天然气地球科学, 2020, 31(9): 1216-1224 doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.04.023

天然气地质学

四川盆地川中—川西地区沙溪庙组层序地层特征

肖富森,, 韦腾强,, 王小娟, 关旭, 吴长江, 洪海涛

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041

Research on the sequence stratigraphy of the Shaximiao Formation in Chuanzhong-Chuanxi area, Sichuan Basin

XIAO Fu-sen,, WEI Teng-qiang,, WANG Xiao-juan, GUAN Xu, WU Chang-jiang, HONG Hai-tao

Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610041, China

通讯作者: 韦腾强(1984-)，男，广西马山人，工程师，硕士，主要从事油气勘探地质研究.E-mail: tqwei@petrochina.com.cn.

收稿日期: 2019-12-26   修回日期: 2020-04-08   网络出版日期: 2020-09-02

基金资助: 中国石油西南油气田公司科技项目“四川盆地沙溪庙组勘探潜力及成藏有利区评价研究”.  20190301-17

Received: 2019-12-26   Revised: 2020-04-08   Online: 2020-09-02

作者简介 About authors

肖富森（1963-），男，四川隆昌人，教授级高级工程师，主要从事地震勘探开发综合解释、应用及地震地质综合研究.E-mail:xiaofs10@petrochina.com.cn. , E-mail：xiaofs10@petrochina.com.cn

摘要

河流相是中国中、新生代陆相盆地重要的油气储层类型，而河流相地层划分一直以来也是一个难点。四川盆地川中—川西地区沙溪庙组发育河流相沉积，以陆相高分辨率层序地层理论为指导，通过“点—线—面”结合，对其开展层序地层研究。结果表明：①沙溪庙组可划分为3个三级与5个四级基准面旋回；5个四级旋回分别与沙一段，沙二1、沙二2、沙二3、沙二4亚段对应。②基准面旋回是控制沙溪庙组河道发育特征和叠加样式的主控因素；基准面较高时，可容纳空间大，地层沉积速度快，河道相对孤立，规模较小，地层泥岩含量较大；基准面较低时，地层沉积速率慢，河道原地摆动时间长，相互切割叠置，河道规模较大，地层泥岩含量相对少。沙溪庙组层序地层划分不仅提供了一个高精度的等时地层格架，同时也具有储层预测作用，对沙溪庙组天然气勘探具有重要意义。

关键词： 河流相 ; 层序地层 ; 基准面旋回 ; 沙溪庙组 ; 四川盆地

Abstract

Fluvial facies is a significant type of hydrocarbon reservoirs in Mesozoic and Cenozoic continental basins in China, while the strata division of fluvial facies has always been a difficult theme. In Chuanzhong-Chuanxi area of Sichuan Basin, Shaximiao Formation developed fluvial facies. Based on the theory of continental high resolution sequence stratigraphy, combined with the principle of point-line-plane, this paper attempted to carry out sequence stratigraphy research on Shaximiao Formation. The results showed that: (1) Shaximiao Formation can be divided into three third-order base-level cycles and five fourth-order base-level cycles. The five fourth-order base-level cycles respectively corresponded to the first member, section 1 in second member, section 2 in second member, section 3 in second member, section 4 in second member of the Shaximiao Formation. (2)The base-level cycle affected the development and superimposed pattern of the source channel. When the base-level was high, the accommodation space was large, the strata got deposited quickly, and the channel was relatively spatial independent with small scale, the mudstone content was large. Differently, when the base-level was low, the strata got deposited slowly, the channel migrated frequently and incised each other, resulting in the formation of large scale channel, and the content of mudstone was relatively low. The sequence stratigraphic classification of Shaximiao Formation not only provided a high resolution isochronous stratigraphic framework, but also has a function of reservoir prediction, which is of great significance for gas exploration and development of the Shaximiao Formation.

