四川盆地洗象池组颗粒滩沉积组合特征及沉积控储机理

章学刚，熊冉，邓庆杰，杨文杰

(1.荆州学院资源勘查工程学院，荆州 434020；2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023；3.长江大学地球科学学院，武汉 430100)

颗粒滩储层作为碳酸盐岩储层的主要类型之一，在中外油气勘探工作中展现了巨大的资源潜力[1-3]。截至目前，世界上发现的多个大型油气田的主力产层均与颗粒滩有关，如加瓦尔油田Arab组、四川盆地下三叠统飞仙关组、中三叠统雷口坡组及鄂尔多斯盆地马家沟组均发育颗粒滩沉积[4-10]。

近年来，在四川盆地乐山-龙女寺古隆起及周缘地区，油气地质学家们发现了多套碳酸盐岩储层，展现了四川盆地古老海相地层的油气勘探前景[11-13]。在2005年老井复查中，洗象池组多口井获工业气流，展现了良好的油气勘探潜力。此外，研究过程中通过薄片观察，发现洗象池组孔隙内存在大量沥青充注，证实存在过油气活动，进一步验证了洗象池组颗粒滩储层的勘探前景。

前人曾应用INPEFA、碳氧同位素、自然伽马能谱等技术对洗象池组层序地层展开定量研究[14-16]，同时对洗象池组的沉积相也做了大量研究，主要存在局限台地、镶边台地、缓坡型蒸发—局限台地等不同观点[15-16,21-22]，但却普遍认为颗粒滩是优质储层形成的基础。尽管前人在颗粒滩是洗象池组有利储层的观点上取得共识，但是针对于洗象池组颗粒滩沉积组合及分布规律的研究十分稀少，特别是这类颗粒滩相储层的形成与构造背景、沉积环境等因素有着密切的关系[17]，不同沉积组合类型的颗粒滩对储集性能的影响存在差异。由于洗象池组地层埋藏较深、储层非均质性强等因素的制约，四川盆地洗象池组整体勘探程度较低，其沉积相的分布规律及储层特征仍需进一步深化研究。同时，为了厘清四川盆地及周缘地区洗象池组颗粒滩沉积组合特征及其控储机制。以洗象池组颗粒滩沉积组合为研究基础，利用岩心、薄片及测井资料，旨在探明四川盆地及周缘地区洗象池组颗粒滩沉积组合特征进行研究，为下一步油气勘探工作提供理论基础。

1 区域地质概况

四川盆地位于中国西南部，地理位置处于四川省、重庆市及其周缘地区[图1(a)]。四川盆地寒武纪为克拉通相对稳定时期，盆地内寒武系地层发育完整；其中，上寒武统洗象池组受加里东运动的影响，形成了西北高、东南低的沉积格局[18]，沉积地层从北西-南东向呈明显加厚的趋势，而南西-北东向地层厚度基本相差不大。洗象池组自下而上可划分为三段[图1(b)]，地层在盆地西部被大量剥蚀，残余地层岩石类型以灰色或浅灰色白云岩、泥质白云岩、砂质白云岩为主，局部发育颗粒白云岩。洗象池组沉积时期，四川盆地及周缘地区整体为陆表海碳酸盐岩局限台地沉积环境，水体较浅；台地内及台地边缘存在大量颗粒滩沉积，前人研究证实台内滩相具有良好的储集性能[19-21]。

图1 四川盆地及周缘地区位置图及洗象池组岩性柱状图

2 洗象池组主要岩石类型

综合分析四川盆地及周缘地区最新钻井岩心资料及镜下薄片资料，认为研究区洗象池组主要发育颗粒白云岩、晶粒白云岩和泥晶白云岩等岩石类型。其中，台内滩主要岩石类型为颗粒白云岩及晶粒白云岩，颗粒类型以砂屑、鲕粒及砾屑为主，局部含少量藻团块及藻砂屑。

2.1 颗粒白云岩

四川盆地洗象池组颗粒岩主要以浅灰-灰色砂屑白云岩、鲕粒白云岩及砾屑白云岩为主。颗粒种类多样，主要包括砂屑、砾屑、鲕粒等，生屑含量不高，部分颗粒与藻类相伴生[图2(a)～图2(c)、图3(a)、图3(b)]。镜下观察发现，砂屑白云岩颗粒含量可达50%～90%，其中砂屑以残余砂屑含量较高；局部砂屑白云岩内可见陆源石英颗粒，约占5%。砂屑边缘通常发育2～3期的白云石胶结物[图3(a)]，含量约占20%。颗粒间发育大量粒间溶孔、粒间晶间孔及少量粒内溶孔，局部溶孔被沥青充填[图3(c)、图3(d)]；在岩心中同样可见大量溶洞及顺层发育的“针状”溶孔[图2(d)]。此类砂屑白云岩是洗象池组主要的储集岩类型。

