地震勘探技术对四川盆地构造演化及其区域沉积作用的推定

王林琪范存辉范增辉蒋　波

1.成都理工大学能源学院 2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学3.西南石油大学地球科学与技术学院 4.中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司

地震勘探技术对四川盆地构造演化及其区域沉积作用的推定

王林琪1，2范存辉3范增辉2，4蒋波4

1.成都理工大学能源学院 2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学3.西南石油大学地球科学与技术学院 4.中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司

王林琪等.地震勘探技术对四川盆地构造演化及其区域沉积作用的推定. 天然气工业，2016，36（7）：18-26.

由于四川盆地经历了古生代以来长期的构造演化，从克拉通盆地到前陆盆地具有复杂的地质条件，使得天然气勘探工作难度大。为了完成盆地重点层系的构造分析和构造单元划分，并对下一步该盆地及其周缘天然气勘探新领域提出新建议，在前人研究的基础上，结合盆地内解释的地震大剖面，分析了四川盆地的构造演化，得到了不同构造演化时期的构造特征与油气的形成、聚集的相关信息；依据盆地基底结构、以往构造单元习惯划分边界、盆地周边构造、盆地构造特征、山界及盆地边界等，对四川盆地进行了构造单元划分。研究成果表明，四川盆地在其发展过程当中区域构造应力环境经过了两大阶段：①第一阶段是震旦纪—早三叠世，以拉张应力环境为主；②中三叠世—第四纪以挤压应力为主。以此为基础，还进一步细分为7大演化阶段：①前震旦纪基底形成（AnZ）；②克拉通坳陷盆地（Z1—S）；③克拉通内裂陷盆地（D—T2）；④大陆边缘盆地（T3x1-3）；⑤前陆盆地（T3x4-6）；⑥坳陷盆地（J—N1）；⑦盆地定型（Q4）阶段。该成果对四川盆地各套储层的有利区带展布规律研究具有参考作用。

四川盆地 地震勘探 构造特征 构造演化史 克拉通盆地 应力环境 沉积控制作用

四川盆地发育在扬子地块西北部，其为发育于中生代且复杂呈现逆冲推覆构造的挤压性构造盆地。四川盆地最突出的特点在于其周缘被大量造山带所包围，南为大娄山、东南部为江南—雪峰山褶皱带、东北为大巴山、西北为龙门山、北为米仓山等。盆地中多期次、边界的构造变形是由盆外向盆内的逆冲推覆作用所造成的。因此盆地边缘与盆地内部不同构造单元具有不同的构造特征。

通过构造演化分析在不同时期的构造特征与油气的形成、聚集息息相关，搞清四川盆地关键界面的构造特征，对四川盆地各套储层的有利区带展布规律研究有重要的参考意义。

1　四川盆地构造演化

四川盆地在其发展过程当中，区域构造应力环境经过了两大阶段：第一阶段是震旦纪—早三叠世，以拉张应力环境为主；中三叠世—第四纪以挤压应力为主。进一步可以细分为7大演化阶段：前震旦纪基底形成（AnZ）、克拉通坳陷盆地（Z1—S）、克拉通内裂陷盆地（D—T2）、大陆边缘盆地（T3x1-3）、前陆盆地（T3x4-6）、坳陷盆地（J—N1）、盆地定型（Q4）阶段［1］。

1.1前震旦纪基底形成（AnZ）阶段

四川盆地的基底（指变质基底）分为两大部分：一部分为结晶基底，另一部分为变质褶皱基底。早在晚太古代和早元古代，扬子准地台发育以闪长质混合片麻岩（闪长花岗岩）和花岗质混合片麻岩为主体的川中古陆核，其构成了本区的结晶基底。此外，由于原始地层中夹杂着硅铝层，导致结晶基底中出现少量变质中酸性火山岩残余（变粒岩、浅粒岩）。结晶基底具有形成时间早、变质深、固结程度高等特点。在中、新生代地质事件中，控制了构造盆地的形态，在盖层褶皱中没有卷入［2］。

