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(fā)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(yùn)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(xù)獲得突破，發(fā)現(xiàn)了以上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)龍王廟組為主產(chǎn)氣層的安岳氣田和以上二疊統(tǒng)長興組 下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組為產(chǎn)氣層的龍崗氣田等多個(gè)大型氣田，并形成了“古裂陷、古隆起、古侵蝕面等大型地質(zhì)單元控制規(guī)模油氣分布”的“三古”油氣成藏富集理論[1-10]?；凇叭拧庇蜌獬刹乩碚搶ふ乙?guī)模成儲(chǔ)成藏古地質(zhì)單元，是當(dāng)前四川盆地深層與超深層碳酸鹽巖氣藏勘探的重要實(shí)踐與研究目標(biāo)。

四川盆地發(fā)育于上揚(yáng)子克拉通結(jié)晶基底和褶皺基底之上，經(jīng)歷了多期次的區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件和盆地構(gòu)造性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，在不同的盆地演化階段形成了的具有多種構(gòu)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(yùn)動(dòng)的影響，四川盆地西部（以下簡稱川西地區(qū)）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(yùn)動(dòng)旋回，包括郁南運(yùn)動(dòng)、都勻運(yùn)動(dòng)、云南運(yùn)動(dòng)等多期次代表性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件，使得該盆地的隆凹格局不斷發(fā)展和變化，尤其是川中古隆起的形成，導(dǎo)致了川西地區(qū)寒武系—志留系大范圍地層缺失。加里東運(yùn)動(dòng)之后，四川盆地北部在海西期發(fā)育北西走向的開江—梁平海槽，控制了二疊紀(jì)—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(zhuǎn)入陸相沉積階段，龍門山地區(qū)早期正斷層發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，并向盆地方向逆沖推覆，川西地區(qū)進(jìn)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(jìn)入全面活動(dòng)階段，受一系列擠壓推覆構(gòu)造活動(dòng)的影響，盆—山結(jié)合帶逐漸形成并最終形成了現(xiàn)今四川盆地的形態(tài)。

對(duì)于川西地區(qū)構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征與物質(zhì)組成的研究已經(jīng)取得了豐富的成果，但由于晚印支期—燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)四川盆地西緣強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓負(fù)載作用，川西地區(qū)以陸相為主的上三疊統(tǒng)—侏羅系碎屑沉積物厚度可達(dá)數(shù)千米[13]，使得震旦系—中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖埋藏深度大，目前對(duì)其研究程度低、油氣勘探成果少。因此，需要對(duì)川西地區(qū)深部地層進(jìn)行更加詳細(xì)的厘定，尤其對(duì)于早古生界寒武系—志留系沉積充填格架尚缺乏詳細(xì)的研究，制約了對(duì)該區(qū)早古生代古地質(zhì)單元結(jié)構(gòu)特征的刻畫和深層—超深層碳酸鹽巖氣藏的勘探實(shí)踐。為此，筆者在分析四川盆地區(qū)域地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上，利用最新高分辨率二維地震格架測(cè)線及鉆井資料，通過精細(xì)地震引層對(duì)比，識(shí)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(qū)，為一個(gè)大型的克拉通內(nèi)古坳陷；通過進(jìn)一步的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征研究，明確了“德陽—綿陽坳陷”的發(fā)育時(shí)期與演化特征?！暗玛枴d陽坳陷”的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于重新認(rèn)識(shí)川西地區(qū)早古生代構(gòu)造—沉積格局具有重大的科學(xué)意義，該坳陷邊緣坡折帶有可能形成碳酸鹽巖氣藏有利儲(chǔ)集帶的規(guī)模發(fā)育區(qū)，川西地區(qū)深層—超深層海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層具備縱向多層系天然氣立體勘探的條件及價(jià)值。

