川西地區中部存在泥盆系—石炭系嗎？
——一個不整合面的地質屬性推論

劉 殊 王 浩 呂其彪 董 霞 劉紅愛 孫 瑋

1.中國石化西南油氣分公司 2.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學

0 引言

四川盆地上揚子板塊西側的龍門山裂谷內泥盆系厚度超過4 000 m，發育巨厚的臺地邊緣礁灘相，油氣生、儲條件俱佳[1]。龍門山斷褶帶北段天井山古隆起泥盆系存在著“古油藏”[2]；川西坳陷北部雙魚石構造泥盆系發育礁灘相白云巖氣藏[3]。這些勘探成果表明：川西坳陷西側泥盆系有可能成為大型油氣藏的重要儲集層位。在川西坳陷中部，由于埋藏深度大、研究程度較低，是否存在泥盆系殘余地層長期存疑。通常認為[1,4-6]，加里東期樂山—龍女寺古隆起大幅度隆升；在古隆起西緣，中寒武統—石炭系或被剝蝕殆盡、或為古陸未接受沉積，二疊系直接覆蓋在寒武系之上。Y1井證實[7]：川西古拗拉槽西南側二疊系下伏地層為下寒武統滄浪鋪組，中—上寒武統及以上地層奧陶系—石炭系均缺失。

近期的研究發現，川西坳陷中部二疊系底不整合面之下、寒武系底不整合面之上，還存在著一個特征清晰的角度不整合面，其上發育一系列上超點。在該不整合面之上，地層殘余厚度較大、有礁灘相地震相特征，其形態呈斷陷槽特征。因資料限制，不能直接確認該不整合面的地質屬性。為此，在廣泛調研的基礎上，結合中國石油西南油氣田公司提供的泥盆系—石炭系殘余地層尖滅線分布圖以及研究區北側的一條地震剖面（該剖面與陳竹新等[8]展示的剖面平行），依據地表露頭、區域構造演化、川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層分布和地震反射結構特征，間接確認該不整合面可能為泥盆系底界面；通過詳細對比、追蹤泥盆系底不整合面，描述泥盆系—石炭系殘余地層在川西坳陷中部的分布；依據區域地質和川西坳陷北部地區等相關資料，修正編制二疊紀前古地質圖；再結合加里東秦祁洋的演化歷史[9]，探討斷陷槽的形成機理；依據地震反射波組反射結構特征，探討該區泥盆系—石炭系礁灘相的分布規律，結合川西古坳拉槽內發育巨厚烴源巖（生烴中心）[7]，認為該不整合面之上的泥盆系—石炭系有可能擴展為川西坳陷中部的油氣勘探層系，具有發現大型油氣藏的勘探前景。

1 震旦紀—古生代構造運動界面

川西坳陷位于揚子臺地西緣[1]，為加里東期樂山—龍女寺古隆起與龍門山裂谷的過渡帶。龍門山斷褶帶及其前陸坳陷（川西坳陷）具有分段性：安縣以北為川西坳陷北部，安縣—都江堰之間為川西坳陷中部，都江堰以南為川西坳陷南部（圖1）。

四川盆地存在著多個不整合面（表1）[1,10-12]。震旦紀—早古生代有澄江、桐灣、云貴（或稱興凱地裂Ⅱ幕[10]）、郁南（冶里）、廣西（晚加里東）等5次以上的構造運動[5-6,12-13]，形成多個不整合面（表1、圖1）。

澄江運動：晉寧運動后，元古宇板溪群遭到嚴重剝蝕，揚子地臺板塊形成；早震旦世下震旦統南沱組沉積后，揚子地臺板塊整體抬升為陸，史稱澄江運動[1,12]。下震旦統遭受剝蝕，只在四川盆地內部有殘存，形成上震旦統與下震旦統之間的不整合界面[1,12-13]。

桐灣運動：早震旦世末，印度板塊和歐亞板塊向北俯沖和向東碰撞，在龍門山大斷裂薄弱地帶，青藏板塊向東逆覆于揚子地臺板塊之上[12]。盆地各地均遭到長期暴露剝蝕[1,6,12]，在盆地內形成了燈影組頂暴露剝蝕面，形成與下寒武統邛竹寺組底之間的不整合面。