通过四川盆地及邻区基底埋深平面图分析，基底深度等值线的形态与盆地的形态相似，整体表现为环状分布。基底深度平均在6 000 m左右。盆地西北缘和东南缘有两个明显的呈北东走向的深凹圈闭，西北缘圈闭位于灌县—广元断裂之间，在彭州、绵阳、剑阁附近深度较大，最深达13 000 m；东南缘位于七曜山断裂附近，最深处在武隆至石柱之间，深度大于10 000 m。东北缘大巴山、米仓山前基底埋深也较大，走向为北西向，最大深度11 000 m（图1）。川中地区基底埋深变小，一般在8 500～9 500 m范围内变化，乐山—永川一带基底埋深最浅，约5 000 m［3］。

1.2克拉通坳陷盆地（Z1—S）阶段

1.2.1早震旦世

上扬子克拉通初始裂陷阶段。图2为川西地区早震旦世克拉通裂陷阶段正断层模式图，其体现出早震旦世克拉通裂陷盆地的发育阶段。在同一时间段，四川盆地沉积了由陆上火山岩、火山碎屑岩、陆上碎屑岩和冰岩等组成的苏雄组、开建桥组，这也说明克拉通急速冷却的过程［4］。末期，因为澄江运动的影响，四川盆地及其东部进入了广泛的隆升、剥蚀时期。因此，这时形成了许多区域不整合面。

1.2.2晚震旦世

克拉通坳陷盆地发展阶段。在震旦纪沉积时期，可能存在两期桐湾运动，分别称为桐湾Ⅰ期和桐湾Ⅱ期，桐湾运动造成一些地区剥蚀作用，并且有证据表明，桐湾运动Ⅱ期要比桐湾运动Ⅰ期规模更大，溶蚀的深度更大。从最新地震大剖面的解释，在川中地区龙女寺构造和川西地区丰谷、河清构造均存在寒武系地层向震旦系地层上超的现象（图3），说明桐湾运动就已造成这两个地区的初步隆升，为古构造高点；到了最西边的秀水地区，可以看出上覆地层寒武系、奥陶系被剥蚀，有明显的削截现象［5-6］。

图1　四川盆地老龙坝—高石梯—大巴山地震大剖面

图2　川西地区早震旦世克拉通裂陷阶段正断层模式图

图3　川中合川地区寒武系上超在震旦系之上示意图

1.2.3寒武纪—奥陶纪

坳陷盆地持续发育阶段。盆地已形成东低西高的地势，且大部分区域被稳定的陆表海所淹没，所以川西地区此时正处在活动性较大的边缘海环境中，沉积了一套潮坪—浅海相碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）、页岩、云质或灰质砂岩。这些表象总体上可以得出该沉积阶段具有稳定的补偿性沉积沉降特征。此时秦岭洋盆持续扩张，至奥陶纪末可能达极盛时期。

1.2.4志留纪

克拉通坳陷盆地结束阶段。由于东低西高的地势，四川盆地及其东部为陆缘浅海及滨海环境，沉积一套砂泥页岩［7］。生烃层系多，生烃母质好，具有很强的生烃能力，生成油气富集成藏并保存至今。

1.2.5早中志留世

因为志留纪末的加里东运动，四川盆地及其东部开始进入隆升、剥蚀期，川中EW向古隆起发育成形，加里东构造运动造成了寒武系、奥陶系等碳酸盐岩地层暴露于地表，遭受大气水溶蚀改造，易形成岩溶性储层［8］。

此期盆地处在扬子板内的拉张应力环境。拉张主应力方向为NW—SE向和NNW—SSE向。在此应力作用下：早震旦世引发了大量岩浆喷发和侵入，晚震旦世发生了全盆地第一次广泛海侵；在盆地西部产生了近东西向的断堑和断垒（图4），在盆地西部和中部出现系列走向NE或NEE张性断裂带（图5）；在盆地西中部形成了乐山—龙女寺大型古隆起，并在后期遭受剥蚀，盆地内广泛缺失泥盆—石炭纪地层（以P、O之间的不整合面为代表）。隆升的结果导致盆地内出现区域性拉张构造背景，形成系列由梨式正断层组成的地堑—地垒伸展构造样式（形成Z、Є之间的不整合面），盆地东部为坳陷区，成为西隆东坳的“大隆大坳”构造格局。

