川西坳陷中段西部雷四段气藏沉积层序及其对储层的控制

史云清， 李宏涛， 肖开华， 冯 琼

( 1. 页岩油气富集机理有效开发国家重点实验室，北京 100083； 2. 中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083； 3. 中国石化海相油气藏开发重点实验室，北京 100083 )

川西坳陷中段西部雷四段气藏沉积层序及其对储层的控制

史云清1,2,3， 李宏涛1,2,3， 肖开华1,2,3， 冯 琼1,2,3

( 1. 页岩油气富集机理有效开发国家重点实验室，北京 100083； 2. 中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083； 3. 中国石化海相油气藏开发重点实验室，北京 100083 )

为确定川西坳陷中段西部气藏的有利储层发育层段，利用薄片、岩心、测井、地震等资料，研究雷口坡组四段(简称雷四段)沉积层序，分析它对储层发育的控制。结果表明，雷四段可划分为一个完整的三级层序和三个四级层序，其中雷四上亚段对应上部四级层序，进一步划分为四个五级和多个六级高频层序，由向上变浅的高频沉积旋回组成；井间高频层序类型相似，横向一致性对比好，表明形成环境近似。雷四上亚段主要发育潮坪相的潮间带和潮下带亚相沉积，纵向上岩性变化频繁，横向上分布较为稳定；潮间带是储层发育的有利亚相，以Ⅱ、Ⅲ类储层为主，发育于上、下两个储层段中上部，对应五级和六级高频层序的中上部；高频层序反映的相对海平面变化控制潮间带有利岩相分布，影响后期成岩作用，是储层发育与空间展布的关键。

川西坳陷中段西部； 雷口坡组四段； 层序地层； 沉积特征； 储层分布； 控制因素

0 引言

近年来，川西坳陷雷口坡组天然气勘探取得重大突破，彭州1井在龙门山前构造带和新场构造带雷口坡组四段上亚段(简称雷四上亚段)发现白云岩岩溶储层[1-6]，进而发现雷四上亚段气藏(简称雷四气藏)，目前已提交预测和控制储量约为2.4×1011m3，是中国石化继普光、元坝的又一大规模海相气田。该区岩性组合多样，非均质性强，储层展布规律复杂[3-5]。对川西坳陷雷四气藏的研究，主要集中于以新场构造带为主体的烃源岩评价、储集条件分析、生储盖组合配置等成藏要素和勘探潜力[1-2]。许国明等[2]以气源分析为基础，结合储层发育和成藏条件，认为该区雷口坡组在川西坳陷中央的新场构造带、龙门山前鸭子河隐伏构造带具有形成大中型气田的资源条件，天然气成藏条件优越，勘探潜力巨大；宋晓波等[3]分析岩溶储层发育的控制因素(古地貌、岩性和古气候等)，通过地球物理反演方法对岩溶储层的平面分布进行预测；唐宇[4]分析认为，川西地区雷口坡组顶部古风化壳主要形成于雷四段上部，风化壳经历暴露溶蚀和深埋溶蚀两大阶段的成岩作用，分别受古地貌、岩性、古气候和深埋溶蚀等因素的控制；李素华等[5]用谱分解技术获得分频数据体，对新场构造带储层发育有利区域进行含油气性检测，以及分频成像、相位、相干、曲率等多属性的裂缝综合预测。对雷四段沉积、层序等控制储层发育的关键因素研究较少。雷四段主要为台地边缘内的局限台地—蒸发台地沉积[2,4]，对雷四上亚段沉积相划分过于笼统，难以反映沉积水体深浅、水动力条件等因素对沉积构造和岩性变化的影响，需要进一步明确雷四上亚段的沉积体系、沉积模式与亚相类型[7-16]。

