四川盆地震旦系大气田形成条件与勘探远景区

魏国齐，沈平，杨威，张健，焦贵浩，谢武仁，谢增业

（1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院；2. 中国石油西南油气田公司）

0 引言

四川盆地是在扬子克拉通基底之上发育的叠合盆地[1]，面积约18×104km2。盆地沉积地层发育齐全，总厚6 000～12 000 m[2]；上震旦统—中三叠统为海相沉积，以碳酸盐岩为主，厚约5 000 m。震旦系包括陡山沱组和灯影组，厚300～1 200 m，其中灯影组以藻白云岩、晶粒白云岩为主，陡山沱组以砂泥岩为主。1964年，在四川盆地乐山—龙女寺古隆起上发现了中国最古老的以震旦系灯影组为产层的威远气田，探明地质储量 400×108m3。乐山—龙女寺古隆起为加里东期的大型古隆起[3-8]，面积约6×104km2。威远气田发现后，20世纪70—90年代，围绕乐山—龙女寺古隆起核部及斜坡区域，以震旦系为目的层进行了一系列勘探，钻探了龙女寺、安平店、资阳等11个构造，包括女基井、安平1井、资1井等16口井，获工业气流井4口，低产气井4口，干井1口，水井7口。其中除1971年钻探的女基井在震旦系 5 206～5 248 m测试获日产气1.85×104m3外，仅1993—1997年在资阳古圈闭上钻探的资1井、资3井、资7井获日产5.33×104～11.54×104m3的工业气流，获控制、预测天然气地质储量分别为102×108m3和338×108m3。勘探工作者对乐山—龙女寺古隆起震旦系寄予厚望，但截至2010年底尚未获重大突破[9-12]。

近年来，笔者对震旦系沉积相、烃源岩、储集层等成藏条件进行了系统分析，形成了多项新认识，如：震旦系发育多套烃源岩，具备形成大气田的烃源条件；灯影组发育 3套大面积分布的岩溶储集层；乐山—龙女寺古隆起为长期继承性古隆起，有利于油气聚集，古隆起不同部位可形成不同类型气藏等。在新认识的指导下，优选了 4个有利勘探远景区，其中乐山—龙女寺古隆起远景区成藏条件最为有利。

1 震旦系油气形成与聚集的基础

四川盆地发育 3大古隆起：加里东期的乐山—龙女寺古隆起、印支期的泸州古隆起和印支期的开江古隆起，3大古隆起对四川盆地油气聚集成藏有重要影响[1,4-5]，其中乐山—龙女寺古隆起对震旦系沉积、油气成藏影响较大。

1.1 古隆起特征与演化

四川盆地乐山—龙女寺古隆起是受基底隆起控制的继承性古隆起，在晋宁期、澄江期川中刚性隆起基底上发育而来，经历了桐湾期、兴凯期和加里东期的同沉积隆起和剥蚀隆起，最终定型于二叠纪之前[4]。二叠系沉积之前，四川盆地几乎全部遭受剥蚀，其中川西南部剥蚀最严重，剥蚀到震旦系，由此向东北依次剥蚀到寒武系、奥陶系、志留系和石炭系（见图1）。震旦纪至今，古隆起继承性发育。勘探实践证明，大型继承性古隆起控制了油气成藏，是油气勘探的有利领域[8,13]。乐山—龙女寺古隆起的发育有利于震旦系大面积有利储集相带的发育，有利于多期大面积岩溶储集层的形成；古隆起长期位于流体低势区，是油气运移的指向区，有利于油气聚集；古隆起主体长期稳定，大型断裂系统不发育，有利于油气的保存。因此，乐山—龙女寺古隆起为震旦系油气形成、聚集提供了条件。

