中扬子湘鄂西区构造演化特征

2014-03-18舒志国中石化江汉油田分公司勘探开发研究院湖北武汉430223

石油天然气学报 2014年10期

舒志国（中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉430223）

湘鄂西区的北界为长江，南至湖南慈利－保靖一线，东起湖南石门－湖北宜都、西达川鄂交界处的齐岳山，位于东经107°50′～112°00′，北纬28°50′～31°00′之间，总面积6．13×104km2，包含齐岳山背斜带、利川复向斜带、中央复背斜带、花果坪复向斜带、宜都－鹤峰背斜带和桑植－石门复向向斜带等6个主要次级构造单元（图1）［1～3］。

图1 湘鄂西区构造区划图

研究区上古生界－下三叠统大多出露地表，保存条件差，基本无油气地质意义。区内震旦纪至古近纪经历了多次构造运动（表1），在震旦系－下古生界沉积了巨厚层海相烃源岩及储集岩层，成藏条件优越。区内及周缘已先后发现多处古油藏、沥青、油苗及可燃气苗等油气显示，但由于勘探程度较低，受复杂地表结构和地下地质条件影响，大部分地区无地震资料覆盖，地质结构及构造展布特征研究难以深入。近年来，随着对该区页岩气勘探研究的不断深入，取得了一系列钻井及二维地震资料，奠定了该区构造特征认识的基础［4，5］。

1 基底形成阶段

区内前震旦纪盆地基底是在太古代－早元古代微型陆核基础上经中、晚元古代多期构造活动褶皱、变质、固结而成，区域内南部与北部地区差异明显，重力、磁力异常分析表明南北分界线大致位于彭水－黔江－咸丰－宣恩－秭归一线（图1）。

北部地表出露深变质结晶杂岩，最古老的地层为崆岭群，属低压区域动力热液变质岩系，主要由混合岩化斜长角闪岩、黑云质或角闪质斜长片麻岩、含炭富铝质片麻岩与片岩、钙硅酸盐岩、大理石岩及石英岩等组成。其原岩为钙碱性玄武质－英安质－流纹质系列的火山岩和含炭黏土岩、碳酸盐岩，属地槽型火山喷发－沉积建造。

南部主要出露浅变质岩系，属冷家溪群或板溪群，其中冷家溪群为弧后盆地浊流沉积，以浅灰、灰绿色的浅变质细碎屑岩、泥质岩及含凝灰质细碎屑的复理石建造为主。板溪群为较稳定的湖沼－浅海碎屑沉积，以一套紫红色和灰绿色相间的厚层至块状浅变质石英砾岩、砂砾岩、石英粗砂岩、中细粒长石石英砂岩为主。

基底的分区特征决定了后续沉积及构造特征。北部以轴向北东的局部构造为主，形态线状－狭长线状－狭长梳状者居多，左行排列；南区则以北东东－东西向局部构造为主，形态更紧闭，左行、右行排列均有。

2 旋回性坳陷沉积阶段

在基底形成基础上，区内澄江期至印支中晚期为一旋回性拗陷期，阶段性明显，旋回性清楚。就常规油气勘探而言，该时期主要形成了3套生、储、盖组合。其一是以下震旦统陡山沱组和下寒武统牛蹄塘组为烃源岩层，震旦系灯影组为储层，牛蹄塘组为盖层的生、储、盖组合；其二是以下寒武统牛蹄塘组为烃源岩层，石龙洞组和中、上寒武统为储层，奥陶系、志留系为盖层的生、储、盖组合；其三是以上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组下段为烃源岩层，志留系内部细粒砂岩、粉砂岩为储层，志留系泥页岩为盖层的生、储、盖组合。其中区内震旦系陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组下段为潜在有利页岩气勘探层系。

2.1 陆块南北裂谷发育阶段

早震旦世早期为扬子陆块南北裂谷发育阶段，该时期扬子陆块南、北缘发生裂谷作用，陆块内仍为陆地，遭受剥蚀，仅在陆内局部地区接受大陆填平补齐的晚造山运动和磨拉石沉积，在此之后地壳略有抬升，遭受剥蚀；早震旦世晚期为南沱冰川活动，扬子区内广泛接受陆相砾岩和泥岩沉积；早震旦世末期澄江运动使区内地壳上升，遭受剥蚀，由于板块的漂移，气候变暖，结束冰期。

