川中地区雷三2 亚段“灰质岩类”储层主控因素及有利区预测

张 豪 辛勇光 徐 唱 任纪博 田 瀚 潘柯宇

1.中国石油杭州地质研究院 2.中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心 3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

中三叠统雷口坡组是四川盆地天然气勘探的重要接替层系，自20 世纪60 年代开始经历了60 余年的勘探探索，截止目前一共发现了1 个大型气藏（彭州气田雷四3亚段）、2 个中型气藏（川中磨溪地区雷一1亚段、川西中坝地区雷三段）和多个含气构造[1-4]，在盆地内零星分布，已发现的气藏均为常规气藏。前期认为四川盆地雷口坡组油气资源以常规油气为主[5]，储层岩性主要是颗粒白云岩、藻白云岩或含膏白云岩等，灰质岩类难有储集空间[6-9]。灰质岩类根据黏土含量可分为含泥质石灰岩（黏土含量小于25%）、泥质石灰岩（黏土含量25%～50%）、灰质泥岩（黏土含量不小于50%）。近几年来，通过对川中地区老井复查和新井跟踪研究发现：雷三2亚段泥质石灰岩和灰质泥岩（以下简称“灰质岩类”）与中国渤海湾盆地、三水盆地以及四川盆地中二叠统茅口组一段的灰质岩类非常规储层类似[10-12]，既是一套优质碳酸盐岩烃源岩，也是一套有效的非常规储层[13-14]，川中地区大面积稳定发育多套灰质岩类储层[15]，已钻井在灰质岩类储层中常见气侵、井漏等良好钻井显示，多口井中途测试获气。近期川中地区钻探的CT1 井在雷三2亚段灰质岩类储层中测试获得工业气流，在蒸发台地潟湖相碳酸盐岩储层获得重要突破，揭示了雷三2亚段勘探新层系，展示了川中地区灰质岩类储层良好的油气勘探潜力。雷三2亚段天然气特征与雷顶风化壳气藏以及雷一1亚段气藏均不同，已有研究指示川中地区雷三2亚段灰质岩类储层与顶底膏盐岩构成了一套新型非常规成藏体系，即上下均为蒸发岩封堵，储层横向连续稳定分布，源储一体的非常规成藏体系[14-16]。受勘探程度低、研究资料少以及缺乏前人研究成果借鉴的限制，雷三2亚段灰质岩类储层特征及主控因素研究仍属于空白，储层分布规律不清楚，制约了雷三2亚段灰质岩类储层的下步勘探方向。

针对川中地区雷三2亚段灰质岩类储层主控因素不清及有利区不明的问题，基于盆地最新钻井和岩心资料，引入非常规油气储层的理论和研究方法，通过岩心、薄片观察，结合扫描电镜等分析化验手段，对川中地区雷三2亚段蒸发台地潟湖相碳酸盐岩储层特征开展了系统研究。在明确储层主控因素的基础上，结合研究区二维资料占比较高的现状，创新使用膏盐岩厚度来进行蒸发台地潟湖区的地震相划分，创新使用嘉四段—嘉五段厚度预测雷三段地层揉皱变形区，二者叠合有利部位为雷三2亚段灰质岩类储层发育的有利区，有利区内雷三2亚段灰质岩类能够形成自生自储、膏盐岩封堵、大面积分布的非常规油气藏，是下一步四川盆地雷口坡组油气勘探的重要领域。

1 区域地质概况

中三叠世雷口坡期四川盆地是上扬子台地西北缘的一个次一级构造单元[17]，盆地周边古隆起发育，盆地内部呈现隆拗相间的格局[18-19]。中三叠世雷三期，四川盆地属于典型蒸发碳酸盐岩台地沉积，海水主要来自西部的滇青藏古大洋，盆地东部江南古陆、西南部康滇古陆、西缘龙门山岛链及北部的米仓山隆起和大巴山隆起限制了台地内部与外海的海水沟通，古气候以干旱为主，海水蒸发量大，盐度高[20-21]，有利于形成石膏、石盐沉积。受间歇性海平面升降的影响，川中地区拗陷为膏质、盐质潟湖和泥灰质潟湖沉积，沉积大套硬石膏岩､盐岩等蒸发岩和以灰质泥岩、泥质石灰岩为主的非蒸发岩（图1a）。

