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  中国石油勘探  2024, Vol. 29 Issue (6): 67-81  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.006
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引用本文 

杨雨然, 石学文, 李彦佑, 何一凡, 朱逸青, 张入化, 徐亮, 杨雪, 杨一茗, 张亦弛. 四川盆地德阳—安岳裂陷槽筇竹寺组古地貌、沉积模式与勘探方向[J]. 中国石油勘探, 2024, 29(6): 67-81. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.006.
Yang Yuran, Shi Xuewen, Li Yanyou, He Yifan, Zhu Yiqing, Zhang Ruhua, Xu Liang, Yang Xue, Yang Yiming, Zhang Yichi. Paleogeomorphology, sedimentary pattern and exploration orientation of Qiongzhusi Formation in Deyang–Anyue Rift Trough, Sichuan Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2024, 29(6): 67-81. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.006.

基金项目

中国石油天然气股份有限公司科技项目“新区新层系有利区优选与勘探评价关键技术研究”(2023ZZ21YJ04)

第一作者简介

杨雨然(1988-),女,四川南充人,硕士,2013年毕业于中国石油大学(北京),高级工程师,现主要从事油气勘探开发研究工作。地址:四川省成都市府青路一段3号,邮政编码:610051。E-mail: yangyuran@petrochina.com.cn

文章历史

收稿日期:2024-05-27
修改日期:2024-10-29
四川盆地德阳—安岳裂陷槽筇竹寺组古地貌、沉积模式与勘探方向
杨雨然1,2, 石学文1,2, 李彦佑1,2, 何一凡1,2, 朱逸青1,2, 张入化1,2, 徐亮1,2, 杨雪1,2, 杨一茗1,2, 张亦弛1,2     
1. 中国石油西南油气田公司页岩气研究院;
2. 页岩气评价与开采四川省重点实验室
摘要: 德阳—安岳裂陷槽内筇竹寺组页岩气勘探潜力巨大,筇竹寺组沉积关键时期裂陷槽形态及对页岩气的影响尚无系统认识。通过层序地层搭建筇竹寺组沉积格架,结合页岩储层厚度、页岩储层品质等分析沉积地貌对页岩气地质意义, 结果表明:(1)基于地震追踪关键层序界面,结合沉积相、页岩厚度等将已取得勘探突破的筇一段二亚段古地貌划分为槽内、斜坡、槽外3个单元;(2)古地貌与物源控制了筇一段二亚段页岩地质特征,包括页岩厚度与页岩储集特征;(3)古地貌、微相与储层厚度具有良好耦合关系,槽内单元发育富长石的硅质泥岩陆棚微相,页岩储层厚度大于20m;斜坡单元发育(含)粉砂质泥岩陆棚微相,页岩储层厚度为5~20m;槽外单元发育泥质粉砂岩陆棚微相,页岩储层厚度小于5m。综合认为,筇一段二亚段古地貌对页岩有明显控制作用,槽内和斜坡单元页岩厚度大、埋深5000m以浅的区域,是筇竹寺组页岩气勘探开发的主要目标,已有井实施效果好,勘探开发潜力巨大;槽外单元以近源粉砂质页岩为主要勘探目标。
关键词: 四川盆地    德阳—安岳裂陷槽    筇竹寺组    页岩气    古地貌    沉积模式    
Paleogeomorphology, sedimentary pattern and exploration orientation of Qiongzhusi Formation in Deyang–Anyue Rift Trough, Sichuan Basin
Yang Yuran1,2 , Shi Xuewen1,2 , Li Yanyou1,2 , He Yifan1,2 , Zhu Yiqing1,2 , Zhang Ruhua1,2 , Xu Liang1,2 , Yang Xue1,2 , Yang Yiming1,2 , Zhang Yichi1,2     
1. Research Institute of Shale Gas, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company;
2. Sichuan Province Key Laboratory of Shale Gas Evaluation and Exploitation
Abstract: The shale gas in Qiongzhusi Formation has huge exploration potential in Deyang-Anyue Rift Trough. However, there is a lack of systematic understanding on the rift trough pattern during the key deposition period of Qiongzhusi Formation and its influence on shale gas accumulation. After establishing a sequence stratigraphy framework of Qiongzhusi Formation, shale reservoir thickness and quality data are used to analyze the geological significance of sedimentary geomorphology on shale gas accumulation. The study results indicate that: (1) Based on the key horizons traced by seismic data, sedimentary facies, and shale thickness, the paleogeomorphology during the deposition period of the second sub-member of the first member of Qiongzhusi Formation (Qiong 12 sub-member) is divided into three units, i.e., inside rift trough, slope, and outside rift trough. (2) The paleogeomorphology and provenance jointly controlled the shale geological characteristics in Qiong 12 sub-member, including shale thickness and reservoir storage capacity. (3) There is a good coupling relationship between paleogeomorphology, microfacies, and reservoir thickness. The feldspar rich siliceous mudstone continental shelf microfacies was developed in the inside trough units, with a shale reservoir thickness of more than 20 m. The silty (silt-bearing) mudstone continental shelf microfacies was developed in slope units, with a shale reservoir thickness of 5–20 m. The argillaceous siltstone continental shelf microfacies was developed in the outside trough units, with a shale reservoir thickness of less than 5 m. The comprehensive study shows that paleogeomorphology significantly controlled the development of shale reservoir. The main targets for shale gas exploration include the inside trough units and slope units with a large thickness and burial depth of shallower than 5000 m, showing huge exploration potential, and good results have been achieved in drilled wells. In addition, the near-source rock silty shale is the main exploration target in the outside trough units.
Key words: Sichuan Basin    Deyang–Anyue Rift Trough    Qiongzhusi Formation    shale gas    paleogeomorphology    sedimentary pattern    
0 引言

