唐大海，譚秀成，王小娟，梁 菁，涂羅樂(lè)，吳長(zhǎng)江

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；2.中國(guó)石油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

0 引 言

四川盆地是在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的大型疊合盆地，具有基底和沉積蓋層二元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其沉積蓋層由厚達(dá)6 000～12 000 m海相地層和陸相地層組成。四川盆地經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，油氣資源特別豐富，發(fā)育寒武系、志留系、二疊系、上三疊統(tǒng)須家河組等6套烴源層，目前已發(fā)現(xiàn)了震旦系燈影組、寒武系龍王廟組、志留系龍馬溪組、石炭系黃龍組、上三疊統(tǒng)須家河組等27個(gè)油氣層。上三疊統(tǒng)須家河組是中三疊統(tǒng)海相地層之上的一套砂泥巖互層為主夾煤層的陸相碎屑巖沉積，厚度為300～4 000 m，油氣資源量達(dá)到3.15×1012m3，大面積含氣特征明顯，是四川盆地致密氣藏勘探開(kāi)發(fā)的主要層系之一。

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組天然氣勘探始于20世紀(jì)50年代初，經(jīng)歷了構(gòu)造氣藏勘探、巖性氣藏勘探、致密氣藏勘探開(kāi)發(fā)3個(gè)時(shí)期。雖然須家河組勘探成效顯著，但儲(chǔ)量動(dòng)用率較低、開(kāi)發(fā)效果欠佳，生產(chǎn)井表現(xiàn)出產(chǎn)能差異大、產(chǎn)量遞減較快、高效井比例低等特點(diǎn)。另外，由于前期工作主要集中在川西前陸盆地的川中隆起帶和盆地中西部的凹陷帶—斜坡帶勘探程度較低[1-6]，缺乏對(duì)全盆地須家河組氣藏全面立體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)上三疊統(tǒng)須家河組規(guī)模效益勘探開(kāi)發(fā)，開(kāi)展四川盆地須家河組致密氣藏成藏要素和有利區(qū)帶評(píng)價(jià)研究迫在眉睫。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是中國(guó)西部大型含油氣疊合盆地，屬于揚(yáng)子板塊次級(jí)構(gòu)造單元，面積約為18×104km2。盆地邊界具有明顯菱形特點(diǎn)，西北部為龍門(mén)山斷褶帶，東北部為大巴山斷褶帶，西南部為峨嵋瓦山塊斷帶，東南部為川湘拗陷斷褶帶。盆地內(nèi)部根據(jù)基底斷裂細(xì)分為川北古中拗陷低緩帶、川西中新拗陷低陡帶、川中古隆中斜平緩帶、川西南古中斜坡低褶帶、川南古拗中隆低陡彎形帶和川東古斜中隆高陡斷褶帶等次級(jí)構(gòu)造單元[6](圖1)。

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組沉積受多物源、多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古侵蝕面和前陸盆地等因素控制，發(fā)育大型湖相淺水三角洲砂巖含煤建造，厚度為200～4 000 m，呈西厚東薄的特征?？v向上須家河組自下而上劃分為6段，其中須一、三、五段以泥巖為主，為主要的烴源層；須二、四、六段以厚層砂巖、礫巖為主夾薄層泥巖，為主要的儲(chǔ)集層，形成“三明治式”生儲(chǔ)蓋組合，利于天然氣聚集成藏。

圖1 四川盆地構(gòu)造分區(qū)

Fig.1 Structural division of Sichuan Basin

2 沉積體系及成藏組合特征

2.1 沉積體系特征

基于沉積基本原理和層序地層學(xué)理論，綜合利用地震、鉆井、測(cè)井和露頭等資料重新對(duì)須家河組進(jìn)行劃分與對(duì)比，在地震剖面上尋找全區(qū)可對(duì)比追蹤的等時(shí)層序界面，將須家河組自下而上分為T(mén)S1、TS2、TS3沉積體系(圖2)。

TS1沉積體系對(duì)應(yīng)整個(gè)須一段，為一套海陸過(guò)渡體系，自下而上表現(xiàn)為海相碳酸鹽沉積逐漸過(guò)渡為陸相碎屑巖沉積[6-12]。該體系主要分布在川西及川中局部地區(qū)，在川西北部發(fā)育大型扇三角洲，由川西南往川中方向逐漸沉積超覆尖滅，厚度為0～1 000 m。

