四川盆地秋林地區侏羅系沙溪廟組二段河流相沉積特征及儲集差異性分析

韋騰強, 張本健， 王小娟， 朱 訊, 張少敏, 吳長江, 金 濤, 龐正煉

(1.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院， 成都 610041； 2.中國石油勘探開發研究院， 北京 100083)

在四川盆地陸相地層以往的油氣勘探中，侏羅系沙溪廟組非重點層位，總體研究程度較低，僅在川西南平落壩、川東北五寶場、蜀南大塔場、川西中江等地有零星發現。經近幾年對沙溪廟組系統的綜合地質研究發現，四川盆地沙溪廟組縱向上河道砂體非常發育，平面上廣泛分布，儲集物性較好，具有非常大的勘探潛力，目前已在川中-川西地區秋林、金華、八角場、鹽亭等地獲得重大天然氣勘探突破，且沙溪廟組天然氣具有埋藏淺、成本低、周期短、見效快等優點，是目前低油價下效益開發的重要現實領域之一，受到了廣泛的重視[1]。因此，沙溪廟組已成為四川盆地油氣勘探的一個新熱點。

近年來，眾多學者針對沙溪廟組開展了部分沉積學研究，對物源方向、沉積相類型、成巖作用、層序地層格架等具有一定認識，如歐莉華等[2]通過砂巖地球化學，指出川西地區在中侏羅世沙溪廟期具有相同的沉積物源背景；李明等[3]基于地震沉積學原理，指出四川盆地在沙溪廟組主要發育河流相沉積；顧戰宇等[4]指出沙溪廟組河道砂巖發育高孔高滲和低孔低滲兩種孔隙型儲層，不同類型儲層對氣藏成藏具有重要的控制作用。綜合前人在沉積方面的研究，沙溪廟組仍存在以下尚待解決的問題：具體的河流類型、河流沉積特征目前尚不清楚；井間距相對較大，不足以控制沉積體展布細節；尤其是同一沉積背景(如物源)內的砂巖居然呈現較大的儲層差異性。具體是何種原因造成了這種現象，這不僅一直是制約四川盆地沙溪廟組油氣勘探生產的瓶頸，而且是石油地質領域中值得探討的科學問題。因此，現以數據資料豐富、地震品質較好的秋林地區為對象，選取河流相沉積較為發育的沙溪廟組二段為目的層，綜合利用地質與地球物理資料，闡明所發育的具體河流類型、研究河流相沉積特征及演化，論述同一沉積背景下發育儲層差異性的主控因素與成因機制，不僅有助于四川盆地沙溪廟組油氣勘探，而且有助于研究河流沉積-儲層演化的控制機理，具有重要的實際意義與科研意義。

1 區域地質概況

四川盆地是一個大型含油氣疊合盆地，是中國油氣工業的重要基地[5]。自震旦系以來，盆地總體以沉降為主，基底之上巨厚的蓋層沉積為油氣的形成和富集提供了豐富的物質基礎，特別是由于地殼震蕩運動和沉積環境的變遷，導致四川盆地的油氣層具有多旋回特點，縱向上形成多套含油氣層系，其陸相侏羅系沙溪廟組是已發現的油氣層中埋藏最淺的含油氣層系。盆地沉積蓋層齊全，主要經歷了兩大構造沉積演化階段。其中震旦系到中三疊統是海相沉積，以碳酸鹽巖為主。中三疊世末早印支期，上揚子區整體抬升，盆地內部遭受不同程度剝蝕，大規模海侵從此結束。上三疊統明顯反映了全區由淺海臺地轉變為內陸湖盆的全過程，是一套海陸過渡沉積，侏羅系到古近系為陸相地層，主要為一套碎屑巖沉積[6-8]。在各演化階段中，沉積背景具有繼承性。研究區侏羅系地層綜合柱狀圖與區域位置如圖1所示。

