0 引言
随着多个大中型气田的发现，中二叠统茅口组已成为四川盆地重要的勘探层系［1-2］。四川盆地茅口组储层类型多样，主要包括岩溶储层、白云岩储层等［3-6］。茅口组一段（以下简称茅一段）以“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”的快速交替发育为特征。该类岩相普遍发育于中—上扬子地台中二叠统栖霞组下部及茅口组下部，国外学者将其称为灰岩—泥灰岩韵律层（Limestone-marl Alternations）［7］；其成因机制存在争议，主要有原地沉积［8］、异地沉积［9］、差异成岩［10］等观点；长期被认为是一套烃源岩［11-12］，而近几年的钻采成果表明其泥灰岩（眼皮灰岩）储层含气性较好，具有较大的勘探潜力［13-15］。为了指导进一步勘探，前人对于茅一段的沉积相开展了许多研究工作，但观点不一，包括开阔台地相［3， 16］、斜坡相［17-18］以及缓坡相［13-14， 19］，说明沉积环境较为复杂，这为天然气勘探带来了一定的不确定性。
鉴于此，笔者基于川中地区最新钻井岩心厘米级精细描述，厘定“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”的认识，开展了微观及宏观测井相分析，结合野外露头资料，认为茅一段是在缓坡型碳酸盐岩台地环境的背景下，受到风暴作用及与之伴生的风暴上升流作用的沉积产物；并以此提出了新的微相划分方案。新的划分能够有效区分“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”，为有利泥灰岩非常规天然气储层的分布预测提供参考。
1 地质背景
石炭纪末期的云南运动期间，四川盆地基底发生整体抬升，遭受夷平补齐，加里东期形成的古地貌已不明显，梁山期广泛的海侵使中二叠统沉积在准平原化的基底之上，与石炭系、泥盆系、志留系或更老的地层呈不整合接触［3］。四川盆地茅口组继承了栖霞期的海侵面貌，发育了一套浅水碳酸盐沉积。至中二叠世末期，东吴运动在四川盆地表现为峨眉山玄武岩喷发和构造隆升，造成盆地内茅四段遭受剥蚀［图1（b）］，茅三段与上二叠统吴家坪组/龙潭组呈平行不整合接触［13］。茅口组缓坡型碳酸盐岩台地的形成可能与云南运动有关，地壳抬升导致研究区形成了一个总体向北东方向略微倾斜的缓坡。茅一段特征明显，发育“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”交互岩相，茅二段、茅三段粒屑灰岩较发育［图1（b）］，粒屑主要为生屑、砂屑、粉屑等。
2 沉积相标志
基于四川盆地2口最新钻井岩心厘米级精细描述以及多个野外露头观测［图1（a）］，结合分析化验资料及测井曲线，开展了岩相、测井相、沉积构造、地球化学、生物相等沉积相标志的分析。
2.1 岩性岩相标志
图2 茅一段沉积相标志（1）（a）华蓥市合流镇椿木坪乡剖面，眼球灰岩与眼皮灰岩交互发育；（b）广元市旺苍县三江镇大两乡剖面，眼球灰岩与眼皮灰岩交互发育；（c）广元市旺苍县高阳镇罐子坝剖面，眼球灰岩中的海绵及水螅化石；（d）广元市旺苍县高阳镇罐子坝剖面，眼球灰岩中的海绵化石；（e）广元市旺苍县高阳镇罐子坝剖面，丘状交错层理；（f）广元市旺苍县高阳镇罐子坝剖面，浪成交错层理；（g）合平1井，4 252.58 m，眼球灰岩中见大量生物扰动构造；（h）合平1井，4 257.95 m，眼球灰岩与眼皮灰岩之间见冲刷削截构造 Fig.2 Symbols of sedimentary facies in the first Member of Maokou Formation （1） |
图3 茅一段沉积相标志（2）（a）合平1井，4 241.69 m，生屑粉晶灰岩，眼球岩相，单偏光；（b）合平1井，4 265.77 m，含砂屑生屑泥晶灰岩，眼球岩相，单偏光；（c）合深3井，4 153.25 m，泥晶粒屑灰岩，眼球岩相，单偏光；（d）合平1井，4 247.63 m，含泥含粒屑灰岩，眼皮岩相，正交偏光；（e）合深3井，4 154.82 m，含粒屑泥质灰岩，眼皮岩相，正交偏光；（f）合深3井，41 37.75 m，含生屑钙质泥岩，眼皮岩相，正交偏光 Fig.3 Symbols of sedimentary facies in the first Member of Maokou Formation （2） |