四川盆地德阳—安岳裂陷槽内寒武系筇竹寺组巨厚暗色页岩是震旦系—寒武系特大型天然气藏的主要烃源岩[1-2],持续受到广泛关注,其页岩气的勘探历程主要有以下两个阶段:(1)2009—2013年为筇竹寺组早期勘探阶段,受页岩气工程技术限制,仅在埋深适中(2500~3000m)、构造平缓的威远背斜和长宁背斜开展勘探评价工作,W201、W201H3等井测试获气,但生产情况不佳。(2)2020年随着筇竹寺组过路井资料的丰富、龙马溪组中深层—深层页岩气富集理论成熟和页岩气勘探开发主体技术进步[3-5],页岩气勘探再上筇竹寺组。通过大量钻井及地震资料刻画筇竹寺组裂陷槽展布,在裂陷槽内埋深相对较大的地区部署Z201井和WY1H井,2023年Z201井埋深4600m,测试产量为73.88×104m3/d,WY1H井埋深4300m,瞬时气产量为14×104m3/d,两口井相继获得重大突破,证实了筇竹寺组页岩气巨大勘探潜力[6-9]

很多学者对德阳—安岳裂陷槽成因、控烃、控储和成藏等方面开展研究工作,认为裂陷槽形成始于晚震旦世构造沉积分异,控制了常规气大气田的形成和分布[10-13]。前期研究聚焦常规气藏,将筇竹寺组作为一套重要的烃源岩,而其沉积充填过程和演化模式、地貌与页岩储层关系等尚无系统认识,制约了页岩气的规模勘探。本次利用地震资料和钻井资料恢复筇竹寺组关键沉积期地貌,精细刻画勘探突破层系筇一段二亚段的地貌特征,结合测井解释和新井分析实验等梳理地貌单元与页岩耦合关系,对比分析不同地貌单元页岩厚度、页岩品质、测井特征,指导下步筇竹寺组页岩气整体勘探部署。

1 区域地质背景

研究区位于德阳—安岳裂陷槽中段,包括资阳、安岳、威远、内江等地区,构造上属于川中平缓构造带,整体构造较为简单,发育威远背斜构造,寒武系筇竹寺组埋深介于3000~5500m,埋深由背斜核部向北、东、南3个方向逐渐增加(图 1a)。目的层系筇竹寺组可划分为筇一段、筇二段,筇一段又可细分为筇一段一亚段和筇一段二亚段。筇竹寺组纵向发育4套粉砂质页岩和4套页岩,筇一段一亚段发育2套页岩和2套粉砂岩,筇一段二亚段发育1套页岩和1套粉砂质页岩,筇二段发育1套页岩和1套粉砂质页岩。其上覆地层为沧浪铺组,下伏地层为麦地坪组、灯影组(图 1b)。

