四川盆地西部陆相碎屑岩层系演化与构造变形特征

余一欣　汤良杰　陈茜　于冬冬　金文正　吴航　徐小龙

摘要：四川盆地西部地区沉积了较厚的陆相碎屑岩，同时也是重要的勘探目的层系。根据地层平面展布特征以及剖面解释结果，并结合区域地质背景，分析了四川盆地西部陆相碎屑岩层系的演变过程及其构造变形特征。结果表明：受周缘造山带在不同时期差异隆升的影响，四川盆地陆相碎屑岩层系的沉积中心发生了有规律的迁移，从晚三叠世时的川西前陆盆地迁移至早—中侏罗世时的川东北前陆盆地；四川盆地西部地区陆相碎屑岩层系遭受了印支期、燕山期和喜山期等多期构造事件的影响，盆地属性也随之发生改变，从陆相碎屑岩层系沉积前的克拉通内裂陷盆地转变为晚三叠世早期的大陆边缘盆地，并最终演变为现今的陆内前陆盆地；四川盆地西部陆相碎屑岩层系构造变形以逆冲推覆和褶皱变形为主，兼具弱走滑作用，主要发育叠瓦冲断带、背冲断块、断层相关褶皱、飞来峰等构造样式，同时表现出一定的横向分带性，并控制了圈闭发育的分带性。

关键词：陆相碎屑岩；构造变形；演化特征；大陆边缘盆地；前陆盆地；差异隆升；沉积中心；四川盆地

中图分类号：P618.130.2；TE121.2文献标志码：A

Evolution and Structural Deformation of Continental

Clastic Rocks in the Western Sichuan BasinYU Yixin1，2， TANG Liangjie1，2， CHEN Qian1，2， YU Dongdong1，2，

JIN Wenzheng3， WU Hang1， XU Xiaolong1，2

（1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting， China University of Petroleum， Beijing 102249，

China； 2. Basin and Reservoir Research Center， China University of Petroleum， Beijing 102249， China；

3. School of Energy Resources， China University of Geosciences， Beijing 100083， China）Abstract： Thick continental clastic rocks， which are important exploration layers， are deposited in the western Sichuan Basin. Based on the analysis of stratigraphic distribution， cross sections and regional setting， the evolution processes and structural deformation of continental clastic rocks in the western Sichuan Basin were discussed. The results show that because of the differential uplifting of peripheral orogens， the depocenters of continental clastic rocks in Sichuan Basin migrate regularly； the depocenter locates in the western Sichuan foreland basin in Late Triassic， and then shifts into the northeastern Sichuan foreland basin in EarlyMiddle Jurassic； the continental clastic rocks in the western Sichuan Basin are influenced by multiphase tectonic events， including the Indosinan， Yanshanian and Himalayan movements； during the various tectonic movements， the basin types of the western Sichuan Basin change from an intracratonic rift basin in EarlyMiddle Triassic to a continental margin basin in Early Late Triassic， and then to an intracontinental foreland basin in the subsequent stages； thrust faults and folds are the most distinctive deformation characteristics of the continental clastic rocks in the western Sichuan Basin， and some major faults also have weak strikeslipping movement； the main structural styles involve imbricate thrust systems， popups， faultrelated folds and klippes， etc.； the zonation of structural deformation is horizontal， which has also controlled the zonation of traps.

Key words： continental clastic rock； structural deformation； evolution characteristic； continental margin basin； foreland basin； differential uplifting； depocenter； Sichuan Basin

0引言

四川盆地是中国目前最重要的天然气产区之一，经过多年勘探，已在深层海相碳酸盐岩层系中发现了罗家寨、磨溪、威远、五百梯、普光、元坝、安岳等多个大中型气田[16]，近年来又在浅层陆相碎屑岩层系相继获得了一系列重大突破，证实陆相碎屑岩层系也具有很大的勘探潜力[78]。四川盆地四周被龙门山、米仓山、大巴山等造山带所围绕，盆地与周缘造山带共同组成了一个复合盆山体系，而且周缘造山带还发生了不同时序的差异隆升活动[912]。受龙门山造山带隆升影响，四川盆地西部三叠系及上覆层系主要发育海相碳酸盐岩海相碎屑岩陆相碎屑岩的沉积组合[1315]，表明四川盆地西部地区在不同时期构造事件的影响下，形成演化经历了重要的转换过程[1517]，同时在这种转换过程中形成了一系列复杂的逆冲推覆构造，并表现出明显的分段性、分带性和分层性[1822]。近年来油气勘探工作的逐步开展为深入分析四川盆地西部地区碎屑岩层系的演化与构造变形提供了丰富的地质资料。本文主要结合前人区域地质研究成果，在分析四川盆地陆相碎屑岩层系展布特征的基础上，分析了西部地区陆相碎屑岩层系演化阶段及其不同时期的盆地属性，并总结了陆相碎屑岩层系主要构造变形特征，拟为该地区的油气勘探提供借鉴和参考。