图1 四川盆地二叠系沉积前古地质图及构造区划图

乐山—龙女寺古隆起震旦系储集层的主要油气聚集期为寒武纪—晚三叠世[14-15]，在油气聚集过程中，古隆起核部一直位于构造高部位，有利于油气聚集。二叠系沉积前，资阳、高石梯—磨溪—龙女寺、广安地区的震旦系顶面隆起基本位于同一水平线，威远位于斜坡区，资阳与高石梯之间有一个凹地；须家河组沉积前，震旦系顶面基本形成一个两侧低、中间高的隆起，威远和广安位于斜坡区；现今，威远地区由于喜马拉雅运动的影响，震旦系顶面快速隆起，高石梯—磨溪—龙女寺和广安地区为震旦系顶面次一级隆起，龙女寺和广安地区之间有一个凹地（见图 2）。总体而言，乐山—龙女寺古隆起震旦系长期处于构造高部位，有利于油气成藏。

图2 乐山—龙女寺古隆起震旦系构造演化图（剖面位置见图1）

现今大量分布的沥青也证明古隆起核部和斜坡部位曾发生油气聚集。从钻井岩心、岩屑薄片及岩石光片中，可以观察到震旦系碳酸盐岩孔洞中充填大量原始液态烃类经高温裂解后残留的沥青，且沥青的含量有自古隆起顶部向翼部明显降低的趋势。就震旦系而言，位于古隆起顶部的女基井、高科1井和安平1井的沥青含量分别为8.12%、5.41%和2.40%，斜坡部位的盘1井、自深1井沥青含量分别为1.2%、1.0%。对于寒武系，古隆起顶部的女深5井沥青平均含量达到15.7%，磨深1井为3.3%；上斜坡部位的合12井为0.4%，威28井为0.2%，窝深1井为0.01%；下斜坡部位的隆32井为0.2%，座3井为0.8%，自深1井为0.04%；坳陷部位的阳深1井和东深1井分别为0.07%和0.01%。

从充满度看（含沥青段厚度与灯影组厚度之比），古隆起核部为99.32%（女基井），上斜坡为93.28%（威117井），坳陷区极低，亦说明古隆起上发生过油气聚集，古隆起顶部及上斜坡聚集程度优于下斜坡与坳陷带。

1.2 古隆起上的构造演化与气藏类型

1.2.1 继承性古构造

继承性古构造以高石梯—磨溪构造（见图2）为代表，该构造自成油期、原油裂解期至现今均处于相对稳定的构造高部位，受后期构造运动影响小，圈闭规模大，一直是油气有利聚集区，天然气成藏经历了古油藏—原油裂解—原地聚气过程，形成了构造和岩性-构造气藏。

1.2.2 早期斜坡-晚期背斜构造

早期斜坡-晚期背斜构造以威远构造（见图 2）为代表，该构造在晚三叠世前（即古油藏原油大量裂解前）处于乐山—龙女寺古隆起的南斜坡带，喜马拉雅期时构造隆起成为该古隆起上位置最高、闭合幅度最大的背斜圈闭。天然气成藏经历了古油藏—原油裂解—隆升调整过程，形成了背斜构造气藏。

1.2.3 早期背斜-晚期斜坡构造

早期背斜-晚期斜坡构造以资阳构造（见图 2）为代表，该构造在主要成油期（二叠纪—中三叠世）及古油藏原油大量裂解前（晚三叠世前）一直处于威远—资阳古圈闭的高部位，喜马拉雅期时资阳地区成为威远背斜西北缓翼的大单斜构造。天然气成藏经历了古油藏—原油裂解—隆升调整过程，形成岩性气藏。

1.2.4 继承性斜坡

继承性斜坡大范围分布于古隆起两侧，该区域在主要成油期（二叠纪—中三叠世）到古油藏原油大量裂解前（晚三叠世前）再到现今一直处于古隆起斜坡部位，其储集层条件、烃源岩条件和保存条件与继承性古构造相似，位于油气运聚通道上，在局部构造高部位、地层尖灭部位和岩性侧向变化部位易形成地层-岩性气藏。

