四川盆地西部早古生代坳陷演化过程及其油气地质意义

2021-11-20张本健赵立可龙虹宇

天然气工业 2021年10期

张本健赵立可陈骁文龙罗冰刘冉钟原和源张亚龙虹宇

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地海相地层厚度大，震旦系—三叠系包含多套碳酸盐岩地层，蕴藏着极其丰富的天然气资源。近年来，该盆地海相碳酸盐岩天然气勘探持续获得突破，发现了以上震旦统灯影组、下寒武统龙王庙组为主产气层的安岳气田和以上二叠统长兴组下三叠统飞仙关组为产气层的龙岗气田等多个大型气田，并形成了“古裂陷、古隆起、古侵蚀面等大型地质单元控制规模油气分布”的“三古”油气成藏富集理论[1-10]。基于“三古”油气成藏理论寻找规模成储成藏古地质单元，是当前四川盆地深层与超深层碳酸盐岩气藏勘探的重要实践与研究目标。

四川盆地发育于上扬子克拉通结晶基底和褶皱基底之上，经历了多期次的区域性构造运动事件和盆地构造性质的转变，在不同的盆地演化阶段形成了的具有多种构造—沉积格局的盆地原型，具有典型的多旋回叠合盆地特征[11]。受桐湾运动的影响，四川盆地西部（以下简称川西地区）在灯影组沉积期受差异沉降和侵蚀作用的共同控制，形成了德阳—安岳拉张槽[12]。加里东运动旋回，包括郁南运动、都匀运动、云南运动等多期次代表性构造运动事件，使得该盆地的隆凹格局不断发展和变化，尤其是川中古隆起的形成，导致了川西地区寒武系—志留系大范围地层缺失。加里东运动之后，四川盆地北部在海西期发育北西走向的开江—梁平海槽，控制了二叠纪—三叠系的礁、滩相沉积作用。印支期，四川盆地整体抬升，由海相沉积逐渐转入陆相沉积阶段，龙门山地区早期正断层发生构造反转，并向盆地方向逆冲推覆，川西地区进入了前陆盆地演化阶段。燕山期至喜马拉雅期，四川盆地周缘的造山带逐渐进入全面活动阶段，受一系列挤压推覆构造活动的影响，盆—山结合带逐渐形成并最终形成了现今四川盆地的形态。

对于川西地区构造结构特征与物质组成的研究已经取得了丰富的成果，但由于晚印支期—燕山期构造运动对四川盆地西缘强烈的构造挤压负载作用，川西地区以陆相为主的上三叠统—侏罗系碎屑沉积物厚度可达数千米[13]，使得震旦系—中三叠统海相碳酸盐岩埋藏深度大，目前对其研究程度低、油气勘探成果少。因此，需要对川西地区深部地层进行更加详细的厘定，尤其对于早古生界寒武系—志留系沉积充填格架尚缺乏详细的研究，制约了对该区早古生代古地质单元结构特征的刻画和深层—超深层碳酸盐岩气藏的勘探实践。为此，笔者在分析四川盆地区域地质背景的基础上，利用最新高分辨率二维地震格架测线及钻井资料，通过精细地震引层对比，识别出“德阳—绵阳坳陷”，其形成于二叠系沉积前的德阳—绵阳地区，为一个大型的克拉通内古坳陷；通过进一步的几何学和运动学特征研究，明确了“德阳—绵阳坳陷”的发育时期与演化特征。“德阳—绵阳坳陷”的发现，对于重新认识川西地区早古生代构造—沉积格局具有重大的科学意义，该坳陷边缘坡折带有可能形成碳酸盐岩气藏有利储集带的规模发育区，川西地区深层—超深层海相碳酸盐岩储层具备纵向多层系天然气立体勘探的条件及价值。

1 川西地区古生界坳陷特征

川西地区位于四川盆地西部的成都—绵阳地区，构造上属于川西中新带坳陷低陡带和川北古中坳陷低缓带（图1）。近年来，四川盆地中部—西北部部署完钻的JT1、LT1、ZJ2、CS1等探井钻至震旦系，地层较完整（图1），为实现地震引层（图2）提供了可靠的依据，也对进一步识别川西地区深层地层充填提供了数据支撑。地震剖面图显示，川北地区二叠系底界为典型的角度不整合界面，寒武系—志留系向南明显抬升，志留系中上部遭受部分剥蚀（图2、3）；剑阁—梓潼地区，中寒武统高台组底界、奥陶系底界反射出现明显的下凹趋势，川西地区开始出现坳陷的特征（图2～4）；德阳—绵阳地区，中寒武统高台组底界、奥陶系底界地震反射下凹特征消失，向南逐渐呈现出向上扬起的特征，至成都北部地区，高台组—奥陶系削截尖灭于二叠系底界（图3）。高台组底界在地震剖面可连续追踪，可初步确定德阳—绵阳地区二叠系下伏地层为中上寒武统—石炭系[14-16]。

