四川盆地南部中下寒武统石膏岩的发现与油气勘探

彭勇民 张荣强 陈 霞 张殿伟 高 波

（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

膏盐岩与盐构造作为油气藏的高效保存条件一直以来都是石油地质学家关注的热点。

四川盆地南部新发现的雷波县火草坪与沙坪子、甘洛县黑马的寒武系膏质岩令人振奋，并且提供了一个在地表露头可以同时观察石膏岩与膏溶角砾岩的典型剖面（图1）。近30年来，石膏岩与膏溶角砾岩密切共生在同一露头点的报道未曾见到［1－15］。正因为如此，关于膏溶角砾岩真伪的争议一直存在，有些被错误地当作膏溶角砾岩，但更常见的是许多真正的膏溶角砾岩却被漏掉了。同样的情况出现于四川盆地，例如盆地外部的黔中隆起寒武系地表露头上可以见到多处膏溶角砾岩［4，5］，而石膏岩露头仅零星发现且位于远离黔中隆起的西侧的雷波县牛牛寨与抓抓岩、甘洛县黑马等地［8，11，12，14］（图1）。相反，在覆盖区的地下或盆地内部，钻井揭示地下发育很好的中下寒武统石膏岩［5－10］，但很难见到膏溶角砾岩。

石膏岩、膏溶角砾岩等膏质岩类盖层对油气成藏与保存非常重要。四川盆地南部发育良好的寒武系与震旦系，像是开了一个一个的天窗（图1），油气保存条件随之变差；发育的北北西向断层切穿了这些地层，这意味着该地区的断层通天，保存条件很差。越过边界向盆地内部覆盖区，寒武系被深埋且断层少，保存条件相对变好，但地下膏质岩的分布却不清楚。为此，本文通过地表露头石膏岩特征与沉积相的详细研究，以预测盆地内部覆盖区的优质膏质岩盖层的分布，为油气勘探提供科学依据。

图1 四川盆地南部寒武系石膏露头位置Fig.1 Locations of gypsolith outcrops of Cambrian in the south of Sichuan Basin

1 雷波县火草坪石膏露头特征与膏溶角砾岩

2009年7月在四川盆地南部寻找石膏盖层与实测剖面时，新发现2个寒武系石膏露头剖面及膏溶角砾岩带，并且在地表的石膏露头处膏溶角砾岩与石膏岩密切共生在一起。其中，沙坪子西王庙组（C－2x）石膏岩厚18.5m（2套7层）、火草坪龙王庙组（C－1l）厚18.5m（1套6层，含1层2.0m的膏溶角砾岩，图1）；此外，在黑马露头也发育厚18.5m（5层）的石膏岩与膏溶角砾岩：它们均是优质的石膏盖层。

雷波县火草坪下寒武统龙王庙组石膏露头主要发育石膏岩与膏溶角砾岩，膏岩类与泥晶白云岩共生，顶部为红色泥覆盖。该剖面岩石类型有红色泥岩、灰白色泥晶白云岩、灰黄色含石膏的膏溶角砾岩、白色泥晶石膏岩、白色粉晶白云质石膏岩、灰白色白云质石膏岩、白色细晶石膏岩和灰色泥晶白云岩；最具特色的是块状构造的细晶石膏岩、膏溶角砾岩与白云质石膏岩。

其中，纯石膏岩特征为：呈灰－灰白色，粉晶－中晶结构，致密块状构造，主要成分是硬石膏，含少量石膏、不等量白云石、黏土矿物，偶见玉髓、天青石、黄铁矿及有机质（图2－E，F）。

灰白色白云质石膏岩，具厘米级韵律条带构造（图2－A，D），是由石膏层（1～2cm）与泥晶白云岩层间互所致，但局部风化之后则可形成膏溶角砾岩。

灰黄色含石膏的膏溶角砾岩（图2－C），是韵律条带状白云质石膏岩经过长期的淡水淋滤溶解3～5cm厚的石膏条带所致。角砾呈棱角状，大小5cm×6cm，最大可达10cm×30cm，角砾成分为泥晶白云岩，角砾无分选、无定向、无粒序；胶结物为泥质与方解石，泥质为石膏条带溶解后的不溶物，滴酸起泡的方解石为去膏化后的产物。