图1 上扬子地区中三叠世雷口坡组沉积期古地理背景及雷三2 亚段综合柱状图

四川盆地雷口坡组总体上是一套碳酸盐岩与膏盐岩互层的沉积序列，底部的“绿豆岩”全区均有分布，为全区可以进行对比的标志层[22-23]。受印支早期运动的影响，雷口坡组遭受抬升剥蚀，川中地区剥蚀至雷四段，雷口坡组顶部以印支期风化面与上三叠统须家河组碎屑岩呈不整合接触。雷口坡组纵向上根据岩性、电性、海平面升降旋回等可以分为雷一段、雷二段、雷三段、雷四段、雷五段5 个岩性段，其中雷三段从下到上可以划分为雷三1亚段、雷三2亚段和雷三3亚段。雷三1亚段岩性以石灰岩、泥质石灰岩、云质石灰岩为主；雷三2亚段主要是灰质泥岩、泥质石灰岩与蒸发岩互层[13]，发育2 ～3 层灰质泥岩和泥质石灰岩，每一层灰质泥岩、泥质石灰岩上下均为蒸发岩隔层；雷三3亚段以石灰岩、云质石灰岩为主夹1 ～4 层薄层白云岩。雷三2沉积期，受海平面下降影响，盆地周边古隆起以及盆地内部泸州—开江古隆起的障壁作用导致台地内部海水与外海交流不顺畅，台地内部主要为膏质、盐质潟湖和泥灰质潟湖沉积，沉积大套硬石膏岩、盐岩等蒸发岩和泥质石灰岩（图1b）。

2 灰质岩类储层主控因素

2.1 储层特征

通过岩心和铸体薄片观察等综合研究，川中地区雷三2亚段储层岩性主要为深灰色泥质石灰岩和灰黑色灰质泥岩（图2），在扫描电镜下能明显见到有机质孔隙和与黏土有关的孔隙、微裂缝发育，而对于纯石灰岩处，则表现异常致密。富有机质灰质岩类储层储集空间以纳米—微米级矿物粒间孔、粒内孔､有机孔和微裂缝为主，局部发育膏溶孔，其中产生矿物相关孔的矿物主要有黏土矿物、白云石、方解石和黄铁矿等，有机质孔则主要发育在有机质中（图3）。雷三2亚段储层按是否被断裂和裂缝改造，可以分为微孔微缝型储层和微孔微缝基础上的裂缝改造型储层。裂缝包括构造裂缝和微裂缝，微孔微缝型储层的微裂缝主要是黏土矿物收缩缝和石膏微裂缝。裂缝改造型储层主要由微孔微缝型储层通过膏盐揉皱和石膏扩溶形成，构造裂缝比较发育，包括早期的低角度裂缝和晚期的高角度裂缝，裂缝部分被方解石充填。围绕川中地区这套灰质岩类储层开展了岩心物性分析，累计采样166 个，孔隙度主体分布在2.00%～8.51%；渗透率主要分布在0.007 60 ～1.680 10×10-3mD，总体上来看属于低孔、低渗型储层。

图2 CT1 井储层岩心特征图

图3 雷三2 亚段灰质岩类储层岩心薄片和扫描电镜特征图

2.2 储层主控因素

川中地区雷三2亚段灰质岩类储层受黏土矿物含量、裂缝和石膏的共同控制，其中黏土矿物含量是影响储层孔隙度的最主要因素。随着黏土矿物含量的增加，与黏土矿物相关的矿物粒间孔和收缩缝也会增加，导致孔隙度增加。川中地区雷三2亚段黏土矿物含量高的灰质泥岩有机孔缝比较发育，孔隙度主要分布在1.00%～4.50%，平均孔隙度3.12%，黏土含量中等的泥质石灰岩孔隙度位于0.50%～3.00%之间，平均孔隙度1.67%，而黏土矿物含量低的泥晶石灰岩和含泥质石灰岩只发育少量方解石晶间孔等，孔隙度分布介于0 ～1.50%之间，平均孔隙度只有0.88%。影响孔隙度的另一个重要因素是石膏，含膏泥质石灰岩中发育的沿裂缝扩溶的溶孔、溶洞，很可能与石膏岩的易溶性有关，当流体沿裂缝流经石膏岩时，一部分石膏发生溶蚀，从而产生沿裂缝扩溶的溶孔、溶洞。含膏泥质石灰岩孔隙度位于0.50%～4.50%之间，平均孔隙度1.78%，相对不含膏泥质石灰岩储层物性更好（图4）。

