元坝地区须家河组三段钙屑砂体特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)



元坝地区须家河组三段钙屑砂体特征及成因

凡 睿

(中石化勘探分公司，四川 成都 610041)

针对元坝地区须家河组三段有效储集体钙屑砂体研究较薄弱等问题，利用钻井、测井、分析化验等资料对钙屑砂体特征及其成因展开了研究。结果表明：须三段钙屑砂岩成分成熟度较低，其沉积具有交替与突变的特点；纵向上，钙屑砂体在须三中亚段最为发育，须三上亚段次之；平面上，钙屑砂体呈条带状、扇状由北西向南东厚度逐渐变薄；龙门山幕式造山运动控制着沉积环境和物源供给的幕式变迁，进而控制着钙屑砂体的沉积规模；热湿、温干交替变化的气候条件控制了钙屑砂体的发育时期。研究结果对预测须三段有利储集体具有指导意义。

钙屑砂体；成因机制；岩石学特征；钙屑砂体分布规律；元坝地区；须家河三段

引 言

元坝地区行政上隶属于四川省巴中、苍溪、阆中、剑阁及平昌5县市，区域构造上位于通南巴构造带的西南，九龙山构造南侧，处于川北坳陷与川中隆起的过渡带。与东侧通南巴构造带比较，整体埋藏较深，构造变形较弱。近期，元坝地区在探明国内首个长兴组超深层生物礁大气田的同时[1-2]，通过加强立体勘探，在传统认识为陆相主要烃源层系的须家河组三段也发现三角洲砂岩气藏，目前已有多口井在该段钻遇气层及良好的油气显示，其中元陆 7、元陆10 井试气分别获日产120.8×104m3/d及22.56×104m3/d工业气流，取得了陆相新层系勘探的重大突破[3]。元陆7井突破后，以该井为代表的须三段钙屑砂体储层成为研究的焦点，大量的研究主要集中于钙屑砂体储层的主控因素[4-6]，而对于钙屑砂体成因研究较少，一定程度上影响了元坝地区须三段的目标评价及勘探步伐。因此，充分利用区内和邻区钻探资料，结合前人研究成果，以钙屑砂体岩石学特征及分布规律研究为基础，探讨了钙屑砂体的成因机制，研究成果为元坝地区须三段预测有利储集体奠定基础。

1 岩石学特征

据研究区54口井的岩屑录井资料统计结果显示：元坝地区须三段钻遇钙屑砂体总厚度为955.6 m，占须三段钻遇砂体总厚的37.5%。砂岩中钙屑含量为55%～95%，石英含量一般小于25%，变质岩屑、岩浆岩屑和长石含量一般小于5%；据钙屑含量可将砂体分为高钙屑含量砂体(钙屑含量为75%～95%)和较高钙屑含量砂体(钙屑含量为50%～75%)2种，较高钙屑含量砂体中见10%～25%变质岩岩屑颗粒，储层主要发育在高钙屑含量砂体中。钙屑砂岩中填隙物成分主要为方解石胶结物，含量一般为5%～20%；其次为白云石胶结物，含量一般小于4%，另见少量泥质杂基。强烈的胶结作用是储层致密的主要原因之一。偏光显微镜下观察显示：岩石颗粒以点—线接触为主，颗粒磨圆呈次圆—次棱角状，分选中等偏好，分选系数一般为1.52～2.20，结构成熟度总体中等。总体上，研究区须三段钙屑砂岩具有富钙屑、贫长石、少石英的低成分成熟度特征。

2 分布规律

研究区钙屑砂体在纵、横向上的分布各有规律性，而且不同的钙屑砂体类型其分布特点也不相同。

首先，结合层序地层研究成果将须三段分为上、中、下3个层序单元。其中钙屑砂体在须三中亚段最为发育，共钻遇548.6 m，占钙屑总厚度的57.2%，岩性主要为钙屑细砂岩，其次为钙屑砾岩、钙屑含砾砂岩及钙屑中—粗砂岩，少量钙屑粉砂岩。平面上，须三中亚段砂体分布面积最大；须三下亚段钻遇钙屑砂体最薄，其平面分布范围也最小；须三上亚段介于二者之间。总体上，钙屑砂体在须三段早期分布相对局限，须三段中期砂体分布面积广、多层叠置连片，须三段晚期分布出现萎缩。