图2 四川雷波县火草坪下寒武统龙王庙组石膏露头与显微照片Fig.2 Gypsolith outcrops and microphotos of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Leibo County，Sichuan

这类膏溶角砾岩在四川盆地西南部的乐山市范店、雷波县抓抓岩及东南部的重庆市南川三汇场等实测地层剖面上均可见到（图1），它们的形成与地表溶蚀有关，当易溶的膏盐岩被溶蚀后，上覆岩层发生崩塌或风化即可形成膏溶角砾岩。在乐山范店剖面，从下而上可见6层灰黄色的膏溶角砾岩，厚度不等，薄者88cm，厚者达10.46m，膏溶角砾岩累计厚度为45.56m。在雷波抓抓岩剖面上也见8层膏溶角砾岩，呈灰黄－灰绿色，与紫色泥岩互层，薄者99cm，厚者达8.31m，累计厚度为51.66m；显微镜下可见到膏溶角砾岩中的方解石交代与片状、板柱状石膏假晶现象，证实了它们为韵律条带状白云质石膏岩经过长期的淡水淋滤溶解所致（图2－G）。此外，在重庆三汇场剖面上见4层膏溶角砾岩，呈灰黄色，夹在灰色泥晶白云岩中，累计厚度为35.56m。

根据火草坪石膏露头的膏岩类的结构、构造、成分、产状等特征以及区域岩相古地理分析成果，可将下寒武统龙王庙组沉积相定为浅水内缓坡相。其中，紫红色泥质岩与透镜状、结核状的泥晶含石膏质白云岩为内缓坡相潮上带亚相或塞卜哈沉积，含石膏质白云岩具泥晶结构，呈透镜状、结核状、角砾状构造，少量波状构造。而韵律条带、波状、角砾状泥粉晶－细晶石膏质岩石、共生的含泥质云质石膏岩与膏溶角砾岩为内缓坡相潮间坪亚相；块状、韵律条带状细－粗晶纯石膏岩与韵律条带的含云含泥质石膏岩为内缓坡相盐湖或潟湖亚相沉积。

2 雷波县沙坪子石膏露头剖面

沙坪子中寒武统西王庙组石膏露头处的膏岩类与红色泥、泥晶白云岩共生，顶部为红色泥覆盖；主要沉积在局限台地相之中，发育少量的蒸发岩台地（图3）。

该剖面岩石类型有紫红色泥岩、白色白云质石膏岩、灰白色含石膏质白云岩、具块状构造的白色细晶石膏岩（图4－A，B）和灰色泥晶白云岩、深灰色硅质白云岩、灰白色球粒白云岩（图3中的第6分层）。

图3 雷波县沙坪子中寒武统柱状图与石膏岩沉积环境Fig.3 Sedimentary environments of gypsolith and column map of Middle Cambrian in Shapingzi，Leibo County，Sichuan

其中，灰白色白云质石膏岩，呈厚层状，具韵律条带构造，厘米级韵律（图4－C），由1～2cm厚的泥晶白云岩与2～3cm石膏条带频繁间互构成韵律。石膏条带为主，条带平行且连续，泥晶白云岩条带次之，故名。这种类型的白云质石膏岩与深灰色硅质白云岩或泥晶白云岩一起，产于局限台地相潮间坪亚相之中。潟湖亚相以厚层的石膏岩与球粒白云岩为特色，连续的10m多厚的石膏岩属于潟湖膏岩。在个别块状石膏岩中局部可见到灰色的泥晶白云岩透镜体12cm×12cm；另外还发育潟湖灰白色球粒白云岩，其颗粒为黑色圆粒、似球粒或粪粒。然而，剖面序列中的顶、底部紫红色泥岩与泥晶白云岩或含石膏质白云岩（图4－D）出现在潮上带的蒸发台地相之中。

