川中地區雷三2 亞段“灰質巖類”儲層主控因素及有利區預測

張 豪 辛勇光 徐 唱 任紀博 田 瀚 潘柯宇

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油勘探開發研究院四川盆地研究中心 3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

中三疊統雷口坡組是四川盆地天然氣勘探的重要接替層系，自20 世紀60 年代開始經歷了60 余年的勘探探索，截止目前一共發現了1 個大型氣藏（彭州氣田雷四3亞段）、2 個中型氣藏（川中磨溪地區雷一1亞段、川西中壩地區雷三段）和多個含氣構造[1-4]，在盆地內零星分布，已發現的氣藏均為常規氣藏。前期認為四川盆地雷口坡組油氣資源以常規油氣為主[5]，儲層巖性主要是顆粒白云巖、藻白云巖或含膏白云巖等，灰質巖類難有儲集空間[6-9]?；屹|巖類根據黏土含量可分為含泥質石灰巖（黏土含量小于25%）、泥質石灰巖（黏土含量25%～50%）、灰質泥巖（黏土含量不小于50%）。近幾年來，通過對川中地區老井復查和新井跟蹤研究發現：雷三2亞段泥質石灰巖和灰質泥巖（以下簡稱“灰質巖類”）與中國渤海灣盆地、三水盆地以及四川盆地中二疊統茅口組一段的灰質巖類非常規儲層類似[10-12]，既是一套優質碳酸鹽巖烴源巖，也是一套有效的非常規儲層[13-14]，川中地區大面積穩定發育多套灰質巖類儲層[15]，已鉆井在灰質巖類儲層中常見氣侵、井漏等良好鉆井顯示，多口井中途測試獲氣。近期川中地區鉆探的CT1 井在雷三2亞段灰質巖類儲層中測試獲得工業氣流，在蒸發臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層獲得重要突破，揭示了雷三2亞段勘探新層系，展示了川中地區灰質巖類儲層良好的油氣勘探潛力。雷三2亞段天然氣特征與雷頂風化殼氣藏以及雷一1亞段氣藏均不同，已有研究指示川中地區雷三2亞段灰質巖類儲層與頂底膏鹽巖構成了一套新型非常規成藏體系，即上下均為蒸發巖封堵，儲層橫向連續穩定分布，源儲一體的非常規成藏體系[14-16]。受勘探程度低、研究資料少以及缺乏前人研究成果借鑒的限制，雷三2亞段灰質巖類儲層特征及主控因素研究仍屬于空白，儲層分布規律不清楚，制約了雷三2亞段灰質巖類儲層的下步勘探方向。

針對川中地區雷三2亞段灰質巖類儲層主控因素不清及有利區不明的問題，基于盆地最新鉆井和巖心資料，引入非常規油氣儲層的理論和研究方法，通過巖心、薄片觀察，結合掃描電鏡等分析化驗手段，對川中地區雷三2亞段蒸發臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層特征開展了系統研究。在明確儲層主控因素的基礎上，結合研究區二維資料占比較高的現狀，創新使用膏鹽巖厚度來進行蒸發臺地潟湖區的地震相劃分，創新使用嘉四段—嘉五段厚度預測雷三段地層揉皺變形區，二者疊合有利部位為雷三2亞段灰質巖類儲層發育的有利區，有利區內雷三2亞段灰質巖類能夠形成自生自儲、膏鹽巖封堵、大面積分布的非常規油氣藏，是下一步四川盆地雷口坡組油氣勘探的重要領域。

