四川盆地雷口坡组膏盐岩成因及其油气地质意义

王文楷, 许国明, 宋晓波, 隆 轲, 陈 颖

(1.中国石化西南油气分公司 博士后科研工作站，成都 610041；2.中国石化西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041)

四川盆地雷口坡组膏盐岩成因及其油气地质意义

王文楷1,2, 许国明2, 宋晓波2, 隆 轲2, 陈 颖2

(1.中国石化西南油气分公司 博士后科研工作站，成都 610041；2.中国石化西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041)

探讨四川盆地中三叠统雷口坡组膏盐岩的形成与分布及其对成烃和成储的影响。在岩心、薄片、测井和钻井等资料分析的基础上，对雷口坡组膏盐岩的岩石学特征、岩性组合特征和测井特征等开展研究发现，雷口坡组膏盐岩层系发育云岩+膏盐岩、膏岩+云岩、灰岩+膏盐岩、膏盐岩+灰岩4种组合类型，以及潮上塞卜哈、潮上小型蒸发盐盆、潟湖和蒸发盐盆4种成因模式。雷一段-雷二段面状展布的膏盐岩以塞卜哈成因为主，龙岗地区雷一段发育环带状展布的小型蒸发盐盆；雷三段发育以川中为中心、呈水滴式展布的潟湖成因膏盐岩；雷四段在川西南-川西地区发育牛眼式展布的蒸发盐盆成因膏盐岩。川西地区雷四段膏盐岩层系中发育有品质较好的烃源岩和以膏溶孔、洞为主要储集空间的岩溶储层，具备优越的油气地质条件，是下一步勘探的有利目标。

四川盆地；雷口坡组；膏盐岩；成因模式；油气地质意义

人类最早认识到蒸发岩与油气关系始于《圣经》中关于对死海及周缘沥青的记载[1]。K.Ochsenius[2]首次提出应当关注“蒸发岩与石油”的关系，揭开了地质学家对两者关系研究的序幕。世界范围内的大部分油田在空间上是和蒸发岩相关的[3-4]，垂向上蒸发岩最发育的层系聚集了大部分的油气资源，包括上泥盆统、下侏罗统和古近系[5]。据D.Ford等[6]统计，世界上碳酸盐岩型油气田储量占油气总储量的50%、总产量的60%，而在碳酸盐岩油气藏中以蒸发岩为盖层的占比达64%[7]。在世界范围内115个含工业油气田的盆地中，蒸发岩广泛发育的沉积盆地有66个，已探明油气储量的89%和天然气储量的80%蕴藏在含盐油气盆地中[8]，可见蒸发岩与油气的成藏有着密切联系。

四川盆地中三叠统雷口坡组蒸发岩广泛发育，以膏盐岩为主，具有厚度大、分布广的特征，盆内已钻揭的膏盐岩最大厚度可达547 m。前人对雷口坡组蒸发岩的成因、膏岩湖盆的迁移、卤水的来源、成钾条件及其对构造的影响等进行了研究，取得了重要进展，明确了雷口坡组岩相古地理展布、膏盐岩的时空分布、膏岩盆的迁移及其构造意义和成钾条件等[9-13]。然而，由于当时川西地区缺乏钻井，对膏盐岩成因认识尚存争议，例如李凌等[10]提出的“浅水潟湖”和膏岩盆成因、黄东等[11]提出的“塞卜哈”及“陆上干盐湖”成因、龚大兴等[14]提出的“潮上带牛眼式干化小型盐盆”等多种观点。

近年来，川西地区在雷口坡组第四段(简称“雷四段”)膏盐岩之上的白云岩段取得了油气勘探的重大突破，发现了彭州海相大气田，分析认为膏盐岩对油气的富集有重要影响[15-16]。而后，川西地区陆续有钻井钻揭雷口坡组膏盐岩，为开展规模化膏盐岩时空展布特征研究补齐了短板，同时也丰富了膏盐岩研究的基础资料。本文在前人研究的基础上，充分运用川西地区最新钻井资料，在对雷口坡组膏盐岩成因研究的基础上，明确雷口坡组膏盐岩时空展布特征，建立膏盐岩成因模式，探讨膏盐岩对于雷口坡组油气成藏的重要性，为下一步油气勘探部署提供依据。