陸相侏羅系沙溪廟組是四川盆地發現的油氣層中埋藏最淺的含油氣層系，自下向上可劃分為沙一段與沙二段。沙一段中上部地層沉積時，研究區內湖水已經完全退出，盆地北部均以河流相為主，巖性主要為紫紅色泥巖夾淺灰色砂巖，沙一段末期盆地經歷了一個短暫的淺湖相沉積環境，形成了數米厚的葉肢介頁巖，然而時間較短，之后又恢復了河流相沉積。沙二段時期盆地一直以陸上強氧化沉積環境為主，發育了厚層的河流相地層，直至沙溪廟組沉積結束。地層巖性特征為厚層紫紅色泛濫平原泥巖夾灰色、灰綠色河道砂體。根據沉積基準面旋回，沙二段可進一步自下向上劃分為沙二1、沙二2、沙二3、沙二4共4個亞段。

2 沙二段河流相沉積分析

以區域沉積背景為約束，通過鉆井、測井、巖芯與地震平面屬性，綜合分析秋林地區沙溪廟組二段沉積特征。沙二段以陸相沉積為背景，在地震剖面中，地震相呈強振幅，并具有下切反射特征(圖2)；在平面均方根振幅屬性中，呈現典型的帶狀特征，且具有一定程度彎曲，不同帶狀相互疊置(圖2)；在鉆井中，測井曲線呈現鐘型或箱型，指示正旋回沉積，自下向上巖性由砂巖變為泥巖，粒度逐漸變細(圖3、圖4)。綜合以上沉積特征，秋林地區沙溪廟組二段發育河流相沉積。

在地震數據體中，對沙二段各亞段開展高精度地層劃分與地層追蹤解釋，每個亞段劃分為5個四級層序，并對各四級層序沿層提取地震均方根振幅屬性，以高精度開展沉積特征演化分析(圖2)。在圖2各亞段的四級層序均方根屬性切片中，均顯示典型的帶狀特征，且帶狀呈現一定的彎曲，具有明顯的凸岸與凹陷，指示曲流河沉積，但具體河型，如河道彎曲程度等具有一定的演化規律。

在沙二1亞段，自下向上，帶狀反射特征逐漸明顯，但帶狀彎曲程度降低，表明由早到晚，河流發育程度增加、彎曲度降低；在沙二2亞段與3亞段，自下向上，河流發育程度逐漸降低、彎曲程度增加；在沙二4亞段，河流整體較少發育，但彎曲程度較大，自下向上呈現發育程度增加、彎曲度降低的趨勢。彎曲程度較高的河道帶中，河道相互疊置，側向擺動較強，為常規型曲流河形態特征，而在彎曲程度較低的河道帶中，河道相對穩定，缺少相互疊置，在形態上則呈現一定的辮狀特征。

研究對象Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體位于沙二1亞段，Ⅳ號砂體位于Ⅴ號砂體上方。因此，推測由Ⅴ號砂體向Ⅳ號砂體，河流彎曲程度降低，形態發生變化。

秋林地區B井第一次取芯鉆至沙二段，測井曲線呈明顯的鐘型，垂向疊置，代表曲流河縱向相互疊置的“二元結構”。巖芯以砂巖和泥巖為主，粒度向上變細，為單期曲流河道的正旋回沉積。沉積微相主要包括“二元結構”底部的邊灘和上部的天然堤與河漫灘，邊灘粒度較粗，為砂巖沉積，對應較好的孔隙度與滲透率，而天然堤與河漫灘粒度較細，為泥巖沉積，對應較差的孔隙度與滲透率，尤其滲透率數值較低。測井曲線鐘型特征明顯，表明上部的天然堤與河漫灘沉積較厚，在“二元結構”中占有一定比例，為常規型曲流河的沉積特征。