云貴運動[11]（或稱興凱運動Ⅱ幕[10]）：早寒武世末，龍門山斷褶帶中—南段及川西坳陷西北部抬升，天井山一帶下寒武統遭受剝蝕，地層厚度減薄，形成下寒武統頂的不整合面；川中地區下寒武統龍王廟組頂有明顯剝蝕[14]。

郁南（冶里）運動：為揚子板塊受東南側構造擠壓動力作用，在揚子陸塊西部有顯著表現，龍門山、康滇等剛性基底產生阻擋形成多個古隆起[15]。該次運動形成了奧陶系與寒武系之間的不整合界面。

都勻運動：奧陶紀晚期、加里東中期的構造運動，具明顯造山與擠壓褶皺特征。揚子地塊與華夏地塊之間擠壓碰撞[9,13]，形成“江南古陸”及川東—湘鄂西前陸盆地；樂山—龍女寺古隆起地區隆升[6,16]，川中和川西地區中奧陶統寶塔組地層上、下存在明顯的角度不整合。主要表現為下志留統與上奧陶統之間的假整合（上奧陶統大部缺失）。

廣西運動：志留紀末、加里東晚期的構造運動，揚子板塊與華夏板塊聚合，地殼全面隆升[9,12-13]，揚子地臺普遍發育平行不整合，樂山—龍女寺加里東古隆起形成[1]。川西坳陷西側為龍門山裂谷，該裂谷于早震旦世形成龍門山裂谷帶，奧陶系—石炭系發育為龍門山—錦屏山拗拉槽[9]。

晚加里東運動形成四川盆地最重要的一個不整合面，受到廣泛關注，川中地區的研究尤其深入[4-6]，川西坳陷北部地區的資料也逐漸增多[3,8]。川西坳陷中部，由于資料缺乏，整體仍屬推測。依據最新的研究成果，再次編制川中—川西地區二疊紀前古地理圖（圖 1）。川中地區資料依據王世謙等[4]、梅慶華[5]、李偉等[6]、楊躍明等[14]研究成果，結合中國石化西南油氣分公司資料確認下寒武統龍王廟組地層尖滅線；川北地區依據沈浩等[3]、陳竹新等[8]的研究成果，以及調研成果修正泥盆系—石炭系地層尖滅線；川西坳陷中部依據連片三維地震資料及部分二維資料修正編制。從圖1可見，川西坳陷中部泥盆系—石炭系可能有較大范圍的分布。

圖1 四川盆地中ü西部二疊系沉積前古地質圖

2 川西坳陷中部未明不整合面地質屬性

寒武系底（震旦系頂）地震反射為區域標準反射波，從川中地區引入；二疊系底標準反射波用Y1井確定。將二疊系底拉平后發現，在川西坳陷中部，二疊系底之下、震旦系燈影組頂之上，存在一個明顯的角度不整合面（以下簡稱為X不整合面），用3條地震剖面描述該不整合面特征。

2.1 X不整合面特征

AA'剖面（圖2）位于安縣—江油之間、川西坳陷中部—北部，走向NE，其典型特征為：①江油地區發育一個大型古隆起，寒武系—上震旦統大幅度減薄，甚至完全剝蝕；依據地表天井山古隆起的位置、特征[2,17]，推測該古隆起為天井山古隆起的原地部分。②二疊系底與寒武系底之間存在一個清晰的不整合面（X不整合界面），其上地層南厚北薄、呈楔形，發育多個上超點，超覆在天井山古隆起上。③X不整合面上覆地層內有一個明顯的凸起地震相，凸起內的反射具有低頻特征，其兩側有披蓋（圖2內黃色方框）。

BB'剖面（圖3）位于金堂—安縣地區，貫穿川西坳陷中部。從圖3可以看出，在震旦系拉張槽之上疊置一個洼陷；在洼陷兩側，X不整合面上有清晰的上超點；文星地區有礁灘相特征（圖3內黃色方框），兩側有披蓋、其內部為低頻雜亂的地震相特征。

