开江—梁平海槽演化阶段与构造沉积特征

徐诗雨，夏茂龙，祝怡，李天军，林怡

（中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041）

0 引言

四川盆地开江—梁平海槽及其周缘蕴含丰富的地质资源，海槽周缘二叠系长兴组—三叠系飞仙关组的勘探始于20 世纪60 年代，发现了渡口河、铁山坡、罗家寨、普光、龙岗、元坝等一系列大中型礁滩气藏群［1-5］。最新勘探成果表明，开江—梁平海槽周缘多口井钻遇二叠系茅口组、吴家坪组优质储层，测试获工业气流，勘探开发潜力巨大，海槽周缘二叠系—三叠系多期叠置的有利区有望形成新的规模增储主战场。进一步明确开江—梁平海槽演化阶段及构造沉积特征，对推进其周缘油气勘探及地质研究具有重要的理论和实践意义。

前人对开江—梁平海槽进行了大量的研究：罗志立等［6］认为，在峨眉地裂运动和板块构造演化格局下发育广旺—开江—梁平拗拉槽；王一刚等［7］提出广旺海槽、城口海槽在峨眉地裂和南秦岭洋盆开裂背景下扩大相通，形成开江—梁平海槽；魏国齐等［8］指出开江—梁平海槽控制着长兴组、飞仙关组礁滩气藏的分布；杜金虎等［9］指出晚二叠世大缓坡背景下，经历克拉通内裂陷作用和基底断裂活动，四川盆地西北部形成以开江—梁平海槽为代表的3 个负向单元；高平等［10］认为东南段的开江—梁平海槽与西北段的广元—旺苍海槽共同组成了广元—梁平海槽；王兴志等［11］则提出广元—旺苍海槽是开江—梁平海槽在中二叠世晚期的雏形。目前，针对开江—梁平海槽的研究主要集中于海槽的成因及其对长兴组—飞仙关组礁滩气藏分布的控制作用，而针对海槽全周期演化阶段及各阶段构造沉积特征尚无系统的观点，随着周缘茅口组、吴家坪组取得勘探新突破，该海槽发育起始时期、演化阶段及对环海槽二叠系—三叠系多层系气藏的控制作用还需要进一步明确。本文依据开江—梁平海槽周缘勘探最新进展，利用野外露头、钻井、测井及三维地震资料，综合分析区域构造演化与沉积充填特征，探讨海槽演化阶段及各阶段构造动力和沉积机制差异，旨在推进海槽周缘油气勘探及地质研究的持续深入。

1 区域地质背景

二叠纪，受南秦岭洋和巴颜喀拉海盆影响，四川盆地北缘、西缘分别发育南秦岭地槽系和松潘甘孜地槽系，盆地北部、西部具有被动大陆边缘的区域构造背景。峨眉地幔柱的持续活动引起地壳大幅穹状隆升，使得盆地西南部发育古陆背景，形成康滇台隆。开江—梁平海槽位于四川盆地北部广元—梁平地区，为北西—南东向展布的一个深水碳酸盐岩沉积区，向北西方向呈喇叭状开口，向东南方向收敛至梁平附近消失，构造上属于上扬子板块西北缘的一部分，在二叠纪区域构造运动影响下，整体处于拉张环境（见图1a）。开江—梁平海槽内部及周缘中二叠统茅口组顶部—下三叠统飞仙关组总厚度800～900 m，海槽相区和台地相区不同层位地层厚度总体呈互补关系。茅口末期发生沉积分异，海槽内茅口组顶部发育一套薄层深色碳硅质泥页岩，台地相区发育灰岩，与海槽相区同一时期对比地层厚度较大；受区域构造运动影响，川北地区茅口组顶部整体遭受剥蚀，与上覆吴家坪组呈不整合接触。长兴期，海槽内同样表现出沉积厚度明显较薄的特征，而台地边缘沉积了厚度较大的生物礁滩，与下伏吴家坪组、上覆飞仙关组均为整合接触。飞仙关末期，海槽内外地层特征已无明显差异，均一化为一套膏质岩类（见图1b）。

图1 开江—梁平海槽区域位置及地层柱状图Fig.1 Regional location and stratigraphic histogram of Kaijiang-Liangping Trough

