不同坡度背景下生物礁沉积结构及差异演化特征——以开江—梁平海槽西侧长兴组为例

宋昊 ，胡明毅 ，陈旭 ，王胜利 ，左洺滔 ，邓志强

（1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；2.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 100029）

0 引言

川东北地区上二叠统长兴组生物礁主要分布在开江—梁平海槽西侧，目前，该区长兴组共有完钻井76口，测试井59口，累计获气1 695.32×104m3。据油气资源综合评价，环开江—梁平海槽礁滩资源潜力较大，是油气有利勘探区带［1-3］。

前人对川东北地区长兴组的研究往往以沉积相和储层特征为重点［4-6］，而利用井震结合方法对生物礁和礁型气藏进行综合研究与预测的成果相对较少，并且以二维地震为主［7］；同时，对长兴组生物礁发育与古地貌研究不深入，对长兴组生物礁纵横向迁移及分布规律的主控因素也缺乏整体认识。为此，本文针对开江—梁平海槽西侧长兴组碳酸盐台缘生物礁沉积结构开展了综合研究，并探讨其差异演化特征。

1 地质背景

开江—梁平海槽位于四川盆地东北部，隶属扬子板块北缘。晚二叠世扬子板块西南缘受峨眉地裂运动影响，发育峨眉地幔柱，地幔热隆起作用使得地壳上升，在隆升过程中具有不均衡块断作用，川东地区形成拉张环境，在扬子板块北缘发育裂陷群［8-11］。受晚二叠世长兴期基底断裂活动的影响，四川盆地发生了差异性构造沉降，在盆地内形成了一个由南西向北东方向倾斜的古斜坡，坡度较小［12-13］。长兴组生物礁受古地貌和海平面频繁变化的影响［14］，在长兴早期为缓坡沉积，但边缘陡峭，长兴中晚期演变为镶边台地沉积环境，台缘生物礁及生屑镶边环绕开江—梁平海槽分布（见图1）。

图1 开江—梁平海槽长兴组台缘生物礁分布

2 台缘生物礁分段沉积特征

受峨眉地裂运动影响，川东北地区形成拉张环境，拉张作用的不均衡性使得环开江—梁平海槽台缘斜坡带坡度存在着一定差异，主要表现在平面展布及纵向叠置方式的差异［15］。

通过对开江—梁平海槽西侧不同地区的前缘斜坡角度（α）与生物礁沉积厚度统计分析，并结合层拉平技术，对研究区长兴组生物礁开展识别，发现前缘斜坡角度与长兴组生物礁沉积厚度具有很好的相关性——α越大，台缘坡折带的生物礁沉积厚度越大（见图2）。因α相差较大，故本文以30°为界，30°以上为陡坡型台缘，30°以下为缓坡型。台缘受同沉积断层或沉积因素的影响，开江—梁平海槽西侧台缘生物礁表现为分段性特征。

图2 不同地区前缘斜坡角度与生物礁沉积厚度的关系

依据不同类型台缘分布特征，开江—梁平海槽西侧台缘礁滩可分为4种：北段龙岗地区断控陡坡型、中段龙会场地区沉积陡坡型、中段龙门地区沉积中等陡坡型和南段大猫坪地区沉积缓坡型。

2.1 北段断控陡坡型

此类生物礁主要发育于开江—梁平海槽西北侧龙岗地区，是前缘斜坡角度较陡的生物礁类型，沉积坡度较大。通过对龙岗三维区过龙岗2井地震剖面及古地貌（见图3。图中：P2l为龙潭组，P2ch为长兴组，T1f1为飞一段，T1f4为飞四段，下同）分析可知，由西至东，长兴组出现先增厚再减薄的趋势。台缘礁滩发育相带地层厚度最大，但横向宽度较窄，α在40°～45°。地震剖面显示，该地区生物礁具有典型的“丘状外形、内部杂乱”的地震反射特征。生物礁外形呈明显的对称型，侧向迁移现象不明显，并且生物礁地层厚度远大于同期地层厚度。龙岗地区受同沉积断裂作用引起的沉积分异现象明显，可见同沉积断层（见图3）。

图3 龙岗地区长兴组断控陡坡型生物礁地震剖面及古地貌

典型井龙岗1井长兴组生物礁厚度在120～220 m，岩石类型以生物礁灰岩、生屑灰岩为主，泥晶灰岩、白云岩及云质灰岩、灰质云岩等过渡岩类较少（见图4a）。沉积相特征表现为台缘礁及台缘滩亚相极其发育。