1地质概况

四川盆地是一个在前震旦纪变质岩基底上发育起来的大型叠合盆地。在大地构造位置上，四川盆地位于扬子准地台西缘，北邻秦岭褶皱带，西临松潘—甘孜褶皱带[2324]。从印支期开始，四川盆地初具雏形，后经喜山期强烈的压扭性断褶活动，形成现今盆地的形态和构造面貌。总体来看，四川盆地经历了长期复杂的形成演化过程，演化具有阶段性和旋回性特点，在垂向上表现为“陆盆”（T3—N）叠置于“海盆”（Z—T2）之上。

研究区位于四川盆地西部龙门山山前，整体呈NE向展布，南、北分别以北川—映秀断裂带和龙泉山断裂带以及松潘—甘孜褶皱带和川中隆起带相邻，进一步可划分出龙门山冲断带、龙门山山前断褶带、龙泉山构造带、孝泉—丰谷构造带、梓潼凹陷、成都凹陷和蒲江断褶带等次级构造单元（图1）。研究区内沉积了最厚可达6 km的陆相碎屑岩，主要由上三叠统须家河组、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系组成，其中须二段、须四段和侏罗系是四川盆地西部地区主要的浅层勘探目的层系（图2），多属低孔、低渗、非均质性明显的致密和超致密储层[2527]。

2层系展布特征

图1四川盆地西部主要构造纲要

Fig.1Simplified Map Showing Major Structural Features in the Western Sichuan Basin从四川盆地陆相碎屑岩层系的平面展布来看，较厚的碎屑岩地层主要分布在盆地西部和东北部的山前地区，整体向东部逐渐减薄，这主要与扬子地台边缘造山带隆升形成的前陆盆地有关。当须家河组开始沉积时，下伏雷口坡组顶面呈东高西低形态，是一个区域性超覆面。须家河组整体呈NE—SW向展布，并自西向东超覆减薄，沉积中心位于龙门山山前的都江堰附近，最厚超过4 km[图3（a）]，沉积相类型主要包括冲积扇、辫状河、曲流河、浅湖和三角洲相等[28]。至侏罗系沉积时，沉积中心已迁移至盆地东北部大巴山山前，地层厚度自NE向SW逐渐减薄[图3（b）]。白垩系的两个沉积中心分别位于米仓山和龙门山北段山前地区，其厚度自西向东逐渐减薄，并在盆地东部的重庆—万州一带被剥蚀殆尽[图3（c）]。古近系和新近系沉积中心与白垩系相比并无明显迁移，但由于盆地边缘进一步隆升以及盆地内部褶皱抬升，导致其沉积范围进一步缩小，仅局限分布在盆地西南部的天全、芦山、名山和雅安一带，其中古近系厚400～1 000 m，新近系一般厚0～150 m。

图2陆相碎屑岩层系发育特征、主要构造事件与盆地性质

Fig.2Stratigraphic Column， Tectonic Events and Basin Types of the Continental Clastic Rocks从图3可以看出，从晚三叠世开始，四川盆地陆相碎屑岩层系的沉降和沉积中心发生了有规律的迁移，这可能与盆地周缘造山带隆升时间和速率的差异有关。例如，龙门山造山带在晚三叠世时比较活跃，川西前陆盆地的沉降中心和沉积中心基本一致。至早、中侏罗世时，大巴山造山带趋于活跃，沉降中心和沉积中心又迁移至川东北前陆盆地。

3层系演化阶段划分

受周围地块消减、俯冲、碰撞和造山作用影响，四川盆地西部陆相碎屑岩层系主要经历了印支期、燕山期和喜山期等多期构造事件（图2）。这些发生在不同时期并具有不同强度的构造事件对陆相碎屑岩层系的沉积和剥蚀过程产生了重要影响，形成了多个区域或局部不整合，同时也影响了油气的运移、聚集和保存过程。

