川西北地区天井山古隆起规模微生物岩储层的成因及其地质意义

辛勇光 王兴志 唐青松 田 瀚 张 豪 徐 亮冯庆付 尹 宏 王旭丽

1.西南石油大学 2.中国石油勘探开发研究院 3.中国石油西南油气田公司 4.中国石油西南油气田公司川西北气矿

0 引言

1972年，在四川盆地西北部江油地区发现了高丰度的中三叠统雷口坡组气藏[1]，天然气探明储量为86.3h108m3，储层为微生物岩储层；近期，相邻的剑阁地区钻探的双鱼001-1井在雷口坡组三段（以下简称雷三段）也见到良好的油气显示，储层也是微生物岩储层，厚度为65 m。这些都预示着江油—剑阁地区雷三段整体发育微生物岩储层，天然气勘探前景良好。

对于江油地区雷三段储层前人已经做了大量的研究工作，取得了一系列成果和认识：①雷三段储层岩性以颗粒云岩和藻云岩为主，储集空间以次生溶蚀孔隙占优势[2-7]；②砂屑滩和颗粒滩沉积为后期储层的形成奠定了物质基础，储层受准同生期、表生期和埋藏期岩溶作用的共同改造，埋藏期溶蚀作用对现今雷口坡组储层内储集空间的贡献最大[2-4]；③白云石化作用是非常重要的建设性成岩作用，表生期和埋藏期的溶蚀作用是次生孔隙形成的关键因素[5-7]。尽管前人对该套储层的研究成果颇丰，但也存在着2个问题：①控制江油—剑阁地区厚层微生物岩储层发育的地质背景不清楚；②对于储层主控因素的认识存在着分歧。针对上述问题，笔者基于大量的露头、岩心、钻井、分析化验等资料，运用地质和地球物理方法开展了江油—剑阁地区雷口坡组微生物岩储层主控因素研究，以期为四川盆地雷口坡组油气勘探提供有益的地质理论指导和技术思路。

1 区域地质背景

江油—剑阁地区位于四川盆地龙门山前山带北段天井山古隆起区南段，西临龙门山推覆构造带，东接川西前陆盆地[8]。天井山古隆起具有形成时期早、隆升时期长、多期活动的特点，经历了早寒武世古地貌高、中寒武世—中三叠世震荡升降、三叠纪末期基本定型、侏罗纪以来改造调整等过程[9-11]。江油—剑阁地区主体为天井山古隆起南段，天井山古隆起南段在雷口坡期是一个呈北东向展布的水下古隆起，水体较浅，东北部的双探2井—河7井区和中部的永平1井区为隆起核部，其他地区为斜坡区，东南侧为凹陷区（图1-a）。

图1 江油ü剑阁地区雷三3亚段残厚图及雷口坡组地层柱状图

川西北地区雷口坡组为一套碳酸盐岩夹硬石膏岩，底以硅质泥岩与嘉陵江组顶部硬石膏岩整合接触，顶以碳酸盐岩与须一段泥岩不整合接触。雷口坡组自下而上可分为五段：雷一段、雷二段、雷三段、雷四段和雷五段；其中，雷三段底以灰质云岩与雷二段石膏岩整合接触，顶以藻屑云岩与雷四段底部泥质云岩整合接触；雷三段根据岩性旋回自下而上可分为三个亚段：雷三1亚段（T2l31）、雷三2亚段（T2l3

2）和雷三3亚段（T2l33），雷三1亚段以泥晶云岩为主夹石膏质云岩，雷三2亚段以石膏质藻纹层云岩为主夹石膏岩，雷三3亚段主要为藻云岩夹泥晶云岩。储层主要发育在雷三3亚段藻云岩中（图1-b）。

