龙门山北段天井山构造演化及其对油气聚集的控制

李 卿，李忠权，张 玮，刘爱疆，曾吉和，崔文玲

（1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点试验室，四川 成都 610059； 2.成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059； 3.成都理工大学 地球科学学院学院，四川 成都 610059）

0 引言

褶皱冲断带既是世界上最先发现大型油气田的领域，也是耗资巨大、勘探成功率较低的领域.阿莫科公司在落基山冲断带打过300多口钻井，才获得第一口油气井，最主要原因是对下伏构造形态不清楚.近年来，随着现代地震技术的逐步完善，对褶皱冲断带构造特点有较清楚的认识，只有准确建立褶皱冲断带构造模式，提高褶皱冲断带构造解释的正确性，油气勘探的成功率才有所提升[1-3］.

我国龙门山冲断带是典型前陆褶皱冲断带，以“飞来峰”构造和推覆构造闻名，具有复杂的构造变形样式.1945年，在江油海棠铺构造上首钻江1井，从而拉开龙门山前陆冲断带寻找油气的序幕，主要研究成果有：李月等[1］认为龙门山在造山初期主要是受到北西方向力的作用；晚三叠世末期主要受到由东南方向太平洋板块的挤压而迫使扬子板块挤压的应力作用；燕山期龙门山造山带继承印支期的逆冲推覆构造作用继续上升；喜玛拉雅期推覆构造进一步发展，在推覆构造活动加剧的同时，由于受到重力作用，使被推到高处的不稳定岩体大量下滑，形成滑覆体和推覆体叠加的构造格局，最终演化为现今的构造样式.曹俊兴等[2］认为龙门山的形成演化主要受西侧松潘—甘孜地块的逆冲和其东侧四川盆地的俯冲非对称相向挤压控制.龙门山晚三叠世开始隆升，其形成早于青藏高原的隆升，与印—亚板块的碰撞无关；但喜马拉雅期以来的演化受印—亚板块碰撞和太平洋板块俯冲的影响.金文正等[3-5］认为印支期以前的构造运动对龙门山冲断带应力场变换的影响作用有限，燕山运动时期和喜马拉雅运动时期的构造运动在龙门山冲断带构造应力场转换中起重要作用.这些成果多注重宏观构造特征的研究，缺乏对局部变形差异性的精细研究.龙门山前陆冲断带内的矿山梁、天井山、枫顺场等局部区域具有多层位的烃源岩，蕴含巨大的油气资源，但同时构造变形和演化又极其复杂，因此，宏观构造变形已不能满足复杂构造区油气勘探研究的需要，迫切需要对各个构造带进行构造特征研究.

笔者以近东西向的06fsc0003—02tjs1111测线为基础，研究天井山构造带的构造演化特征，分析构造演化对油气成藏及油气运聚的控制作用，确定油砂的主控因素和分布区域，指导油气勘探方向，为天井山构造带的油气勘探提供指导.

1 地质概况

龙门山褶皱冲断带整体上呈NE-NNE走向，印支晚期，古特提斯洋关闭，印度板块向欧亚板块俯冲，青藏高原和松潘—甘孜陆块迅速抬升，从而形成现今的推覆构造体形态.它北起广元，南抵雅安，高耸在四川盆地的西北部，成为扬子地台和松潘—甘孜的分界线.一般来说，它具有“南北分段，东西分带”的特点，本次研究的主要工区位于彭灌—马角坝断裂以东、安县以北的龙门山北段山前带的天井山构造带.

龙门山褶皱冲断带北段大致为广元到安县，主要出露的是变形褶皱比较强烈的古生界和三叠系.通常龙门山北段地表构造从东北向西南可以划分唐王寨推覆体、轿子顶推覆体和冲断前锋构造带3个基本构造单元.其冲断前锋构造包括矿山梁、青林口、天井山和中坝等典型背斜构造[5］.天井山构造带属龙门山前陆推覆—冲断带和龙门山前陆盆地.其地形险峻，山体绵延，沟壑纵横，山系以北东向山系为主，地表高程变化在500～2 000m之间，总趋势呈西北高、东南低.其构造与断层的走向多为近北东向，区域性大断裂为雁门坝断裂和马角坝断裂（也称彭—灌断裂）.区内地面主要正向构造为天井山背斜，其次有苟家垭倒转背斜和水跟头倒转背斜等.天井山背斜位于竹园坝断裂与马鹿坝断裂之间，呈NE—SW展布.长轴约为14km，短轴约为10km，为一线状背斜（见图1）.其组成地层有：下寒武统、泥盆系、石炭系、二叠系和下三叠统，南西端延至二郎庙一带，后消失在超覆地层之下，北东端以42°倾角倾没于马鹿坝以东，背斜核部由石炭系、泥盆系及寒武系组成，两翼地层主要为三叠系、二叠系，岩性总体上以碳酸盐岩为主[4-5］（见图2）.