图2 四川盆地及周缘地区洗象池组典型宏观沉积特征

砾屑颗粒成分较为复杂，多呈条状，成熟度相对较低，分选、磨圆较差，砾屑成分多由低能环境的泥晶白云岩组成，砾屑间以基质支撑为主，局部可见明显的底冲刷面[图2(e)]，为典型的风暴沉积所形成的砾屑滩沉积。

2.2 晶粒白云岩

研究区内晶粒白云岩可分为两种类型，一类晶粒白云岩的晶粒排列较为紧密，白云石晶体以粉晶白云石为主，晶体多为他形晶，晶体间孔隙不发育或发育极差[图3(e)]，这类白云石不能形成有效储集层；另一类晶粒白云岩晶体排列疏松，白云石晶体多为自形晶-半自形晶为主，白云石晶粒较大，多为粉晶及细晶白云石，部分含中晶白云石，晶间孔、晶间溶孔较为发育[图3(f)]，为有效储层的主要组成岩石类型。后一种晶粒白云岩可在镜下看到残余颗粒幻影，少部分完全被白云石重结晶改造，原始颗粒结构被破坏[图3(f)]，不能对原岩进行恢复，但可在野外剖面中见大型交错层理，判断为高能环境颗粒滩的产物，受成岩作用改造而失去了原始的颗粒结构[20]。

图3 四川盆地及周缘地区洗象池组镜下沉积特征

2.3 泥晶白云岩

区内泥晶白云岩多呈浅灰色-灰色、浅灰黄色的薄层状产出，可见砂质或泥质条带。局部以发育膏模孔，反映水体较浅、蒸发量高、盐度相对较高的沉积环境。该岩石类型主要发育于水体能量较低的局限潟湖或潮坪相沉积。

3 颗粒滩结构特征

3.1 垂向沉积序列特征

四川盆地洗象池期发育局限台地沉积，台地整体水体较浅，是一个相对安静的环境。综合分析洗象池组颗粒滩宏观特征，区内颗粒滩单滩体厚度整体较薄，通过对颗粒滩沉积特征进行统计分析，认为研究区内发育了颗粒滩-颗粒滩叠置、颗粒滩-潮坪、潟湖-颗粒滩(-潮坪)3种向上变浅的沉积序列。

3.1.1 颗粒滩-颗粒滩叠置组合

区内颗粒滩沉积厚度较薄，单滩体厚度一般小于2.5 m。当海平面出现频繁的震荡性活动，就会导致滩体垂向上多期次叠加，形成厚度较大的垂向叠置型滩体[图4(a)]。这时，往往可形成累计厚度达几米至几十米厚的颗粒滩层段，颗粒岩厚度可达70%以上，即表现为这种颗粒滩-颗粒滩叠置的沉积组合。这种滩体组合类型主要集中分布于川中地区，纵向上，以洗二段为主要发育时期。

该组合主要由砂屑白云岩、鲕粒白云岩、残余颗粒白云岩及少量砾屑白云岩组成，中下部以颗粒白云岩为主，过渡到组合中上部渐变为残余颗粒白云岩。但个别单滩体旋回沉积组合中，底部由少量泥晶白云岩组成，中上部变为砂屑白云岩、残余颗粒白云岩等颗粒岩。研究过程中，把这种颗粒岩占单旋回发育滩体的70%以上，也划分为该种沉积组合类型。

3.1.2 颗粒滩-潮坪组合

这种颗粒滩沉积组合主要表现在底部以局限台地台内滩相沉积为主，表现为由浅灰色-灰色砂屑白云岩组成；中上部过渡为泥晶白云岩、粉晶白云岩、藻纹层白云岩等岩石类型[图4(b)]，且局部地区陆源物质含量较高，岩性以含砂白云岩等混积岩类为主，这种类型主要分布于盆地西北缘靠近古隆起的区域。这一沉积时期，由于盆地西北缘地区受古隆起的影响，陆源物质较高，发育潮坪(或混积潮坪)沉积环境，局部由于水体持续变浅，甚至发育潮上蒸发沉积环境。颗粒滩-潮坪组合类型主要出现在海平面不断下降、水体持续变浅的沉积环境中，单滩体厚度较薄，一般小于2 m。