图 1 研究区筇竹寺组埋深图(a)与地层柱状简图(b) Fig. 1 Burial depth map of Qiongzhusi Formation (a) simplified stratigraphic column in the study area (b)

新元古代罗迪尼亚大陆裂解,开启了原特提斯洋演化阶段,四川盆地晚震旦世—早寒武世处于伸展构造背景[14-15]。受桐湾运动Ⅰ幕和Ⅱ幕影响,震旦系灯影组受到不同程度的抬升和剥蚀,最终在长宁—德阳—安岳—绵阳一带形成负向裂陷槽地貌,整体呈南北向展布,具有北深南浅、东陡西缓的特征。早寒武世气候逐渐转暖,冰期结束后全球海平面波动上升,上扬子地区海水从东南、东北、西北方向快速侵入,在裂陷槽基础上沉积了麦地坪组、筇竹寺组,最大海侵期筇竹寺组几乎覆盖整个上扬子地区。

寒武纪四川盆地及周缘存在多处物源,其中西部康滇古陆对研究区影响最大,其岩性为东川群、会理群深水相灰黑色泥岩(板岩)和深水浊流成因的灰色变凝砾岩、基性岩,贡献了筇竹寺组页岩矿物的陆源长石和石英。筇竹寺组受陆源供给和沉积地貌影响,由裂陷槽向西地层厚度减薄、砂质含量增加,呈现滨岸—浅水陆棚—深水陆棚—斜坡—盆地的沉积格局[16-20]。裂陷槽内水体较深,以深水陆棚沉积为主,暗色泥页岩累计厚度为150~300m,槽外东西两侧水体较浅,以浅水陆棚沉积为主,暗色泥页岩累计厚度为50~150m,其余岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含粉砂页岩(图 2)。盆地外黔北、鄂西等大部分地区发育深水陆棚沉积,岩性为黑色硅质、泥质沉积序列,远离陆源区,厚度相对较薄[21]

图 2 四川盆地筇竹寺组沉积相叠合暗色泥页岩厚度图 Fig. 2 Superposition of sedimentary facies and dark mudstone thickness map of Qiongzhusi Formation in Sichuan Basin
2 筇竹寺组沉积期古地貌

古地貌恢复方法技术已较为成熟,常用沉积学分析方法、残厚法、印模法和层拉平方法等,本次主要采用印模法恢复筇竹寺组沉积期古地貌。选取拉平界面的等时性和区域的追踪性是影响古地貌恢复的核心。研究区探井分布不均且大多未钻穿筇竹寺组和灯影组,难以用下伏地层残厚恢复古地貌。而上覆沧浪铺组研究区均有发育,沉积不受裂陷槽控制,表现为克拉通内坳陷沉积特征,其底界是重要的等时界面,可大范围稳定追踪,本次选取沧浪铺组底界拉平,利用印模法,采用沧浪铺组底界与目的层底界厚度差反映其沉积地貌。

2.1 层序界面识别与划分

基于钻井、地震资料,综合考虑海平面、岩性和电性变化,将寒武系筇竹寺组划分为1个三级层序和3个四级层序,建立了资阳—威远地区寒武系筇竹寺组层序地层格架。

三级层序受盆地或地区性相对海平面控制,板块范围具有可对比性,一般为区域不整合面和岩性变化界面。邻区云南永善肖滩剖面与盆地裂陷槽内筇竹寺组岩性基本可对比,肖滩剖面筇竹寺组底部碳同位素呈最大负漂移,指示达到最大海泛面,向上碳同位素逐渐升高,海平面逐渐降低[22],表明筇竹寺组经历了快速海侵到缓慢海退的完整三级层序(图 3)。

图 3 Z201井筇竹寺组地层层序划分综合柱状图 Fig. 3 Comprehensive column of stratigraphic sequence division of Qiongzhusi Formation in Well Z201

三级层序底界为筇竹寺组与麦地坪组不整合界面,麦地坪组沉积后受桐湾运动Ⅲ幕影响抬升剥蚀,部分钻井麦地坪组见沉积间断、暴露溶蚀现象,研究区W201井—WY1H井麦地坪组几乎被剥蚀殆尽[23-25]。此外,该界面也是一套岩性转化面,麦地坪组为一套富磷地层,以白云岩和石灰岩为主,测井呈自然伽马高频变化、高密度的特征。三级层序顶界为筇竹寺组与沧浪铺组界面,二者为连续沉积,海平面变化造成了岩性差异,筇竹寺组为一套陆棚相的泥页岩、粉砂岩;沧浪铺组沉积期海平面持续降低,岩性为混积台地—潮坪沉积的粉砂岩和碳酸盐岩,测井呈低自然伽马及中、高电阻率特征。