图4 开江—梁平海槽西侧长兴组台缘生物礁单井沉积相剖面

2.2 中段沉积陡坡型

此类生物礁主要分布在开江—梁平海槽西侧中段局部地区，通过龙会场三维区过铁山14井地震剖面及古地貌（见图5）分析可知：该地区α较龙岗地区有所减小，但坡度仍然较陡，α在30°～35°。地震剖面显示，该地区长兴组生物礁具有明显的“丘状外形、内部杂乱”的地震反射特征。生物礁外形呈明显的不对称型，有弱迁移现象（见图5）。

图5 龙会场地区长兴组沉积陡坡型生物礁地震剖面及古地貌

典型井铁山14井生物礁发育厚度在70～140 m，岩石类型以生物礁灰岩、生屑灰岩及泥质灰岩为主（见图4b）。台缘带横向宽度明显加宽，但仍以窄相带为主。

2.3 中段沉积中等陡坡型

此类生物礁主要分布在开江—梁平海槽西侧中段龙门局部地区，通过对比龙岗、龙会场地区古地貌发现，该地区台缘礁滩起伏较大，而且横向变宽，但仍以窄相带为主。同沉积断裂活动欠发育，以沉积型斜坡为主，但坡度仍然较陡，α在30°～40°。龙门地区典型过井地震剖面显示，该地区长兴组生物礁“丘状外形、内部杂乱或空白”的地震反射特征极为明显。生物礁外形呈明显的不对称型，有弱迁移现象（见图6）。

图6 龙门地区长兴组沉积中等陡坡型生物礁地震剖面及古地貌

典型井七里8井长兴组生物礁发育厚度在50～100 m，岩石类型以生屑灰岩为主，其次为泥晶灰岩及生物礁灰岩，含少量的白云岩（见图4c）。沉积相特征为早期浅水缓坡亚相向台缘滩或台缘礁亚相转变，以台缘滩亚相为主，台缘礁亚相欠发育。

2.4 南段沉积缓坡型

此类生物礁主要分布于开江—梁平海槽西侧南段，礁滩体发育于台地边缘大型宽缓斜坡环境中，通过大猫坪三维区过云安14井地震剖面及古地貌（见图7）发现：该地区沉积坡度较为平缓，α在10°～20°，坡折带不发育，礁滩体呈宽缓的丘状类型，以单排或多排式发育。地震剖面显示，该地区长兴组生物礁具有典型的“低幅丘状外形”反射特征，礁内部表现为空白和断续杂乱反射结构。生物礁外形呈明显的不对称型，有弱迁移现象（见图7）。

图7 大猫坪地区长兴组沉积缓坡型生物礁地震剖面及古地貌

典型井云安14井生物礁发育厚度在10～90 m（见图4d），表明大猫坪地区长兴组生物礁沉积厚度较薄。岩石类型以生物礁灰岩、白云岩为主。

3 台缘礁体平面展布特征

研究发现，生物礁主要发育在开江—梁平海槽两侧的台地边缘相带上，沿海槽两侧的台地边缘带呈点状或条带状分布。随着自西北到东南方向前缘斜坡角度的减小，礁滩复合体垂向沉积厚度减薄，礁滩累计厚度变小，但横向展布变宽（见图1）。

通过恢复古地貌特征对海槽西侧生物礁精细研究发现：海槽西侧北部龙岗区块生物礁滩体主要呈不连续、条带状分布，台缘带宽度接近1 900 m，形成了加积镶边型台缘带；龙门、龙会场地区生物礁滩体在平面上呈不连续、点状分布，台缘带宽度接近2 200 m，以垂向加积为主，见少量的侧向进积现象，礁体发育规模变小；而大猫坪地区平面上呈离散状分布，台缘带宽度接近3 500 m，隆起幅度明显减小。综上所述，该生物礁的迁移规律及形态均存在着较大差异［16-18］。

4 成因背景及差异演化模式

4.1 成因背景

台缘带和台内地貌高带为造礁生物的生长发育提供了良好的古地貌及水动力条件，因此有利于生物礁的发育［19］。而生物礁本身具有“原地生长、抗浪骨架、正向地貌”等特征，反过来又会对台地边缘具有建设作用，即在原有的基础上改变台地的类型［20］。

