川西北部地区上二叠统吴家坪组的地层划分及有利储集岩分布

曾 琪 胡 欣 屈海洲 李泯星 刘茂瑶 李彦锋 张祎蕾

1.中国石油西南油气田公司川西北气矿 2. 西南石油大学地球科学与技术学院

3.中国石油碳酸盐岩储集层重点实验室沉积—成藏研究室

0 引言

四川盆地西北部是四川盆地油气勘探的重点领域，也是四川盆地天然气增储上产的后备地区[1-3]。yb29井在上二叠统吴家坪组生屑灰岩中获得103 104m3/d的高产气流，yb7井在紧邻吴家坪组的茅口组顶部凝灰岩以及相邻的九龙山构造带L17井吴家坪组顶部云质灰岩中均获得工业气流，一系列勘探成果表明该地区吴家坪组巨大的勘探开发前景[4-5]。研究区上二叠统吴家坪组岩性复杂，发育有颗粒灰岩、白云岩、火山碎屑岩等多种岩性，只有在准确划分地层的基础上，才能有效开展后期有利储集岩分布等研究工作[6-8]。目前针对四川盆地西北部吴家坪组的研究存在如下问题：①吴家坪组在区内前期勘探主要作为生油层和兼探层考虑，资料录取不够齐全、研究程度较低；②前人对吴家坪组的研究多侧重于沉积特征、沉积环境的分析，对地层的划分研究较少，不能满足目前勘探开发的需要。鉴于上述原因，在前人研究的基础上，综合岩屑、测井、野外剖面、地震、古生物等资料开展地层划分及分布，研究有利储集岩的展布，对油气勘探具有重要意义[9-12]。

1 地质背景

研究区位于绵阳市－广元市一带，构造位置主要位于四川盆地西北部的川北坳陷低缓带、龙门山断褶带，包括双鱼石、元坝、九龙山等地区（图1）。研究区海相吴家坪组与川西南部地区火山岩相的峨眉山玄武岩、过渡相带的龙潭组，受到火山作用影响三者为“同期异相”[7,11]。四川盆地吴家坪组自西南至东北方向，显示出火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩、泥质岩夹煤、碳酸盐岩、硅质岩的岩性变化特征[11-15]。下伏的茅口组沉积时期，四川盆地为碳酸盐岩台地相沉积，之后吴家坪组沉积期，东吴运动使得西南部雅安－峨眉的康滇古陆地垒区形成了巨厚的峨眉山玄武岩，大邑－眉山一带则为富含火山碎屑物质的宣威组碎屑岩类，四川盆地西北部为滨岸沼泽、浅水碳酸盐岩等沉积，且富含火山碎屑物质[16-20]。可见，研究区吴家坪组岩性较复杂，包括王坡页岩、泥岩、硅质岩、火山碎屑岩、石灰岩、白云岩及其过渡岩类。