图1 龙门山褶皱冲断带构造纲要图及研究区域Fig.1 Structural outline of the fold-thrust and study area of Longmen mountains

天井山构造带内从寒武系至上三叠统马鞍塘组地层以接受海相沉积为主，岩性主要为泥岩、砂岩、膏盐岩、灰岩等，整体上呈西厚东薄.同时，由于研究区内含有寒武系、志留系、上三叠统须家河组等多套滑脱层，在构造应力的作用下，形成大量的逆冲推覆构造、叠瓦冲断带和反冲断裂等构造变形样式.

2 天井山构造带构造演化

以天井山构造带的地震剖面精细解释为基础，选取一条北西—南东向横穿构造带的主格架地震剖面，即06fsc0003线—02tjs1111线剖面（A-B）进行构造演化分析.天井山构造带形成主要经历3个阶段：（1）伸展拉张成盆期（震旦纪—中三叠世末），龙门山褶皱冲断带处于伸展动力学环境，以拉张成盆，接受海相碳酸盐岩沉积，地层伸展率超过8%，其中马角坝断层在该时期为多期活动正断层；（2）陆隆伸展演化阶段（晚三叠世—中侏罗世末），龙门山褶皱冲断带前缘因重力滑覆形成一系列的高角度逆冲断层和相关褶皱，马角坝断层反转成为逆断层，地层收缩率超过20%；（3）挤压抬升剥蚀阶段（晚侏罗世—现今），欧亚板块与印度板块碰撞产生强烈的挤压力作用大幅度改造前期形成的构造，并发育一系列逆冲推覆构造，地层收缩率超过30%，龙门山褶皱冲断带被剥蚀后表现为现今的构造形态.

图2 天井山构造带（AB：06fsc0003线—02tjs1111线）Fig.2 Geological map of Tianjingshan area（AB：Line 06fsc0003—Line 02tjs1111）

2.1 伸展拉张成盆期

元古代末的晋宁运动褶皱造山形成扬子古陆核之后，扬子地台及其西缘包括龙门山和甘孜—阿坝在内的广大地区总体属于稳定大陆边缘发展阶段.龙门山北段深水放射虫硅质岩和重力流沉积[6］，以及川滇地区大面积的玄武岩喷溢表明这一时期扬子地台强烈的拉张活动.志留系沉积前，天井山构造带寒武系地层总体上表现为南东厚北西薄，地层长度约为133.9km.此时扬子板块西缘长期发育一个呈南北向的龙门山古岛链，沉积一套碳酸盐岩—页岩建造.晚奥陶世华北板块与中秦岭古岛弧碰撞之后，整个扬子板块北缘结束其活动大陆边缘伸展构造演化阶段，进入板块碰撞—弧后盆地构造反转时期[7］.该时期已经发育有倾向为北西的正断层，即早期的马角坝断裂.

志留纪末期，加里东运动使四川克拉通隆起，使沉积的志留系地层遭到剥蚀，马角坝正断层下盘志留系地层剥蚀殆尽，上盘志留系地层遭受部分剥蚀.此时地层总体上表现为北西厚南东薄，寒武系地层长度约为141km，相对于志留系沉积前伸展了5.3%.早期发育的马角坝断裂在该时期持续活动，尤其是马角坝断裂断距较大，为同沉积断层，从而造成断裂两侧志留系地层厚度的差异.

