龙门山南段前陆冲断带内的古油气藏

2012-08-01付于真王国芝刘树根

成都理工大学学报（自然科学版） 2012年1期

付于真王国芝刘树根黄华杨建

（1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

自从1975年美国在西部落基山逆掩断裂带发现Pineview油田之后，全球许多国家均相继在前陆冲断带内发现了油气藏，如东委内瑞拉盆地北部的富里尔高产油田带和哥伦比亚在东科迪勒拉山脉前缘发现的库西亚纳大油田［1，2］。中国准噶尔盆地西北缘的克－乌冲断带下的断裂掩覆油藏、塔里木盆地库车拗陷的克拉2号油藏、酒泉盆地青西大型油气聚集，都与前陆冲断带有着密切关系［2］。龙门山冲断推覆构造带的油气勘探开始较早，1945年在江油海棠铺构造上首先钻探了江1井，发现了油气显示［3］。其后，在龙门山北段地表发现了大量的油气苗及沥青，据不完全统计，已在震旦系至侏罗系中发现油气苗及沥青260多处，空间上集中分布于碾子坝、矿山梁、天井山等背斜构造及重华、倒流河、大梁山、永平、青林口、双鱼石、厚坝等构造上［4－6］。在龙门山中段，仅在汶川断裂带发现干沥青物质［7］。在龙门山南段，虽然早在1970年于宝兴马家山震旦系灯影组中发现沥青［8］，后来也有文献报道在铅锌矿床中见有零星沥青［9］，但对于沥青的规模及是否存在类似于龙门山北段的古油藏则基本无人探讨过。本文通过对在龙门山南段新发现的地表沥青的特征、分布规律的解剖，提出在南段的冲断带内也曾存在过古油（气）藏，对古油（气）藏的形成和破坏过程进行了初步探讨。该项研究对于揭示龙门山冲断带内油气的富集规律和进一步的油气勘探具有重要意义。

1 区域地质背景

龙门山造山带为一条NE－SW向的推覆与滑覆叠合构造带，北与昆仑－秦岭东西向构造带斜向相接，南与康滇南北向构造带相连，东邻包括四川盆地在内的扬子地台，西面为甘孜地槽褶皱带－特提斯东缘构造带。根据沉积和构造差异，将绵竹市的汉旺－什邡金河（马槽滩断层）以北称为龙门山北段，都江堰市灌口以南为龙门山南段，之间的地区称为龙门山中段。

按龙门山造山带与川西前陆盆地的构造变形特征，将龙门山南段造山带－前陆盆地系统划分出若干个次级构造亚带（图1），它们分别是：茂汶－陇东韧性剪切构造带（Ⅰ），宝兴杂岩推覆构造带（Ⅱ），前陆冲断构造带（Ⅲ）及前陆断褶构造带（Ⅳ），各构造亚带总体构造线方向为NE－SW向。研究表明，南段推覆构造带以前展方式由北西向南东扩展，前陆盆地西部边界也随之向南东迁移，盆地范围逐步缩小［10，11］。印支期研究区受到SN向的挤压，整个松潘－甘孜海盆发生变质、变形，形成松潘－甘孜褶皱造山带，在初始盆山结合部造山带一侧，茂汶－陇东韧性剪切构造带发生由北西向南东的逆冲推覆，并伴有左旋走滑。燕山期，随着逆冲冲断作用的加强，茂汶－陇东韧性剪切构造带继续左旋走滑和向南东方向的逆冲，造山带不断地向前陆盆地扩展，宝兴杂岩推覆构造带形成；喜马拉雅期，前陆冲断构造带开始形成。

2 沥青的空间分布特征

龙门山南段宝兴－双石地区地表沥青分布范围广，空间上从造山带（茂汶—陇东韧性剪切带）到前陆冲断带均有分布（表1），并集中出露于冲断带中，在造山带零星分布。沥青发育地层广泛，主要集中在震旦系，泥盆系次之，奥陶系和二叠系少量充填。各构造带内沥青的产出特征如下所述。

图1 龙门山南段宝兴双石地区地表沥青分布图Fig.1 Diagram showing the distribution of bitumen in the Baoxing－Shuangshi area of the south section of Longmenshan Mountains

表1 龙门山南段地表沥青出露点特征Table 1 The characteristics of bitumen outcrops in the southern section of Longmenshan Mountains

2.1 造山带内的沥青

茂汶－陇东韧性剪切构造带东部的茂汶－五龙断裂（F1），为初始前陆盆地与造山带间的盆山边界断裂［12］。在该边界断裂以西的造山带区古生界－三叠系浅变质的板岩、千枚岩广布。通过地表地质调查和室内研究发现，在前述的板岩、千枚岩中零星见及沥青。空间上，这些沥青主要分布于宝兴猫子湾和五龙乡（图1）。