图1 研究区地理位置图

2 划分方案

2.1 顶底界线确定

2.1.1 古生物特征

四川盆地二叠系具有丰富的生物组合，其中重要的化石有牙形石、䗴、有孔虫、珊瑚、腕足类，生物分异度及生物丰度较高。由于二叠纪末的生物大灭绝，绝大多数生物未能延续到三叠纪，使得吴家坪组底界愈发明显。吴家坪组以含有丰富的Codonofusiella动物群为代表，其底部王坡页岩生物化石较缺乏，上部颗粒灰岩、硅质生屑灰岩以浅海底栖动物群为特征。在广元车家坝、屋基坪和广元峡沟煤矿野外剖面观察中，在其下伏地层茅口组顶部见典型中二叠统生物阿尔图菊石，且其硅质岩中见大量骨针（图2a）、放射虫等深水生物，明显异于王坡页岩沉积环境。双鱼石地区吴家坪组生物组合主要有翁格达藻、二叠钙藻、裸海松、米齐藻、始角藻、蠕孔藻、假蠕孔藻、中华孔藻等，浅水底栖有孔虫类、䗴类、腕足类、腹足类、双壳类、珊瑚、介形虫、苔藓虫、棘屑及海绵骨针等，组成虫-藻组合，吴家坪组生屑有䗴（Codonofusiella）、有孔虫、钙藻、梁山珊瑚、长身贝类（图2b-f）。吴家坪组上覆地层为长兴组，以古䗴为进入长兴组的标志性生物。元坝地区吴家坪组生屑有纤维海绵、单体珊瑚、群体珊瑚、棘皮类、腕足、绿藻、介形虫；吴家坪组生物组合有腕足、䗴、有孔虫、珊瑚。九龙山地区吴家坪组生屑有少量二叠钙藻、管孔藻，此外还可见䗴、棘屑、介形虫、腹足、海绵、苔藓、单体和群体珊瑚，吴家坪组生物组合有蠕孔藻（Vermiporella）、假蠕孔藻（Pseudovermiporella）、米齐藻（Mizzia）和炭孔藻（Anthracoporella）、䗴（Codonofusiella）、棘屑、介形虫、苔藓虫、介形虫、腕足。

图2 川西北部吴家坪组古生物类型图

2.1.2 岩性及电性特征

基于单井岩屑薄片、野外露头岩性及薄片、自然伽马曲线，四川盆地西北部吴家坪组底部为一套稳定分布的“王坡页岩”（图3a）。因研究区在沉积初期主要处于近岸地带的滨岸沼泽及平原环境，因而沉积形成以深灰色、灰黑色的泥岩、碳质泥岩、凝灰岩及其过渡岩性为特征的“王坡页岩”（图3b）。吴家坪组与下伏茅口组为不整合接触，二者的岩性、颜色等存在明显区分（图3c-d），对应测井曲线响应特征明显，硅质泥岩段自然伽马值80～150 API，低—中电阻率（图4）。吴家坪组顶界与上覆地层为整合接触关系，在龙岗西－元坝一线以北地区，上覆地层为以黑色－深灰色泥岩、硅质泥岩为主的大隆组（图3e），自然伽马为120～150 API、低电阻率；而在双鱼石地区，上覆地层为长兴组（图3f），岩性为浅灰色厚层状颗粒灰岩，硅质含量明显减少，自然伽马30～60 API、低电阻率（图4）。吴家坪组顶部主要为灰色厚—中层生屑灰岩、砂屑灰岩，硅质含量较高，自然伽马10～70 API、齿状高电阻率。因此，通过岩性、层厚、硅质含量、生屑类型及电性特征等，可以确定吴家坪组顶底界线。

图3 江油地区坪上剖面上二叠统吴家坪组野外剖面图

图4 st2（a）及L17井（b）上二叠统吴家坪组顶底测井曲线特征图

2.1.3 合成地震记录标定

充分利用三维地震资料，根据多口井合成地震记录精细标定和吴家坪组顶、底界地震反射特征来确定地层顶底界线。吴家坪组顶部与上覆长兴组底部为对应较好的石灰岩，在地震剖面上多表现弱波峰，自然伽马值偏低，部分井在顶界出现伽马尖峰；而九龙山地区大隆组底部存在泥岩导致吴家坪顶界附近出现高自然伽马值，地震反射波峰变强。由于吴家坪组底部存在一套王坡页岩将下伏茅口组与吴家坪组之间的不整合面填平补齐[21]，王坡页岩具有高自然伽马特征，茅口组石灰岩向王坡页岩过渡使得底界在地震剖面中表现为强振幅反射特征。一系列典型井井震标定结果表明：

在双鱼石地区，st8井吴家坪组顶部标定为弱波峰，吴家坪组底界对应为中－强波峰，st8井合成记录相关系数0.73（图5a）。sy132井其顶界标定为中—强波峰，底界标定为低频、强振幅的波峰（图5b），合成记录相关系数介于0.81～0.89。龙岗西地区吴家坪组lg70井吴家坪组顶界标定为弱波峰，吴家坪组底界标定为中－强波峰（图5c），lg70井合成记录相关系数0.72。九龙山地区吴家坪组电性特征有2种：一种伽马曲线电性特征呈纺锤状（图5d），典型井为LT1井；一种伽马曲线电性特征较为平直，典型井为L17井。其中LT1井区吴家坪组顶界标定为强波峰，吴家坪组底界标定为强波峰－零相位（图5d），合成记录相关系数介于0.85～0.89。