2 储集体和烃源岩大面积发育的基础

四川盆地震旦系发育陡山沱组和灯影组，陡山沱组以砂岩为主，夹泥岩和白云岩，厚9～460 m，盆地内及周缘都有分布；灯影组以藻白云岩、晶粒白云岩、砂（粒）屑白云岩夹薄层砂、泥岩及硅质岩为主，盆内厚500～1 200 m。根据藻类含量可将灯影组划分为4个岩性段，由下至上依次为：灯一段，以浅灰—深灰色泥粉晶云岩为主，称“下贫藻段”；灯二段，以浅灰色、浅灰白色藻云岩为主，夹粉晶云岩、泥晶云岩和粒屑云岩，称“下富藻段”；灯三段，以深灰—灰色细—粉晶层状云岩为主，称“上贫藻段”，下部发育一套泥页岩；灯四段，由浅灰—深灰色层状粉晶云岩、含砂屑云岩、溶孔粉晶云岩、藻云岩组成，称“上富藻段”[2]（见图 3）。

四川盆地为上扬子克拉通盆地的一部分，震旦系沉积之前的澄江运动对震旦系沉积古地理环境有重要影响。澄江运动是一次典型的造陆运动[16]，以陆壳抬升为主，形成了明显的侵蚀界面，代表上升的古陆初期被夷平和陆相冰水沉积的结束，此后古陆开始下沉沦为陆表海。这种古地理背景形成了震旦系陡山沱组沉积期的陆棚—滨岸沉积体系和灯影组沉积期的缓坡—局限台地沉积体系（见图4）。

图3 四川盆地震旦系综合柱状图

陡山沱组沉积早期以陆棚沉积为主，主要沉积泥岩、泥质白云岩和砂质白云岩，部分地区出现海相砂岩。陡山沱组陆棚相的黑色泥岩在盆地边缘厚度较大，最大可达150 m，盆内厚度较小，一般为0～80 m。川东南地区陡山沱组黑色、灰绿色页岩沉积厚度较大，其中遵义松林剖面泥岩厚75 m，是一套较好的泥质烃源岩层，具有大面积分布的特征。晚期以滨岸沉积为主，发育一套砂泥岩沉积。陡山沱组在盆地内总体以碎屑滨岸沉积为主，东部发育浅海陆棚相，形成陡山沱组优质烃源岩（见图3）。

灯影组沉积期，以局限台地沉积为主，盆地外川西松潘为古陆，盆地内发育大面积局限台地沉积，以白云岩为主，局部发育蒸发湖相沉积。灯影组在盆地内总体为碳酸盐岩台地沉积环境，发育台内滩、云坪、砂屑滩和膏坪等亚相，其中台内滩亚相和云坪亚相为有利储集相带。

根据全盆地钻遇震旦系的25口探井、威远构造的重点探井和周缘露头资料，在沉积相研究的基础上，编制了灯二段沉积相图（见图5，由于盆地内钻至灯一段和陡山沱组的井很少，未对其作平面成图），盆内90%的区域发育局限台地相，以台内滩和云坪亚相为主，在盆地东缘发育浅缓坡相，浅缓坡相内部发育砂屑滩亚相等（见图5）。灯四段沉积时期水体加深，岩相古地理边界向东迁移，浅缓坡相向东退出四川盆地，全盆地以局限台地相为主。

图4 四川盆地震旦系灯影组沉积相模式图

图5 四川盆地震旦系灯二段沉积相图

有利储集相带为局限台地相的云坪亚相和台内滩亚相，在灯影组灯二段、灯三段、灯四段都发育；平面上，全盆地范围内主要发育台内滩亚相和云坪亚相（见图5），为大面积储集层发育提供了条件。

3 储集层

图6 四川盆地震旦系典型储集层和烃源岩图版

震旦系灯影组储集层主要为藻叠层云岩、藻纹层云岩、藻泡沫云岩、藻团粒云岩、细—中晶云岩和角砾云岩等（见图6）。灯影组白云岩主要是准同生期形成的，沉积后经历了桐湾期、兴凯期和加里东期构造运动，形成古风化壳岩溶储集层，加上后期构造运动产生的裂缝，形成了裂缝-孔洞型、裂缝-孔隙型储集层。储集层的储集空间主要为溶孔（见图6a）、溶洞（见图6b）、溶缝及构造裂缝（见图6c）。溶孔主要有粒间（或晶间）溶孔（见图6d、6e）、粒内溶孔、鸟眼孔；溶洞主要有层间溶洞（或空腔）、垂直或斜交溶洞。

