魏國齊，楊威，張健，謝武仁，曾富英，蘇楠，金惠

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，河北廊坊 065007；2.中國石油西南油氣田公司，成都 610041）

1 研究背景

四川盆地安岳特大型氣田是目前中國地層最古老、儲量規(guī)模最大的整裝海相碳酸鹽巖氣田，其發(fā)現(xiàn)打開了四川盆地深層油氣的勘探局面[1]。圍繞四川盆地中部（簡稱川中）震旦紀—早寒武世高石梯—磨溪古隆起和德陽—安岳克拉通內裂陷的勘探發(fā)現(xiàn)主要位于震旦系燈影組臺緣帶和川中古隆起核部寒武系龍王廟組臺內灘[2-4]。川中地區(qū)是四川盆地構造最穩(wěn)定、油氣地質條件優(yōu)越的地區(qū)，安岳特大型氣田發(fā)現(xiàn)后，尋找新的勘探領域、擴大勘探成果是當前四川盆地天然氣勘探面臨的重大課題。前人研究表明，在鄂爾多斯、準噶爾、四川等盆地，受基底古地貌差異、斷裂系統(tǒng)、裂谷及隆起等構造不均一性及后期活化影響，這些基底先存構造對上覆地層的沉積相展布、構造變形、油氣運移等具有控制作用，進而控制油氣藏的形成與分布[5-8]。因此研究川中地區(qū)基底結構與構造特征以及對上覆地層成藏的控制作用，預測有利區(qū)帶，對尋找深層油氣高產富集區(qū)、擴大川中地區(qū)勘探范圍、尋找繼安岳特大型氣田之后的重大接替領域具有重要意義。

前人對四川盆地的基底特征進行過很多探索性研究，認為四川盆地的基底具有雙重性，即：①太古代—早元古代發(fā)育的康定群經中條運動形成距今1 700～1 900 Ma的深部結晶基底；②中元古代—新元古代發(fā)育的峨邊群經晉寧運動形成距今780～1 700 Ma的褶皺基底[9-10]。研究認為上揚子板塊在新元古代以前震旦系裂谷（或稱南華系裂谷）為主要特征，形成于距今635～800 Ma，其成因受到新元古代全球拉張環(huán)境控制，與距今570～860 Ma的羅迪尼亞古陸裂解相對應[11-14]。在中國華南地區(qū)發(fā)育了康滇、川中、鄂湘桂、浙北—皖南 4個陸內裂谷，裂谷內部南華系均以火山碎屑巖、砂巖、泥巖、冰磧巖等為主要充填特征，揚子板塊基底主要由新元古界組成，青白口系頂部花崗巖發(fā)育，與南華系的碎屑巖沉積充填巖性差異明顯[15-23]。四川盆地內前震旦系裂谷的分布已得到初步勾畫，楊志如等[24]利用地震資料在高石梯—磨溪地區(qū)清晰識別出了前震旦系裂谷的存在，得到川中地區(qū)裂谷及其對該地區(qū)深層油氣分布影響的初步認識。目前針對四川盆地裂谷構造的認識仍存在以下幾個方面的問題：①由于前震旦系在四川盆地內揭露較少，基于巖石學證據的構造認識不多；②前人利用地震資料初步勾畫了前震旦系裂谷的輪廓，但對其展布特征和內部結構認識仍不夠細致，需要進一步采用最新地震資料和針對性的處理解釋手段，精細解讀裂谷及其內部結構，明確其成因機制；③前震旦系構造對震旦系—寒武系氣田形成的控制作用鮮有涉及。針對上述問題，本文利用最新的地震、大地電磁、鉆探等資料，對川中地區(qū)前震旦系裂谷及內部地壘-地塹結構（簡稱壘-塹結構）發(fā)育特征和對上覆震旦系—寒武系沉積和成藏的控制作用進行深入研究。