1 區域地質概況

中三疊世雷口坡期四川盆地是上揚子臺地西北緣的一個次一級構造單元[17]，盆地周邊古隆起發育，盆地內部呈現隆拗相間的格局[18-19]。中三疊世雷三期，四川盆地屬于典型蒸發碳酸鹽巖臺地沉積，海水主要來自西部的滇青藏古大洋，盆地東部江南古陸、西南部康滇古陸、西緣龍門山島鏈及北部的米倉山隆起和大巴山隆起限制了臺地內部與外海的海水溝通，古氣候以干旱為主，海水蒸發量大，鹽度高[20-21]，有利于形成石膏、石鹽沉積。受間歇性海平面升降的影響，川中地區拗陷為膏質、鹽質潟湖和泥灰質潟湖沉積，沉積大套硬石膏巖?鹽巖等蒸發巖和以灰質泥巖、泥質石灰巖為主的非蒸發巖（圖1a）。

圖1 上揚子地區中三疊世雷口坡組沉積期古地理背景及雷三2 亞段綜合柱狀圖

四川盆地雷口坡組總體上是一套碳酸鹽巖與膏鹽巖互層的沉積序列，底部的“綠豆巖”全區均有分布，為全區可以進行對比的標志層[22-23]。受印支早期運動的影響，雷口坡組遭受抬升剝蝕，川中地區剝蝕至雷四段，雷口坡組頂部以印支期風化面與上三疊統須家河組碎屑巖呈不整合接觸。雷口坡組縱向上根據巖性、電性、海平面升降旋回等可以分為雷一段、雷二段、雷三段、雷四段、雷五段5 個巖性段，其中雷三段從下到上可以劃分為雷三1亞段、雷三2亞段和雷三3亞段。雷三1亞段巖性以石灰巖、泥質石灰巖、云質石灰巖為主；雷三2亞段主要是灰質泥巖、泥質石灰巖與蒸發巖互層[13]，發育2 ～3 層灰質泥巖和泥質石灰巖，每一層灰質泥巖、泥質石灰巖上下均為蒸發巖隔層；雷三3亞段以石灰巖、云質石灰巖為主夾1 ～4 層薄層白云巖。雷三2沉積期，受海平面下降影響，盆地周邊古隆起以及盆地內部瀘州—開江古隆起的障壁作用導致臺地內部海水與外海交流不順暢，臺地內部主要為膏質、鹽質潟湖和泥灰質潟湖沉積，沉積大套硬石膏巖、鹽巖等蒸發巖和泥質石灰巖（圖1b）。

2 灰質巖類儲層主控因素

2.1 儲層特征

通過巖心和鑄體薄片觀察等綜合研究，川中地區雷三2亞段儲層巖性主要為深灰色泥質石灰巖和灰黑色灰質泥巖（圖2），在掃描電鏡下能明顯見到有機質孔隙和與黏土有關的孔隙、微裂縫發育，而對于純石灰巖處，則表現異常致密。富有機質灰質巖類儲層儲集空間以納米—微米級礦物粒間孔、粒內孔?有機孔和微裂縫為主，局部發育膏溶孔，其中產生礦物相關孔的礦物主要有黏土礦物、白云石、方解石和黃鐵礦等，有機質孔則主要發育在有機質中（圖3）。雷三2亞段儲層按是否被斷裂和裂縫改造，可以分為微孔微縫型儲層和微孔微縫基礎上的裂縫改造型儲層。裂縫包括構造裂縫和微裂縫，微孔微縫型儲層的微裂縫主要是黏土礦物收縮縫和石膏微裂縫。裂縫改造型儲層主要由微孔微縫型儲層通過膏鹽揉皺和石膏擴溶形成，構造裂縫比較發育，包括早期的低角度裂縫和晚期的高角度裂縫，裂縫部分被方解石充填。圍繞川中地區這套灰質巖類儲層開展了巖心物性分析，累計采樣166 個，孔隙度主體分布在2.00%～8.51%；滲透率主要分布在0.007 60 ～1.680 10×10-3mD，總體上來看屬于低孔、低滲型儲層。