图4　川中地区正断层发育示意图

图5　川中地区断至盆地基底及震旦系内部的正断层示意图

根据最新地震剖面解释及构造演化史分析，在盆地中部形成的正断层，由于在乐山—龙女寺古隆起不同部位的差异性隆升，如乐山—龙女寺古隆起上存在威远、高石梯地区局部高带，在高带的斜坡上存在断距较大的正断层，然后向凹陷中间的方向，断距规模逐渐减小，如川中局部地区，正断层上盘地层（主要是寒武系、奥陶系）厚度明显要比下盘厚度大，表现为同沉积断裂的特征，说明这些断层在寒武系、奥陶系就开始形成，到乐山—龙女寺古隆起形成时期，进一步的拉张应力环境又造成上覆二叠系产生正断裂（图5），但是有些正断层并不具有同沉积性质，它们是在加里东构造运动时期才形成，这些正断层上下盘厚度相当，并没有控制沉积，无论是哪一种类型的正断裂，对于油气运移、聚集均具有一定的作用。因此，从古构造位置分析， 川中、川西南、川西长期位于古隆起及上斜坡地区，对捕获早期生成的油气有利。

1.3克拉通内裂陷盆地（D—T2）阶段

1.3.1克拉通裂陷盆地（D—P1）早期阶段

泥盆纪至早二叠世为全盆地构造运动相对稳定期。然而泥盆纪至石炭纪，川西地区开始隆起，只有川东少数区域位于海平面下，由于缺少火山活动，因此只沉积了一套稳定型石英砂岩和碳酸盐岩建造。西部陆缘海保留了志留纪所发育的构形，只是沉降的速率减缓，因此沉积一套稳定—次稳定型建造，并时常伴有间歇性火山活动。早二叠世阳新统海平面上升，东部依旧位于海平面之下，发育了细粒碎屑岩、碳酸盐岩地层，川中古隆起淹没于水下，川西出现裂陷海槽［9-11］。因此，下二叠统烃源岩分布广泛，是四川盆地的主力烃源层之一，其成藏的主要制约因素为储层和保存条件。

1.3.2克拉通裂陷盆地（P2—T2）晚期阶段

晚二叠世至中三叠世为四川盆地地史上至关重要的盆地演化阶段。因为受到中特提斯构造活动的影响，西部、北部海域构造活动特别频繁。整套地层与下伏早二叠世形成角度不整合（海槽区）和假整合（台盆区）接触［12］。

晚二叠世，四川盆地地势总体依旧没有改变，整个期间共完成一次进退旋回，主要是海陆交互相灰泥坪沉积与潮坪沼泽含煤沉积。盆地西缘出现许多大陆裂谷型层状基性玄武岩和侵入岩，与此同时在附近的区域又依次出现大量平行排列、条块分割的隆起和裂陷槽。通过对比可以推测，这些裂陷槽在晚二叠世末极盛期可能具红海型新生洋壳性质［13-15］。

早中三叠世，该时期对四川盆地乃至整个上扬子台盆构造格局有着决定性的影响，其构造沉积环境有如下特征：①台盆边缘发育岛陆、水下隆起、生物堤礁组成的隆起带，其内为相对低洼平坦的半封闭内海盆地；②台地东西两侧的台缘隆起带，在三叠纪不同时期其地势和活动性存在差异；③台盆与四周广海相比，最明显特点是常处于蒸发潮坪环境，受潮汐影响时常在淹没或暴露［16-17］。

中三叠世末，四川盆地东部泸州—开江古隆起定型，海平面下降，全盆遭受剥蚀形成区域不整合面（图6）。所以，上三叠统主要是一套陆相煤系地层，主要的烃源岩是暗色泥质岩和所夹的煤层。泸州—开江古隆起为川东地区志留系、上下二叠系油气系统油气运移的主要指向和聚集区（图7）。