三级层序进一步细分为3个四级层序,分别为SQ1、SQ2、SQ3,依次对应筇一段一亚段、筇一段二亚段、筇二段。3个四级层序自然伽马自下而上均呈逐渐降低的特征,反映早期快速海侵和晚期缓慢海退。四级层序内岩性和沉积特征随海平面规律性升降变化,岩性由海侵期的黑色页岩渐变为海退期的灰色粉砂质页岩、粉砂岩,粒度逐渐变粗;沉积层理由均质型块状层理、水平层理等沉积构造逐渐变为脉状层理、波状层理、韵律层理等受水动力扰动较强的沉积构造。四级层序顶界面岩性变化明显,表现为下伏粉砂质泥岩或泥质粉砂岩与上覆黑色页岩段呈突变接触,不同程度地发育微型风暴流、浊流侵蚀冲刷痕迹和原生砂岩透镜体,表明四级层序末期海平面快速变化(图 4)。

图 4 筇竹寺组岩心及薄片照片 Fig. 4 Photos of core and thin sections in Qiongzhusi Formation (a) Z201井,4498m,筇一段二亚段上部,黑色页岩,长英质黏土质纹层;(b) Z201井,4498m,筇一段二亚段上部,黑色页岩,水平层理,薄片照片;(c) Z201井,4588m,筇一段二亚段上部,黑色页岩,亮色纹层成分主要为长英质矿物,呈平行板状,暗色纹层主要成分为黏土矿物,薄片照片;(d) Z201井,4604m,筇一段二亚段下部,黑色页岩夹黄铁矿条带;(e) Z201井,4604m,筇一段二亚段下部,富有机质黑色页岩,均质型块状层理,深水还原环境的悬浮沉降沉积产物,薄片照片;(f) Z201井,4604m,筇一段二亚段下部,富有机质黑色页岩,均质块状层理,薄片照片;(g) Z201井,4618m,筇一段二亚段底界面,页岩与粉砂岩岩性突变面,冲刷侵蚀面,页岩中发育大量粉砂质透镜体;(h) Z201井,4612m,黑色页岩,粉砂岩透镜体,筇一段二亚段底部;(i) Z201井,4612m,筇一段二亚段底部,原生沉积粉砂岩透镜体,围岩页岩层理绕开透镜体,薄片照片
2.2 层序界面追踪对比

筇竹寺组三级层序和四级层序界面岩性、电性均有变化,在地震剖面中表现为中—强振幅、连续反射的特征。本次综合2000km2三维和4670km的二维地震资料、20余口钻井资料,开展关键井层序界面划分、合成地震记录标定和精细层序对比工作,追踪了沧浪铺组底、筇二段底、筇一段二亚段底、筇一段一亚段底及麦地坪组底界面,为恢复筇竹寺组沉积期古地貌奠定基础。

东西向地震剖面显示(图 5),震旦系灯影组沉积后裂陷槽具有明显东陡西缓特征。麦地坪组和筇一段一亚段、筇一段二亚段分布局限,在裂陷槽东侧陡坡形成多个明显上超点,说明随裂陷槽不断被填平补齐,海侵范围持续扩大。至筇二段沉积期,海侵范围越过裂陷槽东侧陡坡,在盆地内呈广覆式分布。裂陷槽西侧筇一段一亚段、筇一段二亚段和筇二段地层厚度逐渐减薄,向西沉积覆盖至眉山—乐山一带。

图 5 筇竹寺组地层层序划分对比图(剖面位置见图 1 Fig. 5 Division and correlation of stratigraphic sequence of Qiongzhusi Formation (section location is in Fig. 1)
2.3 不同沉积期裂陷槽古地貌特征

基于层序地层对比和地震精细标定,恢复了麦地坪组、筇一段一亚段、筇一段二亚段和筇二段等地层沉积期古地貌(图 6)。

图 6 筇竹寺组不同沉积期古地貌刻画及东西向剖面图 Fig. 6 Paleogeomorphologic characterization of Qiongzhusi Formation during various deposition periods