2.2 坳陷形成阶段

晚震旦世早期，古地形总体上为西北高、东南低，中部为长轴北东向桑值－五峰凹陷和大庸－慈利凸起。该时期区内除西北部边缘属滨岸相沉积外，大部分地区为浅海盆地－盆地边缘相沉积，水体较深，岩石以含炭、磷页岩、泥页岩、泥质灰岩、云岩为主。晚震旦世晚期，全区继续沉降，相带分异明显，区内长轴为北东东向 “一凸一凹”古构造格局。凹陷较前期向北西方向推进至恩施附近，海水较深，沉积了一套以硅质岩、泥页岩、含泥灰岩、泥质白云岩为主的浅海盆地－广海陆棚相沉积，沉积厚度小于1000m，属非补偿盆地沉积。凸起向北西方向推进至桑植，沉积了以灰岩、白云岩为代表的台地相沉积，沉积厚度大于400m，大庸以南斜坡带含颗粒较粗的鲕粒、砂滩相沉积。至此，在扬子陆块南、北陆绷带裂谷作用的基础上，块断作用进一步加强，扬子地区海水广布，扬子海盆开始形成。

2.3 坳陷整体沉降发育阶段

震旦系灯影组受惠宁运动短暂抬升作用遭受剥蚀，自寒武纪开始区内再次整体快速沉降，自东南向西北发生大规模海侵。早寒武世早期发育一套盆地－盆地边缘相，岩性主要为灰－黑灰色页岩，碳质、砂质页岩、泥灰岩、粉砂岩等，整体海水较深，沉积中心位于恩施附近。早寒武世晚期，海水变浅但范围扩大，相带分异明显，沉降中心依然位于恩施附近，大庸－石门为开阔海台地沉积，海水较浅。中、晚寒武世，区内海水变浅、沉降速度减慢，发育斜坡－开阔台地－局限海台地相，表现为海退沉积序列，直至沉积速度递减至最低点。早奥陶世早期，区内海水加深、沉降速度加快，继承了寒武纪末期平坦的古地形，沉积了一套较为稳定的开阔海台地相生物灰岩、灰岩夹泥灰岩。早奥陶世中、晚期，海水再次变浅，全区沉降速度减缓，区内下奥陶统厚度仅为104～580m，对古构造影响不大。

2.4 坳陷沉积盆地转化和消失阶段

中奥陶世中扬子浅海盆地南北两侧的陆间海槽开始闭合隆升，沉降速度加快，海水加深，为广海陆棚－盆地相沉积环境。晚奥陶世末期，受陆间海槽闭合隆升活动的影响，区内地层短暂小幅隆升，奥陶系顶部遭受少量剥蚀，对古构造的影响仍然较小。志留系沉积前，古地貌与寒武系顶面古构造基本一致，呈一北西向斜坡。

早志留世，经历了晚奥陶世末期的短暂隆升之后，地壳迅速沉降，全区广泛发育海侵，海水较深，属广海陆棚－浅海盆地相沉积环境，沉积了900～2100m的巨厚层砂岩、粉砂质页岩；中志留世，地壳沉降速度减缓，开始海退。志留纪末期，中扬子受加里东构造运动影响，南北两个陆间海槽强烈闭合隆升，海水全部退出研究区，整个扬子地区隆升成陆，志留系普遍遭受严重剥蚀，在湘鄂西区上志留统剥蚀殆尽，中志留统也不同程度地遭受剥蚀，并缺失中、下泥盆统。

在整个志留纪，海水经历了由深－浅－陆地的变化，沉积了巨厚层的碎屑岩。志留纪末期的加里东运动，导致志留系遭受严重剥蚀，造成地层残存厚度差异较大，使得泥盆系沉积前古地貌较志留系沉积前古地貌变化明显，原主轴为北东东向的恩施凹陷演化为主轴为北西向的湘鄂西凹陷。凹陷范围变化为黔江、保靖、慈利、建始所围限的区域，凹陷被北东东向的桑植鼻凸分隔为南北2个部分，北部有宣恩和咸丰2个凹陷中心。