表1 川西坳陷中ü北部震旦紀ü二疊紀構造旋回與地層序列表

CC'剖面（圖4）貫穿川西坳陷東部。老關廟地區發育一條拉張斷層，為主邊界斷層，斷面上可見清晰超覆點。主邊界斷層產生的掀斜斷塊，使得X不整合面與主邊界斷層構成一個箕狀斷陷。中江地區X不整合面上存在明顯的礁灘相地震異常：兩側有披蓋、其內部為低頻雜亂的地震相特征（圖4內黃色方框），與文星地區的礁灘相地震異常呈北西—南東對稱分布（圖3）。

上述3條剖面具有相同的地震相特征：①X不整合面之上地層的地震反射頻率較低，其下伏地層的地震反射頻率較高；②上覆地層有明顯礁灘相特征，即兩側披蓋、呈凸起、內部低頻雜亂反射；③洼陷兩側對稱分布礁灘異常地震相。洼陷邊緣，特別是在天井山古隆起、老關廟斷陷邊緣，X不整合面之上可見清晰上超。

2.2 X不整合面地質屬性

如上所述，X不整合面的上覆地層有明顯的礁灘相地震相。如能確認其地質屬性，可為礁灘相油氣藏勘探提供技術支撐。由于下古生界地層中的不整合面較多（表1），X不整合面存在多種可能：或為下寒武統滄浪鋪組與中—上寒武統不整合面[5]，或為奧陶系頂或者底的不整合面[4,6]。筆者依據露頭資料、參考文獻[3,8]和調研成果，對X不整合面進行推測、論證。

2.2.1 地表露頭和Y1井證據

圖2 川西坳陷北部ü中部X不整合面特征地震剖面圖

圖3 川西坳陷中部X不整合面特征地震剖面圖

圖4 川西坳陷東部X不整合面特征地震剖面圖

川西坳陷中部南北兩側缺失中—上寒武統、奧陶系、志留系地層。龍門山斷褶帶北段天井山古隆起水跟頭剖面的地層接觸關系自下而上為[8,17]：寒武系、泥盆系—石炭系、二疊系，巨厚的泥盆系直接覆蓋在寒武系上；龍門山推覆帶中段龍王廟露頭地層接觸關系自下而上為：下寒武統滄浪鋪組、上泥盆統唐王寨群、二疊系；龍門山推覆帶中段的蘇保露頭地層接觸關系自下而上為：下寒武統滄浪鋪組、志留系、泥盆系、二疊系，志留系殘余地層很薄。Y1井揭示：二疊系下伏地層為下寒武統滄浪鋪組，中寒武統—石炭系均缺失。南北兩側均缺失中寒武統—石炭系。據此推論，川西坳陷中部也可能缺失中寒武統—奧陶系；志留系殘余地層很薄，可能難以延伸至盆地內。X不整合面不大可能是寒武系龍王廟組頂或者奧陶系頂及志留系頂的不整合面。

2.2.2 川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層可延伸至中部

川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層可延伸至中部，該成果認識幾乎是直接證據，基本可確認X不整合面為泥盆系底。ST3井揭示，石炭系殘余厚度為13.5 m，中泥盆統殘余厚度為59.0 m[3,8]；地震剖面上，二疊系下方一個相位即為泥盆系底反射。泥盆系—石炭系的殘余地層分布特征為：泥盆系—石炭系殘余地層的尖滅線呈北東向展布，由東北向西南延伸，進入川西坳陷中部[8]（圖1）。江油地區泥盆系—石炭系殘余地層厚度急劇加厚到數百米[8]。

2.2.3 區域構造演化證據

四川盆地拉張旋回有兩個高峰期：第一期為“興凱地裂運動旋回”（興凱地裂）[10,18]，巨大的“古中國地臺”解體，昆侖、秦嶺、龍門山和天山等地槽逐步擴張；揚子板塊北緣發育秦祁洋裂谷系，其西側為龍門山裂陷海槽[8,19]，次一級的裂谷向揚子板塊延伸[20]，即為川西古拗拉槽[7]。第二期為峨眉地裂，劉寶珺等[9]認為龍門山古拗拉槽始于奧陶紀，志留紀—泥盆紀最強，石炭紀結束；羅志立等[18,21]認為中泥盆世揚子板塊開始張裂，晚二疊世峨眉山玄武巖噴發達到高潮；曾慶等[22]認為：加里東運動以后，四川克拉通西緣開始新一輪的裂解，江油轎子頂雜巖與天井山古隆起之間在早泥盆世快速擴展拉開；劉文均等[23]研究認為：泥盆紀為一個北東向的不對稱裂谷盆地，呈箕狀斷陷。由此可見，震旦紀—二疊紀，川西坳陷西側的龍門山裂谷一直處于拉張環境，泥盆紀拉張最強，其形態呈箕狀斷陷。X不整合面上，泥盆系—石炭系殘余地層呈明顯的箕狀斷陷（圖4、5），與泥盆紀拉張背景最為吻合。