1 川西地區(qū)古生界坳陷特征

川西地區(qū)位于四川盆地西部的成都—綿陽地區(qū)，構(gòu)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(shí)現(xiàn)地震引層（圖2）提供了可靠的依據(jù)，也對(duì)進(jìn)一步識(shí)別川西地區(qū)深層地層充填提供了數(shù)據(jù)支撐。地震剖面圖顯示，川北地區(qū)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(qū)，中寒武統(tǒng)高臺(tái)組底界、奧陶系底界反射出現(xiàn)明顯的下凹趨勢(shì)，川西地區(qū)開始出現(xiàn)坳陷的特征（圖2～4）；德陽—綿陽地區(qū)，中寒武統(tǒng)高臺(tái)組底界、奧陶系底界地震反射下凹特征消失，向南逐漸呈現(xiàn)出向上揚(yáng)起的特征，至成都北部地區(qū)，高臺(tái)組—奧陶系削截尖滅于二疊系底界（圖3）。高臺(tái)組底界在地震剖面可連續(xù)追蹤，可初步確定德陽—綿陽地區(qū)二疊系下伏地層為中上寒武統(tǒng)—石炭系[14-16]。

圖1 川西地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

圖2 過JT1井 CS1井地震剖面圖

川西地區(qū)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(tǒng)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(tái)組底界為連續(xù)中強(qiáng)波峰反射，在川西地區(qū)出現(xiàn)下凹特征，下寒武統(tǒng)滄浪鋪組—龍王廟組均向南表現(xiàn)出明顯的削截特征，坳陷內(nèi)上寒武統(tǒng)沉積為一填平補(bǔ)齊過程，內(nèi)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(xù)中強(qiáng)波峰反射，向北上超尖滅于高臺(tái)組底界之上，向南則呈現(xiàn)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(xù)強(qiáng)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(qū)沒有殘留志留系。該剖面未見石炭系—泥盆系。

圖3 川西地區(qū)過德陽 綿陽坳陷北東 南西向地震剖面圖

川西地區(qū)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(tái)組底界向東迅速削截尖滅于二疊系底界，以高臺(tái)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(qū)坳陷受多期次構(gòu)造活動(dòng)影響[17]。

圖4 川西地區(qū)過德陽 綿陽坳陷北西 南東向地震剖面圖

2 川西地區(qū)早古生代構(gòu)造演化過程

在識(shí)別德陽—綿陽坳陷的基礎(chǔ)上，結(jié)合早古生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景，采用地震趨勢(shì)法恢復(fù)各期次剝蝕量并制作平衡剖面，重建川西地區(qū)古生界構(gòu)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(qū)地貌具有西南低、北東高的特征，筇竹寺組內(nèi)部同相軸普遍上超于燈影組頂界之上，具有填平補(bǔ)齊的特征（圖5-a）。隨后該地區(qū)進(jìn)入構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)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(qū)發(fā)生構(gòu)造活化沉降，伴隨大規(guī)模海退過程造成坳陷區(qū)及周緣形成天然匯水侵蝕區(qū)，導(dǎo)致滄浪鋪組上段以及龍王廟組出現(xiàn)不同程度的缺失。德陽—綿陽地區(qū)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(tài)，形成坳陷區(qū)，其北東方向地區(qū)始終為構(gòu)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(tái)組及洗象池組對(duì)坳陷進(jìn)行填平補(bǔ)齊，坳陷內(nèi)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(qū)再次發(fā)生相對(duì)較弱的構(gòu)造沉降，控制了川西地區(qū)奧陶系的沉積分異；志留紀(jì)盆地沉降中心發(fā)生改變，由德陽—綿陽地區(qū)轉(zhuǎn)至川北地區(qū)，志留系沉積自北向南整體超覆（圖5-e）。泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)，受云南運(yùn)動(dòng)影響導(dǎo)致盆地整體抬升，盆地西側(cè)形成被動(dòng)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(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，該地區(qū)發(fā)展為現(xiàn)今構(gòu)造樣式（5-f）。

