四川盆地奉节地区上古生界古隆起特征及地质意义

2021-08-08杨荣军文华国

岩性油气藏 2021年4期

杨荣军，彭平，张静，叶茂，文华国

（1.中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州 730020；2.中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心，成都 610041；3.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，成都 610041；4.成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059）

0 引言

古隆起在油气成藏过程中极具重要性［1-4］，大中型气田的形成多与古隆起［5-8］、古隆起斜坡带［9-12］等有关。早期通过四川盆地开江地区石炭系缺失区带，确定了开江古隆起的平面展布［13］。2019 年新钻井发现，在四川盆地东部边缘带又存在石炭系缺失区，而且其下伏泥盆系的地层厚度从东到西呈楔形变化，这表现为一个古隆起带的特征，但前人在该区域的探讨较少，对其展布、规模、存续时代及演化特征等方面都缺乏深入的研究。

在对四川盆地东部新钻井资料、新三维地震数据及野外露头资料研究的基础上，提出在奉节—云阳一带发育晚古生代持续古隆起的新地质认识，以研究区石炭系—泥盆系地层为重点对象，探讨该古隆起的特征及演化规律，剖析上古生界沉积构造背景，着重研究古地貌控制下的石炭系地层识别及分布特征、构造演化，分析该区域石炭系油气成藏的条件，并对石炭系有利天然气勘探区带进行预测评价，以期为四川盆地东部石炭系天然气扩展勘探新领域提供支撑。

1 区域概况

四川盆地进入晚古生代后大部分地区上升为陆地，其中泥盆纪和石炭纪仅在陆缘地区才有沉积［1，14］。盆地东部上古生界发生了多期构造运动，泥盆系和石炭系经历了多期强烈剥蚀，泥盆系仅分布在盆地边缘，内部鲜有钻遇，石炭系的分布范围较泥盆系广阔，向西可到乐山－龙女寺古隆起边缘［图1（a）］，二叠系的分布范围可覆盖全盆地。石炭系可分为河洲组和黄龙组2 个岩石地层，目前对河州组的研究相对较少［15］，已知该段地层主要为褐灰色云质砂岩，厚度较薄，一般小于20 m，多为5～10 m，其上覆黄龙组因曾是四川盆地天然气的主要产出层位，前人对该组的研究较多，构造［16-20］、地层与沉积［20-25］、储层发育特征［26-30］、成藏机理［31-35］等方面均有涉及，该段地层主要为浅灰色泥粉晶云岩，下部有时发育膏盐，一般残余厚度为30～50 m，最厚可达80 m［图1（b）］，具有明显的暴露剥蚀特征，整体向西尖灭，在盆地东部亦出现多个剥蚀天窗。二叠系沉积时受到构造影响弱，整体地层厚度变化平缓，表现为稳定的台地沉积［36-38］。综上所述，泥盆系—石炭系的变化可以反映四川盆地东部晚古生代构造演变关系。

图1 四川盆地东部地质概图（a）与上古生界综合柱状图（b）［16，24］Fig.1 General geological map（a）and comprehensive stratigraphic column（b）of Upper Paleozoic in eastern Sichuan Basin

四川盆地东部奉节—云阳地区的天然气勘探程度较低，近年来逐步部署了多块三维地震，如Fj和Fn 三维区等，覆盖面积约800 km2，成像质量较早期的二维地震有了明显的提高。针对深层古生界的钻探也加大了投入，如已完钻Ya26，Dx3，Lt1等井，但目前仅零星井有测试产量，还未取得规模性的突破。

2 奉节古隆起的提出

根据目前的钻井和地震资料，已经明确了在四川盆地东部发育有南北向的开江古隆起［13］。在盆地东部边缘带前期钻井和地震部署较少，但在外围地区如建始长梁、巫山白鹤坪等地发现了多处上古生界地层露头，其古生界地层序列较盆地内部发育更加完整，从下到上依次发育：志留系、泥盆系、石炭系和二叠系，其中石炭系黄龙组的发现使一些学者认为开江古隆起以东的石炭系可以与盆地东部外侧地层直接对接，没有受到局部隆起的间隔［20］，然而近几年来随着天然气勘探的深入，在盆地东部边缘带陆续钻探的深井揭示，石炭系在奉节—云阳一带存在剥蚀变薄甚至消失的特征。

图2 为四川盆地东部边缘带钻探的5 口井与巫山白鹤坪地层的对比剖面，自西向东依次为Mc2井、Mc1-1 井、F1 井、Lt1 井、L1 井和巫山白鹤坪露头，跨越长度123.7 km，从盆地东北部到边缘泥盆系栖霞组一段的地层厚度变化比盆地内部复杂得多，西侧Mc2 井和Mc1-1 井泥盆系缺失，而东侧白鹤坪露头剖面，L1 井、Lt1 井和F1 井均可见泥盆系粉砂岩，这反映了泥盆系自东向西变薄的特征；在东侧巫山白鹤坪等露头，西侧Mc2 井、Mc1-1 井发育石炭系黄龙组，而中部F1 井、Lt1 井、L1 井的石炭系却缺失，这表明石炭系展布存在平面间断。综合分析认为，在该区存在一个古隆起使得石炭系局部缺失，泥盆系呈楔形向西变薄直至消失，古隆起的主体在F1 井附近，位于Mc1-1—L1 井之间。