此期盆地处在扬子板缘的拉张应力环境。拉张主应力方向为S—N和NE—SW。在此应力作用下：盆地内缺失泥盆纪和早石炭世的沉积；中晚石炭世受峨眉地裂运动SW—NE拉张应力影响，川东及鄂西地区形成近东西向的裂陷盆地，海水自东向西侵入盆地，随后拉张活动加剧，使海水遍布全盆沉积了二叠系和下三叠统。早、晚二叠世之间，由于峨眉地裂运动极盛期影响，盆地内泸州和开江两个大型古隆起的雏形逐渐开始成形［18-19］。

图6　四川盆地长宁构造—龙岗地区地震反射大剖面

图7　四川盆地长宁—磨溪—龙岗地区构造演化史

从二叠纪早期的大规模海侵到三叠纪中期标志海盆收缩的蒸发岩沉积，盆地内发育了一套完整连续的海相沉积旋回。早三叠世结束了盆地长期受拉张应力控制的状态，此后，盆地一直处于挤压构造环境中。中三叠世，江南古陆的隆升导致四川盆地受到SE—NW方向的挤压，使盆内泸州—开江古隆起最终发育完整，并使盆地东部抬升，海水自东向西退出［20］。

1.4大陆边缘盆地（T3x1-3）阶段

四川盆地西部主要沉积了晚三叠世须家河组，由下至上依次为T3m+T3t（旧称须一段）、须二段至须六段。T3x1-3被称为须下盆，T3x4-6被称为须上盆。须下盆为陆缘坳陷，由被动大陆边缘沉积物（T3m+ T3t）以及狭义的前陆盆地地层组成（T3x2-3），沉积物主体向NW深水方向加厚，而向川中古隆起方向上超、变薄尖灭，川西坳陷与前陆隆起地层厚度存在明显的差异；前陆盆地晚期也即前陆盆地成熟期，此时，前陆盆地空间在经过前陆盆地发展期之后，前陆盆地坳陷沉积厚度比前陆斜坡及前陆隆起略大。目前，对于须家河组的分层，川西及川中地区现在还未完全统一，川西的须二段与川中地区所划分的须二段并不是同一套地层，川中地区所划分的须二段可能相当于目前川西所划分的须四段［21］。

1.5前陆盆地（T3x4-6）阶段

前陆盆地又分为两个发育阶段：狭义前陆盆地、前陆盆地成熟期。

须二段发育的河流相厚层毯状砂岩由多个河道砂体的叠置而成，且砂岩厚度自西向东减薄。须二段砂岩厚度变化范围为100～500 m，向西泥质岩增多。须三段则主要为海湾相的湖沼相泥岩，而砂岩则呈透镜状形态产出，主要出现于盆地西部。前陆盆地补偿过足阶段的沉积地层（须四、须五、须六段）完全为陆相沉积物，又被称为须上盆。其完全为过补偿阶段沉积物。须上盆（T3x4-6段）是古龙门山逆冲带的山前坳陷，安县构造期是强烈的造山运动［22］。

须三段末期安县运动，致使须四段与下伏须三段形成区域不整合的接触关系。与此同时，龙门山地区大规模逆冲褶皱形成山地，也代表川西前陆盆地进入了发育阶段。在区域地震剖面上，该前陆盆地主要形成于川西坳陷与龙门山前缘的中北段。盆地内中三叠统雷口坡组发生了强烈的自NE向SW的挤压环境下的逆冲断裂变形，结束了本区古生代以来的海相发育史；另一方面，区内开始进入前陆盆地早期演化阶段，发育了须家河组大型三角洲和河湖相沉积，并不整合于中三叠统之上。由于经历了复杂的成岩作用，造成储层致密和非均质性极强。此外，冲断作用导致中三叠统雷口坡组顶部遭受不同程度剥蚀，从而与上覆须家河组呈微角度不整合接触。

这一阶段的区域应力场在盆地北部和东部地区主要为SE—NW向挤压，形成较多的NE向构造，米仓山前缘地区主要为近南北向挤压，形成EW向构造。通过研究，须家河组沉积时期，四川盆地为前陆盆地，从川西至川东分别为前陆冲断带、前陆凹陷带、前陆斜坡带及前陆隆起带［23］。前陆冲断带及隆起带以发育构造油气藏为主，而前陆凹陷、前陆斜坡带则可能发育构造—岩性油气藏及岩性油气藏等复合油气藏。