泥盆纪和石炭纪时期，扬子板块西缘的邛崃—宝兴杂岩、彭灌杂岩隆升出露水面.邛崃—宝兴杂岩向东经大邑苟家乡已经与克拉通东部广阔的地台剥蚀区连成一片，剩下孤立的彭灌杂岩成为克拉通西缘向北凸出的半岛环境，其西、北、东三面均有上石炭统沉积.中、晚石炭世，该半岛向北延伸，致使彭灌杂岩北部缺失中、上石炭统沉积[6-7］.早期马角坝断层继续活动，因而马角坝断层上盘泥盆系地层的沉积厚度远大于下盘的沉积厚度.该时期天井山构造带仍处于伸展动力学环境，寒武系地层伸展至143.80km，伸展率为3.60%.

经历（梁山期）短暂的陆相沉积环境之后，海水开始大规模侵入.扬子板块西缘长期发展的龙门山古岛链消失，成为龙门山水下隆起带；北缘的大巴山古陆亦淹没水下.栖霞期，龙门山地区海水浅，属扬子板块的陆缘隆起沉积环境，其中的极浅水部位存在经常出露水面的屿、礁，能够接受淡水淋滤作用，从而形成栖霞组豹斑白云岩和砂糖状白云岩[6］.此时构造活动相对平静，受到的动力学主要以伸展为主，二叠系地层伸展至148.3km，伸展率为3.10%，马角坝正断层在该时期停止发育.

早三叠世，扬子板块西北缘平武附近的摩天岭构造带有间歇性海底火山喷发，说明此时仍为伸展构造环境；中三叠世，龙门山岛链将龙门山裂陷槽与川西特提斯洋分隔开来，西侧沉积一套杂谷脑组海相复理石建造，东侧沉积一套雷口坡组含蒸发岩的局限海碳酸盐岩建造[7］.天井山构造带地层总体仍表现为北西厚南东薄，二叠系地层伸展至149.10km，伸展率为0.56%.此时，总伸展量达到14.30km，最大伸展率为11.30%.

2.2 陆隆伸展演化阶段

印支三幕时期，随着秦岭大洋的全面关闭及印度板块向欧亚板块的俯冲作用使青藏高原和松潘—甘孜高原抬升[8］，在松潘—甘孜和龙门山之间形成北西高南东低的一斜坡，由于后缘拉张，在重力滑覆作用下于龙门山前缘形成局部挤压环境，发育一系列高角度逆断层和断弯褶皱，发育薄皮构造，并形成一系列倒转褶皱，尤其以tjs1000线的形态较为明显[9-10］（见图3和图4）.早期形成的马角坝正断层在该时期发生反转变为高角度逆断层，并在天井山构造前翼发育4条上陡下缓逆断层，形成叠瓦状构造.该期产生的逆冲断层下部均在前震旦系地层内滑脱，上部大多出露地表，仅靠近前缘的2条断层未出露地表，一条断层上部消失在须家河组地层内，另一条断层上部消失在飞仙关组地层断层上盘的地层内，此时的二叠系急剧收缩至117.40km，收缩率为21.2%.

图3 天井山构造带重力滑动构造Fig.3 Gravity sliding structure of Tianjingshan

图4 天井山重力滑动构造示意Fig.4 Sliding of Gravity structure Diagram of Tianjingshan

2.3 挤压抬升剥蚀阶段

晚侏罗世后，天井山构造及其以西地区均出露地表遭受剥蚀，而天井山构造以东形成前陆盆地，沉积须家河组地层.由于龙门山后缘为一斜坡，所以剥蚀量远大于龙门山前缘，雷口坡组以上的地层全部剥蚀殆尽，雷口坡地层在靠近马角坝断裂附近有部分残留.前缘地层相对剥蚀较少，只在背斜核部部分须家河组下部地层遭受剥蚀.

龙门山前缘的上侏罗系莲花口组下部、下白垩统剑门关组下部或天马山组下部普遍发育冲积扇相的砾岩.彭灌地区至天全的上白垩统夹关组底部也发育有冲积扇相的砾岩，上白垩统北段前缘无沉积.地层分布和沉积特征说明盆地西南部及龙门山确实存在燕山中幕（J3p-K1）及燕山晚幕（K1-K2），但燕山晚幕比较突出.若物源区的隆升与山前凹陷幅度呈负相关关系，根据上、下白垩统的厚度变化推测，龙门山北段在晚侏罗世至早白垩世较南段抬升幅度大.另外，分析冲积扇的砾石成分，碳酸盐岩类的砾石主要是中、上泥盆统至下三叠统的灰岩及白云岩，碎屑岩类的砾石主要是下泥盆统及志留系或更老地层的砂岩.这些地层当时分布在北川断裂或五龙断裂一带.据此推测，北段已切割剥蚀至下泥盆统及其以下地层[11-12］.

