馬德芹，田景春，林小兵，文 龍，徐 亮

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；2.西南交通大學(xué)，四川 成都 611731；3.西藏大學(xué)，西藏 拉薩850000；4.中國石油 西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都610041)

眾所周知，生物礁在碳酸鹽巖油氣勘探中具有非常重要的地位。據(jù)統(tǒng)計，在全球已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的各時代碳酸鹽巖油氣田中，生物礁油氣田所占的比例達(dá)27.18%[1]。中國近年來生物礁油氣藏勘探也獲得了重要突破，特別是針對四川盆地二疊系長興組生物礁灘的油氣勘探不斷取得進(jìn)展，相繼發(fā)現(xiàn)了普光生物礁氣田、渡口河生物礁氣田、龍崗生物礁氣田、元壩生物礁氣田、高峰場生物礁氣田、鐵山生物礁氣田和黃龍場生物礁氣田等[2-5]，展示了四川盆地二疊系長興組生物礁良好的勘探前景和巨大的勘探潛力。

伴隨著四川盆地二疊系長興組生物礁油氣勘探的不斷突破，不同學(xué)者對盆地內(nèi)長興組生物礁進(jìn)行了大量研究，并取得了一系列重要成果，諸如生物礁的沉積特征[6-10]、層序地層[11-12]、成巖演化[13-17]、儲集性能[18-20]和成藏特征[21-25]，這為進(jìn)一步深化長興組生物礁的研究奠定了重要基礎(chǔ)。

為進(jìn)一步加快四川盆地長興組生物礁天然氣勘探步伐，迫切需要對生物礁開展更為深入和精細(xì)的研究，以揭示它們的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步擴(kuò)大生物礁的勘探領(lǐng)域。同時，伴隨著研究的不斷深入，在四川盆地不同區(qū)帶都發(fā)現(xiàn)了長興組生物礁的發(fā)育，盡管前人進(jìn)行了大量研究，并取得了一系列重要成果，但在長興組沉積演化過程中不同區(qū)帶生物礁發(fā)育的差異性仍需要進(jìn)一步深化研究，控制生物礁發(fā)育的主控因素還需要進(jìn)一步強(qiáng)化研究。

為此，本文通過對四川盆地周緣相關(guān)野外露頭剖面詳細(xì)觀測，盆地內(nèi)鉆井巖心詳細(xì)描述及室內(nèi)綜合研究，深入分析四川盆地不同區(qū)帶長興組生物礁發(fā)育的差異性，探討控制生物礁灘發(fā)育的主控因素，可進(jìn)一步深化認(rèn)識長興組生物礁的成因與分布規(guī)律。

1 地質(zhì)背景

四川盆地在二疊紀(jì)沉積演化過程中，于中、晚二疊世之間發(fā)生了著名的構(gòu)造運動——東吳運動或稱之為峨眉地裂運動[26]。這次構(gòu)造運動導(dǎo)致四川盆地中西部大面積玄武巖堆積，并使晚二疊世沉積格局發(fā)生明顯的分異，形成了“三隆三凹”構(gòu)造格局(圖1)。3個臺內(nèi)隆起高地分別為：遂寧臺內(nèi)高帶、廣安-龍崗臺內(nèi)高帶和川東北臺內(nèi)高帶。三凹分別為：蓬溪-武勝碳酸鹽臺地內(nèi)凹地、開江-梁平海槽(陸棚)(關(guān)于開江-梁平地區(qū)長興組沉積期環(huán)境條件不同學(xué)者有不同的認(rèn)識，王一剛教授等稱之為海槽[27]；馬永生院士等通過系統(tǒng)研究認(rèn)為長興組沉積期該地區(qū)為陸棚環(huán)境[28])和鄂西-城口海槽。這種隆凹相間的古構(gòu)造和古地貌格局為生物礁的發(fā)育提供了背景條件。

圖1 四川盆地長興組古構(gòu)造格局Fig.1 Palaeotectonic framework of the Changxing Formation in the Sichuan Basin

2 生物礁發(fā)育的差異性

通過對四川盆地不同區(qū)帶不同野外露頭剖面、不同鉆井長興組發(fā)育的生物礁精細(xì)分析，可以看出在長興組沉積演化過程中不同地區(qū)生物礁體發(fā)育特征明顯具有差異性(圖2)，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 生物礁發(fā)育期次的不同

已有的研究成果表明，四川盆地二疊系長興組沉積演化過程中發(fā)育臺地邊緣生物礁和臺地內(nèi)生物礁兩大類，生物礁在不同地區(qū)野外剖面和鉆井剖面上發(fā)育的期次明顯不同。