1 地质背景

中三叠世安尼期，四川盆地位于古特提斯洋东侧、扬子板块西北缘的干旱气候带(图1-A)。盆地以东雪峰山再次隆起，西南面为康滇古陆，西受龙门山古岛链阻挡，南被贵阳等地滩坝阻隔，处于四周局限、受潮汐和波浪共同作用影响的陆表海环境，发育了一套以碳酸盐岩和蒸发岩为主的局限台地-蒸发台地沉积[18-19](图1-B)。

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area(A)中晚三叠世(240～220 Ma B.P.)全球古地理环境简图[17]；(B)四川盆地雷口坡期沉积相简图(据郭正吾等[18]修改)

受该古地理环境控制，雷口坡组以浅海相碳酸盐岩和蒸发岩互层沉积为主，岩性上主要以灰岩、白云岩、膏岩和盐岩为主。受印支早期运动影响，雷口坡组沉积以后四川盆地广泛隆升遭受剥蚀，地层由西向东逐渐减薄，残余地层厚度0～1.2 km，根据岩-电组合特征可划分为4个岩性段(表1)。膏盐岩纵向上赋存于各个岩性段，平面展布范围涵盖整个四川盆地(除龙门山地区雷二段-雷三段)，厚大的膏盐岩主要聚集在川中地区雷三段和川西南-川西地区雷四段。

2 雷口坡组膏盐岩成因

2.1 岩石学特征

雷口坡组膏盐岩以硬石膏岩为主，局部地区含钾盐、岩盐和钙芒硝岩。硬石膏岩在全盆广泛分布，主要有质地较纯的灰-灰白色块状硬石膏岩(图2-A)、灰-深灰色纹层状(含藻)白云质硬石膏岩和灰色薄层状硬石膏岩；在压实作用和构造挤压下，可见揉皱变形和底劈现象，以及石膏沿孔、缝挤入形成的“假漂浮状”白云岩角砾(图2-B)。岩盐在川西-川西南地区、川中地区有发现和报道[10]，川东地区巴一段也发育含石膏团块岩盐(图2-C)。钾盐在川西地区以致密粒状的杂卤石产出(图2-D)；川西南地区在雷四段中钻遇20余米厚的钙芒硝岩。镜下观察发现石膏的结晶程度不同，表明沉积环境存在较大差异(图2-E、F)。

表1四川盆地雷口坡组地层划分方案

Table1Stratigraphic classification of Leikoupo Formation in the Sichuan Basin

图2 四川盆地雷口坡组膏盐岩岩性特征Fig.2 Characteristics of Leikoupo Formation gypsum-salt in the Sichuan Basin(A)灰色块状硬石膏,HL1井，深度4 591.7 m,雷四段; (B)灰-深灰色含藻白云质膏岩,HL1井，深度4 594 m,雷四段; (C)烟灰-深灰色含石膏团块岩盐,W206井，深度2 932 m,巴一段; (D)致密粒状杂卤石,YS1井，深度4 945 m,雷四段; (E)细-中晶石膏岩,HL1井， 深度4 594 m, 雷四段,(+); (F)泥晶云质膏岩, YS2井，深度6 244.06 m,雷四段,(+)

2.2 岩性组合特征

2.2.1 白云岩+膏盐岩

该类岩性组合以白云岩为主，在剖面上表现为3种形式：①底部为厚层白云岩，中部为中-厚层白云岩夹中-薄层膏盐岩，顶部为中-厚层灰岩，伽马曲线呈锯齿状(图3-A)。②厚层泥云岩夹中-厚层膏盐岩，表明水体一直较浅并伴随有间歇性暴露，伽马曲线在膏盐岩段有所降低(图3-B)。③剖面底部和顶部均为厚层泥页岩，中部为厚层白云岩夹中-薄层膏盐岩和云质泥灰岩(图3-C)。