2 开江—梁平海槽基本地质特征

2.1 海槽相深水沉积特征

开江—梁平海槽相深水沉积存在于中二叠统茅口组顶部孤峰段、上二叠统上部大隆组及下三叠统飞仙关组底部，均表现出岩石颜色较深、除重力流外沉积层薄、层面平整的特征，缺乏与波浪作用有关的沉积构造，缺乏底栖生物化石等，表明其沉积时为停滞还原环境（见图2。图中实线为整合接触，虚线为平行不整合接触）。

图2 开江—梁平海槽深水沉积地质特征Fig.2 Geological characteristics of deep water sedimentation in Kaijiang-Liangping Trough

2.1.1 茅口组孤峰段

通过对广元—旺苍地区中二叠统茅口组野外露头观察，笔者发现，在广元屋基坪、西北乡，旺苍大两乡等多条剖面的茅口组顶部均存在一套薄层深色地层，厚5～30 m，与上覆吴家坪组王坡页岩段呈平行不整合接触（见图2a，2b）。该套地层的岩性主要为碳质、硅质泥页岩，多见水平纹层，生物保存较为完整，为典型的深水还原沉积环境（见图2c，2j），与茅口组顶部灰岩地层同期异相，岩性组合及发育特征与中下扬子地区孤峰组相近，因此，常将该套地层称为茅口组孤峰段［12-13］。茅口组孤峰段与吴家坪组王坡页岩均以泥页岩为主，在测井曲线上均表现为高自然伽马（GR）的特征，过去常将孤峰段划为吴家坪组，但二者沉积成因不同，孤峰段形成于还原环境，表现为高钍（Th）、低铀（U）的测井特征，而王坡页岩段的形成偏氧化环境，表现为低钍、高铀的测井特征（见图3a），因此，依据自然伽马能谱测井修正了茅口组与吴家坪组的界线，发现茅口组孤峰段碳硅质泥页岩在川北地区广泛分布。

图3 开江—梁平海槽深水沉积井下特征Fig.3 The characteristics of deep water sedimentation in Kaijiang-Liangping Trough

2.1.2 大隆组

广元长江沟、葛底坝等野外剖面可见一套暗色规则薄层硅质岩和硅质页岩，厚10～50 m，与下伏吴家坪组深灰色中厚层含燧石结核生屑灰岩及上覆飞仙关组底部褐黄色极薄层钙质页岩、泥灰岩均为整合接触（见图2d，2e，2g），生物化石稀少，层面上可见薄壳菊石等化石（见图2f，2k），该地层被定义为大隆组［14-15］，是晚二叠世沉积的与长兴组浅水碳酸盐岩同期异相的产物，为最大海泛期沉积，沉积速率极低。测井曲线上，大隆组表现为高自然伽马的特征，与吴家坪组和飞仙关组有明显区别（见图3b）。

2.1.3 飞仙关组底部

青川衡柏村、广元葛底坝等野外剖面可见飞仙关组底部一套浅灰色中厚层泥晶灰岩与极薄层泥岩互层，间或夹重力流成因的中厚层—厚层角砾岩，伴随有滑脱变形构造，为补偿性的快速充填沉积产物（见图2h，2i，2l）。海槽相飞仙关组底部的深水沉积与大隆组整合过渡，继承性明显，厚度普遍较大。

2.2 海槽内部及周缘沉积相序

野外剖面及钻井特征表明，四川盆地北部中二叠统—下三叠统纵向上发育多套完整的沉积旋回，开江—梁平海槽内部及周缘可识别出茅口期、吴家坪期、长兴期、飞仙关期等多个时期发育连续的深水—浅水的相序组合（见图4）。茅口早期，在栖霞组沉积地貌基础上，发育广泛海侵背景下的泥晶灰岩；茅口末期，古地貌的差异使川北地区发生沉积分异作用，广元—巴中一带大面积发育海槽相沉积，剑阁—龙岗地区沿海槽周缘发育台地边缘相，剑阁—龙岗以南发育开阔台地相。吴家坪期，川北地区仍为海相沉积，继承了茅口末期台槽分异的特征，吴家坪组海槽相区以深色泥页岩为主，发育较薄的凝灰岩，海槽周缘发育台缘滩，台地相区沉积大套灰岩，泥质含量由底部向顶部减少。长兴期，海槽相区出现大隆组深水碳硅质泥页岩，台地边缘发育生物礁群，台地相区沉积生屑灰岩，部分区域顶部渐变为潮坪相白云岩，这些均是相对海平面下降、沉积水体变浅的具体表现。飞仙关期，海槽相区纵向上岩性特征变化明显，由间或夹角砾灰岩的深色薄层泥晶灰岩、泥岩向上渐变为具交错层理的中厚层—厚层鲕粒灰岩，顶部发育具干裂等构造的薄层紫红色泥岩及膏质泥岩互层，台地相区同样发育海退沉积层序，由中厚层鲕粒灰岩向顶部渐变为富含膏质的泥岩层。

