宋昊 ,胡明毅 ,陳旭 ,王勝利 ,左洺滔 ,鄧志強(qiáng)
(1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100;2.中國(guó)石化集團(tuán)國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司,北京 100029)
川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組生物礁主要分布在開(kāi)江—梁平海槽西側(cè),目前,該區(qū)長(zhǎng)興組共有完鉆井76口,測(cè)試井59口,累計(jì)獲氣1 695.32×104m3。據(jù)油氣資源綜合評(píng)價(jià),環(huán)開(kāi)江—梁平海槽礁灘資源潛力較大,是油氣有利勘探區(qū)帶[1-3]。
前人對(duì)川東北地區(qū)長(zhǎng)興組的研究往往以沉積相和儲(chǔ)層特征為重點(diǎn)[4-6],而利用井震結(jié)合方法對(duì)生物礁和礁型氣藏進(jìn)行綜合研究與預(yù)測(cè)的成果相對(duì)較少,并且以二維地震為主[7];同時(shí),對(duì)長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育與古地貌研究不深入,對(duì)長(zhǎng)興組生物礁縱橫向遷移及分布規(guī)律的主控因素也缺乏整體認(rèn)識(shí)。為此,本文針對(duì)開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)長(zhǎng)興組碳酸鹽臺(tái)緣生物礁沉積結(jié)構(gòu)開(kāi)展了綜合研究,并探討其差異演化特征。
開(kāi)江—梁平海槽位于四川盆地東北部,隸屬揚(yáng)子板塊北緣。晚二疊世揚(yáng)子板塊西南緣受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響,發(fā)育峨眉地幔柱,地幔熱隆起作用使得地殼上升,在隆升過(guò)程中具有不均衡塊斷作用,川東地區(qū)形成拉張環(huán)境,在揚(yáng)子板塊北緣發(fā)育裂陷群[8-11]。受晚二疊世長(zhǎng)興期基底斷裂活動(dòng)的影響,四川盆地發(fā)生了差異性構(gòu)造沉降,在盆地內(nèi)形成了一個(gè)由南西向北東方向傾斜的古斜坡,坡度較小[12-13]。長(zhǎng)興組生物礁受古地貌和海平面頻繁變化的影響[14],在長(zhǎng)興早期為緩坡沉積,但邊緣陡峭,長(zhǎng)興中晚期演變?yōu)殍傔吪_(tái)地沉積環(huán)境,臺(tái)緣生物礁及生屑鑲邊環(huán)繞開(kāi)江—梁平海槽分布(見(jiàn)圖1)。
圖1 開(kāi)江—梁平海槽長(zhǎng)興組臺(tái)緣生物礁分布
受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響,川東北地區(qū)形成拉張環(huán)境,拉張作用的不均衡性使得環(huán)開(kāi)江—梁平海槽臺(tái)緣斜坡帶坡度存在著一定差異,主要表現(xiàn)在平面展布及縱向疊置方式的差異[15]。
通過(guò)對(duì)開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)不同地區(qū)的前緣斜坡角度(α)與生物礁沉積厚度統(tǒng)計(jì)分析,并結(jié)合層拉平技術(shù),對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)興組生物礁開(kāi)展識(shí)別,發(fā)現(xiàn)前緣斜坡角度與長(zhǎng)興組生物礁沉積厚度具有很好的相關(guān)性——α越大,臺(tái)緣坡折帶的生物礁沉積厚度越大(見(jiàn)圖2)。因α相差較大,故本文以30°為界,30°以上為陡坡型臺(tái)緣,30°以下為緩坡型。臺(tái)緣受同沉積斷層或沉積因素的影響,開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)臺(tái)緣生物礁表現(xiàn)為分段性特征。
圖2 不同地區(qū)前緣斜坡角度與生物礁沉積厚度的關(guān)系
