龙门山北段山前复杂断褶带勘探新领域

杨 雨, 李忠权, 文 龙, 龙 伟, 张本健, 陈 骁, 刘 冉, 韩 倩, 胡懿灵,6

(1.中国石油西南油气田公司，成都 610051；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；3.自然资源部构造成矿成藏重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；4.中国石油西南油气田公司 勘探开发研究院，成都 610051；5.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214162；6.成都理工大学 地质资源与地质工程博士后科研流动站，成都 610059)

龙门山褶皱冲断带在地形地貌、构造变形、构造演化、前陆盆地发育和构造活动性等方面沿走向的差异性被众多学者所关注，并对该区域进行了详细的基础研究[1-9]。近年来，龙门山区域油气勘探取得重要进展：在龙门山山前带北段双鱼石构造，二叠系栖霞组、茅口组，泥盆系观雾山组均获得高产气流，最大达126.77×104m3/d，说明龙门山北段具有良好的勘探前景[10-11]。但是，由于受多期次、多旋回构造运动的影响，龙门山北段构造样式多解且未落实，进一步开展油气勘探工作受到制约。本文选取安顺场-厚坝地震剖面进行精细解析，结合钻井资料及构造演化分析建立龙门山北段复杂构造模型，特别是建立山前复杂断褶带(准原地系统)的构造模型，探讨油气勘探新领域。

1 地质背景

作为中国典型的板内造山带，龙门山位于扬子地台西缘，呈北东-北东东走向(图1)[12]，是脆性地壳增厚[13]、下地壳流动[14-17]或者地壳水平缩短[18]的结果。平面上，龙门山可分为3段，即北段(安县以北至广元)、中段(怀远至安县)以及南段(怀远以南至雅安)，主要发育茂县-汶川断裂、映秀-北川断裂、彭灌断裂3条区域性的深大断裂，断裂带走向与龙门山构造带的走向一致。在晚古生代(泥盆纪、石炭纪)龙门山为一个北东向的裂陷槽，沉积了一套厚约5 km的灰岩夹砂页岩地层[3]。在中三叠世(须家河组沉积之前)松潘-甘孜地块、龙门山、四川盆地整体处于海洋沉积背景，属被动陆缘环境，由松潘-甘孜地块向四川盆地海水越来越浅。震旦纪到中三叠世，该区域沉积了一套海相地层，以碳酸盐岩为主，且具有南东薄、北西厚的特点[4]。由于松潘-甘孜地块北缘的阿尼玛卿古特提斯洋与南缘的金沙江古特提斯洋分别在中三叠世、晚三叠世先后闭合，导致松潘-甘孜地块、龙门山、四川盆地及其邻区大面积隆升，整个扬子地台西缘及松潘-甘孜地块由海变陆，出现了一个沧海桑田的造陆过程。

龙门山整体为北东-南西走向，海拔高度为500～3 000 m，地势险峻，植被茂盛，属中高山地貌类型[19]。地表出露地层主要为古生界和中生界，包括从震旦系到三叠系的所有地层，岩性主要为海相碳酸盐岩。区内构造复杂，褶皱强烈，局部地层近直立甚至倒转；断裂发育，主要集中在志留系之上的泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系中，且断裂延伸距离较远，常有断裂破碎带(图2)。

图1 松潘-甘孜褶皱带与四川盆地及相邻地区构造背景图Fig.1 Sketch map showing tectonic background of Songpan-Garze fold belt, Sichuan Basin and adjacent area(据邓飞等[12])

图2 龙门山北段构造纲要图Fig.2 Structural outline map of north section of Longmenshan Mountains(据1∶200 000地质图修改)

2 模型的建立

本文选取横跨龙门山北段与四川盆地的安顺场-厚坝地震剖面(A-A’剖面，剖面位置见图2)进行构造精细解析并进行构造演化史分析，拟建立龙门山北段山前复杂断褶带的构造模型，为寻找隐伏有利勘探区提供依据。