裂陷槽控制了筇竹寺组整体沉积格局,不同时期裂陷槽地貌高差、平面形态、沉积中心等存在继承性演化。根据沉积期地貌形态,大致可以将裂陷槽沉积充填划分为3个阶段。

快速充填期:麦地坪组、筇一段一亚段沉积期地貌高差大,导致地层厚度和沉积差异大。槽内沉积中心位于ST1井—Z201井,槽外位于JY1井—Z2井一带。麦地坪组槽内发育斜坡—盆地相的碳质泥岩、泥质纹层瘤状白云岩、硅质泥岩沉积,地层厚100~200m;槽外东侧未沉积,槽外西侧发育碳酸盐台地相石灰岩、白云岩,地层厚仅为10~30m。筇一段一亚段槽内地层厚度为200~400m;槽外东侧未沉积,槽外西侧地层厚度为50~100m。

缓慢充填期:筇一段二亚段沉积期仍受裂陷槽影响,分布局限,陆源物质不断注入填充,槽内、外地貌高差逐渐减小,槽内地层厚度为100~140m,沉积以浅水陆棚相页岩为主;槽外东侧未沉积,槽外西侧地层厚度为80~100m,沉积以浅水陆棚相粉砂岩为主。

裂陷槽消亡期:筇二段沉积期,地貌高差进一步被填平,沉积中心向西迁移,由ST1井—Z201井一带迁移至PS3井—GS17井一带,裂陷槽展布由北北东向逐渐演变为正南北走向。槽内外厚度差异较小,裂陷槽内厚度为120~160m,槽外厚度为80~120m,说明裂陷槽影响作用明显减弱,沉积一套暗色碳质泥岩、页岩及粉砂岩,相比筇一段粉砂含量增多,泥页岩有机碳含量降低。

2.4 筇一段二亚段沉积期古地貌

筇竹寺组纵向发育4套页岩,根据页岩TOC、孔隙度、含气量等指标评价优选,Z201井筇一段二亚段的页岩段最优,TOC为2.3%~5.8%,平均为2.6%,孔隙度为2.8%~6.4%,平均为4.6%,含气量为5.6~11.2m3/t,平均为7.9m3/t(图 3),该套页岩段也为Z201井和WY1井靶体段,本次选择筇一段二亚段沉积期古地貌开展地貌单元划分。

根据地貌陡缓、高低将筇一段二亚段沉积期古地貌划分为槽外、斜坡、槽内3个单元(图 7)。槽内属于沉积中心,主要位于PS4井—ZY1井—Z201井—RC1井一带,呈正南正北走向,地势较为平坦,槽内地形坡降较小,为1.2~2m/km;槽外地貌最高,分布于JY1井—Z2井—ZT1井一带;斜坡属于槽内和槽外过渡区,东西两侧差异较大,其中东侧斜坡宽度窄,宽度为3~9km,地形坡降大,为30~80m/km;西侧斜坡南北不同,西侧斜坡北段宽度窄,宽度为3~12km,坡降大,为10~20m/km,西侧斜坡南段较宽缓,宽度为20~45km,坡降小,为1.3~3m/km。受不均匀的拉张和沉降作用,同一地貌单元内部可能存在次级地貌差异,槽内发育低隆区,西斜坡发育局部高地貌。

图 7 筇一段二亚段地震剖面地貌刻画图(剖面位置见图 6c Fig. 7 Seismic profile paleogeomorphologic characterization of Qiong 12 sub-member (section location is in Fig. 6c)
3 沉积相类型及页岩沉积模式 3.1 沉积相划分

研究区筇一段二亚段主要发育深水陆棚、浅水陆棚亚相,根据沉积地貌坡度、岩性组合、粒径大小、沉积构造等进一步划分为硅质泥岩陆棚、(含)粉砂质泥岩陆棚和泥质粉砂岩陆棚3种微相类型(表 1)。

表 1 筇一段二亚段不同地貌单元岩相、电性和储层特征表 Table 1 Lithofacies, electrical properties and reservoir characteristics of Qiong 12 sub-member in various geomorphologic units