图4 开江—梁平海槽及周缘地质剖面对比Fig.4 Comparison of geological profile in Kaijiang-Liangping Trough and its periphery

地震剖面上可清晰识别出茅口末期明显的台缘坡折地震反射特征，同一时期地层自东北向西南方向厚度显著增加；海槽相区域茅口组厚度较薄，地震剖面上可见平行、连续的中—强振幅反射，过渡到斜坡相，地震反射发生倾斜，至台地边缘出现断续、杂乱、亮点的典型台缘滩相反射特征。

长兴期，大隆组地震响应为强振幅、中频、连续性较好的波峰，向台地过渡的斜坡处减弱至消失，坡折点随层位增高向台地方向后退。

飞仙关组斜坡坡折向海槽方向前移，有数个前积反射层向海槽内进积，与大隆组坡折迁移方向相反（见图5）。

图5 开江—梁平海槽及周缘地震响应特征Fig.5 Seismic response characteristics of Kaijiang-Liangping Trough and its periphery

总体来看，开江—梁平海槽内部及周缘地区均是在茅口早期泥晶灰岩的背景之下开始沉积的，到飞仙关末期均一化为蒸发潮坪环境，但其沉积相序构成具有显著差异。究其缘由，虽然川北地区在同一时期的海平面变化相同，但在多种因素控制下，隆凹沉积格局导致台槽分异，海槽相区基底下沉，沉积水体迅速变深，成为 “饥饿盆地”，发育深水沉积。而台地相区相对稳定，碳酸盐岩沉积的速率与海平面的上升速率基本持平，沉积了巨厚的碳酸盐岩，直至海槽基底下沉结束，受海平面升降控制，海槽相区快速充填，最终与台地相区沉积趋同，向上均一化为潮坪沉积，开江—梁平海槽 “闭合”。

2.3 沉积相平面分布及演化

茅口组沉积前，四川盆地处于构造活动平稳期，以相对海退为主。茅口期，峨眉地幔柱强烈隆升，盆地中北部相对沉降，海平面相对上升，受拉张断裂影响，形成了大缓坡背景下 “隆凹相间” 的沉积地貌格局，发育以开江—梁平海槽、蓬溪—武胜台凹为代表的负地貌，海槽及台凹周缘相对高部位发育缓坡滩。吴家坪期，峨眉地幔柱隆升减弱，为相对海退期，盆地西南部发育火山岩及海陆过渡相，北部继承茅口组沉积背景，局部发育台缘滩体。长兴期为峨眉地裂运动高峰期，开江—梁平海槽及蓬溪—武胜台凹定型，周缘发育大规模台隆、台缘生物礁滩体。飞仙关期，峨眉地裂运动结束，海槽随着大规模海退逐渐萎缩、填平补齐，发育大量前积鲕滩体。由于不同时期沉积相平面分布范围的不同，开江—梁平海槽的展布范围大致可见3 个阶段的变化（见图1a）。

3 演化阶段及构造沉积特征

中二叠世晚期—下三叠世早期，四川盆地北部位于上扬子克拉通西北缘，整体处于勉略洋被动大陆边缘伸展拉张背景下［16］，为开江—梁平海槽的发育提供了内在动力，海槽总体形态未发生变化，呈北西—南东向发育，向西北开口且逐渐加深，往东南收敛且变缓变窄，海槽北段—中段受基底断裂控制两侧台地边缘基本对称，发育明显坡折带，海槽南段两侧呈现西陡东缓的不对称箕形，西侧受断裂控制较明显［17］。基于开江—梁平海槽典型深水沉积的识别及周缘沉积相序特征，结合构造—沉积成因综合分析表明，海槽发育始于中二叠世晚期，持续发育于晚二叠世，在长兴期达到高峰，延续至早三叠世逐渐消亡，表现出多阶段继承性演化的特征。在不同时期构造动力和沉积机制的控制下，其平面分布大致可见3 个阶段的变化，分别代表海槽经历的三大构造-沉积演化阶段（见图6）。