3 乐山市黑马石膏露头剖面

乐山黑马中寒武统大鼻山组石膏露头以前被第四系覆盖，近几年，当地开采石膏矿时揭示了良好的剖面（图5）。观察表明此处的膏质岩类也发育于蒸发台地相、局限台地相潮间坪亚相之中，位于潮上坪与潮间坪的过渡带。可以看到石膏岩与膏溶角砾岩、膏岩类与红色泥、泥晶白云岩共生，顶部为红色泥覆盖。该剖面岩石类型有暴露氧化的紫红色泥岩、红色含膏泥岩、中厚层状灰白色泥晶白云岩、灰黄色膏溶角砾岩、厚1.3m的块状构造白色粉晶石膏岩（图5－C，人站立的最白色处）、白色含泥或含白云质石膏岩、白色细晶石膏岩和灰色泥晶白云岩；最具特色的是白色块状构造的粉晶石膏岩、红色含膏泥岩、灰黄色含膏溶角砾岩与灰白色白云质石膏岩。

图4 雷波县沙坪子中寒武统西王庙组石膏露头照片Fig.4 Gypsolith outcrop photos of the Middle Cambrian Longwangmiao Formation in Shapingzi，Leibo County，Sichuan

图5 甘洛县黑马中寒武统大鼻山组（－C2d）石膏露头照片Fig.5 Gypsolith outcrop photos of the Middle Cambrian Dabishan Formation in Heima，Ganluo County，Sichuan

其中，白色含泥或含白云质石膏岩特征为：厘米级厚的泥晶含泥白云岩与石膏岩呈韵律条带构造，但泥晶含泥白云岩条带极薄（0.1～0.3m）且多不连续，呈透镜状，由于石膏岩条带宽，故名之；泥岩条带呈灰绿色，未见紫红色；局部风化后受长期淡水淋滤溶解形成灰黄色膏溶角砾岩（图5－A和D中铅笔的笔尖所指）。这套含泥或含白云质石膏岩与1.3m厚的纯石膏岩一起发育于局限台地相潮间坪亚相。

此外，紫红色膏溶角砾状泥岩（图5－C）特征为：角砾成分主要为紫红色泥岩或泥砾，偶见灰色泥晶白云岩角砾，大小5cm×7cm，最大者10cm×30cm，胶结物为黏土与方解石，原岩恢复为韵律条带（泥岩条带2～5cm，石膏条带3～6cm）泥质石膏岩（图5－A，D）；红色含膏泥岩，紫红色泥岩（10～23cm）与中层白色石膏层（3～8cm）互层，该层常风化为紫红色膏溶角砾状泥岩，角砾成分为紫红色泥岩：它们均发育于潮上带或潮上坪的蒸发台地相或塞卜哈。

与此同时，在实测剖面时又发现了4处中下寒武统较厚的膏溶角砾岩，这些在20世纪70年代被前人当作普通的灰黄色含泥晶白云岩。其中，抓抓岩剖面30余米13层C－2x膏溶角砾岩、长坪剖面4层17.5m的C－2x膏溶角砾岩、范店剖面20余米4层C－2d膏溶角砾岩（图1）、三汇场剖面石冷水组（C－2s）4层35m的膏溶角砾岩。在4条寒武系剖面上，抓抓岩剖面、长坪剖面的膏溶角砾岩均与红色泥岩呈间互产出；而范店剖面、三汇场剖面都为泥晶白云岩与膏溶角砾岩共生在一起。与石膏露头所看到的石膏岩与膏溶角砾岩共生明显不同，这主要是因为长期裸露的较新鲜剖面上所见的石膏岩层均已被大气淡水溶解所造成的。

综合上述，石膏露头上共生的膏岩与膏溶角砾岩具有良好的对比性，同样，它们与实测剖面发现的膏溶角砾岩与窝深1井等钻井揭示的地下膏岩具有很好的可比性。图6展示了近南北向的乐山范店与宫深1井对比剖面，图中显示钻井中的膏岩或实测剖面上的膏溶角砾岩在纵向上具多层叠加、累计厚度大，侧向上膏岩连通性较好的特点。

