四川盆地中部安岳气田为典型的深层古老碳酸盐岩气田, 区内下寒武统龙王庙组为一套深层碳酸盐岩主力含气层系, 截止2017年底累计获得270×10⁸m³的天然气产量^[1-2]。近年来, 国内学者针对四川盆地龙王庙组沉积相特征和地球物理响应特征等方面进行了探讨。在沉积特征方面, 周进高等^[3]主要运用野外露头、岩心和测井资料, 描述了颗粒滩发育的规律; 杜金虎等^[4]增加了对地质构造、沉积环境和沉积背景的综合考量, 提出了“双颗粒滩”的沉积模式; 杨威等^[5]考虑了地震资料的分析结果, 综合测井和地质资料建立了“三滩”的沉积模式。在储层地球物理响应特征方面, 代瑞雪等^[6]从地震模型角度论证了川中龙王庙组非均质滩相地震反射模式, 郗诚等^[7]基于岩石物理的地震正演模拟分析总结了川东地区龙王庙组的地震反射特征。

龙王庙组的地层可划分为2个四级层序, 该时期整体处于局限台地的沉积环境中, 现有研究对该地层沉积环境和层序划分的认识较为统一^[8-10], 但对其沉积亚相和微相划分的认识存在异议^[8-9]。此外, 颗粒滩为储集层发育的基础, 研究其展布特征尤为重要, 而现有研究除了Ⅰ类储层的分布较为统一以外, Ⅱ类、Ⅲ类储层的分布尚未获得统一认识^[11-12]。随着地震技术方法的不断发展, 地震资料的处理和解释的精度显著提高^[13-17], 而现有研究中地震、测井、岩心等资料的结合度相对较低, 因此, 可在前人研究的基础上进行延伸和扩展。为此, 本文结合测井资料、岩心和地震等资料, 考虑磨溪地区沉积背景和地质构造特征, 进行龙王庙组沉积相类型划分和地震响应特征分析, 建立磨溪地区龙王庙组沉积-地震相模式, 为类似沉积储层预测提供指导思路。

安岳气田磨溪区块位于四川省遂宁市东南部和重庆市潼南区东北部之间, 构造上位于川中乐山—龙女寺古隆起的东端, 是高石梯—磨溪隆起的高隆起部位, 是天然气运移和聚集的有利场所^[18-20](图 1)。在地层序列方面, 磨溪区块寒武系由老到新依次发育下统(筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组)、中统(高台组)和上统(洗象池组)地层(图 1a), 局部地区不同程度地缺失了高台组和洗象池组地层, 使得龙王庙组与上覆地层的接触关系变得复杂。该区块龙王庙组发育局限台地相白云岩地层, 岩性以砂屑云岩、细晶与砂屑云岩、细晶云岩、泥晶云岩及砂质云岩、含泥质条带云岩等为主。研究区选取磨溪区块核心区域, 面积为1620km²(图 1b), 区内现有磨溪12井、磨溪11井等钻完井共34口, 并选取3条连井线以供后续研究结果的展示和分析。

图 1(Fig. 1)

图 1 磨溪地区区域地质概况 a寒武系岩性柱状剖面; b井位分布; c四川盆地大地构造特征

受乐山—龙女寺古隆起发育的影响, 磨溪区块龙王庙组在沉积时期内整体处于水体较浅、水动力相对较强的沉积环境。前人研究结果普遍认为龙王庙组沉积期发育局限台地相沉积, 并根据两期水体向上逐渐变浅的规律将其划分为2个四级层序(Sq1和Sq2)^[9], 但对于该区局限台地亚相的划分结果存在差异^{[3, 8, 10]}。本文基于岩心、镜下薄片观察及测井资料, 分析自然伽马、泥质含量和孔隙度之间的关系, 认为龙王庙组可划分为云坪、台内滩、滩间洼地和潟湖4种亚相(图 2), 并对各亚相类型特征进行分析。

图 2(Fig. 2)

图 2 台内滩、云坪、滩间洼地及潟湖沉积相特征 a颗粒滩(磨溪9井); b云坪(磨溪20井); c滩间洼地(磨溪103井); d潟湖(磨溪11井)

台内(颗粒)滩亚相发育于Sq1和Sq2的高位体系域时期。该类沉积亚相可进一步划分为滩核和滩翼微相。滩核的岩性主要为砂屑云岩及鲕粒云岩, 其中, 砂屑云岩的磨圆和分选均较好, 观察岩心常见密集发育的针孔和小洞, 且常见高角度裂缝。滩翼的岩性主要为颗粒云岩和泥晶云岩, 其中颗粒云岩单体发育厚度薄, 纵向上呈现出与泥晶云岩互层发育的特征。此外, 台内滩亚相表现为自然伽马和泥质含量低、孔隙度高的测井响应特征, 垂向上自下而上呈现滩翼到滩核的发育特征(图 2a)。

