四川盆地震旦系威远—安岳拉张侵蚀槽特征及形成演化

李忠权，刘记，李应，杭文艳，洪海涛，应丹琳，陈骁，刘冉，段新国，彭戟

（1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室；2.成都理工大学国土资源部构造成矿成藏重点实验室；3.密苏里科技大学；4.中国石油西南油气田公司）

四川盆地震旦系威远—安岳拉张侵蚀槽特征及形成演化

李忠权1,2，刘记1,2，李应3，杭文艳2，洪海涛4，应丹琳4，陈骁4，刘冉1,2，段新国1,2，彭戟1,2

（1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室；2.成都理工大学国土资源部构造成矿成藏重点实验室；3.密苏里科技大学；4.中国石油西南油气田公司）

基于沉积、构造综合分析，利用露头、钻井、测井及地震资料，研究四川盆地震旦系威远—安岳拉张侵蚀槽的平面、剖面特征，并根据地层、岩性、构造及区域演化等特征对震旦系进行剥蚀恢复，再现桐湾运动时期拉张侵蚀槽各阶段发育演化及其改造过程。威远—安岳拉张侵蚀槽沿蓬莱—安岳—荣昌一线呈北西向展布，具有东陡西缓的特征。研究横跨拉张侵蚀槽中部的威远—龙女寺地震剖面发现，威远—安岳拉张侵蚀槽是震旦纪期间基底断裂多幕堑垒式活动导致灯影组地层差异抬升、差异侵蚀和差异溶蚀等多种地质过程综合作用的结果，其形成可分为早、中、晚3个阶段。通过剖面剥蚀恢复，定量测算了拉张侵蚀槽侵蚀、溶蚀量，最大可达600 m。图11参28

四川盆地；震旦系；威远—安岳；拉张侵蚀槽；形成演化

0 引言

近两年在四川盆地震旦系灯影组（Z2dn）油气勘探过程中发现川中威远、安岳之间灯影组四段（灯四段）、灯影组三段（灯三段）部分或完全缺失，寒武系筇竹寺组显著增厚。同时经钻井、二维和三维地震勘探证实，该区域发育一大型沟槽，其内充填了巨厚的下寒武统深水相黑色硅质页岩、黑灰色泥质白云岩、灰质页岩与黑色页岩等烃源岩[1]。寒武系烃源岩与沟槽两侧灯影组白云岩形成了优越的源储配置油气成藏系统（新生古储）[2]，勘探证实对震旦系灯影组油气聚集、成藏具有明显的控制作用。因此，明确威远—安岳沟槽的分布及其成因机制对四川盆地灯影组油气成藏地质研究及油气勘探方向具有十分重要的理论与现实意义。

目前对威远—安岳沟槽的特征、展布范围及成因还存在多种不同认识：一种观点认为威远—安岳沟槽形成于震旦纪末期，是在断层作用下主要由地表水溶蚀作用（地球外动力）形成的溶蚀沟槽，并根据灯三段、灯四段缺失范围确定沟槽分布[3]；另一种观点认为威远—安岳沟槽形成于早寒武世[4-6]，是主要由地球内动力地质作用形成的拉张槽，可采用印模法（下寒武统厚度）大致刻画沟槽分布[7]。笔者通过对桐湾运动性质及特征的分析、全盆地灯影组残余厚度研究、灯影组顶面古地貌恢复、下寒武统分布特征及沟槽形成的动力学成因机制综合研究，认为威远—安岳沟槽是拉张、侵蚀、溶蚀等多种地质过程综合作用的结果，应为拉张侵蚀槽。

本文在总结前人研究成果基础上，研究威远—安岳拉张侵蚀槽的平面、剖面特征和成因机制，再现桐湾运动时期拉张侵蚀槽各阶段的发育过程及改造演化。

1 区域地质背景

四川盆地位于扬子板块西缘，是一个在上扬子克拉通基础上发展起来的多期叠合盆地[8-12]。最新研究结果表明[11]，震旦纪以来，盆地经历了克拉通海盆发展期（Z—S）、克拉通海盆消亡期（D—T2）、断陷期（T3x1—T3x3，T3x为上三叠统须家河组沉积期)、拗陷期（T3x4—J2）及前陆盆地发育期（J3—现今）5个期次的有序叠合。盆地内发育多个构造不整合面[13]，分别为不同时期构造运动及其幕式活动的产物。

