岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (4): 1305-1316   PDF    
碳酸盐岩台地边缘沉积结构差异及其油气勘探意义——以川东北早三叠世飞仙关期台地边缘带为例
邢凤存1,2, 陆永潮3,4, 郭彤楼5, 李思田4,6, 侯明才1,2, 胡华蕊2, 吴嗣跃7     
1. 油气藏地质与开发工程国家重点实验室 (成都理工大学), 成都 610059;
2. 成都理工大学沉积地质研究院, 成都 610059;
3. 中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室, 武汉 430074;
4. 中国地质大学资源学院, 武汉 430074;
5. 中国石化勘探分公司, 成都 610041;
6. 中国地质大学, 北京 100083;
7. 中国石油西南油气田分公司川东北气矿, 达州 635000
摘要: 随着研究的深入,逐渐认识到碳酸盐岩台地边缘带(简称台缘带)具有沉积结构和演化的差异性,其不但记录了古地理格局及其演化过程,同时也对相关油气储层的发育具有重要的影响。以四川盆地东北部早三叠世飞仙关期同期近平行的三排台缘带为研究对象,通过钻井、野外露头及地震等资料综合分析,揭示研究区早三叠世飞仙关早期台缘鲕粒滩带明显继承了晚二叠世长兴期台缘礁滩带的分布,并具有整体向东迁移的特点。不同台缘带之间具有明显差异,可识别出迁移型和加积型两种台缘结构样式,迁移型台缘带主要分布在元坝-龙岗-梁平台缘带(简称1号台缘带)、简池-鸡王洞-沙陀台缘带(简称3号台缘带),其具有台缘斜坡坡度缓、迁移明显,造成台缘带鲕粒滩整体分布宽但厚度薄、横向间互云化的特点;加积型台缘带主要分布在铁厂河-普光-罗家寨台缘带(简称2号台缘带),沉积结构总体上表现为加积特征,但晚期具有向东迁移特点,台缘带窄、台前滑塌普遍,鲕粒滩分布集中且厚度大、云化彻底。不同台缘带内部沉积和储层分布具有差异性,1号台缘带内部具有斜坡带陡缓相间,缓坡区台缘带鲕粒滩迁移明显,鲕粒滩累积厚度薄且云化弱或不发育,相对的陡坡区迁移幅度略小,鲕粒滩累计厚度略厚,且具有向上云化程度逐渐增强的特点;由于面对相对开阔的海域,3号台缘斜坡带风暴影响明显,具有横向上的云化间互及垂向云化增强特征明显,资料有限,横向地貌变化尚待进一步揭示;2号台缘带具有横向上的鲕粒滩厚薄变化,但加积和整体云化特征稳定。台缘沉积结构差异性明显受早期长兴期古地貌、海平面变化及古风向和沉积期差异沉降等因素的联合影响。研究建立了相关台缘带沉积和白云岩分布模式。
关键词: 沉积结构差异     碳酸盐岩台地边缘     鲕粒滩储层     飞仙关组     川东北    
Sedimentary texture diversity of different carbonate platform margins and it its significance for petroleum exploration: A case study of carbonate platform margins in Feixianguan period of the Early Triassic, NE Sichuan basin, China
XING FengCun1,2, LU YongChao3,4, GUO TongLou5, LI SiTian4,6, HOU MingCai1,2, HU HuaRui2, WU SiYue7     
1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology (Chengdu University of Technology), Chengdu 610059, China;
2. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;
3. MOE Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, China University of Geosciences, Wuhan 43007;
4. Faculty of Earth Resource, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
5. Sinopec Exploration Company, Chengdu 610041, China;
6. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
7. PetroChina Southwest Oil & Gas field Company Northeast Sichuan Gas Division, Dazhou 635000, China
Abstract: As research continues, the diversity of sedimentary textures and evolution about carbonate platform margin belts (abbreviated as platform margin belt) have been gradually realized, which not only records the palaeogeographic characters and its evolution process, but also significantly influenced on its carbonate oil and gas reservoir. Three parallel distributed Early Triassic Feixianguan period carbonate pateform marginal belts, which located in NE Sichuan basin, were studied to reveal the distribution of carbonate platform margin belts. Through the comprehensive analysis of well drilling, outcrops and seisimic data, the study verified that the distribution of the platform marginal reef shoal zones in the Late Permian Changxing period was obviously inherited by the platform marginal oolitic shoals in the Early Triassic Feixianguan period, and the distribution of oolitic shoals migrated toward east during the Early Triassic Feixianguan period. Results showed that there are obvious differences of texture between these three platform margin belts. Migration and aggradation, the two kinds of platform margin texture, can be identified obviously in different platform margins. Migration platform margin belts include Yuanba-Longgang-Liangping platform margin belt (abbreviated as No.1 platform margin belt) and Jianchi-Jiwangdong-Shatuo platform margin belt (abbreviated as No.3 platform margin belt), with typical characteristic of gentle platform-margin slope and obvious migration, resulting in wide and thin oolitic shoal developing, and mutual dolomitization along the carbonate platform margin. Aggradation platform margin belt distributs in Tiechanghe-Puguang-Luojiazhai platform margin belt (referred to No.2 platform margin belt), which is characterized by aggradational sedimentary texture, and eastward migration at the later period. Aggradation platform margin belt general is always narrow with front slump, the oolitic shoal in aggradation platform margin belt is concentrated distribution with a great thickness and complete dolomitization. The distribution of sedimentation and reservoir is difference from each other in different platform margin oolitic shoals. The gradient of the No.1 platform margin is alternation between gentle and steep, and the characteristics of oolitic shoals in gentle platform margin area are thin cumulative thickness, weak dolomitizaiton or non-dolomitizaiton, and obvious migration. However, oolitic shoals in steep platform margin area has the features of short distance migration, massive cumulative thickness and dolomitizaiton gradually enhancing upward. As facing relative open sea, influenced by storm obviously, the No.3 platform margin is characterized by lateral dolomitization among layers and vertical dolomization enhancements. Due to the absence of supporting data, geomorphy features of the No.3 platform margin belt need further researched. The thickness of oolite shoals in the No.2 platform margin belt changes in transverse direction, but its aggradation texture and overall dolomitization is relatively stable. The diversity sedimentary texture in different platform margin belts at study area are influenced obviously by comprehensive factors, which includes palaeogeomorphology of Late Changing period, sea-level change, palaeowind direction and synsedimentary differential sagging during Feixianguan period. In this paper, sedimentary and dolomite distribution model of platform margin belts during the period of Lower Triassic Feixianguan Formation has been reconstructed.
Key words: Sedimentary texcture     Carbonate platform margin     Oolitic shoal reservoir     Lower Triassic Feixianguan Formation     NE Sichuan basin    
1 引言