云坪亚相一般形成于Sq1和Sq2的上部, 处于海平面下降末期, 其分布较为局限, 只在部分井周缘区域发育。岩性为浅色粉-细晶云岩, 岩石晶间孔与晶内溶孔发育。大体上, 云坪亚相表现为自然伽马较高、泥质含量较低和孔隙度中等偏下的测井响应特征(图 2b)。

滩间洼地亚相位于Sq1、Sq2的中下部, 岩性主要为致密块状厚层泥晶云岩, 夹少量泥质纹层, 少部分可见溶蚀孔洞的发育。滩间洼地亚相表现为自然伽马和泥质含量较高、孔隙度较低的测井响应特征。该类亚相常与台内滩亚相伴生, 自下而上呈现滩间洼地—台内滩的发育特征(图 2c)。

潟湖亚相处于Sq1、Sq2两套层序的底部, 在全区发育较为稳定, 处于低能的水体沉积时期, 岩性为深色块状泥晶白云岩夹泥质条带。潟湖亚相表现为自然伽马和泥质含量高、孔隙度低的测井响应特征(图 2d)。

结合典型井柱状剖面、测井相特征可进一步明确龙王庙组各沉积相类型的垂向叠置关系和层序结构, 以磨溪12井为例说明(图 3)。在前人研究认识^[9]基础上, 结合自然伽马/自然电位测井相特征和岩性变化特征, 可明显识别出两套沉积旋回, 由下往上呈潟湖—滩间洼地—台内滩—云坪的垂直叠置关系(图 3), 沉积物粒度由小变大, 单个沉积旋回中海平面呈先急剧上升到缓慢下降的规律性变化特征。因此, 基于沉积旋回和海平面升降特征将龙王庙组沉积体划分为2个四级层序, 每个四级层序均包含了海侵体系域(对应潟湖亚相)和高位体系域(对应其它亚相), 其分界线可依据上旋回底部潟湖(或滩间洼地)测井曲线特征来确定, 即自然伽马、泥质含量曲线凸起呈“尖刺状”, 可将整条曲线划分为上、下两个“箱型”特征, 电阻率表现为正异常, 孔隙度较小。

图 3(Fig. 3)

图 3 龙王庙组磨溪12井综合柱状剖面

研究的关键在于判别各沉积亚相、微相沉积的垂向叠置关系, 确定各自分界线。研究中依据前述各亚、微相沉积的典型岩性特征和孔隙度值域范围进行亚、微相分界线的判别, 将孔隙度判别标准大致确定为: 潟湖和云坪亚相沉积体孔隙度均值小于2.5%, 而台内滩亚相沉积的孔隙度较大, 其均值大于2.5%, 其中滩核微相的孔隙发育情况更优于滩翼, 孔隙度均值大于5.0%。经亚、微相判别和划分后, 垂向上各亚相自下而上呈潟湖—滩间洼地—台内滩的循环叠置关系, 符合该区海平面上升—下降的规律性变化趋势。

在龙王庙组单井沉积相分析的基础上, 对相邻多井层序架构和沉积相展布进行横向对比, 以明确研究区龙王庙组的横向沉积展布特征, 选取3条典型连井沉积相剖面(包括东西向一条与南北向两条)进行展示(图 4a, 图 4b, 图 4c)。

图 4(Fig. 4)

图 4 研究区沉积微相连井剖面 a 磨溪 110-磨溪 12-磨溪 10-磨溪 204-磨溪 11-磨溪46井; b 磨溪 103-磨溪 12-磨溪 19-磨溪8井; c 磨溪 51-磨溪 202-磨溪 11-磨溪205井

在东西方向上, 以磨溪110-磨溪12-磨溪10-磨溪204-磨溪11-磨溪46井的连井沉积微相剖面(图 4a)为例进行说明。从连井对比分析中可以得出以下认识: ①磨溪区块中西部和东部在Sq2时期地层厚度有所减薄, 在Sq1时期整体变化不太明显, 龙王庙组整体沉积厚度呈现出先变薄再变厚又变薄的特征; ②各沉积亚相展布较为稳定, 台内滩、滩间洼地、潟湖亚相可在整个区域识别和对比, 而云坪亚相沉积只在部分井(如磨溪12井、磨溪10井等)Sq1和Sq2层序顶部可识别; ③龙王庙组以台内滩沉积为主体, 其中滩翼微相沉积展布范围较广, 滩(核)主体在部分井区较为发育, 且在该连井线上可识别出两个滩(核)主体。