2.2.2 膏盐岩+白云岩

该类岩性组合以膏盐岩为主，在剖面上表现为3种形式：①厚层膏盐岩与厚层泥云岩互层，表明水体长时间较浅并有较长时间暴露，伽马曲线呈锯齿状(图3-D)。②中-厚层泥云岩与中-厚层膏盐岩互层，表明水体变化频繁，膏盐岩段伽马曲线呈低值、泥云岩段伽马曲线呈高值(图3-E)。③厚层膏盐岩夹白云岩，顶部有石盐岩发育，表明水体长时间持续咸化，膏盐岩伽马值低、白云岩伽马值较高(图3-F)。

2.2.3 灰岩+膏盐岩

该类岩性组合以灰岩为主，底部为泥灰岩，中上部为厚层灰岩夹数层中-薄层膏盐岩，基本不含白云岩，表明水体循环并不受限，伽马曲线在膏盐岩段出现低值跃动(图3-G)。

2.2.3 膏盐岩+灰岩

该类岩性组合以膏盐岩为主，厚层膏盐岩夹中-薄层灰岩，不含白云岩，表明成盐卤水来源于表层海水的蒸发而非浓缩，伽马曲线在灰岩段表现为高值、膏盐岩段表现为低值(图3-H、I)。

2.3 展布特征

四川盆地雷口坡组膏盐岩纵向上分布在各个层段，但是在岩性组合、单层厚度、累计厚度和占地比等方面存在较大差异。其中，云岩+膏盐岩组合分布在全盆大部分地区的雷一段、雷二段、蓬溪-剑阁地区的雷四段和川西南地区雷三段；膏盐岩+云岩组合分布在川西南-川西雷四段、龙岗地区雷一段和雷四段；膏盐岩+灰岩组合主要分布在川中地区雷三段，其他地区雷三段以灰岩+膏盐岩组合为主(图4)。北东-南西向对比剖面揭示，雷一段-雷三段膏盐岩厚度变化大，川西南地区膏盐岩基本不发育，川西-川北地区膏盐岩厚度小、横向延伸较远，单层厚度0.5～11 m，累计厚度28～65 m，占地比为0.1～0.45；雷四段膏盐岩厚度变化非常大，川西南-川西地区DS1井-YS1井一带，膏盐岩累计厚度可达193～547 m，占地比为0.37～0.90，横向变化很快。川北地区膏盐岩厚度也较大，横向变化快，累计厚度可达27～109 m，占地比为0.17～0.49(图4-A)。北西—南东向对比剖面揭示，雷一段-雷二段膏盐岩厚度较小、横向延伸稳定，膏盐岩单层厚度0.68～3.4 m，累计厚度11～40 m，占地比为0.10～0.25；雷三段-雷四段膏盐岩厚度较大、横向变化快，膏盐岩单层厚度0.9～34 m，累计厚度可达118.4 m，占地比为0.27～0.40(图4-B)。

图3 四川盆地雷口坡组膏盐岩组合特征Fig.3 Lithologic association of gypsum-salt of the Leikoupo Formation in the Sichuan Basin

从平面上来看，雷一段膏盐岩广泛分布于整个盆地，在川北元坝-龙岗地区和川东垫江-万州一带形成2个聚盐中心，膏盐岩呈“水滴式”展布、厚度最大可达80～100 m；在雅安-邛崃一带膏盐岩基本不发育(图5-A)。经历了雷一段膏盐岩的填平补齐作用后，川东聚盐中心已不复存在，川北地区聚盐中心逐渐缩小至平昌地区和剑阁地区，盆地大部分地区膏盐岩呈片状展布，厚度为20～40 m(图5-B)。雷三段沉积期，广安-南充-遂宁一带出现新的聚盐中心，膏盐岩呈“水滴式”，厚度可达100～160 m，向川西南和川东北方向膏盐岩厚度逐渐减薄(图5-C)。雷四段是膏盐岩最为发育的层段，川西南DS1井-PL4井一带和川西地区YS1井-HL1井一带形成2个聚盐中心，膏盐岩均呈“牛眼式”展布，DS1井膏盐岩厚度可达547 m，YS1井膏盐岩厚度达425 m；在川中蓬安-平昌一带发育一个次中心，膏盐岩厚度为100～150 m(图5-D)。

