四川盆地北部中二叠统茅口组碳酸盐岩斜坡沉积及其油气勘探意义

2013-10-11赵宗举刘银河

海相油气地质 2013年4期

陈轩，赵宗举，高阳，刘银河，周慧

（1长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室；2中国石油学会）（3中国石油新疆油田公司勘探开发研究院；4中国石油勘探开发研究院）

1 引言

四川盆地北部的露头和钻井资料揭示中二叠统发育白云岩储层。该地区在九龙山构造和河湾场构造（图1）的勘探效果较为明显，大部分钻井未钻遇有效储层或出气效果不好，其主要矛盾表现在沉积储层发育规律认识不清。前人研究认为四川盆地主体为碳酸盐台地沉积，盆地北部发育南秦岭洋盆，西部发育甘孜松潘海盆，但由于受资料和研究重点所限，学者们没有深入阐述深水盆地与碳酸盐岩台地之间的沉积情况［1-3］。有学者提出盆地北部中二叠统茅口组发育的岩性普遍为“眼球状灰岩”，其成因是由沉积作用和成岩作用综合所致，胶结物源于差异压实作用和物质的重新分配，沉积环境为较局限的或稍深水的台地［3-5］。也有学者提出盆地北部露头区或其他露头区茅口组发育的岩性为砾屑灰岩，而非“眼球状灰岩”，其沉积环境为较深水台地或斜坡［6-9］。还有学者在对白云岩储层的认识基础上，提出盆地北部中二叠统栖霞组—茅口组白云岩储层的形成与高能相带密切相关［10-11］。总的看来，前人认识中存在的不明确性给油气勘探带来了不确定性。

笔者从四川盆地北部大量露头资料分析入手，明确提出茅口组发育的主要岩性为砾屑灰岩，沉积具有典型的斜坡相特征，并结合地震资料，提出斜坡相区以南发育高能沉积相带。这一认识不仅提出了茅口组斜坡相典型的识别特征，而且也有助于认识该区中二叠世的构造活动规律，这可为指导该区的油气勘探提供有价值的参考。

2 斜坡相沉积特征

2.1 茅口组地层厘定

四川盆地北部的中二叠统底部为梁山组，岩性为黑色碳质页岩、粉砂岩及石英细砂岩,厚约2～5m，与下伏的志留系呈不整合接触。梁山组之上，为栖霞组，岩性为灰色薄泥晶生物碎屑灰岩、生物碎屑泥晶灰岩与亮晶生物碎屑灰岩，厚约50～70m。上覆的茅口组与栖霞组之间为连续沉积，岩性以灰色—深灰色砾屑灰岩为主，夹少量灰色薄—中层生物碎屑泥晶灰岩及泥晶灰岩，累计厚度50～150m。该段地层见大量Mesogondolella aserrata、M.postserrata、 M.Nuchalin牙形石［12］。因此，通过中二叠统的露头岩性结构分析和牙形石鉴定，可以准确厘定茅口组。

图1 四川盆地北部中二叠统茅口组沉积相分布与资料点分布图

2.2 斜坡相存在的证据

四川盆地北部露头区，茅口组最常见的岩性为砾屑灰岩，在广元白朝、旺苍双汇、旺苍大两、南江桥亭、城口庙坝和宣汉百里峡等剖面均有发育(图1)，砾屑灰岩的厚度分布不等，在广元地区较厚（约150m），城口地区较薄（约50m）。砾屑的成分和直径在不同地区表现出一定的差异性，距离南部台地边缘较近的露头区，砾石以亮晶生物碎屑灰岩为主，直径变化范围较大（5～100cm不等），如广元白朝和旺苍双汇露头区(图2a、2b，图3a)；其它地区砾石成分以灰色泥晶生物碎屑灰岩为主，砾石大小相近（平均约20cm），如旺苍大两、南江桥亭、城口庙坝的露头区等(图2c—2f、图3b、3c)。另外，本次研究在茅口组砾屑灰岩地层中发现了准同生滑动变形构造(图2c，图3b)，在深灰色薄层泥晶灰岩中发现了钙屑浊积岩(图2g，图3d），这进一步说明了斜坡相的存在。