图1 川西地区区域地质图

图2 过JT1井 CS1井地震剖面图

川西地区沿北东—南西向剖面（图3）在拉平二叠系底界之后，灯影组裂陷特征清晰；下寒武统筇竹寺组地震反射特征为平行状反射，上超于灯影组顶界之上；高台组底界为连续中强波峰反射，在川西地区出现下凹特征，下寒武统沧浪铺组—龙王庙组均向南表现出明显的削截特征，坳陷内上寒武统沉积为一填平补齐过程，内部同相轴向北、向南均上超于下伏地层之上；奥陶系底界为较连续中强波峰反射，向北上超尖灭于高台组底界之上，向南则呈现下凹特征，最终削截于二叠系底界之下，上覆地层上超于奥陶系底界之上。整体来看，北部奥陶系残留厚度薄，南部残留厚度大；志留系底界为连续强反射，北部地层厚，向南呈上超超覆特征，向南迅速抬升，削截消失于二叠系底界，德阳—绵阳坳陷区没有残留志留系。该剖面未见石炭系—泥盆系。

图3 川西地区过德阳绵阳坳陷北东南西向地震剖面图

川西地区沿北西—南东向剖面（图4）各地层反射特征与沿北东—南西向剖面基本一致，但受川中古隆起的影响，奥陶系底界、高台组底界向东迅速削截尖灭于二叠系底界，以高台组底界、奥陶系底界为主要不整合界面，下伏地层均削截消失，上覆地层呈上超超覆特征，表明川西地区坳陷受多期次构造活动影响[17]。

图4 川西地区过德阳绵阳坳陷北西南东向地震剖面图

2 川西地区早古生代构造演化过程

在识别德阳—绵阳坳陷的基础上，结合早古生代构造运动背景，采用地震趋势法恢复各期次剥蚀量并制作平衡剖面，重建川西地区古生界构造演化过程（图5）。

图5 过德阳绵阳坳陷北东南西向地层沉积演化剖面图

筇竹寺组沉积前，德阳—绵阳地区地貌具有西南低、北东高的特征，筇竹寺组内部同相轴普遍上超于灯影组顶界之上，具有填平补齐的特征（图5-a）。随后该地区进入构造相对稳定期，在筇竹寺组之上沉积了沧浪铺组及龙王庙组，下伏消亡期的德阳—安岳拉张槽的边缘在一定程度上控制了沧浪铺组及龙王庙组沉积分异（图5-b）。至早寒武世末期，德阳—绵阳地区发生构造活化沉降，伴随大规模海退过程造成坳陷区及周缘形成天然汇水侵蚀区，导致沧浪铺组上段以及龙王庙组出现不同程度的缺失。德阳—绵阳地区沧浪铺组上段以及龙王庙组被完全剥蚀，初步具有坳陷的形态，形成坳陷区，其北东方向地区始终为构造高部位，地层保存完整，未遭受侵蚀（图5-c）。中—晚寒武世，高台组及洗象池组对坳陷进行填平补齐，坳陷内沉积厚度约500 m，坳陷边缘厚度介于100～200 m（图5-d）。早奥陶世，德阳—绵阳地区再次发生相对较弱的构造沉降，控制了川西地区奥陶系的沉积分异；志留纪盆地沉降中心发生改变，由德阳—绵阳地区转至川北地区，志留系沉积自北向南整体超覆（图5-e）。泥盆纪—石炭纪，受云南运动影响导致盆地整体抬升，盆地西侧形成被动大陆边缘，泥盆系—石炭系向东上超沉积于盆地边缘附近。受加里东末期盆地整体抬升影响，寒武系至志留系地层剥蚀厚度大，乐山—龙女寺古隆起核部整体被夷平。后经历多期构造运动，该地区发展为现今构造样式（5-f）。

