大巴山山前帶油氣成藏條件與勘探方向

李雙建周 雁高 波孫冬勝

1.中國石化石油勘探開發研究院 2.中國石化海相構造與儲層實驗室

大巴山山前帶油氣成藏條件與勘探方向

李雙建1周 雁2高 波1孫冬勝1

1.中國石化石油勘探開發研究院 2.中國石化海相構造與儲層實驗室

李雙建等.大巴山山前帶油氣成藏條件與勘探方向.天然氣工業，2012，32（6）：9-14.

位于四川盆地邊緣的大巴山山前帶由于構造變形較為強烈，地表地震地質情況復雜，給地震資料采集和處理帶來諸多困難，目前該區勘探程度還較低。為預測其油氣勘探前景，從生儲蓋組合、烴源巖條件、儲層條件、蓋層條件等幾個方面分析了該區油氣成藏條件，發現其原始成藏條件優越，存在3套成藏組合和多種類型的勘探目的層。古油藏解剖結果表明，山前帶二、三疊系油氣主力烴源巖為上二疊統，油氣成藏分為3個階段：①晚三疊世—早侏羅世開始變形，形成寬緩背斜，形成古油藏；②中侏羅世—早白堊世進一步變形，圈閉構造定型，部分古油藏裂解，形成油氣藏；③古近紀喜山運動對先期構造進行了強烈的改造，造成古油氣藏的調整與破壞。綜合評價該區構造變形樣式、儲層分布和油氣顯示特征后認為：南大巴山西北部鎮巴斷裂至鐵溪—巫溪隱伏斷裂是油氣勘探有利區，應以二疊系長興組和三疊系飛仙關組礁灘相儲層勘探為主展開工作；東南部雞鳴寺斷裂至鐵溪—巫溪斷裂為二、三疊系出露區，應以落實寒武系膏鹽巖下伏地層的保存條件為主進行勘探部署。

四川盆地 大巴山山前帶 油氣藏形成 二疊紀—三疊紀 古油藏 油氣源對比 構造特征 勘探方向

大巴山山前前陸沖斷帶主體位于上揚子北緣、四川盆地與秦嶺造山帶的過渡帶上，西與米倉山沖斷帶相連，東南與川東高陡褶皺帶—華南造山帶毗鄰，整體上為南、南西凸出的弧形構造帶。該區油氣成藏條件較好，但由于構造變形復雜，山區石灰巖裸露區地震資料采集和處理難度大，前期勘探投入較少，勘探程度低。

1 油氣成藏條件

該區油氣成藏條件與川東北地區普光氣田、龍崗氣田、鐵山坡氣田、羅家寨氣田等油氣富集區相似，油氣顯示活躍，已發現多個古油藏和油氣顯示點（圖1）。

1.1 生儲蓋組合

該區主要經歷了2個大的沉積—構造演化階段：震旦紀—中三疊世為海相臺地—臺緣沉積—構造演化階段；晚三疊世—始新世為陸相碎屑沉積盆地沉積—構造演化階段。總體上缺失上志留統—石炭系，其他層位較為齊全。發育4套構造—地層沉積組合：①基底組合（Pt）；②臺地（臺緣）組合（Z—S）；③臺地—裂陷邊緣組合（P—T2）；④前陸盆地組合（T3x—J）。

圖1 大巴山山前帶構造簡圖

圖2 南大巴山山前帶地層綜合柱狀圖

該區主要發育3套油氣成藏組合（圖2）：①以上震旦統陡山沱組（Z2d）暗色泥巖為烴源層，以上震旦統燈影組（Z2dn）藻白云巖為儲層，以下寒武統大套泥質巖類為蓋層的成藏組合；②以下寒武統水井沱組（C－1s）暗色泥巖為烴源層，以中上寒武統碳酸鹽巖為儲層，以志留系大套泥巖為蓋層的成藏組合；③上二疊統（P2）為烴源巖，以上二疊統、下三疊統為儲層，以中—上三疊統為蓋層的成藏組合。