2 微生物岩储层特征

江油—剑阁地区雷三3亚段岩性主要是藻云岩、泥—粉晶云岩夹少量的颗粒云岩，其中藻云岩是最有利的储集岩。天井山古隆起区以藻云岩为主，非隆起区则以泥—粉晶云岩为主。储层主要发育在古隆起区藻云岩和颗粒云岩中，非隆起区储层不发育。严格来说，藻云岩所谓的“藻”其实是藻类和细菌等组成的微生物复合体，有研究者将其称为蓝细菌云岩或微生物碳酸盐岩[12-13]，隶属于微生物岩范畴。江油—剑阁地区雷三3亚段藻云岩储层岩石类型可以分为藻屑云岩和藻纹层云岩两种类型（图2）。

1）藻屑云岩：生长的蓝绿藻将粒径大小不一的砾屑、砂屑和粉屑等颗粒黏结起来，形成各种黏结颗粒、藻黏结团块和核形石等，以藻砂屑云岩为主（图2-a、b）；发育藻黏结格架间溶孔、粒间和粒内溶孔（图2-b、c）。

2）藻纹层云岩：以泥—粉晶结构为主，局部含少量砂屑、粉屑，多具波状、微波状和纹层状构造；岩石主要由明暗相间的富藻和贫藻纹层组成，富藻纹层颜色较深，为暗层，多由具隐粒结构的藻球粒、藻丝体黏结泥屑和粉屑构成，呈连续或断续的波状、纹层状；贫藻纹层颜色较浅，为亮层，其中藻类含量少，主要由泥—粉晶云岩组成（图2-d）。常见鸟眼孔、晶间溶孔（图2-e、f）。

通过岩心物性和CT扫描分析，藻云岩储层孔隙度介于2%～8%（图3-a），渗透率介于0～1 mD（图3-b）；裂缝较发育，属于裂缝—孔隙型储层（图3-c）。

图2 江油ü剑阁地区雷三3亚段藻云岩岩石特征照片

根据实测野外露头、钻井岩心以及测井解释，绘制了天井山古隆起南段雷三3亚段孔隙度大于2%的储层平面分布图（图4）。从图4可见，天井山古隆起南段广泛分布雷三3亚段藻云岩储层，面积约10 000 km2，储层厚度介于20～70 m。其中，隆起区核部的永平1井区和河7井东北部地区雷三3亚段储层被剥蚀殆尽；江油含增—中46井、重华1井—双鱼001-1井等地区藻屑滩发育，藻云岩储层发育，储层最厚，厚度介于60～70 m；斜坡区中部向西北和东南方向储层厚度逐渐减薄，凹陷区如剑门1井等井区储层不发育。

图3 江油ü剑阁地区雷三3亚段藻云岩储层物性图

图4 江油ü剑阁地区雷三3亚段储层分布图（φ≥2%）

3 古隆起有利于微生物岩的发育

中三叠世，四川盆地属于一个受周边古隆起和盆内水下古隆起限制的水体浅、盐度大、范围广阔的局限碳酸盐岩台地环境，海水主要来自西南部的越北海和西北部的滇青藏古大洋[14-16]。前人针对川西北地区雷三3亚段藻云岩的沉积环境做了大量研究，主要有曾德铭等[4]提出的滩体说和林良彪等[17]提出的局限台地潮坪说。笔者在露头、岩心、钻井、分析化验等资料的基础上，通过沉积相标志分析、单井沉积相（图5）及连井沉积相研究，认为江油—剑阁地区雷三3亚段为局限台地潮坪沉积环境，广泛发育藻云坪、藻屑滩相，沉积了厚层藻云岩。

雷三3亚段沉积期，位于天井山古隆起的江油—剑阁地区西邻滇青藏古大洋，水浅、盐度高、阳光充足，沉积环境十分有利于蓝绿藻的发育，形成了大量富含蓝绿藻的碳酸盐岩，大面积发育藻云坪相，在地貌较高处发育藻屑滩沉积，藻屑滩储层最发育，藻云坪次之。藻屑滩位于地貌较高地，水体位于低潮线之下的浪基面附近，水动力条件较其他沉积区强，主要堆积的是藻屑和鲕粒等颗粒沉积体，其中以藻屑最为发育，鲕粒较少。藻屑滩是由蓝绿藻黏结各种颗粒堆积在一起形成的滩体，滩体主要由浅褐灰色藻屑云岩组成，中—厚层块状为主，溶孔较发育，储集性能最好；这类滩体沉积时的水动力条件变化较大，当能量较强时，形成粒径大小不一、分选和磨圆较差的砂屑、粉屑，当能量变弱时，生长的蓝绿藻将这些颗粒黏结起来，形成各种黏结颗粒、藻黏结团块和核形石等，并常与周围滩间潮下低能沉积物过渡。藻云坪位于地貌较平坦区，主要由层纹状、波状叠层藻云岩组成，可见鸟眼孔和晶间溶孔，有一定的储集性能。

