礁滩相碳酸盐岩气藏精细描述与开发技术

**章 礁滩相碳酸盐岩发育环境 礁滩相碳酸盐岩发育环境具有特殊性。由于生物礁和生屑滩属生物成因，鲕粒滩、粒屑滩等对物源、水动力条件要求较苛刻，其空间分布分散和地质特征变化很快，故地层划分对比、沉积相的识别与微相细分、岩石及其组合特征分析既重要又十分困难。本章在四川盆地二叠纪—三叠纪礁滩体发育区域地质背景研究基础上，以现代生物礁形成环境与发育特征分析成果为指导，建立了礁滩相层序划分对比方法和点、线、面相结合的沉积微相识别划分方法，从典型井单井相分析入手，充分利用岩心、分析化验、测录井、三维地震等资料，开展几个地区礁滩相微相及演化、碳酸盐岩发育特征研究。 **节 四川盆地二叠纪—三叠纪礁滩体发育区域地质背景 一、礁滩体发育的构造——古地理环境 四川盆地具有明显的多旋回特点，经历了前震旦纪(AnZ)基底形成阶段、Z1—T2克拉通盆地阶段、T3x前陆盆地阶段、侏罗纪—中新世拗陷盆地阶段的构造演化(李启桂等，2010)。 晚二叠世晚期(即长兴期)，四川盆地基本属克拉通台盆性质。在巴中-安康-黄石以北为被动陆缘，向南地势较平坦，并且在伸展构造环境下，总体为西高东低的台地及其中一些北西向展布的深拗。在长兴期经历一次从早期到晚期的海水进退旋回，在现今四川盆地东北部地区整体呈现台-盆(海槽)相间的古地理格局，分别在蓬溪-武胜、开江-梁平、城口-鄂西形成深水环境(图1-1)。其中前者较浅，整体为台洼；中者较深，马永生等(2006)称之为陆棚，但王兴志等(2002)和王一刚等(2006)认为是海槽；后者*深，为海槽。在开江-梁平陆棚两侧发育了开阔台地、台内浅滩、台缘礁滩、台缘斜坡等沉积微相组合带，其中普光气田的礁滩是其东缘礁滩组合带的典型代表，而元坝气田、龙岗气田的礁滩则为西缘典型代表；城口-鄂西台间海槽的台地边缘礁、滩相也十分发育，沿台间海槽伸展方向呈线状或点状展布，其北部的鸡唱、盘龙洞、河口、渡口和满月等地均发育有生物礁、滩。 生物礁：按照通常定义是指具有一定数量的原地造礁生物格架，能够抗击较强的风浪，地形上常凸起的、独立的碳酸盐沉积体。由于造礁生物生长快，以其为格架形成的礁体(即碳酸盐沉积体)远比其周边同期沉积物厚。 生物礁的造礁生物可以是珊瑚虫，也可以是藻类、苔藓虫、钙质海绵、层孔虫及古杯类动物等多种生物。生物礁的内部都含有丰富的造礁生物的化石。不同地史时期造礁生物不同，而且不同造礁生物的造礁作用与能力不同。 虽然生物礁可发育在碳酸盐岩台地内部(如点礁和岸礁等)、碳酸盐岩台地边缘(一般叫边缘礁)、盆地内部(常为塔礁和马蹄形礁)，但在四川盆地，现今发现*重要的是边缘礁，即沿深水陆棚或海槽两侧的台缘发育的生物礁。 图1-1 四川盆地长兴组二段沉积相图(据段金宝，2016修改) 由于台缘附近生物发育，同时水动力强度较高，故在台缘生物礁之间及向台地内部的地带同期形成各种滩，如生屑滩(主要是粒级较粗的生物碎屑灰岩、生物灰岩)、鲕粒滩(灰岩)等。这些滩体相对颗粒粗、物性好，也是重要的油气储层。 在一些地区岸边还发育一定高度的风成沙丘，向外则是一个相对有一定坡度的开阔台地，沉积物主要是泥晶灰岩和泥质灰岩，颗粒由岸至海逐渐变细，直到台地边缘出现更大坡度的斜坡。 二、不同台缘环境礁滩体发育特征 同样位于开江-梁平陆棚的侧翼台地边缘，礁滩体发育特征有较大差异。 元坝地区长兴组生物礁、生屑滩数量多(三维地震区内能识别出的礁滩体多达几十个)，但单个生物礁、生屑滩规模小(面积小于5km2的礁滩体占绝大多数)；平面上生物礁分散，呈4个带展布，而生屑滩则散布在生物礁之后较大的范围内；纵向上多个礁滩体复杂叠置。普光地区则不同，长兴组—飞仙关组生物礁个数少(在三维地震区里仅5个)，粒屑滩也仅1个，但规模大，特别是厚度远比元坝礁滩大，形成下礁上滩简单叠置关系。 