近60年来，四川盆地上三叠统须家河组（T₃x）致密气勘探取得了丰硕的成果^[1-5]，先后发现了中坝、平落坝、新场、八角场、广安、合川、安岳、元坝及马路背等大中型气藏，它们主要分布在川西、川中及川北地区。川东地区构造上位于川东隔档式褶皱构造带^[6-8]，背斜主要出露上三叠统须家河组，宽缓向斜出露侏罗系，须家河组致密气勘探一直未引起重视。近年来，面对国家对油气需求的持续增长与常规油气增长乏力的情况，非常规致密油气逐渐成为油气勘探的生力军^[9-13]。随着地质认识程度的不断提高，以及钻井工艺、储层改造、地震采集及识别技术的不断突破^[14-17]，致密气勘探取得了重要进展。随着致密气勘探不断向纵横扩展，以前不受重视的向斜区也得到了地质学家的青睐。

川东北地区主要位于川东隔档式褶皱构造带向斜区，前期天然气勘探主要以二叠系和三叠系礁、滩及石炭系为目的层，未对浅层上三叠统须家河组致密气进行针对性勘探。近期，通过对五宝场地区老井复查，几乎每口井须家河组均有油气显示，尤其是须五段，油气显示频繁，显示级别较高，多为气侵。2019年对老井wbq15井须四段—须六段进行试气，测试获气超过20×10⁴m³/d，生产测井结果表明天然气主要来自须五段，同年部署的wbq20井须五段测试也获得超过16×10⁴m³/d的高产工业气流，展示出川东北地区须家河组良好的勘探潜力。由于川东北地区须家河组勘探及研究程度低，成藏地质特征及气藏类型尚不清楚，制约了下一步的勘探，为此，本文以须五段为例，从烃源、储集与构造等基本地质条件入手，分析川东北地区须家河组致密气成藏地质特征及气藏类型，建立成藏模式，对推动川东隔档式褶皱构造带向斜区致密气勘探具有重要意义。

研究区地理位置处于四川盆地东北部，位于万源以南、达州以北、平昌以东、开州以西，面积约为3000km²。地貌以山地、丘陵为主，背斜成山，紧密而狭窄；向斜为谷，平缓而开阔，间有高阶台地，地表形态零乱，冲沟发育，多山间凹地。研究区构造上东北部与大巴山弧形构造带相邻、东南部与罗家寨构造带相邻、西南紧靠铜锣峡及七里峡北倾没端、西北为铁山坡构造带，包括铁山坡、五宝场、渡口河等潜伏构造（图 1）。

图 1

图 1 研究区位置图 Fig. 1 Location of the study area

川东北地区须家河组主要为一套深灰色泥岩、页岩夹浅灰色砂岩，地层厚度为400~600m，由下至上可划分为须二段、须三段、须四段、须五段、须六段（须一段在区内缺失）^[18]，沉积环境主要为冲积扇—三角洲—湖泊，物源主要来自大巴山^[19-21]。由于靠近物源区，川东北地区须家河组砂岩十分发育，须二段、须三段、须四段和须六段砂地比为60%~90%，而在须五段沉积时期，由于物源区活跃程度相对较弱，湖盆范围扩大，区内表现为“泥包砂”的沉积格局，砂岩累计厚度为30~60m，砂地比为30%~50%，以三角洲前缘沉积为主，主要发育五宝场—七里北和罗家寨—黄龙场两个砂带，砂体呈北东—南西向片状分布，沉积微相以水下分流河道为主^{[4, 22]}。