圖1 四川盆地構造綱要及研究區(qū)位置圖

研究區(qū)位于現(xiàn)今四川盆地川中低緩構造帶中南部，介于川西坳陷帶與川東高陡構造帶之間，北為米倉山—大巴山前緣褶皺帶，南為川南低陡構造帶，面積約 6×104km2（見圖 1）?？碧侥康膶訛檎鸬┫怠湎怠⒍B系、中下三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖和上三疊統(tǒng)、侏羅系陸相碎屑巖。近期勘探主要目的層為震旦系燈影組、寒武系龍王廟組及中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組。其中重點層系龍王廟組和燈影組主要的有利相帶分別為顆粒灘和臺緣丘灘體、臺內丘灘體沉積，儲集層以裂縫-孔洞型白云巖為主，發(fā)育寒武系筇竹寺組、麥地坪組和震旦系燈影組三段 3套優(yōu)質烴源巖。川中地區(qū)自震旦紀以來，是盆地最穩(wěn)定的地區(qū)，燈影組及相鄰層系長期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)育，具有優(yōu)越的成藏條件[25-26]。

2 裂谷的識別

華南板塊在新元古代整體拉張構造背景下形成了多個裂谷盆地。四川盆地位于揚子板塊內部，與華南板塊具有相似的動力學背景和結構特征。航磁資料顯示的地幔及地殼的變化、結晶基底及沉積變質基底的存在以及盆地內基底埋深的變化等證實四川盆地內發(fā)育前震旦系裂谷[24]。本文通過分析盆地周緣新元古代裂谷盆地的充填特征來認識和建立四川盆地深部裂谷地震響應模式，在此基礎上通過地震資料解釋來識別川中地區(qū)裂谷。

2.1 裂谷的充填特征

四川盆地深部裂谷未有露頭出露，通過研究周緣同時期的鄂湘桂裂谷及康滇裂谷來間接認識川中裂谷的充填特征。通常認為華南板塊新元古代盆地具備典型裂谷盆地沉積序列，包括代表裂谷盆地早期形成階段的沖洪積相組合、陸相（或海相）火山巖及火山碎屑巖相組合、濱淺海相組合、淹沒碳酸鹽臺地及欠補償盆地黑色頁巖相組合；代表中、后期形成階段的濱岸邊緣相—深海相組合、冰期冰磧巖相組合、碳酸鹽巖及炭硅質細碎屑巖相組合。揚子東南緣鄂湘桂裂谷內南華系底部蓮沱組為1套含凝灰質較多的粗碎屑巖，厚度為60～1 000 m；中部大塘坡組為黑色含粉砂質頁巖，局部夾凝灰?guī)r條帶，厚度為60～700 m；南華系頂部南沱組為冰川堆積，巖性主要為砂質礫巖、冰磧泥礫巖，最厚達1 200 m；南華系之上震旦系為斜坡—盆地相沉積，陡山沱組厚，燈影組薄。揚子地塊西緣康滇裂谷內南華系主要為中酸性—基性火山巖、火山碎屑巖，南華系總厚500～4 000 m，中下部蘇雄組和開建橋組南北向厚度變化大，頂部列古六組沉積穩(wěn)定；上覆震旦系為臺地相—斜坡相—陸棚相碳酸鹽巖沉積。

2.2 裂谷的地震響應特征

根據裂谷外部花崗巖及結晶基底與裂谷內部南華系碎屑巖充填的巖性差異，認為裂谷在地震響應上具有 2個特征：①裂谷兩側邊界由于在拉張環(huán)境下形成正斷層，具有斷面波特征或者繞射現(xiàn)象；②由于基底和碎屑巖沉積的地震響應差別，裂谷內部與外部同相軸存在明顯的不連續(xù)性。基于以上特征，在川中地區(qū)多條北西走向地震剖面中觀察到前震旦系裂谷存在的證據。裂谷兩側在地震剖面上存在明顯的不連續(xù)，裂谷內地震相多以同相軸連續(xù)、平行結構特征為主，反映了碎屑巖沉積特征；裂谷外地震相多為雜亂反射結構特征，與變質基底相吻合。部分剖面中裂谷兩側和底部存在繞射現(xiàn)象，反映出不連續(xù)界面的存在，或者盡管沒有明顯的繞射波邊界，裂谷內部的連續(xù)同相軸在邊界停止，與周邊的沉積響應呈明顯的不連續(xù)，為裂谷邊界的勾畫提供了依據（見圖2）。