1.2 烴源巖條件

米倉山—大巴山發育多套烴源巖，自下而上包括早古生代—二疊紀的8個層位，其中下組合發育3個層位，即水井沱組、五峰組（O3w）和龍馬溪組（S1l）；上組合發育5個層位，即梁山組（P1l）、棲霞組（P1q）、茅口組（P1m）、龍潭組（P2l）和大隆組（P2d）。其巖石類型有：泥質巖類、硅質巖類及碳酸鹽巖類，分布厚度較大，具有雄厚的成油氣物質基礎。前期研究表明，志留系生烴中心主要位于湘鄂西地區，廣元—南江有次級中心，二疊系棲霞組生烴中心在通江—開縣，茅口組生烴中心在通南巴構造帶兩端，龍潭組生烴中心在萬州、宣漢一帶［1］。可見南大巴山鄰近各烴源巖的生氣層中心，特別是發育于晚二疊世的城口海槽和南東側梁平—開江陸棚（裂陷槽）內大隆組烴源巖在米倉山南緣和南大巴山西側地區較為發育，可為該區油氣成藏提供充足氣源。據目前川東北地區研究成果，普光、元壩、河壩等海相上組合氣藏的主力烴源巖為二疊系泥質巖，主要貢獻可能來自發育在開江—梁平陸棚內的大隆組［2］，因此，米倉山—大巴山山前帶海相上組合勘探也應重視二疊系烴源巖的分布。

1.3 儲層條件

該區儲集巖發育，包括碎屑巖和碳酸鹽巖2種類型，以碳酸鹽巖為主。碎屑巖巖性為灰、淺灰色中—厚塊狀砂巖、含礫砂巖，分布于上三疊統須家河組（T3x）、下侏羅統白田壩組（J1b）和中侏羅統千佛巖組（J2q），由于后期改造強烈，碎屑巖儲集層埋深淺，因此，其儲集意義不大。海相儲層分為下組合和上組合2個體系，下組合發育震旦系燈影組白云巖、下寒武統水井沱組砂巖及石灰巖、下寒武統石龍洞組（C－1sh）石灰巖夾白云巖、上寒武統三游洞組（C－3s）白云巖及石灰巖、下奧陶統（O1）白云巖及砂巖、中上奧陶統（O2＋3）白云巖。其中優質儲層為燈影組、三游洞組白云巖儲層，具有厚度大、分布穩定等特點。臺地臺緣沉積背景下，上組合發育棲霞組、茅口組、長興組及飛仙關組4套儲層，梁平—開江陸棚和城口海槽的發育演化控制了該區上組合礁灘相儲層的平面展布［3－5］。震旦系燈影組白云巖、二疊系（P）礁灰巖及顆粒灰巖、三疊系飛仙關組（T1f）鮞粒灰巖儲層具有厚度大，分布范圍廣等特點，是該區主力儲層。

震旦系燈影組儲集層：為一套白云巖組成，橫向分布穩定，厚度介于7～293 m，城口以東厚度介于700～800 m；鎮巴剖面實測厚度為152.29 m，主要為一套潮坪相碳酸鹽巖沉積。儲集空間為孔洞裂縫型，孔隙度介于0.80%～2.92%，平均值為1.94%。

二疊系長興組儲集層：晚二疊世，沿開江—梁平裂陷槽和城口海槽的邊緣發育帶狀生物礁，大巴山山前帶部分地區處于臺地邊緣生物礁發育區，大巴山地區雞唱剖面的生物礁古油藏，成因與普光氣田生物礁一致。儲層解剖揭示，大巴山南部鎮巴區塊內臺緣區域生物礁相白云巖儲層和潮坪相白云巖儲層非常發育，單剖面儲層厚度介于46～150 m，相鄰的普光氣田長興組77塊樣品，孔隙度介于0.19%～18.05%，平均為2.45%［5］，該區較普光地區具有更強的構造擠壓應力環境，裂縫更為發育，進一步改善了儲層的物性。