图2 四川盆地东部Mc2—Mc1-1—F1—Lt1—L1—巫山白鹤坪地层剖面对比（位置见图1）Fig.2 Stratigraphic sections correlation of wells Mc2，Mc1-1，F1，Lt1，L1 and Baiheping in eastern Sichuan Basin

3 奉节古隆起的展布

在四川盆地东部地区的F1，Lt1 等井以南有已钻井分布，向南约29 km 的云安厂构造（参见图1）中，石炭系黄龙组存在自西向东变薄的现象，黄龙组在该构造内的Ya6 井中厚度为35.5 m，在Dx3 井中厚度为57 m，在Dx3 井以东约10 km 处的Ya26井中厚度仅为6 m。由于Ya26 井与Mc1-1 井东西向水平距离为7 km，与F1 井距离为27 km，判断认为Ya26 井尚不在奉节古隆起的主体部位，但已经非常靠近。以此推测认为奉节古隆起有向F1 井以南发育的可能。万云强等［39］对云安厂构造以南约50 km 处的龙驹坝构造的研究表明，该构造内L4 井至L6 井的黄龙组地层呈变薄趋势，碎屑物含量逐渐增多，构造东侧41 km 处的Q2 井黄龙组缺失，Q2井以东66 km 处的建始长梁露头中发现了17 m 厚的黄龙组，这与图2 的连井特征非常相似。

综上所述，四川盆地东部边缘带发育的奉节古隆起呈近南北向展布，跨度约为79 km（参见图1）。其显著的特征是石炭系黄龙组遭受剥蚀，泥盆系向古隆起变薄，同时伴随着河洲组和黄龙组岩性也发生变化，河洲组白云质粉砂岩向东白云石含量明显减少。甚至影响了早二叠世的沉积，在F1 井处连广泛分布的二叠系梁山组也缺失（图2）。

4 奉节古隆起的刻画

古隆起边界刻画研究较为复杂，许多学者倾向于在构造认识的基础上给出一个较为主观的轮廓，但其并不能清楚地确定古隆起的具体展布特征。本文针对四川盆地东部地层的结构变化特征，基于正演模型［40］，利用新处理的三维地震数据来确定三维区古隆起的轮廓并刻画其平面展布规律。上文中提到在Lt1 井中未发现石炭系，通过地震波合成记录［图3（a）］和地震剖面［图3（b）］可知，其二叠系底界为一个中—弱波峰的上半叶，这与研究区大部分钻遇薄石炭系黄龙组（厚度小于10 m）的探井地震反射特征非常相似，均表现为中—弱反射［图3（c），（d）］，因此在未钻井之前，很容易误认为Lt1 井发育薄层石炭系。造成这一错误认识的原因是地震反射波的地质解读具有多解性：①当中二叠统下伏地层为石炭系黄龙组时，地层速度大，约为6 500 m/s，相应的波阻抗也较大，可以在二叠系底部形成较强的波峰反射，而当黄龙组厚度较小时，对应的振幅也较弱。②当从下到上的地层结构从志留系—石炭系—二叠系变为志留系—泥盆系—二叠系时，由于地震波在泥盆系砂岩中的平均速度下降，为5 000 m/s，也能呈现中—弱波峰的反射特征。

图3 四川盆地东部Lt1 井与L6 井地震剖面对比Fig.3 Seismic section comparison between well Lt1 and well L6 in eastern Sichuan Basin

图4（a）为根据研究区的地层特征，钻井、测井以及露头样品岩石物理测试数据设计出的地层模型正演剖面，其中两侧的石炭系和泥盆系呈楔形，厚度为0～60 m，反映这2 套地层的剥蚀尖灭特征。从地震剖面［图4（b）］上可明显看出，二叠系底界出现了4 种反射特征：①石炭系较厚的时候，二叠系底界表现为强—中的波峰反射特征；②当石炭系较薄的时候，二叠系底界表现为弱的波峰反射特征；③当泥盆系较薄的时候，二叠系底界表现为强的波峰反射特征；④当泥盆系较厚的时候，二叠系底界表现为中等的波峰反射特征。其中②和④类似，容易把厚层泥盆系误认成薄层石炭系，在研究区天然气勘探过程中就出现过类似的误解，如F1 井钻前预测有薄层石炭系存在，而实钻后证实仅发现了泥盆系，并没有石炭系。前期研究中，在盆地东部由于志留系—石炭系—二叠系中各系岩性变化大且单层厚度较为稳定，前2 种反射特征在研究区较为普遍，通过二叠系底界振幅变化可以确定石炭系平面分布［27］。盆地东部边缘钻遇泥盆系的3 口深井，整体岩性为粉砂岩，弹性参数变化不大，所以后2种反射特征在盆地东部边缘带具有区域代表意义，能满足平面研究的需求。