在南北方向上, 以磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井(图 4b)与磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井(图 4c)两条连井剖面为例进行说明。从图中可以看出, 相比东西向剖面, 南北向剖面龙王庙组地层存在明显的厚度变化趋势, 即由北向南沉积厚度呈现出由薄变厚再变薄的变化特征, 其中Sq2时期沉积厚度的变化更为明显。同样, 南北向连线上台内滩、潟湖亚相沉积都可进行识别和横向对比, 但滩间洼地只可在部分井区进行对比, 其中磨溪103井周缘区域滩间洼地亚相沉积较为发育, 容易识别。此外, 对比两个沉积时期滩(核)主体展布可知, Sq2时期的滩(核)主体较Sq1时期的规模大、展布范围广。

不同岩性或岩性组合会产生不同的地震响应特征, 因此, 可通过识别这些不同的响应特征来判别相应的沉积相类型, 进行沉积展布解释。

以碳酸盐岩沉积理论为依据, 基于井震资料进行合成地震记录与层位精细标定, 追踪不同地震相在地震测线上的分布, 再采用波形聚类分析法^[17], 识别并划分出各沉积亚、微相所对应的地震响应特征及其展布范围, 建立磨溪地区龙王庙组的地震相解释方案。据此将龙王庙组各沉积亚相类型的地震响应特征划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地震相(表 1)。从表 1可知, 滩间洼地对应于Ⅰ类地震相, 顶部为连续强波峰反射, 中下部为空白反射和强波谷反射; 台内滩亚相沉积对应Ⅱ、Ⅲ类地震相, 其中不同地震相类型所对应的台内滩发育程度有所差异。井震对比确定滩翼微相对应于Ⅱ类, 其顶、底部为连续波谷反射, 中间为中—强连续波峰反射; 滩核微相对应于Ⅲ类地震相, 顶部为连续强波峰, 中间为两套连续波谷和强波峰, 底部为连续强波谷; 云坪亚相只在部分井两个层序顶部发育且分布范围较小, 潟湖亚相在两个层序底部发育, 也可从连井对比剖面中识别出来, 但所占比重较小, 因而这两种亚相沉积在地震剖面中均不能识别。

表 1

表 1 磨溪地区龙王庙组典型沉积相地震响应特征 主要亚相 地震相类型 典型地震剖面 地震相特征 外部形态 反射特征 滩间洼地 Ⅰ类地震相 连续稳定薄层 顶部: 连续强波峰 底部: 连续波谷 中间: 空白反射 台内滩 (滩翼) Ⅱ类地震相 连续稳定厚层 顶部: 连续波谷 底部: 连续波谷 中间: 中-强连续波峰 台内滩 (滩核) Ⅲ类地震相 较平稳, 可见 丘状 顶部: 连续波峰 底部: 连续波谷 中间: 连续波谷和强波峰 注: 典型地震剖面中, 蓝线为龙王庙组顶界, 红线为龙王庙组底界。

表 1 磨溪地区龙王庙组典型沉积相地震响应特征

结合岩心、钻井和地震解释成果进行地震相模式识别与分析, 选取了两条南北向地震剖面的地震相识别结果进行展示(图 5)。根据地震解释方案, 在过磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井剖面上自北向南依次解释为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅲ类地震相展布, 在过磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井剖面上自北向南依次解释为Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅱ类地震相展布。总之, 3个“Ⅱ类-Ⅲ类-Ⅱ类”地震相组合模式分别对应3套完整的台内滩(核)主体分布, 其在平面上分布于磨溪12井周缘、磨溪8井周缘、磨溪11井周缘较大范围的区域; 在3套台内滩主体之间为台内滩滩翼微相分布区域, 分布于磨溪19井周缘、磨溪205井周缘区域。此外, Ⅰ类地震相主要分布于磨溪103井周缘区域。对比井震展布特征可知, 3类地震相连井展布特征(图 5)与连井沉积相特征(图 4)一致。

图 5(Fig. 5)

图 5 磨溪地区龙王庙组典型地震相剖面 a磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井; b磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井

结合连井对比分析和地震相剖面分析结果, 在碳酸盐岩局限台地相沉积模式基础上, 构建了研究区龙王庙组的“三滩”沉积模式, 其沉积模式如图 6所示。从横向上看, 研究区龙王庙组地层位于四川盆地碳酸盐岩内缓坡构造带上, 整体表现为西低、东高的特征, 龙王庙沉积相带由西向东依次表现为滩间洼地、滩翼、滩核、滩翼、滩核、滩翼、滩核、滩翼、滩间洼地的“三滩”沉积展布特征; 从垂向上看, Sq2时期相比Sq1时期台内滩(核)主体更为发育, 滩(核)主体连续沉积厚度变大, 横向展布变宽, 连通性较好。此外, 研究区滩主体沉积呈多期滩核叠置分布特征, 这些处于水下高部位的滩核沉积容易发生准同生期、表生期溶蚀作用, 使得孔隙大量发育, 形成良好的储集空间。