宝兴猫子湾沥青（图1，MZW01），产于中泥盆统白云岩、礁灰岩和礁（生物）白云岩中［9］。沥青与闪锌矿、方铅矿和黄铁矿等在空间上密切共生，但沥青与铅锌矿间的成因及时序关系不清。

五龙乡下泥盆统中的沥青（图1，BX02），主要产于细晶大理岩透镜状方解石脉中，显微镜下可见沥青充填于方解石晶粒间次生溶孔和裂隙内。通过拉曼光谱对这些沥青的检测发现，在拉曼图上可清晰地见到1 588cm－1和1 353cm－1的2个明显的主峰（图2－A），它们与典型沥青的谱峰1 580～1 600cm－1和1 350～1 380cm－1［13］相一致，证明为沥青无疑。

五龙乡奥陶系中的沥青（图1，BX01），产于灰色千枚岩的透镜状石英脉中，显微镜下观察可见充填于石英晶粒间溶孔和裂隙内。经拉曼光谱分析，与典型沥青的拉曼光谱曲线一致（图2－B），为沥青无疑。

2.2 宝兴杂岩推覆构造带内的沥青

宝兴杂岩推覆体由元古界宝兴杂岩及上覆盖层灯影组和古生界组成。灯影组中广泛发育沥青，二叠系中偶见沥青。

2.2.1 灯影组中的沥青

图2 茂汶陇东韧性剪切带内沥青拉曼光谱Fig.2 Raman spectrum of bitumen in the Maowen－Longdong ductile shear zone

灯影组在宝兴杂岩两侧均有出露，呈北东向展布，倾向南东。沥青在其中广泛发育，充填于白云岩溶蚀孔洞中。宝兴杂岩西侧（图1，BX13）出露灯影组底部，沥青主要充填于皮壳状白云岩残余孔洞中，充填量较少。杂岩东侧灯影组出露较全，从底部到顶部均有沥青充填。其中BX14点的沥青发育在灯影组中部，产于皮壳状白云岩残余孔洞和白云岩次生溶孔中；BX45、BX46点处沥青产于灯影组中部、中上部至顶部的皮壳状白云岩残余孔洞、白云岩次生溶孔或裂缝中。沥青的视面孔充填率平均为3%～8%、个别地方可达到15%。

图3 震旦系、泥盆系地表沥青发育柱状示意图Fig.3 The vertical characteristics of bitumen and minerals filled in vugs in Sinian and Devonian（孔洞比例有夸大）

根据宝兴杂岩两侧灯影组地表沥青露头发育特征，可以建立其连续充填剖面（图3－A）：灯影组白云岩次生溶孔或溶洞发育，孔洞直径约0.5～5 cm，视面孔率约3%～10%，个别部位可达20%。该层位沥青充填剖面古油水界面清晰，流体充填世代关系明确。古油水界面以上白云岩皮壳状、葡萄状构造发育，孔洞的边缘多为皮壳状白云石，其后充填有第一世代晶粒状白云石，白云石之上生长第二世代自形六方双锥状石英，孔洞中心充填团块状、球粒状沥青。顶部白云岩皮壳不发育，溶孔、溶洞发育，孔洞中依次充填第一世代白云石、第二世代石英及第三世代沥青，界面之上沥青发育层段垂向厚度＞30m。靠近古油水界面之下发育针孔或孔洞白云岩，也见皮壳状构造，皮壳厚0.5～1cm不等，孔洞充填第一世代晶粒状白云石，第二世代石英；远离古油水界面的下部流体充填相对简单，皮壳不发育，仅见斑块状白云岩，白云石斑块直径约5cm，部分地方斑块中心未填满处则可见残余孔洞；底部为结晶白云岩，孔洞不发育，具有强烈的硅化现象，并见磁黄铁矿。

2.2.2 二叠系中的沥青

二叠系出露于宝兴杂岩两侧，在茂汶－五龙断裂带附近热液活动强烈，受热液改造处形成了热液白云岩和部分溶蚀孔洞（图1，BX11）。沥青主要产于这些热液白云岩的晶间孔、次生溶孔和缝合线中。而周围的溶蚀孔洞均被团块状白云石所充填，也见从热液白云石到自行锥状石英的2期矿物充填，地表未见沥青。远离茂汶－五龙断裂带向盆地方向追索，热液活动逐渐减弱至完全没有，同时也未见沥青充填。