图4 雷三2 亚段不同岩性孔隙度统计图

对于灰质岩类这种低孔、低渗的致密储层，裂缝可以作为油气的有效储集空间和渗流通道，裂缝的发育程度成为影响储层渗透性至关重要的因素。通过CT1 井雷三2亚段岩心样品实测分析，微孔微缝基础上的裂缝改造型储层渗透率分布在0.021 90 ～0.025 90×10-3mD，平均渗透率为0.025 40×10-3mD，而微孔微缝型储层渗透率分布在0.000 76 ～0.004 36×10-3mD，平均渗透率为0.002 56×10-3mD，由此可见，裂缝改造型储层由于裂缝发育，有效改善了储层渗透率，使储层渗透率增加了一个数量级，有利于油气沟通渗透。裂缝对于油气井高产具有重要的作用，CT1 井在钻井过程中钻遇裂缝改造型储层时井漏严重，漏失钻井液达到587 m3，此储层段裂缝及石膏扩溶孔发育。对于川中地区雷三2亚段灰质岩类储层，最有利的为裂缝发育的含膏泥质石灰岩储层，因此围绕这套储层的有利区优选需要寻找含膏泥灰质潟湖相与裂缝发育的叠合区，作为下步雷三2亚段灰质岩类储层勘探的有利指向区。

3 地震相预测

3.1 地震响应特征分析

针对川中地区已钻井开展岩性测井解释，选取膏盐质潟湖、含膏泥灰质潟湖以及泥灰质潟湖3 口典型井，对其地震响应特征进行分析。雷三2亚段顶界为上覆石灰岩、云质石灰岩与下伏膏盐岩的分界线，表现为连续的强波谷反射，雷三2亚段底界为上覆云质膏岩、膏岩与下伏石灰岩、泥质石灰岩的分界线，岩性变化较大，总体上表现为低连续弱波谷反射，在区域地震上能够连续追踪对比。不同沉积微相雷三2内部地震反射表现出明显不同的特征（图5），这是由于膏盐岩厚度差异导致的。图中青色区域为测井解释的膏盐岩地层，可以看出，膏盐岩发育在雷三2顶部，膏盐岩下部主要为泥质石灰岩和灰质泥岩，当膏盐岩较厚时，内部表现为两套强波峰反射，当膏盐岩减薄（如CT1 井膏盐岩厚度只有40 m），表现为顶部膏盐岩发育段波峰反射较强，下部灰质岩类反射较弱，而膏盐岩不发育时，雷三2亚段厚度明显变薄，表现为顶底波谷夹一波峰的反射特征。此外，从合成地震记录上也可以看到，无论膏盐岩厚度是厚或者薄，膏盐岩底界均对应一连续强波峰反射，与雷三2亚段顶界连续强波谷反射类似，均是能够全区对比可追踪的标志层。

图5 不同沉积微相典型单井合成记录标定图

3.2 地震相预测

基于不同沉积微相单井精细合成记录标定和雷三2亚段地震反射特征分析，雷三2亚段顶部膏盐岩顶界和底界均可连续对比追踪，利用顶部膏盐岩的厚度可以反映沉积微相的变化。通过井震相结合，二、三维地震相联合，对雷三2亚段顶界和雷三2亚段膏盐岩底界进行层位精细追踪对比，基于两者层位相减，得到川中地区雷三2亚段膏盐岩厚度图（图6）。川中地区雷三2亚段膏盐岩呈现“中间厚两边薄”的特征，厚度10 ～130 m 不等。川中蓬莱—南充—广安一带为雷三2亚段潟湖沉积中心，沉积了厚层的盐岩和膏岩，膏盐岩厚度主要分布在70 m 以上，为膏盐质潟湖沉积环境。由膏盐质潟湖往西北和东南方向，依次发育含膏泥灰质潟湖和泥灰质潟湖，膏盐岩含量逐渐变低，岩性则由膏盐岩占主导逐渐变为灰质岩类为主。含膏泥灰质潟湖区膏盐岩厚度主要分布在40 ～70 m，呈现出“北宽南窄”的分布特征，这与东部印支期泸州古隆起和开江古隆起隆升造成“东陡西缓”的古地貌背景有关。泥灰质潟湖区膏盐岩厚度主要分布在10 ～40 m，表现出“南薄北厚的特征”，南部雷三2亚段以灰质岩类为主，而北部以灰质岩类夹薄层膏盐岩为主。雷三2亚段灰质岩类储层主要分布在含膏泥灰质潟湖区，地层厚度大，灰质岩类在地层中的占比最高。

图6 川中地区雷三2 亚段膏盐岩厚度图

4 裂缝发育区预测

雷三2亚段由于受下三叠统嘉陵江组四段和嘉五段膏盐岩挤压褶皱的影响，地层起伏较大，雷三2亚段断裂主要由嘉陵江组顶部膏盐岩滑脱引起。受嘉陵江组膏盐岩揉皱挤压的影响，嘉四段和嘉五段厚度横向上具有较大的变化，且厚度变化与断裂的关系密切。在嘉四段—嘉五段厚度明显增大的区域，雷三2亚段刚性碳酸盐岩受到膏盐岩揉皱挤压，地层发生破裂，造成断裂和裂缝发育，而嘉四段—嘉五段稳定区，膏盐岩厚度较薄或者膏盐岩未受到明显变形挤压，嘉陵江组—雷口坡组发育稳定，断裂及裂缝均不太发育（图7）。