从晚古生代开始，四川盆地进入克拉通内裂陷盆地演化阶段，盆地北部及秦巴地区以裂陷带发育为特征[29]。泥盆纪—石炭纪受加里东期和海西早期运动的影响，四川盆地在较长的一段时期内都处于隆起状态，故该时期沉积在盆地内部大面积缺失，仅分布于盆缘地区，沉积格局具有继承性，但盆地西部和东部地区差异较大。四川盆地西部地区的泥盆系和石炭系主要夹于两条基底断裂带之间，地层发育齐全，西为松潘—甘孜海，海侵方向来自盆地西部；而四川盆地东部地区处于鄂西海西侧，由于海水西侵不断扩大，以地层超覆型沉积为主，基底断裂活动不强烈，沉降缓慢，地层发育不齐全。二叠系主要为广海相碳酸盐岩沉积，并由于峨眉地裂运动在晚二叠世达到高潮，上扬子地台西南缘发育陆内裂谷，后期朝NE向克拉通内部发展，并伴随大面积玄武岩喷发。

发生于中三叠世末的印支早期运动使上扬子地区结束了自震旦纪以来大规模海域分布的历史，特提斯海水逐渐退出四川盆地，盆地由“海盆”逐渐转变为“陆盆”，扬子地台西缘开始发育大陆边缘盆地[图4（d）]。此时，四川盆地内部古地形呈东高西低形态，中三叠统雷口坡组遭受不同程度的剥蚀。须一段—须三段沉积期，四川盆地西部地区一直处于伸展背景的大陆边缘坳陷演化阶段，以海相和海陆过渡相沉积为主，地层厚度向西逐渐加厚，底部为一套浅海陆棚相泥岩和粉砂岩[图4（c）]。随着松潘—甘孜地块与扬子地块发生俯冲、碰撞，四川盆地西侧的松潘—甘孜小洋盆消亡，盆地西部地区在印支早期形成的大陆边缘盆地开始消亡。安县运动[30]期间，龙门山造山带的隆升和逆冲推覆作用促使四川盆地全面结束海相沉积，标志着扬子地台西缘盆山转换的开始，盆地西部地区开始进入前陆盆地演化阶段[图4（b）]。因此，发生于须三段和须四段沉积期之间的安县运动是四川盆地西部地区大陆边缘盆地和前陆盆地相互转换的关键变革期，导致须家河组下部（须一段—须三段）与上部（须四段—须五段）的形成环境发生了根本性改变。

图件引自文献[31]，有所修改

图3陆相碎屑岩层系分布

Fig.3Distributions of the Continental Clastic Rocks图4陆相碎屑岩层系演化阶段

Fig.4Schematic Maps Showing Evolution Stages of the Continental Clastic Rocks喜山运动是四川盆地遭受最晚同时也是最强烈的一次构造运动。这次运动使白垩系和新生界都遭受了大量剥蚀，盆地内部大量出露侏罗系—白垩系，仅在局部地区出露新生界。在四川盆地西部地区南部灌口地区可见古近系与白垩系、新近系、古近系之间呈角度不整合接触。在龙门山前缘也普遍可见大邑砾岩（沉积时代为早更新世）普遍发生变形，其产状从较平缓、近直立到倒转都有，与下伏地层为低角度不整合，与上覆中更新统呈明显的角度不整合接触，表明四川盆地西部地区在早、中更新世期间发生了强烈的构造变形，演变为现今构造面貌并最终定型[图4（a）]。

4层系变形特征

由于受龙门山造山带强烈逆冲推覆作用的影响，龙门山山前地区构造变形强烈，发育多条大型逆冲断裂带，往盆内变形强度逐渐减弱，整体表现出一定的横向分带性（图5）。这种构造变形的横向分带性也控制了圈闭发育的分带性。例如，龙门山山前发育NE向的龙门山冲断带和龙门山山前断褶带，与变形最强烈的龙门山冲断带相比，龙门山山前断褶带变形强度适中，局部构造相对完整，保存条件较好，是主要的富气带（图1）。构造变形微弱的成都凹陷内发育了大量岩性圈闭，近年在侏罗系获得了重要勘探突破，发现了马井、新都、洛带和什邡等多个气田。