2.1 构造模型精细分析

结合地质剖面、地质图及地震剖面精细解释可见，A-A’剖面穿过的主要构造有4条断裂、2个背斜、2个向斜和1个不整合。根据地层、构造发育特征；横向上，以马角坝断裂(F4)、J-T不整合为界，可将该剖面划分为3个构造系统(图3)，即马角坝断裂以西为外来系统(唐王寨-仰天窝滑覆体)、马角坝断裂至J-T不整合为准原地系统(山前复杂断褶带)以及J-T不整合以东为原地系统(四川盆地)。外来系统构造相对简单，为唐王寨-仰天窝向斜；准原地系统构造复杂，褶皱、断裂发育；原地系统构造简单，为单斜地层。纵向上，剖面结构又具有明显的分层性，根据双鱼石隐伏断裂(F1)上盘、下盘构造发育特征，山前复杂断褶带可进一步划分为复杂冲断带(上盘)、复杂断层转折褶皱带(下盘)(图4)。

唐王寨-仰天窝滑覆体(外来系统)：位于马角坝断裂以西，地表出露志留系和泥盆系，主要构造为由泥盆系构成的仰天窝向斜。向斜北西翼出露面积及地层厚度较南东翼大。地震剖面上，该区域反射同相轴特征清晰，连续性好，可识别出仰天窝向斜，且没有其他复杂构造变形特征。

山前复杂断褶带(准原地系统)：位于马角坝断裂和J-T不整合之间，地表宽度仅为数公里，向地腹呈“八”字形展开，出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系。地表构造主要为北东-南西走向，包括一系列倾向北西的逆冲断裂以及文星场复式背斜。该区域地震资料品质较差，反射同相轴杂乱无章，断面的地震波反射特征模糊不清，导致断层、构造解析困难，笔者结合断层相关褶皱、反转构造等理论进行构造解析。

F1断裂是一条位于地腹未出露地表的重要隐伏断裂，从地震剖面构造精细解释中可以发现，该断裂上下两盘表现出完全不同的构造变形特征。断裂上盘构造复杂，发育一系列逆冲断层、多个褶皱及构造三角楔，地表出露断层多为地腹大断裂的分支断裂(图4)。根据双探9井钻遇的地层[20]，发现下三叠统地层重复出现，该现象是由于F1断裂向上突破，残留构造三角楔。F1断裂面上，由于拖曳作用，部分地层发生倒转。F1断裂上盘还发育了一条控制性断裂——香水断裂。香水断裂深切寒武系，并控制了上盘地层中褶皱的形成。香水断裂在活动过程中，继续向上突破，切割地层，残留二叠系和下三叠统，形成构造三角带。F1断裂下盘主要发育一个大型的断层相关褶皱(断层转折褶皱)，并伴生有一些次级小断裂，为地腹深部的隐伏构造。控制该断层转折褶皱的断裂向上滑脱于三叠系嘉陵江组底部滑脱层，向下滑脱于寒武系下部滑脱层。该断层转折褶皱的形态宽缓，受构造影响，寒武系-下三叠统重复出现。

图3 A-A’测线地质剖面图Fig.3 Geological profile of A-A’ survey line

图4 A-A’地震剖面精细解释Fig.4 Fine interpretation of A-A’ seismic profile

四川盆地(原地系统)：位于J-T不整合以东，主要为侏罗系与白垩系组成的单斜岩层，地层较为平缓，构造变形微弱。地震剖面上，反射同相轴清晰，连续性好，并未发育明显的构造变形。在四川盆地原地系统的侏罗系、白垩系中发育的两处明显转折，受地腹断层相关褶皱的控制。

2.2 构造演化分析

结合地表及地腹构造分析，A-A’剖面大致以寒武系为界，寒武系之上地层发育复杂冲断褶皱，寒武系之下震旦系及前震旦纪地层基本没有卷入构造变形，且寒武系由四川盆地向龙门山方向(NE向NW)逐渐抬升(图4)，属于典型的薄皮构造。控制本区域构造形成主要有两套滑脱层：寒武系下部软弱层和下三叠统嘉陵江组底。结合区域构造演化认为，此剖面形成是由于松潘-甘孜高原在印支期由海向陆的演变(构造抬升)过程中[21]，在松潘-甘孜高地与四川陆相湖盆之间，相当于现今龙门山的位置出现一斜坡带，由于斜坡带上多套滑脱层的存在，导致斜坡带上的泥盆纪、石炭纪、二叠纪及早中三叠世海相沉积层多期滑脱，形成地层时代新的断片在下、相对老的断片在上的倒序叠置，属于重力滑覆导致的前缘挤压构造环境。