圖2 CT1 井儲層巖心特征圖

圖3 雷三2 亞段灰質巖類儲層巖心薄片和掃描電鏡特征圖

2.2 儲層主控因素

川中地區雷三2亞段灰質巖類儲層受黏土礦物含量、裂縫和石膏的共同控制，其中黏土礦物含量是影響儲層孔隙度的最主要因素。隨著黏土礦物含量的增加，與黏土礦物相關的礦物粒間孔和收縮縫也會增加，導致孔隙度增加。川中地區雷三2亞段黏土礦物含量高的灰質泥巖有機孔縫比較發育，孔隙度主要分布在1.00%～4.50%，平均孔隙度3.12%，黏土含量中等的泥質石灰巖孔隙度位于0.50%～3.00%之間，平均孔隙度1.67%，而黏土礦物含量低的泥晶石灰巖和含泥質石灰巖只發育少量方解石晶間孔等，孔隙度分布介于0 ～1.50%之間，平均孔隙度只有0.88%。影響孔隙度的另一個重要因素是石膏，含膏泥質石灰巖中發育的沿裂縫擴溶的溶孔、溶洞，很可能與石膏巖的易溶性有關，當流體沿裂縫流經石膏巖時，一部分石膏發生溶蝕，從而產生沿裂縫擴溶的溶孔、溶洞。含膏泥質石灰巖孔隙度位于0.50%～4.50%之間，平均孔隙度1.78%，相對不含膏泥質石灰巖儲層物性更好（圖4）。

圖4 雷三2 亞段不同巖性孔隙度統計圖

對于灰質巖類這種低孔、低滲的致密儲層，裂縫可以作為油氣的有效儲集空間和滲流通道，裂縫的發育程度成為影響儲層滲透性至關重要的因素。通過CT1 井雷三2亞段巖心樣品實測分析，微孔微縫基礎上的裂縫改造型儲層滲透率分布在0.021 90 ～0.025 90×10-3mD，平均滲透率為0.025 40×10-3mD，而微孔微縫型儲層滲透率分布在0.000 76 ～0.004 36×10-3mD，平均滲透率為0.002 56×10-3mD，由此可見，裂縫改造型儲層由于裂縫發育，有效改善了儲層滲透率，使儲層滲透率增加了一個數量級，有利于油氣溝通滲透。裂縫對于油氣井高產具有重要的作用，CT1 井在鉆井過程中鉆遇裂縫改造型儲層時井漏嚴重，漏失鉆井液達到587 m3，此儲層段裂縫及石膏擴溶孔發育。對于川中地區雷三2亞段灰質巖類儲層，最有利的為裂縫發育的含膏泥質石灰巖儲層，因此圍繞這套儲層的有利區優選需要尋找含膏泥灰質潟湖相與裂縫發育的疊合區，作為下步雷三2亞段灰質巖類儲層勘探的有利指向區。

3 地震相預測

3.1 地震響應特征分析

針對川中地區已鉆井開展巖性測井解釋，選取膏鹽質潟湖、含膏泥灰質潟湖以及泥灰質潟湖3 口典型井，對其地震響應特征進行分析。雷三2亞段頂界為上覆石灰巖、云質石灰巖與下伏膏鹽巖的分界線，表現為連續的強波谷反射，雷三2亞段底界為上覆云質膏巖、膏巖與下伏石灰巖、泥質石灰巖的分界線，巖性變化較大，總體上表現為低連續弱波谷反射，在區域地震上能夠連續追蹤對比。不同沉積微相雷三2內部地震反射表現出明顯不同的特征（圖5），這是由于膏鹽巖厚度差異導致的。圖中青色區域為測井解釋的膏鹽巖地層，可以看出，膏鹽巖發育在雷三2頂部，膏鹽巖下部主要為泥質石灰巖和灰質泥巖，當膏鹽巖較厚時，內部表現為兩套強波峰反射，當膏鹽巖減?。ㄈ鏑T1 井膏鹽巖厚度只有40 m），表現為頂部膏鹽巖發育段波峰反射較強，下部灰質巖類反射較弱，而膏鹽巖不發育時，雷三2亞段厚度明顯變薄，表現為頂底波谷夾一波峰的反射特征。此外，從合成地震記錄上也可以看到，無論膏鹽巖厚度是厚或者薄，膏鹽巖底界均對應一連續強波峰反射，與雷三2亞段頂界連續強波谷反射類似，均是能夠全區對比可追蹤的標志層。