3 裂谷的展布與結構

基于前震旦系裂谷地震響應模式和 2 958條二維地震測線、15 000 km2三維地震資料的精細解釋，發(fā)現(xiàn)川中地區(qū)發(fā)育 1條北北東走向的前震旦系裂谷，由盆地北緣的通江—達州地區(qū)延伸至盆地南緣的資陽—威遠地區(qū)，東邊界為達州—廣安—合川一線，西邊界為通江—南充—資陽一線。裂谷由一系列北東走向的正斷層組成，相向正斷層控制的內部地層下沉形成裂谷的主體構造形態(tài)。裂谷自北向南寬度變化較大，在川中地區(qū)最寬達到180 km，在川北地區(qū)較為狹窄（見圖3）。

裂谷內部由一系列正斷層及其控制的壘-塹結構組成（見圖4）。前震旦系裂谷在整體板塊拉張作用下形成，兩側發(fā)育大型正斷層，裂谷內部地層在拉張作用下同樣發(fā)生斷裂并發(fā)育多條正斷層，正斷層上盤下降形成地塹，下盤相對上升成為地壘。因此前震旦系裂谷形成了內部由多個地壘、地塹組成的壘-塹結構。在裂谷內部發(fā)育大量與裂谷走向平行的正斷層（見圖3），斷層大多終止于燈影組底界，部分斷開上覆地層的斷層顯示出后期活化的特征，反映其在南華紀上揚子板塊區(qū)域拉張構造背景下形成[16-18]，是控制裂谷內部結構形成的主要因素。在地震剖面上，裂谷內部正斷層大多成對出現(xiàn)，傾向相向。正斷層活動過程中，上盤地層下移，在相向的兩條正斷層控制下形成上寬下窄的楔形地塹結構，之后內部充填南華系碎屑巖沉積，充填厚度2 000～4 000 m。背向正斷層之間的下盤地層位移并不明顯，形成上窄下寬的地壘結構。由于正斷層在裂谷垂向方向上密集、平行發(fā)育，在川中地區(qū)裂谷內形成了地壘-地塹相鄰排列、多組壘-塹結構存在的內部結構特征。川中地區(qū)共識別出18個小型地塹，寬度和長度不一，方向以近北東向為主（見圖5）。多組地壘-地塹成排成帶展布，形成川中地區(qū)前震旦系凸凹相間構造格局。

圖2 川中地區(qū)地震響應特征（測線位置見圖1）

圖3 川中地區(qū)前震旦系裂谷及其內部正斷層分布圖

大地電磁法（MT）資料同樣揭示川中地區(qū)存在前震旦系裂谷和內部的壘-塹結構。MT剖面中電性結構呈“低-高-中-高”相間分布特征，碎屑巖表現(xiàn)為低電阻率，火成巖、碳酸鹽巖、變質巖表現(xiàn)為高電阻率?；谇罢鸬┫盗压葔?塹結構中不同部位巖性的差異性分布及其電阻率響應，可以在 MT剖面上顯示出裂谷特征。為了減少擬合誤差，提高縱向分層能力，采用了約束反演模擬，以電測井資料約束 MT剖面中電阻率變化范圍，減少了多解性。相對于連續(xù)介質反演（見圖 6a），約束反演更精細地反映出深部發(fā)育的裂谷壘-塹結構（見圖6b），且與地震分析所顯示的特征一致。