3.1 中二叠世海槽雏形萌芽期

中二叠世，海槽和广海相接，长约220 km，西北段开口宽约137 km，至达州以东消失，两侧发育同沉积断层。茅口末期，峨眉地幔柱轴部开始早期向上隆升运动［18］，造成四川盆地呈南西高、北东低的缓坡形态，位于隆升带外缘区域的广元—巴中一带整体处于被动大陆边缘拉张的构造背景下，勉略洋俯冲大洋板片拖拽是拉张断裂的一个主要动力机制，在峨眉地幔柱上隆和被动大陆边缘拉张的共同作用下，川北地区沿地层较薄弱的基底断裂方向拉开，形成了北西—南东向隆凹相间的古地貌。同时，受峨眉地幔柱隆升作用影响，四川盆地发生区域性海退，地貌相对高的地区沉积的灰岩暴露遭受广泛剥蚀，地貌相对低的开江—梁平海槽区域沉积的孤峰段碳硅质泥岩得以保存，由此，形成开江—梁平海槽雏形。这一时期茅口组整体为缓坡模式向槽台模式过渡，滩体表现出由南向北横向迁移的空间变化模式（见图6c）。

3.2 晚二叠世海槽发育高峰期

晚二叠世，海槽范围明显扩大，长约302 km，西北段开口宽约140 km，至梁平以东消失，两侧不对称发育。这一时期峨眉山玄武岩喷发，四川盆地广泛分布不同类型的火成岩［19］，一定程度上改变了后续沉积基底的强度，从而影响了开江—梁平海槽的扩张与变迁。这一阶段海槽经历了多期海侵海退旋回，以继承性发育为主，表现出被动大陆边缘在拉张构造应力作用下持续沉降的特征。海槽内部沉积了较为均一化的深水相，周缘发育海平面升降控制的多期礁滩沉积，受岩浆活动控制，海槽末端发生了沉积基底熔融减薄、重力沉降，海槽内外地貌差异进一步加剧。

古地貌差异为后期礁滩生长组合分布模式奠定了基础，而礁滩生长形态的差异又持续影响着台缘的地貌分异，形成了不同礁滩组合和台缘带叠置关系，海槽发生不对称扩张：海槽西侧地貌较陡，多期礁滩加积叠置；海槽东侧地貌相对较缓，表现出由海槽相区向台地相区超覆沉积的特征，在平面上可识别出多期海槽边界（见图1a）；海槽南侧地貌宽缓，玄武岩喷发时上涌的热液为生物礁的生长提供了 “营养”，在后续整体沉降下，生物礁随着水体加深停止生长，因此，海槽末端以小规模生物礁群发育为特点。与第1 阶段滩体横向迁移的空间变化模式不同，这一阶段以纵向加积为主（见图6b）。

3.3 早三叠世海槽充填消亡期

早三叠世，海槽开始充填闭合，在飞仙关中期可见其展布范围显著缩小，直至海槽充填闭合。这一阶段，峨眉地裂运动结束，基底断裂活动减弱或停止。大规模海退背景下，飞仙关早期镶边台地持续演化，飞仙关晚期在海槽内部表现为显著的补偿性增厚，发育大量前积鲕滩体，海槽内外沉积速率差异随着海平面下降而变小，直到顶部均一化为蒸发潮坪环境，海槽基本填平消亡（见图6a）。

综上所述，四川盆地在茅口期—飞仙关期经历了勉略洋被动大陆边缘伸展拉张、峨眉地裂运动、峨眉地幔柱隆升等一系列重大地质事件，为该时期盆地基底断裂活动提供了动力机制。除此之外，受玄武岩喷发事件影响，盆地沉积基底结构与强度发生改变，海槽末端基底熔融减薄、重力沉降，从而影响了海槽的扩张与形态差异。该时期四川盆地发生多期海侵海退，受海平面升降控制的碳酸盐岩礁滩沉积与陡缓不一的古地貌耦合，在海槽周缘沉积了不同组合模式的多期台缘带，不同的礁滩组合模式又进一步加剧了台地边缘地貌分异，控制了海槽的发育和分布。