笔者利用川西坳陷金马—鸭子河及新场地区部分雷四段的钻井岩心、薄片观察、测井、地震等资料，对沉积环境、岩相古地理进行识别和解释；在碳酸盐岩地层中建立高频层序地层格架，运用高频层序精细划分和对比技术分析沉积体系、沉积相展布；结合储层测井资料，确定有利储层发育段与层序、沉积的关系，以及储层发育的控制因素，为研究区气藏的进一步开发提供依据。

1 研究区地质背景

1.1 构造特征

川西地区为四川盆地西部地区，自西向东可分为龙门山逆冲推覆构造带、川西坳陷构造带和川中平缓构造带(见图1)。川西坳陷构造具有东西分带、南北分段的构造特征，自北向南可分为川西坳陷北段、中段和南段。川西坳陷中段可进一步划分为“两隆、两凹、两斜坡”等六个三级构造单元[12,17]，其中“两隆”为金马—鸭子河—安县隆起带和新场隆起带，“两凹”为元通—安德凹陷(或成都凹陷)和绵竹凹陷(或梓潼凹陷)，“两斜坡”为广汉—中江斜坡和永兴—绵阳斜坡。彭州1井、羊深1井和鸭深1井位于北东走向的金马—鸭子河构造带上，为关口断裂及彭县断裂之间所夹区域，呈北东向展布的断背斜，断裂以北东向逆断层为主，少量发育近东西向及北西向小规模逆断层；孝深1井位于新场构造带向西南侵末端，通过鞍部与金马—鸭子河构造东北端相连。文中研究区为金马—鸭子河构造及新场构造向西南侵末端的部分地区。

图1 川西地区雷口坡组顶面地质构造划分

1.2 沉积背景

四川盆地中三叠世雷口坡组沉积主要为受限制的、陆表海间歇性海水进退形成的断续淹没局限或蒸发台地。受东南江南古陆隆升、雪峰古陆急剧升起并向西北推覆，以及泸州—开江水下隆起形成的影响，台地整体逐渐演化为东高西低的古地理格局，形成次一级的台内隆凹。雷三段—雷四段沉积期，台地内低凹处的咸化盐盆自东向西迁移到川中—川西的南充、成都一带[18-19]，随着局部区域构造升降及干旱、潮湿气候交替出现，海水进退频繁，形成多套以白云岩—硬石膏岩为主的沉积旋回组合[19-20]，雷口坡组末期出现水进的灰岩沉积。

中三叠世末，受印支运动的影响，四川盆地整体抬升，中三叠统碳酸盐岩普遍受到剥蚀和“喀斯特”化，形成区域性不整合面。川西地区雷口坡组之上的天井山组基本被剥蚀殆尽[2-4]，雷四段受不同程度剥蚀，剥蚀厚度由东向西减薄。晚三叠世早期，随着古特提斯洋逐步萎缩、闭合，川西地区受挤压挠曲，在相对稳定的低部位发育上三叠统马鞍塘组海相缓坡沉积。

2 地层层序

2.1 层序界面识别、划分与对比

2.1.1 层序界面识别与划分

以新场构造钻穿雷四段的孝深1井为代表，利用录井岩屑和岩心观察资料标定测井曲线，根据测井曲线的岩性响应特征对雷四段层序界面进行识别。

川西地区雷四段地层厚度为200～400 m，川西坳陷中段西部地层厚度约为350 m。雷四段可单独划分为一个三级层序SQ1(见图2)，底界面(SB2)为典型的岩性转换面，界面之下为厚层白云岩，界面之上为膏岩。顶界面(SB1)为区域岩溶侵蚀面[2-4]，界面之下为较典型的岩溶风化壳沉积，泥质含量增加，在测井曲线上形成容易识别的标志层，表现为高自然伽玛值、低电阻率值；与界面之上的厚层状致密灰岩低自然伽玛值、高电阻率值的测井响应特征区别明显。川西坳陷雷四段整体在台地内部，缺少台地边缘及陆棚斜坡，低位体系域不发育，三级层序主要由海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)构成；体系域界面为层状白云岩向厚层状灰岩突变的岩性转换面上界面，即由快速海侵形成最大海泛面(MFS)的灰岩沉积，测井曲线表现为厚层灰岩段相对高自然伽玛值，为相对较多的最大海泛面泥质沉积形成[10]。自下而上，海侵体系域岩性由厚层膏岩、膏云岩互层逐渐演变为含膏云岩、白云岩，总体表现为海侵沉积岩性变化特征；高位体系域岩性为厚层状灰岩向白云岩转化，总体表现为海退沉积岩性变化特征，构成一个完整的以海侵体系域为主、高位体系域为辅的不对称三级层序。

