上扬子地区新元古界含油气系统与油气勘探潜力

汪泽成 姜华 王铜山 谷志东 黄士鹏

中国石油勘探开发研究院

中—新元古界是世界上油气勘探程度很低的领域。然而，西伯利亚、非洲、东欧、印度、阿拉伯、澳大利亚等克拉通盆地，均有中—新元古界至下寒武统原生油气与油气藏的报道［1－2］。在东西伯利亚盆地与阿曼，新元古界—始寒武系现探明的油气储量业已达到“10亿吨级至1亿吨级油当量”的规模［3］。早在20世纪60年代，我国就已经开始新元古界油气勘探活动，在四川盆地发现了威远震旦系气田［4－5］。其后的40余年，尽管从未停滞相关研究与勘探，但均未有大的发现与突破。直到近年，针对川中地区磨溪—高石梯构造的勘探，在震旦系灯影组、寒武系龙王庙组发现了高产气层，勘探才取得重大突破。这些勘探实践，证实了中—新元古界具有形成原生油气成藏的地质条件，是一个应引起高度重视的油气勘探新领域。

对于新元古界潜在的油气勘探领域，国外学者重视含油气系统分析与潜力评价。伦敦地质学会于2006年11月召开“全球始寒武系含油气系统会议”，并出版专辑。该次会议的宗旨是梳理当前与全球新元古界—下寒武统含油气系统相关的研究认识，同时论证北非的新元古界很值得给予超过以往的关注［1］。目前看来，北非和中东的新元古界—始寒武系含油气系统已从新勘探领域的概念过渡为整个地区的主要油气勘探目标［2］。国内有学者早在20世纪70—80年代就开始研究元古界油气地质条件，但受勘探程度低、钻井资料少等条件限制，井下地质研究主要集中在威远地区的震旦系［6］，其余的研究则以露头剖面为主［7－10］，重点讨论油苗的原生性、烃源岩特征、储层特征、古油藏特征等。从含油气系统角度研究新元古界油气资源潜力鲜见报道。

本文在大量调研国外新元古界含油气系统研究基础上，对比分析上扬子地区成藏条件，划分含油气系统，分析了其油气勘探潜力。

1 国外新元古界含油气系统研究进展与启示

含油气系统是指一个与由有效生烃灶及其形成的油气藏构成的天然流体系统，包括生烃灶与其形成的所有油气藏以及形成这些油气藏所必不可少的一切地质要素与作用过程［11］。含油气系统强调油气成藏基本要素（包括有效烃源岩、储集岩、盖层与上覆层）与作用过程（包括油气生成、运移、聚集和圈闭等过程）在三度空间的有机联系。对于新元古界而言，受资料及勘探成果限制，含油气系统的早期评价重点关注烃源岩分布及生烃潜力、主力储集层及可能的圈闭类型。

在论述前，简要交代国际、国内新元古界地层划分对比以及新元古代重大地质事件。

国际地层划分中，新元古代地质年代为距今1 000～542Ma，分为3个纪，从老到新分别为拉伸纪、成冰纪和埃迭卡拉纪；同时在西伯利亚盆地又分为文德纪和晚里菲纪。与国际地层对比，我国新元古界三分为：青白口系（Qb，）（距今1 000～780Ma）、南华系（Nh，）（距今780～635Ma）、震旦系（Z，）（距今635～542Ma）［12］。

新元古代到早寒武世时期，全球发生了一系列重大地质事件［13－18］：①罗迪（Rodinia）超级古陆的形成、稳定和初始破裂，发生在距今大约750Ma前的拉伸纪至早成冰世；②全球性冰川作用，发生在中成冰世至早埃迭卡拉世阶段（距今750～600Ma），包括两次重大冰川作用，斯图特冰川作用和马里诺冰川作用；③冈瓦纳超级古陆的形成和稳定，发生在中埃迭卡拉世至早寒武世阶段（距今约600Ma以后）。