圖2 四川盆地須家河組成藏組合類(lèi)型

Fig.2 Hydrocarbon accumulation combination categories of Xujiahe Formation in Sichuan Basin

TS2為陸相沉積體系，對(duì)應(yīng)須二、三段。該體系沉積時(shí)前陸盆地格局初現(xiàn)，須三期盆地范圍內(nèi)發(fā)生全面湖侵，沉積分布較廣泛。在川中及川西南部下部為厚層砂巖，上部為砂泥互層，砂巖富含變質(zhì)巖屑；在川西北部近源沉積了大型扇三角洲體，且砂巖富含碳酸鹽巖巖屑，受印支Ⅱ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)隆升剝蝕影響，局部上部地層缺失。

TS3為陸相沉積體系，對(duì)應(yīng)須四段—須六段，此時(shí)前陸盆地格局全面形成，盆地內(nèi)該體系廣泛發(fā)育，沉積中心位于川西南部，川西北部大部分地區(qū)受印支末期隆升剝蝕影響，缺失該套地層。

2.2 成藏組合特征

四川盆地須家河組須一、三、五段以暗色泥質(zhì)沉積為主，須二、四、六段以砂質(zhì)沉積為主間夾薄層暗色泥巖。在長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回沉積作用下，多套烴源巖與砂巖儲(chǔ)層疊置發(fā)育，形成大范圍“三明治”式優(yōu)質(zhì)生儲(chǔ)蓋組合。依據(jù)其成藏模式和疊置關(guān)系，縱向上可劃分為2個(gè)類(lèi)型6套成藏組合。第1類(lèi)為須一下亞段—須一上亞段、須一段—須二段、須三段—須四段、須五段—須六段4套源外下生上儲(chǔ)型成藏組合；第2類(lèi)為須三段、須五段源內(nèi)自生自儲(chǔ)型成藏組合(圖2)。

2.2.1 源外下生上儲(chǔ)型

該類(lèi)成藏組合是在穩(wěn)定構(gòu)造背景下，由湖盆大范圍整體升降運(yùn)動(dòng)控制形成。湖盆擴(kuò)張時(shí)沉積湖泊相烴源層，其生烴強(qiáng)度、有機(jī)碳含量和有效厚度受控于沉積微相；湖盆收縮時(shí)廣泛發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、河口壩和席狀砂微相儲(chǔ)層。在沉積旋回控制下，烴源巖和砂體儲(chǔ)層之間呈層狀間互分布，形成了下生上儲(chǔ)的源外型成藏組合。該類(lèi)成藏組合源儲(chǔ)緊密相鄰，油氣可向上方及側(cè)向高部位運(yùn)移聚集，為致密砂巖氣藏形成與保存提供有利條件[5-10]。

(1) 須一下—須一上亞段組合。須一下亞段海相烴源巖為主力烴源，生烴強(qiáng)度為10×108～60×108m3/km2,其中TOC含量為1.65%。優(yōu)質(zhì)烴源區(qū)位于川西中南部，厚度超過(guò)350 m，須一上亞段發(fā)育孔隙型儲(chǔ)層，厚度為10～50 m，孔隙度為6%～8%，主要分布在川西北部地區(qū)，川西地區(qū)儲(chǔ)源配置較好。

(2) 須一—須二段組合。須二段儲(chǔ)集砂體在川中和川西地區(qū)廣泛分布，其中以川西地區(qū)最厚，中壩地區(qū)厚度超過(guò)200 m，川中地區(qū)厚度大于50 m。須二段孔隙度大于6.0%的儲(chǔ)層主要發(fā)育在川中和川西北部地區(qū)，厚度為10～60 m，下伏優(yōu)質(zhì)烴源巖主要為發(fā)育在盆地中西部凹陷區(qū)的須一段烴源巖，川中-川西過(guò)渡區(qū)斜坡帶源儲(chǔ)配置最佳[3]。

