川西地區中古生界海相天然氣基礎地質條件分析

許國明 林良彪

(1.成都理工大學沉積地質研究院,成都610059;

2.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院貴陽地質研究所,貴陽550004)

1 川西海相區域構造沉積背景

川西海相區域地史上位于上揚子地臺西緣臺-槽過渡帶,現今包括四川盆地西部的川西坳陷和龍門山構造帶及松潘-甘孜褶皺帶東緣的部分地區。

該區現今呈現如下構造格局：青川-茂汶斷裂以西,為松潘-甘孜褶皺帶;青川-茂汶斷裂至江油-都江堰斷裂之間為龍門山逆沖推覆構造帶,該構造帶又以北川-映秀斷裂為界,分為龍門山后山推覆帶和龍門山前山推覆帶(圖1);江油-都江堰斷裂以東為四川盆地川西坳陷[1,2]。

從四川盆地的沉積演化和盆地周邊造山帶的形成發展來看,川西地區的構造沉積演化可劃分為揚子地臺基底形成階段(前震旦紀)、揚子地臺及其周緣盆地形成演化階段(Z-T2)、川西前陸盆地形成演化盆山耦合(-Q)三大階段。

a.揚子地臺及其周緣盆地形成演化階段(加里東-印支早期),川西地區總體處于槽臺體制下槽與臺過渡的構造格局下,由西向東,槽區形成克拉通邊緣盆地,臺區形成克拉通周邊沉降盆地(臺緣)和克拉通內坳陷盆地(臺內)。在大陸地臺穩定發展及其邊緣復雜化的漫長過程中,槽臺分異明顯,北川-九頂山-映秀古斷裂(或稱龍門山中央古斷裂)以西為槽區,發育地臺(克拉通)邊緣盆地活動型沉積,地史時期中的巖漿活動與變質作用強,具有陸緣裂陷槽(坳拉槽)或“準地槽”特征;其東為臺區,發育地臺盆地(克拉通內坳陷盆地)及臺緣坳陷盆地(或稱克拉通周邊沉降盆地),為穩定型與過渡型沉積[3,4]。在漫長的地史時期,“槽盆”或“臺盆”的構造沉積演化對油氣基礎條件的形成具有兩方面的影響：(1)控制多期不同規模的烴源坳陷形成演化,其中孕育多套烴源巖。(2)控制不同地史時期臺棚過渡帶的形成及演化,其其中發育的多層次的臺緣礁灘相帶是有利儲層發育的基礎,也是油氣成藏的基礎(圖2～圖4)。

圖1 川西地區構造帶劃分圖Fig.1 Division of the tectonic belt of West Sichuan

b.川西前陸盆地形成演化盆山耦合階段(印支晚期-喜馬拉雅期)。印支晚期,松潘甘孜地槽回返,構造反轉,龍門山自北西向南東遞進沖斷推覆,造山成盆,川西前陸坳陷形成。燕山早期為造山期后伸展期,前陸盆地轉變為陸內淺坳盆地。燕山晚期,揚子地塊開始向西北方向的陸內俯沖,印支晚期始形成的古龍門山再度崛起,后山帶基底凸起“擠出”,前山帶與前鋒帶繼續向陸相沉積盆地擠壓推覆、隆升、遞進遷移,形成新的物源區,川西K-E再生前陸盆地。喜馬拉雅期,龍門山作為青藏高原東緣強烈隆升,逆沖推覆、滑覆,龍門山前地層褶皺、斷裂形變,最終定型。

圖2 川西及鄰區震旦紀(加里東期)區域構造沉積演化模式Fig.2 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Sinian(Caledonian period)

圖3 川西及鄰區二疊紀(海西期)區域構造沉積演化模式Fig.3 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Permian(Hercynian period)

圖4 川西及鄰區晚三疊世(卡尼克期-瑞替克期)區域構造沉積演化模式Fig.4 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Triassic(Carnian-Rhaetian period)

c.印支晚期構造運動是川西構造發展中的一個重要轉折,它不僅改變了晚三疊世以前揚子西緣川西克拉通及其周緣盆地演化的構造格局,由槽臺構造體制轉變為板塊構造體制,而且改變、調整了印支晚期前的川西海相油氣系統。后續的燕山期-喜馬拉雅期的構造運動多期次的強烈擠壓沖斷,使該區古油氣藏一部分遭到破壞,另外一部分可能被改造,油轉化成氣,在新的成藏背景下調整形成新的天然氣藏。