碳酸盐岩台地边缘带沉积结构存在各自的差异性。目前,国际上针对现代 (Rankey et al., 2009; Rankey and Garza-Pérez, 2012)和古代 (Čadjenović et al., 2008; Frost Ⅲ and Kerans, 2009) 露头及地下碳酸盐台地沉积结构特征的研究不断深入,从早期的对称结构,逐渐认识和揭示了台缘结构的不对称性和差异性;从早期的几何形态学的静态研究,逐渐向时空的动态研究方向发展;高分辨的三维地震资料采集和处理技术以及高新的测井技术发展,推动了地下碳酸盐岩时空地质结构及演化研究,逐渐揭示了多种类型台缘的沉积结构特点 (Ruppel and Ward, 2013; Phelps et al., 2014; Playton and Kerans, 2015),并逐渐关注和探讨了台地的演化过程及其成因机理 (Lukasik and Simo, 2008; Morrow and Sandberg, 2008; Adabi et al., 2010; Williams et al., 2011),也探索性开展了3D露头数字化模拟 (Verwer et al., 2009) 以及计算机模拟 (Williams et al., 2011)等工作。现代碳酸盐台地研究提供了丰富的现代基础地质理论支撑,其中尤其以现代最大的孤立台地——巴哈马滩 (CBB) 的研究程度高、涉及的方面较广,研究逐渐揭示了该区台缘结构的不对称性特点,并揭示在台缘礁滩的形成初期,地形受台地边缘迎风或背风方向的严格控制 (Harris, 1983),背风边缘易于产生进积作用,同时古风向容易形成台缘的侧向进积 (Harris, 1983; Grammer et al., 2004)。