灯影组岩溶储集层呈低孔低渗特征。根据资阳、威远地区以及古隆起东部地区各井的储集层物性分析，资阳地区7口井岩心样品的基质平均孔隙度为1.70%，威远构造为1.85%，安平1井为1.47%；而全直径岩心样品的平均孔隙度则普遍提高了 2～3倍，资阳地区为5.76%，威远构造为3.92%，安平1井为2.25%。古隆起上各井岩心渗透率小于 1×10-3μm2的样品占 70%，1×10-3～100×10-3μm2的样品占 25%，大于 100×10-3μm2的样品比例不到5%。储集层非均质性强，从安平1井、高科1井和盘1井核磁共振孔隙度与样品孔隙度对比来看，核磁共振孔隙度比样品孔隙度高1～3倍（见表1）。

表1 核磁共振孔隙度与样品孔隙度对比表

震旦系灯影组发育 3套储集层，分别是灯二段、灯三段和灯四段（见图 3），3套储集层在纵向上互相叠置，从川西地区汉深 1井到川中地区女基井的 200 km范围内，灯二段、灯三段和灯四段储集层均有发育（见图7），说明灯影组储集层在全盆地大范围分布。

图7 川西—川中地区震旦系灯影组储集层对比图

灯影组的发育与分布与震旦纪末期的桐湾运动有关，桐湾运动主要表现为区域性的差异升降运动，造成了四川盆地西南隆起、中部高、东北洼的古地理格局。同时，灯影组也遭受了不同程度的剥蚀，龙门山及资阳地区缺失灯四段，威远、川中地区各钻井中灯四段残厚不一，变化较大，如在高科1井残厚86 m，安平1井残厚90 m，自深1井46 m，盘1井115.5 m，老龙1井245 m，窝深1井189 m，由此可见在成都—资阳—自贡一带灯四段剥蚀程度较大，向东北及西南方向剥蚀程度有逐渐降低的趋势。用灯三段与灯四段地层厚度之和，综合划分古岩溶地貌，剥蚀程度越大，残厚越小，岩溶越发育。以成都—资阳—雅安一带以西为岩溶高地，向北东、南东逐渐过渡为岩溶斜坡，宜宾—资中—南充—江油一带为岩溶上斜坡，泸州—重庆—达州—广元一带为岩溶下斜坡，石柱—万县—通江一带为岩溶洼地。灯影组岩溶储集层以岩溶上斜坡区最好，岩溶下斜坡区次之，岩溶高地和岩溶洼地局部发育有利储集层。

4 烃源岩

威远气田发现后，前人对其天然气来源进行了大量研究，总体认为震旦系不发育烃源岩，威远气田震旦系天然气主要来源于下寒武统筇竹寺组烃源岩[15,17-20]，近期研究则表明，震旦系发育陡山沱组和震旦系灯三段烃源岩（见图3），灯影组灰岩、藻白云岩也有一定生烃能力。

4.1 寒武系筇竹寺组泥质烃源岩

寒武系筇竹寺组泥岩是四川盆地最好的烃源岩之一[19]，其有机质丰度很高，高石梯地区 119个样品残余有机碳含量（TOC）为0.40%～6.57%，平均为2.21%；威远地区170个样品残余有机碳含量为0.07%～4.00%，平均为1.27%。烃源岩有机质类型为腐泥型，高石梯地区干酪根碳同位素组成为-32.9‰～-31.1‰，平均为-32.1‰。烃源岩处于过成熟生气阶段，高石梯地区等效镜质体反射率（Ro）为 2.83%，威远地区 Ro值为2.31%～2.81%。烃源岩质量较好、厚度大，分布面积广，生烃强度为 20×108～120×108m3/km2，厚度一般在 100～400 m，生气强度大于20×108m3的面积约5×104km2。