三疊系飛仙關組儲集層：三疊系飛仙關組沉積時期，大巴山南緣地區基本保持了二疊系長興組沉積時的古地理格局，東部臺地邊緣臺緣灘發育，規模較大，連續厚度大，受白云石化和溶蝕作用改造強烈，儲層解剖揭示主要發育灘相顆粒白云巖儲層，局部發育灘相石灰巖儲層和潮坪相白云巖儲層，儲層厚度巨大，介于60～290 m，大部分超過100 m。與其相鄰的普光地區孔滲測試結果表明，三疊系飛仙關組孔隙度介于3.57%～28.86%，平均值為8.12%；滲透率值變化較大，最小僅為0.011 5 mD，最大可達3 354.7 m D［5］。

1.4 蓋層條件

南大巴山沖斷帶古生界泥質巖蓋層包括上二疊統大隆組、下二疊統梁山組、下志留統、下奧陶統及中寒武統覃家廟組、下寒武統石牌組；中生界泥質巖蓋層包括下三疊統飛仙關組、須家河組泥巖及侏羅系泥巖。陸相泥質巖蓋層主要分布于鐵溪—漁渡一帶，發育于下侏羅統白田壩組、中侏羅統千佛崖組及下沙溪廟組。而千佛崖組—沙溪廟組則多廣泛出露于地表，背斜核部附近出露有下侏羅統白田壩組及下三疊統飛仙關組—嘉陵江組，總厚度介于312～702 m。古生界泥質巖蓋層在全地區均有分布，主要為海相泥質巖，局部為海陸交互相泥質巖；其分布范圍廣泛，但單層厚度薄，總厚度為1 200 m左右。

該區的膏鹽巖蓋層在中組合主要發育于下三疊統嘉陵江組，在下組合主要發育于中寒武統。嘉陵江組膏鹽巖厚度分布相對穩定，具有較好的對比性和連續性。野外調查于長嶺倉子溝嘉陵江組嘉二段發現110 m厚的膏巖層，九陣壩后溝嘉2段發現厚約80 m的膏巖層 ，巴山陸池壩發現厚約10 m的石膏巖層。這些石膏出露點均為當地石膏采礦點，石膏層巖性主要為淺灰、灰色石膏巖、含泥膏巖、泥膏巖，向上過渡為含膏溶孔灰巖、溶塌角礫巖，多數地表露頭剖面上膏鹽巖層受后期改造，一般呈“溶塌角礫巖”產出，大巴山前緣中南部膏巖分布相對較差，呈現單層厚度變化大的特點。此外，在中寒武統中也發現存在膏鹽巖的證據，宣漢雞唱明通井地區目前仍有多口寒武系鹽井出鹽水，南大巴山東南部地區的天星1井和天星2井寒武系地層中測試產鹵水，也說明該區中寒武統存在膏鹽巖。

2 油氣顯示與油氣成藏過程

2.1 油氣顯示特征

大巴山山前油氣顯示主要集中在中組合，包括萬源白果鄉三疊系飛仙關組油苗、萬源梨樹地母廟二疊系茅口組瀝青點、城口廟壩二疊系長興組（P2ch）古油藏、宣漢雞唱盤龍洞二疊系長興組古油藏等。野外油氣顯示表明該區油氣成藏具有層位廣、儲層多樣、多期成藏的特點。從油苗、瀝青和古油藏的賦存狀態來看，裂縫和不整合面在油氣成藏過程中起到了關鍵的作用。萬源白果鄉T1f的油苗主要賦存在裂縫發育的粉細晶白云巖中，城口廟壩P2ch古油藏沿著微裂縫瀝青較為富集，萬源梨樹地母廟P1m瀝青富集于東吳運動不整合面附近的生物灰巖中，城口廟壩P2ch古油藏本身的位置也處于東吳運動的不整合面附近。從宣漢雞唱盤龍洞P2ch古油藏也可以看出，該區存在生物礁型原生油氣藏，宣漢雞唱盤龍洞P2ch古油藏的儲層主要為一個海綿礁，巖性主要為淺灰色塊狀海綿障積巖、海綿骨架巖，造礁生物主要為房室海綿、水螅、苔蘚蟲等，生物礁及其上下地層中均含有大量瀝青，主要分布于礁核的骨架巖、障積巖和礁蓋的白云巖中［4，6］。