威远—安岳拉张侵蚀槽位于四川盆地中部威远、安岳之间埋深约5 000 m处，呈北西向带状展布（见图1）。震旦纪（距今约6.3×108～5.4×108年），由于罗迪尼亚大陆裂解[14-19]，全球大陆发生大规模离散拉张，中国表现为古中国地台逐渐裂解，黄汲清称其为兴凯旋回[20]，罗志立[21]等人称其为兴凯地裂运动旋回。中国南方扬子板块区则在此运动影响下发生广泛的地壳幕式上升运动（造陆运动），表现为大规模地壳垂直差异隆升（桐湾运动），形成了震旦系内部、震旦系与寒武系之间的平行不整合接触[22]。

桐湾运动是陆壳的一期（多幕）区域差异隆升运动，表现为“陆隆伸展”（造陆运动）形式，以垂直运动为主[23]，形成典型的平行不整合接触，震旦纪桐湾运动在扬子地域至少形成了灯二段顶、灯四段顶两个区域性平行不整合，对应桐湾Ⅰ幕运动和桐湾Ⅱ幕运动。

图1 研究区位置图

2 威远—安岳拉张侵蚀槽发育特征

正确认识威远—安岳沟槽成因机制对准确刻画沟槽特征并基于地震和钻井资料有效预测其展布十分重要，对该区甚至全盆地深层震旦系的油气勘探和理论研究具有重要意义。威远—安岳拉张侵蚀槽为震旦纪拉张、侵蚀、溶蚀等内、外地质联合作用的结果。本文将下寒武统顶界拉平,逐条剖面解释沟槽边界，确定沟槽展布。

2.1 灯影组及下寒武统分布特征

2.1.1 灯影组分布特征

图2 四川盆地震旦系灯影组残余地层厚度图

根据前人研究成果，结合目前盆地内钻井、地震及盆地周边露头资料，绘制四川盆地震旦系灯影组残余地层等厚图（见图2）。从图2可以看出，灯影组残余地层厚度总体呈北东向厚薄相间展布[24-26]。盆地内灯影组残留地层较厚区域，由北西向南东可分为3个带：北西带（沿成都—绵阳—广元分布）、中带（沿乐山—安岳—达州分布）和东南带（沿古蔺—南川—石柱分布）。灯影组残留地层较薄区域分别沿雅安—三台—通江和泸州—重庆—梁平分布。灯影组残余地层分布特征是桐湾运动抬升（内动力地质作用）与抬升过程中地层剥蚀、溶蚀和河流侵蚀等综合地质作用结果。

2.1.2 下寒武统分布特征

寒武纪早期，由于区域性沉降，在灯影组起伏不平的古地貌背景下沉积了下寒武统筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组[27]。由图3可知，该时期盆地总体表现为沿雅安—乐山—资阳—安岳—广安—垫江—忠县一线展布的近东西向的隆起带，及其南、北两侧的两个凹陷。隆起带资阳—乐至—遂宁地区发育一近南北向鞍部，将隆起带分为东、西两个高带：南充—重庆和乐山—沐川。两个凹陷分布在隆起带南北两侧，南侧为沐川—内江—泸州—长宁凹陷，北侧为成都—绵阳—阆中—通江凹陷。

图3 四川盆地下寒武统地层厚度图

雅安—资阳—安岳—垫江隆起带上，下寒武统沉积厚度较薄，南、北两个凹陷内沉积厚度相对较厚。下寒武统分布特征既反映早寒武世构造格局，同时还包含寒武系沉积前灯影组古地貌信息。

2.2 威远—安岳拉张侵蚀槽平面分布特征

根据震旦系灯影组残余地层等厚图，结合基底堑垒式差异隆升，恢复了震旦纪末期剥蚀前的古地貌（见图4）。震旦纪末期，由于内、外动力地质的综合作用，形成了北东向展布的“三隆二洼”的古地貌格局：由北西向南东，依次为邛崃—绵阳—广元地貌隆起带、三台—阆中—通江地貌洼陷带、乐山—安岳—达州地貌隆起带、长宁—重庆—梁平地貌洼陷带和古蔺—南川—万县地貌隆起带。隆起带往往由多个高点及其间的鞍部构成，隆起带高点及鞍部地势比洼陷带高。一部分地表流水可由高点直接向洼陷带汇聚，另一部分则可由高点流经其间的鞍部汇成河流后再流入洼陷带，因此高点间的鞍部会遭受河流强烈的侵蚀作用，这是拉张侵蚀槽主要发育在高点间鞍部的原因。