图2 孝深1井雷四段单井层序与沉积相划分

在三级层序格架内，根据沉积旋回韵律性识别出厚层膏岩与膏云岩互层的岩性分界面，以及含膏云岩与白云岩的岩性分界面(见图2)，分别作为次级的四级层序界面(SSB2)，界面上下测井曲线也呈较明显突变特征。在四级层序内，对次级海泛面(SMFS)进行识别，即在闭塞局限浅水膏岩沉积背景中，以出现相对较深水的云岩为识别标志，测井曲线上显示为相对低电阻率值和低密度值，构成完整的、以次级海侵体系域为主的不对称四级层序。按四级层序划分结果，将雷四段划分为雷四上亚段、雷四中亚段和雷四下亚段(见图2)。

2.1.2 层序对比

通过精细井震合成记录标定，三级层序顶界面的SB1界面位于强波峰偏下约10 ms处，表现相对清晰，研究区内可追踪(见图3)。该强波峰可作为区域标准反射层，即马鞍塘组一段(简称马一段)灰岩与马鞍塘组二段(简称马二段)下部泥岩构成的强波阻抗界面。SB2层序底界面为雷四段底相对高阻抗膏岩进入相对低阻抗云岩的界面，在地震剖面上主要呈弱波谷反射特征，实际追踪下伏断续状波峰。雷四上亚段底界面的四级层序界面对应雷四上亚段白云岩与雷四中亚段膏云岩互层的界面，在地震剖面上表现为低频、中—弱振幅波峰反射，背斜轴部连续性好，两翼反射较弱、连续性较差。尽管三级层序界面SB2与四级层序界面SSB2在地震剖面上追踪相对困难，但在井震合成记录标定的约束下可追踪。由此建立雷四段井间三级和四级层序格架，羊深1井、彭州1井、鸭深1井和孝深1井的雷四段及雷四上亚段地层厚度变化不大，分布稳定，井间旋回对比性好，显示经历一致的海进、海退沉积过程。

图3 过彭州1井—鸭深1井地震剖面层序及体系域划分(剖面位置见图1中AB线部分)Fig.3 Sequence and system tract division of seismic profile through Pengzhou1-Yashen1 well(profile location of fig.1 AB line)

2.2 高频层序界面识别、划分与对比

在三级、四级层序格架内，对雷四上亚段进行高频层序界面识别[21-22]，标定并分析界面测井响应特征，完成全井段高频层序划分与连井对比，为进一步研究沉积演化及储层发育的控制因素提供基础。

高频层序(五级和六级层序)相当于经典层序地层学中的准层序级别[22]，五级层序发育初期快速水进而导致沉积空间突然增大，准层序边界相当于沉积间断面，高频层序总体上具有水体向上变浅的沉积特征。在五级层序格架内可以识别出更小的、向上变浅的沉积韵律层，即六级层序[23-24]，相当于旋回层序地层学中的“米级旋回”，是高频海平面变化周期内、地层中能够识别的、由异旋回机制控制的最小层序单元[25]。高频层序界面的识别需要综合因素：岩性突变、岩层厚度突然增加或减少、冲刷与侵蚀、层面附近出现丰富的海绿石或黄铁矿等自生矿物，以及测井曲线响应的突变[7]。