2.5 差异沉降阶段

早泥盆世－中泥盆世早期，区内受志留纪末期加里东运动的影响，整体为古陆环境，沉积缺失，同时志留系遭受剥蚀；中、晚泥盆世，沿江南古陆边缘为其沉积中心带，沉积了一套0～500m厚的滨岸石英砂岩、粉砂岩及似磨拉石。

早石炭世，受发生在泥盆纪末期柳江运动地壳小幅抬升的影响，仅在区内东北部清江中、下游流域内，小范围地接受了厚度小于60m的沼泽相碎屑岩沉积，其余的广大地区均遭受剥蚀，产生沉积间断。经过早石炭世的填平补齐之后，区内晚石炭世再次发生差异沉降，海水从东西侵入，除利川等地势较高部位，区内整体被海水淹没，接受沉积，填平补齐。石炭纪末期，受到云南运动影响，地壳抬升，海水退出研究区，发生短暂沉积间断。湘鄂西区石炭系沉积厚度小于120m，对古构造面貌影响甚微。

2.6 整体沉降阶段

区内二叠世至晚三叠世为整体沉降阶段。早二叠世早期为含煤沼泽相碎屑岩填平补齐阶段；至早二叠世中、晚期整体地势平坦，随着地壳的整体沉降，全区广泛海侵，稳定沉积开阔海台地相的碳酸盐岩，沉积厚度210～600m；受早二叠世末期东吴运动影响，区内地壳差异隆升，使下二叠统茅口组遭受不同程度的剥蚀。至晚二叠世，全区整体沉降，古地形起伏明显，西北高、东南低，海水由东向西侵入。晚二叠世早期沉积了浅海台地相碳酸盐岩与滨海含煤碎屑岩建造；晚二叠世晚期，海侵进一步扩大，海水大规模侵入，使得区内除西部为台地边缘相外，其余大部分地区皆为非补偿的广海陆棚－浅海盆地相沉积环境，其中西部台地边缘相带为生物礁滩发育的有利部位（图2）。

早三叠世早期，继承了晚二叠世末期的古地貌和沉积环境，沉降速度略有下降，该时期沉降中心位于建始附近，地层厚度大，且变化范围也较大（362～1279m），除区内周缘为台地边缘鲕粒砂滩相外，其余地区沉积了以灰岩、泥灰岩及页岩为主的广海陆棚－盆地边缘相建造；早三叠世晚期，受南北强烈闭合隆升影响，海水变得越来越浅，沉降速度进一步减小，发育了开阔海台地相－局限台地相－蒸发台地相的海退沉积序列，沉积了灰岩、白云岩、膏云岩及膏盐地层，厚度达387～947m。受早三叠世末期华北陆块西南仰冲推进影响，华南大陆南部产生了强烈隆升（桂西）构造运动，该事件造成海水大规模退出研究区。中三叠世区内沉积了一套以滨海碎屑岩夹碳酸盐岩为特征的海陆交互相沉积建造，该期地层沉积厚度差异巨大（100～2000m），对古构造面貌产生了重大影响。中三叠世末期，南北陆块陆陆碰撞、闭合造山、闭合隆升运动达到高潮，发生印支构造运动，使海水全部退出研究区，结束了海相地层沉积历史，全区隆升为陆，遭受严重剥蚀，造成沉积间断。

图2 湘鄂西区震旦－三叠纪沉积构造演化示意图

强烈的南北向挤压应力受区内东北部黄陵隆起刚性古陆核的砥柱作用发生了扭动，形成了区内北东－北东东向的 “两凹一隆”构造格局（秭归－利川凹陷、桑植凹陷和恩施－咸丰隆起），确定了晚三叠世沉积格局，不同程度上也奠定了责令构造的雏形。晚三叠世整体为内陆湖泊相碎屑岩沉积，区内沉积厚度0～250m，经晚三叠世填平补齐，至侏罗纪区内广泛接受浅湖－半深湖－三角洲沉积。