国内针对碳酸盐岩台地边缘沉积结构的研究相对较晚,且早期往往没有关注到台地边缘沉积结构的差异性乃至迁移性,而总体以对称的台缘结构进行研究。近年来,国内碳酸盐岩高能礁、滩带油气勘探突破不断,塔里木盆地塔中地区发现了奥陶系良里塔格组台缘生物礁滩带 (其后期岩溶改造明显) 气藏,四川盆地的川东北地区上二叠统长兴组台缘礁滩带及下三叠统飞仙关组台缘鲕粒滩带发现了特大型-中型气田群 (包括普光、罗家寨、铁山坡、渡口河、金珠坪、云安场、高峰场、元坝及龙岗等),四川盆地乐山-龙女寺古隆起寒武系龙王庙组台内滩发育区发现了特大型气田,四川盆地的二叠系栖霞组和茅口组、三叠系雷口坡组等层位的高能礁、滩相及岩溶叠合区也逐渐取得突破。这些突破证实了高能礁、滩相带是碳酸盐岩油气勘探的核心目标之一。随着基础地质研究的不断深入,逐渐揭示了位于四川盆地东北部 (文中简称川东北) 开江-梁平陆棚西侧台缘带的飞仙关组,鲕粒滩储层白云岩发育程度具有一定的差异性,前人研究认为其受沉积环境的控制 (马永生等, 2007;杨威等, 2007;郭旭升, 2010;郭彤楼, 2011;胡东风, 2011;王瑞华等, 2011;赵文智等, 2011;张学丰等, 2011),并初步认识到不同台缘带沉积结构具有差异性,其中普光所处台缘带具有垂向加积特征,云化强,而元坝所处台缘带则具有明显的侧向迁移或进积特征,云化弱 (牟传龙等, 2007;郭彤楼, 2011),并揭示了台缘带地貌坡度分布的差异性 (王一刚等, 2009)。

目前,国内外虽对台缘结构进行了一些宏观研究,但针对不同类型台地的台缘带和各台缘带内部的沉积结构及演化特征等还有待深入分析;而针对同期共存的多排台缘带,针对各台缘带之间、尤其是台缘带内部的沉积结构差异性及成因的精细研究还尚待进一步开展,这也是国际上现有成果中涉及略少的科学问题。为此,本文精选四川盆地川东北地区下三叠统飞仙关组碳酸盐岩台缘带,尝试进行了台缘几何形态和沉积结构的异同性等综合分析,并探讨了台缘结构其对储层宏观分布规律的影响。

2 区域地质背景

东吴运动之后,在峨眉地裂运动的影响下,上扬子地区晚二叠世-中三叠世时期经历了一次明显的海侵和海退过程,形成了西北松潘-甘孜洋、北部和东北部南秦岭洋、南部滇黔桂海槽 (胡明毅等, 2010) 环绕的上扬子台地区,自西向东发育了由康滇古陆、冲积平原、海陆过渡、碳酸盐岩台地及海槽的总体古地理格局 (图 1a)。四川盆地的中部和东部具有明显的隆凹相间的地貌格局特征,中西部地区在晚三叠世长兴期发育了近北西向的蓬溪-武胜台洼,其在早三叠世飞仙关期已不明显;在川东北地区长兴期和飞仙关早期,以开江-广元一带的深水陆棚为界 (前人又称开江-梁平海槽, 王一刚等, 2006),分别在东部和西部形成了两个台地,东部台地与其东部的城口-鄂西海槽相连,且具有孤立台地特征。在这种构造古地理背景下,形成了川东北地区晚二叠世长兴期-早三叠世飞仙关期的同期三排近平行的北西向碳酸盐岩台地边缘生物礁、滩带,自西向东分别为元坝-龙岗-梁平台缘带 (文中简称1号台缘带)、铁厂河-普光-罗家寨台缘带 (文中简称2号台缘带)、简池-鸡王洞-沙陀台缘带 (文中简称3号台缘带),后两者环带状相连。该台缘带跨越二叠纪-三叠纪之交的生物大绝灭事件,形成了下部长兴期台缘生物礁发育、上部飞仙关期台缘鲕粒滩发育的独特的台缘沉积空间叠合格局 (图 2图 3),并具有空间上的继承性演化特征。飞仙关组可分为四段,自下而上依次命名为飞一段 (T1f1)、飞二段 (T1f2)、飞三段 (T1f3)和飞四段 (T1f4),台缘鲕粒滩主要分布在飞一段和飞二段,进入飞三段沉积早期,两个台地区已合并为一个整体台地,并发育台内鲕粒滩或台内颗粒滩沉积。