1.6坳陷盆地（J—N1）阶段

1.6.1坳陷早期——早侏罗世

印支晚期，四川盆地进入坳陷盆地形成的时期，沉积巨厚的侏罗系。早侏罗自流井沉积初期龙门山前持续抬升。该期沉积断裂活动时有发生，秦岭造山带碰撞造山，S—N向挤压。但是，四川盆地在早侏罗世整体较为稳定。

1.6.2坳陷中期——中侏罗世至早白垩世

燕山早—中幕，盆地遭受来自两个不同方向、不同体系的逆冲推覆作用。首先，北侧的大巴山和米仓山等地区在结束早侏罗世的短暂宁静期后，又进入了新一期的强烈逆冲推覆时期，继承性发育的“通天”断层切割背斜核部，破坏了圈闭有效性。其次，同一时期在华南板块内部发生了大规模的由SE向NW的推覆作用，而传递到四川盆地内部时由SE向NW方向有相似现象出现（图8），冲断作用强度减弱。燕山期龙门山前深部的断层转折褶皱作用造成龙门山的持续隆升，其构造传递延伸至龙泉山。最新前人研究成果表明：J3—K1为江南隆起陆内造山强烈和衰退时期，形成隔挡式褶皱主体。在米仓山、大巴山南缘表现为压扭性构造和快速抬升特点。

1.6.3坳陷晚期——晚白垩世

燕山晚幕，华南相对于扬子的顺时针旋转停止，四川盆地也停止了向秦岭造山带的挤入作用，大巴山、米仓山冲断带在该时期基本上处于停止活动的状态。前陆盆地开始逐渐萎缩衰亡。但盆地此时仍遭受来自SE方向的挤压，一方面使得川东北地区大面积缺失上白垩统，另一方面盆地继续受SE向挤压，形成川东地区NE、NNE向褶皱带，如华蓥山、铁山、雷音铺、七里峡、温塘井背斜等。

1.6.4渐新世—中新世

川西北龙门山的造山活动增强，在宣汉—达县地区形成了由NW向SE的挤压活动。在盆地内部形成大量NE走向，断面NW倾的逆冲断层。另一方面，渐新世以来南海扩张使得华南整个块体受推挤向NW运动，同时发生旋转运动［24］。E、N以来，青藏碰撞造山引发盆地抬升、萎缩消亡。

图8　四川盆地秀水—金华镇—龙女寺—合川构造地震大剖面

1.7盆地定型（Q4）阶段

喜山晚期，印度板块与欧亚板块碰撞，强烈的造山作用形成了青藏高原，在此隆升过程中川东出现向东的滑移分量，使得青藏高原东缘的龙门山向四川盆地逆冲推覆并产生应力传递（盆地内出现局部构造），在之前构造活动基础上，龙门山再次逆冲推覆、造山，盆地定型，形成了四川盆地现今的构造格局［25-26］。在喜山期局部构造形成时，古隆起、上斜坡早期相对富集的油气， 将沿新产生的断层、裂缝等非毛细管空间， 由高压区（向斜） 向低压区（背斜）运移聚集而形成油气藏。因此，长期继承性发展的古隆起及上斜坡对捕获油气更显得重要。而且喜山期断裂无明显活动的断层相关褶皱带则有利于天然气富集［27-28］。

2　认识与结论

1）加里东期川中乐山—龙女寺一线地壳出现规模性垂向抬升，四川盆地形成大隆大坳构造格局，而且该长期继承性发展的乐山—龙女寺古隆起，有利油气运聚、成藏。晚古生代扬子板块西缘为一克拉通，处于拉张构造环境，构造呈地堑—地垒样式。T2l沉积末期，四川盆地海相沉积的结束，T3m、T2l之间的不整合面是这一地质历史事件的标志，代表四川盆地进入大陆边缘发展时期。