2.2.4 沉積相證據

如圖2～4所示（圖內黃色方框），X不整合面上覆地層有礁灘相特征，且厚度較大。這些地層中只有泥盆系發育厚度巨大的生物礁灘沉積[1]；中—上寒武統和奧陶系在Y1井和露頭上都缺失；奧陶系內沒有厚大的礁灘相，中—上奧陶統為厚層塊狀石灰巖夾泥質條帶[1]；志留系基本上為陸相砂巖、泥巖沉積，只有中部發育鮞粒灰巖，有礁沉積，但規模小。綜合分析礁灘相的地震相特征，推測為泥盆系最為合理。

綜上所述，存在于二疊系底之下、寒武系底之上的不整合面可基本確認為泥盆系底界。結合龍王廟露頭缺失石炭系、蘇保露頭石炭系很薄的地質現象，認為該不整合面上覆地層主要為泥盆系殘余地層，石炭系殘余地層厚度可能較小。

3 泥盆系—石炭系斷陷槽特征及其形成機理

3.1 斷陷槽特征

對比追蹤泥盆系底不整合面（圖2～4），可得到泥盆系—石炭系殘余厚度（圖5），其形態為一個箕狀斷陷（圖4）。在新場—綿竹一帶，存在一個鞍部；以鞍部相接，川西坳陷中部可能存在川西和龍王廟兩個斷陷槽（圖5）。

3.1.1 川西斷陷槽

川西斷陷槽以綿陽為中心，分布在綿竹—安縣—老關廟—中江—金堂一帶，斷陷呈箕狀（圖4、5），斷陷槽中心最大殘余厚度超過500 m，四周為剝蝕區。斷陷槽北側安縣—江油一帶為天井山古隆起，泥盆系—石炭系以上超的方式向古隆起超覆（圖2～4），泥盆系—石炭系向北逐漸減薄、直到完全尖滅。斷陷槽南側馬井—金堂以南為龍泉山古隆起，二疊系直接覆蓋在滄浪鋪組上，缺失中寒武統—石炭系。中江以東為斷陷槽的西南邊界，為樂山—龍女寺古隆起主體部分，中上寒武統—石炭系全部缺失。

3.1.2 龍王廟斷陷槽

龍王廟斷陷槽分布在綿竹—龍王廟一帶。在地震剖面上，綿竹以西泥盆系—石炭系急劇加厚，不整合面特征清晰（圖5、6）。泥盆系底不整合面上的反射波超覆在天井山古隆起上，由此形成一個斷陷槽。

依據現有資料推測，石炭紀—泥盆紀沉積期，川西坳陷發育多個裂陷槽。除川西和龍王廟兩個斷陷槽外，坳陷南部還發育一個斷陷槽，坳陷北部草壩地區也可能存在一個較小的斷陷槽（稱之為草壩斷陷槽）。陳竹新等[8,24]已經注意到這一特征。由于資料很少的限制，方水場—老關廟以北、中江以東的地區，斷陷槽的特征可能和實際有一定誤差。

綜上所述，泥盆紀時期，在樂山—龍女寺古隆起西側的川西地區，由于龍門山裂谷的拉張作用，川西坳陷內可能分布多個斷陷槽；斷陷槽內泥盆系—石炭系殘余地層厚度較大，是下一步油氣勘探的關注目標。

圖5 川西坳陷泥盆系ü石炭系斷陷盆地示意圖（泥盆系—石炭系殘余厚度）

圖6 川西坳陷龍王廟泥盆系ü石炭系斷陷槽地震剖面圖

3.2 川西坳陷斷陷槽的形成機理

川西坳陷斷陷槽的形成可能與秦祁洋的拉張有關[9]。如圖7所示，揚子板塊西側，奧陶紀—石炭紀，揚子板塊相對華北板塊作左行側向運動（圖7內紅色箭頭），形成龍門山裂谷[9,20]，其次一級拉張方向為近東西向，形成向揚子地塊延伸的、次一級的斷陷[20]。在川西坳陷內，如此拉張可形成多個泥盆系—石炭系的拉張斷陷槽。