1.1 全球气候和冰川作用对新元古界烃源岩分布的控制作用

新元古代时期曾发生过至少两次全球性冰川作用的观点已得到普遍承认［19］。尽管“雪球地球”期是否存在生物存在较大争论［20］，但越来越多的证据表明，重大冰期之后的全球海平面快速上升与局部的盆地发育和裂谷作用耦合，引发了这些富含有机质新元古界地层的沉积［1－2］。北非地区富含有机质的新元古界地层（例如廷杜夫、拉甘和阿赫奈特盆地）大都是在距今850～540Ma期间沉积的，受限的半地堑或者大面积的陆棚区最有利于富含有机质烃源岩的发育，而在靠近造山带的地区，沉积物可能以来自后泛非造山期隆起和剥蚀的粗粒碎屑沉积物为主，烃源岩变差［2］。

从烃源岩分布的角度考虑，不同时代全球气候、海平面和源岩分布之间存在较好的对应关系。Craig等人［1］研究距今1 000Ma以来全球气候变化、海平面和世界主要有效油气源岩时代分布的对应关系（图1），指出高海平面期对应于温室气候期，冰川融化导致海平面上升，有利于富有机质沉积物堆积，是世界许多重要油气源岩沉积的主要时期。如北非，志留系底部发育后冰川期烃源岩，直接覆盖在上奥陶统储层系之上，古生界含油气系统的总储量约为500×108桶油当量［2］。

根据烃源岩发育时代及与冰川期的先后关系，Craig等［1］将新元古界—下寒武统划分为3个含油气系统：

1）拉伸系—下成冰统的前冰川期含油气系统，其分布主要局限于古老的克拉通地块。烃源岩为含有藻类有机质的黑色页岩，储层为叠层石碳酸盐岩储层。

图1 全球气候、海平面和世界重要有效烃源岩的变化图（引自Craig等，2009）

2）冰川期含油气系统，形成于“雪球地球”期的中成冰世到早—中埃迭卡拉世 （距今750～600Ma）。显著特点是发育在“盖帽碳酸盐岩层序”内，由后冰川海进阶段沉积的富含有机质页岩源岩控制油气系统分布。一般说来，“盖帽碳酸盐岩层序”是后冰川期海平面上升期沉积产物，与前冰沉川期的岩层呈假整合的覆盖关系。这套层序由深水相—陆架相—潮上相组成，包括微生物岩丘和生物层（叠层石），向上过渡为富含有机质的黑色页岩，两者构成良好的源—储配置关系。

3）后冰川期含油气系统，层系为上埃迪卡拉统—下寒武统。在冈瓦纳北缘东部以断层为界的“盐盆地”充填了碳酸盐岩、蒸发岩和页岩。目前，已在阿曼、印度和巴基斯坦等地区发现油气。90%以上的阿曼现有石油产量均来自新元古界—下寒武统的源岩。

1.2 早期裂谷—晚期克拉通坳陷的构造带利于形成油气富集区

典型实例是俄罗斯东西伯利亚盆地，也是国内学者较为关注的国外含油气盆地之一［21－23］。该盆地构造演化主要经历了元古代里菲纪—文德纪早期拗拉谷、文德纪晚期—寒武纪—奥陶纪地台2个发育阶段。现今构造格局表现为地台区隆坳相间、盆缘发育前陆坳陷，是印支运动以后多期构造运动改造的结果。中—新元古界里菲系、文德系是东西伯利亚盆地重要的含油气层系，也是目前世界上中—新元古界发现大油气田数量最多、探明油气储量最多的领域。据IHS（2005）的资料统计，在里菲系、文德系及下寒武统中，已发现65个原生油气田，总计探明和控制地质储量为22.36×108t油当量。其中，来自文德系的储量占87%，里菲系仅占7%。从油气来源看，源自里菲系的油气占48%，而来自文德系的油气占38%［6］。

从烃源条件看，里菲纪拗拉槽和克拉通内裂谷盆地是泥质烃源岩发育区，生烃母质属腐泥型干酪根，分布面积近30×104km2，总厚度为300～500m。有机碳含量平均值可达2.4%，现今Ro值达到2%～4%。