秋林地區Ⅰ井沙二段中，測井曲線以箱型為主，沉積物粒度具有正旋回特征。在單期沉積旋回中，自然伽馬(GR)數值較大的底部所占比重較大，以粒度較粗的砂巖沉積為主，上部GR數值較小，砂巖粒度較細，且沉積較少。測井曲線鐘型特征不明顯，表明在該“二元結構”的構成中，底部邊灘沉積較多，上部天然堤與河漫灘相對較少，前人認為該河流類型為曲流河發生辮狀化所致[9-11]，定義為辮狀型曲流河。由圖可知，高GR數值對應較低的孔隙度與滲透率，而低GR數值對應較高的孔隙度與滲透率，說明單期河道沉積中下部邊灘砂巖儲集物性較好，上部細粒天然堤與河漫灘沉積儲集物性較差，與B井呈現的現象一致。

綜上，秋林地區沙溪廟組二段發育曲流河沉積，并根據河流彎曲程度、“二元結構”構成特征，劃分為常規型曲流河與辮狀型曲流河。常規型曲流河彎曲程度較高，單期“二元結構”中邊灘、天然堤與河漫灘沉積均較多；辮狀型曲流河彎曲程度較低，單期“二元結構”中邊灘沉積所占比例較大，天然堤與河漫灘沉積較少。

3 Ⅳ號砂體與Ⅴ號砂體儲集差異性

在油氣勘探過程中，研究人員發現位于同一河流沉積背景下存在中孔低滲和高孔高滲兩種不同儲集物性砂體，如Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體(表1)。Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體位于沙二1亞段，同處于曲流河沉積背景，但兩者的儲集物性卻截然不同，Ⅳ號砂體為高孔隙度、高滲透率，Ⅴ號砂體為中孔隙度、低滲透率。

表1 Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體儲集物性參數與對比

4 儲層差異性主控因素分析

目前對儲層的研究成果較多，影響儲層儲集性能的因素主要包括物源、沉積、成巖與次生改造等[12-15]。綜合上述4個因素，對Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體分別展開論述與對比，最終得出影響兩者儲集差異性的主控因素。

4.1 物源因素

圖5為研究區中侏羅統沙溪廟組物源背景，Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體均屬于中侏羅統沙二1亞段，位于同一構造旋回階段[15]，兩者之間無構造轉折及盆山關系的轉換，具有相同的物源區供給，即米倉山-大巴山與龍門山[16-17]。因此，Ⅳ號砂體與Ⅴ號砂體具有相同的母巖性質，物源并非造成兩者儲集差異性的因素。

4.2 成巖與次生改造

圖6為Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體的巖石薄片鏡下特征，在物源區相同的沉積背景下，通過對比巖石薄片可判斷兩者后期的成巖作用所造成的差異。Ⅳ號砂體主要為長石砂巖，礦物顆粒具有一定分選，但磨圓中等或較差，儲集空間主要以原生粒間孔隙為主，缺少明顯的膠結物；Ⅴ號砂體主要為長石砂巖，礦物顆粒分選與磨圓均中等或較差，儲集空間主要以原生粒間孔隙為主，與Ⅳ號砂體具有相同的巖石薄片鏡下特征。因此，兩者砂體不存在后期成巖作用的差異。

圖5 四川盆地秋林地區中侏羅統沙溪廟組物源背景[16]Fig.5 The middle Jurassic provenance background of Shaximiao Formation in Qiulin area, Sichuan Basin[16]

圖6 Ⅳ號砂體與Ⅴ號砂體巖石薄片鏡下特征Fig.6 Microscopic characteristics of rock flakes of No.Ⅳ and No.Ⅴ sand bodies

經后期構造改造，巖石可產生次生裂隙等儲集空間，可極大改良儲層的儲集物性。由圖6可知，Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體儲集空間主要以原生粒間孔為主，缺少次生裂隙。

4.3 沉積因素

綜合地質與地球物理數據，對Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體開展沉積研究(圖7、圖8)。由圖7可知，均方根振幅平面屬性呈現非常典型的河道帶狀特征，Ⅴ號砂體為典型的曲流河形態，為常規型曲流河[圖7(a)]；Ⅳ號砂體所呈現的河流形態發生變化，彎曲程度較弱，呈現微弱的辮狀河特征，為辮狀型曲流河[圖7(b)]。