4 泥盆系—石炭系油氣勘探遠景

泥盆系—石炭系油氣勘探遠景一直受到重視[1]，直到近期才獲得突破。在川西坳陷北部雙魚石構造，泥盆系—石炭系的儲層較好、含氣性也較好，但厚度較小[3]。雙魚石構造南部的江油地區，其泥盆系—石炭系有可能加厚很多，且有較典型的礁灘相特征[8]，與川西坳陷中部特征較為一致（圖8-a、b）。雙魚石構造南部ST9井揭穿泥盆系，在泥盆系鉆遇厚度為50 m的白云巖，其位置在陳竹新等[8]展示的HH'剖面圖附近。江油地區泥盆系—石炭系的地震相頻率相對較高，可能以灘相為主，與ST9井的鉆井成果大致吻合。據此預測，泥盆系—石炭系礁灘相有較好油氣遠景。

首先，泥盆系—石炭系有較大規模、特征突出的礁灘相異常。圖8-a為圖3剖面文星礁灘相剖面的局部放大，可見清晰的礁灘相特征：兩側披蓋、中間凸起、內部空白反射。與雙魚石構造南部江油地區礁灘相地震相大致相同（圖8-b），但文星礁灘相特征更加突出。在最新處理的地震資料上，文星礁灘相異常至少存在兩個大型條帶，面積超過1 000 km2；時間厚度介于100～150 ms，厚度應超過450 m。

其次，泥盆系—石炭系有更好的成藏條件。川西坳陷中部發育大型古拗拉槽，為生烴中心。Y1井于中二疊統鉆遇火成巖儲層，油氣顯示好、但未能獲得工業氣流；中國石油西南油氣田公司部署的YT1井，于2018年鉆遇中二疊統火成巖儲層獲得22h104m3/d的工業氣流。川北地區已有多口鉆井獲得日產百萬立方米的天然氣流。由此表明，川西坳陷總體具有較好的成藏條件。由于泥盆系—石炭系更為靠近烴源巖，川西坳陷中部位于生烴中心，具有更好的成藏條件。

最后，與二疊系礁灘相疊置，川西坳陷泥盆系—石炭系可形成多層系立體勘探格局（圖8-a），能有效降低勘探風險。川北地區中二疊統已取得油氣勘探重大突破，江油—安縣一帶發育中二疊統棲霞組臺緣淺灘[3,8]，川西坳陷中部也有灘體異常（圖8-a），地震剖面具有明顯的凸起、兩側有披蓋、凸起內雜亂反射等特征。由于泥盆系—石炭系埋藏深度較大，在現有技術條件下，以二疊系、泥盆系為目的層，油氣勘探風險能得到有效控制、經濟效益會更好。

5 結論

1）川西坳陷中部二疊系底之下、寒武系底之上發育一個不整合面可能為泥盆系底界面。

圖7 泥盆系ü石炭系川西坳陷斷陷槽形成機理示意圖

圖8 文星與江油地區泥盆系ü石炭系礁灘相對比圖

2）川西坳陷泥盆系—石炭系殘余地層呈斷陷槽特征，發育多個斷陷槽，可能為秦祁洋在奧陶紀—石炭紀期間擴展，于龍門山裂谷內形成的次級斷陷。

3）以川西斷陷槽為中心，泥盆系—石炭系具有明顯的、規模較大的礁灘相特征，斷陷兩側對稱發育文星和中江礁灘相；文星礁灘與雙魚石構造南部礁灘相特征大致相同，其下伏地層寒武系處于生烴中心，其上疊置二疊系礁灘相，具有多層系立體勘探的有利條件和良好的油氣勘探前景。

致謝：筆者在調研過程中得到了中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院的領導和同行極大的幫助，對楊光、張亞、汪華、陳驍等再次深表謝意；圖8江油地區雙魚石構造南部地震剖面由陳竹新先生提供，在此深表謝意。