图 1 川东北地区早三叠世飞仙关期区域沉积背景 (a) 及飞仙关早期沉积相平面展布 (b) (a) 部分古地理单元命名参考了王一刚等(2006)胡明毅等(2010),本文对古地理格局进行了综合修编;(b) 普光地区鲕滩分布参考了刘建强等(2012) 修编.台内浅滩分布具有概括性和示意性,未重点刻画 Fig. 1 Regional depositional setting (a) and sedimentary facies distribution (b) of NE Sichuan basin during the Early Triassic Feixianguan period

图 2 跨元坝地区早三叠世飞仙关期碳酸盐岩台地边缘带层序地层和沉积相对比剖面图 剖面位置见图 1b,分别对应a和b Fig. 2 Sequence stratigraphy and sedimentary contrast section of carbonate platform margin belts in Yuanba area during the sedimentary period of the Lower Triassic Feixianguan Formation

图 3 跨川东北地区早三叠世飞仙关期不同碳酸盐岩台地边缘带层序地层和沉积相剖面图 剖面为飞仙关组顶拉平; 剖面位置见图 1b中的A和B剖面线 Fig. 3 Sequence stratigraphy and sedimentary contrast sections of different carbonate platform margin belts in NE Sichuan basin during the sedimentary period of the Lower Triassic Feixianguan Formation
3 地层对比及台缘结构研究方法简介

本文基于钻井、地震及野外露头的综合对比工作,系统开展了飞仙关组高精度层序地层对比分析。钻井分层参考了四段分层方案 (郭彤楼, 2011),并充分考虑了横向相变。飞仙关组四段底界和飞仙关组底界地震剖面易于识别,且横向稳定,为井震对比提供了良好基础 (图 2)。研究揭示,川东北地区三级层序地层对比具有很好的标志层,总体上可划分出两个三级层序 (陈洪德等, 2009;郭彤楼, 2011),其与各段具有对应性,其中下部三级层序 (SQ1) 对应飞一段和飞二段,上部三级层序 (SQ2) 对应飞三段和飞四段。SQ1底界为上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组分界,是著名的PT界限,易于识别,而SQ1的顶界对应飞二段顶部,往往是大套台缘鲕滩顶界面,其与上覆的飞三段局限台地沉积突变接触,GR曲线具有明显的高值特点,也易于识别和对比。每个三级层序均由TST和HST两个体系域构成,LST不明显,TST分别对应飞一段和飞三段下部,HST分别对应飞二段和飞四段 (图 2)。TST和HST之间的界面为最大海泛面,泥质含量高,往往具有稳定的泥灰岩和泥质灰岩分布,因此也易于对比。同时,论文在三级层序对比的基础上,进行了准层序组级别的高精度地层对比工作。在飞四底界和飞一底界的约束下,可以通过飞一段-飞二段的地震反射特征与钻井进行对应,约束钻井的地层分布总趋势,在此基础上,对体系域内部的准层序组进行划分和对比。本次对比的重点是SQ1的HST (鲕滩发育层段),由于处于台地和台缘区,高位体系域准层序组均以进积结构为主,往往准层序组底界泥质含量高,台缘区准层序顶界普遍发育鲕滩,且鲕滩厚度具有向上变厚特征。同时,同一台缘带飞仙关组鲕粒滩发育的飞一段和飞二段以灰岩和白云岩为主,层速度相对稳定,时间域的地震反射结构能与深度域的钻井资料具有很好的结构对应性。因此,在地震反射趋势约束下,通过钻井和地震互相约束,能够很好地进行地震约束下的准层序组级别的等时格架对比工作 (图 2)。而野外剖面层序和准层序组划分易于直观识别。

台缘鲕粒滩沉积成层性好,地层的横向变化具有渐变性,因此,在地震反射特征分析及准层序组级别的地层对比等研究基础上,可以有效地进行台缘带和台内鲕粒滩横向的对比和刻画工作。

4 台缘结构样式及特征 4.1 台缘结构总体特征、结构样式及不同台缘带的总体特征

东部2号和3号台缘带相连围成孤立台地 (图 1b),台地内部形成局限环境,并发育膏岩;而西部1号台缘带的西部为开阔台地,局部存在局限环境背景。跨台缘带剖面 (图 3) 进一步证实了图 1中的沉积相横向展布特征,并且显示川东北地区飞仙关组台缘带明显继承了长兴组台缘礁滩带的发育部位,但相对长兴组生物礁滩的分布,其具有整体向东迁移的特点,也就是同一台缘带相对长兴组台缘礁滩带,飞仙关组的台缘鲕粒滩往往位于长兴期台缘带的东上方向,说明飞仙关期台缘带整体向东迁移。