圖8(a)為秋林地區B井Ⅴ號砂體鉆井取芯，以沖刷面為分隔界面，可見多期河道沉積的疊置，每期河道沉積，均由下部的粗粒沉積和上部細粒泥質沉積構成，為典型的“二元結構”。在單期“二元結構”中，位于沖刷面之上的下部粗粒邊灘沉積占比較少，主要以上部的泥質沉積為主。圖8(b)為秋林地區Ⅰ井Ⅳ號砂體鉆井取芯，雖具有正旋回沉積特征，但巖芯主要以邊灘砂巖沉積為主，而“二元結構”上部的天然堤與河漫灘泥巖則所占比較少。

綜上，Ⅴ號砂體與Ⅳ號砂體在沉積構成上表現出顯著不同。雖然兩者均為曲流河沉積，但Ⅴ號砂體含砂率較低，Ⅳ號砂體含砂率較高，進而呈現不同的孔隙度與滲透率。因此，沉積因素是影響兩期砂體呈現儲集差異性的主控因素。

5 成因機制探討

關于河型(包括河流相和三角洲平原的分流河道、三角洲前緣的分支河道)的模式，中外學者做了大量的研究和探討[18-22]。其中，最為典型的是Wright等[23]學者提出的基準面和可容納空間變化控制下的河型演變模式，該模式通過分析可容納空間的變化，探討不同河型在縱向上的變化特征，具有很強的預測功能(圖9)。

圖8 Ⅳ號砂體和Ⅴ號砂體“二元結構”巖芯照片Fig.8 The core photos of the“dual structure” of No.Ⅳ and No.Ⅴ sand bodies

圖9 河道型層序地層單元構成特點[24]Fig.9 Formation characteristics of sequence stratigraphic units of channel type[24]

中國鄧宏文等[24-25]學者也指出，河道的結構是可容納空間或者可容納空間增加速率與沉積物供應速率比值變化的函數。低可容納空間(層序界面附近)條件下，河道砂巖底部常見明顯的侵蝕面，河道砂體以垂向加積作用為主，地層泥巖含量相對較低，河型多為辮狀河等；高可容納空間條件下，由于河道的側向加積作用增強，形成相對孤立的、被泥巖包圍的河道砂巖，地層泥巖含量相對較高，多形成曲流河?；鶞拭嫘厥浅练e物供給速率和可容納空間變化的結果，因此基準面的高低變化控制著河道形態、泥巖含量的變化。據此，可根據河道形態的變化對沙二段開展沉積基準面旋回的劃分與分析(圖2)。

在秋林地區沙溪廟組二段1亞段，由Ⅴ號砂體向Ⅳ號砂體，沉積基準面降低，致使河流形態發生改變，由常規型曲流河轉變為辮狀型曲流河，儲集物性較差的天然堤與河漫灘沉積減少，物性較好的邊灘沉積增多，進而造成儲集物性變好。因此，沉積基準面的變化是儲集物性差異性的成因機制。

6 結論

(1)四川盆地秋林地區沙溪廟組二段發育曲流河沉積，包括常規型曲流河和辮狀型曲流河。常規型曲流河單期“二元結構”中邊灘占比較辮狀型曲流河低?！岸Y構”底部邊灘沉積具有較高的孔隙度與滲透率，儲集物性較好，而上部天然堤與河漫灘的儲集物性較差。

(2)沙二1亞段中Ⅳ號與Ⅴ號砂體同屬于曲流河沉積背景，但Ⅴ號砂體滲透率、孔隙度數值較低，Ⅳ號砂體儲集物性較Ⅴ號砂體好。Ⅳ號砂體屬于辮狀型曲流河，Ⅴ號砂體屬于常規型曲流河，沉積的不同是控制兩期砂體儲集物性差異的直接因素。

(3)沉積基準面的變化造成Ⅳ號與Ⅴ號砂體發育的河型不同，進而導致孔隙度與滲透率的差異。因此，基準面旋回是兩期砂體具有儲集物性差異性的成因機制。