4 裂谷壘-塹結構對上覆地層沉積的控制

4.1 地壘上丘灘體的地震響應

圖4 川中地區(qū)格架剖面（疊前時間偏移剖面，測線位置見圖1）

圖5 川中地區(qū)前震旦系地塹分布圖

通過地震資料解釋，發(fā)現(xiàn)川中地區(qū)控制裂谷內較大型壘-塹結構的邊界斷裂常切穿燈影組底，甚至切穿寒武系下部，反映后期繼承性活動特點（見圖2、圖7、圖8），而裂谷壘-塹結構中地壘之上震旦系—寒武系多具有明顯的丘灘體響應特征（見圖 7），主要表現(xiàn)在 4個方面：①沉積地層在地壘上地震相呈透鏡體，厚度相對較大，是丘灘體沉積的反映；②透鏡體內部呈雜亂反射結構，與其外部地層的連續(xù)反射呈鮮明對比，反映丘灘體內部沉積物成層性相對較差并且呈厚層塊狀；③在透鏡體外緣多能觀察到反射同相軸上超的接觸關系，反映丘灘體沉積后影響其上覆沉積物的堆積。丘灘體的反射特征基本都顯現(xiàn)于壘-塹結構中的地壘上，緊鄰正斷層發(fā)育，表明丘灘體的發(fā)育受控于拉張環(huán)境下正斷層的活動以及壘-塹結構之間的古地貌差異。此外，丘灘體還具有垂向上疊置發(fā)育的特點，地震剖面上從燈影組底部開始，在燈影組二段（簡稱燈二段）、燈影組四段（簡稱燈四段）、龍王廟組、下二疊統(tǒng)均可以觀察到丘灘體的反射特征（見圖7、圖8），并且平面上丘灘體的發(fā)育位置和分布范圍有較好的繼承性，說明丘灘體在先存構造的控制下具有持續(xù)發(fā)育的特點，實際鉆探中多口井也表現(xiàn)出了這種丘灘體在地壘上方持續(xù)發(fā)育的特征。

4.2 地壘上丘灘體的分布

在地壘之上普遍發(fā)育丘灘體的現(xiàn)象反映出早期裂谷對上覆地層沉積的控制。震旦紀—寒武紀川中地區(qū)主體處于碳酸鹽臺地的沉積環(huán)境，古地貌相對差異對碳酸鹽巖沉積相影響明顯。在上覆震旦系—寒武系沉積發(fā)育過程中，早期裂谷壘-塹結構的形成以及相關正斷層后期的持續(xù)活動，常形成古地貌的高低差異。在地壘上，古地貌相對較高，水體較淺，能量較大，有利于造礁（丘）生物和顆粒物的生長或沉積，為丘灘體的發(fā)育提供了條件。由于川中地區(qū)在震旦紀—早古生代長期處于海相沉積環(huán)境，地壘上已經形成的丘灘體成為下一個沉積時期的古地貌高點，這些古地貌高點又成為再下一期丘灘體快速生長的有利環(huán)境，從而在地壘上形成持續(xù)發(fā)育的古地貌高和丘灘體沉積。壘-塹結構邊緣的正斷層在后期的構造運動中也可能再次活化，斷層上盤再次下降形成古地貌高差，從而進一步控制丘灘體的發(fā)育。

現(xiàn)有的鉆探資料也驗證了壘-塹結構與丘灘體發(fā)育之間的關系（見圖9）。位于地壘上的高石11井、高石1井、磨溪105井燈四段發(fā)育大段藻云巖，位于地塹中的安平1井燈四段丘灘體則相對不發(fā)育。對于龍王廟組，高石11井以砂屑白云巖、泥晶及泥質白云巖為主，高石1井以砂質云巖和砂屑云巖為主，磨溪105井以砂屑云巖和中細晶云巖為主，而安平1井以泥晶云巖為主。拉平筇竹寺組下部地層后發(fā)現(xiàn)，高石11井、高石1井、磨溪105井位于地壘上，古地貌相對較高，證明地壘的古地貌高控制丘灘體的發(fā)育。由過井地震剖面可以看出（見圖10），安平1井下方裂谷邊界清晰，位于地塹之內，而高石11井、高石1井以及磨溪105井位于地塹兩側的地壘之上。

圖6 川中地區(qū)MT測線連續(xù)介質反演（a）與模擬退火約束反演（b）（測線位置見圖1）

圖7 川中地區(qū)壘-塹結構中地壘上的丘灘體地震響應特征（測線位置見圖1）

在精細地震解釋的基礎上對川中地區(qū)燈二段、燈四段以及龍王廟組丘灘體進行刻畫，其中龍王廟組勾畫丘灘體約4 800 km2（見圖11a），燈四段勾畫丘灘體約3 900 km2（見圖11b），燈二段勾畫丘灘體約5 000 km2。丘灘體主要分布在裂谷范圍內，以北東東走向為主，大多與后期活動的正斷層相伴生。丘灘體呈多排展布，以臺洼間隔。