通過對盤龍洞、紅花、見天壩、澗水溝、老屋嘴、和尚梁、椿木坪、老龍洞以及后豐巖等野外露頭的剖面詳細(xì)觀測，對七里北2、黃龍1、天東10、云安12、云安18、門4、七里8、鐵山5、龍崗1、峰18、池24、寶1、馬槽2、臥117、雙15、板東4、張23、淶1和廣3等鉆井的詳細(xì)觀察，可以看出長興組盡管為重要的成礁期，但在不同剖面或鉆井中生物礁的發(fā)育表現(xiàn)為5種情況：①不發(fā)育生物礁、僅發(fā)育顆粒灘(圖2a)；②發(fā)育1期生物礁(圖2b)；③發(fā)育2期生物礁(圖2c)；④發(fā)育3期生物礁(圖2d)；⑤發(fā)育4期生物礁(圖2e)。

總之，在四川盆地二疊紀(jì)長興組沉積演化過程中不同地區(qū)生物礁發(fā)育期次明顯不同(圖2)，那么，造成生物礁發(fā)育期次不同的原因是什么？本文將在后面進(jìn)行論述。

2.2 生物礁旋回發(fā)育的完整程度不同

通過對不同區(qū)帶長興組生物礁的精細(xì)解剖，可以看出不同野外露頭剖面或鉆井剖面上生物礁旋回發(fā)育的完整程度明顯不同，主要表現(xiàn)在兩個方面。

2.2.1 同一地點不同旋回生物礁發(fā)育的完整程度不同

即同一地點(同一剖面上)長興組所發(fā)育的多期生物礁旋回中的不同旋回生物礁特征明顯不同。如通過對宣漢盤龍洞長興組生物礁剖面的精細(xì)描述，可以看出在該剖面上長興組沉積期自下而上共發(fā)育了三期生物礁(圖3)，每一期生物礁發(fā)育的完整程度不同。

圖3 四川盆地盤龍洞長興組生物礁剖面Fig.3 Reef section revealed on the Panlongdong outcrop in the Changxing Formation,Sichuan Basin

其中，第一期、第二期生物礁旋回發(fā)育不完整，這兩期生物礁旋回僅發(fā)育礁基、礁核，缺乏礁頂，且發(fā)育的規(guī)模小(厚度小)。而第三期生物礁旋回發(fā)育完整，自下而上依次發(fā)育礁基、礁核和礁頂。同時，礁頂普遍發(fā)生白云巖化。此外，生物礁發(fā)育的規(guī)模大(厚度大)。

2.2.2不同地區(qū)生物礁發(fā)育的完整程度不同

不同剖面、不同鉆井長興組生物礁旋回發(fā)育的完整程度明顯不同。如龍崗地區(qū)，通過不同鉆井的對比可以看出在不同鉆井中均有生物礁發(fā)育，每一口鉆井中礁的旋回數(shù)不同，同一成礁旋回不同鉆井中生物礁的規(guī)模、完整性差異很大(圖4)，如龍崗1井，長興組生物礁非常發(fā)育；而與其相鄰的龍崗18井生物礁發(fā)育差，龍崗12井甚至不發(fā)育生物礁(圖4)。

2.3 生物礁旋回的巖性與生物組合不同

生物礁旋回的巖性與生物組合的不同主要表現(xiàn)在兩方面：臺地邊緣生物礁與臺地內(nèi)生物礁巖性、生物組合的不同；不同臺地邊緣生物礁的巖性、生物組合的不同。

2.3.1 臺地邊緣生物礁與臺地內(nèi)生物礁巖性、生物組合的不同

通過對不同剖面、不同鉆井長興組生物礁巖性統(tǒng)計，可以看出臺地邊緣生物礁灘體以礁云巖與礁灰?guī)r共同發(fā)育為特征，且礁云巖主要發(fā)育在礁核微相中。臺地內(nèi)生物礁礁基、礁核和礁坪主要為灰?guī)r，局部呈斑塊和零散狀云化。

從生物組合上看，長興組臺地邊緣生物礁，礁核主要為障積礁云巖，造礁生物主要有柱狀海綿、單體海綿等。礁坪-礁前主要為一套礁前塌積巖，其上為藻屑-藻紋層云巖。臺地內(nèi)生物礁礁基、礁坪主要發(fā)育綠藻-有孔蟲組合，礁核主要為腦紋海綿-有孔蟲組合。