喜山运动使龙门山后缘发生强烈的基底卷入型褶皱变形，地层及早期滑脱面在强烈挤压作用下褶皱抬升，形成枫顺场对冲构造及仰天窝向斜，并发育一系列逆冲断层，由于后缘地层变形十分强烈，地层大量遭受剥蚀，泥盆系以上地层被剥蚀殆尽[11-12］.天井山构造印支三幕构造活动时期形成的逆断层再次活动，逆冲推覆，在天井山构造核部形成断弯褶皱，甚至是倒转背斜.天井山构造后翼浅层发育一系列后翼突破构造，断裂密集，大多消失于上部滑脱层飞仙关组地层内部.天井山构造前翼，前期断层除继续活动断距加大外，还产生分支断裂，形成帚状构造[13］.天井山构造靠近盆地一侧，在下部震旦—飞仙关组地层中发育双重构造，下滑脱层位于寒武底部，上滑脱位于飞仙关组内部，同时该期还形成大量对冲和背冲构造，切割改造早期构造，从而使天井山构造带构造更加复杂化.此时二叠系地层收缩至90.75km，收缩量为79.50 km，收缩率为32.3%.

自印支期开始，龙门山变形序列和变形域自北西向南东递进发展，每次构造运动对龙门山的影响有局限性，总体上，变形中心由北段逐渐向南段迁移，一次强过一次，波及范围逐渐扩大.

总之，龙门山构造带经历由伸展构造背景下的前缘滑覆作用到青藏高原挤出—滑动背景下的推覆作用的变迁，具有滑覆—推覆的二元造山机制，以及形成时间早、后期活动强烈的特点.

3 构造演化对油气聚集的影响

3.1 生储盖组合

天井山构造演化剖面见图5.据探井实钻及本区地面露头剖面统计，该区共有上三叠统、二叠系、下寒武统、震旦系4套烃源岩.其中，二叠系烃源岩中灰黑色硅质岩、硅质泥岩、碳质泥岩的厚度为23～54m，深灰、黑灰色生屑灰岩厚度达66～262m，灰色生屑灰岩厚度达40～214m.经显微组分鉴定，二叠系灰岩腐泥组体积分数为76%～83%，镜质组体积分数为6%～10%，惰质组体积分数为9%～13%，以腐泥型干酪根为主，部分为混合型.干酪根的碳同位素测定值在24‰～31‰之间，多数在25‰以上，与Ⅰ、Ⅱ型干酪根相近[13］，表明曾大量生油.中三叠世末，沉积区域达到最大，覆盖整个天井山构造带，沉积大量泥岩，泥质厚度大，泥质含量高.据青林1井钻探表明，飞仙关组泥岩厚度达315m，泥岩厚度较大且集中，横向分布稳定，是该区良好的区域盖层[15］.晚三叠世，由于差异隆升，松潘—甘孜和龙门山之间形成一斜坡，由于后缘拉张，在重力滑覆作用下于龙门山前缘形成局部挤压环境，发育一系列高角度逆断层，形成逆掩断裂带.区内断层发育，地层及构造复杂，断层的存在一方面使油气藏遭受强烈的破坏活动，发生散失；另一方面也为油气的二次运移提供通道，深部烃源层生成的油气可以通过这些断层运移到浅部地层中，如厚坝油砂岩中的石油、矿山梁沥青脉、江油渔洞梁飞仙关组的石油等，都源于下寒武统或震旦系烃源层.发生二次运移的油气可能在新的有利构造中保存下来，形成新的油气藏，且新的油气藏中油气可能具有混源特征，保存的油气可能来自于多套烃源层.总体上，构造主应力的改变控制沉积相带和生储盖的变化.

3.2 油气运移和油气保存

天井山构造带断层可分3类：

（1）现今出露地表的断层.由于受强烈的构造运动作用，断层发育，下切基底，上通地表.“通天”断裂带作为油气运移通道的双重性，它既是上三叠统油气向上跨层运移通道，又是油气向地表散失的通道.通常，大型“通天”断裂带的封闭条件较差，沿断裂带有大量油、气苗分布，就是“通天”断裂带开启性质的显示.该类断层位于天井山背斜的核部及西北翼，断穿寒武系以上所有地层，因此不具备保存条件.