从储集条件看，坳陷期储层好于裂谷期储层。里菲系白云岩储集层主要为孔隙—裂缝型，基质孔隙度低，次生孔隙度为主（孔隙度多在1.0%～3.5%之间）。文德系砂岩储层主要为滨海相或沿岸砂坝沉积，纵向多层系发育，累计厚度为20～70m，孔隙度为5%～25%，渗透率为5～2 000mD。

从油气富集看，生烃坳陷围限的大型隆起及其斜坡带是油气富集的有利地区。克拉通坳陷内同沉积隆起和后期褶皱构造作用叠加的复合体，紧邻生烃坳陷，油气通过渗透性岩层与不整合面，向隆起区运移，易于形成大规模的油气聚集带。目前发现的元古界大油气田主要分布在涅帕—鲍图奥巴隆起及拜基特隆起区。

1.3 环冈瓦纳边缘是未来新元古界含油气勘探的有利领域

冈瓦纳超大陆是在新元古代末至古生代初由统一的东冈瓦纳和西冈瓦纳几个大陆块体经过泛非巴西造山运动联合组成的超级大陆［24］。这一地带从今天的南美北部到北非、中东和印度次大陆、中国的青藏陆块、扬子克拉通、塔里木—柴达木陆块等，直至澳大利亚北部。冈瓦纳超级大陆的北缘在新元古代到早古生代经历了周期性全球海进的淹没，形成了一个宽阔的浅海陆架，奠定了新元古界—下古生界含油气系统的物质基础［1－2］。从盆地演化看，该地区早古生代坳陷盆地之下都有新元古代盆地。目前，不仅发现并拥有探明的油气层带，也发育潜在的油气层带，是一个宽为500～1 000km、以内克拉通盆地为主的含油气系统地带，油气勘探潜力大。

2 上扬子克拉通新元古界含油气系统

我国地质学者们密切注视国际中新元古代研究动态，并从中国的实际出发，开展了大量开创性研究工作，缩短了国内与国际的研究差距［25］，尤其对中国南方中新元古代的研究，更是取得了丰硕成果，为上扬子克拉通新元古界含油气系统研究奠定了重要基础。研究表明，与全球相比，中国南方在中新元古代之交至新元古代末，也发生了一系列重要的地质事件。图2是综合前人研究成果编制的扬子克拉通新元古代地质事件与全球对比图，清晰地显示出上扬子克拉通在新元古代发生的重大地质事件可与全球对比，包括与Rodinia超大陆汇聚及裂解有关的岩浆侵入与火山爆发事件、大陆裂谷、区域性冰川沉积事件，以及“生物大爆发”事件，等等。

基于上扬子克拉通新元古界油气地质认识程度与勘探程度均较低，本文依据烃源岩发育层位，划分两个含油气系统。从老到新依次为南华系含油气系统、震旦系含油气系统（图2）。

图2 新元古代—早古生代全球与扬子克拉通重大地质事件对比示意图

2.1 震旦系含油气系统

震旦系为上扬子克拉通坳陷发育的第一套沉积盖层，包括下震旦统陡山沱组和上震旦统灯影组。陡山沱组为一套白云岩与泥质岩互层，地层厚度化大，几米至220m。底部发育碳酸盐岩帽，超覆不整合在南华系南沱组冰碛岩之上［26］。陡山沱组泥质岩中“生物群”发育，如鄂西地区陡山沱组黑色页岩出现了最早的动物胚胎化石和大量结构复杂，且具刺的疑源类和多细胞藻类化石［27－29］；黔东北发现“瓮安生物群”［27］，是震旦系重要的烃源岩层系。上震旦统灯影组为一套以碳酸盐岩为主沉积，地层厚度介于700～1 200m，从下到上可分为灯一段—灯四段，储集层主要分布在灯二段、灯四段。