不同台缘带之间台缘几何形态特征、内部沉积结构及台缘的迁移结构具有一定差异性,按堆积形态结构可识别出迁移型和加积型两种台缘结构样式。需要说明的是,考虑到同一台缘带台缘斜坡坡度具有起伏变化,单纯用缓坡和陡坡表述一个台缘带并不贴切。

迁移型台缘带 (1号、3号) 总体上台缘斜坡坡度缓,地震反射清晰,地震反射和钻井揭示其具有明显的台缘及台缘斜坡迁移特征 (图 2图 3图 4c-f),与之相对应,形成了台缘鲕粒滩的明显迁移;加积型台缘带 (2号) 总体上地震反射特征略显杂乱 (图 3图 4g, i),沉积结构总体上表现出明显的加积特征,但晚期具有向东迁移的特点,且其台缘带相对较窄 (图 3),鲕粒滩分布集中,台前滑塌记录普遍。

图 4 跨川东北地区飞仙关期不同台缘带沉积结构和鲕粒滩分布典型剖面图及综合柱状图 地震剖面沉积相解释主要针对飞一段和飞二段;地震剖面除 (g) 未做拉平处理外,其余剖面均为飞仙关组四段顶部拉平;剖面解释为飞仙关组顶拉平;小剖面位置见图 1b (与小剖面左上角编号对应) Fig. 4 Typical cross sections and composite stratigraphic columns showing sedimentary structures and oolitic shoals distruibution of different platform margins across NE Sichuan basin during the Early Triassic Feixianguan period
4.2 台缘带内部特征 4.2.1 元坝-龙岗-梁平台缘带 (1号台缘带) 沉积结构特征

1号台缘带总体具有斜交台缘带向东和北东方向迁移结构特征,以及地貌坡度向上逐渐变缓的特征。不同部位存在台前斜坡坡度起伏 (图 5)。长兴组末期,总体上龙岗地区生物礁发育区坡度较陡,最大可达到43.7°,无礁区一般小于14°,铁山南-云安场坡度一般小于5°(王一刚等, 2009)。飞仙关组早期,该台缘带沉积地貌继承了长兴期的总体地貌格局,也具有横向上的坡度起伏特征,其中龙岗地区飞仙关组早期台缘斜坡坡度在10°~13°之间 (王一刚等, 2009),元坝地区一般小于10°,而向西北到雁门坝和广元上寺地区台缘带发现普遍的滑塌沉积,推测该台缘的坡度可能达到10°以上。这些坡度变化,均反映该台缘带横向上存在明显的台缘和斜坡的地貌起伏特征 (图 5)。飞仙关组沉积过程中,1号台缘斜坡坡度向上逐渐变缓,到飞仙关组晚期与东部孤立台地合并为同一台地,地貌倾角逐渐趋近于0°(图 2图 3图 4c-f)。早期构造起伏及台缘斜坡坡度的差异,造成1号台缘带横向鲕粒滩发育的差异,其中,相对高的部位鲕粒滩发育较早,如台缘地貌相对较陡的龙岗地区及雁门坝剖面区,飞一段开始就已经发育鲕粒滩 (图 4d),而在地貌平缓的元坝 (图 2)和铁山南等地区,鲕粒滩形成较晚,部分区域飞二段沉积期才开始出现。同时,早期地貌陡缓的差异也产生了台缘鲕粒滩滩体迁移幅度的差异及鲕粒滩厚度的变化,地貌陡的龙岗地区台缘鲕粒滩的迁移较弱 (图 4c, d),鲕粒滩厚度相对于缓坡区要厚 (图 4d, n),如龙岗地区现有钻井揭示的鲕粒滩累计厚度可达136 m;坡度较缓的元坝地区,台缘迁移明显,鲕粒滩分布较宽,但累计厚度和单层厚度较薄 (图 2图 3),鲕粒滩的累计厚度一般小于70 m,台缘带主体区的Y2井鲕粒滩厚度可达到72.5 m;兴隆场地区迁移幅度总体介于前两者之间,XL1井鲕粒滩厚度60余米 (图 4e, f, o),地貌略陡的LH1井鲕粒滩厚度达到100 m (图 3)。