Keywords： Fluvial facies ; Sequence stratigraphy ; Base-level cycle ; Shaximiao Formation ; Sichuan BasinFoundation item:The Science and Technology Project of PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company（Grant No. 20190301-17）

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本文引用格式

肖富森, 韦腾强, 王小娟, 关旭, 吴长江, 洪海涛. 四川盆地川中—川西地区沙溪庙组层序地层特征. 天然气地球科学[J], 2020, 31(9): 1216-1224 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2020.04.023

XIAO Fu-sen, WEI Teng-qiang, WANG Xiao-juan, GUAN Xu, WU Chang-jiang, HONG Hai-tao. Research on the sequence stratigraphy of the Shaximiao Formation in Chuanzhong-Chuanxi area, Sichuan Basin. Natural Gas Geoscience[J], 2020, 31(9): 1216-1224 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2020.04.023

0 引言

河流相沉积是我国中、新生代陆相含油气盆地中重要的储层类型，但河流相沉积砂体呈现复杂和多变的时空演化规律，单层砂体厚度较小且横向变化较大，缺乏可追踪对比的岩性标志层，因此河流相高精度等时地层单元的划分与对比非常困难，成为油气勘探开发中的重要难题。高分辨率层序地层学强调基准面旋回对砂体结构成因与沉积序列的控制作用，并明确了短期旋回对长期旋回的影响及多层次逐级对比的技术方法，成为河流相等时地层划分与对比的重要方法与途径。探讨基准面变化控制的、不同可容纳条件下的河流相层序构成特点具有十分重要的学术研究与生产实践意义[1-6]。

此前沙溪庙组不是四川盆地陆相地层的勘探和研究重点层位，总体研究程度较低，只在川西南平落坝、川东北五宝场、蜀南大塔场、川西中江等地有零星发现。经过近几年对沙溪庙组展开系统的综合地质研究发现，四川盆地沙溪庙组纵向上河道砂体非常发育，平面上广泛分布，储集条件较好，具有非常大的勘探潜力，目前已在川中—川西地区秋林、金华、八角场、盐亭等地获得重大天然气勘探突破，单井最高测试产量达35×104 m3/d，使沙溪庙组成为四川盆地油气勘探的一个新热点[7-8]。

沙溪庙组是一套巨厚的陆相碎屑沉积，地层厚度大（约为1 000~2 000 m），但河道砂体普遍相对较薄（厚约为10~20 m）。此前依据叶肢介页岩划分为沙一段、沙二段，该分层方案由于厚度过大，使砂体跨区域、长距离对比变得十分困难，无法满足河道砂体精细刻画要求，严重制约了勘探开发进程。为此，笔者利用测井、录井、岩心、地震等资料，以河流相高分辨率层序地层理论为指导，由点—线—面，井震结合对四川盆地川中—川西地区沙溪庙组开展层序地层研究，解剖基准面旋回控制下的层序构成特征，为后续各方面研究和井位部署、储量计算等提供了更为精细、准确的等时地层格架，具有重要意义。

1 区域地质概况

自震旦纪以来，四川盆地整体以沉降为主，但构造—沉积具多旋回性，致使纵向上发育多套油气层。盆地的构造—沉积可划分为两大旋回：①震旦纪—中三叠世为海相沉积，以碳酸盐岩为主；中三叠世末，受印支运动影响，上扬子地区整体遭受抬升，海侵作用结束，且盆地内部遭受剥蚀；②晚三叠世，发生浅海台地到内陆湖盆的转变，发育海陆过渡相沉积；侏罗纪—古近纪发育陆相沉积，沉积一套厚层碎屑岩[9-11]。

沙一段中上部地层沉积时，研究区内湖水已经完全退出，盆地北部均以河流相为主。岩性主要为紫红色泥岩夹浅灰色砂岩。发育点坝、决口扇、河漫滩等微相。沙一段沉积末期盆地经历了一个短暂的浅湖相沉积环境，形成了数米厚的叶肢介页岩，然而时间较短，之后便又恢复了河流相沉积环境。沙二段沉积时期盆地一直保持以陆上强氧化沉积环境为主，沉积了大套厚层的河流相地层，直至沙溪庙组沉积结束。地层岩性特征为大套的紫红泛滥平原泥夹灰色、灰绿色河道砂体。盆地西部，龙门山前缘以冲积相砾岩、砂砾岩为主，砾岩成分复杂，排列混乱，砂岩中发育大型斜层理[12-15][图1(a)]。

