四川盆地西部早古生代坳陷演化過程及其油氣地質意義

張本健 趙立可 陳 驍 文 龍 羅 冰 劉 冉 鐘 原 和 源 張 亞 龍虹宇

中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

四川盆地海相地層厚度大，震旦系—三疊系包含多套碳酸鹽巖地層，蘊藏著極其豐富的天然氣資源。近年來，該盆地海相碳酸鹽巖天然氣勘探持續獲得突破，發現了以上震旦統燈影組、下寒武統龍王廟組為主產氣層的安岳氣田和以上二疊統長興組 下三疊統飛仙關組為產氣層的龍崗氣田等多個大型氣田，并形成了“古裂陷、古隆起、古侵蝕面等大型地質單元控制規模油氣分布”的“三古”油氣成藏富集理論[1-10]。基于“三古”油氣成藏理論尋找規模成儲成藏古地質單元，是當前四川盆地深層與超深層碳酸鹽巖氣藏勘探的重要實踐與研究目標。

四川盆地發育于上揚子克拉通結晶基底和褶皺基底之上，經歷了多期次的區域性構造運動事件和盆地構造性質的轉變，在不同的盆地演化階段形成了的具有多種構造—沉積格局的盆地原型，具有典型的多旋回疊合盆地特征[11]。受桐灣運動的影響，四川盆地西部（以下簡稱川西地區）在燈影組沉積期受差異沉降和侵蝕作用的共同控制，形成了德陽—安岳拉張槽[12]。加里東運動旋回，包括郁南運動、都勻運動、云南運動等多期次代表性構造運動事件，使得該盆地的隆凹格局不斷發展和變化，尤其是川中古隆起的形成，導致了川西地區寒武系—志留系大范圍地層缺失。加里東運動之后，四川盆地北部在海西期發育北西走向的開江—梁平海槽，控制了二疊紀—三疊系的礁、灘相沉積作用。印支期，四川盆地整體抬升，由海相沉積逐漸轉入陸相沉積階段，龍門山地區早期正斷層發生構造反轉，并向盆地方向逆沖推覆，川西地區進入了前陸盆地演化階段。燕山期至喜馬拉雅期，四川盆地周緣的造山帶逐漸進入全面活動階段，受一系列擠壓推覆構造活動的影響，盆—山結合帶逐漸形成并最終形成了現今四川盆地的形態。

對于川西地區構造結構特征與物質組成的研究已經取得了豐富的成果，但由于晚印支期—燕山期構造運動對四川盆地西緣強烈的構造擠壓負載作用，川西地區以陸相為主的上三疊統—侏羅系碎屑沉積物厚度可達數千米[13]，使得震旦系—中三疊統海相碳酸鹽巖埋藏深度大，目前對其研究程度低、油氣勘探成果少。因此，需要對川西地區深部地層進行更加詳細的厘定，尤其對于早古生界寒武系—志留系沉積充填格架尚缺乏詳細的研究，制約了對該區早古生代古地質單元結構特征的刻畫和深層—超深層碳酸鹽巖氣藏的勘探實踐。為此，筆者在分析四川盆地區域地質背景的基礎上，利用最新高分辨率二維地震格架測線及鉆井資料，通過精細地震引層對比，識別出“德陽—綿陽坳陷”，其形成于二疊系沉積前的德陽—綿陽地區，為一個大型的克拉通內古坳陷；通過進一步的幾何學和運動學特征研究，明確了“德陽—綿陽坳陷”的發育時期與演化特征。“德陽—綿陽坳陷”的發現，對于重新認識川西地區早古生代構造—沉積格局具有重大的科學意義，該坳陷邊緣坡折帶有可能形成碳酸鹽巖氣藏有利儲集帶的規模發育區，川西地區深層—超深層海相碳酸鹽巖儲層具備縱向多層系天然氣立體勘探的條件及價值。

1 川西地區古生界坳陷特征

川西地區位于四川盆地西部的成都—綿陽地區，構造上屬于川西中新帶坳陷低陡帶和川北古中坳陷低緩帶（圖1）。近年來，四川盆地中部—西北部部署完鉆的JT1、LT1、ZJ2、CS1等探井鉆至震旦系，地層較完整（圖1），為實現地震引層（圖2）提供了可靠的依據，也對進一步識別川西地區深層地層充填提供了數據支撐。地震剖面圖顯示，川北地區二疊系底界為典型的角度不整合界面，寒武系—志留系向南明顯抬升，志留系中上部遭受部分剝蝕（圖2、3）；劍閣—梓潼地區，中寒武統高臺組底界、奧陶系底界反射出現明顯的下凹趨勢，川西地區開始出現坳陷的特征（圖2～4）；德陽—綿陽地區，中寒武統高臺組底界、奧陶系底界地震反射下凹特征消失，向南逐漸呈現出向上揚起的特征，至成都北部地區，高臺組—奧陶系削截尖滅于二疊系底界（圖3）。高臺組底界在地震剖面可連續追蹤，可初步確定德陽—綿陽地區二疊系下伏地層為中上寒武統—石炭系[14-16]。