图 6(Fig. 6)

图 6 磨溪地区龙王庙组沉积相模式

磨溪地区龙王庙组滩主体发育厚度较大, 沉积范围也较广, 储集特性良好, 是该区油气勘探的目标储层。在龙王庙组早期, 由于水体较深, 使得台内滩主体的展布较为局限, 至龙王庙组晚期时, 随海水渐渐退出研究区, 台内滩主体的展布范围增大, 形成优质储层。因而利用岩心、测井和地震资料等, 对沉积相展布进行横向预测, 可明确龙王庙组局限台地沉积有利相带的平面展布特征。

首先, 基于单井微相划分进行颗地比(颗粒岩累计厚度与地层厚度之比)的计算和统计, 建立各沉积微相的平面展布范围的划分方案。统计可知, 研究区内滩核微相颗粒岩含量>50%, 滩翼微相颗粒岩含量为40%~50%, 滩间洼地亚相中颗粒岩含量 < 40%, 据此在各单井上计算出各亚、微相的颗地比。

其次, 以地震相和最大正振幅等属性分布为约束, 采用多属性拟合方法对多井颗地比值进行横向分布预测, 绘制颗地比平面分布图, 划分出Sq1和Sq2两个时期的沉积微相平面展布区域。在此, Sq1和Sq2两个时期各微相平面展布范围的划分依据如下: 颗地比>0.5的区域为滩核微相(滩主体)的平面分布范围; 颗地比为0.4~0.5的区域为滩翼微相的平面分布范围; 颗地比 < 0.4的区域为滩间洼地亚相的平面分布范围; 云坪亚相与潟湖亚相在研究区所占比重较小, 在此不作考虑。

最后, 在“三滩”沉积模式指导下圈定台内滩主体分布范围(图 7, 图 8), 作为龙王庙组的有利相带分布区域。由图 7和图 8可以看出, 在磨溪地区整个构造圈闭范围内, 发育3个台内滩主体有利相带, 主要分布于研究区西部磨溪12-磨溪210-磨溪9-磨溪101井区域、中南部磨溪8-磨溪18井区和东部磨溪11-磨溪16-磨溪46-磨溪107井区域, 滩主体整体沿东西向展布(黄色-橙色区), 而滩主体中间过渡区域为滩翼微相沉积(浅黄色), 研究区四周边缘地区部分发育滩间洼地亚相沉积(绿色-蓝色区), 分布较为局限。相比Sq1时期, Sq2时期在滩主体范围增大的同时, 滩核微相沉积存在相对向东迁移的趋势。由井震资料对比可知, 滩主体平面解释结果与连井沉积相解释结果一致, 说明该方法在沉积相平面展布解释具有可行性。

图 7(Fig. 7)

图 7 磨溪地区龙王庙组Sq1时期台内滩亚相平面展布

图 8(Fig. 8)

图 8 磨溪地区龙王庙组Sq2时期台内滩亚相平面展布

1) 依据岩心、镜下薄片和测井等资料, 将研究区局限台地沉积相划分为4种亚相: 云坪亚相、台内滩亚相、滩间洼地亚相以及潟湖亚相, 其中台内滩亚相又可划分为滩核微相与滩翼微相。

2) 依据本区龙王庙组地震剖面反射特征识别出3种地震相类型, 分别对应指示: 滩间洼地亚相(Ⅰ类)、滩翼微相(Ⅱ类)和滩主体即滩核微相(Ⅲ类), 还明确了3套“Ⅱ类-Ⅲ类-Ⅱ类”地震相展布组合关系。

3) 结合连井相剖面和地震相特征, 明确了磨溪地区龙王庙组沉积模式, 即在垂向上呈现多滩体叠合的发育特征, 且Sq2时期相比Sq1时期台内滩(核)主体更为发育, 滩(核)主体连续沉积厚度变大; 横向上, 明确了研究区龙王庙沉积相带由西向东依次表现为滩间洼地、滩翼、滩核、滩翼、滩核、滩翼、滩核、滩翼、滩间洼地的“三滩”沉积展布特征。

4) 基于颗地比和最大正振幅属性分布, 绘制了Sq1和Sq2两个时期的沉积亚相平面展布区域, 圈定了含有3个台内滩主体的有利相带分布区域。井震对比认为台内滩主体平面解释结果与单井沉积相解释结果是一致的, 说明该方法在沉积相平面展布解释方面具有可行性。