依據(jù)不同類(lèi)型臺(tái)緣分布特征,開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)臺(tái)緣礁灘可分為4種:北段龍崗地區(qū)斷控陡坡型、中段龍會(huì)場(chǎng)地區(qū)沉積陡坡型、中段龍門(mén)地區(qū)沉積中等陡坡型和南段大貓坪地區(qū)沉積緩坡型。
此類(lèi)生物礁主要發(fā)育于開(kāi)江—梁平海槽西北側(cè)龍崗地區(qū),是前緣斜坡角度較陡的生物礁類(lèi)型,沉積坡度較大。通過(guò)對(duì)龍崗三維區(qū)過(guò)龍崗2井地震剖面及古地貌(見(jiàn)圖3。圖中:P2l為龍?zhí)督M,P2ch為長(zhǎng)興組,T1f1為飛一段,T1f4為飛四段,下同)分析可知,由西至東,長(zhǎng)興組出現(xiàn)先增厚再減薄的趨勢(shì)。臺(tái)緣礁灘發(fā)育相帶地層厚度最大,但橫向?qū)挾容^窄,α在40°~45°。地震剖面顯示,該地區(qū)生物礁具有典型的“丘狀外形、內(nèi)部雜亂”的地震反射特征。生物礁外形呈明顯的對(duì)稱(chēng)型,側(cè)向遷移現(xiàn)象不明顯,并且生物礁地層厚度遠(yuǎn)大于同期地層厚度。龍崗地區(qū)受同沉積斷裂作用引起的沉積分異現(xiàn)象明顯,可見(jiàn)同沉積斷層(見(jiàn)圖3)。
圖3 龍崗地區(qū)長(zhǎng)興組斷控陡坡型生物礁地震剖面及古地貌
典型井龍崗1井長(zhǎng)興組生物礁厚度在120~220 m,巖石類(lèi)型以生物礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主,泥晶灰?guī)r、白云巖及云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖等過(guò)渡巖類(lèi)較少(見(jiàn)圖4a)。沉積相特征表現(xiàn)為臺(tái)緣礁及臺(tái)緣灘亞相極其發(fā)育。
圖4 開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)長(zhǎng)興組臺(tái)緣生物礁單井沉積相剖面
此類(lèi)生物礁主要分布在開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)中段局部地區(qū),通過(guò)龍會(huì)場(chǎng)三維區(qū)過(guò)鐵山14井地震剖面及古地貌(見(jiàn)圖5)分析可知:該地區(qū)α較龍崗地區(qū)有所減小,但坡度仍然較陡,α在30°~35°。地震剖面顯示,該地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁具有明顯的“丘狀外形、內(nèi)部雜亂”的地震反射特征。生物礁外形呈明顯的不對(duì)稱(chēng)型,有弱遷移現(xiàn)象(見(jiàn)圖5)。
圖5 龍會(huì)場(chǎng)地區(qū)長(zhǎng)興組沉積陡坡型生物礁地震剖面及古地貌
典型井鐵山14井生物礁發(fā)育厚度在70~140 m,巖石類(lèi)型以生物礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r為主(見(jiàn)圖4b)。臺(tái)緣帶橫向?qū)挾让黠@加寬,但仍以窄相帶為主。
此類(lèi)生物礁主要分布在開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)中段龍門(mén)局部地區(qū),通過(guò)對(duì)比龍崗、龍會(huì)場(chǎng)地區(qū)古地貌發(fā)現(xiàn),該地區(qū)臺(tái)緣礁灘起伏較大,而且橫向變寬,但仍以窄相帶為主。同沉積斷裂活動(dòng)欠發(fā)育,以沉積型斜坡為主,但坡度仍然較陡,α在30°~40°。龍門(mén)地區(qū)典型過(guò)井地震剖面顯示,該地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁“丘狀外形、內(nèi)部雜亂或空白”的地震反射特征極為明顯。生物礁外形呈明顯的不對(duì)稱(chēng)型,有弱遷移現(xiàn)象(見(jiàn)圖6)。
圖6 龍門(mén)地區(qū)長(zhǎng)興組沉積中等陡坡型生物礁地震剖面及古地貌