图1

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图1   侏罗系地层综合柱状图（a）与研究区位置（b）

Fig.1   The comprehensive stratigraphic histogram of Jurassic strata(a) and the location of study area(b)


本文以四川盆地川中—川西地区为研究区[图1(b)]，开展沙溪庙组层序地层研究，解剖沙溪庙组内部基准面旋回及层序构成特征，为该区沙溪庙组致密砂岩气勘探生产提供重要支撑，获得良好成效。

2 河流相层序地层划分方案与原则

目前，国内外学者针对河道型地层（包括陆相河流、三角洲平原和前缘的分流河道）做了大量探讨与研究[16-25]，其中最为典型的是WRIGHT等[26]通过分析基准面变化探讨不同河型在纵向上的演化，提出了基准面—河型演化模式，具有很强的预测功能（图2）。

图2

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图2   河道型层序地层单元构成特点（据文献[26]修改）

Fig.2   Formation characteristics of sequence stratigraphic units of channel type (modified after Ref.[26])


国内邓宏文等[27-28]指出河流结构是可容空间/沉积速率（A/S）值与可容纳空间变化的函数。可容空间较低时，河道砂体以垂向加积作用为主，底部发育明显的冲刷侵蚀面，彼此切割、相互叠置强烈，具有较低的泥岩含量；可容空间较高时，河道侧向加积作用较强，河道砂岩被大套泥岩包围而孤立分布，具有较高的泥岩含量；可容空间为两者之间时，侧向与垂向上河道均彼此叠置，分布特征具有网毯式特征。可容空间（A）和沉积物供给速率（S）的变化综合效应表现为基准面旋回变化，因此基准面高低变化影响河道垂向或侧向规模、泥岩含量。

3 沙溪庙组基准面旋回控制下的层序构成特征

依据高分辨率层序地层学原理，从点—线—面的解剖思路出发，揭示沙溪庙组的层序构成样式是一项聚焦当前勘探有利层系、优选重点河道砂体的基础性工作。

3.1 单井上沙溪庙组基准面变化及层序构成特征

沙溪庙组岩性主要为砂、泥岩。通过岩心—测井标定，砂泥岩的伽马、声波测井值具有明显分异，砂岩伽马值较低、声波时差小，泥岩伽马值高、声波时差大（图3）。对秋林地区砂泥岩经标准化处理后的GR值、声波速度、测井解释泥质含量（Vsh）数据进行交会分析表明，三者具有较好的相关性（图4）。岩石泥质含量越高，GR越大，速度越小；砂质含量越高，GR越小，速度越大。因此，GR、AC测井曲线可以较好地反映地层岩性变化。

图3

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图3   沙溪庙组沙二段河道砂岩心综合柱状图

Fig.3   Comprehensive core histogram of channel sandstone of the second member of Shaximiao Formation


图4

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图4   秋林地区沙溪庙组砂泥岩速度、GR交会图

Fig.4   The cross-plot diagram of velocity and GR of the sedimentary stone of Shaximiao Formation in Qiulin area


依据陆相层序地层学理论，河流相地层中基准面变化控制了砂、泥岩含量，因此可以利用泥岩含量的纵向变化特征来识别基准面变化（图5）。

图5

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图5   沙二1亚段砂层组基准面变化控制的地层砂泥岩含量和速度变化特征（H井）

Fig.5   The change characteristics of sand and mudstone content controlled by base level cycle（Well H）