4.2 震旦系灯三段泥质烃源岩

灯三段下部发育一套泥质烃源岩。目前资料显示，此套泥质烃源岩在高石梯地区分布稳定，高科 1井岩心显示为深色泥页岩（见图6f），厚37.5 m。有机质丰度较高，高石梯地区 20个样品残余有机碳含量为0.33%～4.73%，平均为1.03%，威远地区11个样品残余有机碳含量为0.08%～7.40%，平均为2.15%。烃源岩有机质类型为腐泥型，干酪根碳同位素组成为-33.4‰～-28.5‰，平均为-31.0‰；Ro值为 3.16%～3.21%，处于过成熟生气阶段。目前资料显示灯三段烃源岩主要发育于川中地区，厚度一般为10～30 m，其他地区较薄，约5～10 m（见图8）。

图8 四川盆地震旦系灯三段泥岩厚度预测图

4.3 震旦系陡山沱组泥质烃源岩

震旦系陡山沱组烃源岩以黑色页岩为主（见图6g），富含藻类，厚2～200 m，一般30～50 m。陡山沱组泥岩有机质丰度高，类型为腐泥型，处于过成熟生气阶段。乐山地区 6个露头样品残余有机碳含量为0.78%～4.64%，平均为 2.42%；干酪根碳同位素组成为-32.4‰～-29.0‰，平均为-30.4‰；Ro值为3.26%～3.54%。综合评价为优质烃源岩。

陡山沱组烃源岩在四川盆地及周边均有分布，目前发现在盆地周边厚度较大，一般为20～30 m，在川东、川北多个露头剖面有发育；在盆地内部较薄，目前发现的剖面一般厚2～3 m。

4.4 震旦系灯影组灰岩和藻白云岩烃源岩

灯影组发育灰岩和泥质灰岩，关于灰岩和泥灰岩的生气能力已达成了共识[21]，其对震旦系的天然气形成也有一定贡献。灯影组巨厚藻白云岩也具有一定生烃能力[22]，灯影组藻白云岩发育、厚度较大（一般200～400 m），藻纹层非常发育，说明岩石中存在大量有机质。对震旦系灯影组藻白云岩分析发现，其有机碳含量一般为0.1%～1.11%，生气量一般为10～120 L/t。

5 盖层条件

保存条件是天然气富集的关键，震旦系之上区域性泥岩盖层厚度大，盆地内断裂不发育，为盆地内部震旦系气藏的保存提供了条件。

灯二段、灯三段、灯四段储集层与灯三段下部泥质烃源岩、寒武系筇竹寺组大套泥页岩形成良好的储盖组合（见图 3），特别是筇竹寺组泥页岩在区域上广泛分布，厚度达74～403 m）高科1井厚117.0 m，安平l井厚92.4 m）。通过对高科1井盖层条件分析认为筇竹寺组泥页岩为优质盖层（见表2），盆地内断裂不发育是气藏保存良好的又一重要因素，地震资料显示，盆地内无大型断裂，仅在层内发育一些断距较小的断裂。

6 勘探远景区

6.1 乐山—龙女寺古隆起勘探远景区

该区位于乐山—龙女寺古隆起核部和斜坡地区，有利勘探区面积约4×104km2，已发现威远气田、资阳和高石梯—磨溪含气构造，探明地质储量约 400×108m3。发育灯二段、灯三段和灯四段岩溶储集层，在桐湾运动中遭受抬升剥蚀，溶蚀孔洞发育，以资阳地区灯影组剥蚀程度最大，古风化壳岩溶最发育。震旦系顶面风化壳为区域性储集层，在资阳、威远等地区经钻井证实为高产气井。灯影组在测井、取心资料上均有古风化壳特征，在高科1井顶发育厚约3.45 m角砾云岩，角砾形态不规则，尺寸约1.5～2.0 mm，由不均匀的粉晶白云石组成，且见泥质或陆源石英等不均匀分布于角砾云岩间，可见古隆起核部岩溶风化壳较为发育。该区发育寒武系筇竹寺组、灯三段和陡山沱组 3套优质泥质烃源岩，与 3套岩溶储集层配置良好。并且古隆起长期发育，为有利的勘探远景区。