2.2 测井相标志
由岩性分析可知，“眼皮灰岩”泥质含量高于“眼球灰岩”，这也是二者最主要的区别。这种区别不仅体现在颜色上，也体现在电性上。自然伽马（GR）曲线能够反映地层中放射性元素的多少，进而可以判断泥质含量的高低。笔者对合平1井、合深3井茅一段岩心进行了厘米级精细描述，明确了单层“眼球”及“眼皮”的厚度及深度范围，并以此为基础，开展了测井相分析。
GR曲线与取心段对照后发现，在1∶20比例尺下，“眼皮灰岩”的GR值高于相邻的“眼球灰岩”，用GR曲线区分岩相的效果较好。此外，GR曲线形态能够反映岩相的分布，钟型代表上部发育“眼皮”下部发育“眼球”，或上部“眼皮”为主下部“眼球”为主，或向上单层“眼球”厚度逐渐增加，漏斗型与之相反（图4），钟型与漏斗型交替出现则反映2种岩相的快速变化。在1∶50比例尺下，GR曲线形态更加丰富，除钟型、漏斗型仍反映相邻2种岩相或岩性段的分布外，两段“眼皮”之间夹较厚“眼球”构成箱型特征，“眼球”与“眼皮”薄互层呈平滑齿形，较厚“眼皮”夹多个薄层“眼球”时GR值波动范围大，构成近似尖指型的特征。
微观上岩相变化快速，宏观上GR曲线波动范围大，使茅一段的单井沉积相划分较为困难。为此，笔者识别了在1∶500比例尺下的GR曲线形态特征，包括箱型、漏斗型、钟型、尖指型等，结合相邻形态间GR值的相对高低，能够在宏观上识别优势岩相，进而划分沉积相。沉积相类型及对应的曲线形态见2.3节。
2.3 沉积构造标志
钻井岩心及野外露头上存在大量风暴沉积构造，主要包括丘状交错层理、浪成交错层理、生物扰动、撕裂状砾屑以及冲刷削截构造等。“眼皮灰岩”中生物碎屑、砂屑、砾屑、泥砾的不均匀分布构成了粒序层理，包括正粒序和逆粒序，反映一次风暴流能量逐渐减弱或增强；生物碎屑的保存状态能够反映沉积水动力条件，钻井岩心中生物碎屑大小不等，分选极差，大的腕足碎片达3~5 cm，且分布极不均匀，反映了风暴后期快速沉积的特征［9］；较大的生物碎屑在局部杂乱堆积，或较小的泥砾呈团块状富集，表明风暴流在凹凸不平的基底上通过时受到不同程度的阻挡，或是受到风暴形成的涡流的影响，此外也可能反映出颗粒并不充足［9］；见大量直立或倾斜的生物潜穴以及生物扰动，是风暴间歇期的产物［图2（g）］。旺苍罐子坝剖面茅一段“眼皮灰岩”中见丘状交错层理及浪成交错层理［图2（e），图2（f）］，其中丘状交错层理是风暴事件中形成的特征沉积构造［20-21］，呈孤立的宽缓丘状，浪成交错层理反映了风暴流摆动的强度和频次。风暴作用破碎而成的“眼球灰岩”在搬运过程中，继续受到风暴潮高峰阶段产生的多向涡流的冲刷或剥蚀，呈透镜状或椭球形，磨圆度较好，沉积后在“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”之间多见不规则但较为圆滑的冲刷面或削截构造面［图2（h）］。上述沉积构造说明茅一段沉积期受到风暴作用的影响。
2.4 地球化学标志
对合深3井、合平1井2口最新钻井茅一段开展主量元素、微量元素分析，共采集样品50块，其中“眼球灰岩”样品26块，“眼皮灰岩”样品24块。“眼球灰岩”中主量元素Al2O3含量为0.045%~1.64%，平均为0.38%，MgO含量为1.11%~24.31%，平均为5.58%，CaO含量为9.54%~54.46%，平均为43.74%；“眼皮灰岩”中Al2O3含量为0.05%~1.40%，平均为0.42%，MgO含量为1.12%~12.28%，平均为5.35%，CaO含量为20.71%~54.34%，平均为42.47%。“眼球灰岩”中微量元素V含量为4.03~180.58 μg/g，平均为37.28 μg/g，Ni含量为0.62~18.30 μg/g，平均为5.27 μg/g，Sr含量为384.88~3 103.92 μg/g，平均为1 555.94 μg/g，Ba含量为6.65~329.32 μg/g，平均为60.04 μg/g；“眼皮灰岩”中V含量为5.53~156.87 μg/g，平均为51.70 μg/g，Ni含量为1.06~15.67 μg/g，平均为6.77 μg/g，Sr含量为519.48~3 464.12 μg/g，平均为1 577.56 μg/g，Ba含量为10.13~228.33 μg/g，平均为42.89 μg/g（表1）。