2 龍門山構造帶的基本構造樣式

龍門山構造帶現今的構造樣式對于分析川西地區的構造演化及古今油氣成藏演化有非常重要的意義。龍門山推覆構造帶經歷多期次構造運動復合疊加,現今構造樣式總體上表現為：基底卷入沖斷構造和蓋層滑脫疊瓦狀沖斷構造,但北、中、南段表現特征各不相同(圖5～圖7)。北段處于廣元-安縣間,后山(變質巖系)推覆帶、前山推覆帶與前鋒推覆帶構成三個低角度逆掩推覆巖席,前山帶發育扇形疊瓦狀沖斷構造和斷層相關褶皺,前鋒帶發育逆沖雙重構造。中段處于安縣-都江堰間,后山帶以茂汶斷裂為后緣正折離斷層,北川-映秀斷裂為前緣逆沖斷裂,構成九頂山(彭灌雜巖體)基底擠出構造;前山帶與北段相似,前鋒帶在T-滑脫面之下發育逆沖雙重構造,龍潭組與侏羅系底滑脫面間發育逆沖三角帶。南段處于都江堰-天全間,后山帶與前山帶發育雅斯德、寶興基底擠出構造;前山帶與前鋒帶為臺階狀疊瓦沖斷構造,斷層相關褶皺幅度低。北段較中段推覆平距大、范圍廣。北-中段前山推覆帶下伏原地體相關褶皺構造帶及前鋒斷層與山前侏羅系底滑脫面形成的反沖斷層間構成的逆沖三角帶是油氣成藏的重要區帶[5]。

圖5 川西龍門山北段(L55線)構造樣式剖面圖Fig.5 The profile of the structural style of the north section of Longmenshan in West Sichuan(Line 55)

圖6 川西龍門山中段(L-07-NW163線)構造樣式剖面圖Fig.6 The profile of the structural style of the middle section of Longmenshan in West Sichuan(Line L-07-NW163)

圖7 川西龍門山南段(MB-92-D2線)構造樣式剖面圖Fig.7 The profile of structural style of the south section of Longmenshan in West Sichuan(Line MB-92-D2)

3 川西海相烴源巖

川西海相自從晉寧運動揚子地臺基底形成以來,在加里東至印支早期,古中生代海相(Z-T2)總體處于被動大陸邊緣的構造背景下。在龍門前山構造帶露頭剖面上,一共觀察到了4套未變質的優質烴源巖層：燈影組(Z2dn2)黑色頁巖、深灰色灰巖;清平組(C-1qp)黑、褐灰色頁巖、粉砂質頁巖及薄板狀灰巖、硅質巖;D1-2黑色粉砂質泥頁巖及深灰色灰巖;雷口坡組-吳家坪組深灰色灰巖、黑色頁巖。這4套烴源層幾乎涵蓋了上古生界和下古生界各套海相地層,其沉積相背景從深水滯流盆地至斜坡、陸棚相都有[6](圖8～圖11)。

圖8 川西地區震旦紀構造-巖相古地理圖Fig.8 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Sinian

圖9 川西地區早中泥盆世構造-巖相古地理圖Fig.9 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early-Middle Devonian

圖10 川西地區早二疊世構造-巖相古地理圖Fig.10 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early Permian

圖11 川西地區早中三疊世構造-巖相古地理圖Fig.11 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early-Middle T riassic

龍門山后山構造帶至松潘-甘孜構造帶槽區下斜坡及半深海盆地相古中生界的烴源巖已全變質。烴源巖樣品(Z2,C-1qp1,D2gw1,P2l-P3w)分析結果表明：這4套優質烴源巖中的任何一套無論從類型、分布范圍、厚度(圖12～圖15)、有機碳含量來看,在地史時期都具備一定的生烴條件,都有可能生成規模巨大的油氣藏。現今龍門山前山Z,C-,D,P的 Ro值(表 1)都在0.75%～2.09%范圍內(表1),大多處于高成熟期;∑T TI計算生烴高峰主要處在T3x2+3～T3x4+5時期,具有向隆起部位供烴的能力。因此,它們是川西古中生代古油氣藏及現今川西海相大中型氣藏的物質基礎。在龍門山構造帶及川西坳陷西緣,古生界-中生界的等10余個層段的巖石孔隙、裂縫中觀察到大量的瀝青、油苗顯示,揭示該區曾經形成過規模巨大的古油氣藏。如在龍門山北段魚洞梁、馬角壩發現的飛仙關組第一段古油藏、礦山梁震旦-寒武系古油藏以及江油厚壩沙溪廟組殘余油藏等證實了這一推論。現通過進一步對川西加里東-印支早期巖相古地理研究及龍門山推覆構造帶平衡復原研究,對川西加里東期-印支期揚子地臺西緣克拉通周邊沉降盆地范圍進行了初步的估算。結果表明：龍門山地區北段壓縮強于南段,南段壓縮量約為39.6 km,中段約為48.7 km,北段約為146.9 km(見圖5～圖7)。平衡復原后的加里東期震旦紀臺緣坳陷周邊沉降盆地面積約為20 150 km2,早寒武世臺緣坳陷周邊沉降盆地面積約為15 285 km2;海西期早中泥盆世臺緣坳陷周邊沉降盆地面積約為20 632 km2,中二疊世臺緣坳陷周邊沉降盆地面積約為27 427 km2,早中三疊世臺緣坳陷面積約為18 117 km2。恢復后印支晚期前的“臺緣坳陷”的范圍遠大于現今范圍,如果資源量估算按恢復的坳陷范圍計算,川西海相資源量應有較大幅度增加,這極大地提高了對該區資源前景和勘探前景的預期[7,8]。