2.3 前陆冲断带内的沥青

中林－双石断层（F2）为前陆冲断带前缘逆冲断层，推覆体主要由上三叠统须家河组组成，之上叠置志留系－下三叠统组成的飞来峰群。地表沥青出露于金台山飞来峰前缘南西翼，与下伏原地系统断层接触带附近的中泥盆统观雾山组之中（图1，BX21，BX25）。

2处沥青属于同一地层充填的侧向展布，围岩为含生物碎屑白云岩夹灰黑色灰岩，次生溶孔发育，沥青呈间隔充填，具有多个沥青层和含水层，综合其露头发育特征可以恢复该地层中沥青充填剖面（图3－B）：顶部地表出露宽约6m的白云岩夹泥岩盖层。上部白云岩次生溶孔（洞）发育，孔洞直径达6～10cm。在某一个溶洞中见上半部分充填沥青，下半部分为晶粒状白云石，呈示底构造，表现出清晰的古油水界面，且界面与岩层面平行。古油水界面之上溶孔（洞）中充填大量沥青，多数将孔洞填满；界面之下溶孔（洞）中依次充填第一世代晶粒状白云石、第二世代自形石英，中心未填满，见残余孔洞。中部和底部孔洞发育段均有沥青充填，由于植被覆盖，地表未见古油水界面，中部沥青充填于白云岩微孔中，底部沥青充填于生物体被白云石交代的腔孔中和白云岩的溶孔中，流体充填次序为第一世代晶粒状白云石、第二世代自形石英及第三世代沥青。该剖面沥青发育层段垂向厚度＞20m；沥青的视面孔充填率平均为1%～3%。

2.4 古油（气）藏的确定

由上述可知，龙门山南段地表沥青分布遍及造山带－前陆冲断带，但主要集中于前陆冲断带内，造山带仅有零星分布。前陆冲断带内已发现的地表沥青平面上展布面积＞200km2（图1）。其中震旦系灯影组为沥青主要充填层位，且在其底部到顶部次生溶孔、溶洞和缝隙中均见沥青充填，沥青的视面孔充填率3%～8%，个别地方达到15%；垂向厚度＞30m。虽然现今前陆冲断带内的灯影组零星分布，其间大面积出露的均是宝兴杂岩，但根据研究区造山带和冲断带的隆升剥蚀史、前陆盆地的充填史可知，在地质历史上灯影组曾呈面状覆盖于宝兴杂岩之上，后期的隆升剥蚀使其零星残存。从现今地表所出露的沥青点位置，可以推知灯影组未被剥蚀前的沥青沿NESW方向延伸＞18km，沿NW－SE向延伸＞7 km。冲断带飞来峰内泥盆系观雾山组中沥青充填量次于灯影组，沥青的视面孔充填率1%～3%，垂向充填厚度＞20m，沿NE－SW方向延伸＞4km。在更偏南的汉源、会理、会东等地区大型铅锌矿床中，也见有大量沥青及有机质存在［14］。从前面的论述表明，龙门山南段宝兴－双石地区沥青发育地层广泛，垂向充填厚度较大（＞50m），侧向延伸稳定，平面展布面积较宽（＞100km2），在不同地点的相同层位均见沥青充填，说明龙门山南段前陆冲断带内曾经发育一定规模的古油（气）藏。

3 古油藏中流体充注特征及油气来源

3.1 冲断带内不同层位流体间的关系

宝兴杂岩推覆构造带中沥青发育层位主要集中于震旦系灯影组，二叠系热液白云岩中也见零星分布，前陆冲断带内沥青充填于飞来峰的泥盆系观雾山组。从构造位置上看，宝兴杂岩推覆构造带内的宝兴杂岩之上具有与冲断带飞来峰相当的地层单元残存（志留系—下三叠统），表明飞来峰的根带来源于宝兴杂岩推覆构造带［12］。宝兴杂岩推覆构造带的抬升活动始于中侏罗世中期，并持续到喜马拉雅早幕，中新世时期川西高原快速抬升，宝兴杂岩推覆体的沉积盖层及顶部岩块被迅速抬升到一个较大的角度，由于重力失稳，向南东下滑，形成大面积北东向分布的飞来峰群［10－12］。因此，在中新世飞来峰开始滑覆之前，现今推覆构造带内震旦系灯影组、二叠系和飞来峰上泥盆系观雾山组中的油气显示形成之初应处于同一构造带，呈垂直分布，并一起经历深埋演化为沥青。