2）三叠世中晚期是四川盆地形成发展过程中的一次重要构造变革时期，经历了从拉张到挤压构造环境、从海相沉积到陆相沉积、从大陆边缘到前陆盆地的转化过程；从上三叠统须家河组四段沉积开始至须家河组五段沉积末，盆地西缘的龙门山开始向东逆冲推覆、褶皱造山，四川盆地开始进入前陆盆地形成发展阶段。一个以四川盆地为中心的大型大陆湖泊逐渐形成，开始接受主要由厚层砂岩和泥页岩、粉砂岩夹煤层相间的沉积，呈东缓西陡的不对称状。此时，从川西至川东分别为前陆冲断带、前陆凹陷带、前陆斜坡带及前陆隆起带。前陆冲断带及隆起带以发育构造油气藏为主，而前陆凹陷、前陆斜坡带则可能发育构造—岩性油气藏及岩性油气藏等复合油气藏。

3）J、T3之间的不整合标志着四川前陆盆地演化过程的结束，侏罗纪—白垩纪，四川盆地进入坳陷盆地的构造演化阶段，期间龙门山和米仓山—大巴山的逆冲推覆、造山隆升为盆地中西部提供大量的物源，该期坳陷盆地广泛分布在龙门山—米仓山前与川中隆起北斜坡之间，被中段（雾中山—威远）燕山晚期龙门山前的构造传递导致的抬升和威远隆起所分割。喜山晚期，印度板块与欧亚板块碰撞，青藏高原形成，龙门山向四川盆地西缘逆冲推覆，造山隆起，中生代中晚期形成的四川坳陷盆地进入构造盆地定型阶段。

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（修改回稿日期 2016-05-06 编 辑 韩晓渝）

Presumption of the tectonic evolution and regional sedimentation of the Sichuan Basin based on seismic exploration technology

Wang Linqi1，2， Fan Cunhui3， Fan Zenghui2，4， Jiang Bo4
（1. College of Energy Resources， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059， China； 2. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation， Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan 610059， China； 3. School of Geoscience and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500，China； 4. Geophysical Exploration Company， PetroChina Chuanqing Drilling Engineering Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan 610213， China）
NATUR. GAS IND. VOLUME 36， ISSUE 7， pp.18-26， 7/25/2016. （ISSN 1000-0976； In Chinese）

Nowadays， gas exploration in the Sichuan Basin is made difficult by its geological complexities due to its long-term tectonic evolution from Cratonic basins to foreland basins since the Paleozoic. To complete the structural analysis and structural unit division of key strata and thereby propose a new plan for the gas exploration in the Sichuan Basin and its periphery， it is necessary to comprehensively analyze the tectonic evolution in the Sichuan Basin on the basis of previous studies and its seismic interpretation section. The data about its structural characteristics at different tectonic evolution stages and hydrocarbon generation and accumulation were obtained. Previously， the Sichuan Basin was divided into different structural units based on its basement structures， including boundaries， basin peripheral structures， basin tectonic features， mountain boundaries and basin boundaries. In this paper， the basin was structurally divided in a new way. It is shown that two regional tectonic stress environments occurred during the development of the Sichuan Basin. The first is the tensile stress environment which lasted from the Sinian to the Early Triassic. And the second is the extrusion stress environment which lasted from the Middle Triassic to Quaternary. Correspondingly， the tectonic evolution is subdivided into seven stages， i.e.， the Pre-Sinian basement formation （AnZ）， the Cratonic depression basin （Z1-S）， the intracratonic rift basin （D-T2）， the continental margin basin （T3x1-3），the foreland basin （T3x4-6）， the depression basin （J-N1） and the basin finalization （Q4）. The research results is of a reference significance to the analysis of the distribution of favorable reservoir zones in the Sichuan Basin.

Sichuan Basin； Seismic exploration； Structural characteristics； Tectonic evolution history； Cratonic basin； Stress environment； Deposition control

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.07.003

王林琪， 1992年生，硕士研究生；主要从事非常规油气地质及地震勘探研究工作。地址：（610059）四川省成都市成华区二仙桥东三路1号。电话： 13551835523。ORCID： 0000-0002-9725-1986。 E-mail： rickyjane0113@hotmail.com