图4 四川盆地东部地区志留系—下二叠统底部地质模型（a）和正演剖面（b）Fig.4 Geologic model（a）and forward section（b）of Silurian-Lower Permian bottom in eastern Sichuan Basin

目前已经在Fj 和Fn 共2 个三维区采集了地震资料，根据对二叠系底界均方根振幅的提取获得平面振幅大小的分布特征，参考实钻情况和模型正演的认识，可以将2 个三维区分为3 个区带。如图5所示，左侧Ⅰ区为弱振幅区，可能为石炭系薄地层区，无泥盆系地层；中间Ⅱ区为强振幅区，可能为薄泥盆系地层区；右侧Ⅲ区为弱振幅区，可能为厚泥盆系地层区。奉节古隆起位于Ⅰ和Ⅱ区带内，整体呈北北东走向，南北长度为33 km，东西宽度为10～21 km，覆盖面积为515 km2。三维区以南，即云安厂到龙驹坝构造带，由于三维资料尚未全面覆盖，只有待部署新三维区后，亦可通过该方法确定古隆起南部的详细分布范围。

图5 四川盆地东部Fj 和Fn 三维区二叠系底界均方根振幅平面分布Ⅰ.无泥盆系区；Ⅱ.薄泥盆系区；Ⅲ.厚泥盆系区Fig.5 Plane distribution of root mean square amplitude of the bottom Permian in Fj and Fn 3D region，eastern Sichuan Basin

奉节古隆起与开江古隆起相距95 km，两者在平面展布、构造位置、地层对比等方面既有关联又有区别（表1）。这2 个隆起带可能决定了研究区上古生界地层格局，尤其影响石炭系原始沉积与后期剥蚀的特征。由于海平面下降，使得古隆起西侧和东侧均存在石炭系黄龙组残余，同时古隆起的主体部位石炭系遭受剥蚀殆尽。从上覆二叠系栖霞组的厚度来看，在奉节—云阳一带与开江、泸州一样地层变薄，反映出该古隆起亦影响了后期栖霞组的沉积面貌［38］，这说明隆起一直持续到早二叠世。

表1 四川盆地东部奉节古隆起与开江古隆起特征对比Table 1 Comparison of characteristics between Fengjie paleo-uplift and Kaijiang paleo-uplift in eastern Sichuan Basin

5 奉节古隆起的演化

前期学者们认为二叠系龙潭组煤系地层沉积时地势平缓［1，36］，这可以作为恢复二叠纪前构造的参考面。图6 为过F1 井和Lt1 井的三维地震剖面，将龙潭组底界拉平后，在F1 井和Lt1 井下方可见志留系隆起（图中标识为临湘组底界），这说明奉节古隆起可能是一个早期的隆起。上文中已说明L1—Lt1—F1 井区泥盆系成楔形变薄的特征，推测该隆起在泥盆系已经存在，并且控制了泥盆系残余地层的分布。

图6 四川盆地东部Fj 三维区过F1 井和Lt1 井的叠前时间偏移剖面Fig.6 Pre-stack time migration sections across well F1 and well Lt1 in Fj 3D region in eastern Sichuan Basin

四川盆地东部地区发育2 个古隆起：开江古隆起和奉节古隆起，其中开江古隆起距离盆地内的乐山—龙女寺古隆起约113 km，奉节古隆起距开江古隆起约95 km，通过残余地层分布和古构造恢复可知，研究区的构造演化可分为5 个阶段（图7）：①泥盆纪低位期。泥盆系在奉节古隆起以东沉积，沉积后遭受剥蚀。②石炭纪低位期。下石炭统河洲组沉积跨越奉节古隆起，终止于开江古隆起东侧。③石炭纪海进—高位期。上石炭统黄龙组进一步海泛，已跨过开江古隆起，周缘形成障壁，造成膏湖和膏云湖沉积；中期海平面扩大形成障壁海湾，沉积一套局限白云岩；晚期进入高位期，形成开阔相灰岩。④石炭纪海退期。黄龙组沉积后，海平面下降，黄龙组遭到广泛剥蚀，在古隆起地区石炭系几乎剥蚀殆尽，凹陷区尚残留30～50 m地层。⑤二叠纪海进期。下二叠统梁山组在四川盆地东部普遍沉积，但在奉节古隆起北部部分缺失；栖霞组一段在奉节古隆起区略薄，随后古隆起消失。这个演化过程说明了在生油高峰期（三叠纪）［32］之前，研究区石炭系可以在奉节古隆起的控制下产生地层尖灭线，进而形成有效的地层圈闭。