推覆构造带和飞来峰中流体充注部位均为次生晶洞（岩石晶洞或生物晶洞）或溶孔，且具有明显的世代关系（表2）。通过孔洞充填特征对比，可以看出三者油水界面上下充填的矿物共生组合一致，世代次序一致，可能暗示着这3个层位中流体是相互连通的。流体的87Sr／86Sr值是示踪碳酸盐岩地层中流体来源最有效的工具［15］。为了确定充注于前述3个层位中流体间的相互关系，分别对充填于震旦系、二叠系和泥盆系次生溶孔中的第一世代白云石进行87Sr／86Sr测定，结果表明3个层位中所充填的第一世代白云石的87Sr／86Sr均为0.709 2，说明形成白云石的流体具有十分一致的来源，3个层位中的流体是相互连通的。由于3个层位孔洞中所充填矿物的序次关系相同（表2），盐水流体又是连通的，因而，前述3个层位中的沥青可能是同期油藏流体在不同层位中充填的结果。

表2 推覆构造带与飞来峰孔洞充填世代关系对比Table 2 Comparison of the generations of minerals filled in the vugs of the nappe tectonic belt and klippe

3.2 油气的可能来源及流体迁移方向

龙门山区域上的（盆地内部及周缘）下组合内油气源主要来自于寒武系［16］。而研究区内缺失寒武系，即该区段古油藏所在位置是缺少烃源岩的；但从区域上看，具有生烃能力的寒武系在龙门山造山带内是普遍存在的（出露于茂汶地区）［17］，因此造山带内具备烃源岩条件。由上述沥青空间分布特征可知，造山带内有沥青充填，但充填量不大，仅见零星分布，说明造山带内曾有过油气生成。晚三叠世以前，现今的茂汶—陇东韧性剪切带为松潘－甘孜海盆的一部分，现今前陆推覆冲断带为相对隆起区，属于乐山－龙女寺加里东古隆起西缘的一部分［18］。如果油气来源于该隆起区的东部盆地，油藏流体为由东向西的运移，那么油藏流体则必须跨过古隆起向隆起西侧的松潘－甘孜海盆运移，才能解释为何在先前的松潘－甘孜海盆内（现今为造山带）存在沥青的现象；但实际上这种运移是不可能的，因而油气来源不可能来自于东侧，也不太可能发生由东向西的运移。在盆山边界茂汶－五龙断裂带下盘的二叠系中，沥青分布于靠近造山带一侧，远离造山带向盆地方向的二叠系中则没有沥青充填；结合造山带和冲断带内灯影组和观雾山组沥青的分布特征及流体运移的方向，共同表明龙门山南段古油藏的油气可能来源于原松潘－甘孜海盆的烃源岩，油藏流体和盐水流体由西向东运移充注于前陆盆地不同层位的储层中，从而造成冲断带内大量沥青集中分布；少量的油藏流体残留于松潘－甘孜海盆内，现今呈零星状散布于造山带中。

图4 龙门山南段构造演化与古油气藏的形成破坏过程Fig.4 Tectonic evolution and the process of development and destruction of ancient hydrocarbon reservoirs in the south section of Longmenshan Mountains

4 构造演化与古油（气）藏的形成及破坏

结合该地区构造演化史，将古油（气）藏由形成到破坏的过程恢复如下（图4）：

晚三叠世以前，扬子地台西缘的松潘－甘孜海盆内所沉积的寒武系—志留系，由于深埋作用，其中的有机质逐渐成熟形成石油并从烃源岩中排出。随着生烃能力的增加，大量的石油沿松潘－甘孜海盆东部的同生边界断裂（即茂汶－五龙断裂带的前身）向上运移，在乐山－龙女寺古隆起西部的震旦系和泥盆系中充注和成藏，形成了古油藏；少量未排出的石油残存于松潘－甘孜海盆的奥陶系、泥盆系中（图4－A）。晚三叠世盆山转换时期，松潘－甘孜海盆由于褶皱变形、变质反转成山，形成造山带，在造山带的前缘形成前陆盆地，之前成藏的油藏随着造山带的隆升和前陆盆地的快速沉降而被深埋；随着埋藏深度增加，前陆盆地内古油藏中的油发生热裂解而形成热裂解气和残余沥青（图4－B），热裂解气储藏于原来的储集体中形成古气藏，此时保存条件良好。随着造山带不断向盆地发展，原先属于盆地部分的地层被冲断隆升，形成宝兴杂岩推覆体。在冲断隆升的过程中，由于卸压作用和构造裂缝的形成，保存条件遭到破坏，古气藏被破坏，热裂解气开始逸散（图4－C）。到了始新世直到现今，随着冲断带不断地向前发展，宝兴杂岩推覆体不断被抬升，前陆盆地开始褶皱变形和飞来峰的形成，从而使得之前垂向上不同层位分布的油气显示形成了如今水平分布的构造特征（图4－D）。因此，在宝兴杂岩推覆体内和飞来峰之上可以见到相似的盐水流体和油藏流体充注。