为了明确川东北五宝场地区须家河组天然气来源，对wbq15井和wbq20井的6个样品天然气组分及碳同位素进行了分析，五宝场地区须家河组天然气组分主要为轻烷烃，其中甲烷含量普遍在97%以上，而川中广安地区须家河组甲烷含量为86.07%~94.22%，平均为90.75%，五宝场地区须家河组甲烷含量略高于广安地区。根据天然气碳同位素分析发现，wbq15井δ¹³C₁ < δ¹³C₂, 呈正碳同位素序列特征，与川中地区须家河组（guangan1井，hechuan1井）类似，其中δ¹³C₁、δ¹³C₂分别为-33.97‰~-33.71‰、-26.72‰~-23.33‰，其平均值分别为-33.78‰、-26.5‰；wbq20井δ¹³C₁ > δ¹³C₂ > δ¹³C₃，碳同位素呈倒转分布，其中δ¹³C₁、δ¹³C₂分别为-29.55‰~-28.7‰、-29.35‰~-29.17‰，其平均值分别为-29.01‰、-29.28‰，δ¹³C₂值轻于-28.5‰，具有油型气的特征，甲烷和碳同位素值倒转是由于海相烃源供给所致^[23-26]。两口井须家河组天然气碳同位素呈现明显不同，wbq15井与广安地区类似，为自生自储天然气，而wbq20井与广安地区差异明显，与马路背地区特征类似（图 2），前人研究表明，马路背须家河组天然气由上二叠统吴家坪组烃源供给^[27]。根据五宝场地区地震资料解释，须家河组沉积期断裂发育，发育沟通上二叠统吴家坪组烃源的断层，具备海相烃源供给条件，由此认为五宝场地区须家河组天然气除了自身烃源外，可能存在上二叠统吴家坪组海相烃源贡献。

图 2

图 2 五宝场及邻区须家河组天然气δ13C1与δ13C2关系图 Fig. 2 δ13C1-δ13C2 cross plot of natural gas in Xujiahe Formation in Wubaochang and adjacent areas

川东北地区上三叠统须家河组烃源岩主要为灰黑色泥岩、页岩及煤层，区内烃源岩厚度大，主要分布在100~200m，尤以须五段烃源岩厚度大，最厚达70m。研究区内须家河组烃源岩属腐殖型，有机碳含量普遍较高，大部分区域超过1.6%，平均为2.6%，属于中等—较好烃源岩，有机质类型主要为Ⅲ型，局部见Ⅱ₂型，实测镜质组反射率（R_o）主要在1.5%~2.0%之间变化，烃源岩处于高成熟—过成熟阶段，以生气为主，在中侏罗世进入生烃门限，晚侏罗世末期—古近纪末期处于生烃高峰期^[28]。五宝场地区须家河组生烃强度分布在（10~30）×10⁸m³/km²，生烃强度较大，烃源持续充注须家河组储层形成致密气藏；上二叠统吴家坪组烃源岩生烃强度为（15~40）×10⁸m³/km^2[29]，通过烃源断层为须家河组致密气藏连续供烃，因此该区具有“双源供烃”特征，具备致密气成藏的烃源基础。

通过对川东北地区须五段砂体对比分析，须五段中下部发育一层较稳定的砂岩，砂岩厚度主要分布在20~40m，该层砂岩是川东北地区须家河组的主要产层段，储集岩性以灰白色、浅灰色粗—中粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主，磨圆中等，颗粒以线接触为主，局部受压溶作用呈凹凸接触，表明压实作用较强。依据wbq15井等须五段物性资料分析，储集砂岩孔隙度分布在3%~9%，主要集中在3.5%~7%，渗透率分布在0.001~1.5mD，主要集中在0.01~1mD，表明研究区内须五段储层具有低—特低孔、特低渗特点，表现为致密储层特征。铸体薄片及扫描电镜等观察分析表明（五宝场地区仅wbq15井须五段取心，微观资料较缺乏），wbq15井须五段孔隙类型以次生孔为主，发育粒内溶孔、粒间溶孔，见少量的杂基孔、铸模孔，孔隙多孤立存在，自然连通性较差，孔隙之间发育微裂缝（图 3）。川东北地区须五段底界断裂密集，wbq15井处于两条断裂正中间，离断裂相对较远，发育微裂缝，而离断裂更近的区域，微裂缝更为发育，从川东北地区须五段底界地震相干预测图可以佐证，川东北地区须五段裂缝整体发育，呈片状准连续分布，越靠近断裂，裂缝越发育（图 4）。综上初析，川东北地区须五段储集空间由孔隙和裂缝共同组成，孔隙多孤立存在，发育的裂缝除了作为储集空间，还起到沟通孔隙的作用，使得一些孤立的无效孔隙与裂缝连通，成为有效孔隙，形成裂缝性致密砂岩储集体，简称“缝砂体”，为油气运聚提供了储集场所，因此，“缝砂体”是研究区内须家河组优质储层形成的关键。通过对wbq15井、wbq20井等须五段测井解释，须五段储层发育，主要产层段测井解释孔隙度主要集中在3.5%~7%之间，储层厚度主要分布在8~15m，横向连续分布，储层发育区主要分布在五宝场—七里北和罗家寨—黄龙场两个沉积砂带内，面积约为560km²（图 5），同时须五段裂缝整体较发育，储层发育区即是“缝砂体”发育区，因此川东北地区须五段具备形成规模性“缝砂体”的地质条件，具有良好的储集条件。