图5 江油ü剑阁地区中46井雷三3亚段沉积相柱状图

4 古隆起有利于准同生岩溶作用的发育

详细观测江油含增露头和中46井岩心，结合薄片和扫描电镜观察，识别出雷三3亚段5个向上变浅的高频旋回（图5）。每个旋回的下部是薄层致密泥晶云岩，主要为潮下低能量的泥晶云坪相沉积，由下而上，水体逐渐变浅，中上部为中厚层的多孔的藻屑滩藻屑云岩和藻云坪藻纹层云岩，顶部可见干裂、鸟眼和帐篷构造等准同生期暴露标志。

多期准同生溶蚀是孔隙发育的关键。雷三3亚段沉积期天井山古隆起是水下古隆起，水体较浅，由于海平面升降变化，当高频旋回海水变浅，地貌较高的藻屑滩和藻云坪沉积物往往容易暴露并遭受准同生大气淡水溶蚀作用，不稳定矿物（如文石或高镁方解石）被溶解，形成大量的溶孔。江油—剑阁地区雷三3亚段普遍发育5期向上变浅的高频旋回，旋回中上部的藻屑云岩和藻纹层云岩遭受准同生溶蚀，形成大量的藻黏结格架间溶孔、粒间和粒内溶孔、鸟眼孔和晶间溶孔（图2-b、c、e、f），这些溶孔在后期的成岩作用中如压实、胶结、表生岩溶等作用中虽然有一部分被充填，但仍有部分溶孔被保存下来，成为现今储层的主要储集空间。

5 古隆起有利于表生岩溶作用的发育

受印支运动的影响，四川盆地雷口坡组普遍遭受剥蚀[18-20]。天井山古隆起不同部位，雷口坡组剥蚀程度不同，古隆起的东北部河7井区和中部永平1井区等古隆起核部雷四段被剥蚀殆尽，雷三3亚段也遭受了部分剥蚀；斜坡区还残留了部分雷四段。由于雷口坡组表生岩溶作用发生在该地层刚沉积不久，岩石固化程度低，在大气淡水作用下，极易形成岩溶体系，发育大量溶蚀孔洞，表现在钻井放空和井漏现象普遍，野外露头、钻井岩心以及镜下薄片可见大量的岩溶现象，如沿裂缝或层面形成的溶孔和溶洞（图6-a）、岩溶角砾岩（图6-b）、渗流粉砂（图6-c、d）、示顶底构造（图6-d）等。

江油—剑阁地区主体为岩溶斜坡，表生岩溶作用对先期孔隙层的优化，形成沿裂缝或层面扩溶的溶孔和小型溶洞。

图6 江油ü剑阁地区雷三3亚段表生岩溶作用特征照片

6 结论

1）天井山古隆起区雷三3亚段发育规模微生物岩储层，厚度介于20～70 m，面积约10 000 km2；储层岩性以藻屑云岩和藻纹层云岩为主，储集空间主要为藻黏结格架间溶孔、粒间溶孔和粒内溶孔、鸟眼孔、晶间溶孔以及裂缝。

2）天井山古隆起控制了雷三3亚段规模微生物岩储层的发育。该古隆起是规模微生物岩储层发育的重要条件，古隆起区有利于微生物岩、准同生岩溶作用、表生岩溶作用的发育，形成规模微生物岩储层。

3）天井山古隆起区雷三3亚段发育规模微生物岩储层，具有良好的天然气勘探前景。