2.3.2 不同臺地邊緣生物礁灘體的巖性、生物組合的不同

通過對開江-梁平海槽(陸棚)東西兩側(cè)臺緣礁礁基、礁核巖性統(tǒng)計可以看出，海槽(陸棚)東側(cè)礁核白云巖化程度高，主要為礁云巖所組成；海槽(陸棚)西側(cè)元壩、涪陵等處礁核白云巖化程度較高，龍崗地區(qū)礁核白云巖化程度多變，多見礁灰?guī)r，未白云巖化或局部弱白云巖化。

2.4 生物礁空間展布特征不同

2.4.1 多排成帶發(fā)育

即同一時期生物礁多排發(fā)育，構(gòu)成生物礁帶。如元壩-龍崗一帶，沿“開江-梁平”海槽(陸棚)西側(cè)，臺地邊緣生物礁呈多排發(fā)育，即平行海槽(陸棚)方向呈串珠狀發(fā)育多個礁體，不同礁體之間有水道溝通，宏觀上呈多個成礁條帶，進(jìn)而形成臺緣-臺內(nèi)多排礁。每排礁呈現(xiàn)多期次發(fā)育、垂向加積生長的特點(圖5)。

圖5 四川盆地龍崗地區(qū)二疊系長興組多排礁發(fā)育分布模式Fig.5 Distribution pattern of multi-row reefs of the Permian Changxing Formation in Longgang area,Sichuan Basin

2.4.2 單排礁發(fā)育

單排礁在背靠局限臺地的臺緣區(qū)域較為發(fā)育，單排礁向海遷移較弱，主要在縱向上疊置，并沿海槽(陸棚)展布方向連片發(fā)育，形成串珠狀或者條帶狀礁灘體鑲邊。如通過對普光地區(qū)川付5—普光8—普光9—普光4—普光3井長興組生物礁對比，可以看出該地區(qū)生物礁在平面展布上就表現(xiàn)為單排分布、垂向疊置的特征(圖6)。

圖6 四川盆地單排礁發(fā)育分布模式Fig.6 Distribution pattern of single-row reefs in the Sichuan Basin

2.4.3 環(huán)狀發(fā)育

該類型分布的礁體主要發(fā)育于川東大貓坪地區(qū)，礁灘體成環(huán)狀斷續(xù)分布，礁體之間有狹窄水道溝通環(huán)礁內(nèi)外，環(huán)礁內(nèi)巖性主要為泥晶灰?guī)r(圖7)。

圖7 四川盆地環(huán)礁發(fā)育模式Fig.7 Distribution pattern of atoll reefs in the Sichuan Basin

3 不同區(qū)帶生物礁灘體發(fā)育的主控因素

3.1 古地貌決定了生物礁發(fā)育的位置及形態(tài)

已有的研究成果表明，生物礁的生長發(fā)育需要一定的古地貌條件。同樣，四川盆地二疊紀(jì)長興組沉積期生物礁的發(fā)育明顯受古地貌控制。而該時期的“三隆三凹”古地貌格局的發(fā)育受沉積因素和構(gòu)造因素所控制，其中臺內(nèi)凹地受沉積古地貌控制，開江-梁平海槽(陸棚)及鄂西-城口海槽古地貌發(fā)育與構(gòu)造活動關(guān)系密切，其中同沉積斷裂斷面的坡度控制了臺地邊緣斜坡的陡度，這就導(dǎo)致不同臺緣帶生物礁的發(fā)育特征不同(限于篇幅，關(guān)于同沉積斷裂與古地貌關(guān)系在此不予贅述)。發(fā)育于臺地邊緣陡坡帶的生物礁主要表現(xiàn)為：垂向加積生長、多期次疊加、厚度大、分布范圍小(圖8)。而在緩坡帶發(fā)育的生物礁表現(xiàn)為：側(cè)向遷移、分布面積大、厚度小(圖9)。臺地內(nèi)生物礁由于基地平緩，生物礁通常表現(xiàn)為旋回少(常發(fā)育一個典型礁灘旋回)、規(guī)模小(厚度小、分布范圍小)的特點。

圖8 四川盆地臺地邊緣陡坡帶生物礁發(fā)育特征(剖面位置見圖1)Fig.8 Development characteristics of reefs in the steep slope zone at the platform margin of the Sichuan Basin(see Fig.1 for the section location)a.連井剖面；b.地震剖面

圖9 四川盆地臺地邊緣緩坡帶生物礁發(fā)育特征(剖面位置見圖1)Fig.9 Development characteristics of reefs in the gentle slope zone at the platform margin of the Sichuan Basina.連井剖面；b.地震剖面