图5 吴家坪组典型井合成地震记录标定图

2.2 内部分段

综合野外剖面和单井的岩性、电性、沉积旋回等特征的对比分析，对吴家坪组进行分段，建立了各段的划分方法，自下而上划分为吴一段、吴二段、吴三段。

2.2.1 野外剖面

基于江油坪上、葛底坝两条野外剖面开展的实测工作，以坪上剖面为例，对四川盆地西北部吴家坪组进行地层划分研究。坪上剖面露头出露较好，吴家坪组总厚度为105 m，其岩性以碳酸盐岩为主，出露的岩性有砂屑生屑灰岩、生屑灰岩、含灰质细晶白云岩、泥晶灰岩、泥灰岩、硅质岩、含硅质灰岩等，生屑组合主要有棘屑、藻屑、腹足等。坪上剖面整体由下至上划分为三段（图6）。

吴一段野外实测自然伽马值从下往上数值呈高－低的趋势，形状多为锯齿夹钟形，局部夹有小尖峰值，根据岩性和测井曲线的变化，将吴一段划分为两个沉积旋回，并将吴一段细分为从0～7的8个小层，各层岩性自下而上分别为铝土质泥岩、灰色薄层硅质岩、灰色中层砂屑生屑灰岩、灰色中层生屑砂屑灰岩、灰色泥晶生屑灰岩、灰色中层残余生屑云质灰岩、灰—浅灰色厚层砂屑灰岩、灰白色—灰色块状亮晶砂屑灰岩，顶部见残余生屑云质灰岩。其中，在第7层也可见硅质，呈伞状、丁字形。

图6 江油地区坪上剖面上二叠统吴家坪组综合柱状图

吴二段水动力较吴一段能量低，野外实测自然伽马从下往上数值呈高—低—高—低—高—低的3个重复旋回，根据自然伽马与岩性的变化的趋势可以将吴二段划分为3个沉积旋回，并将吴二段自下而上划分为8～19的12个小层。其中8层为灰白色—灰黑色厚层—块状砂屑灰岩，含硅质砂屑灰岩，夹含云质生屑灰岩，内部发育多个向上变浅的旋回；9层为薄层硅质岩；10层为深灰色块状泥晶生屑砂屑灰岩；11层为灰白色块状硅质岩；12层下部厚层含灰砂屑云岩；13层为浅灰色厚层含灰砂屑云岩、顶部见硅质岩；14层为灰白色块状含灰质细晶云岩；15层底部发育薄层黑色泥灰岩，灰色薄层泥晶灰岩，中上部发育黑色薄层泥晶灰色—浅灰色薄层含砂屑泥晶灰岩，见少量生屑；16层为灰黑色薄层泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、泥晶砂屑灰岩互层，表现为向上变浅的旋回；17层为灰色薄—中层砂屑灰岩夹灰白色白云岩；18层为灰黑色中—薄层硅质生屑泥晶灰岩、砂屑泥晶灰岩、泥晶灰岩。

吴三段厚度为23 m，野外实测自然伽马从下往上数值呈高—低—高—低—高—低的三种趋势，划分为3个沉积旋回，结合岩性特征，该段自上而下划分为20～25的6个小层，20层岩性为灰白色中—薄层凝灰质，见深色毫米级泥岩的薄夹层；21层为深灰色生屑砂屑灰岩夹灰白色含云质生屑砂屑灰岩；22层为灰色块状泥晶砂屑灰岩；23层为灰黑色薄层硅质岩；24层为灰色中—薄层状亮－泥晶砂屑灰岩；25层为灰色厚—中层状亮—泥晶砂屑灰岩。