图 3

图 3 川东北地区wbq15井须五段储集空间 Fig. 3 Characteristics of reservoir space in the fifth member of Xujiahe Formation in Well wbq15 in northeastern Sichuan Basin (a)粒内溶孔，铸体薄片；(b)粒间溶孔、微裂缝，铸体薄片；(c)微裂缝，扫描电镜

图 4

图 4 川东北地区须五段底界地震相干预测图 Fig. 4 Seismic coherence prediction of the base fifth member of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin

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图 5 川东北地区须五段底界断裂与储层发育区分布图 Fig. 5 Fault and reservoir distribution in the fifth member of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin

川东北地区靠近盆地边缘，须家河组经历了印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动多期构造叠加和改造，使地层挤压剧烈，断层发育。研究区内主要受到两个方向的构造应力作用^[30-31]：一是来自东南方向，使研究区内的构造及断裂呈北东—南西向，形成渡口河、黄龙场等潜伏构造，具有川东隔档式褶皱构造带的身影；二是来自东北方向，大巴山弧形构造向西南挤压，在研究区内形成北西—南东向构造与断层，如杨家坪等潜伏构造。因此，研究区内构造上具有北西—南东向大巴山弧形褶皱与北东—南西向川东隔档式褶皱的双重身影。研究区由西向东区依次发育铁山坡、五宝场—黄龙场和罗家寨3排北东—南西向背斜构造，其中五宝场—黄龙场构造轴线被北西—南东向的断层切割形成多个构造高点，由北向南依次为五宝场、渡口河和黄龙场高点，这也表明北东—南西向构造形成时间早于北西—南东向构造。五宝场—黄龙场和罗家寨两排背斜构造向南逐渐靠拢，于黄龙场地区交织，其间的向斜较窄，最大宽度为6km，背斜与向斜最大宽度比为1∶1，而铁山坡与五宝场—黄龙场两排背斜构造几乎平行，其间的向斜较宽缓，宽度为30km，背斜与向斜宽度比为1∶5，向斜内发育七里北和杨家坪等北西—南东向断背斜构造。研究区内断层十分发育，断层走向以北西—南东向为主。根据断裂分级评价，研究区内须家河组断裂可划分为3级：一级断裂为向下断至上二叠统吴家坪组的断裂（两条），二级断裂为向下断至雷口组—嘉陵江组的断裂，三级断裂为须家河组内部断裂。断裂起双重作用，一是为形成“缝砂体”提供了有利构造条件；二是作为烃源的运移通道，特别是一级断裂对沟通吴家坪组的烃源起到至关重要的作用。关于保存条件，根据川东地区须家河组水侵井平面分布规律，水侵主要分布于距离露头区5km以内；从气显示、水侵与埋深关系可知，随着埋藏深度的增加，油气显示逐渐增加，埋深在1000m以深，油气显示显著增加，而水侵则明显减少。因此，远离露头区（大于5km）、埋深大于1000m的川东向斜区有利于天然气聚集成藏，具有较好的保存条件，而五宝场地区仅铁山坡和罗家寨背斜核部出露须家河组，且发育通天断裂，罗家寨和铁山坡分别分布于五宝场地区的东、西两侧，五宝场以西距离铁山坡露头5km与以东距离罗家寨露头5km之间的区域，须家河组埋深大于2000m，保存条件较好。

由于靠近大巴山物源区，川东北地区须家河组砂体十分发育，须四段及以下地层和须六段以砂岩沉积为主，间夹薄层泥岩，须五段主要为泥岩夹砂岩沉积。依据源储配置关系，须五段成藏组合最好，既发育烃源岩，又发育储层，具有“源储共生”的特点，储集砂体夹于烃源岩中，储集砂岩与烃源岩大面积直接接触，上、下烃源岩生成的油气通过蒸发、渗透、扩散等方式直接向储层充注，成藏匹配关系好，有利于油气运聚成藏；同时，在wbq20井附近发育由须家河组断至上二叠统吴家坪组的断层（图 5、图 6），上二叠统吴家坪组优质烃源岩生成的油气通过此断裂运移到须家河组储层中，又具有远源成藏特征，这种“双源供烃”特征保证了须家河组具有优越的成藏条件。