圖12 川西地區震旦系烴源巖平面展布圖Fig.12 Distribution of source rocks of Sinian

圖13 川西地區寒武系烴源巖平面展布圖Fig.13 Distribution of source rocks of Cambrian

圖14 川西地區泥盆系烴源巖平面展布圖Fig.14 Distribution of source rocks of Devonian

圖15 川西地區二疊系烴源巖平面展布圖Fig.15 Distribution of source rocks of Permian

表1 龍門山地區主要烴源巖成熟度統計Table 1 The maturity of source rocks in the Longmenshan area

4 川西古中生界儲層瀝青來源分析

通過對川西古中生界海、陸相地表和井下儲層樣品孔隙內的油苗瀝青的有機地球化學分析看出(圖16)：(1)漢旺泥盆系沙窩子組,魚洞梁及松花嶺三疊系飛仙關組儲層孔隙內油苗的GC-MS圖譜具有很強的相似性,指示三者來自同一母源,這也是古生界與中生界間存在著油氣運移的直接證據。(2)中壩氣田中46井x1瀝青與武都鎮桂溪剖面D2j泥巖二者相近的GS-MS圖譜指示中壩氣田的須家河組氣藏至少有部分源自泥盆系烴源巖,這是“海生陸儲”的有力證據之一。(3)碳同位素的對比分析也進一步說明上述問題(表2)：飛仙關組地表儲層油苗瀝青的碳同位素值域與泥盆系和石炭系烴源巖的碳同位素值域在同一范圍,輕于二疊系烴源巖碳同位素值域范圍;雷口坡組瀝青的芳烴、瀝青質碳同位素值域與二疊系烴源巖碳同位素值域在同一范圍,說明二郎廟雷口坡組的油苗瀝青可能源自二疊系的烴源巖;厚壩沙溪廟組的油苗瀝青芳烴等碳同位素值域較輕,與下古生界的Z,C-和D烴源巖的碳同位素值域接近,說明陸相的氣源有來自海相的成分。這從有機地球化學的角度說明了：川西古生界臺緣坳陷多套烴源巖在地史演化過程中曾多期生、排烴,生成的油氣可能在海相儲層和陸相儲層內成藏;燕山至喜馬拉雅多期次強烈構造運動,使該區海相油氣系統遭到破壞,部分可能被調整在新的成藏背景下成藏。因此,在川西可能不僅能找到“海生海儲”、“古生古儲”天然氣藏,還有可能找到“海生陸儲”、“古生中儲“的油氣藏。

圖16 川西龍門山地區飽和烴圖譜對比特征Fig.16 The comparison of characteristics of the saturated hydrocarbon pattern in the Longmenshan area of West Sichuan

表2 川西龍門山地區不同層位碳同位素Table 2 The characteristics of carbon isotope in the Longmenshan area of West Sichuan

5 結論

川西海相層系在古中生代構造沉積演化過程中,由于處于揚子地臺西緣特殊的“臺-槽過渡帶”區位,具有較臺內優越的油氣生聚基礎地質條件,盡管印支晚期后該區龍門山構造帶海相油氣系統遭到強烈破壞,但龍門山推覆帶東側隱伏逆沖斷層下盤古中生界“原地體構造帶”、“三角帶”及川西坳陷中央至坳陷東斜坡古中生界海相層系保存條件好,尤其是上二疊統-下中三疊統中,可能尋找到大中型的油氣藏,應是川西海相油氣勘探部署的重點目標[9]。

本文得到了導師陳洪德、周棣康、劉敬謙等多位專家的悉心指導,劉詩榮、石國山、宋曉波、盧其軍、李素華、馮霞、朱蘭等也參加了研究工作,文中的一些重要認識是課題組共同研究的結晶,在此一并表示感謝。

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