2.2 古油藏的油氣源對比

筆者通過詳細的有機地球化學分析，對該區多個古油藏的瀝青和油苗進行了油源對比。

萬源白果飛仙關組油苗孕甾烷和升孕甾烷含量較高，重排甾烷具有較高豐度，重排甾烷／規則甾烷高達0.58，表明其有機質形成于偏氧化的酸性沉積環境；規則甾烷組成中C28＜C27＜C29，揭示高等植物對母質具有較大貢獻，這與該原油飽和烴色譜呈現出以C25為主峰的雙峰型分布相一致；異膽甾烷含量較高，甾烷C29αββ／（ααα＋αββ）和 C29ααα20S／（20S＋20R）分別達0.49和0.58，揭示原油成熟度較高，這與原油飽和烴中異構烷烴含量較高，Pr／C17和Ph／C18分別高達3.47和3.03相一致。原油萜烷組成中，三環萜烷含量較高，三環萜烷／五環萜烷為0.83，三環萜烷系列化合物以高碳數（C23＋C24）化合物占優勢，且C21＜C23＜C24，C21／C23為0.60，C19－21／C23－24為0.51，C24四環萜烷含量較低，C24四環萜烷／C26三環萜烷為0.23；C29藿烷含量較低，C29藿烷／C30藿烷為0.37；C29Ts含量較高，C29Ts／C30藿烷達0.25；C29莫烷和 C30莫烷含量較低，C29莫烷／C30藿烷和 C30莫烷／C30藿烷分別為0.06和0.14；伽馬蠟烷含量較低，伽馬蠟烷指數為0.12，揭示其成烴母質形成于具有一定咸度的微咸水環境。此外，原油甾烷組成中，C30甲基甾烷也具有一定豐度。白果飛仙關組油苗的上述特征，與川北礦山梁上二疊統大隆組裂縫瀝青及大隆組泥巖具有較好的相似性，而與白果地區飛二段白云質灰巖的生物標志特征存在較大差異（圖3），揭示上二疊統泥巖與白果油苗具有較好的親緣關系。

圖3 南大巴山古油藏瀝青的甾烷、萜烷色譜對比圖

萬源地母廟茅口組古油藏瀝青孕甾烷和升孕甾烷含量較高，重排甾烷含量亦具有較高豐度，重排甾烷／規則甾烷達0.27，規則甾烷組成中C27、C28、C29分別占40%、25%、35%，表明低等浮游生物對母質具有較大貢獻；C29αββ／（ααα＋αββ）和C29ααα20S／（20S＋20R）分別為0.37和0.50，表明為成熟原油。萜烷組成中，三環萜烷含量較高，三環萜烷／五環萜烷高達0.63；三環萜烷系列化合物以高碳數（C23＋C24）化合物占優勢，且 C21＜C23＞C24，C21／C23為 0.45，C19－21／C23－24為0.39，C24四環萜烷／C26三環萜為0.49；Ts＞Tm，Ts／（Ts＋Tm）為0.51，C29藿烷含量較高，C29藿烷／C30藿烷為0.66；C29Ts含量較低，C29Ts／C30藿烷達0.18；C29莫烷和C30莫烷含量較低，C29莫烷／C30藿烷和C30莫烷／C30藿烷分別為0.10和0.16，C31藿烷（22S／22S＋22R）為0.57，這與原油成熟度較高相一致；伽馬蠟烷含量較低，伽馬蠟烷指數為0.15，揭示其成烴母質形成于具有一定咸度的微咸水環境（圖4）。萬源地母廟茅口組瀝青的上述生標特征與鄰區雞唱盤龍洞上二疊統長興組瀝青以及南江橋亭龍馬溪組泥頁巖均具有較好的相似性。

圖4 大巴山山前帶古油藏瀝青碳同位素值對比圖

高演化烴源巖的生物標志化合物在油源對比工作中存在很多不確定性，而不同時代烴源巖干酪根和抽提物同位素組成之間有明顯的差異，是油源和氣源對比的一種現實方法。南方海相古生界烴源巖中干酪根碳同位素值變化非常有規律，從中上元古界到上古生界，干酪根的碳同位素值由輕變重。該區古油藏瀝青和油苗的碳同位素值分布，均與上二疊統泥巖氯仿瀝青“A”的碳同位素值接近（圖4），表明它們之間具有親緣性。