2.4 成因模式

关于蒸发岩的成因，前人根据研究实例分别提出了“沙洲说”、“沙漠说”、“潮上塞卜哈”、“浅水台地”、“高山深盆”、“深盆浅水”和“蒸发盐盆”等多种模式[20-22]，无论哪种成盐模式，蒸发量远远大于补给量是形成膏盐岩的必需条件。R.F.Schmalz[23]提出浅水或塞卜哈环境只能形成较薄的蒸发岩，要形成巨厚的蒸发岩必须有一个深水的沉积盆地，据此建立了“牛眼式”和“水滴式”2种蒸发盐盆模式，并被研究者广泛应用于海相和陆相厚大膏盐岩的成因解释[24-26]。根据膏盐岩的岩石学特征、岩性组合特征和纵横向展布特征，结合前人研究成果，对雷口坡组膏盐岩成因模式进行分析，认为膏盐岩有潮上塞卜哈、潮上蒸发盐盆、潮下潟湖和蒸发盐盆4种成因模式。

2.4.1 潮上塞卜哈

这类成因的膏盐岩在雷口坡组各段广泛发育，具有厚度薄、分布广、连续性好的特点。在干旱气候背景下，强烈的蒸发作用导致潮上带水体咸化、石膏呈过饱和状态进而沉淀析出(图6-A)。这类膏盐岩以塞卜哈白云岩的副产物形式产出，单层厚度为0.5～2 m，累计厚度为5～30 m，剖面上表现为中-厚层白云岩(泥云岩)夹中-薄层膏盐岩，常形成向上变浅的旋回。受控于海平面的反复变化和潮坪沉积背景，膏盐岩在平面上展布广，横向连续性较好，多呈网状、结核状。

2.4.2 潮上蒸发盐盆

由于地形分异导致潮上带微古地貌出现一定起伏，卤水向低洼处回流汇聚成盐，形成小型蒸发盐盆[14](图6-A)。海水周期性的补给提供了物质基础，膏盐岩的厚度较塞卜哈成因更厚，单层厚度1～8 m，累计厚度可达50～60 m。岩性上与白云岩(泥云岩)呈互层，平面上呈环带状展布，主要发育在龙岗地区雷一段。

2.4.3 潟湖

受古隆起和滩坝的障壁作用，导致水体的循环受限，在蒸发作用下表层海水和底层海水形成盐度梯度，蒸发水由于盐度高、密度大而向低洼处汇聚成盐(图6-B)。由于海水的补给和蒸发作用的持续进行，膏盐岩沉积速率高、厚度大，单层厚度2～20 m，累计厚度可达160 m。在这种局限但不闭塞的环境下，膏盐岩的厚度向海侵方向逐渐减薄并向碳酸盐岩过渡，平面上具“水滴式”展布特征。雷三段沉积期，四川盆地发育以川中为中心的潟湖沉积，主要表现为厚层膏盐岩夹中-薄层灰岩，向边缘过渡为厚层灰岩夹中-薄层膏盐岩。

2.4.4 蒸发盐盆

受构造作用影响，雷四段沉积初期，在泸州-开江古隆起和龙门山古岛链的夹持下，川西-川西南地区形成一个近于闭塞的蒸发盐盆(图6-C)，在强烈的蒸发作用下，卤水向盐盆中心回流成盐。与潟湖不同的是，蒸发盐盆的水体与外海几近隔绝，仅在大规模海侵时才能得到补给。在这种闭塞的环境中，盐盆中心向周缘依次沉淀出杂卤石-盐岩-石膏-膏质云岩-白云岩，平面上呈“牛眼式”展布，剖面上以厚层块状膏盐岩、石盐岩夹中-薄层白云岩为主，膏盐岩单层厚度可达20～50 m，累计厚度200～547 m。