（2）印支运动时期出露地表的断层.该类断层位于天井山背斜前翼的上部，断穿寒武系至三叠系地层，消失于侏罗系地层或终止于须四底界面（印支三幕构造运动形成的不整合面）.该类断层印支三幕构造运动时出露地表，随后接受上覆侏罗系地层的沉积，喜山期再次活动.这些断层对于侏罗系沉积前形成的油气藏不具备保存条件，但为侏罗系沉积后形成的油气藏提供良好的运移通道.

（3）未出露过地表的断层.该类断层位于天井山背斜前翼的下部靠近盆地一侧及盆地内部，断穿寒武系至二叠系地层，消失于下三叠统地层中.该类断层印支三幕构造运动时可能已经形成，但未出露地表，不过多数断层形成于喜山期.这些断层具备良好的保存条件，同时还是油气运移的通道.

根据QL1井有机质成熟度，在矿山梁和天井山一带，侏罗系—三叠系有机质成熟度相对较低，早三叠统有机质仍处于低成熟—成熟阶段；中三叠系有机质热演化已处于成熟末期，有机质大量生烃已经结束[13-16］.构造应力的改变引起沉积厚度、油气运移通道的改变.天井山构造带在晚三叠世时发生褶皱反转，同时马角断层发生反转，导致流体势的改变，使油气运移发生改变.

因此，天井山构造带印支期冲断带上盘（现今天井山背斜西北翼及核部）不具备保存条件；印支期冲断带（现今天井山背斜前翼）对于侏罗系沉积前形成的油气藏不具备保存条件，但对于侏罗系沉积后形成的油气藏具有一定的保存条件；印支期冲断带下盘（现今天井山背斜前翼下部及盆地内部）具备保存条件.

图5 天井山构造演化剖面（06fsc0003线—02tjs1111线）Fig.5 Structural evolution profile of Tianjingshan（Line 06fsc0003—Line 02tjs1111）

4 有利目标优选

印支与燕山期，天井山构造带处在盆地西部斜坡带，由于当时龙门山北段已开始隆升，因此，印支期龙门山北段主要形成重力推覆构造，总体上重力推覆构造前缘推挤带变形强度较大，褶皱断裂发育（往往为平卧或倒转褶皱），对油气聚集保存相对较差；喜山期本带在强烈挤压作用下，推覆隆升遭受剥蚀成为褶皱造山区.因此，进行油气勘探时应注意喜山期构造的建设与破坏作用.印支期冲断带下盘（现今天井山背斜前翼下部及盆地内部）发育的冲起构造是油气集聚的有利部位，具备条件：

（1）天井山构造带具有二叠系及下志留统、下寒武统3套生烃能力强的烃源岩系，且在白垩纪后有机质演化已达成熟至过成熟阶段，具备成藏的根本条件.

（2）具有飞一段、吴家坪组、茅三段、栖霞组、石炭系滩相亮晶粒屑灰岩储集体，栖霞组上部白云岩、泥盆系石英砂岩储集体及石炭、泥盆系古风化壳，储集条件较好.

（3）冲起构造能形成构造圈闭.

（4）断层发育，将二叠系、志留系及寒武系烃源岩与二叠系储层和圈闭串通，利于烃类的运聚.

（5）冲断构造形成于印支期晚期，第三纪以后是现今构造形成期，演化成熟至过成熟的烃类可经调节，运移至有储渗能力的圈闭聚集成藏.

（6）天井山构造有须家河组泥岩类作为区域盖层，飞仙关泥岩作为直接盖层，且无断层断至地表，圈闭保存条件较好.

5 结束语

天井山构造带的演化可划分为伸展拉张成盆（震旦纪—中三叠世末）、陆隆伸展演化阶段（晚三叠世—中侏罗世末）、挤压抬升剥蚀阶段（晚侏罗世—现今）.印支期冲断带下盘（现今天井山背斜前翼下部及盆地内部）发育形成于印支期晚期的冲起构造，其内断层发育，将二叠系、志留系及寒武系烃源岩与二叠系储层和圈闭串通，利于烃类的运聚；且有飞仙关泥岩作为直接盖层，保存条件较好，是油气聚集的有利部位.

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