生物礁滩体的发育对海平面变化、碳酸盐岩产量等控制因素较敏感，在沉降构造背景下，古海平面的旋回变化直接控制着生物礁滩体沉积的叠加样式［21］。生物礁生长速率与海平面上升速率匹配较好，因此海平面变化对龙岗、龙会场、龙门及大猫坪区块4类台缘生物礁影响也有所不同：

1）龙岗地区主要发育陡坡叠加型生物礁，台缘坡度较大，受海平面变化、古沉积格局、古地貌特征及古生态系统的稳定性等因素的影响，在海槽西侧的台缘带上发育了大量的生物礁及生屑滩沉积，但横向迁移较小，生物礁呈叠加式发育，生物礁生长速率与海平面速率的匹配良好。海平面上升与同沉积断裂共同控制成礁期的可容纳空间形成。

2）龙会场、龙门地区表现为加积-错位迁移的特征，由于缺少同沉积断裂作用的影响，台地边缘与前缘斜坡之间未见明显的同沉积断裂现象。台缘坡度不及断控陡坡型生物礁，这类区域仅发育了1个台缘带，台缘带横向展布范围明显加宽，但仍以窄相带为主。

3）大猫坪地区主要发育缓坡迁移型生物礁，这类生物礁沉积坡度较缓，对海平面变化较为敏感。

自北向南，海槽西侧长兴组厚度呈现出逐渐减薄的趋势，坡度由陡逐渐变缓。从生物礁生长外观上看，其生长模式分别为垂向加积、加积-错位迁移、缓坡迁移型。

4.2 差异演化模式

开江—梁平海槽西侧长兴组台缘带不同坡度背景下生物礁滩演化可分为长兴早期、中期、中晚期和末期4个阶段。

长兴早期，区域沉积相带分异不明显，海槽西侧台地区域以浅水缓坡为主，海槽区域以深水缓坡沉积为主；长兴中期，海平面上升速度逐渐减慢，相比之下，沉积速率开始加快，逐渐演化出台地边缘相带，生物礁快速垂向加积生长；长兴中晚期，由于海平面再次快速上升，生物礁被淹没，礁体停止生长［22-23］；过渡到长兴末期，海平面再次下降，在原有地貌高点上再次沉积了生物礁，当礁体生长速度大于海平面上升速度，礁体逐渐暴露，发生了大规模选择性溶蚀作用和白云石化作用，形成礁顶云化滩，有利于储层的发育［24］（见图 8）。

图8 开江—梁平海槽西侧陡坡-缓坡背景下长兴组礁滩演化模式

图8中，龙岗地区模式为“断控陡坡型”生物礁，由于同沉积断裂所导致的地层沉降速率、海平面变化速率之和与生物礁生长速率相差不大，多期次台地边缘生物礁开始叠置发育，侧向迁移不明显；龙门—龙会场地区模式为“沉积陡坡型”、“沉积中等陡坡型”生物礁，由于缺少同沉积断裂活动的影响，因而生物礁沉积厚度小于“断控陡坡型”沉积厚度；大猫坪地区模式为“沉积缓坡型”生物礁，由于存在多个古地貌高地，且坡度缓，海水在通过第一排古地貌高地后，能量没有明显降低，水动力条件仍然很强，因此发育多排礁。

5 结论

1）通过对开江—梁平海槽西侧长兴组不同坡度背景下的生物礁沉积特征差异分析，本研究总结出了4种类型的台缘礁滩发育模式，即北段断控陡坡型、中段沉积陡坡型、中段沉积中等陡坡型和南段沉积缓坡型。

2）对开江—梁平海槽西侧长兴组生物礁的成岩演化分析认为，同沉积断裂活动、古地貌以及古海平面的旋回变化等是导致这种成因演化的重要原因。

3）生物礁演化主要分为4个阶段：长兴早期以碳酸盐岩缓坡沉积为主，沉积相带分异不明显；长兴中期，海平面上升速率逐渐减慢，沉积速率加快，碳酸盐岩缓坡逐渐演化为碳酸盐岩台地沉积，出现了沉积相的划分；长兴中晚期，由于海平面再次快速上升，生物礁被淹没，礁体停止生长；长兴末期，生物礁大规模暴露，发生区域白云石化作用，有利于储层的发育。