硅质泥岩陆棚微相:位于槽内地貌单元,古地貌低、沉积水体深,处于风暴浪基面之下,水体安静。岩性为硅质页岩,见均质型块状层理、砂泥递变型水平层理、黄铁矿细纹层等,反映水动力条件较弱。页岩段纵向集中,发育在筇一段二亚段下部,页地比为0.3~0.8,厚度为30~60m,连续性好,夹层少,反映沉积环境较为稳定。U/Th介于1.25~4.9,属于强还原环境,TOC为2.7%~3.1%。矿物颗粒粒径为3.2~16μm,矿物以长英质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物为主,其中长英质矿物含量为65%~78%,平均为72%,碳酸盐矿物含量为2%~10%,平均为7%,黏土矿物含量为17%~29%,平均为22%。测井曲线呈钟型,高自然伽马页岩段表现出“三高一低”特征,即高自然伽马、高声波时差、高中子孔隙度、低密度,底部呈突变接触,向上至粉砂岩段呈渐变接触。

(含)粉砂质泥岩陆棚微相:位于斜坡地貌单元,地貌坡度较大,基本不受浪基面扰动,水动力条件相对硅质泥岩陆棚微相强。岩性为黑色页岩、粉砂质页岩、粉砂岩,发育砂泥互层型水平层理、砂泥递变型水平层理、少见滑塌构造。页岩段发育在筇一段二亚段中下部,页地比为0.2~0.3,厚度为20~30m,夹层较多,反映斜坡地貌沉积时受水动力影响较大。U/Th介于1.25~2.4,属于强还原环境,TOC为2.0%~2.6%。矿物颗粒粒径为3.1~20μm,长英质矿物含量为50%~68%,平均为62%,碳酸盐矿物含量为3%~8%,平均为5%,黏土矿物含量为22%~38%,平均为29%。测井曲线均呈齿状箱型,底部和顶部均为渐变接触。

泥质粉砂岩陆棚微相:位于槽外单元,地貌较高、水体深度浅,整体受浪基面影响,水动力条件较强。岩性为灰色页岩、粉砂质页岩和粉砂岩,发育明显的波状层理和小型交错层理。页岩段在筇一段二亚段中部、底部都有发育,页地比小于0.2,厚度小于20m,纵向连续性差。U/Th < 1.25,属于弱氧化环境,TOC为0.2%~1.5%。矿物颗粒半径为12~30μm,长英质矿物含量为55%~70%,平均为61%,碳酸盐矿物含量为5%~40%,平均为38%,黏土矿物含量为12%~40%,平均为36%。测井曲线呈微齿低平型,变化幅度较小,表现出“一高三低”特征,即低自然伽马、低声波时差、低中子孔隙度和高密度。

3.2 页岩沉积模式

研究认为海平面变化控制纵向TOC聚集和保存,沉积地貌和陆源双重因素控制了筇竹寺组页岩沉积(图 8)。筇一段二亚段沉积期,海平面经历了快速上升和缓慢下降的变化过程。海侵期沉积水体变深出现含氧量分层现象,底部水体环境处于缺氧状态,同时海平面覆盖范围扩大,西部陆源区供给减少,沉积速率相对较慢,有利于页岩TOC聚集和保存,与纵向TOC下高上低的趋势相符。海侵期槽内单元地形相对较低、水体相对较深、水动力相对较弱,沉积速率相对较慢,沉积了一套高TOC的页岩;而槽外单元刚好相反,其地形相对较高、水体相对较浅、水动力相对强,离陆源区较近,陆源供给增加导致沉积速率加快,加速有机质稀释,沉积了一套低TOC的粉砂质页岩。

图 8 筇竹寺组沉积模式图 Fig. 8 Sedimentary pattern during the deposition period of Qiongzhusi Formation

陆源由西向东注入,槽内单元始终位于沉积和沉降中心,地层厚度最大,同时接受了来自古陆的经过长时间搬运筛选的长英质碎屑颗粒至槽内单元沉降,其粒度最小、长英质含量最高、黏土含量最低,而槽外单元可容纳空间有限,故地层厚度较小,同时搬运距离近,其粒度最粗、长英质含量较高、粗颗粒携带黏土矿物含量最高;斜坡单元则介于两者之间。此外,斜坡和槽外单元矿物含量变化较快,斜坡单元局部坡折变化使黏土快速堆积导致含量偏高,槽外单元局部地区出现混积现象导致碳酸盐岩含量偏高。