2.3 沉积模式

根据不同沉积物的特征可初步判别斜坡的大致位置。一般地，上斜坡的沉积含较多来自台地边缘的颗粒灰岩和造礁生物，其砾屑大小混杂(图2a、2b，图3a)；中斜坡沉积以分选较好的砾屑灰岩为主(图2c—2e），局部可见滑动变形构造(图2c，图3b）；下斜坡沉积以深灰色薄层状泥晶灰岩与灰黑色硅质岩不均匀互层夹薄层状钙屑浊积岩（泥晶砂屑灰岩）为主(图2g），局部可见斜坡坡度较大的上斜坡相沉积，其沉积物以砾屑棱角分明的砾屑灰岩为主，砾屑主要来自台地边缘相的颗粒灰岩(图2h）。

在此基础上，对过广元地区九龙山构造的二维地震剖面（图4）进行分析可以看出：茅口组总体为楔形反射（地层厚度由南向北逐渐增厚），南部连续性较好，地层较薄，解释为开阔台地相；中部（增厚区）连续性变差，解释为台地边缘相；北部受断裂活动影响，地震剖面品质较差，结合露头区砾屑灰岩发育的位置，解释为开阔台地—斜坡相的相变区。此外，在绵竹天池露头区发现茅口组发育厚层亮晶砂屑灰岩，且大规模白云石化，解释为台地边缘沉积(图5a、5b)。龙4井茅口组岩性揭示为泥亮晶生物碎屑灰岩（图5c），且发生白云石化作用（图5d），表明了高能相带的存在。

综合上述认识，可以初步厘定茅口组沉积相带的平面展布（如图1），并由此建立起四川盆地北部茅口组的沉积模式（图6）。

图2 四川盆地北部茅口组斜坡相岩石特征

图3 四川盆地北部茅口组斜坡相岩性剖面图

3 油气勘探意义

（1）茅口期构造活动较栖霞期强，可以造成沉积相带的分异

四川盆地中二叠统栖霞组为开阔台地沉积，这一特征不仅体现在广大的盆地内部，而且表现在四川盆地北部边缘地区［1-3］。栖霞组台地相之上，继承发育了茅口组斜坡相沉积，两组之间存在明显的沉积相分异（图2b、2e）。

从图4和图6也可以看出，两组基底断裂正好发育在斜坡相和台地边缘相的相变区，结合对峨眉地裂运动和南秦岭被动陆缘盆地活动影响的认识［13］，可以解释为中二叠世栖霞期构造活动平静，沉积环境相对稳定，茅口期基底断裂开始活动，沉积地层整体向北部的秦岭洋沉降倾斜，最终导致盆地北部茅口组发生开阔台地—台地边缘—斜坡的相带分异。由此可以推及，茅口期构造活动加强时，四川盆地并不是一块“铁板”，不仅是在北部，甚至在其他区域都有可能发生相带的分异。这一观点，对四川盆地茅口组构造-岩相古地理的重建，乃至对有利高能相带的预测都有重要意义。

图4 四川盆地北部过九龙山构造茅口组地震相解释剖面

（2）白云石化的茅口组台地边缘相具有良好的勘探前景

在斜坡相得到确认的前提下，利用露头、钻井和地震资料，预测盆地北部茅口组斜坡相的南区应该发育有高能的台地边缘相带。通过分析，高能相带主体可能发育在四川盆地内部（非造山带内），这样就为可能的油气勘探提供了基础。绵竹天池露头剖面的茅口组发育大套亮晶砂屑白云岩，并见大规模的白云石化作用和丰富的沥青充填（图5a），为典型的高能相带。另外，在龙4井中钻遇茅口组泥亮晶生物碎屑灰岩和白云岩储层（图5c、5d），且获得高产工业气流，这里也解释为高能相带。

在以上几点证据的基础上，结合高能相有利于白云石化的规律［14-17］，笔者认为：白云石化的茅口组台地边缘相带有着良好的勘探前景。