图4 震旦纪末古地貌三维立体图

四川盆地中部乐山—安岳—达州地貌隆起带在威远、安岳间发育北西向拉张侵蚀槽。此拉张侵蚀槽横跨乐山—安岳—达州地貌隆起带，将隆起带分为东、西两个高带：东高带为安岳—南充—广安—铜梁高带，西高带为乐山—威远—沐川高带。拉张侵蚀槽叠加发育在两高带之间的鞍部，呈东陡西缓趋势。图5为过拉张侵蚀槽的两条纵、横剖面。纵剖面（见图5a）位于绵阳—乐至—泸州—古蔺一线，呈北西—南东向展布，穿过拉张侵蚀槽及其南、北两侧的洼陷带与隆起带。由图5a可知，拉张侵蚀槽在地势上较其两侧的洼陷带高，其主要受基底地垒式上隆与河流强烈下切侵蚀作用控制。洼陷带主要受基底地堑式相对下沉与地表水溶蚀作用控制。震旦纪末期，洼陷带是盆地内暂时性汇水湖泊区，水流相对静止，因此洼陷带中外动力地质作用主要为化学溶蚀。地貌隆起带主要受基底地垒式隆升控制，由于隆起带上主要发育地表面流，因此隆起带主要以风化剥蚀为主，溶蚀为辅。横剖面（见图5b）位于乐山—资阳—达州一线，呈北东—南西向展布，穿过拉张侵蚀槽、地貌隆起带的高点与鞍部，主要揭示了拉张侵蚀槽东陡西缓的特征。从图5b可知，地貌隆起带的高点与鞍部主要受基底断裂差异隆升形成的地垒与地堑式构造控制，鞍部为前人所说的拉张槽。当鞍部汇水成为河道，强烈下切侵蚀、侧蚀拉张槽后才成为拉张侵蚀槽，因此拉张侵蚀槽往往叠加于地貌高点间的鞍部。

根据钻井及地震剖面解释，拉张侵蚀槽平面上总体呈北西—南东向展布，长约176 km，宽约60～93 km，“北宽南窄”，其西边界大致沿简阳—资阳—隆昌一线展布，东边界沿蓬莱—安岳—荣昌一线分布。拉张侵蚀槽北边界大致位于简阳—蓬莱，与三台—阆中—通江地貌洼陷带相接；南边界位于隆昌—荣昌一带，向南过渡为长宁—重庆—梁平地貌洼陷带（见图4）。

图5 过拉张侵蚀槽的两条纵、横十字剖面（剖面位置见图4）

2.3 威远—安岳拉张侵蚀槽剖面特征

依据现有资料，刻画拉张侵蚀槽、地貌洼陷带及地貌隆起带的剖面特征。选取3条代表性的地震剖面（剖面位置见图2）：其中两条剖面穿过拉张侵蚀槽，揭示其特征；另一剖面位于拉张侵蚀槽南端，穿过地貌隆起带、拉张侵蚀槽、地貌洼陷带，揭示三者特征。

图6a为北东向过威远—龙女寺二维地震剖面，其横切拉张侵蚀槽中部。震旦系灯影组拉张侵蚀槽位于现今威远背斜北东翼斜坡带上，东边界紧邻高石1井，西边界在威寒17井西侧。拉平龙王庙组底的地震剖面图（见图6b）中震旦系拉张侵蚀槽特征明显：其在高石1井西侧表现为陡坎；在高石17井以西表现为由多个小台阶组成的缓坡，总体形态受基底多条正断层的多期活动控制。

图6 拉张侵蚀槽中部（威远—龙女寺）地震解释剖面图（剖面位置见图2）

从图7可见，拉张侵蚀槽切入下伏震旦系，东边界为陡坎，西边界为缓坡。上覆下寒武统在拉张侵蚀槽部位与下伏震旦系灯影组呈上超不整合接触。由于拉张侵蚀槽切割较深，槽内沉积了较厚的黑色硅质页岩（高石17井钻遇厚度为285 m）、泥质白云岩、灰质页岩与黑色页岩[28]。下寒武统沉积后期，陡坎一侧发育寒武纪同沉积犁式正断层。该断层滑脱于拉张侵蚀槽底界寒武系与震旦系分界面，形成箕状断陷，箕状断陷内靠近断层处地层沉积较厚，远离断层处沉积地层厚度逐渐减薄，且趋于区域沉积厚度。

