北部的砂质灰云坪微相略有萎缩,南部的砂质灰云坪微相向东略有发育,太和1井仍发育膏质砂坪微相;云坪微相在研究区大规模发育。该期五探1井的膏质潟湖逐渐消失,灰云坪开始发育;膏质潮坪的范围也逐渐减小,主要集中在研究区东北部,部分发育在东南部;广探2井开始发育泥质潟湖;研究区边缘的砂屑滩逐渐萎缩,石柱宝莲剖面的砂屑滩消失(图7b)。
SSQ3时期,研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、膏质砂坪、泥质潟湖、云坪、膏质潮坪、膏质潟湖和砂屑滩微相。北部的砂质灰云坪微相完全消失,南部砂质灰云坪的规模略有发育;云坪微相在研究区仍大规模发育,膏质潮坪的规模略有扩大,北部发育面积大于南部;砂屑滩在研究区中部发育,座3井和石柱宝莲的砂屑滩持续发育;该期广探2井的泥质潟湖向东迁移到了蓥北1井(图7c)。
SSQ4时期,研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、云坪、灰云坪、膏质潮坪、膏质潟湖和砂屑滩微相。砂质灰云坪的规模持续减小,在研究区北部和南部略有分布;研究区主要发育云坪亚相,膏质潮坪沿研究区东部边界开始呈现带状分布,由于广泛的蒸发环境导致大规模的膏质潮坪沉积,促进了膏质潟湖的发育,使其具有沿研究区东部边界分布的特点;石柱宝莲剖面的台内滩持续发育(图7d)。
SSQ5时期,研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、泥质潟湖、云坪、膏质潮坪、膏质潟湖和砂屑滩微相。南部的砂质灰云坪略有萎缩,北部的砂质灰云坪缓慢发育;在蓥北1井发育泥质潟湖;在东部膏质潮坪呈带状展布,南部发育的膏质潟湖逐渐萎缩消失,北部的膏质潟湖持续发育;石柱宝莲剖面和丁山1井发育砂屑滩(图7e)。
SSQ6时期,由于兴凯运动的加剧、持续性的海退和川北、川中古隆起的影响,研究区部分地层被剥蚀。研究区由西向东依次发育砂质灰云坪、泥质潟湖、云坪、膏质潮坪、膏质潟湖和砂屑滩微相。蓥北1井的泥质潟湖出现萎缩,膏质潮坪的规模扩大;楼探1井、建深1井和五探1井—蓥北1井分别发育3个膏质潟湖;石柱宝莲和丁山1井砂屑滩持续发育(图7f)。
对比发现,此次高台组沉积相类型划分与前人研究成果[13,17⁃18]整体一致,但微相类型划分、层序格架内沉积微相展布研究相对更为细化。总体而言,川东地区在高台组沉积时期,继承了龙王庙组的沉积格局,主要发育碳酸盐岩和陆源碎屑岩混合沉积的局限台地相沉积,研究区西部受到古陆陆源物质的影响,自西向东依次发育混积潮坪、潮坪、潟湖和台内滩亚相。局限台地内部以膏质白云岩为代表的膏质潮坪微相分布在研究区东部,膏质潟湖微相沉积的膏盐岩规模较大,少量的台内滩零星分布在研究区的东部边缘。根据已有资料推测,高台组沉积时期研究区周缘地区依次发育开阔台地、台地边缘滩和斜坡—盆地相(图8)。
3.1. 沉积相类型与特征
3.2. 层序格架内沉积演化及模式
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川东地区寒武系高台组白云岩储层较为发育,是在寒武系龙王庙组、洗象池组之后又一重要的白云岩储层发育层系。高台组有利储层岩性主要为粉晶白云岩。储集空间包括溶孔、微裂缝、溶洞(图9a~c)等类型,其中以溶蚀孔洞为主,见开启状微裂缝。
Figure 9. Reservoir microscope and core photograph of the middle Cambrian Gaotai Formation in eastern Sichuan
根据高台组五探1井取心段的物性资料(表2),结合中国石油西南油气田公司重庆气矿现场使用碳酸盐岩储层评价标准(表3),将高台组储集层分为两类:Ⅱ类储层岩性为粉晶白云岩,储层孔隙度介于7%~10.4%,渗透率大于或等于10×10-3 μm2,孔喉组合为中、小孔—中、细喉,孔隙类型为溶蚀孔洞、晶间孔和裂缝,综合评价为较好储层;Ⅲ类储层岩性为粉晶白云岩,储层孔隙度介于2.8%~5.8%,渗透率介于(0.1~1.0)×10-3 μm2,孔喉组合为小孔—细喉,孔隙类型为溶孔、晶间孔和裂缝,综合评价为中等储层。高台组储层的累计厚度介于0.1~7.5 m。储集层的非均质性较强,厚度较薄,总体上呈“中—低孔低渗”的特征。同时,研究发现随着埋藏深度的增加(表2),储层的孔隙度和渗透率也增加。
井名 顶层/m 底层/m 储厚/m 孔隙度/% 渗透率/×10-3 μm2 厚度/m 孔隙度/% 厚度/m 孔隙度/% 厚度/m 孔隙度/% 五探1井 6 695.1 6 712.0 16.9 4.3 0.069 0.1 7.0 7.5 5.1 4.6 2.8 6 727.5 6 732.6 5.1 6.3 1.300 2.1 8.0 2.0 6.0 1.0 3.3 6 758.4 6 768.8 10.4 8.3 29.317 6.1 10.4 3.5 5.8 0.8 3.6 平均值 10.8 6.3 10.228 2.7 6.1 4.3 5.6 2.1 3.2 Table 2. Reservoir physical properties of well Wutan 1 of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
类别参数 Ⅰ类储层 Ⅱ类储层 Ⅲ类储层 Ⅳ类储层 主要岩性 白云岩 白云岩 白云岩 白云岩 孔隙度/% ≥12 6~12 2.5~6.0 <2.5 渗透率/×10-3 μm2 ≥10 0.1~10 0.001~0.1 <0.001 Table 3. Evaluation standard of carbonate reservoir used in Chongqing Gas Mine of the PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company
通过上述高台组单井、连井沉积相(图2,5)和储层物性分析,高台组储集层主要发育在潮坪亚相—云坪微相,垂向上优质储层集中在SSQ2、SSQ3和SSQ4层序的海退时期(图2)。将高台组6个四级层序沉积时期的沉积相平面图综合研究,同时结合地震资料发现:平面上,高台组有利储层整体分布在研究区西部界线一带,地震剖面上表现为较强的振幅,横向连续性较差(图10a)。整体而言,高台组储层单层厚度普遍较薄,储层的形成受后期构造热液作用影响较大,具体表现为溶洞充填黄铁矿和石英(图9b,c)。
Figure 10. (a) Seismic stratigraphic section and (b) prediction of favorable exploration zones of the middle Cambrian Gaotai Formation in the eastern Sichuan Basin
川东地区高台组储集层发育受潮坪亚相和后期构造热液改造的双重影响。因此,在综合考虑川东地区高台组岩相古地理特征、断层分布等因素的基础上,结合天然气成藏地质条件分析,预测了川东地区高台组有利勘探区带。研究发现,构造活动的区域易受后期构造热液改造的影响,高台组储集层比较发育区主要为川东地区的西部(图10b)。高台组储层形成由于受到构造热液改造影响,所以在构造发育位置储层的质量较好,发育Ⅱ类储层;越远离构造,受到后期构造热液改造的影响越小,发育Ⅲ类储层。