圖1 川西地區區域地質圖

圖2 過JT1井 CS1井地震剖面圖

川西地區沿北東—南西向剖面（圖3）在拉平二疊系底界之后，燈影組裂陷特征清晰；下寒武統筇竹寺組地震反射特征為平行狀反射，上超于燈影組頂界之上；高臺組底界為連續中強波峰反射，在川西地區出現下凹特征，下寒武統滄浪鋪組—龍王廟組均向南表現出明顯的削截特征，坳陷內上寒武統沉積為一填平補齊過程，內部同相軸向北、向南均上超于下伏地層之上；奧陶系底界為較連續中強波峰反射，向北上超尖滅于高臺組底界之上，向南則呈現下凹特征，最終削截于二疊系底界之下，上覆地層上超于奧陶系底界之上。整體來看，北部奧陶系殘留厚度薄，南部殘留厚度大；志留系底界為連續強反射，北部地層厚，向南呈上超超覆特征，向南迅速抬升，削截消失于二疊系底界，德陽—綿陽坳陷區沒有殘留志留系。該剖面未見石炭系—泥盆系。

圖3 川西地區過德陽 綿陽坳陷北東 南西向地震剖面圖

川西地區沿北西—南東向剖面（圖4）各地層反射特征與沿北東—南西向剖面基本一致，但受川中古隆起的影響，奧陶系底界、高臺組底界向東迅速削截尖滅于二疊系底界，以高臺組底界、奧陶系底界為主要不整合界面，下伏地層均削截消失，上覆地層呈上超超覆特征，表明川西地區坳陷受多期次構造活動影響[17]。

圖4 川西地區過德陽 綿陽坳陷北西 南東向地震剖面圖

2 川西地區早古生代構造演化過程

在識別德陽—綿陽坳陷的基礎上，結合早古生代構造運動背景，采用地震趨勢法恢復各期次剝蝕量并制作平衡剖面，重建川西地區古生界構造演化過程（圖5）。

圖5 過德陽 綿陽坳陷北東 南西向地層沉積演化剖面圖

筇竹寺組沉積前，德陽—綿陽地區地貌具有西南低、北東高的特征，筇竹寺組內部同相軸普遍上超于燈影組頂界之上，具有填平補齊的特征（圖5-a）。隨后該地區進入構造相對穩定期，在筇竹寺組之上沉積了滄浪鋪組及龍王廟組，下伏消亡期的德陽—安岳拉張槽的邊緣在一定程度上控制了滄浪鋪組及龍王廟組沉積分異（圖5-b）。至早寒武世末期，德陽—綿陽地區發生構造活化沉降，伴隨大規模海退過程造成坳陷區及周緣形成天然匯水侵蝕區，導致滄浪鋪組上段以及龍王廟組出現不同程度的缺失。德陽—綿陽地區滄浪鋪組上段以及龍王廟組被完全剝蝕，初步具有坳陷的形態，形成坳陷區，其北東方向地區始終為構造高部位，地層保存完整，未遭受侵蝕（圖5-c）。中—晚寒武世，高臺組及洗象池組對坳陷進行填平補齊，坳陷內沉積厚度約500 m，坳陷邊緣厚度介于100～200 m（圖5-d）。早奧陶世，德陽—綿陽地區再次發生相對較弱的構造沉降，控制了川西地區奧陶系的沉積分異；志留紀盆地沉降中心發生改變，由德陽—綿陽地區轉至川北地區，志留系沉積自北向南整體超覆（圖5-e）。泥盆紀—石炭紀，受云南運動影響導致盆地整體抬升，盆地西側形成被動大陸邊緣，泥盆系—石炭系向東上超沉積于盆地邊緣附近。受加里東末期盆地整體抬升影響，寒武系至志留系地層剝蝕厚度大，樂山—龍女寺古隆起核部整體被夷平。后經歷多期構造運動，該地區發展為現今構造樣式（5-f）。