图 6

图 6 川东北地区须家河组地震剖面图 Fig. 6 Seismic profile of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin

五宝场地区须五段气藏为“准连续性”气藏。老井复查表明，川东北地区须家河组油气显示频繁，几乎每口井均有气显示，具有大面积含气特点。研究区内须五段储集砂体被北西—南东向断层切割形成多个断块，由wbq15井和wbq20井须五段产层中部地层压力分析可知，wbq15井产层中部压力为28.58MPa、压力系数为1.12，wbq20井产层中部压力为54.38MPa、压力系数为1.56，两口井为非同一压力系统，表明各断块之间气藏不连通，为独立气藏。根据五宝场地区须五段气藏剖面分析（图 7），每个断块天然气的分布不受构造圈闭的控制，各含气断块衔接在一起，平面上大面积连续分布，形成“准连续性”气藏^[32]，区别于马路背地区须家河组“断缝体”气藏^[27]。

图 7

图 7 川东北地区须五段成藏剖面图（剖面位置见图 5） Fig. 7 Cross-well gas reservoir section in the fifth member of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin(section location is in Fig. 5)

五宝场须五段气藏中部温度分布在81.1~88.9℃，压力系数为1.12~1.56，为常温—高压气藏。气藏天然气甲烷含量高，气质好，为干气，不产地层水。

川东北地区须家河组气藏烃源主要来自上三叠统须家河组和上二叠统吴家坪组，具有“双源供烃”特点，须家河组生烃强度最高达30×10⁸m³/km²，吴家坪组生烃强度最大为40×10⁸m³/km²，烃源基础雄厚。川东北地区处于大巴山前缘，须五段主要为三角洲前缘沉积，须五段产层段砂体分布稳定，该储集砂体上下泥页岩也大面积稳定发育，具有典型的“泥包砂”特征，有利储集砂体与烃源岩大面积直接接触，源储配置俱佳。此外，川东北地区构造挤压作用强烈，断裂十分发育，主要发育两类气源断裂：一类为成排分布的须家河组内部逆断层（主要为二级、三级断裂），沟通自身烃源；另一类为二叠系深部断裂（一级断裂），沟通下伏上二叠统吴家坪组优质烃源岩，进一步补充了须家河组气源供给，形成“双源供烃”。综上所述，须家河组烃源岩与储集砂岩大面积直接接触，面排供烃，须家河组内部断裂沟通自身烃源岩，立体输导供烃；上二叠统吴家坪组烃源岩通过深部断裂局部供烃，此类“双源供烃”特点奠定了须家河组大面积“准连续性”气藏形成的基础。

川东北地区须五段砂体发育，储层致密，储层孔隙度主要分布在3%~7%，储集空间主要为粒内溶孔和粒间溶孔，孔隙本身连通性较差，如果没有裂缝的沟通，这些大量发育的微孔隙将成为无效孔隙，因此，孔隙与裂缝组成的“缝砂体”是须家河组优质储层储集空间主要存在形式，同时，孔隙的发育程度与微裂缝连通孔隙程度共同控制了“缝砂体”的优劣。从wbq15井和wbq20井须家河组天然气试采结果来看，wbq15井试采近3年，累计生产天然气超过4000×10⁴m³，wbq20井试采近1年，累计生产天然气约150×10⁴m³，显然，wbq15井开发效果优于wbq20井。根据wbq15井和wbq20井储集特征分析，wbq15井须五段储层孔隙度平均达6%，而wbq20井须五段储层孔隙度平均为3.6%，钻井资料分析，wbq15井和wbq20井须五段微裂缝均较发育，显然，wbq15井须五段“缝砂体”较wbq20井更发育。因此，优质“缝砂体”控制了须家河组连续性气藏富集区。

研究区处于大巴山前缘及川东构造带，断层十分发育，断层走向主要为北西—南东向，断层不仅具有沟通烃源、改善储层的作用，而且分割五宝场须家河组气藏，形成多个断块含气区。各断块含气区不属同一压力系统，受岩性与断裂的控制而具有独立流体体系，各断块含气区彼此相接，连续分布，最终形成“准连续性”气藏。