4 油气地质意义

四川盆地勘探实践表明，开江—梁平海槽内优质烃源岩的发育、海槽周缘多期台缘滩形成的优质储层及良好的源储配置关系使环开江—梁平海槽周缘成为四川盆地内油气分布最富集的区域之一，纵向上发育多套优质产层，立体勘探潜力巨大。

海槽边缘斜坡带上长兴组—飞仙关组多种礁滩组合模式形成了优质的储层，一直以来都是四川盆地油气勘探的重点聚焦领域［20-28］，已发现黄龙场、普光、渡口河、罗家寨等大中型气藏。从开江—梁平海槽构造沉积演化阶段来看，海槽周缘茅口组顶部、吴家坪组也具备发育优质储层的条件。YB7 井茅三段测试获百万立方米高产工业气流，LG70 井、ST12 井等也均钻遇该套有利储层，储层晶间溶孔、粒间溶孔发育，孔隙度最高可达8%；LX1 井、ST12 井、HL1 井等实钻井证实了吴家坪组储层稳定发育，平均孔隙度4%左右，是油气勘探的又一有利目标（见图7）。海槽周缘纵向上多套储层发育，分布特点有所不同，其中：茅口组为缓坡模式向槽台模式过渡，以横向迁移为主，储层薄、分布广、非均质性较强；吴家坪组的勘探有利区位于台地边缘相带，储层发育较集中；长兴组为镶边台地，台缘生物礁发育，以纵向加积为主，储层呈厚层块状；飞仙关组发育继承性镶边台地，鲕滩体发育，储层较厚，分布集中。

图7 开江—梁平海槽周缘多套储层发育模式Fig.7 Development model of multiple sets of reservoirs around the Kaijiang-Liangping Trough

海槽内部优质烃源岩在空间上位于台地边缘及台内储层的侧面、底部、顶部，有利于形成旁生侧储、下生上储、上生下储等多种高效成藏组合。伴随着区域性的拉张作用，海槽两侧形成优质的输导系统，开江—梁平海槽部分区域与德阳—安岳裂陷重叠，烃源断裂可从寒武系断穿至二叠系，易于烃储沟通。区域上发育下三叠统嘉陵江组、中三叠统雷口坡组膏盐作为区域性盖层，保存条件好。

开江—梁平海槽是十分重要的控藏地质单元，厘清其演化阶段及各阶段构造沉积特征是该区块多层系高效立体勘探的关键，特别是茅口组、吴家坪组处于勘探初期，值得进一步深入探究。同时，由于邻近的蓬溪—武胜台凹具有相似的构造沉积背景，因此，对促进新的地质单元获得油气新发现具有重要指导意义。

5 结论

1）开江—梁平海槽在四川盆地北部呈北西—南东向发育，向西北开口且逐渐加深，往东南收敛且变缓变窄，内部可识别出3 套典型的深水沉积，分别为茅口组孤峰段、大隆组和飞仙关组底部深水沉积，海槽至周缘台地相区发育完整的深水—浅水沉积相序组合。

2）开江—梁平海槽发育始于中二叠世晚期，持续发育于晚二叠世，在长兴期达到高峰，延续至早三叠世逐渐消亡，表现出多阶段继承性演化的特征。构造-沉积演化可分为3 期，即中二叠世海槽雏形萌芽期、晚二叠世海槽发育高峰期、早三叠世海槽充填消亡期。

3）雏形萌芽期和发育高峰期的构造动力和沉积机制存在差异，萌芽期的主要动力为俯冲大洋板片拖拽，峨眉地幔柱隆升形成缓坡背景下隆凹相间的古地貌，滩体横向迁移；高峰期的主要动力为玄武岩喷发、基底断裂加剧、岩浆活动控制地壳熔融减薄发生重力沉降，生物礁垂向生长快速建造形成镶边台地，与萌芽期横向迁移的空间变化模式不同，高峰期以纵向加积为主。

4）环开江—梁平海槽周缘是海相碳酸盐岩大中型气田分布的主要区带之一，海槽纵向多产层发育，勘探开发潜力巨大。茅口组、吴家坪组是继长兴组、飞仙关组礁滩气藏后，下一步值得关注的重点层系。其中：茅口组为碳酸盐岩缓坡，滩相储层横向迁移，分布广、非均质性较强、储层较薄，是多层系立体勘探的重要层系；长兴组、飞仙关组为典型镶边台地，以台缘带滩相储层纵向加积为主，储层较厚且集中分布，是集中勘探的重要层系。