中三叠统雷口坡组沉积之后，四川盆地、松潘-甘孜地域逐渐结束海盆发育历史，开始由海向陆的转变，出现整体造陆运动。由于地壳差异抬升，西部松潘-甘孜地域抬升较四川盆地明显要快[3-4]，在印支晚期至燕山期形成高原-斜坡-盆地的构造格局；在斜坡与盆地部位出现一系列冲断褶皱与山前断层相关褶皱，其构造演化过程分为如下4个阶段。

2.2.1 F1断裂、断层三角楔与断上盘的拖曳倒转褶皱形成阶段

寒武系至中三叠统雷口坡组海相地层沉积后，龙门山发生抬升掀斜，在山前带下三叠统嘉陵江组顶、底之间首先发生滑脱，F1断裂发育(图5-A)，断裂上盘地层顺切层断坡向上剪切逆冲，发育断层转折褶皱(图5-B)。其后，由于滑脱挤压作用的进一步增强，断裂顺着早期的薄弱面，截弯取直向上突破，切穿下三叠统雷口坡组(图5-C)。地震剖面上则出现遗弃断裂三角楔与断上盘的拖曳倒转褶皱，断裂三角楔由嘉陵江组第三、第四段组成。由于当时的逆冲构造发生在水下，断上盘雷口坡组向上逆冲遭受部分剥蚀没有接受沉积，断下盘还在水下接受须家河组沉积，遗弃断裂三角楔与倒转褶皱造成地层重复加厚，根据钻井资料可确定嘉陵江组第三、第四段地层加厚360.8 m。F1断裂经过一段时间演化，活动渐趋停止；F2断裂控制的深部隐伏断层转折褶皱开始发育。

图5 F1断裂逆冲岩席形成示意图Fig.5 Schematic diagram showing the formation of thrust sheet of Fault F1

2.2.2 F2控制的隐伏断层转折褶皱形成阶段

随着龙门山抬升掀斜的继续，寒武系底部泥页岩开始滑脱。寒武系底部泥页岩作为下滑脱层，嘉陵江组第四段作为上滑脱面，断坡发育在寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系及下三叠统飞仙关组这套地层中，断坡切角20°～30°(图6-A)，形成深层隐伏断层转折褶皱(图6-B)。先前发育形成的F1断裂在下伏断层转折褶皱形成演化过程中也发生相应构造变形，形成坡-坪式阶梯状断层。先存遗弃断层三角楔也发生了一定的旋转，出现掀斜形态(图6-C)。随着F2控制的隐伏断层转折褶皱发育成熟后，F3控制的逆冲褶皱岩席开始形成。

2.2.3 F3控制的逆冲褶皱岩席形成过程

由于松潘-甘孜高原持续隆升，龙门山地区被进一步抬升掀斜，新的逆冲断裂继续发育，以寒武系泥页岩作为下滑脱层，嘉陵江组第四段作为上滑脱层，形成一个滑覆逆冲岩席，叠加于F1逆冲岩席之上，并楔入嘉陵江组软弱层中，造成嘉陵江组第二段地层厚度异常，仅为58.6 m(图7-A、B)。当断层发育遇到雷口坡组的坚硬岩层时，断层截弯取直，形成遗弃断三角楔，断层向上突破直至地表，形成现今的香水断裂(图7-C)。三叠纪末期，盆地全面抬升，使地层遭受剥蚀，先前形成的阶梯状断层处最终形成向斜，沉积了侏罗系(图7-D、E)。

2.2.4 马角坝断裂(F4)控制的仰天窝滑覆体(外来系统)形成阶段

在后龙门山逆冲推覆的挤压环境下，泥盆、石炭系在志留系底滑脱层上滑覆(图8-A)，并遭受剥蚀，形成唐王寨-仰天窝向斜等构造，最终形成现今的构造形态(图8-B)。

中三叠世之后，受区域构造运动影响，松潘-甘孜高原与四川盆地整体表现为造陆隆升；但是在统一的隆升背景下，其区域隆升速率存在差异，导致松潘-甘孜高原的隆升幅度大于四川盆地，而这两者之间的过渡带则为斜坡。松潘-甘孜高原、过渡带、四川盆地这三者形成了统一的有机组合，表现为高原-斜坡-盆地的构造格局。在重力滑覆作用下，斜坡与盆地的接壤部位处于挤压构造环境。区域内发育多套滑脱层，在构造演化过程中，首先是浅部滑脱层活动，浅部断裂发育，F1断裂的发育演化控制了断层上盘构造三角楔、拖曳倒转褶皱的形成。其后，深部断裂开始活动，F2断裂的发育演化控制了地腹深部隐伏断层转折褶皱的形成，同时导致了早期构造(F1断裂和构造三角楔)被掀斜；随着松潘-甘孜高原的持续隆升，大断裂、逆冲岩席发育，F3断裂的发育演化控制了复杂断层和褶皱的发育；在后龙门山逆冲推覆的挤压环境下，F4断裂发育，控制了外来系统的发育演化，形成唐王寨-仰天窝向斜等构造。