研究区五级层序界面一般为灰岩—云岩或云岩—膏岩的岩性突变界面，测井曲线响应突变特征较明显。六级层序界面除岩性突变面外，还存在岩相转换面，如深灰色微晶云岩与块状云岩的界面或鸟眼构造云岩与纹层状云岩的分界面，具有界面之上沉积水体突然加深的准层序边界特征。受钻井扩径因素的影响，自然伽马、声波时差和密度曲线等对岩性识别相对较差，而电阻率曲线受钻井扩径影响较小，对岩性的响应较为敏感，致密灰岩最高，膏岩次之，纯白云岩最低，过渡岩性如云质灰岩、灰质云岩、膏质云岩等介于三者之间。

雷四上亚段岩性主要为灰岩和云岩，电阻率随着岩石中白云石含量增加而逐渐降低，构成一个明显向上变浅的、由灰岩向云岩转化的高频旋回(见图4)；底部高频层序测井曲线呈向上增加的特征，是由云岩向上变浅为含膏云岩导致的。在鸭深1井资料精细对比基础上，识别出多个五级和六级高频层序，根据厚层灰岩隔层和储层在五级层序中的分布，把下两个五级旋回作为下储层段，把上两个五级层序划分为上储层段(见图4)，建立连井的高频层序格架。高频层序在川西坳陷中段西部地区纵向上具有良好的对比性，横向上的变化具有同步性，表明高频层序不是由相带横向迁移形成的自旋回，而是沉积背景(如海平面)变化形成的异旋回。

图4 鸭深1井雷四上亚段取心段高频层序界面划分Fig.4 High frequency sequence boundaries and division of the Lei 4 upper sub-mumber cores of Yashen1 well

3 沉积特征

3.1 沉积体系

岩心及显微镜下观察表明，雷四上亚段岩性为相对低能环境的灰岩与云岩，其中灰岩以藻砂屑灰岩、藻黏结灰岩及微晶灰岩为主；云岩以藻黏结云岩、藻纹层云岩、藻层叠云岩、藻屑云岩、微晶云岩及粉晶云岩为主；除藻类外，其他生物不发育，偶见介形虫，显示原始沉积环境为相对闭塞的中—低能量和相对高盐度的水体环境。在沉积构造上，可见明显的层叠石构造、纹层构造、鸟眼构造等潮坪相沉积标志(见图5)。川西龙门山地区雷口坡组沉积时期存在古岛链或水下古隆起、台缘滩的区域沉积背景[2,4]，根据地层对比、岩性特征、沉积构造等资料，雷四上亚段总体为碳酸盐岩台缘障壁—潟湖—潮坪沉积体系，川西坳陷中段以潮坪相沉积为主(见图6)。

图5 川西地区雷四上亚段岩相标志Fig.5 Lithofacies marks of typical sedimentary facies of Lei 4 upper sub-mumber in western Sichuan basin

3.2 沉积相

潮坪相沉积可细分为潮下带、潮间带和潮上带亚相。

(1)潮下带亚相：岩性为微晶灰岩、含砂屑微晶灰岩、含藻屑灰岩等颗粒灰岩(见图5(a-c))，颜色相对较深，以灰色、深灰色为主；沉积构造以块状层理为主，其他构造相对不发育，主要发育于雷四上亚段上储层段下部。

(2)潮间带亚相：岩性以云岩为主，岩相为微晶云岩、微粉晶云岩、藻层叠构造云岩、藻黏结构造云岩、藻砂屑云岩、纹层状构造云岩，藻砂屑质灰岩等(见图5(d-h))，主要发育于雷四上亚段下储层段及上储层段的上部；沉积构造发育。按碳酸盐岩灰质含量的高低，潮间带可划分为潮间带下部(简称潮间下)和潮间带上部(简称潮间上)，潮间下云岩中含有一定的灰质，潮间上云岩中灰质含量较低。