图 5 川东北地区长兴组晚期古地貌格局 Fig. 5 Palaeogeomorphology of the late sedimentary period of the Changxing Formation, NE Sichuan basin
4.2.2 椒树塘-普光-罗家寨台缘带 (2号台缘带) 沉积结构特征

2号台缘带台缘带总体具有明显的加积沉积结构,但在台缘鲕粒滩沉积的末期仍具有明显的向东迁移的特征图 4a, b)。在长兴组末期,该台缘带普遍偏陡 (图 5),普光地区长兴组末期台缘斜坡坡度平均在20°左右,可达到23°,七里峡坡度18.8°(王一刚等, 2009)。而到飞仙关期,继承了长兴期的地貌格局,总体上,飞仙关沉积期2号台缘带斜坡具有陡坡特点,飞一-飞二沉积期可达到20°左右,一般在10°~20°之间,飞三-飞四沉积期坡度逐渐变缓,后期趋近于0°。但地貌坡度存在横向上的波动性,普光地区飞一段至飞二段沉积时期斜坡坡度约为15°(郭彤楼, 2010),而向两侧坡度具有变缓的特征,这与长兴组晚期地貌格局对应 (图 5)。这种加积型的台缘结构,使得鲕粒滩的发育较集中,形成了较厚的鲕粒滩沉积,并在台缘斜坡部位存在滑塌堆积。地貌的起伏造成了鲕粒滩横向上的起伏变化,较陡的普光地区台缘鲕粒滩的累积厚度可达到300 m (图 4g, h, p),而两侧坡度略缓区鲕粒滩厚度略薄,如渡口河地区鲕粒滩厚度可小于100 m (漆建忠等, 2003),该台缘带北部椒树塘剖面台缘鲕粒滩厚度达到120 m (图 4j, p)。

4.2.3 简池-鸡王洞-沙陀台缘带 (3号台缘带) 沉积结构特征

3号台缘带钻井资料少,甚至是没有,主要依靠野外露头剖面开展研究工作。通过层序地层对比,对该台缘带进行了分析,总体上该台缘带具有明显的向东迁移结构 (图 3图 4k, l),并具有早期缓慢前积,后期快速前积的特点,台缘鲕粒滩主要发育在飞一段上部和飞二段。从地貌上看,该台缘带盘龙洞飞仙关组早期坡度可达到8°以上 (郭彤楼, 2011)。该台缘带横向上存在一定的地貌起伏,并具有鲕粒滩厚度的横向变化响应,宣汉鸡王洞剖面鲕粒滩厚度可达到140余米,北部的旧院大石潭剖面台缘鲕粒滩累计厚度75 m,再向北部的镇巴红渔剖面鲕粒滩厚度可达到78 m。

综上分析,认为各台缘带内部存在沉积结构的差异性,并造成了一定程度上的鲕粒滩分布差异。

5 台缘储层特征差异性 5.1 鲕粒滩白云石化特征对比

台地边缘带白云石化鲕粒滩是川东北地区飞仙关组的核心储集体,前人研究揭示了云化鲕粒滩可形成Ⅰ和Ⅱ类储层,而未被云化的鲕粒滩以Ⅲ类储层为主 (郭彤楼, 2011;胡东风, 2011;刘璐等, 2012),甚至难于形成储层。为此,在台缘高能滩相背景下寻找鲕粒白云岩成为落实优质储层分布的关键。

不同台缘结构下云化鲕粒滩的分布具有差异性,2号加积台缘带由于紧邻东部的膏岩,该台缘带云化较彻底,具有明显的持续性 (图 4p, q图 6a, b),而鲕粒滩厚度大的优越沉积条件,也奠定了台缘鲕粒滩带具有厚度大的白云岩储层的形成基础。2号台缘带储层厚度横向分布不稳定,普光台缘带飞一段-飞二段储层厚度为50~170 m,最厚可达300 m (郭彤楼, 2011),铁山地区储层厚度可达到230 m,但向构造北端储层逐渐变差,如坡4井,储层总厚仅29.14 m (饶雷, 2007),北部椒树塘剖面台缘鲕粒白云岩 (图 6a) 厚度可达到120m (图 4q);诺水河剖面台缘鲕粒白云岩累计厚度为60 m。