在前人研究成果[18-25]的基礎(chǔ)上，結(jié)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(guān)鍵構(gòu)造變革期的地層沉積充填特征。受桐灣運(yùn)動(dòng)的影響，筇竹寺組殘余地層厚度發(fā)育一個(gè)呈南北向展布的條帶狀厚值區(qū)，軸部在劍閣—綿陽—內(nèi)江—宜賓一線，反映當(dāng)時(shí)“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(fā)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(qū)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(tái)組—洗象池組殘余地層整體呈現(xiàn)出“西部薄、東部厚”的特征，川西南部—川中地區(qū)受后期加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升剝蝕影響，地層剝蝕殆盡；德陽—綿陽地區(qū)受坳陷控制，地層沉積厚度相對(duì)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(qū)在該時(shí)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(gòu)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(qū)志留系被剝蝕殆盡，向川東、川東南地區(qū)地層殘留厚度急劇增大，最大厚度可達(dá)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(qū)，呈狹長帶狀分布特征，德陽—綿陽坳陷核部地區(qū)具有臺(tái)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(dá)州等地區(qū)，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(jù)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(shí)期川西地區(qū)的沉降中心有所遷移，但主要集中在德陽—綿陽地區(qū)，且通過坳陷內(nèi)部地層充填可以明確該坳陷的主要發(fā)育時(shí)期為寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)，早期繼承發(fā)育在晚震旦世拉張槽的構(gòu)造背景之下，經(jīng)歷了川西地區(qū)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(duì)其內(nèi)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(duì)四川盆地二疊系沉積前古地質(zhì)圖進(jìn)行了重構(gòu)（圖7）。

圖7 四川盆地二疊系沉積前古地質(zhì)圖

3 油氣地質(zhì)意義

德陽—綿陽早古生代坳陷的發(fā)現(xiàn)，改變了以往對(duì)川西地區(qū)古生界構(gòu)造、沉積格局的認(rèn)識(shí)，加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)旋回的郁南、都勻、云南等幕式活動(dòng)的差異性在川西地區(qū)首次被識(shí)別發(fā)現(xiàn)。德陽—綿陽坳陷邊緣坡折帶可能形成多種類型的臺(tái)緣帶，有利于碳酸鹽巖灘相、古巖溶等多類型儲(chǔ)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(nèi)發(fā)育低能沉積，坳陷邊緣發(fā)育清水臺(tái)地顆粒灘相沉積，由于古地貌的差異，灘相沉積遭受強(qiáng)烈的巖溶改造，形成“臺(tái)緣灘＋巖溶”儲(chǔ)集體，沿坳陷邊緣形成規(guī)模性的儲(chǔ)層發(fā)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(chǎn)生沉積分異，環(huán)坳陷邊緣可能形成規(guī)模發(fā)育的碳酸鹽巖高能灘相儲(chǔ)層，儲(chǔ)集條件優(yōu)越，下伏筇竹寺組低能沉積形成“下生上儲(chǔ)”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(tǒng)棲霞組沉積高帶在德陽—綿陽地區(qū)可能出現(xiàn)向盆地內(nèi)部延伸的北西—南東向臺(tái)凹，臺(tái)凹內(nèi)可能殘留石炭系—泥盆系，臺(tái)凹邊緣的安縣—都江堰地區(qū)石炭系—泥盆系可能發(fā)育高能灘相沉積，具有一定的勘探潛力；④云南運(yùn)動(dòng)之后，盆地西部下古生界遭受大面積剝蝕，環(huán)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(guī)模發(fā)育臺(tái)緣灘相白云巖儲(chǔ)層（圖9）。總體來看，川西地區(qū)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(chǔ)層有利相帶疊合在一起，是古生界多層系天然氣規(guī)模立體勘探的有利區(qū)。

圖8 川西地區(qū)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(jié)論

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

2）桐灣運(yùn)動(dòng)、郁南運(yùn)動(dòng)期，德陽—綿陽地區(qū)為拉張沉降中心，都勻運(yùn)動(dòng)、云南運(yùn)動(dòng)使得沉降中心轉(zhuǎn)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(tái)緣灘、侵蝕型巖溶陡坎或二者疊合的儲(chǔ)集體類型，是下古生界多層系古老碳酸鹽巖有利儲(chǔ)集帶的規(guī)模發(fā)育區(qū)，具備縱向多層系天然氣立體勘探的條件及價(jià)值。