其次，钙屑砂体主要分布在元坝西北部地区，向东南部逐渐减薄，砂体所占地层厚度百分比也递减。在不同粒度钙屑砂体中，其粒度越粗，厚度递减越快。平面上，钙屑砂体的分布呈条带状、扇状从北西向南东延伸(图1)。

图1 元坝地区须三段各亚段钙屑砂体厚度等值线

最后，不同粒度钙屑砂体分布存在差异。其中以钙屑细砂岩厚度最大、分布最广；其次是钙屑细砾岩、含砾砂岩和中—粗砂岩；钙屑粉砂岩虽然厚度较小，但分布范围较大，仅次于钙屑细砂岩；厚度和分布范围最小的为泥质钙屑砂岩。

研究表明，元坝地区须三段最大的沉积特点是交替与突变。交替主要表现在钙屑砂体与暗色泥质岩交替发育，洪水期粗粒砂体与涓流期细粒砂体及静水期泥质岩地层交替发育。突变主要表现为3点：首先，纵向上粗粒钙屑砂体基本都与暗色泥岩呈突变接触，反映了砂体沉积的突发性；其次，平面上辫状河三角洲—湖相沉积序列发育不完整，既没有半深湖—深湖沉积，又缺少河湖之间的过渡相带；再次，砂体粒度两极分化严重。

3 成因探讨

3.1 龙门山幕式造山运动

3.1.1 龙门山幕式造山运动控制沉积环境

前期研究表明，龙门山造山带构造负载及逆冲推覆引起的地壳均衡作用是导致龙门—米仓山前类前陆盆地挠曲下沉主因[7-9]，类前陆盆地沉降幅度主要与龙门山造山带隆升幅度呈正比(图2)。晚三叠世山前类前陆盆地的形成与龙门山造山带发育同步，也与周缘山系丰沛的物源供应、沉积充填同步。因此，龙门—米仓山前类前陆盆地始终处于浅水过补偿—补偿沉积充填过程，缺少深水沉积环境。

图2 龙门山造山带隆升与川西前陆盆地沉降 (隆升)的耦合关系

研究表明，元坝地区在须家河组四段沉积前主要受龙门山造山带逆冲推覆的远程效应控制，在古构造上相当于川西坳陷沉积中心与前陆隆起之间斜坡上。这就决定了研究区与川西坳陷具有相似的构造沉积背景，即与龙门山造山带伴生发育、持续拗陷与持续充填同步的坡缓水浅的过补偿—补偿构造沉积背景，只是与川西坳陷沉积中心相比，其拗陷速度及物源供应速度相对较小。

3.1.2 龙门山幕式造山运动控制物源供给的幕式变迁

前人曾论证过元坝地区须家河组物源主要来自于龙门山造山带北段[10]。结合区域沉积研究发现，龙门山地区位于上扬子地块西缘，中三叠世以前主要为一套巨厚的以碳酸盐岩为主的地层[11]；而松潘—甘孜褶皱带在中生界沉积巨厚碎屑岩，中三叠纪末期褶皱造山发生区域变质作用，在须家河组沉积时，松潘—甘孜褶皱带已全面隆起、变质，发育有大量的变质岩[11]。物源研究表明，元坝西部须三段物源主要来自于龙门山造山带北段以及西北部的松潘—甘孜褶皱带，龙门山造山带北段主要提供碳酸盐岩碎屑颗粒，松潘—甘孜褶皱带则提供变质岩碎屑颗粒。

在元坝地区须三段各类砂体中，粗粒高钙屑含量砂体分布不稳定，显示出近源沉积的特点。细粒高钙屑含量砂体和较高钙屑含量砂体分布相对稳定，具有远源沉积的特点。纵向上，不同类型砂体多为突变接触和叠置分布，2种成分、2种结构的砂体展布特征说明应由不同的物源和幕式造山运动控制。