较好的侧向上膏岩连通性更说明了一个事实：根据前面的描述，在原始的沉积时期，露头实测剖面上的膏溶角砾岩应是条带状白云质石膏岩。

然而，由于通天断层切穿作用，垂向上膏岩被错开100m以上，构成了油气通道，有可能导致膏岩垂向上的封堵失效。

图6 川西南地区范店与窝深1井膏岩类对比图Fig.6 Comparison of gypsoliths with the dissolved gypseous breccia from Fandian section to Well Woshen 1in the westsouth of Sichuan

4 膏岩的油气勘探意义

当今世界上的大油气田大多与膏盐层有关［16］，膏盐地层引起了广泛的关注［17，18］。据统计（资料来自C ＆C公司，2000），全球不到8%的以盐岩盖层为主的区带拥有世界55%的石油探明储量［19］；Klemme（1991）统计表明世界上334个大油气田的盖层为盐岩、石膏的占到了33%［20］。四川盆地海相层系大气田，如普光大气田与膏盐岩有非常密切的关系［21］。这些都说明，膏盐岩盖层是大油气田得以保存的关键。

膏盐岩作为高效优质盖层及其封盖对大型气藏的成藏起到决定性作用。之所以具有非常高的封盖或封闭性能，主要是因为其矿物组成和排列决定了它具有极低的孔隙度、渗透率和很强的塑性及流动性；而且这些性能几乎不受成岩演化的影响，致使它在受到极为强烈的构造挤压后，仍然具有高的油气封闭能力。勘探实践表明，在四川盆地，气田明显受膏盐岩厚度、岩性与分布范围控制。

事实上，在寒武系盐下勘探领域中，威远气田的成功勘探与突破就是典型的例子。威远气田发育3套储层，其中，寒武系盐下2套即震旦系灯影组、下寒武统龙王庙组，盐上1套即中上寒武统洗象池群。1964年上震旦统灯影组发现了盐下大气田；2004年以后，威远构造的老井上试回采，又新发现了盐上的洗象池群气藏群；2005年威寒1井在下寒武统遇仙寺组产气12.303×104m3／d，开辟了另一个盐下新层系。从威远气田典型解剖来看，约10m厚的膏岩盖层即可有效封住气藏。

毋庸置疑的是，通过火草坪与沙坪子这2个中下寒武统的石膏露头点（图2与图3）与4条实测剖面的确认，证明了川西南地区地表露头上自北向南从黑马（图4）至火草坪一线连片分布长60～70km的石膏优质盖层带，构成了一个近北北西向展布的局限台地相中的潮间坪微相石膏带。相信跨过盆地边界线（图1）往四川盆地内部，即马边至绥江具有更好的潟湖微相厚层石膏岩，从而改变了以往该区膏盐岩欠发育的看法。这是优质的石膏盖层带，对油气勘探具有重要意义。

值得说明的是，在膏溶角砾岩的发现之前，4条实测剖面上的膏溶角砾岩自1972年以来长期被当作灰黄色含泥条带状泥晶白云岩。认识上的不一样其勘探意义则大不同。

更广泛地讲，在四川盆地的侏罗系覆盖区（图1），自西向东沿老龙1井、宫深1井、宁1井、林1井至丁山1井，均存在中下寒武统不同类型的膏质岩类，这一向南突出的弧形带分布着连片的中下寒武统石膏盖层。据统计，老龙1井膏岩类厚15.0m（7层），宫深1井厚44.5m（12层），宁1井厚94.0m（12层），丁山1井厚26.9m（10层），林1井厚99m（10层）。并且，这些地下所见的膏质岩类盖层对应着四川盆地南部的地表露头广布的膏溶角砾岩（图6）。

结合地下与地表，可以说，四川盆地南部形成了一条15～99m厚的100km长的弧形优质石膏盖层带，所以，盐下领域的油气勘探必然大有可为。

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