(3) 須三—須四段組合。須三期優(yōu)質(zhì)烴源主要發(fā)育在川西地區(qū)，烴源巖厚度大多超過(guò)40 m，尤其在川西都江堰一帶最厚可達(dá)400 m，TOC含量為2.13%。須四段儲(chǔ)層主要分布在川中地區(qū)的營(yíng)山以南至蜀南地區(qū)，厚度一般為10～40 m，川西和川東地區(qū)較薄一般小于10 m，平均孔隙度為6.5%～10.0%，川中斜坡帶源儲(chǔ)配置較好。

(4) 須五段—須六段組合。須五期構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)平靜，煤系烴源發(fā)育厚度大多超過(guò)40 m，川西南—川中地區(qū)較發(fā)育，最厚超過(guò)350 m，TOC含量為2.01%。須六段儲(chǔ)層主要分布在蜀南和川中局部地區(qū)，川西南和川東地區(qū)厚度一般在10 m以下，蜀南地區(qū)須六段孔隙度總體較高，一般在8.0%以上，川中隆起帶源儲(chǔ)配置較好[4](圖2)。

2.2.2 源內(nèi)自生自儲(chǔ)型

該類(lèi)成藏組合源儲(chǔ)緊密接觸且頻繁互層，薄層砂體被厚層烴源巖包裹，油氣運(yùn)移路徑短，具備優(yōu)先成藏的有利條件。須家河組須三、五段以烴源巖發(fā)育為主，在川西—川中地區(qū)須三、五段內(nèi)發(fā)育致密薄砂巖儲(chǔ)層，厚度為2～15 m，孔隙度多為5.0%以下。已投產(chǎn)井表明須家河組須三、五段局部仍存在三角洲河道砂體發(fā)育的“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層，孔隙度可大于5.0%，形成源內(nèi)自生自儲(chǔ)型氣藏[1,4,9-16](圖2)。如秋林地區(qū)的QL3井，位于須三段烴源與儲(chǔ)層疊合部位，測(cè)井解釋須三段儲(chǔ)層累計(jì)厚度為44.5 m，平均孔隙度為3.1%，測(cè)試日產(chǎn)氣量為35×104m3/d，投入開(kāi)發(fā)后已累計(jì)產(chǎn)氣1.34×108m3，證實(shí)盆地內(nèi)須家河組源內(nèi)自生自儲(chǔ)型成藏組合類(lèi)型具有較大勘探潛力。

3 天然氣富集主控因素

3.1 持續(xù)性生烴凹陷周緣控制天然氣富集

四川盆地須家河組6個(gè)巖性段均具有生烴能力，形成多套廣覆式分布的烴源巖，其中以暗色泥質(zhì)沉積較為發(fā)育的須一、三、五段3套烴源巖為主，而須二、四、六段薄層暗色泥巖可作為補(bǔ)充烴源[1-5]。須家河組各段烴源巖受古地貌與盆緣古陸在宏觀上的聯(lián)合控制作用，總體呈西厚東薄趨勢(shì)，川西地區(qū)和川中大部分地區(qū)生烴強(qiáng)度超過(guò)20×108m3/km2，而長(zhǎng)期處于沉積中心的川西地區(qū)烴源最為豐富、生烴強(qiáng)度大于60×108m3/km2(圖3)?，F(xiàn)有勘探成果顯示盆地須家河組大中型氣藏主要分布在生烴強(qiáng)度大于20×108m3/km2的區(qū)域，如川西地區(qū)的中壩、平落壩、邛西等氣田，表明持續(xù)性凹陷控制了優(yōu)質(zhì)烴源的分布，氣藏則主要分布在生烴凹陷周緣優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)部。