5 壘-塹結構對油氣成藏的控制

5.1 對烴源巖的控制

裂谷控制元古界—下古生界主要烴源巖的平面展布和沉積厚度。寒武系筇竹寺組是四川盆地震旦系—下古生界主要的烴源巖，以陸棚相沉積為主，巖性以灰黑—黑色頁巖、炭質頁巖為主，在川中地區(qū)發(fā)育厚度為60～150 m?？刂屏压葔?塹結構的邊界斷層活動導致川中地區(qū)形成一系列臺洼，為相對深水相地層的沉積提供了空間，在臺洼內形成相對較厚的烴源巖，筇竹寺組的沉積厚度受壘-塹結構控制呈北東東向以條帶狀差異分布。川中地區(qū)筇竹寺組烴源巖厚度變化與前震旦系地壘、地塹的分布相關，地壘上厚度相對較小，地塹內厚度相對較大（見圖12）。如位于地壘上的磨溪23井，筇竹寺組底部黑色泥巖厚度為62 m；位于地塹內的安平 1井，筇竹寺組底部黑色泥巖厚度達到80 m。地塹內與地壘上烴源巖厚度差異較大，筇竹寺組烴源巖厚度差可達 10～30 m。另外裂谷內可能存在大塘坡組優(yōu)質烴源巖，巖性以黑色頁巖為主，根據川東地區(qū)秀山野外露頭測量，厚度達到50～200 m，總有機碳含量（TOC值）為0.25%～8.50%，TOC平均值為3.15%，具有較大的生烴潛力[27]。

圖8 前震旦系裂谷肩部下二疊統(tǒng)中發(fā)育的丘灘體地震反射特征（測線位置見圖1）

圖9 川中地區(qū)高石6井—磨溪105井HH′連井剖面（剖面位置見圖1）

5.2 對儲集層發(fā)育的控制

裂谷壘-塹結構對川中地區(qū)震旦系—寒武系儲集層的展布、厚度、物性等具有重要控制作用。

圖10 川中地區(qū)過高石11井—高石1井—安平1井—磨溪105井地震剖面（剖面位置見圖1）

圖11 川中地區(qū)龍王廟組（a）、燈四段（b）灘體分布特征

地壘形成的局部微古地貌高有利于丘灘體持續(xù)沉積，龍王廟組、燈影組發(fā)育厚層砂屑、礫屑白云巖以及藻云巖，為后期巖溶作用形成有效儲集層提供了物質基礎。例如，位于地壘上的磨溪202井、高石10井龍王廟組儲集層厚度分別為68.0 m和44.4 m，而位于地塹內部的磨溪 21井龍王廟組儲集層厚度僅為17.4 m。

地壘上古地貌高，丘灘體發(fā)育，由于水體較淺，時常出露海平面受到大氣淡水溶蝕作用，在大規(guī)模顆粒灘（丘灘體）的基礎上形成了優(yōu)質的巖溶儲集層。磨溪12、磨溪17等多口位于地壘的井，龍王廟組發(fā)育多段針孔狀砂屑云巖及溶洞白云巖。

5.3 對構造-巖性圈閉的控制

壘-塹結構的持續(xù)演化有利于在上覆地層形成構造-巖性圈閉，為油氣聚集和保存提供了有利條件。一方面，受裂谷邊界斷裂持續(xù)活動的影響，易形成斷裂與燈影組和龍王廟組灘體組成的斷裂構造-巖性圈閉；另一方面，地壘古地貌高控制形成大面積丘灘體，受到周邊臺洼內深水相、臺地相沉積圍繞，形成大面積構造-巖性圈閉，燈三段、筇竹寺組、洗象池組—高臺組等致密地層是主要的區(qū)域性蓋層。這些構造-巖性圈閉在二疊紀、三疊紀大規(guī)模成藏時期始終處于油氣運聚的指向區(qū)，有利于油氣長期運移聚集成藏。成藏后川中地區(qū)受到印支期、喜馬拉雅期等構造改造相對較弱，原有氣藏較少遭到破壞，油氣得到有效保存。