3.3 页岩储层分布与品质

综合研究区内14口井分析实验及测井解释结果表明,页岩储层受地貌形态控制明显,筇一段二亚段不同地貌单元页岩储层厚度和品质存在明显差异。本次参考川南龙马溪组页岩储层标准[3](TOC > 1%、孔隙度大于2%、脆性矿物含量大于20%、含气量大于3m3/t),评价筇竹寺组页岩储层。筇一段二亚段页岩储层厚值区位于RC1井—Z201井—ZJ2井一带的槽内单元,厚度稳定分布在20~45m,呈南北向展布;页岩储层厚度由槽内向东西两侧减薄,斜坡单元页岩储层厚度为5~20m;槽外页岩储层厚度普遍低于5m,由槽内单元Z4井页岩储层厚度40m向西至槽外单元Z3井减薄到3m(图 9)。

图 9 筇一段二亚段页岩储层等厚图(a)及连井剖面图(b—c) Fig. 9 Thickness of shale reservoir in Qiong 12 sub-member (a) and well correlation sections (b-c)

古地貌不仅影响页岩储层厚度,同时控制页岩储层品质的变化。比较TOC、脆性矿物含量、孔隙度等指标 [24-29],槽内单元最优、其次为斜坡单元、槽外单元。槽内单元为沉积中心,储层TOC平均为2.9%,孔隙度平均为6.5%,有机孔面孔率占比35%~45%,无机孔面孔率占比55%~65%,脆性矿物含量平均为72.5%,含气量平均为8.5m3/t,典型井为Z201;斜坡单元储层TOC平均为2.4%,孔隙度平均为5.5%,有机孔面孔率占比25%~35%,无机孔面孔率占比65%~75%,脆性矿物含量平均为65.3%,含气量平均为6.5m3/t,典型井为WY1H井;槽外单元储层TOC平均为1.2%,孔隙度平均为4.2%,几乎全为无机孔,脆性矿物含量平均为60.5%,含气量平均为3.5m3/t,典型井为JS103(表 2)。

表 2 不同沉积地貌单元页岩储层特征表 Table 2 Characteristics of shale reservoirs in various sedimentary geomorphologic units

物源由西向东注入,依次经过槽外、斜坡、槽内,槽内单元搬运距离最远导致其沉积物粒度小,易吸附TOC,同时槽内沉积水体深度大,强还原环境更有利于TOC保存,槽内TOC最高。而黏土矿物在搬运过程中沉降,导致斜坡—槽内含量更低,脆性矿物含量更高。

对于物性条件,不同地貌单元内孔隙度与TOC均成正相关,说明有机质对页岩成孔成储起到重要作用(图 10表 1)。首先筇竹寺组有机质普遍存在大量的20~200nm的有机孔;其次,由于筇竹寺组含大量以长石为主的易溶矿物,高TOC会形成更多的有机酸溶蚀长石颗粒,使得长石和有机质混合的部位形成更多无机孔;最后在生烃阶段,富有机质页岩生成的烃大规模原地滞留,形成超压抵抗了压实作用并保护了孔隙网络,最终表现为TOC越高、孔隙度越高。

图 10 筇一段二亚段页岩储层TOC与孔隙度、脆性矿物含量相关关系图 Fig. 10 Correlation between TOC and porosity, brittle mineral content of shale reservoir in Qiong 12 sub-member

总体而言,槽内黏土含量更低、脆性更好,同时受TOC影响,有机质孔和无机孔联合形成了良好的初始储集空间并在高有机质条件下大量生烃保护了孔隙,因此槽内高TOC的页岩普遍表现为高孔隙度特征,储层厚度也更大。

4 有利区划分

槽内筇竹寺组纵向上发育4套页岩储层,累计页岩储层(TOC > 2%)厚度为126m,含气量为7.8~9.5m3/t,分布均受德阳—安岳裂陷槽控制,具有相似的展布规律,纵向几套储层相距30~90m,具备立体勘探潜力。本次针对筇一段二亚段,以沉积地貌和页岩厚度、埋深等为依据将研究区划分为3种类型的勘探区带。