震旦系含油气系统是一个已被证实的含油气系统。目前，已在四川盆地威远、磨溪—高石梯等地区发现大气田并获探明储量，是中国新元古界发现的第一个具商业价值的原生型气藏为主的含油气系统。这套含油气系统发育在南华系冰期之后的沉积岩层中，可称之为“后冰川期含油气系统”，是环冈瓦纳大陆北缘分布的埃迪卡拉含油气系统组成部分。

前人以威远气田为例，对震旦系含油气系统的成藏地质要素、成藏过程等方面进行了研究，在此不再赘述。下文结合近期研究新进展，重点论述震旦系灯影组油气成藏条件与富集规律，为有利勘探区评价优选提供依据。

2.1.1 受古隆起控制，陡山沱组烃源岩在川西、川东地区均有分布

下震旦统陡山沱组泥页岩是一套优质烃源岩。露头剖面研究表明，陡山沱组烃源岩主要分布于黔北、黔东等及上扬子东南缘等地区，黔北、黔东等地黑色页岩厚度介于20～70m，是一套富含有机质的高—过成熟烃源岩。有机碳含量介于0.6%～4.64%，平均为1.51%（35个样），等效镜质体反射率介于2.08%～2.34%。

四川盆地腹部仅有少量钻井钻遇该层系，且厚度薄，因而这套烃源岩在盆地分布往往不被看好。近期，笔者根据盆地区域地震的层位解释，发现灯影组底界以下的反射层具有向古隆起超覆沉积的特征，层位应归属陡山沱组。这表明陡山沱沉积期，上扬子地区存在两个同沉积期古隆起，分别是黔中隆起和乐山—龙女寺古隆起陡山沱组烃源岩在古坳陷区厚度较大，而隆起区厚度明显减薄。图3是笔者根据地震解释结合露头剖面资料推测的陡山沱组烃源岩分布图。从图3可以看出，资阳古隆起两侧的川西、川东地区均存在陡山沱组烃源岩，厚度在20～60m。这一认识大大提升了震旦系含油气系统的资源潜力。

图3 四川盆地及邻区陡山沱组烃源岩分布预测图

2.1.2 受桐湾运动影响，灯影组发育灯二段、灯四段两套风化壳岩溶与顺层岩溶储层，且大面积分布

近期研究表明，上扬子地区在震旦纪—早寒武世早期发生了3幕桐湾运动。桐湾运动Ⅰ幕发生在灯二段末期，Ⅱ幕发生在灯影组末期，Ⅲ幕发生在梅树村末期。运动性质均表现为整体抬升。受其影响，灯二段、灯四段形成了两套风化壳型岩溶储层。露头及钻井资料证实，两套岩溶储层不仅在威远、磨溪、高石梯等古隆起区发育，而且在贵州仁怀的桐梓剖面、凯里的基东剖面以及鄂西地区的利1井等，均可见风化壳型岩溶储层。把现有的资料点投在上扬子地区筇竹寺组沉积前古地貌图上（图4），可以看出无论是侵蚀高地还是斜坡，甚至侵蚀洼地，均发育岩溶储层，显示出区域性分布特点。这一认识对拓展灯影组油气勘探具指导意义。

2.1.3 灯影组气藏以岩性—地层型为主，且大面积分布，勘探潜力良好

图4 上扬子地区寒武系筇竹寺组沉积前古地貌图（等值线为震旦系残留地层厚度／m）

灯影组岩溶储层分布特点决定了圈闭类型主要为地层—岩性圈闭。受储层非均质性影响，以溶蚀孔洞型储集体为主要储集空间的圈闭无论在平面上还是剖面上，均表现为集群式分布。震旦系—寒武系烃源岩的主要成油期为中晚三叠世，大量成气期为中晚侏罗世—白垩纪，因而生油气高峰期晚于圈闭形成期，为气藏群集群式、大面积分布奠定了基础。