造成发育特征变化的原因是沉积背景不同，经过仔细对比分析，发现开江-梁平陆棚是非对称发育的(图1-2、图1-3)。其东翼较陡，形成陡坡，在海水进退大旋回中的多次海平面升降引起的环境变化主要是一个狭窄地区(其中一段即为普光地区)海水整体深浅变化，而非横向上迁移变化，故造礁生物基本固定在这狭窄地区生长或死亡，持续叠加即形成较大规模(特别是巨厚)的礁滩体。其西翼较缓，形成一个面积较大的缓坡，特别是元坝一带坡度很小，在海平面多次升降时，适合造礁生物生长的环境(如水深、透光性等)在横向迁移，从而造礁生物在多个地带生长但每个带生长时间短，因此形成多个平行的礁带。每个礁带由多个礁连接而成，同时在礁带之后的较宽区域内形成大量生屑滩，这些礁体和滩体面积小、厚度小，相互之间有叠加、并置，但彼此连通性差。 图1-2 元坝长兴组上段沉积相图 图1-3 普光长兴组沉积相图　　 三、长兴期后区域地质演化特征 长兴组沉积之后，在早、中三叠世，四川盆地区域构造基本延续了二叠纪晚期的格局、整体呈现为西高东低，原有台洼、陆棚及海槽在该时期逐渐变浅，形成一套广泛分布，厚度大(约1000余米)、岩性比较稳定的台地相碳酸盐岩沉积，其间发育一些粒屑滩(如鲕粒滩、砂屑滩)和生屑滩。中三叠世末发生印支运动，挤压作用使四川盆地形成，在盆地内部发生了隆升和剥蚀，形成泸州-开江古隆起，在北缘米仓山-汉南隆升造山。 自晚三叠世始，四川盆地进入陆相盆地演化阶段，在四周挤压造山同时，盆地内部逐步从残留海沉积发展为陆相湖盆沉积，发育了巨厚的上三叠统须家河组、侏罗系和下白垩统地层。特别是在川西、川东北等地区形成典型的前陆盆地，累计陆相地层厚达5000m以上。到晚白垩世—新生代，四川盆地表现为快速隆升，整体遭受长期剥蚀，剥蚀厚度一般均在1000m以上。 在这一大降大升的过程中，长兴组礁滩相储层受到早期快速压实、中期高温高压作用和酸性流体作用、晚期泄压降温的影响，成岩作用十分复杂，形成有效储层与非储层混杂、储层物性总体较差且非均质性强、储集体间连通性差、气水关系复杂的特征。 第二节 现代生物礁形成环境与发育特征 为了深入分析川东北二叠系生物礁发育特征，笔者团队采取将今论古的思路，实地考察了澳大利亚大堡礁，并聘请了澳大利亚昆士兰大学Jell教授(2011a，2011b)做系统讲解，同时阅读了大量期刊文献和网络信息，开展了现代生物礁形成环境与发育特征研究。 一、生物礁一般形成环境 (一)造礁生物及其生长环境 在某一环境中，能否发育生物礁，主要取决于该环境中造礁生物是否发育。现代生物礁一般称为珊瑚礁，是指珊瑚群体死后其遗骸构成的岩体，即珊瑚是其造礁生物。珊瑚是海洋中的一种腔肠动物，在生长过程中能吸收海水中的钙离子和二氧化碳，然后分泌出石灰石，变为自己生存的外壳。每一个单体的珊瑚只有米粒那样大小，它们一群一群地聚居在一起，一代一代地新陈代谢，生长繁衍，同时不断分泌出石灰石，并黏合在一起，再经过压实、石化，形成珊瑚礁。 虫黄藻与珊瑚共生，它吸收珊瑚排出的CO2，为珊瑚提供钙质，形成骨骼中甲壳质(几丁质)的有机成分，它们构成一个相互依存的生态系统。红藻中的珊瑚藻是完全钙化藻，可形成层状骨架，参与造礁。藻屑是珊瑚礁中常见的组分，一般占20%～50%。藻类还可黏结礁骨架和生物屑，并有富镁作用，形成高镁方解石。 珊瑚生长的水深范围是0～50m，*佳水深为20m以浅；水温为20～30℃，*佳水温为23～27℃；海水盐度为27‰～40‰，*佳盐度范围是34‰～36‰；一般还需要较清澈的海水，较强的光照(平均光照率在50%及以上)，适度的风浪，溶解有充足的O2、CO2等气体和N、P等物质。另外，不能有大型河流注入，因为大量河水注入将导致海水盐度降低，海水透明度低，会使珊瑚窒息而死。因此，生物礁(即珊瑚礁)主要发育在热带海区，我国南海和澳大利亚东北海域即处于珊瑚礁发育*佳地区。 (二)生物礁发育特征 珊瑚礁的发育步骤：原生骨架的建造、骨架被破坏形成碎屑、碎屑的搬运、碎屑的沉积——沉积/障积/捕获、骨架和碎屑沉积物的均一化——黏结、包壳、胶结。这一过程基本是珊瑚生长过程及其死亡后成岩过程。 一般而言，珊瑚礁总是生长于海底的正地形上，如大洋中的平顶海山、海底火山、大陆架的边缘堤及构造隆起上。往往在海平面上升时，使原来陆地边缘起伏不平的地形，如低丘地带，整体淹没在海洋中，仍然未被淹没的高地称之为陆岛，而在海平面之下的高部位(即正地形)则形成岸礁、点礁、带状礁和群礁(图1-4)。 图1-4 生物礁形成环境变化模式(据Jell，2011b) 在不同的海底地形上水动力作用不尽一致，因此地形特征有时对礁体发育有很大影响。如极浅的平缓海底往往形成离岸礁；而岸坡较陡，则礁体紧贴岸线发育。珊瑚在海底固着生活，在坚硬的岩石基底上发育较好，部分属种也可在水下砂坎上发育，说明对底质有一定的选择。 一般迎风浪一侧礁发育较好。新月形和马蹄形礁体的凸面是迎风迎浪的。如果风浪有季节性变化，礁的形状会出现双马蹄形。所以根据古代礁的形态可判断古风向。过强的风浪使珊瑚虫难以在基底上固着，不发育礁。 当海平面稳定时，珊瑚礁平铺发展，但厚度不大；当海平面上升时，礁体快速增长，可发育成塔形、柱形，礁层厚度较大，但若海平面上升过快，有的礁体可能深溺于海面以下成为溺礁；当海平面下降时，礁体生长受阻，甚至高出水面而死亡，礁层厚度不大。 正常情况下，珊瑚礁形成于低潮线以下50m浅的海域，高出海面者是地壳上升或海平面下降的反映；反之，则标志该处地壳下沉。 二、大堡礁现代地理组合模式及沉积特征 (一)基本情况 大堡礁是目前海洋中*大的生物礁系统，位于澳大利亚东北沿海地带，是太平洋西缘滨浅海区。大堡礁北至Papua湾(纬度9°15′S)的Bramble和Anchor礁岛，南到Lady Elliot岛和Breaksea Spit(纬度24°10′S)之间的海峡；西至Torres Strait礁群(经度145°55′E)和昆士兰海岸，东至大陆架边缘，*东边位于Swains complex(经度152°50′E)。整个大堡礁南北长度2300km，东西宽度30～300km，面积265000km2，其间礁体约3500个，合计礁体面积超过25000km2，不到该带总面积的10%。澳大利亚原本是古地盾，大地构造非常稳定，但在白垩纪开始拉张。古近纪又开始拉张，在澳大利亚昆士兰以东形成由多条地堑组成的深水盆地，其两侧为大陆架，水体较浅，特别是其西侧基本处于200m以浅的较平缓的环境。另外，澳大利亚板块一直在北移，在约20Ma前该带北边即达到南纬20°，形成较好的生物礁发育环境，因此生物礁年龄*老可有20Ma；现今整个带处于南纬10°～23°，热带气候和暖洋流利于珊瑚等造礁生物生长，从而形成全球著名的大堡礁，其中南端生物礁年龄＜2Ma。 目前关于大堡礁的内部地层、岩性等的信息较少，只有16口钻井资料和有限的地震资料。钻井资料(图1-5)显示，不同地区礁体发育情况及内部岩性组合不同。礁体岩石主要包括礁灰岩、泥质珊瑚灰岩、红藻灰岩，其下的非礁体岩石包括灰岩、钙质砂岩、石英质砂岩等。似乎有距离陆地边缘越近礁体岩石越薄之趋势。北部是礁灰岩、泥质珊瑚灰岩、红藻灰岩组合，而南部则为较单一的礁灰岩。 (二)典型生物礁特征——苍鹭岛 1. 苍鹭岛基本情况 苍鹭岛(Heron Island)是大堡礁中一个典型的生物礁，位于大堡礁的南部，规模中等(9.5km×4.5km)。苍鹭岛珊瑚礁是世界上研究*为深入的生物礁之一。按照Hopley(1982)对台地礁发展阶段的划分，苍鹭岛生物礁处于生物礁发育的成熟期，属于壮年礁。从该岛钻井岩心分析看(图1-6)，苍鹭岛在晚更新世至全新