圖12 川中地區(qū)寒武系筇竹寺組烴源巖厚度圖（a）及地塹內筇竹寺組地震響應特征（b）（測線位置見圖1）

5.4 對油氣成藏的控制

裂谷壘-塹結構控制上覆丘灘體沉積、巖溶儲集層及烴源巖的發(fā)育，形成了“地塹生烴-地壘成儲-構造巖性圈閉保存”的成藏模式（見圖13）。

勘探情況表明，川中地區(qū)震旦系—寒武系高產井主要分布在地壘上的丘灘體中，46口試油井中有 38口井位于地壘區(qū)、8口井位于地塹區(qū)，其中有20口測試產量大于50×104m3/d的井全部位于地壘區(qū)。龍王廟組及燈影組測試產量大于10×104m3/d且位于地壘上的井共29口，占總數的75%。

圖13 川中地區(qū)前震旦系裂谷壘-塹結構及相關斷層后期活動控制下的震旦系—寒武系成藏模式圖

6 有利勘探方向

基于上述研究成果，結合川中地區(qū)震旦系—寒武系在構造歷史上長期處于構造高部位，且未受到新生代構造運動大規(guī)模改造，有利于油氣的長期聚集保存的認識，在川中地區(qū)優(yōu)選出高石梯—磨溪以北和高石梯—磨溪以南2個有利勘探區(qū)帶。

高石梯—磨溪以北有利勘探區(qū)帶內壘-塹結構發(fā)育，通過精細地震刻畫及屬性預測，龍王廟組顆粒灘儲集層和燈影組丘灘體儲集層大面積分布，在龍王廟組下部和燈二段、燈四段發(fā)育一立場等多個大型構造-巖性圈閉，該區(qū)帶二疊紀前處于隆起的高部位，始終是油氣聚集的指向區(qū)，盡管經過印支期—喜馬拉雅期構造運動改造，成為大型北傾斜坡構造，但由于構造-巖性圈閉的發(fā)育，易形成斜坡背景上的構造-巖性油氣藏，是四川盆地震旦系—寒武系有利的勘探遠景區(qū)之一（見圖14）。

圖14 川中地區(qū)震旦系—寒武系勘探有利區(qū)

高石梯—磨溪以南有利勘探區(qū)帶內壘-塹結構發(fā)育，地壘之上具有典型的丘灘體地震響應，表明丘灘體發(fā)育，且發(fā)育面積大、分布廣、上下疊置，有利于多層兼探。地壘之上龍王廟組下部、燈二段、燈四段構造-巖性圈閉發(fā)育，各個層系丘灘體發(fā)育位置與構造圈閉位置具有良好的重合性，且該區(qū)帶處于油氣聚集的有利區(qū)，是四川盆地震旦系—寒武系另一重要的勘探遠景區(qū)。

7 結論

四川盆地內部發(fā)育北東走向的前震旦系裂谷。裂谷內部受一系列與裂谷走向平行的正斷層控制，發(fā)育壘-塹結構。

大型壘-塹結構的形成及控制壘-塹結構的邊界斷層后期持續(xù)活動對上覆地層灘體有利相帶具有重要的控制作用。壘-塹結構的差異性升降形成局部微地貌高，有利于丘灘體的發(fā)育，并在長期海相沉積環(huán)境中實現(xiàn)繼承性發(fā)育，在震旦系—寒武系甚至二疊系中形成了一系列上下疊置的丘灘體，構成大面積有利沉積相帶。

前震旦系裂谷的發(fā)育及控制壘-塹結構的邊界正斷層的后期活動為震旦系—寒武系成藏提供了有利條件，控制了顆粒灘和巖溶儲集體以及臺洼內烴源巖的規(guī)模發(fā)育，并形成構造-巖性圈閉，使油氣在現(xiàn)今構造低部位規(guī)模成藏且有效保存。

優(yōu)選出高石梯—磨溪以北和高石梯—磨溪以南 2個大型構造-巖性復合圈閉有利勘探區(qū)。

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