圖5 不同沉積微相典型單井合成記錄標定圖

3.2 地震相預測

基于不同沉積微相單井精細合成記錄標定和雷三2亞段地震反射特征分析，雷三2亞段頂部膏鹽巖頂界和底界均可連續對比追蹤，利用頂部膏鹽巖的厚度可以反映沉積微相的變化。通過井震相結合，二、三維地震相聯合，對雷三2亞段頂界和雷三2亞段膏鹽巖底界進行層位精細追蹤對比，基于兩者層位相減，得到川中地區雷三2亞段膏鹽巖厚度圖（圖6）。川中地區雷三2亞段膏鹽巖呈現“中間厚兩邊薄”的特征，厚度10 ～130 m 不等。川中蓬萊—南充—廣安一帶為雷三2亞段潟湖沉積中心，沉積了厚層的鹽巖和膏巖，膏鹽巖厚度主要分布在70 m 以上，為膏鹽質潟湖沉積環境。由膏鹽質潟湖往西北和東南方向，依次發育含膏泥灰質潟湖和泥灰質潟湖，膏鹽巖含量逐漸變低，巖性則由膏鹽巖占主導逐漸變為灰質巖類為主。含膏泥灰質潟湖區膏鹽巖厚度主要分布在40 ～70 m，呈現出“北寬南窄”的分布特征，這與東部印支期瀘州古隆起和開江古隆起隆升造成“東陡西緩”的古地貌背景有關。泥灰質潟湖區膏鹽巖厚度主要分布在10 ～40 m，表現出“南薄北厚的特征”，南部雷三2亞段以灰質巖類為主，而北部以灰質巖類夾薄層膏鹽巖為主。雷三2亞段灰質巖類儲層主要分布在含膏泥灰質潟湖區，地層厚度大，灰質巖類在地層中的占比最高。

圖6 川中地區雷三2 亞段膏鹽巖厚度圖

4 裂縫發育區預測

雷三2亞段由于受下三疊統嘉陵江組四段和嘉五段膏鹽巖擠壓褶皺的影響，地層起伏較大，雷三2亞段斷裂主要由嘉陵江組頂部膏鹽巖滑脫引起。受嘉陵江組膏鹽巖揉皺擠壓的影響，嘉四段和嘉五段厚度橫向上具有較大的變化，且厚度變化與斷裂的關系密切。在嘉四段—嘉五段厚度明顯增大的區域，雷三2亞段剛性碳酸鹽巖受到膏鹽巖揉皺擠壓，地層發生破裂，造成斷裂和裂縫發育，而嘉四段—嘉五段穩定區，膏鹽巖厚度較薄或者膏鹽巖未受到明顯變形擠壓，嘉陵江組—雷口坡組發育穩定，斷裂及裂縫均不太發育（圖7）。