川东北地区须家河组气藏烃源丰富，具有“双源供烃”的特点，上二叠统吴家坪组优质烃源岩生成的天然气沿深大断裂向上输导，与须家河组自身烃源岩生成的天然气一起在“缝砂体”富集成藏。从成藏过程分析，须家河组气藏可能主要表现为两期成藏：（1）在晚侏罗世末，构造及裂缝开始形成，此时为须家河组生烃高峰期，须家河组烃源岩生产的天然气直接注入须家河组砂岩储层中，形成大面积分布的构造—岩性气藏，此为须家河组早期成藏。（2）喜马拉雅期，五宝场须家河组储层已经致密，同时断裂与裂缝大量产生^[33-35]，形成“缝砂体”。断裂具有沟通烃源和调整气藏的双重作用，首先，断至（断穿）吴家坪组的大断裂沟通吴家坪组烃源岩，使得须家河组天然气更加富集；其次，断裂分隔致密气藏形成断块气藏，各断块气藏不连通，此为须家河组晚期气藏。川东北五宝场地区须家河组成藏主控因素分析认为，气藏主要受储层与断裂共同控制，晚期成藏是对早期成藏的叠加改造，最终形成大面积分布的“准连续性”气藏。由此，川东北地区须家河组气藏具有“双源供烃、两期成藏、准连续性分布”的特点（图 8），成藏条件优越，具有较大的勘探潜力。

图 8

图 8 川东北地区须家河组成藏模式图 Fig. 8 Gas accumulation pattern in Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin

致密气成藏的关键是“源”与“储”及其匹配关系。从成藏特征分析，五宝场须家河组气藏具有“双源供烃”特点，生烃强度较大，资源基础雄厚，同时“缝砂体”发育，须五段“源”与“储”同为一体，具有源储共生的特征，上二叠统吴家坪组烃源岩生成的油气经断裂运移至须家河组储层中，又具有远源成藏特点，源储匹配关系好，因此，五宝场地区须家河组具备良好致密气成藏条件。然而，川东北五宝场地区须家河组致密气藏具有独特性，不同于川中地区须家河组致密气藏。川中地区处于平缓构造带，构造作用力弱，断裂欠发育，须家河组为自生自储气藏，储集空间主要表现为孔隙^[36-40]；而五宝场须家河组气藏位于大巴山前缘，构造挤压强烈、断裂发育，储层更致密，优质储层主要以“缝砂体”形式存在，“缝砂体”是五宝场地区须家河组天然气勘探的主要对象。

根据气藏类型分析，五宝场须五段气藏为大面积分布的“准连续性”气藏，主要分布在五宝场—七里北和罗家寨—黄龙场两个砂带内，呈北东—南西向展布，预测含气面积约560km²，估算资源量为600×10⁸m³，具有一定的气藏规模。从成藏模式看，五宝场须家河组气藏具有“双源供烃、两期成藏、准连续性分布”的特点，成藏潜力较大。因此，川东北地区须家河组气藏具有一定的规模，勘探潜力较大。

综上分析，川东北地区须家河组成藏具有“双源供烃”“缝砂体”储层及“准连续性”气藏类型的特点。“缝砂体”储层主要形成于断裂发育区储集砂体内，主要分布在五宝场—七里北和罗家寨—黄龙场地区，是川东北地区须家河组天然气勘探的主要对象，这为进一步拓展川东隔档式褶皱构造带向斜区天然气勘探指明了方向，同时对类似构造复杂区陆相致密气勘探具有一定借鉴意义。

（1）川东北地区构造挤压强度大，断裂非常发育，深部断裂沟通了上二叠统吴家坪组烃源岩，弥补了须家河组自身烃源的不足，同时大量断裂伴生缝连通须家河组致密砂岩，形成大面积分布的“缝砂体”储层，为天然气聚集提供了空间保障。

（2）川东北地区须五段主要为泥岩夹砂岩沉积，自身源储配置关系较好，加上上二叠统吴家坪组优质烃源补给，“双重烃源”特征决定了须五段是须家河组最佳勘探目的层。同时，须五段气藏为大面积分布的“准连续性”气藏，估算资源量为600×10⁸m³，具有一定的气藏规模，打破了川东北地区须家河组不具备勘探价值的传统认识。