通過生物標志化合物和碳同位素值的對比分析，可以看出，南大巴山二疊系、三疊系的瀝青和油苗的主力烴源巖應為上二疊統烴源巖，但不排除有下志留統烴源巖的貢獻，這與毗鄰南大巴山的普光氣田二、三疊系氣藏的氣源巖類似［7－9］。

2.3 古油藏形成與破壞過程

南大巴山沖斷變形帶的總體特征是強度由北而南逐漸變弱。鄰近主要斷裂的背斜構造抬升幅度高，出露地層老，完整性常受到破壞；遠離斷裂帶的背斜構造褶皺幅度相對減弱，形態也比較完整。該區除北東傾的斷層外，還發育與全區受力方向相反的南西傾向的反沖斷層。根據斷層及其間的轉換帶為界，南大巴山沖斷帶進一步可劃分為3個構造帶：疊瓦沖斷帶、滑脫褶皺帶和斷層—褶皺帶（圖5）。

圖5 南大巴山構造剖面圖（據李智武等2006［10］，有修改）

北大巴山主要是2期構造運動的復合產物，即印支期華南與華北板塊碰撞導致的由北向南的逆沖推覆和燕山期與南秦嶺大型陸內俯沖相應的由北東向南西的中上地殼大規模的逆沖推覆［11－12］。南大巴山根部T1－2與上覆T3—J1－2間的角度不整合僅限于坪壩斷裂下盤木瓜口—坪壩—大竹河一帶，并不具有區域性。在大巴山西段，各背斜核部須家河組厚度明顯減薄或缺失，表明T2末北大巴山的逆沖推覆已經波及南大巴山，但并未使南大巴山發生廣泛的褶皺變形［11］。從卷入變形的最新地層來看，南大巴山及其前緣，侏羅系已顯著變形，而下白堊統變形相對較弱，又見下白堊統與侏羅系間連續沉積，可見下白堊統已經卷入變形但強度在由北向南傳遞過程中減弱了。由上可見，南大巴山主要沖斷時間為晚侏羅世—早白堊世。在此之后，該區又經歷了多次擠壓和抬升，對圈閉的形成和改造以及烴源巖的演化都有明顯影響［10］。

在城口地區設置人工虛擬井，用“BASINMOD”盆地模擬軟件對地層埋藏史和烴源巖熱演化史進行模擬。地層分層數據根據野外實測地層剖面厚度結合1∶20萬幅城口區域調查報告確定，地層沉積時代根據國際地層表確定。對于中新生界地層缺失的抬升史恢復，參照裂變徑跡的研究成果。裂變徑跡研究表明在燕山期以后南大巴山經歷了2次大規模隆升，分別是距今70 Ma和距今20 Ma，特別是距今20 Ma以來的隆升剝蝕在大巴山和整個川東北地區具有普遍意義［13－14］。根據地層和磷灰石裂變徑跡資料恢復的烴源巖生烴史模擬結果顯示，志留系烴源巖在二疊紀末進入生油高峰，在早—中三疊世進入生氣高峰。二疊系烴源巖在中—晚三疊世進入生油高峰，在早—中侏羅世進入生氣高峰（圖6）。

圖6 南大巴山典型古油藏成藏事件圖

結合南大巴山的構造發育史，該區油氣藏成藏過程可以分為3個階段：晚三疊世—早侏羅世開始變形，形成寬緩背斜，形成古油藏；中侏羅世—早白堊世進一步變形，圈閉構造定型，部分古油藏裂解，形成油氣藏；古近紀喜山運動對先期構造進行了強烈的改造，造成古油氣藏的調整與破壞。

3 油氣勘探方向

成藏條件分析表明，大巴山山前帶原始成藏條件優越，存在多套成藏組合和多種類型的勘探目的層。但是由于山前帶構造變形強烈，從變形強度和勘探目的層分布角度上講，南大巴山山前帶在橫向上存在較強的差異性，勘探潛力和前景也各有不同。