图5 四川盆地雷口坡组膏盐岩等厚图Fig.5 Isopach map of the Leikoupo Formation gypsum-salt in the Sichuan Basin

3 膏盐岩的油气地质意义

3.1 膏盐岩对成烃的贡献

现代盐湖生物学研究表明，在盐湖中有繁茂的微生物群[25]，在肯尼亚马加迪湖、埃及瓦迪安那顿湖、中国青海湖等极端盐湖中，生存有大量的嗜盐细菌和古细菌[26]。无论是低盐度条件下生长的绿藻和蓝藻，还是在相对高盐度条件下(wNaClgt;20%)控制整个生态系统的嗜盐细菌，均可作为“最好生油母质”[5，29-32]。D.Neev等[33]发现死海沉积物中有机碳质量分数(wTOC)可达2%；P.Enos[34]对全新统未成岩的蒸发岩有机质含量进行测试，结果是wTOC高达15%，古代蒸发岩中wTOC测试结果为2%～5%，可作为有效烃源岩。前人研究表明，川西地区雷口坡组蒸发岩系具备较强的生烃潜力，是雷口坡组气藏的主力烃源岩[35-36]。对川西地区245个样品(其中白云岩样品171个，灰岩样品39个，膏质云岩样品35个)TOC测试结果分析发现(图7)，依据高成熟碳酸盐岩有效烃源岩的评价标准(wTOC≥0.2%)[16]，灰岩中有16%的样品达标，白云岩有12%的样品达标，膏质云岩有50%的样品达标，可见蒸发岩系具有较好的生烃潜力。虽然有50%的样品达标，但TOC含量整体偏低，多数wTOClt;1%，分析认为是由于膏盐岩层系有机质生烃转化率高，以及石膏转化成硬石膏的脱水作用过程中会带出有机质，均会导致蒸发岩层系中TOC含量降低[31,36]，因此蒸发岩系的生烃潜力很有可能被低估。根据川西地区多口钻井岩心观察发现，在雷四段发育厚度较大的含藻膏质云岩/含藻云质膏岩，镜下可见大量的藻纹层和藻凝块等有机质(图8)，可作为有效烃源岩。这套藻含量高的蒸发岩系地层单井累计厚度gt;80 m(雷四未钻穿)，平面展布范围将近1×104km2，具有巨大的生烃潜力。

图6 四川盆地雷口坡组膏盐岩成因模式Fig.6 The genetic model of gypsum-salt of Leikoupo Formation in Sichuan Basin

图7 川西雷四段不同岩性TOC含量分布柱状图Fig.7 Histogram of TOC distribution of different rocks in Member 4 of Leikoupo Formation in the western Sichuan Basin

3.2 膏盐岩对成储的意义

一直以来，由于岩性致密故而膏盐岩的储集能力广受质疑。随着研究的深入，发现石膏在向硬石膏转化的过程中，由于孔隙水的排出，体积会减少39%，为硬石膏中孔隙的产生提供了可能。勘探实践表明，硬石膏晶粒间存在连通性较好的孔隙，且有烃类分布，可以作为良好的储层[38]。在准同生期和表生期大气淡水溶蚀作用形成的膏模(溶)孔，是相关储层的重要储集空间[39]。另有试验证明，膏盐岩在淡水和有机酸作用下产生溶解的同时还能促进白云岩的溶解[40-41]。