由上可知，“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”的主、微量元素含量相差不大，难以根据元素含量区分岩相。合深3井采集样品40块，Sr/Ba值为3.9~243.4，平均为82.3，M值平均达1 756.6，指示海相环境且水体盐度高；V/（V+Ni）值分布在0.74~0.95之间，平均为0.87，Ni/Co值分布在6.83~35.38之间，平均为18.16，指示整体处于缺氧环境［22-24］。合平1井采集样品10块，Sr/Ba值分布在3.8~135.8之间，平均为60.5，V/（V+Ni）平均值为0.88，Ni/Co平均值为14.7，同样指示了海相缺氧环境（表2）。海洋中缺氧环境的形成常与上升流有关［25］，而中二叠世是上升流发育的高峰期［22］。因此，茅一段特殊的“眼球夹眼皮”构造可能与风暴作用导致的上升流有关。
表1 眼球灰岩、眼皮灰岩中主量元素、微量元素含量Table 1 Contents of major and trace elements in eyeball-shaped limestone and eyelid-shaped limestone |
| 含量 | 眼球灰岩 | 眼皮灰岩 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |||
| 主量元素/% | Al2O3 | 0.045 | 1.64 | 0.38 | 0.05 | 1.40 | 0.42 | |
| MgO | 1.11 | 24.31 | 5.58 | 1.12 | 12.28 | 5.35 | ||
| CaO | 9.54 | 54.46 | 43.74 | 20.71 | 54.34 | 42.47 | ||
| 微量元素/（μg/g） | V | 4.03 | 180.58 | 37.28 | 5.53 | 156.87 | 51.70 | |
| Ni | 0.62 | 18.30 | 5.27 | 1.06 | 15.67 | 6.77 | ||
| Sr | 384.88 | 3 103.92 | 1 555.94 | 519.48 | 3 464.12 | 1 577.56 | ||
| Ba | 6.65 | 329.32 | 60.04 | 10.13 | 228.33 | 42.89 | ||
表2 合深3井、合平1井微量元素特征Table 2 Characteristics of trace elements of Wells Heshen 3 and Heping 1 |
| 参数 | 合深3井 | 合平1井 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | ||
| Sr/Ba | 3.9 | 243.4 | 82.3 | 3.8 | 135.8 | 60.5 | |
| V/（V+Ni） | 0.74 | 0.95 | 0.87 | 0.84 | 0.92 | 0.88 | |
| Ni/Co | 6.83 | 35.38 | 18.16 | 6.49 | 24.61 | 14.69 | |
| 环境 | 海相、缺氧 | 海相、缺氧 | |||||
2.5 生物相标志
3 沉积相类型
依据沉积相标志提出了沉积相划分方案，包括中缓坡外带及外缓坡上部，进一步划分出6种微相（表3）。
表3 茅一段沉积相划分Table 3 Division of sedimentary facies of the first Member of Maokou Formation |
| 相 | 亚相 | 微相 | 主要岩性 | GR曲线特征 |
|---|---|---|---|---|
| 中缓坡 | 中缓坡外带 | 风暴碎屑流 | 灰色—浅灰色（含）生屑泥晶/粉晶灰岩、含砂屑生屑灰岩、含泥砾微晶/粉晶灰岩、（含）生屑粉屑灰岩、亮晶生屑灰岩 | 低—中值箱型为主 |
| 风暴滩 | 深灰色—灰黑色生屑泥晶/泥质/含泥灰岩、生屑泥灰岩、生屑粉屑含泥灰岩、含生屑砂屑泥岩 | 中—低值漏斗型、钟型、箱型或齿形 | ||