南大巴山西北部鎮巴斷裂至鐵溪—巫溪隱伏斷裂殘存上三疊統—侏羅系陸相地層，加之下伏較厚的中下三疊統膏鹽巖雙層保護，保存條件優越，而且晚二疊世—早三疊世處于臺地邊緣有利相帶，發育長興組和飛仙關組礁灘相儲層。綜合儲集條件、變形強度、保存條件、有利局部構造的可能發育情況以及有利聚油氣部位等因素分析，認為該區帶有利油氣成藏，是勘探有利區。目前該區已有大量三維和二維地震資料，建議加強對這些地區的儲層預測工作，盡快落實風險井井位。

南大巴山東南部雞鳴寺斷裂至鐵溪—巫溪隱伏斷裂之間為二、三疊系出露區，由于地層剝蝕強度大，上三疊統—侏羅系蓋層和中下三疊統蓋層均缺失，所以該區上組合油氣保存條件受到破壞，下組合特別是寒武系膏鹽巖下伏地層可能存在有利的保存條件，建議在山前帶布置二維地震，并加強地表調查，以確定蓋層分布范圍和斷裂破壞深度。

［1］梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展（一）：南方四套區域性海相烴源巖的分布［J］.海相油氣地質，2008，13（2）：1-16.

［2］馬永生.普光氣田天然氣地球化學特征及氣源探討［J］.天然氣地球科學，2008，19（1）：1-7.

［3］郭旭升，胡東風.川東北礁灘天然氣勘探新進展及關鍵技術［J］.天然氣工業，2011，31（10）：6-11.

［4］郭彤樓.川東北地區臺地邊緣礁、灘氣藏沉積與儲層特征［J］.地學前緣，2011，18（4）：201-211.

［5］馬永生，牟傳龍，譚欽銀，等.達縣—宣漢地區長興組—飛仙關組礁灘相特征及其對儲層的制約［J］.地學前緣，2007，14（1）：182-192.

［6］牟傳龍，譚欽銀，王立全，等.四川宣漢盤龍洞晚二疊世生物礁古油藏的發現及其重要意義［J］.地質論評，2003，49（3）：315.

［7］蔡立國，饒丹，潘文蕾，等.川東北地區普光氣田成藏模式研究［J］.石油實驗地質，2005，27（5）：462-467.

［8］MA Yongsheng，GUO Xusheng，GUO Tonglou，et al.The Puguang gas field：new giant discovery in the mature Sichuan Basin，southwest China［J］.AAPG Bulletin，2007，91（5）：627-643.

［9］胡東風.普光氣田與元壩氣田礁灘儲層特征的差異性及其成因［J］.天然氣工業，2011，31（10）：17-21.

［10］李智武，劉樹根，羅玉宏，等.南大巴山前陸沖斷帶構造樣式及變形機制分析［J］.大地構造與成礦學，2006，30（3）：294-304.

［11］許志琴，盧一倫，湯耀慶，等.東秦嶺造山帶的變形特征及構造演化［J］.地質學報，1986，60（3）：237-247.

［12］胡明，陳蓉，陳華生，等.南大巴山造山帶構造特征及油氣勘探方向［J］.天然氣工業，2008，28（11）：26-28.

［13］湯濟廣，梅廉夫，周旭，等.揚子陸塊差異構造變形對海相地層成烴演化的控制［J］.天然氣工業，2011，31（10）：36-41.

［14］沈傳波，梅廉夫，郭彤樓.川東北地區中、新生代熱歷史的裂變徑跡分析［J］.天然氣工業，2007，27（7）：24-26.

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.002

2012-02-17 編輯 羅冬梅）

國家科技重大專項“海相碳酸鹽巖大中型油氣田分布規律及勘探評價”（編號：2008ZX05005），國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）“中國早古生代海相碳酸鹽巖層系大型油氣田形成機理與分布規律”（編號：2011DB214800）。

李雙建，1978年生，高級工程師；從事含油氣盆地分析研究工作。地址：（100083）北京市海淀區花園路2號牡丹科技大廈。E-mail：hawkingli＠163.com