通过分析单井纵向声波速度和砂泥岩含量变化趋势（图4），可将沙溪庙组划分为5个四级旋回，沙一段对应一个下降旋回，沙二段对应2个上升、2个下降旋回，并根据4个基准面旋回将沙二段划分为沙二1、沙二2、沙二3、沙二4共4个亚段。

沙一段自下而上表现为地层声波速度逐渐增大，泥岩含量减小、砂岩含量增大，上部河道较发育，河道规模也较大，为一基准面下降过程。

沙二1亚段自下而上速度逐渐增大，泥岩含量逐渐减小、砂岩含量增大，上部河道规模、砂体厚度较下部大，为一基准面下降过程。沙二2亚段自下而上速度减小，上部河道规模、砂体厚度较下部要小，泥岩含量逐渐增大，砂岩含量减小，为一基准面上升过程。沙二3亚段自下而上速度减小，泥岩含量逐渐增大，为基准面上升过程。沙二4亚段自下而上速度增大，泥岩含量逐渐减小，为一基准面下降过程。

整体上沙溪庙组自下而上沙一段、沙二1亚段为泥岩含量逐渐减小，砂岩含量增大，河道逐渐较发育的过程，是一个基准面下降旋回，沙二2亚段、沙二3亚段反之，为基准面上升旋回，沙二4亚段则为基准面下降旋回，分别对应一个三级基准面下降、上升、下降旋回（图6）。

图6

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图6   川中地区沙溪庙组单井层序地层划分

Fig.6   Sequence stratigraphic division of single well in Shaximiao Formation, Chuanzhong area


3.2 剖面上沙溪庙组基准面变化及层序构成特征

通过井震标定，该区沙溪庙组砂、泥岩声波速度上存在显著差异，较强的波阻抗差异使河道形成较强的地震反射，且砂岩厚度与地震反射强度具有较好正相关性，即河道砂体越厚，反射越强。由此，可通过地震剖面上“亮点反射”的宽度和地震强度来判断河道规模大小，从而分析纵向上河道的发育程度、规模和分布特征，进而分析基准面的变化特征和层序构造样式。

通过地震剖面可见，沙一段下部地震反射总体较弱，河道较不发育，中上部河道较发育，地震反射逐渐增强，为一基准面下降过程。沙二1亚段下部为弱振幅反射，河道相对不发育，且河道地震反射较弱、规模小。沙二1亚段、沙二2亚段界面上下，河道较发育，且河道反射能量强，河道规模大，表明该界面处为基准面最低位置，形成一个三级层序级别的层序界面（SB），这种层序界面控制着主要河道的分布[图7(a)，图7(b)]。沙二1亚段自下而上基准面由高到低，为一基准面下降旋回。沙二2亚段底部反射较强，中上部河道相对不发育，为一基准面上升过程。沙二3亚段底部地震反射强，河道非常发育，中上部河道较不发育，为一基准面上升过程，在沙二3亚段顶部河道最不发育，形成了一个三级层序级别的最大水进界面（Mfs）。沙二4亚段底部为弱反射，向上反射逐渐增强，为一个基准面下降的过程。根据以上分析，可在地震剖面上清晰划分出5个四级基准面上升、下降旋回[图7(a)，图7(b)]。这种河道规模、发育特征与基准面、不同层序界面（SB与Mfs）的关系探讨是河流相层序地层研究的关键所在。

图7

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图7   过井地震剖面沙溪庙组层序划分及河道砂纵向变化

Fig.7   Sequence division of Shaximiao Formation and longitudinal change of channel sand in cross-well seismic profile


3.3 平面上沙溪庙组基准面变化及层序构成特征

如上文所述，河道可形成较强的地震反射，且河道规模与反射强度具有较好相关性，由此可以通过地震振幅属性沿层切片来分析平面上河道的发育特征和地层砂泥岩比例关系，进而可通过纵向上一系列振幅属性切片研究河流相地层的基准面变化特征。