图 6 川东北地区飞仙关组不同台缘带典型鲕粒镜下照片 (a) 残余鲕粒白云岩,溶孔发育,蓝色铸体 (-),椒树塘剖面; (b) 细晶云岩,可见鲕粒轮廓,晶间 (溶) 孔发育,红色铸体 (-),P5井; (c) 鲕粒灰岩,粒间和粒内溶孔,沥青充填,红色铸体 (-),Y204井; (d) 残余鲕粒灰质云岩 (-),LG28井; (e) 鲕粒灰岩,少量粒间和粒内溶孔,沥青充填 (-),XL1井; (f) 残余鲕粒灰质云岩 (-),宣汉鸡王洞剖面 Fig. 6 Typical photomicrographs showing oolites characters in different platform margins of the Lower Triassic Feixianguan Formation, NE Sichuan basin

迁移型台缘带云化程度明显弱于加积型台缘带,其云化不彻底,如3号迁移型台缘带 (图 6f),云化均具有底部云化不明显、向上云化增强、顶部相对云化最强的变化特征 (图 4r)。同时,迁移型台缘带云化程度和白云岩厚度具有波动性,如3号台缘带鸡王洞剖面台缘带鲕粒滩累计厚度可达到140余米,其中云化的鲕粒滩 (图 6f) 厚度可达到100 m;北部旧院大石潭剖面台缘鲕粒滩厚度75 m,强云化鲕粒滩厚度25 m;北部镇巴附近的红渔剖面,其飞二段台缘鲕粒滩普遍云化,明显云化的台缘鲕粒滩厚度可达到78 m。需要说明的是,由于飞仙关组早期研究区东侧孤立台地处于局限和强蒸发环境,2号和3号台缘带和该台地内部在飞仙关组底部鲕粒滩白云石化普遍。

1号迁移型台缘带与前两个台缘带相比,其云化程度较弱,横向上具有间隔性云化特点,如西北部鱼洞子剖面云化明显、元坝地区云化弱甚至未云化 (图 4m图 6c)、龙岗地区云化明显 (图 4n图 6d),铁山地区部分云化,兴隆场地区云化弱甚至未云化 (图 4o图 6e)。云化台缘区存在云化程度不彻底的特点,总体具有向上云化增强的特征,如鱼洞子剖面60 m台缘鲕粒滩有15 m明显云化,且分布在台缘鲕粒滩的顶部,LG7井136 m台缘鲕粒滩强云化鲕粒滩为15 m (岩屑录井统计)。

综上,结合台缘地貌特征,认为该地区台缘带地貌较陡的高部部位及加积台缘带更有利于形成云化条件,因此,台缘沉积结构差异控制了储层的分布。

5.2 鲕粒滩储层的分布特征

前面已经论述了不同台缘带鲕粒滩厚度分布及云化特征。总体上,2号加积型台缘带有利于形成厚度大、云化彻底、分布集中的优质白云岩储层;而迁移型台缘带总体鲕粒滩累积分布面积大,总体上鲕粒滩的厚度薄。同时,迁移型台缘带横向上缓坡迁移明显地区不利于白云石化的发生,而陡坡带则利于白云石化的发生,也就是说缓坡带形成的储层以Ⅲ类为主,且储层厚度小,如飞仙关组台缘鲕粒滩带云化弱-不发育的元坝地区台缘鲕粒滩储层厚度12.8~35.7 m (平均24.5 m),以Ⅲ类储层为主 (胡东风, 2011);而相对陡坡带鲕粒滩厚度略大,可形成Ⅰ和Ⅱ类储层,如台缘带云化发育的龙岗地区飞仙关组储层可到100 m,且发育Ⅰ和Ⅱ类储层。

6 台缘沉积结构差异性的主控因素、沉积储层分布模式及油气勘探意义

研究区台缘带总体具有向东迁移的结构特征,并具有早期迁移缓慢,晚期迁移较快的特点,其与海平面的整体下降趋势具有明显的对应性,因此,认为海平面变化是该台缘带整体演化结构的重要背景条件。上述研究揭示台缘带的分布与长兴期生物礁滩的分布具有对应性,反映了飞仙关期台缘带具有明显的继承性特点 (图 3图 5)。同期存在着迁移性和加积型两种类型台缘带,而在现代大巴哈马滩 (Harris, 1983; Grammer et al., 2004)和印度尼西亚东亚东纳土纳海中新统-上新统瑟吉蒂加台缘带 (Bachtel et al., 2004) 具有类似的两种沉积结构样式,这两个地区的研究揭示其沉积结构受古风向控制,背风方向台缘带具有明显迁移的特征,迎风或迎浪方向具有明显的加积特征或者迁移不明显,进而造成了台缘带沉积结构的不对称性。因此,认为在整体海平面下降背景影响下,古风向可能是造成研究区加积型和迁移型两种台缘结构的重要影响因素,而元坝地区台缘带迁移具有斜交台缘带系向北迁移特点可能也反映了古风向的影响。同时,无论是飞仙关组顶拉平还是飞四段底拉平,均显示飞仙关早期台缘带相邻的陆棚区具有明显的沉降过程 (图 3图 4),其中,2号台缘带在普光地区具有明显的相对快速沉降特征,这种差异性的沉降可能对台缘沉积结构样式具有一定的影响。