3.2 古環(huán)境控制生物礁發(fā)育期次及礁體的完整性

生物礁的生長、發(fā)育與古環(huán)境條件密切相關(guān)。當(dāng)環(huán)境條件適宜于生物礁的生長發(fā)育，生物礁就會在垂向上多期次發(fā)育，且每一期生物礁發(fā)育完整，由下到上依次發(fā)育礁基、礁核、礁坪/礁頂組成。橫向上每一期臺地邊緣礁由礁核、礁前和礁后亞相組成。

當(dāng)環(huán)境條件不適宜于生物礁的生長發(fā)育時，生物礁就會死亡。如鐵山5井，在長興組沉積期自下而上發(fā)育了5期生物礁，每一期生物礁的規(guī)模、完整性不同。如第一旋回生物礁生長過程中由于環(huán)境條件變化，經(jīng)歷大氣淡水淋濾改造，生物礁頂部的礁格架孔中充填滲濾粉砂并發(fā)育示頂?shù)讟?gòu)造，導(dǎo)致礁停止生長，礁旋回發(fā)育不完整(圖10)。

圖10 四川盆地鐵山5井長興組生物礁生長與環(huán)境變化關(guān)系Fig.10 Reef development against varying settings in the Changxing Formation in Well Tieshan 5,Sichuan Basin

3.3 古水深(海平面變化)控制著生物礁的物質(zhì)組合及旋回性

研究表明長期海侵是生物礁形成的先決條件，根據(jù)生物礁與海平面升降關(guān)系，可以將生物礁劃分為海侵追補(bǔ)型生物礁和海侵并進(jìn)型生物礁。

四川盆地長興組生物礁形成發(fā)育與古水深變化關(guān)系密切[29-34]。對于臺地內(nèi)生物礁來說，伴隨著相對海平面變化分布范圍收縮或擴(kuò)大。在海平面相對上升期，分布范圍縮??；在海平面相對下降期，分布范圍擴(kuò)大。而對于臺地邊緣生物礁來說，相對海平面上升期，臺緣發(fā)育礁，并向臺地遷移，可與臺內(nèi)灘連片。相對海平面下降期，臺緣發(fā)育灘，并向斜坡遷移。

無論是臺地內(nèi)生物礁、還是臺地邊緣生物礁，其生長均開始于生屑灘，終結(jié)于泥晶(泥)灰?guī)r(圖2a,b；圖3)。這正是由于相對海平面上升，水體加深導(dǎo)致生物礁被淹死亡所致。

3.4 古生物控制著生物礁的物質(zhì)組成及礁體的完整性

眾所周知，生物礁的生長發(fā)育均離不開生物，包括造礁生物和附礁生物。四川盆地長興組生物礁發(fā)育期，臺地邊緣礁和臺地內(nèi)礁其古生物構(gòu)成不同(圖11)。

圖11 古生物組合對生物礁的物質(zhì)組成及礁體完整性的影響Fig.11 Impact of the palaeontological assemblages on the composition and integrity of the reefsa.宣漢盤龍洞剖面造礁海綿;b.天東002-11，埋深3 850.49 m，對角線長0.8 mm，腦紋海綿；c.紅花剖面，串管海綿；d.龍崗2井造礁生物海綿；e.后豐巖臺內(nèi)礁造礁生物及附礁生物；f.后豐巖臺內(nèi)礁李?；舴医度~貝

臺緣礁：造礁生物大量發(fā)育，造礁生物主要為綠藻-腦紋海綿粘結(jié)生物組合，腦紋海綿-串管海綿骨架生物組合；附礁生物主要為有孔蟲-棘屑組合。

臺內(nèi)礁：造礁生物發(fā)育規(guī)模較小，造礁生物主要為腦紋海綿-有孔蟲障積生物組合及少量珊瑚造礁組合，附礁生物主要為綠藻-海綿骨針-有孔蟲組合。

4 結(jié)論

1) 四川盆地不同區(qū)帶二疊系長興組生物礁的差異性主要表現(xiàn)為：生物礁發(fā)育期次的不同，生物礁旋回發(fā)育的完整程度不同，生物礁旋回的巖性、微相以及生物組合的不同，生物礁空間展布不同。

2) 不同區(qū)帶生物礁發(fā)育的差異受4個因素控制，即：古地貌決定了礁發(fā)育的位置及形態(tài)，古環(huán)境控制生物礁發(fā)育期次及礁體完整性，古水深(海平面變化)控制生物礁物質(zhì)組合及旋回性，古生物控制生物礁的物質(zhì)組成及礁體的完整性。