典型井七里8井長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育厚度在50~100 m,巖石類(lèi)型以生屑灰?guī)r為主,其次為泥晶灰?guī)r及生物礁灰?guī)r,含少量的白云巖(見(jiàn)圖4c)。沉積相特征為早期淺水緩坡亞相向臺(tái)緣灘或臺(tái)緣礁亞相轉(zhuǎn)變,以臺(tái)緣灘亞相為主,臺(tái)緣礁亞相欠發(fā)育。
此類(lèi)生物礁主要分布于開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)南段,礁灘體發(fā)育于臺(tái)地邊緣大型寬緩斜坡環(huán)境中,通過(guò)大貓坪三維區(qū)過(guò)云安14井地震剖面及古地貌(見(jiàn)圖7)發(fā)現(xiàn):該地區(qū)沉積坡度較為平緩,α在10°~20°,坡折帶不發(fā)育,礁灘體呈寬緩的丘狀類(lèi)型,以單排或多排式發(fā)育。地震剖面顯示,該地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁具有典型的“低幅丘狀外形”反射特征,礁內(nèi)部表現(xiàn)為空白和斷續(xù)雜亂反射結(jié)構(gòu)。生物礁外形呈明顯的不對(duì)稱(chēng)型,有弱遷移現(xiàn)象(見(jiàn)圖7)。
圖7 大貓坪地區(qū)長(zhǎng)興組沉積緩坡型生物礁地震剖面及古地貌
典型井云安14井生物礁發(fā)育厚度在10~90 m(見(jiàn)圖4d),表明大貓坪地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁沉積厚度較薄。巖石類(lèi)型以生物礁灰?guī)r、白云巖為主。
研究發(fā)現(xiàn),生物礁主要發(fā)育在開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)的臺(tái)地邊緣相帶上,沿海槽兩側(cè)的臺(tái)地邊緣帶呈點(diǎn)狀或條帶狀分布。隨著自西北到東南方向前緣斜坡角度的減小,礁灘復(fù)合體垂向沉積厚度減薄,礁灘累計(jì)厚度變小,但橫向展布變寬(見(jiàn)圖1)。
通過(guò)恢復(fù)古地貌特征對(duì)海槽西側(cè)生物礁精細(xì)研究發(fā)現(xiàn):海槽西側(cè)北部龍崗區(qū)塊生物礁灘體主要呈不連續(xù)、條帶狀分布,臺(tái)緣帶寬度接近1 900 m,形成了加積鑲邊型臺(tái)緣帶;龍門(mén)、龍會(huì)場(chǎng)地區(qū)生物礁灘體在平面上呈不連續(xù)、點(diǎn)狀分布,臺(tái)緣帶寬度接近2 200 m,以垂向加積為主,見(jiàn)少量的側(cè)向進(jìn)積現(xiàn)象,礁體發(fā)育規(guī)模變??;而大貓坪地區(qū)平面上呈離散狀分布,臺(tái)緣帶寬度接近3 500 m,隆起幅度明顯減小。綜上所述,該生物礁的遷移規(guī)律及形態(tài)均存在著較大差異[16-18]。
臺(tái)緣帶和臺(tái)內(nèi)地貌高帶為造礁生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的古地貌及水動(dòng)力條件,因此有利于生物礁的發(fā)育[19]。而生物礁本身具有“原地生長(zhǎng)、抗浪骨架、正向地貌”等特征,反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)臺(tái)地邊緣具有建設(shè)作用,即在原有的基礎(chǔ)上改變臺(tái)地的類(lèi)型[20]。
生物礁灘體的發(fā)育對(duì)海平面變化、碳酸鹽巖產(chǎn)量等控制因素較敏感,在沉降構(gòu)造背景下,古海平面的旋回變化直接控制著生物礁灘體沉積的疊加樣式[21]。生物礁生長(zhǎng)速率與海平面上升速率匹配較好,因此海平面變化對(duì)龍崗、龍會(huì)場(chǎng)、龍門(mén)及大貓坪區(qū)塊4類(lèi)臺(tái)緣生物礁影響也有所不同:
1)龍崗地區(qū)主要發(fā)育陡坡疊加型生物礁,臺(tái)緣坡度較大,受海平面變化、古沉積格局、古地貌特征及古生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等因素的影響,在海槽西側(cè)的臺(tái)緣帶上發(fā)育了大量的生物礁及生屑灘沉積,但橫向遷移較小,生物礁呈疊加式發(fā)育,生物礁生長(zhǎng)速率與海平面速率的匹配良好。海平面上升與同沉積斷裂共同控制成礁期的可容納空間形成。
2)龍會(huì)場(chǎng)、龍門(mén)地區(qū)表現(xiàn)為加積-錯(cuò)位遷移的特征,由于缺少同沉積斷裂作用的影響,臺(tái)地邊緣與前緣斜坡之間未見(jiàn)明顯的同沉積斷裂現(xiàn)象。臺(tái)緣坡度不及斷控陡坡型生物礁,這類(lèi)區(qū)域僅發(fā)育了1個(gè)臺(tái)緣帶,臺(tái)緣帶橫向展布范圍明顯加寬,但仍以窄相帶為主。
3)大貓坪地區(qū)主要發(fā)育緩坡遷移型生物礁,這類(lèi)生物礁沉積坡度較緩,對(duì)海平面變化較為敏感。
自北向南,海槽西側(cè)長(zhǎng)興組厚度呈現(xiàn)出逐漸減薄的趨勢(shì),坡度由陡逐漸變緩。從生物礁生長(zhǎng)外觀上看,其生長(zhǎng)模式分別為垂向加積、加積-錯(cuò)位遷移、緩坡遷移型。
開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)長(zhǎng)興組臺(tái)緣帶不同坡度背景下生物礁灘演化可分為長(zhǎng)興早期、中期、中晚期和末期4個(gè)階段。
長(zhǎng)興早期,區(qū)域沉積相帶分異不明顯,海槽西側(cè)臺(tái)地區(qū)域以淺水緩坡為主,海槽區(qū)域以深水緩坡沉積為主;長(zhǎng)興中期,海平面上升速度逐漸減慢,相比之下,沉積速率開(kāi)始加快,逐漸演化出臺(tái)地邊緣相帶,生物礁快速垂向加積生長(zhǎng);長(zhǎng)興中晚期,由于海平面再次快速上升,生物礁被淹沒(méi),礁體停止生長(zhǎng)[22-23];過(guò)渡到長(zhǎng)興末期,海平面再次下降,在原有地貌高點(diǎn)上再次沉積了生物礁,當(dāng)礁體生長(zhǎng)速度大于海平面上升速度,礁體逐漸暴露,發(fā)生了大規(guī)模選擇性溶蝕作用和白云石化作用,形成礁頂云化灘,有利于儲(chǔ)層的發(fā)育[24](見(jiàn)圖 8)。
圖8 開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)陡坡-緩坡背景下長(zhǎng)興組礁灘演化模式
圖8中,龍崗地區(qū)模式為“斷控陡坡型”生物礁,由于同沉積斷裂所導(dǎo)致的地層沉降速率、海平面變化速率之和與生物礁生長(zhǎng)速率相差不大,多期次臺(tái)地邊緣生物礁開(kāi)始疊置發(fā)育,側(cè)向遷移不明顯;龍門(mén)—龍會(huì)場(chǎng)地區(qū)模式為“沉積陡坡型”、“沉積中等陡坡型”生物礁,由于缺少同沉積斷裂活動(dòng)的影響,因而生物礁沉積厚度小于“斷控陡坡型”沉積厚度;大貓坪地區(qū)模式為“沉積緩坡型”生物礁,由于存在多個(gè)古地貌高地,且坡度緩,海水在通過(guò)第一排古地貌高地后,能量沒(méi)有明顯降低,水動(dòng)力條件仍然很強(qiáng),因此發(fā)育多排礁。
1)通過(guò)對(duì)開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)長(zhǎng)興組不同坡度背景下的生物礁沉積特征差異分析,本研究總結(jié)出了4種類(lèi)型的臺(tái)緣礁灘發(fā)育模式,即北段斷控陡坡型、中段沉積陡坡型、中段沉積中等陡坡型和南段沉積緩坡型。
2)對(duì)開(kāi)江—梁平海槽西側(cè)長(zhǎng)興組生物礁的成巖演化分析認(rèn)為,同沉積斷裂活動(dòng)、古地貌以及古海平面的旋回變化等是導(dǎo)致這種成因演化的重要原因。
3)生物礁演化主要分為4個(gè)階段:長(zhǎng)興早期以碳酸鹽巖緩坡沉積為主,沉積相帶分異不明顯;長(zhǎng)興中期,海平面上升速率逐漸減慢,沉積速率加快,碳酸鹽巖緩坡逐漸演化為碳酸鹽巖臺(tái)地沉積,出現(xiàn)了沉積相的劃分;長(zhǎng)興中晚期,由于海平面再次快速上升,生物礁被淹沒(méi),礁體停止生長(zhǎng);長(zhǎng)興末期,生物礁大規(guī)模暴露,發(fā)生區(qū)域白云石化作用,有利于儲(chǔ)層的發(fā)育。