2.2.2 井下与野外剖面沉积旋回的岩电对比分析

通过单井与野外剖面的精细对比可知，吴一段一共有2个沉积旋回，吴二段发育有3个沉积旋回，吴三段发育3个沉积旋回，野外坪上剖面实测伽马值与st12井具有很好的对比性（图7）。双鱼石地区st12井吴一段自然伽马值从下往上呈高—低的变化趋势，岩性自下而上分别为铝土质泥岩、残余生屑灰质云岩、泥—粉晶灰质云岩、泥晶生屑灰岩、残余生屑灰岩、残余生屑云质灰岩夹云质泥晶灰岩，st12井吴一段厚度和坪上剖面吴一段厚度相当，白云岩厚度较坪上剖面厚。吴二段岩性主要为泥晶生屑灰岩、白云岩、泥晶灰岩，在sy001-1、st101、st10井附近吴二段发育厚层凝灰质泥岩、凝灰质粉砂岩、凝灰岩，局部夹少量生屑泥晶灰岩、泥质泥晶灰岩；吴三段岩性多为亮—泥晶生屑灰岩、生屑砂屑灰岩夹泥晶灰岩，分布少量白云岩和凝灰岩。

2.2.3 各段内部电性特征

双鱼石地区吴家坪组具有两类电性剖面（图8）。1）吴二段“高伽马段”+吴三段顶“无尖峰段”：吴三段自然伽马曲线整体表现较平缓，形态为锯齿形，顶部的伽马值由低变高，整段伽马值约30～60 API。电阻率值较高，电阻率值曲线较为平直。吴二段自然伽马值与吴三、吴一段相比具有明显的差异，形态多为锯齿型或钟型，由浅到深伽马值由低到高，吴二段上部自然伽马值多在30～80 API，底部伽马值最高为150～180 API。吴二段的岩性主要为凝灰岩与含泥质灰岩等，高伽马段主要为沉凝灰岩。吴二段电阻率值较吴三段低。吴一段自然伽马曲线变化较大，顶部泥晶灰岩伽马值低、较平稳，30～60 API，向底部伽马值由低变高，中部偶见高伽马峰值，下部高伽马尖峰段对应王坡页岩。电阻率值向上变高。图8中该类型代表井有st1、sy001-1、 st10。

2）吴二“低伽马段”+吴三顶“高伽马尖峰段”：吴三段整体伽马曲线平缓，形态为锯齿形，局部出现小尖峰，对应的主要岩性为泥晶灰岩，整段自然伽马均值约为60 API。电阻率值较高。吴二段自然伽马值曲线相对吴三段较为平稳，形态为锯齿形，自然伽马值曲线相对有多个小尖峰，自然伽马均值约为90 API，部分井吴二段底部自然伽马值呈逐渐变高的趋势。电阻率值向上先变低再升高。吴一段自然伽马值曲线具有多段由低到高的变化特征，曲线的形态为锯齿形，自然伽马值均约60 API，且吴一段在顶部伽马曲线有一段高值。电阻率值向上具降低趋势。图8中该类型代表井有st12、st3 、st7。

剑阁地区仅龙岗70井钻穿吴家坪组，电性特征与sy001-1井类似，属于吴二段“高伽马段”+吴三段顶“无尖峰段”类型。吴一段王坡页岩上部岩性主要为泥、亮晶生屑灰岩、夹少量凝灰岩；顶界线与双鱼石地区的“高伽马尖峰段”类似；内部发育厚层高伽马的凝灰岩。

九龙山地区吴三段以亮晶生屑灰岩、泥晶灰岩、泥质泥晶灰岩、夹生屑泥晶灰岩为主，硅化明显，自然伽马曲线整体上较平缓，伽马值多在30～60 API区间，形态为微齿形；吴二段岩性主要为凝灰岩，伽马值整体较高，呈多个小尖峰的锯齿状形态，伽马值多在90～150 API区间；吴一段底部为王坡页岩，伽马值多在90～120 API区间，之上为泥晶生屑灰岩，伽马值较低，分布在30～50 API。