圖7 川中地區過雷口坡組穩定區和變形區地震剖面圖（剖面位置見圖6）

由于研究區以二維地震資料為主，傳統的相干、曲率、方差等構造類屬性難以適用，因此可以利用嘉四段—嘉五段厚度變化來反映雷三2亞段斷裂和裂縫的發育程度。嘉四段底界以連續中強波峰反射為標志層，雷口坡底界為中弱波峰特征，追蹤的是嘉陵江組頂部膏鹽巖的包絡面?；诩嗡牡捉绾屠卓谄碌捉鐚游蛔粉檶Ρ冉忉?，得到川中地區嘉四段～嘉五段厚度圖，可以看到，厚度平面上變化較大，最小厚度只有100 m 左右，最大厚度超過300 m。以160 m 為門檻，嘉四段—嘉五段厚值區如圖8 中藍色虛線所示，大于門檻值的主要分布在鹽亭—西充—廣安一帶東北區域，面積可達15 000 km2。鹽亭—西充—廣安一帶東北區域膏鹽巖地層較厚，膏鹽巖塑性蠕動活動較強，雷三2亞段及下部斷裂及裂縫十分發育，主要發育裂縫改造型儲層。此外，斷裂和裂縫主要消失在雷三2亞段頂部膏鹽巖中，雷三2亞段灰質巖類油氣藏未遭受破壞。鹽亭—西充—廣安一帶西南區域嘉陵江組頂部膏鹽巖相對不發育，嘉陵江組到雷三2亞段成層狀穩定分布，斷裂和裂縫相對不發育，雷三2亞段灰質巖類儲層受斷裂和裂縫的改造較弱，主要發育微孔微縫型儲層。

圖8 川中地區嘉四段-嘉五段厚度圖

5 有利勘探區帶優選

雷三2亞段灰質巖類既是儲層，又是一套優質碳酸鹽巖烴源巖，實測殘余TOC平均0.77%，最高可達4%，具有較好的生烴能力。雷三2亞段頂底膏鹽巖都比較發育，頂部膏鹽巖厚度40 ～250 m，底部膏鹽巖厚度分布在40 ～50 m，頂底板條件好。由于頂底膏鹽巖的存在使得雷三2亞段內部形成異常壓力，CT1 井地層壓力系數1.96，屬于異常高壓，說明這套灰質巖類油氣藏保存條件較好。雷三2亞段灰質巖類儲層普遍含氣，面積分布廣，且埋深較淺，川中—川南地區埋深在2 000 ～4 500 m 之間。裂縫既可以作為油氣儲集空間又可以作為滲流通道，能夠有效改善儲層孔滲性能，是雷三2亞段灰質巖類油氣井高產的關鍵。因此，川中地區雷三2亞段灰質巖類與頂底膏鹽巖構成了一種新型非常規成藏體系，即上下均為蒸發巖封堵，儲層連續穩定分布，源儲一體的非常規成藏體系，含氣面積廣，埋深淺，壓力系數高，勘探潛力大。綜合分析川中地區雷三2亞段灰質巖類成藏特征，圍繞烴源條件、有利巖相以及裂縫發育情況等，將有利區劃分標準設為烴源巖厚度大于60 m，疊合裂縫發育區和含膏泥灰質潟湖有利相帶，優選出西充—營山為有利甜點區，面積達4 000 km2，是下步該地區雷口坡組雷三2亞段蒸發臺地潟湖相碳酸鹽巖儲層的有利勘探方向。

6 結論

1）川中地區雷三2亞段灰質巖類儲層巖性以泥質石灰巖和灰質泥巖為主，主要發育納米—微米級無機孔、有機孔和微裂縫，黏土礦物高和含石膏時儲層孔隙度較高，裂縫能有效改善儲層滲透性。

2）雷三2亞段不同沉積微相地震反射差異主要由膏鹽巖厚度差異引起，川中地區雷三2亞段由膏鹽質潟湖中心向外依次發育含膏泥灰質潟湖和泥灰質潟湖，含膏泥灰質潟湖區呈現“北寬南窄”的分布特征。

3）雷三2亞段斷裂主要由嘉陵江組頂部膏鹽巖滑脫引起，裂縫發育區主要分布在鹽亭—西充—廣安一帶東北區域，面積可達15 000 km2。

4）川中地區雷三2亞段灰質巖類與頂底膏鹽巖構成了上下均為蒸發巖封堵、儲層連續穩定分布、源儲一體的非常規成藏體系，優選西充—營山地區有利甜點區，面積達4 000 km2。