图6 川西地区雷四上亚段沉积体系及相带划分

(3)潮上带亚相：岩性以微晶云岩为主，部分含有似龟裂、结核等暴露标志，也可见含膏云岩和膏云岩(见图5(i))，主要发育于雷四上亚段下储层段底部。

3.3 垂向相序

岩心自下而上发育潮下带微晶灰岩或生屑滩灰岩沉积，向上渐变为潮间带灰质云岩、藻层叠云岩、藻屑粉晶云岩，再向上渐变为潮上带的微晶云岩或膏质微晶云岩，反映沉积水体由潮下带至潮间带、潮间带至潮上带向上变浅的垂向相序组合，构成完整的碳酸盐岩潮坪相垂向沉积序列。

根据垂向相序分析结果，标定潮坪相的测井响应特征，雷四上亚段潮上带测井曲线表现为高密度、相对低中子和相对高电阻率的特征；潮间带表现为中—低密度、相对高中子和相对低电阻率的特征；潮下带表现为低密度、低中子和高电阻率的特征。

根据羊深1井、彭州1井、鸭深1井和孝深1井等连井剖面资料(见图7)，四口井的亚相类型对比良好，雷四上亚段下储层段沉积早期由潮上带—潮间带亚相逐渐演变为潮间下—潮间带亚相；随后经历一次大规模的海泛，形成上储层段潮下带灰岩与下储层段潮间带云岩呈突变接触的岩性分界面，上储层段由潮下带逐渐演变为潮间带沉积。雷四上亚段总体以潮间带和潮下带沉积为主，井间沉积亚相变化一致性好，反映整体沉积地形比较平缓、横向上分布相对稳定的特点。

图7 羊深1井—彭州1井—鸭深1井—孝深1井高频层序及连井沉积亚相对比Fig.7 High frequency sequence and sedimentary sub-facies profile through Yangshen1-Pengzhou1-Yashen1-Xiaoshen1 well

3.4 层序

层序是沉积的表现形式，不同的沉积序列受相对海平面变化的控制，形成不同的层序类型。根据研究区沉积亚相在层序中的发育位置，潮下带亚相主要发育于雷四上亚段上储层段五级高频层序的下部，潮间带亚相主要发育于雷四上亚段上储层段五级层序的上部和整个下储层段。在雷四上亚段下储层段中，潮间下亚相主要发育于六级高频层序的下部，潮间上亚相主要发育于六级高频层序的中上部。

研究区沉积亚相的发育与五级、六级高频层序的形成机制有关[11,26]。因此，在相序上，高频层序的下部沉积水体相对较深，上部沉积水体相对较浅，导致雷四上亚段上储层段五级高频层序的下部为潮下带，上部演变为潮间带，构成潮下带亚相—潮间带亚相的垂向相序组合。同样，在雷四上亚段下储层段六级高频层序中，自下而上分别构成潮间带亚相—潮间上亚相、潮间下亚相—潮间带的垂相相序组合。

4 储层发育的控制因素

4.1 储层物性

储层物性的好坏与白云石化程度密切相关，即云岩中白云岩含量越高，物性越好(见图8)。分析金马—鸭子河构造羊深1井、彭州1井、鸭深1井，以及新场构造孝深1井的储层物性，按照储层分类评价标准[27]，当孔隙度≥10%、渗透率≥1.00×10-3μm2时，为Ⅰ类储层；当5%≤孔隙度<10%、0.25×10-3μm2≤渗透率<1.00×10-3μm2时，为Ⅱ类储层；当2%≤孔隙度<5%时、0.02×10-3μm2≤渗透率<0.25×10-3μm2，为Ⅲ类储层。雷四上亚段以Ⅱ、Ⅲ类储层为主，Ⅰ类储层相对较少。根据不同岩性的孔渗相关性，云岩类孔渗相关性好，灰岩类孔渗相关性差，反映灰岩类储层中裂缝较为发育。

图8 研究区不同岩性的平均孔隙度和渗透率分布Fig.8 Average prosity and permeability distribution characteristics of different type lithology of core samples in research area