元坝地区吴三段自然伽马曲线较平缓，形态为微齿形，伽马值多在30～40 API区间，吴二段内部凝灰岩表现出高伽马段的测井响应特征，自然伽马数值向上逐渐变小，形态也为微齿形，伽马值多在30～60 API区间，吴二段底部岩性可达到140 API；吴一段自然伽马曲线数值由深到浅呈现为由高—低—高—低的趋势，伽马值多在80～120 API区间，部分可超过150 API，形态为钟形加微齿形。

图7 st12井与坪上剖面吴家坪组岩性电性特征对比图

图8 双鱼石地区吴家坪组划分对比图

3 地层分布

在单井地层划分的基础上进行连井对比分析，西南—北东方向地层对比表明吴家坪组厚度在研究区内变化大，厚度介于37～249 m。吴一段、吴二段在sy001-1、lg70井一带最厚；吴三段则存在两个增厚区为st9、lg70井附近。在st9至wj1井一带，由st9井的170 m左右增厚至双鱼石地区sy001-1井的150 m，继续增厚至lg70井249 m，至九龙山、吴家坝地区迅速减薄至37～60 m（图9）。

四川盆地西北部地区吴家坪组地层厚度在平面上的变化与纵向变化相吻合，由西南至东北方向厚度先增厚，在st9井和lg70井区域增厚达到最大，其中st9井厚度为170 m左右，lg70井厚度达到249 m，至北东方向的葛底坝、射箭河及九龙山地区均为急剧减薄，厚度小于双鱼石地区（图10）。

4 有利储集岩分布

4.1 有利储集岩类型

近期我国海相碳酸盐岩油气勘探的实践表明，生物礁、颗粒滩、白云岩、岩溶风化壳等是石油天然气十分重要的碳酸盐岩储层类型[22-24]。四川盆地西北部飞仙关组储层岩性主要为亮晶鲕粒灰岩、(残余)鲕粒白云岩，储集空间以粒间溶孔、粒内溶孔和铸模孔常见[21]。栖霞组储层岩性主要为颗粒灰岩、豹斑状云质灰岩、豹斑状灰质云岩、结晶白云岩，储集空间主要为晶间孔和晶间溶孔。茅口组主要发育浅滩碳酸盐岩和沉凝灰岩两类储层，yb7井茅三段沉凝灰岩为高孔低渗孔隙型储层[10]。

四川盆地西北部吴家坪组的储集岩性主要分为碳酸盐岩和火山碎屑岩两大类，硅质岩中也发育较少量的孔隙。碳酸盐岩储集岩性主要为细晶白云岩、硅质砂屑云岩、泥晶生屑灰岩、云质生屑灰岩等；火山碎屑岩的储集岩性主要为凝灰岩。其中灰岩类储层孔隙类型主要有粒间孔、粒间溶孔、生物体腔孔、粒内溶孔，粒间孔后期经过溶蚀作用改造或颗粒间被选择性溶蚀，形成粒间溶孔，孔径多为0.01～0.05 mm，面孔率约0.5%（图11a）。白云岩是研究区最具优势的储层，孔隙类型主要有晶间孔和晶间溶孔两大类，晶间孔是研究区白云岩发育最多的孔隙，孔径约0.01～0.50 mm，面孔率约5%。硅质残余砂屑云岩中发育较多的晶间溶孔（图11b），孔隙形态多为不规则状、分布集中，晶间溶孔经后期增孔作用进一步扩大，孔径约为0.01～0.30 mm，面孔率约3%。凝灰岩孔隙类型主要为粒间溶孔（图11c），孔隙形态多为不规则状至椭圆状、分布较广，部分孔隙周围可见黑色有机质浸染，孔径变化较大，约0.01～0.50 mm，面孔率约15%。