4.1 槽内单元为一类区

该区页岩储层厚度大于20m,储层品质好,资源潜力大,埋深介于3800~5500m,面临储层厚值区与深层—超深层埋深高度叠合情况。埋深5000m以浅的页岩通过人工压裂能克服地应力差形成有效缝网,龙马溪组已有多口井获得高产[26, 30-31],而埋深5000m以深有利区面临工具和工程适应性等问题。埋深过大带来的高温影响旋转导向的问题难以保障水平段靶体钻遇率;高温高压条件下页岩塑性增大,岩石起裂及裂缝延伸难度增大,难以形成有效缝网。对此可从地质和压裂方面优化:通过地质地震手段精准刻画储层,识别天然网状缝发育、压力高、含气量高、脆性高的地质工程甜点区;通过压裂优化暂堵转向工艺,最大程度提高裂缝开启扩展,试验支撑剂,提高支撑效果,保证高地层高闭合应力状态下人造缝网的支撑能力。

4.2 斜坡单元为二类区

该区页岩储层较薄,厚度介于5~20m,埋深介于3500~5200m,埋深4500m以浅面积占比大,实现薄储层最大动用是当前面临的难题。此类有利区埋深适中,利好钻井和压裂工程,可借鉴川南渝西地区龙马溪组薄储层成功开发经验[27],靶体选择可更偏重地质参数,优中选甜明确铂金靶体段,通过铂金靶体的高效钻入,实现大面积动用地下储层连通体;利用超长水平段增加单井井控体积,以水平段长度弥补储层厚度不足。

4.3 槽外单元为三类区

该区页岩储层厚度为0~5m,埋深介于3400~ 4500m,JS103井在筇一段二亚段上部低TOC的粉砂质页岩测试获气25×104m3/d,改变了在富有机质黑色页岩中寻找页岩气的传统思维,标志新类型页岩气的突破。以非常规页岩储层标准衡量,该套粉砂质页岩TOC平均为0.38%,粒度大于62.5μm,达不到页岩气标准,其低孔隙度和低渗透率(孔隙度为3.95%、渗透率为0.0047mD)特征也达不到常规气标准。但该套粉砂质页岩具有靠近优质烃源岩的先天优势,且储集条件相对烃源岩较好,在生排烃过程中几乎第一时间被油气充注,该区后期构造调整作用小,持续处于超压状态,有效保护孔隙,构造高部位、斜坡均能富集成藏。因此,槽外单元纯页岩储层勘探潜力有限,但可将类似JS103井的新类型粉砂质页岩作为有利的勘探目标 [28-29]

5 结论与认识

(1)综合岩性、电性以及海平面变化,将寒武系筇竹寺组划分为1个三级层序和3个四级层序,建立了资阳—威远地区寒武系筇竹寺组层序地层格架,恢复筇竹寺组不同沉积期古地貌。裂陷槽控制了筇竹寺组整体沉积格局,筇一段一亚段沉积时基本继承了灯影组裂陷槽形态,呈北低南高、东陡西缓形态;筇一段二亚段沉积期陆源物质不断注入,地貌差异逐渐减小;筇二段沉积期地貌高差进一步被填平,裂陷槽影响明显减弱,盆地内呈广覆式分布,沉积中心逐渐向西迁移。

(2)重点产层筇一段二亚段沉积期古地貌可划分为槽内、斜坡、槽外3个单元,古地貌不仅影响页岩储层厚度,同时控制页岩储层品质的变化。槽内单元沉积古地貌低、沉积水体深、以硅质泥岩陆棚微相为主,页岩储层厚度大于20m、储层品质好;斜坡单元沉积古地貌坡度变化大、水动力条件相对较强、以(含)粉砂质泥岩陆棚微相为主,页岩储层厚度为5~20m,储层品质好;槽外单元沉积地貌高、水动力条件强,以泥质粉砂岩陆棚微相页岩为主,页岩储层厚度薄。

(3)结合沉积地貌、页岩厚度和埋深将研究区划分为3类有利区带。槽内单元为一类区,页岩储层厚度大、品质好,埋深为3800~5500m,可通过甜点区的精细识别和压裂工艺优化提高产量。斜坡单元为二类区,页岩储层厚度略薄于槽内,埋深为3500~5200m,4500m以浅面积占比大,可借鉴渝西地区龙马溪组薄储层成功开发经验,利用超长水平段以长度弥补储层厚度不足,增加单井井控体积。槽外单元为三类区,页岩储层薄,埋深为3400~4500m,页岩勘探潜力有限,但筇一段二亚段上部粉砂质页岩成藏条件好,具备近源和较好储集性能等优势,可作为槽外有利勘探目标。

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