在前人研究成果[18-25]的基礎上，結合最新的地震、鉆井資料，編制出四川盆地古生界各層殘余厚度平面圖（圖6），分析關鍵構造變革期的地層沉積充填特征。受桐灣運動的影響，筇竹寺組殘余地層厚度發育一個呈南北向展布的條帶狀厚值區，軸部在劍閣—綿陽—內江—宜賓一線，反映當時“兩隆夾一凹”的古沉積格局（圖6-a）。滄浪鋪組—龍王廟組殘余地層格局發生了很大的改變，具有自西向東逐漸增厚的特征，沉積中心位于盆地的南部—東部，厚度超過600 m；德陽—綿陽地區受到坳陷控制，滄浪鋪組—龍王廟組遭受侵蝕作用厚度明顯減薄，殘余地層厚度介于50～150 m（圖6-b）。高臺組—洗象池組殘余地層整體呈現出“西部薄、東部厚”的特征，川西南部—川中地區受后期加里東構造運動抬升剝蝕影響，地層剝蝕殆盡；德陽—綿陽地區受坳陷控制，地層沉積厚度相對大，晚期抬升剝蝕后殘留多，局部地層殘留厚度仍較大，反映出德陽—綿陽地區在該時期為川西沉降中心的特征（圖6-c）。奧陶系殘余地層整體仍保持“西薄東厚”的特征，川中古隆起核部（雅安—眉山—遂寧一線）遭受剝蝕，具有由古隆起向四周逐漸加厚的特征；德陽—綿陽坳陷核部地層增厚明顯，可超過300 m（圖6-d）。受加里東晚期構造抬升作用的影響，德陽—綿陽坳陷消失，志留系上部地層被廣泛剝蝕，川西及川中古隆起核部等廣大地區志留系被剝蝕殆盡，向川東、川東南地區地層殘留厚度急劇增大，最大厚度可達1 500 m（圖6-e）。泥盆系—石炭系殘余地層分布較為局限，厚度較薄，盆地西部主要分布在劍閣—德陽以西地區，呈狹長帶狀分布特征，德陽—綿陽坳陷核部地區具有臺凹的殘留古地貌，可能充填保留部分石炭系、泥盆系；盆地東部石炭系—泥盆系分布在墊江—達州等地區，殘余地層厚度介于50～100 m（圖6-f）。

圖6 四川盆地古生界殘余地層厚度圖

根據四川盆地下古生界的平面展布及遷移特征分析可以看出，雖然各時期川西地區的沉降中心有所遷移，但主要集中在德陽—綿陽地區，且通過坳陷內部地層充填可以明確該坳陷的主要發育時期為寒武紀—奧陶紀，早期繼承發育在晚震旦世拉張槽的構造背景之下，經歷了川西地區多期次差異沉降、侵蝕作用而形成。德陽—綿陽坳陷的形成演化對其內部及周緣古生界地層沉積、巖溶侵蝕改造均具有控制作用，以此對四川盆地二疊系沉積前古地質圖進行了重構（圖7）。

圖7 四川盆地二疊系沉積前古地質圖

3 油氣地質意義

德陽—綿陽早古生代坳陷的發現，改變了以往對川西地區古生界構造、沉積格局的認識，加里東構造運動旋回的郁南、都勻、云南等幕式活動的差異性在川西地區首次被識別發現。德陽—綿陽坳陷邊緣坡折帶可能形成多種類型的臺緣帶，有利于碳酸鹽巖灘相、古巖溶等多類型儲層的形成：①滄浪鋪組—龍王廟組沉積期，受德陽—綿陽坳陷控制，坳陷內發育低能沉積，坳陷邊緣發育清水臺地顆粒灘相沉積，由于古地貌的差異，灘相沉積遭受強烈的巖溶改造，形成“臺緣灘＋巖溶”儲集體，沿坳陷邊緣形成規模性的儲層發育有利相帶，與下伏的筇竹寺組烴源巖形成良好的成藏組合，有利于油氣聚集（圖8）；②受德陽—綿陽坳陷的控制，洗象池組、奧陶系產生沉積分異，環坳陷邊緣可能形成規模發育的碳酸鹽巖高能灘相儲層，儲集條件優越，下伏筇竹寺組低能沉積形成“下生上儲”的成藏組合，具有較大的勘探潛力；③受寒武系—奧陶系古坳陷殘留古地貌的影響，北東—南西向的中二疊統棲霞組沉積高帶在德陽—綿陽地區可能出現向盆地內部延伸的北西—南東向臺凹，臺凹內可能殘留石炭系—泥盆系，臺凹邊緣的安縣—都江堰地區石炭系—泥盆系可能發育高能灘相沉積，具有一定的勘探潛力；④云南運動之后，盆地西部下古生界遭受大面積剝蝕，環德陽—綿陽坳陷邊緣為殘留古地貌高部位，可能控制了棲霞組灘相沉積有利相帶，規模發育臺緣灘相白云巖儲層（圖9）。總體來看，川西地區梓潼—鹽亭—中江一帶寒武系、奧陶系、二疊系碳酸鹽巖高能灘相儲層有利相帶疊合在一起，是古生界多層系天然氣規模立體勘探的有利區。

圖8 川西地區滄浪鋪組巖相古地理圖

圖9 四川盆地棲霞組巖相古地理圖

4 結論

1）二疊系沉積前在德陽—綿陽地區存在大型古坳陷，坳陷內充填地層為寒武系—奧陶系。

2）桐灣運動、郁南運動期，德陽—綿陽地區為拉張沉降中心，都勻運動、云南運動使得沉降中心轉移至盆地北部。

3）德陽—綿陽坳陷邊緣坡折帶附近可能形成多期沉積型臺緣灘、侵蝕型巖溶陡坎或二者疊合的儲集體類型，是下古生界多層系古老碳酸鹽巖有利儲集帶的規模發育區，具備縱向多層系天然氣立體勘探的條件及價值。