图9 st9-坪上剖面-st001-1-yb7-wj1井地层对比图

4.2 平面分布特征

4.2.1 颗粒灰岩

四川盆地西北部吴家坪组碳酸盐岩台地的各类型滩体发育有大量颗粒石灰岩，由颗粒石灰岩组成的台内滩及台缘滩组合为本区二叠系吴家坪组重要的有利储集相带和勘探区带。研究区内颗粒灰岩纵向上分布在九龙山地区吴家坪组顶部，双鱼石—剑阁一带分布上、下两套。从平面上看，九龙山主体、双鱼石地区发育较多的颗粒灰岩。颗粒灰岩单层厚度为1～10 m，累厚2～48 m，以双鱼石—龙岗西一带最厚，向北减薄（图12）。

4.2.2 白云岩

四川盆地西北部吴家坪组白云岩主要有残余颗粒云岩、晶粒云岩、灰质云岩，常发育在吴家坪组下部。研究区有8口井钻遇白云岩，单层厚2～16 m，累计厚度为1～25 m。白云岩沉积区主要分布在双鱼石地区，其次在葛底坝剖面、S1井、九龙山地区少量分布，其中最具代表的井为st12和st10，分别厚25 m和21 m（图13）。

图10 四川盆地西北部吴家坪组厚度分布等值线图

图11 川西北部吴家坪组储集岩孔隙特征图

4.2.3 凝灰岩

吴家坪组正常火山碎屑岩类主要以凝灰岩为主，凝灰主要指由小于2 mm的火山碎屑组成的结构，碎屑成分主要是火山灰。吴家坪沉积早—中期，受多期次火山喷发影响发育多套凝灰岩。凝灰岩主要见于吴二段，而吴一段、吴三段中较薄。研究区内凝灰岩单层厚2～19 m，累厚2～82 m。凝灰岩平面展布与颗粒灰岩发育区大致重叠，凝灰岩厚度从南西增厚，向北东减薄，沉积最厚的区域为sy001-1井—lg70井，其次主要分布在九龙山地区，其中lg70井最厚可达82 m（图14）。

5 结论

图14 四川盆地西北部吴家坪组凝灰岩厚度分布等值线图

1）四川盆地西北部上二叠统吴家坪组顶、底存在古生物分异现象，并与上覆地层呈整合接触，与下伏地层呈不整合接触，地层岩性、电性及地震反射特征差异较大。底部发育一套典型的稳定分布的王坡页岩，地层顶、界向上覆地层过渡硅质含量减少，顶、底界地震反射及测井曲线特征横向变化大。

2）四川盆地西北部吴家坪组从下至上划分为吴一段、吴二段、吴三段，吴一段一共有两个沉积旋回，吴二段、吴三段均发育三个沉积旋回。吴一段岩性为铝土质泥岩、泥晶颗粒灰岩及少量白云岩。吴二段岩性主要为泥晶生屑灰岩、白云岩、泥晶灰岩，局部发育凝灰质泥岩、凝灰岩；吴三段岩性多为亮—泥晶颗粒灰岩、颗粒灰岩夹泥晶灰岩，局部发育少量白云岩和凝灰岩。高伽马值指示发育凝灰岩或泥质含量高，低伽马值一般指示泥质含量少的石灰岩、白云岩类。

3）四川盆地西北部吴家坪组厚度变化大，总体厚度为37～249 m。地层厚度从西南方向至东北方向先减薄，至双鱼石、龙岗地区一带厚度增大，在lg70井区附近吴家坪组厚度最大，可达249 m。往北东方向的葛底坝、射箭河及九龙山地区均为急剧减薄，在wj1井区附近吴家坪组厚度减薄至37 m。

4）四川盆地西北部上二叠统吴家坪组有利的储集岩主要为颗粒灰岩、白云岩、凝灰岩三类。颗粒灰岩分布范围广，在九龙山与双鱼石地区厚度最大，向北减薄，累厚2～48 m。白云岩分布范围较小，主要集中于双鱼石地区，厚度介于1～25 m。凝灰岩分布范围最小，但沉积总厚度较大，厚度介于2～82 m，主要集中于在双鱼石—龙岗西一带，与颗粒灰岩发育区大致重叠。