图7 威远—龙女寺灯影组拉张侵蚀槽地震剖面地质解释图

拉张侵蚀槽东侧陡坎在安岳附近最陡，向北西和南东逐渐趋于平缓。从拉张侵蚀槽北部资阳—蓬莱拉平灯影组底界的地震剖面（见图8）可见，东边界位于蓬莱镇附近，西边界位于资4井以西。槽内缺失灯三段、灯四段及部分灯二段，东侧陡坎较槽中部的陡坎已趋于平缓（见图8）。从拉张侵蚀槽南部拉平灯影组底界的地震剖面(见图9）可见，槽内仅缺失灯四段，东边界可见削截、上超，但陡坎明显较槽中部陡坎趋于平缓。至拉张侵蚀槽南端的自贡—隆昌—泸州(见图9），逐渐向洼陷带过渡。拉张侵蚀槽地势较洼陷带稍高，无“陡坎”突变特征。

图8 拉张侵蚀槽北部地震解释剖面（剖面位置见图2）

图9 盆地南部地震解释剖面（剖面位置见图2）

3 威远—安岳拉张侵蚀槽形成演化

利用钻井和地震资料，根据地层、岩性、构造及区域演化等特征对震旦系进行剥蚀恢复，再现桐湾运动时期拉张侵蚀槽各阶段发育过程及其改造演化（见图10）。推算威远—安岳拉张侵蚀槽桐湾Ⅱ幕抬升剥蚀前灯一段与灯二段厚度约为400～500 m，灯三段与灯四段原始厚度约为400 m（见图10a）。在此基础上，模拟桐湾运动时期威远—安岳拉张侵蚀槽的形成与演化。威远—安岳拉张侵蚀槽的形成可分为早、中、晚3个发育阶段。

早期阶段（见图10b、10c）：由于地壳差异抬升，西南部威远地区抬升幅度较大，灯四段出露海平面，遭受剥蚀，剥蚀量约为150 m。东北部龙女寺地区抬升幅度较威远地区小，剥蚀量约为80 m。威28井和高石1井间，由于基底断裂F和F1活动，形成基底地堑，导致地表变形塌陷形成宽缓凹槽（正断层相关褶皱），槽内灯四段未出露海平面，因此该阶段没有遭受剥蚀。

中期阶段（见图10d、10e）：地壳持续抬升，基底差异隆升，基底断裂F和F2发生活动（F1基本停止活动），导致前期宽缓凹槽变窄、加深，逐渐汇水成河，凹槽西边界向东迁移，在F1和F2断裂之间形成二级岩溶侵蚀阶地（见图10d）。河流下切侵蚀强烈，灯四段大部分出露海平面。二级阶地上侵蚀、溶蚀量为130～160 m；由于河流侵蚀、溶蚀作用，槽内侵蚀、溶蚀量大于200 m；威远地区剥蚀、溶蚀量约为100 m，高石梯—龙女寺地区剥蚀、溶蚀量为30～120 m（见图10d）。

晚期阶段（见图10f、10g）：地壳进一步抬升，F1和F2基底断裂停止活动，F和F3基底断裂发生活动，河流继续下切侵蚀，前期河道进一步加深变窄，灯影组基本出露海平面。该阶段发生区域隆升，威远与高石梯—龙女寺地区成为古夷平面。威远地区剥蚀、溶蚀量约为60 m；在凹槽东侧高石梯—龙女寺地区剥蚀、溶蚀量小于40 m。F和F3断裂活动使凹槽西侧形成了两级岩溶侵蚀阶地：F1和F2断裂间形成二级阶地，剥蚀、溶蚀量约为70 m；F2和F3断裂间形成一级阶地，剥蚀、溶蚀量约为80～160 m。断裂F和F3间的河道内，侵蚀溶蚀量大于200 m，灯四段、灯三段剥蚀殆尽，灯二段也遭受部分剥蚀。

经过上述3个阶段的演化，震旦系威远—安岳拉张侵蚀槽完全形成。随后拉张侵蚀槽接受充填（见图10h、10i）和改造。喜马拉雅期威远地区基底大幅隆升，形成威远构造，拉张侵蚀槽随之变位改造，位于现今威远背斜北东翼斜坡处（见图10j）。