圖3 四川盆地須家河組生烴強(qiáng)度及有利勘探區(qū)帶圖

3.2 進(jìn)積型分支河道砂體控制天然氣富集

受印支運(yùn)動(dòng)2個(gè)造山幕的影響，須家河沉積時(shí)期湖盆基準(zhǔn)面升降變化頻繁，形成多個(gè)沉積旋回。構(gòu)造活躍時(shí)期湖盆水退，可容空間與沉積物供應(yīng)量之比逐漸減小，形成進(jìn)積型淺水三角洲沉積[14]。表現(xiàn)為分支河道呈片狀、帶狀或枝狀，單河道平均較寬且易橫向遷移，單砂層在湖盆坡折帶均發(fā)育小規(guī)模河口壩微相。由于進(jìn)積型河道水動(dòng)力較強(qiáng)，且物源充足，形成的砂體粒度較粗、厚度較大且泥質(zhì)含量少，因而易于形成優(yōu)質(zhì)的高孔隙度儲(chǔ)層(圖4)。區(qū)內(nèi)單井測(cè)試產(chǎn)量與有效儲(chǔ)層的厚度、孔隙度均有較好的相關(guān)性，測(cè)試高產(chǎn)井多分布在儲(chǔ)層厚度大的高孔隙度區(qū)。如安岳氣田Y114井，須二段進(jìn)積河道砂體發(fā)育，單砂體儲(chǔ)層厚度為19.1 m，常規(guī)地震剖面上識(shí)別為主分支河道沉積微相，孔隙度反演剖面也顯示孔隙度較高；測(cè)井上表現(xiàn)為大套低伽馬、低密度、中—低電阻率的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，平均孔隙度為9.2%，試氣測(cè)試產(chǎn)氣為10.87×104m3/d。截至目前，安岳氣田Y114井已累計(jì)產(chǎn)氣為0.82×108m3，表明進(jìn)積型三角洲分支河道是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要發(fā)育區(qū)。

圖4 四川盆地須二段沉積相平面展布

3.3 繼承性構(gòu)造帶控制天然氣富集

四川盆地須家河組致密砂巖氣藏為典型的連續(xù)型準(zhǔn)層狀低—特低孔滲砂巖氣藏[13]，經(jīng)歷了晚侏羅世末期和白堊紀(jì)末期的油氣充注，以及晚白堊世以來(lái)喜山運(yùn)動(dòng)的調(diào)整改造。但由于華鎣山斷裂是川黔湘褶皺沖斷系的前鋒斷裂，盆地處于低應(yīng)變帶，以整體抬升為主變形不強(qiáng)烈，且喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的閉鎖使燕山期的“盆”、“山”關(guān)系得以繼承發(fā)育[10,15]。

目前須家河組已發(fā)現(xiàn)的大型氣藏中，合川、安岳是樂(lè)山-龍女寺古隆起區(qū)的一部分，八角場(chǎng)、公山廟、廣安等背斜構(gòu)造也是古隆起發(fā)育區(qū)，這些氣藏在油氣充注時(shí)期均處于構(gòu)造相對(duì)較高的古隆起或斜坡帶，有利于天然氣的運(yùn)聚富集與氣水重力分異。這些繼承性的古隆起在印支期已見(jiàn)雛形，經(jīng)歷燕山至喜山期繼承性發(fā)育為現(xiàn)今的背斜構(gòu)造。根據(jù)已鉆井測(cè)試和生產(chǎn)情況，純氣層主要分布在古隆起幅度較大的高部位，而中低產(chǎn)井、產(chǎn)水井主要在構(gòu)造位置相對(duì)較低的幅度平緩地區(qū)。因此，對(duì)于致密砂巖氣藏，新生構(gòu)造調(diào)整一定程度上決定了油氣的最終分布，而有利的繼承性古構(gòu)造背景多為致密油氣富集指向區(qū)[2]。

4 有利區(qū)帶評(píng)價(jià)

4.1 有利區(qū)帶評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合烴源、儲(chǔ)層、構(gòu)造、保存條件及埋深等多方面因素[1-2,10,16,17-20]，并參考區(qū)內(nèi)已獲有效井的地質(zhì)特征，建立適用于四川盆地須家河組致密砂巖氣藏有利目標(biāo)區(qū)帶精細(xì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)體系。該評(píng)價(jià)體系將四川盆地須家河組勘探目標(biāo)區(qū)帶細(xì)分為3類(lèi)：

Ⅰ類(lèi)有利目標(biāo)區(qū)帶主要表現(xiàn)為：①距離生烴中心近，生烴強(qiáng)度大于20×108m3/km2；②區(qū)域三角洲前緣分流河道發(fā)育，源儲(chǔ)匹配好；③縱向發(fā)育多套儲(chǔ)層，具備立體勘探潛力；④位于構(gòu)造高部位或局部構(gòu)造高，埋深小于4 500 m；⑤區(qū)域勘探成果好，已發(fā)現(xiàn)氣藏或獲多口工業(yè)氣井。