图8 藻纹层和藻凝块的显微特征Fig.8 Characteristics of algal under microscope

因此，膏盐岩对储层的形成和改善具有积极的作用。川西地区实钻揭示，在HL1井雷四段顶部膏盐岩层系中，发育以膏溶孔、洞为主要储集空间的孔隙型储层，镜下还可观察到膏模孔和膏溶孔，面孔率为1%～10%(图9)，储层品质良好。这套储层分布在距离雷口坡组的顶部0～120 m范围内，岩性为含藻白云质膏盐夹膏质云岩和白云岩，分析认为这是一套受印支期不整合面控制的古岩溶储层，大气淡水对膏盐岩的溶蚀作用是形成孔隙的直接原因。由于钻井取心不全，难以对这套储层进行更深入的研究；但可以肯定的是，这套厚度超过100 m的岩溶储层在川西回龙地区广泛分布，是下一步油气勘探的有利目标。

4 结 论

a.雷口坡组膏盐岩以硬石膏岩为主，局部地区含钾盐、岩盐和钙芒硝岩。膏盐岩与碳酸盐岩组合在纵、横向上具差异性和规律性，白云岩+膏岩组合在全盆各段均有分布；膏岩+白云岩组合主要分布在川西-川西南地区雷四段，川北地区雷一段和雷四段；灰岩+膏岩组合主要分布在川北地区雷三段；膏岩+灰岩组合主要分布在川中地区雷三段。

图9 雷四段发育的膏溶孔洞Fig.9 Gypsum dissolution pores in the Member 4 of Leikoupo FormationHL1井，深度4 694.00～4 694.16 m

b.膏盐岩平面展布特征受成因模式控制，潮上塞卜哈成因膏盐岩具有厚度小、横向连续性较好、平面展布广的特点。潮上蒸发盐盆成因膏盐岩厚度较大，平面上呈环带状展布。潟湖成因膏盐岩厚度大，向海侵方向逐渐减薄并向碳酸盐岩过渡，平面上具“水滴式”展布特征。蒸发盐盆成因膏盐岩厚度巨大、横向变化快，盐盆中心向周缘依次沉淀出杂卤石-盐岩-石膏-膏质云岩-白云岩，平面上呈“牛眼式”展布。

c.川西地区膏盐岩层系中不仅发育厚度大、展布广、生烃潜力强的岩烃源岩，而且还发育一套物性好、规模大、品质高的古岩溶储层，具备自生自储的条件，是下一步勘探的有利目标。

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Genesisofgypsum-saltintheLeikoupoFormationanditshydrocarbonsignificanceintheSichuanBasin,China

WANG Wenkai1,2, XU Guoming2, SONG Xiaobo2, LONG Ke2, CHEN Ying2

1.Post-doctoralResearchStation,SouthwestPetroleumBranch,SINOPEC,Chengdu610041,China;2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandProduction,SouthwestPetroleumBranch,SINOPEC,Chengdu610041,China

The formation and distribution of gypsum-salt in Upper Triassic Leikoupo Formation possess an important influence on hydrocarbon generation and reservoir development in the west Sichuan Basin. The gypsum-salt in Upper Triassic Leikoupo Formation has 4 types of lithological assemblages， the dolomite + gypsum-salt, the gypsum-salt + dolomite, the limestone + gypsum-salt and the gypsum-salt + limestone, which correspond to 4 types of genetic models of sabkha, salt lake in the supratidal environment, lagoon and evaporate basin. Gypsum-salt deposited in sabkha environment distributes widely during the Member 1 and Member 2 of Leikoupo Formation in most part of Sichuan Basin, except the Longgang area which developed in salt lake of supratidal environment. Gypsum-salt in the Member 3 of Leikoupo Formation deposited in lagoon environment in central Sichuan Basin. The gypsum-salt of Member 4 of Leikoupo Formation deposited in evaporate basin environment and it is the favorable reservoir with well developed gypsum dissolution pores, and therefore, is the favorable target for the future exploration of gas and oil in west Sichuan Basin.

Sichuan Basin; Leikoupo Formation; gypsum-salt; genesis; hydrocarbon significance

P588.247; TE122.31

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.06.07

1671-9727(2017)06-0697-11

2017-07-07。

中国石化重大科技攻关项目(P16092)。

王文楷(1986-)，男，博士，助理研究员，主要从事碳酸盐岩沉积和储层研究, E-mail:wwk-dyx@163.com。