新近纪以来的喜马拉雅运动，对盆地深层震旦系产生4种变形方式：①强烈的褶皱冲断作用变形，主要发生在盆地周缘，导致震旦系出露地表，如盆地东南缘的桑木场构造；②强烈褶皱、隆升，但震旦系未遭受剥蚀，如威远地区隆升幅度较高（3 000～4 000m）［30］；③中浅层变形强烈，但震旦系未卷入变形或变形微弱，如川东、蜀南地区；④深层及中浅层均未卷入变形或变形微弱，如磨溪—高石梯地区。除第一变形方式对震旦系气藏起破坏作用之外，其余的变形对震旦系气藏调整有影响，但未被破坏。基于此，可将喜山期震旦系气藏可分为调整型（如威远气田）、残存型（如资阳地区）、原生型（如磨溪—高石梯气田）、原生—调整型（如蜀南深层）（图5）。按此评价有利勘探区带，磨溪—高石梯—广安一带长期处于古今构造叠合的高部位，是最有利勘探区；有利区为遂宁—南充斜坡带，较有利区为川东—蜀南深层。

2.2 南华系潜在的含油气系统

上扬子克拉通在晋宁运动之后，形成了统一的、具陆壳性质的褶皱基底，盆地演化进入克拉通盆地阶段，盆地面积约50×104km2［31］。南华纪时期，受 Rodinia超大陆裂解的影响，上扬子克拉通盆地发生板内拉张活动及构造热事件。这一时期的古构造格局可分为6个构造单元，从北西向东南依次为汉南古陆、康滇古陆、川西—滇中裂谷盆地、黔东—湘西克拉通内裂陷盆地、克拉通边缘裂陷盆地（溆浦—三江裂陷带）以及湘桂陆内裂陷海盆地［32］。

2.2.1 裂陷盆地是优质烃源岩发育的有利地区

从含油气系统角度分析，克拉通内裂陷盆地以及克拉通边缘裂陷盆地具有良好的烃源岩条件及源—储组合条件，是潜在的含油气系统。

图5 震旦系灯影组气藏形成的主要类型图

南华纪裂陷盆地主要分布在上扬子克拉通东侧，呈北东向延展，具地垒、地堑式结构。由西向东，垒、堑高低的幅度增大。西部在黔东—湘西一带沉积物厚度通常仅百余米，向东至溆浦—三江裂陷带则为千余米，并在贵州的铜仁—松桃、重庆秀山、湖南花垣等地。盆地内充填南华系具有4分性，由下向上为：莲沱组、古城组、大塘坡组和南沱组。莲沱组为陆相碎屑岩或磨拉石沉积；古城组与南沱组为冰川堆积，尤以后者十分发育。块状、条带状杂乱、无序的冰碛泥砾岩，厚度巨大，分布广泛。大塘坡组为间冰期碳质页岩，且常夹有含锰或含铁岩层，为较暖气候条件下的产物。南沱组之上，为广泛海浸形成的帽状碳酸盐岩沉积，即震旦系陡山沱组底部的盖帽白云岩沉积。

大塘坡组下部总体为一套黑色碳质板岩或页岩、黑色锰质板岩，厚度介于0～100m，上部为灰绿色粉砂质板岩，厚度介于0～600m。含锰黑色页岩具纹层状、显微粒序层理，富含微粒黄铁矿，与黑色页岩组成层纹并含放射虫。锰矿体呈大小不等的球形、结核状和皮壳状结构，并形成锰枕群赋存在黑色页岩中［33］。通过对秀山千子门剖面采样分析，有机碳含量为0.25%～3.76%，平均值可达2.23%（25块样品），其中黑色含锰页岩有机碳含量最高。可见，大塘坡组是一套富含有机碳的烃源岩。

2.2.2 四川盆地腹部存在南华系陆内裂隙盆地

前人利用重力、磁力结合露头地质资料，研究四川盆地基底性质、分区及基岩埋深，指出川中地区结晶基底层厚度为10km左右，其底界面深度为16km，其早期固结为硬性克拉通，川中后期一直处于稳定状态［34］。近年来，人们利用地震信息，研究盆地腹部深部地层结构和基底构造特征，指出基底与灯影组底界之间存在能量较强成层性较好的反射层，推测是沉积岩的反射特征，地层厚度约4 000m，埋深为8 000～15 000m，地层年代归属为南华系［35］。由于区内尚无钻井资料证实这套沉积岩层，是否存在含油气地质条件有待研究。