结合构造演化和沉积响应特征研究发现，元坝地区在须三段早期为龙门山造山带相对休眠期(图2)，盆地内地形较平缓，物源区主要来自松潘—甘孜造山带，部分来自龙门山造山带的碳酸盐岩剥蚀区。因此，在须三段下亚段岩性组合主要为泥质岩夹薄层岩屑粉—细砂岩，岩屑成分主要为变质岩岩屑及部分碳酸盐岩岩屑。须三段中、后期，为龙门山相对强烈活动期(图2)，此时正是龙门山北段大规模碳酸盐岩地层遭受剥蚀的高峰期，在龙门山前的广元一带可见厚层钙屑粗砾岩沉积，在间歇性洪水的带动下，进入元坝地区西北部后主要为钙屑细砾岩、含砾砂岩及钙屑砂岩。同时，受龙门山幕式造山运动影响，也有部分来自同向、远源的松潘—甘孜造山带的变质碎屑岩混入，形成现今高钙屑含量砂体和较高钙屑含量砂体叠置分布的特点。

3.2 热湿、温干交替的气候条件

徐兆辉、黄其胜等分别利用孢粉、元素比值和自然伽马曲线等3种方法综合定性、定量地恢复出四川盆地整个三叠纪气候热湿与温干的交替变化[12-13]，钱利军则利用化石木年轮分析法恢复出晚三叠纪四川盆地在强烈的巨型季风影响背景下，同样经历了多期热湿与温干气候的交替变化[14]。由此可见，气候条件在较高或较低级次的时间序列内都会发生交替变化，也就是：整个三叠纪气候出现热湿与温干的交替变化，晚三叠纪同样经历了多期热湿与温干气候的交替变化。因此，须三段沉积期间，在整体热湿气候的背景下，在更小的时序内同样经历了多期热湿与温干气候的交替变化。一方面，在总体湿热季风气候控制下，更易于发生间歇性或季节性强、弱水流的频繁交替；另一方面，气候的频繁更替更加剧了物源区物理风化与化学风化的交替，特别是对于碳酸盐岩母岩区，因其更易溶于水和更易在外力条件下崩裂、破碎。

结合元坝地区须三段3个亚段岩性组合特征的研究，须三下亚段沉积时，为造山运动相对休眠期，气候湿热，为一套泥质岩夹煤层及岩屑粉—细砂岩沉积；须三中—上亚段沉积时，龙门山造山运动相对活跃，气候处于湿热和温干交替发育，龙门山北段大规模碳酸盐岩地层遭受剥蚀，元坝地区发育大面积三角洲前缘沉积，沉积一套厚层钙屑砂岩和钙屑砂砾岩。

4 结 论

(1) 元坝地区须三段钙屑砂体具有富岩屑、贫长石、少石英的低成分成熟度特征；钙屑砂体主要发育在须三中—上亚段。平面上，钙屑砂体呈条带状、扇状分布，由北西向南东厚度逐渐减薄。

(2) 元坝地区须三段沉积具有交替与突变的特点：交替表现在钙屑砂体与暗色泥质岩交替发育，洪水期粗粒砂体与涓流期细粒砂体及静水期泥质岩地层交替发育；突变首先表现在纵向上粗粒钙屑砂体与暗色泥岩呈突变接触，其次表现在平面上辫状河三角洲—湖相沉积序列发育不完整，既没有半深湖—深湖沉积，又缺少河湖之间的过渡相带，最后表现在砂体粒度两极分化严重。

(3) 龙门山幕式造山运动控制沉积环境变化和物源供给的幕式变迁，两者和湿热、温干交替的气候条件匹配，使得须三中—上亚段沉积时，元坝地区西部沉积了一套高钙屑含量砂体。

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编辑 张 雁

20141208；改回日期：20150331

国家重大专项“海相碳酸盐岩层系优质储层分布与保存条件评价”(2011ZX05005-002)

凡睿(1966-)，男，高级工程师，1989年毕业于江汉石油学院石油地质专业，1995年毕业于石油大学(华东)地球探测与信息技术专业，获硕士学位，现从事油气勘探及相关研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.007

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0031-03