通过研究区某三维地震一系列沿层均方根振幅属性切片可见（图8），沙一段自下而上河道越来越发育，且河道规模越来越大，表明该时期为一个基准面下降过程。沙二1亚段自下而上河道越来越发育、河道规模越来越大，为一个基准面下降过程。沙二2亚段自下而上河道规模越来越小，数量减少，为一个基准面上升过程。沙二3亚段下部地震反射强，河道非常发育，向上河道逐渐不发育，且规模越来越小，为基准面上升过程。沙二4亚段总体地震反射较弱，上部河道相对较发育，为一个基准面下降过程。

图8

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图8   秋林地区沙溪庙组层序地层划分及沿层地震均方根属性切片

Fig.8   Sequence stratigraphic division of Shaximiao Formation in Qiulin area and seismic root mean square attribute section along the stratum


综上所述，通过平面属性角度分析得出的基准面变化控制下的层序构成样式特征与上述单井（点）、地震剖面（线）分析得出的结论是一致的。

4 沙溪庙组层序地层特征及其勘探开发意义

通过从单井（点）、井—震结合剖面（线）平面属性（面）等点—线—面三位一体的综合分析认为，沙溪庙组可划分为3个三级基准面下降/上升旋回，5个四级基准面下降/上升旋回，分别对应3个三级层序和5个四级层序。

基准面较低时期（层序界面SB附近，沙一段顶部、沙二1亚段顶部、沙二2亚段底部以及沙二3亚段底部），河道砂较发育，泥岩含量相对少，河道规模也较大，是储层发育的有利位置，也是勘探有利层段。这种基于基准面旋回对河流相地层的层序划分（图9）不仅提供了可用于对比的等时地层格架，也对河道砂体、储层的发育和分布具有预测作用，对油气勘探具有重要的意义。基准面较高时期（Mfs附近，沙一段底部、沙二4亚段底部），河道规模较小，泥质含量相对较高，储层的物性也相对较差。

图9

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图9   川中—川西地区沙溪庙组层序演化模式及河道砂发育分布特征

Fig.9   The sequence evolution pattern, and the characteristics of channel sand development and distribution of the Shaximiao Formation in Chuanzhong-Chuanxi area


同时对研究区河道的宽度进行统计发现，河道的宽度与基准面（A/S值的变化）有较好的对应关系，沙二1亚段顶部为基准面较低时期（A/S值较小），河道的宽度较大，河道宽度最大值达到3 km。沙二3亚段顶部为基准面较高时期（A/S值较高），河道的宽度较小，河道宽度通常为100~200 m。基准面（A/S值）与河道宽度的这种关系能够指导后续有利河道的选择（图10）。目前，川中地区秋林、金华、八角场等构造沙溪庙组勘探均已获得重大勘探突破，产气河道砂组主要位于沙一段上部和沙二1亚段中上部，均为基准面较低时期。该时期河道砂体规模较大，储层发育，储集条件好，含气性好。通过区域性层序地层对比，及勘探范围不断扩大，沙溪庙组天然气勘探将展现更大的勘探开发前景。

图10

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图10   基准面变化（A/S值）与河道宽度关系

Fig.10   Relationship between the base-level change (A/S ratio) and the channel width


5 结论

（1）河流相地层的层序地层划分和对比一直是困扰油气田勘探开发的重要难题。在河流相地层中，基准面变化控制了地层的叠加样式、河道的发育和分布规律、砂泥岩比例等，而通过测井、地震结合分析地层纵向上砂泥岩比例，河道砂发育程度，砂体规模、厚度等变化特征，从而实现河流相地层层序构成解剖的方法是切实可行的，对其他地区也具有借鉴意义。

（2）本文根据高分辨率层序地层原理对沙溪庙组的层序地层划分，在区域上是能够追踪对比的，在生产实际中具有较强的可操作和实用性，不仅提供了一个精细的等时地层格架，对河道砂体发育特征和平面分布也具有预测意义，紧密结合生产，大力支撑了井位部署、储量计算、开发方案设计等工作，对河道型致密气勘探具有重要意义。

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