3.1.3 潟湖-颗粒滩(-潮坪)组合

该种颗粒滩沉积组合中下部多为灰色-深灰色为主的泥晶白云岩，向上逐渐过渡为灰色-浅灰色为主的砂屑白云岩[图4(c)]。若海平面持续降低，使滩体处于潮上环境且并未发生暴露，则易形成以藻纹层白云岩为主的潮上沉积环境。易构成由潟湖-颗粒滩(-潮上)的向上变浅的沉积旋回。该组合颗粒滩沉积厚度较薄，多小于2 m。

图4 四川盆地洗象池组颗粒滩沉积组合特征

3.2 颗粒滩横向展布特征

颗粒滩的发育受沉积期水体能量及微古地貌环境的控制，洗象池组储层的发育与颗粒滩的分布密切相关。选取盆地内一条北西-南东向连井剖面(图5)，分析颗粒滩在该方向上分布情况。横向上，受川中古隆起的影响，四川盆地洗象池组地层在北西-南东向厚度变化较大，自北西向至南东向处，地层呈变厚的趋势。通过区域沉积相研究，剖面稳定发育局限台地相沉积，而至秀山溶溪剖面则过渡到开阔台地相沉积，而整个洗象池组沉积期局限台地内部发育一定规模的台内颗粒滩相沉积。

靠近古隆起一侧受陆源物质影响，发育颗粒滩-潮坪的沉积组合为主，东深1井-丁山1井一带则发育了颗粒滩-颗粒滩多期颗粒滩叠置沉积和潟湖-颗粒滩-(潮坪)两种沉积组合。

3.3 颗粒滩平面分布特征

中晚寒武世洗象池期上扬子区海域水体较为局限，在靠近西南缘康滇古陆区碎屑岩供应较富集；研究区除西南部外，四川盆地洗象池期陆源碎屑供应不充足，盆地内部水体环境较为封闭，能量较低，发育以白云岩为主的碳酸盐岩沉积，为局限台地环境，向东灰岩含量逐渐增加逐渐由局限台地向开阔台地-台地边缘环境转变(图6)。而膏岩分布面积较小，集中分布于金沙-遵义、两岔河、永善、竹溪双桥一带，膏岩厚度大于10 m。

研究区平面上具自西向东水体逐渐加深的趋势，自川中古隆起核部向斜坡带沉积相逐渐从局限台地逐渐过渡到开阔台地沉积环境，在局限台地环境中沉积了大量台内滩，台内颗粒滩的展布受古隆起和同沉积断层的控制沿古隆起斜坡带和断层呈条带状展布(图6)。

图6 四川盆地洗象池组颗粒滩平面分布特征

4 颗粒滩沉积控储机理

4.1 颗粒滩垂向沉积组合为储层的形成奠定了物质基础

碳酸盐岩储层的形成往往受沉积、成岩及构造运动等多方面的因素综合控制。前人研究证实，四川盆地洗象池组储层属相控型储层[13,19-20]，储层的发育受台内颗粒滩微相的控制作用明显。在对洗象池组储层不同微相类型的孔隙度对比工作中，前人已经进行了大量的研究，在此不再重复赘述，这些学者认为，颗粒滩微相为洗象池组储层中最有利的微相类型，颗粒滩的分布控制着储层的分布位置[21-23]。

不同的颗粒滩组合产生于不同的沉积环境，而储层的形成与沉积环境及沉积微相有着密不可分的关系，进而对不同的颗粒滩沉积组合进行了物性对比分析，认为多期叠置的颗粒滩组合为最有利于优质储层的形成，而颗粒滩-潮坪和潟湖-颗粒滩类型的颗粒滩组合难以形成有效的优质储层(图7)。

图7 不同颗粒滩沉积组合孔隙度直方图

颗粒滩-颗粒滩这类多期颗粒滩叠置的沉积组合多发育于川东及川中地区，具有发育良好储层的孔隙基础，平均孔隙度为4.12%。虽单期颗粒滩厚度较薄，但多期颗粒滩叠置组合累计厚度可达几十米厚。最优势储层主要集中于各期颗粒滩储层的中上部[图4(a)]，主要原因在于：①颗粒滩沉积期，滩体所处水体能量较高，滩体沉积时反复经过高能海水淘洗，颗粒间黏土类物质被海水带走，而是颗粒间发育大量原生粒间孔隙，这时具有较高的孔隙度；②随着海平面的快速上升，滩体以加积方式迅速沉积；长期的、频繁的海平面升降变化导致滩体顶部间歇性暴露出水面，从而使滩体顶部发生大气淡水的溶蚀作用，发育选择性溶蚀孔隙，为储层的形成提供了基本的物质保障。