图6 F2控制的隐伏断层转折褶皱形成示意图Fig.6 Schematic diagram showing the formation of transition fold by F2 controlled concealed fault

图7 F3控制的逆冲褶皱岩席形成示意图Fig.7 Schematic diagram showing the formation of F3 controlled thrust fold sheet

图8 马角坝断裂控制的仰天窝滑覆体(外来系统)形成过程Fig.8 Formation process of Yangtianwo slip nappe (allochthonous system) controlled by Majiaoba fault

3 有利勘探区分析

目前的勘探实践和研究发现，印支期构造对于四川盆地油气成藏具有重大影响，印支期古构造是油气勘探重点领域[22]。川西北部地区上古生界多期台缘带、盆地内二叠系滩相白云岩孔隙型储层和岩溶缝洞型储层发育区是战略准备领域[23]。同时，龙门山北段多个层系都展示出生储盖成藏的有利组合，为油气资源奠定了良好的地质条件[10,24]。从构造发育演化过程发现，雷口坡组沉积后，山前复杂断褶带在重力滑覆导致的前缘挤压构造环境下，浅部滑脱层首先活动，发育形成F1断裂。F1断裂的发育演化控制了断层上盘构造三角楔，其顶部造成嘉二段58.6 m异常，拖曳倒转褶皱的形成引起地层重复加厚，遗弃断层三角楔引起地层加厚360.8 m；其后，深部断裂开始活动，并控制了地腹深部隐伏断层转折褶皱的形成，转折褶皱上盘前端引起地层重复(图9)。

图9 井震对比图Fig.9 The correlation of well and seismic(A) A-A’地震剖面精细解释；(B) A-A’地震剖面局部放大图；(C)双探9井实钻层位

油气多具有近源富集的特征且持续保存是成藏关键[25]。根据地震测线解释结合构造演化及钻井资料发现，复杂断褶带中的大型逆冲断裂沟通了寒武系至三叠系中的储层圈闭，为烃类物质的运聚提供了有利的通道[23]；同时，F1断裂下盘构造变形相对较弱，断裂深埋地腹下三叠统之下，易形成良好的构造圈闭；且受后期构造活动影响微弱，为油气资源的保存提供了有利条件。由此可见，F1断裂下盘具备可观的油气勘探前景，该区域可能成为油气勘探的新领域。

4 结 论

a.龙门山北段构造复杂，整体具有分带分层性。横向上可划分为3个构造带，马角坝断裂以西为外来系统(唐王寨-仰天窝滑覆体)、马角坝断裂至J-T不整合为准原地系统(山前复杂断褶带)、J-T不整合以东为原地系统(四川盆地)。纵向上可划分出2个构造变形层，双鱼石隐伏断裂(F1)将山前复杂断褶带分割为复杂冲断带(上盘)、复杂断层转折褶皱带(下盘)。

b.龙门山北段山前为重力滑覆导致的前缘挤压构造环境，这是由于松潘-甘孜地块北缘的阿尼玛卿古特提斯洋与南缘的金沙江古特提斯洋分别在中三叠世、晚三叠世先后闭合，导致松潘-甘孜地块、龙门山、四川盆地及其邻区大面积隆升(构造抬升)，受差异隆升影响形成高地-斜坡-盆地的构造格局，在斜坡带上的泥盆纪、石炭纪、二叠纪及早中三叠世海相沉积层发生多期滑脱，形成地层时代新的断片在下、相对老的断片在上的倒序叠置。

c.山前复杂断褶带中F1断裂下盘发育的断裂均未切穿下三叠统地层，可形成良好的构造圈闭，有利于原生油气系统的保存，受后期构造破坏影响小，具备可观的油气勘探前景，因此F1断裂下盘断层转折褶皱系统可能成为油气勘探的新领域。