4.2 控制因素

层序、沉积与储层发育具有密切关系。随着沉积演化的进行，层序中的不同位置控制沉积物类型及储层发育的有利岩性，岩性垂向变化体现的旋回性是层序叠加的具体表现形式。

根据储层发育在层序和沉积中的分布，四级层序中以海侵体系域为主的潮间带亚相发育各种云岩，为储层发育的有利岩相，但云岩并不都是储集岩。海侵体系域早期(如雷四上亚段下储层段下部)，沉积环境整体偏向于局限蒸发环境，水体相对闭塞，水动力条件弱；岩性以潮上带或潮间—潮上带准同生期的微晶云岩、含膏云岩等为主，相对致密，物性差。海侵体系域中—晚期(如雷四上亚段下储层段中上部)，随着构造运动、海侵等因素引起海平面逐渐上升，沉积环境水动力条件逐渐增强，保持有利于准同生期白云岩化的蒸发条件与大气水暴露溶蚀条件，白云岩化、溶蚀作用相对较强，储集空间以溶蚀孔隙为主，胶结作用相对较弱[10-11,27]，原始孔隙度较高。高位体系域早期(如雷四上亚段上储层段下部)，由于大规模的海侵作用进一步加强，沉积水体快速加深，发育潮下带砂屑灰岩及潟湖相的微晶灰岩；尽管部分藻砂屑云岩原始孔隙度较高，但整体处于水下，白云岩化与暴露溶蚀作用弱，海底胶结作用较强[11,27-28]，物性较差。高位体系域晚期(如雷四上亚段上储层段上部)，整体逐渐海退，沉积环境进一步趋于局限，有利于白云岩化作用进行，形成有利储层的白云岩岩相。

在高频层序格架内，Ⅰ、Ⅱ类优质有效储层一般发育于五、六级高频层序潮间带中上部(见图7)，藻砂屑云岩、藻层叠云岩和藻黏结云岩等间歇性暴露在海平面之上，形成沉积及成岩暴露面(高频层序界面)。随着潮湿、干旱气候的周期性交替变化，以及大气水淋滤和层叠石中有机质氧化分解，高频层序界面之下地层形成白云石晶间溶孔、层叠石格架溶孔及砂屑粒间溶孔，有利于蒸发白云岩化、回流渗透白云岩化作用发生[10]，为有利储层白云岩岩相的形成提供沉积、成岩环境，在一定程度上也控制早期成岩作用发生。

综上所述，川西坳陷中段西部雷四上亚段高频层序与沉积，对白云岩储层的形成与分布具有明显控制作用，是储层发育的关键，也为准同生期成岩作用、后期风化壳岩溶及晚期埋藏溶蚀等成岩作用提供良好的流体运移通道与空间[10,29]。

5 结论

(1)川西坳陷中段西部雷四上亚段位于雷四段完整三级层序中最上部的一个四级层序，可进一步划分为多个五级和六级高频层序；高频层序界面上下测井曲线响应特征突变明显，测井曲线组合变化特征与高频层序控制的沉积旋回具有较好的一致性，纵、横向上分别具有良好的可比性和同步性，表明不同层序地层具有相似的沉积环境。

(2)川西坳陷中段西部属于潮坪沉积，主要发育潮下带和潮间带亚相，纵向上岩性多变，横向上分布较为稳定；潮间带是储层发育的有利亚相，以Ⅱ、Ⅲ类储层为主，发育于上、下储层段中上部。高频层序控制潮间带有利岩相分布，影响后期成岩作用，是储层发育与空间展布的关键。

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2016-06-24；编辑：朱秀杰

国家科技重大专项(2016ZX05017-005)；中国石油化工股份有限公司科技部项目(P16111)

史云清(1962-)，男，博士，教授级高级工程师，主要从事气藏开发方面的研究。

李宏涛,E-mail: dhlht523@sina.com

TE121.3

A

2095-4107(2017)01-0052-11

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.01.006