图10 威远—安岳拉张侵蚀槽演化发育史剖面图（箭头大小指示抬升幅度大小）

研究发现灯影组沉积末期古地貌的发育主要受基底断裂活动形成的正断层相关褶皱控制，剥蚀、侵蚀、溶蚀等外动力叠加在内动力基础上对其造成影响。由于地壳抬升，拉张侵蚀槽内汇水成河、河水下切侵蚀作用强烈，其侵蚀、溶蚀量总计可达600 m。区域抬升幅度较大的威远地区，以剥蚀为主，溶蚀为辅，剥蚀、溶蚀量总计超过300 m。威28井—威寒17井附近的一、二级岩溶侵蚀阶地，侵蚀、溶蚀量总计约为200～300 m；高石梯—龙女寺地区抬升幅度较小，剥蚀、溶蚀量最小，小于160 m（见图11）。

图11 桐湾Ⅱ幕拉张侵蚀槽形成地质模式综合图（箭头大小指示抬升幅度大小）

4 结论

震旦纪末期四川盆地总体表现为“三隆二洼”，呈北东向展布。中部隆起带威远、安岳间鞍部受桐湾运动地壳幕式抬升影响，河流不断下切侵蚀，叠加形成北西向威远—安岳拉张侵蚀槽。后经多期改造（尤其喜马拉雅运动）、定型，现位于威远背斜北东翼斜坡带上。

威远—安岳拉张侵蚀槽的形成和演化是内、外动力地质共同作用的结果。内动力作用表现为基底多幕堑垒式活动造成的地壳差异抬升运动，外动力作用主要表现为河流下切侵蚀和溶蚀作用。

威远—安岳拉张侵蚀槽对震旦系天然气富集成藏有明显控制作用，是目前四川盆地震旦系天然气勘探重点目标区。近两年在拉张侵蚀槽及其东缘已钻探多口高产气井，进一步勘探开发有望形成大型天然气区。

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（编辑 林敏捷 绘图 刘方方）

Formation and evolution of Weiyuan-Anyue extension-erosion groove in Sinian system,Sichuan Basin

Li Zhongquan1,2,Liu Ji1,2,Li Ying3,Hang Wenyan2,Hong Haitao4,Ying Danlin4,Chen Xiao4,Liu Ran1,2,Duan Xinguo1,2,Peng Ji1,2
(1.Chengdu University of Technology State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Chengdu 610059,China;2.Chengdu University of Technology Key Laboratory of Tectonic Controls on Mineralization and Hydrocarbon Accumulation,Ministry of Land and Resource,Chengdu 610059,China;3.Missouri University of Science and Technology,Missouri 65409,USA;4.PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company,Chengdu 610051,China)

Based on comprehensive analysis of deposition and structure,the horizontal and vertical characteristics of the Weiyuan-Anyue extension-erosion groove have been studied by outcrop,drilling,well logging and seismic data.According to the strata,lithology,structure and regional evolution,Sinian system before the erosion has been reconstructed to show the development and transformation of the erosion-extension groove in the Tongwan movement.The Weiyuan-Anyue extension-erosion groove is distributed along the Penglai-Anyue-Rongchang in NW direction,with the east area steeper than the west in groove.According to the study of the Weiyuan-Longnüsi seismic profile across the middle area of extension-erosion groove,the formation of the Weiyuan-Anyue extension-erosion groove is the synthetic result of different geological processes from differential uplift,differential erosion and dissolution in the Dengying Formation caused by the multiple-phase episode grabon or horst movement of the basement fault in Sinian.The formation of the Weiyuan-Anyue extension-erosion groove can be divided into three stages,and the erosion and dissolution can be calculated quantitatively by denudation recovery profile,its maximum can reach 600 m.

Sichuan Basin;Sinian;Weiyuan-Anyue;extension-erosion groove;formation and evolution

国家自然科学重点基金（41030426）；国家自然基金主任基金（41340004）；国家重大专项（2011ZX05004-005-01）；四川省省属高校科研创新团队项目（13TD0007）

TE122

A

1000-0747(2015)01-0026-08

10.11698/PED.2015.01.03

李忠权（1965-），男，四川资中人，博士，成都理工大学教授，主要从事构造地质、石油地质方面的研究工作。地址：四川省成都市成华区二仙桥东三路1号，成都理工大学科技处，邮政编码：610059。E-mail：lizq@cdut.edu.cn

2014-09-08

2014-12-10