四川盆地西部陆相碎屑岩层系的构造变形以挤压冲断、褶皱和滑脱变形为主，发育叠瓦冲断带、背冲断块、断层相关褶皱、飞来峰等多种不同类型的构造样式（图6）。

叠瓦冲断带由一系列同向倾斜的冲断层组成，向下收敛于主断裂或主滑脱带上，构成叠瓦扇，主要分布在龙门山山前马角坝—通济场—双石断裂带以西地区。受龙门山造山带逆冲推覆作用影响，山前发育多条朝NW向倾斜的大型断裂带，并在三叠系嘉陵江组和雷口坡组中明显变缓，往深处在中深层次滑脱带[20]内汇聚为一条大型平缓的逆冲断裂带[图6（a）]。

图5四川盆地西部NW—SE向AA′地质剖面

Fig.5NWSE Geological Section AA′ in the Western Sichuan Basin图6陆相碎屑岩层系主要构造样式

Fig.6Main Structural Styles of the Continental Clastic Rocks背冲断块的形成是由于主逆冲断裂沿下滑脱面向上逆冲，其上盘同时形成一条反向冲断层，这两条断裂及其所夹持的地层构成背冲断块[图6（b）、（c）]。位于龙门山山前断褶带中南部的大邑构造就是一个位于断弯褶皱上盘的背冲断块构造。该构造是由一条向东南逆冲推覆的主断裂与一条相伴生的反冲断裂所构成，主断裂在中三叠统雷口坡组含膏盐岩层系中明显变缓，表明雷口坡组在该构造的形成过程中起到了重要的滑脱作用[图6（b）]。

飞来峰是龙门山地区常见的一类构造变形样式，其平面形态多为透镜状，不同地区的飞来峰规模差别较大，其下伏系统地层也有差异[32]。龙门山地区的飞来峰构造可能兼具“滑覆”与“推覆”成因，主要形成于喜山期[3233]，其前端多表现为逆冲推覆，而后端多表现为正断层，断层两盘的岩性和产状明显不同[图6（d）]。

断层相关褶皱是四川盆地西部地区一类重要的构造变形样式。下盘断坡上的位移量沿断层逐渐减小，在断层端点位移量为0，所有位移均被褶皱变形吸收，从而在断层端点处形成断展褶皱，如大邑构造的浅层变形样式就是一个典型的断展褶皱[图6（b）]。断滑褶皱是发育在滑脱层之上的挤压背斜，它的形成将顺层断层的位移传递到上盘地层的褶皱之中，如绵竹—绵阳地区的陆相碎屑岩层系沿雷口坡组底面的滑脱层发生褶皱变形，而形成断滑褶皱[图6（e）]。

除强烈的冲断和褶皱变形外，四川盆地西部地区（尤其是龙门山山前地区）的大型断裂还具有一定走滑性质[3436]，不仅表现出山脊错断、河道错断、断层偏转等地貌特征[34]，而且在部分剖面上表现出明显的花状构造特征[图6（f）][35]。总体上，龙门山山前地区的走滑活动具有从北往南逐渐增强的趋势，往南至四川盆地西南部山前地区，则表现出明显的走滑变形特征，主走滑断层近于直立，次一级压扭性断面较缓。

5结语

（1）四川盆地较厚的陆相碎屑岩层系主要分布在盆地西部和东北部。受盆地周缘造山带隆升时间和速率差异的影响，陆相碎屑岩层系的沉积中心发生了有规律的迁移，从晚三叠世时的川西前陆盆地迁移至早、中侏罗世时的川东北前陆盆地。

（2）四川盆地西部陆相碎屑岩层系遭受了印支期、燕山期和喜山期等多期构造事件的影响，盆地性质也随之从陆相碎屑岩层系沉积前的克拉通内裂陷盆地转变为晚三叠世早期的大陆边缘盆地，并最终演变为现今的陆内前陆盆地。

（3）四川盆地西部陆相碎屑岩层系构造变形以逆冲推覆和褶皱变形为主，兼具弱走滑作用，主要发育叠瓦冲断带、背冲断块、断层相关褶皱、飞来峰等多种构造样式，并表现出一定的横向分带性和纵向层次性，同时还控制了圈闭发育的分带性。

中国石化勘探开发研究院郑和荣、胡宗全、尹伟教授级高级工程师，黄泽光、方成名、高金慧高级工程师等对本文提供了指导与帮助，在此一并致谢。参考文献：

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