在前人研究成果[18-25]的基础上，结合最新的地震、钻井资料，编制出四川盆地古生界各层残余厚度平面图（图6），分析关键构造变革期的地层沉积充填特征。受桐湾运动的影响，筇竹寺组残余地层厚度发育一个呈南北向展布的条带状厚值区，轴部在剑阁—绵阳—内江—宜宾一线，反映当时“两隆夹一凹”的古沉积格局（图6-a）。沧浪铺组—龙王庙组残余地层格局发生了很大的改变，具有自西向东逐渐增厚的特征，沉积中心位于盆地的南部—东部，厚度超过600 m；德阳—绵阳地区受到坳陷控制，沧浪铺组—龙王庙组遭受侵蚀作用厚度明显减薄，残余地层厚度介于50～150 m（图6-b）。高台组—洗象池组残余地层整体呈现出“西部薄、东部厚”的特征，川西南部—川中地区受后期加里东构造运动抬升剥蚀影响，地层剥蚀殆尽；德阳—绵阳地区受坳陷控制，地层沉积厚度相对大，晚期抬升剥蚀后残留多，局部地层残留厚度仍较大，反映出德阳—绵阳地区在该时期为川西沉降中心的特征（图6-c）。奥陶系残余地层整体仍保持“西薄东厚”的特征，川中古隆起核部（雅安—眉山—遂宁一线）遭受剥蚀，具有由古隆起向四周逐渐加厚的特征；德阳—绵阳坳陷核部地层增厚明显，可超过300 m（图6-d）。受加里东晚期构造抬升作用的影响，德阳—绵阳坳陷消失，志留系上部地层被广泛剥蚀，川西及川中古隆起核部等广大地区志留系被剥蚀殆尽，向川东、川东南地区地层残留厚度急剧增大，最大厚度可达1 500 m（图6-e）。泥盆系—石炭系残余地层分布较为局限，厚度较薄，盆地西部主要分布在剑阁—德阳以西地区，呈狭长带状分布特征，德阳—绵阳坳陷核部地区具有台凹的残留古地貌，可能充填保留部分石炭系、泥盆系；盆地东部石炭系—泥盆系分布在垫江—达州等地区，残余地层厚度介于50～100 m（图6-f）。

图6 四川盆地古生界残余地层厚度图

根据四川盆地下古生界的平面展布及迁移特征分析可以看出，虽然各时期川西地区的沉降中心有所迁移，但主要集中在德阳—绵阳地区，且通过坳陷内部地层充填可以明确该坳陷的主要发育时期为寒武纪—奥陶纪，早期继承发育在晚震旦世拉张槽的构造背景之下，经历了川西地区多期次差异沉降、侵蚀作用而形成。德阳—绵阳坳陷的形成演化对其内部及周缘古生界地层沉积、岩溶侵蚀改造均具有控制作用，以此对四川盆地二叠系沉积前古地质图进行了重构（图7）。

图7 四川盆地二叠系沉积前古地质图

3 油气地质意义

德阳—绵阳早古生代坳陷的发现，改变了以往对川西地区古生界构造、沉积格局的认识，加里东构造运动旋回的郁南、都匀、云南等幕式活动的差异性在川西地区首次被识别发现。德阳—绵阳坳陷边缘坡折带可能形成多种类型的台缘带，有利于碳酸盐岩滩相、古岩溶等多类型储层的形成：①沧浪铺组—龙王庙组沉积期，受德阳—绵阳坳陷控制，坳陷内发育低能沉积，坳陷边缘发育清水台地颗粒滩相沉积，由于古地貌的差异，滩相沉积遭受强烈的岩溶改造，形成“台缘滩＋岩溶”储集体，沿坳陷边缘形成规模性的储层发育有利相带，与下伏的筇竹寺组烃源岩形成良好的成藏组合，有利于油气聚集（图8）；②受德阳—绵阳坳陷的控制，洗象池组、奥陶系产生沉积分异，环坳陷边缘可能形成规模发育的碳酸盐岩高能滩相储层，储集条件优越，下伏筇竹寺组低能沉积形成“下生上储”的成藏组合，具有较大的勘探潜力；③受寒武系—奥陶系古坳陷残留古地貌的影响，北东—南西向的中二叠统栖霞组沉积高带在德阳—绵阳地区可能出现向盆地内部延伸的北西—南东向台凹，台凹内可能残留石炭系—泥盆系，台凹边缘的安县—都江堰地区石炭系—泥盆系可能发育高能滩相沉积，具有一定的勘探潜力；④云南运动之后，盆地西部下古生界遭受大面积剥蚀，环德阳—绵阳坳陷边缘为残留古地貌高部位，可能控制了栖霞组滩相沉积有利相带，规模发育台缘滩相白云岩储层（图9）。总体来看，川西地区梓潼—盐亭—中江一带寒武系、奥陶系、二叠系碳酸盐岩高能滩相储层有利相带叠合在一起，是古生界多层系天然气规模立体勘探的有利区。