图7 川中地区过雷口坡组稳定区和变形区地震剖面图（剖面位置见图6）

由于研究区以二维地震资料为主，传统的相干、曲率、方差等构造类属性难以适用，因此可以利用嘉四段—嘉五段厚度变化来反映雷三2亚段断裂和裂缝的发育程度。嘉四段底界以连续中强波峰反射为标志层，雷口坡底界为中弱波峰特征，追踪的是嘉陵江组顶部膏盐岩的包络面。基于嘉四底界和雷口坡底界层位追踪对比解释，得到川中地区嘉四段～嘉五段厚度图，可以看到，厚度平面上变化较大，最小厚度只有100 m 左右，最大厚度超过300 m。以160 m 为门槛，嘉四段—嘉五段厚值区如图8 中蓝色虚线所示，大于门槛值的主要分布在盐亭—西充—广安一带东北区域，面积可达15 000 km2。盐亭—西充—广安一带东北区域膏盐岩地层较厚，膏盐岩塑性蠕动活动较强，雷三2亚段及下部断裂及裂缝十分发育，主要发育裂缝改造型储层。此外，断裂和裂缝主要消失在雷三2亚段顶部膏盐岩中，雷三2亚段灰质岩类油气藏未遭受破坏。盐亭—西充—广安一带西南区域嘉陵江组顶部膏盐岩相对不发育，嘉陵江组到雷三2亚段成层状稳定分布，断裂和裂缝相对不发育，雷三2亚段灰质岩类储层受断裂和裂缝的改造较弱，主要发育微孔微缝型储层。

图8 川中地区嘉四段-嘉五段厚度图

5 有利勘探区带优选

雷三2亚段灰质岩类既是储层，又是一套优质碳酸盐岩烃源岩，实测残余TOC平均0.77%，最高可达4%，具有较好的生烃能力。雷三2亚段顶底膏盐岩都比较发育，顶部膏盐岩厚度40 ～250 m，底部膏盐岩厚度分布在40 ～50 m，顶底板条件好。由于顶底膏盐岩的存在使得雷三2亚段内部形成异常压力，CT1 井地层压力系数1.96，属于异常高压，说明这套灰质岩类油气藏保存条件较好。雷三2亚段灰质岩类储层普遍含气，面积分布广，且埋深较浅，川中—川南地区埋深在2 000 ～4 500 m 之间。裂缝既可以作为油气储集空间又可以作为渗流通道，能够有效改善储层孔渗性能，是雷三2亚段灰质岩类油气井高产的关键。因此，川中地区雷三2亚段灰质岩类与顶底膏盐岩构成了一种新型非常规成藏体系，即上下均为蒸发岩封堵，储层连续稳定分布，源储一体的非常规成藏体系，含气面积广，埋深浅，压力系数高，勘探潜力大。综合分析川中地区雷三2亚段灰质岩类成藏特征，围绕烃源条件、有利岩相以及裂缝发育情况等，将有利区划分标准设为烃源岩厚度大于60 m，叠合裂缝发育区和含膏泥灰质潟湖有利相带，优选出西充—营山为有利甜点区，面积达4 000 km2，是下步该地区雷口坡组雷三2亚段蒸发台地潟湖相碳酸盐岩储层的有利勘探方向。

6 结论

1）川中地区雷三2亚段灰质岩类储层岩性以泥质石灰岩和灰质泥岩为主，主要发育纳米—微米级无机孔、有机孔和微裂缝，黏土矿物高和含石膏时储层孔隙度较高，裂缝能有效改善储层渗透性。

2）雷三2亚段不同沉积微相地震反射差异主要由膏盐岩厚度差异引起，川中地区雷三2亚段由膏盐质潟湖中心向外依次发育含膏泥灰质潟湖和泥灰质潟湖，含膏泥灰质潟湖区呈现“北宽南窄”的分布特征。

3）雷三2亚段断裂主要由嘉陵江组顶部膏盐岩滑脱引起，裂缝发育区主要分布在盐亭—西充—广安一带东北区域，面积可达15 000 km2。

4）川中地区雷三2亚段灰质岩类与顶底膏盐岩构成了上下均为蒸发岩封堵、储层连续稳定分布、源储一体的非常规成藏体系，优选西充—营山地区有利甜点区，面积达4 000 km2。