Ⅱ類(lèi)有利目標(biāo)區(qū)帶勘探前景較Ⅰ類(lèi)略差，主要表現(xiàn)為：①區(qū)域烴源條件較好，生烴強(qiáng)度大于20×108m3/km2；②沉積區(qū)域發(fā)育三角洲前緣分流河道，源儲(chǔ)匹配較好；③優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層較發(fā)育，厚度大；④位于構(gòu)造高部位或局部構(gòu)造發(fā)育，埋深小于4 500 m；⑤區(qū)內(nèi)有勘探發(fā)現(xiàn)。

Ⅲ類(lèi)有利目標(biāo)區(qū)帶勘探前景相對(duì)較差，主要表現(xiàn)為：①區(qū)域烴源條件較好，生烴強(qiáng)度為10×108～20×108m3/km2；②區(qū)域三角洲前緣分流河道發(fā)育；③儲(chǔ)層發(fā)育；④局部構(gòu)造發(fā)育，埋深淺；⑤區(qū)內(nèi)有勘探發(fā)現(xiàn)。

4.2 有利目標(biāo)區(qū)帶優(yōu)選

基于宏觀地質(zhì)認(rèn)識(shí)，采用上述新建立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)四川盆地須家河組有利勘探目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選。研究發(fā)現(xiàn)川中—川西過(guò)渡帶為致密氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的有利區(qū)帶，其中金華-中臺(tái)山地區(qū)為近期四川盆地須家河組致密氣最有利的區(qū)域，覆蓋面積達(dá)10 000 km2(圖3)。該地區(qū)緊鄰川西北部生烴中心，累計(jì)生烴強(qiáng)度為20×108～40×108m3/km2，具有良好的烴源條件；縱向上須一上亞段、須二段和須三段河道砂體疊置發(fā)育，儲(chǔ)集條件及源儲(chǔ)匹配關(guān)系良好；存在局部構(gòu)造高部位，氣藏充滿度高，已獲多口工業(yè)氣井且不產(chǎn)水；該地區(qū)須一上亞段上傾尖滅砂體可發(fā)育新型巖性氣藏。該區(qū)須家河組總體資源量超3 000×108m3，具備致密砂巖氣多層系立體勘探潛力，預(yù)計(jì)至2025年部署實(shí)施10多口井，建成產(chǎn)能為3×108m3/a。

4.3 應(yīng)用成效

基于新認(rèn)識(shí)及時(shí)指導(dǎo)了四川盆地須家河組勘探實(shí)踐，成效顯著。在I類(lèi)有利區(qū)的中臺(tái)山、安岳、蓬萊區(qū)塊，已部署實(shí)施ZT101、ZT103、Y101、Y102、PL1-PL5等10口井，獲得工業(yè)氣井9口，獲氣成功率為90%，累計(jì)測(cè)試日產(chǎn)量為205×104m3/d，提交天然氣探明和控制儲(chǔ)量超過(guò)400×108m3，支撐了近期四川盆地須家河組的勘探開(kāi)發(fā)部署工作，應(yīng)用效果好，深化了須家河組致密氣藏認(rèn)識(shí)，表明研究結(jié)果具有較好地推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

5 結(jié) 論

(1) 四川盆地須家河組縱向發(fā)育3套沉積體系6段致密砂巖儲(chǔ)層，形成了4套源外下生上儲(chǔ)型和2套源內(nèi)自生自儲(chǔ)型成藏組合。

(2) 四川盆地須家河組致密砂巖氣的富集主要受持續(xù)性生烴凹陷、進(jìn)積型分支河道以及繼承性構(gòu)造帶聯(lián)合控制。

(3) 新建適用于四川盆地須家河組致密砂巖氣藏有利目標(biāo)區(qū)帶精細(xì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)體系，將盆地內(nèi)須家河組有利勘探目標(biāo)細(xì)分為3類(lèi)，并指出川中—川西過(guò)渡帶的金華-中臺(tái)山地區(qū)是四川盆地近期致密氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的最有利區(qū)帶，并通過(guò)近期開(kāi)展的勘探開(kāi)發(fā)工作得到證實(shí)。