研究揭示同一台缘带内部沉积结构具有一定的波动性变化,沉积厚度变化明显,这种特征可能受到了长兴期古地貌格局的影响,陡坡带滩体早期分布窄且厚度大,而随着后期地貌的逐渐补齐和趋于相近,沉积结构也逐渐趋于相近,鲕滩的整体向东迁移也逐渐明显化。

因此,认为在大的海平面下降背景下,古风向、早期地貌继承性及沉积期的差异沉降等因素联合影响控制了台缘带的两种沉积结构样式,而同一台缘带内部的沉积结构差异可能受到了继承性古地貌起伏以及沉积期的差异沉降的进一步影响。

研究揭示沉积结构的差异性造成了台缘鲕滩以及白云石化鲕滩分布的差异,在加积型台缘带,云化普遍,但地貌坡度陡的部位易形成厚度较大、分布集中的云化鲕粒滩体;在迁移型台缘带,地貌陡的部位易于形成厚度相对大且云化明显的台缘鲕粒滩带。因此,台缘结构特征和规律对储层的分布具有很好的控制作用。

综合以上分析,建立了针对川东北地区飞仙关组台缘沉积结构及白云岩分布的三维模式 (图 7)。

图 7 川东北早三叠世飞仙关早期沉积结构及白云岩分布模式图 Fig. 7 Reconstruction model for sedimentary environment and dolomite distribution of NE Sichuan basin during the Early Triassic Feixianguan period

川东北地区飞仙关组台缘带明显受控于白云石化鲕滩的分布,研究中揭示的不同台缘带和台缘带内部的沉积结构和白云岩分布规律对该地区储层研究和预测具有一定的指导作用,相关的研究成果对其他台缘带的沉积储层研究具有一定的参考。

7 讨论与结论

(1) 早三叠世飞仙关早期台缘带分布明显继承了晚二叠世长兴期台缘带的分布格局,形成了西部礁滩东部鲕粒滩的总体垂向叠合形式,并揭示飞仙关期台缘带演化具有向东迁移的特点,尤其是在飞二段后期较为明显。

(2) 识别出迁移型和加积型两类台地边缘结构样式,加积型台缘带具有地貌坡度陡、台缘稳定、台缘鲕粒滩迁移不明显的特点,而迁移型台缘带总体坡度缓,具有明显的台缘鲕粒滩及斜坡迁移特征。台缘带内部具有地貌起伏特征,影响了台内沉积结构的分异,其中尤其以元坝-龙岗-梁平迁移型台缘带表现最为明显,横向陡缓间互、齿化波动的特征,对应了迁移幅度强弱间互的特点。

(3) 不同台缘带沉积结构控制了储层的分布,加积型台缘带储层具有厚度大、分布集中和云化强的特点,而迁移型台缘带储层具有厚度薄、叠合面积宽和云化弱的特点。不同台缘带内部具有储层分异性,加积型台缘带内部具有储层厚度横向变化,但总体储层均发育,而迁移型台缘带则具有明显的白云岩储层横向间互分布特点,储层横向波动明显。无论是哪种类型台缘带,坡度陡的地区具有云化强、储层厚度大的普遍特点。

(4) 在整体海平面下降的背景条件下,台缘结构差异性受到了古风向、早期继承性古地貌和沉积期差异沉降等因素的联合控制,同沉积断层的影响还有待进一步探讨。

致谢 资料收集和整理得到了很多同志的帮助;文章编写过程中参考了前人的一些研究成果;与一些专家学者进行了讨论和交流;周绍鹏提供了部分英文初稿翻译;评审专家悉心审阅了稿件;在此一并表示感谢。
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