表2 高科1井寒武系—奥陶系盖层特征参数表

从成藏条件分析，乐山—龙女寺古隆起是四川盆地震旦系最有利勘探远景区，勘探远景区可分为3类：①最有利远景区，为长期继承性古构造，高石梯—磨溪—龙女寺构造（见图9，Ⅰ1区）最为典型，该构造长期位于构造高部位，一直是油气运移的指向区，而且构造圈闭面积大，资源潜力大，是勘探的首选地区，在古隆起核部的川西南部地区可能发育类似构造（见图9，Ⅰ2区），应是下步探索的重点领域。②较有利的远景区，为威远构造与高石梯—磨溪构造之间的斜坡区（见图9，Ⅱ1区），该区域在油气成藏期一直位于古隆起核部，喜马拉雅期由于威远构造的隆起成为斜坡区，可能发育地层-岩性圈闭，应是下步勘探的重点领域。③古隆起核部周围（见图9，Ⅱ2区），分布范围大，成藏条件与核部相似，长期位于油气运移的通道上，其局部构造、岩性封堵带和地层尖灭带为该领域勘探首选。

图9 四川盆地震旦系勘探远景区带划分

6.2 川东南勘探远景区

该区位于四川盆地东南部，面积约5×104km2（见图 9），发育印支期形成的泸州古隆起，其与乐山—龙女寺古隆起相似，为一继承性古隆起。区内构造发育，震旦系构造圈闭多、面积大，圈闭保存完整。据不完全统计，该区震旦系发育40个面积大于10 km2的圈闭，总面积达4 200 km2；发育面积大于20 km2的圈闭27个，总面积达4 000 km2。该区勘探程度低，钻至震旦系的井仅5口，均未获得突破。

从成藏条件分析，该区域震旦系沉积相、储集层与乐山—龙女寺古隆起相似，位于寒武系筇竹寺组烃源岩生烃中心，生气强度为50×108～120×108m3/km2，距震旦系陡山沱组烃源岩生烃中心更近，与乐山—龙女寺古隆起不同的是断裂较发育，震旦系之上的构造圈闭不完整，因此保存条件是该区成藏的关键。

6.3 川东勘探远景区

川东勘探远景区可勘探面积2×104km2（见图9），目前无井钻遇震旦系，加上该区为川东高陡构造发育区，地震资料品质差，所以对该区震旦系分布认识程度很低。从盆地东缘露头剖面上震旦系沉积特征和盆地震旦系沉积古地貌推测，该区震旦系发育局限台地云坪亚相和浅缓坡砂屑滩亚相有利储集体（见图4），特别是砂屑滩亚相储集层物性较好，平均孔隙度为3.5%左右。另外该区发育寒武系筇竹寺组和震旦系陡山沱组2套烃源层，生烃潜力大，生气强度为40×108～100×108m3/km2，是四川盆地震旦系勘探远景区。

6.4 川西北勘探远景区

川西北勘探远景区可勘探面积约1×104km2（见图9），目前该区无井钻遇震旦系，盆地外有4口井钻遇。该区构造复杂，地震资料品质差，对震旦系分布、沉积相等特征认识程度很低。该区的天井山构造和矿山梁构造在寒武系筇竹寺组发育多条沥青脉[13]，说明震旦系储集层油气资源丰富，有较好的勘探潜力，是四川盆地震旦系潜在勘探领域，天井山、河湾场、矿山梁等构造是较为现实的勘探目标。

7 结论

四川盆地震旦系具备形成大气田的基本条件：大型继承性古隆起为震旦系油气形成、聚集提供了条件；稳定的沉积背景奠定了储集体和烃源岩大面积发育的基础；灯二段、灯三段和灯四段3套储集层相互叠置，大面积发育；多套烃源岩纵向叠置，大面积分布，与储集层呈“三明治”互层结构；区域性泥岩盖层厚、盆地内断裂不发育，保存条件好；良好的成藏条件及配置关系形成了震旦系巨大的勘探潜力。

根据不同区域有利成藏条件的不同，优选了震旦系4个勘探远景区带：乐山—龙女寺古隆起勘探远景区、川东南勘探远景区带、川东勘探远景区和川西北勘探远景区，其中乐山—龙女寺古隆起核部继承性古构造圈闭最为有利，斜坡部位是探索地层-岩性气藏的重点领域。

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