| 风暴滩间洼地 | 深灰色—灰黑色含生屑泥晶/泥质灰岩、含生屑泥岩/泥灰岩 | 中—高值尖指型 | ||
| 外缓坡 | 外缓坡上部 | 碎屑流 | 灰色—浅灰色（含）生屑泥晶/粉晶灰岩、（含）粒屑泥晶灰岩 | 高—中值尖指型 |
| 颗粒流 | 深灰色—灰黑色生屑泥晶/含泥/泥质灰岩、粒屑泥晶/泥质灰岩 | |||
| 静水泥 | 深灰色—灰黑色（含生屑）含泥/泥质灰岩/钙质泥岩 |
3.1 中缓坡外带亚相
中缓坡发育于晴天浪基面与风暴浪基面之间，中缓坡外带位于外带中缓坡内带之下，受风暴作用影响，发育“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”交互岩相，微相组合为风暴碎屑流、风暴滩与风暴滩间洼地交互（图5）。
3.1.1 风暴碎屑流微相
宏观上为浅灰色—灰色“眼球灰岩”，岩性主要为（含）生屑泥晶/粉晶灰岩、含砂屑生屑灰岩、含泥砾微晶/粉晶灰岩、（含）生屑粉屑灰岩、亮晶生屑灰岩等。粒屑为生物碎屑（多为腕足类、双壳类、有孔虫、介形虫）及内碎屑（砂屑及粉屑）。发育大量风暴沉积构造，包括粒序层理、冲刷削截构造、生物碎屑的不均匀分布、生物扰动等。1∶20比例尺下，该微相往往对应于2个GR高值之间的低值区间，厚度数厘米至数十厘米不等；1∶500比例尺下，该微相优势区间的GR曲线主要呈小型的低—中值箱型，其次为漏斗型、钟型的组合形态。
3.1.2 风暴滩微相
3.1.3 风暴滩间洼地微相
该微相宏观特征、沉积构造等与风暴滩相同，区别在于粒屑含量较低，通常低于15%，岩性主要为含生屑泥晶/泥质灰岩、含生屑泥岩/泥灰岩。泥质含量较高导致GR曲线值高于风暴滩，1∶500比例尺下呈中—高值尖指型，数值变化幅度大。
3.2 外缓坡上部亚相
外缓坡上部发育于风暴浪基面之下（图5），受风暴作用影响较小，因而对“眼球灰岩”的搬运作用减弱。虽然也发育“眼球灰岩”与“眼皮灰岩”交互岩相，但“眼球”的数量和大小均有减小，“眼皮”增多，占60%以上。该亚相中，“眼球灰岩”为碎屑流微相，“眼皮灰岩”被划分为颗粒流微相和静水泥微相，颗粒流粒屑含量大于20%，具正粒序和逆粒序特征，静水泥以粒屑含量小于15%；微相组合为颗粒流、静水泥夹碎屑流。1∶500比例尺下，该亚相GR曲线特征明显，为茅一段上部或顶部的一段高值区间，呈高—中值尖指型，数值变化幅度大。
4 油气勘探意义
对2种岩相分别开展了孔隙度、渗透率分析：“眼球灰岩”孔隙度分布于0.34%~5.12%之间，小于2%的占68%，平均为1.74%；渗透率分布于（0.002 7~0.19）×10-3 μm2之间，介于（0.001~0.1）×10-3 μm2的占98%，平均为0.018×10-3 μm2。“眼皮灰岩”孔隙度分布于0.50%~6.40%之间，大于2%的占55%，平均为2.42%；渗透率分布于（0.003 1~2.03）×10-3 μm2之间，大于0.01×10-3 μm2的占46%，平均为0.065×10-3 μm2 （图6）。
显然，“眼皮灰岩”的储集物性明显优于“眼球灰岩”，对茅一段2种岩相分别开展储层分析是可行且必要的。本文提出的沉积相划分方案对2种岩相进行了明确的区分，为茅口组非常规油气储层的进一步勘探与评价提供了理论基础。
5 结论
通过对四川盆地中二叠统茅口组一段沉积相分析，取得如下结论和认识。
（1）四川盆地茅一段“眼皮灰岩”的泥质含量高于“眼球灰岩”，反映在电性上，能够应用GR曲线在1∶20比例尺下将二者进行区分，并在1∶500比例尺下识别优势岩相。
（2）海相缺氧环境、大量风暴沉积构造（交错层理、冲刷削截构造等）以及硅质生物碎屑表明，茅一段沉积于缓坡型碳酸盐岩台地环境之下，受到风暴作用及与之伴生的风暴上升流的影响。
（3）基于相标志分析，将茅一段划分为中缓坡外带和外缓坡上部2个亚相。其中，中缓坡外带包括风暴碎屑流、风暴滩、风暴滩间洼地等3个微相；外缓坡上部一般发育在茅一段上部或顶部，微相组合为颗粒流、静水泥夹碎屑流。该划分方案能够明确区分物性较差的“眼球灰岩”与物性较好的“眼皮灰岩”，为茅口组非常规油气储层的勘探与评价提供了理论基础。
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