颗粒滩-潮坪沉积组合多分布于盆地西北缘靠近古隆起的区域，台内滩厚度一般小于2 m，整个组合厚度不大，多数不足十米。这类颗粒滩组合的平均孔隙度较低，约为1.93%(图7)，较颗粒滩-颗粒滩这类多期颗粒滩叠置组合的平均孔隙度低[图4(b)]，而组合上部的潮坪相中发育的粉晶白云岩中发育少量晶间孔、晶间溶孔。但受陆源物质影响，部分组合内上部潮坪相中存有陆源石英的组分，部分可达10%左右，这类混有陆源物质的部分，往往不具有形成储层的能力。

潟湖-颗粒滩(-潮坪)沉积组合分布范围较广，具有普遍性，这类组合沉积厚度约为2 m。这类组合的颗粒滩沉积厚度较薄，平均孔隙度较低，约为1.27%，为三类沉积组合中平均孔隙度最低的沉积组合(图7)。主要由于这类组合中有限的颗粒滩厚度难以形成有效储层，并且下部的潟湖相沉积主要以泥晶白云岩为主，孔隙不发育，所以这类组合不具备发育成为储层的能力。

4.2 层序演化控制着颗粒滩储层的纵向分布规律

为了进一步探讨层序演化与颗粒滩储层的关系，基于Vail的层序地层学理论，通过对典型层序界面的识别，将洗象池组自下而上分为3个三级层序SQ1～SQ3，分别对应于洗一段～洗三段，层序内部均发育高位体系域和低位体系域(图8)。

研究发现，洗象池组储层段主要由颗粒滩相的颗粒岩和非颗粒滩相的晶粒岩组成。颗粒滩储层主要发育于SQ2和SQ3两个三级层序的高位体系域中(图8)，这主要是由于高位体系域时期多形成浅水高能的沉积环境，而颗粒滩的形成需要在沉积时期水动力条件较强、海平面适宜、陆源物质侵入较少的条件。

HST为高位体系域；TST为低位体系域

4.3 海平面变化对颗粒滩储层的控制作用

颗粒滩相储层具有较强的非均质性，从而影响了对颗粒滩储层的预测能力。从沉积角度来看，在海平面升降变化的过程中，导致了沉积微相及岩性的变化，从而控制着储层形成的基础物质条件：即高能环境下形成的颗粒岩具有形成储层的物质基础。此外，海平面的升降变化与古地貌特征还控制着颗粒滩的厚度，微古地貌高点有利于颗粒滩的形成，频繁性、震荡性的海平面变化，有利于颗粒滩的纵向叠加，总而形成上述不同种类的高频旋回特征。

从成岩角度来看，在间歇性的快速海侵和缓慢海退过程中，滩体顶部易处于暴露环境而形成大气淡水透镜体，接受选择性溶蚀作用的改造，从而为优质储层的形成提供了保障。

5 结论

(1)四川盆地洗象池组主要识别出3种主要的岩石类型，即颗粒白云岩、晶粒白云岩及泥晶白云岩。台内滩主要由颗粒白云岩以及晶粒白云岩组成，其中颗粒类型以砂屑、鲕粒及砾屑为主，局部含少量藻团块及藻砂屑。在垂向上，主要识别出3类与颗粒滩有关的沉积组合，分别为颗粒滩-颗粒滩的多期叠置组合、颗粒滩-潮坪组合及潟湖-颗粒滩沉积组合。

(2)横向上，盆地自西向东地层厚度增加，颗粒滩受古隆起及同沉积断裂主要沉积于局限台地内部。平面上，台内颗粒滩的展布受古隆起和同沉积断层的控制沿古隆起斜坡带和断层呈条带状展布。

(3)通过对不同颗粒滩组合的孔隙度进行对比，发现颗粒滩-颗粒滩的多期叠置组合物性最好，为四川盆地洗象池组最有利的储层发育组合类型，而颗粒滩-潮坪次之，潟湖-颗粒滩组合最差，不具备发育储层的能力。

(4)颗粒滩垂向沉积组合、层序演化、海平面变化等因素共同控制着颗粒滩储层的发育。颗粒滩垂向沉积组合为储层的形成奠定了物质基础，层序演化控制着储层的纵向分布，而海平面不仅决定着微相及岩性变化，同样控制着同生期成岩环境，为储层的形成提供保障。