为了深入探讨四川盆地基底结构特征，中国石油勘探开发研究院与成都理工大学合作（2009年），对四川盆地重磁数据进行重新处理，采用的技术包括基于多层异常分离的切割法、任意深度视强度反演技术、3D物性界面深度反演技术等。重力、磁力研究成果与深层地震反射信息相结合，不仅对识别基底岩性分区、基底断裂等基底构造分析，而且对震旦系之下的沉积岩层研究提供了重要资料基础。限于篇幅，下文重点讨论根据地球物理信息识别盆地腹部前震旦系构造特征。

图6 四川盆地深层构造的重力、磁力数据解译图

从重力、磁力处理结果的构造解译看，四川盆地深层构造复杂，基底构造形迹总体表现为NE向。基底断裂以NE向为主，规模最大的有华蓥山断裂和龙泉山基底断裂；川中地区发育NW向基底断裂，但多数受限于华蓥山断裂和龙泉山基底断裂之间（图6）。通过对剩余重力异常、磁异常处理，突出深、浅部岩石磁性特征。以切割半径为5km的2层切割剩余磁异常，向上延拓5km、10km、40km。结果表明，在绵阳、南充、大足、石柱等存在高磁异常，是盆地内基性火山岩的响应，且紧邻基底断裂。对布格重力异常进行切割半径为5km的1层切割法，求取剩余异常与区域异常。结果表明，除大足重力高之外，剩余重力异常呈NE向紧邻磁异常高分布。结合岩性分析，认为结晶基底及花岗岩基底表现为弱异常、高重力异常；巨厚的沉积岩表现为弱磁异常及低重力异常；中—基性火山岩表现为高磁异常、中等剩余重力异常。依据上述信息，推测四川盆地深层存在裂谷盆地，总体表现为NE向展布，且受基底断裂控制。裂谷两侧发育断裂与基性火山岩伴生，可能是裂谷初期火山活动的表现。根据区域资料推测，这套中—基性火山岩可能与川西—滇中裂谷充填的巨厚苏雄组及川中女基井钻遇的苏雄组火山岩为同期产物距今时间介于803～760Ma之间。而紧邻火山岩分布为裂谷沉积物充填，表现为重力低值区。需要指出，在重庆、涪陵、南充、遂宁一带，存在受NW向断裂控制的裂谷发育区，在地震剖面上有较清楚的反射特征响应，尤其是遂宁—大足之间的基底断裂在地震反射剖面上响应特征更为明显。

根据对川中地区震旦系灯影组以下层位的地震反射特征解释，可以进一步识别出裂谷形态及分布特征。图7可以看出在南充—遂宁之间、磨溪地区存在近东西向裂谷，而高石梯以西存在近南北向裂谷。根据3D地震反射特征，可以将裂谷区充填地层划分为3的反射层组（图7）。①反射层组为较连续反射，成层性好，厚度变化较大，地震反射时间介于600～1 300ms；②反射层组为断续反射，底界反射波组连续性较强，可能是某个地层界面的反射特征；③反射层组为杂乱反射。从解释的断裂来看，既有正断层也有逆断层，反映裂谷区经历了复杂的构造演化历史。当然，区内的地震解释方案尚没有得到钻井证实，有待进一步深化研究。

图7 川中地区南华系裂谷分布区的地震解释与分布预测图

3 结论

1）国外资料调研表明，新元古代含油气系统受古气候、古构造环境控制，板块内部裂陷盆地及大陆边缘裂陷盆地具良好的烃源岩条件，是油气勘探值得重视的领域。

2）上扬子地区新元古界发育两套含油气系统。震旦系含油气系统发育良好的成藏组合条件，且已发现大气田，是重要的现实勘探领域；南华系含油气系统具备良好的烃源岩条件，是潜在的含油气系统。

3）四川盆地腹部存在南华系裂谷区，面积大，是值得探索的潜在领域。可围绕川中裂谷区，深化地质评价研究，优选风险勘探目标。

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