四川盆地北部中二疊統(tǒng)茅口組碳酸鹽巖斜坡沉積及其油氣勘探意義

陳 軒，趙宗舉，高 陽，劉銀河，周 慧

（1長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室；2中國石油學會）（3中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院；4中國石油勘探開發(fā)研究院）

1 引 言

四川盆地北部的露頭和鉆井資料揭示中二疊統(tǒng)發(fā)育白云巖儲層。該地區(qū)在九龍山構(gòu)造和河灣場構(gòu)造（圖1）的勘探效果較為明顯，大部分鉆井未鉆遇有效儲層或出氣效果不好，其主要矛盾表現(xiàn)在沉積儲層發(fā)育規(guī)律認識不清。前人研究認為四川盆地主體為碳酸鹽臺地沉積，盆地北部發(fā)育南秦嶺洋盆，西部發(fā)育甘孜松潘海盆，但由于受資料和研究重點所限，學者們沒有深入闡述深水盆地與碳酸鹽巖臺地之間的沉積情況［1-3］。有學者提出盆地北部中二疊統(tǒng)茅口組發(fā)育的巖性普遍為“眼球狀灰?guī)r”，其成因是由沉積作用和成巖作用綜合所致，膠結(jié)物源于差異壓實作用和物質(zhì)的重新分配，沉積環(huán)境為較局限的或稍深水的臺地［3-5］。也有學者提出盆地北部露頭區(qū)或其他露頭區(qū)茅口組發(fā)育的巖性為礫屑灰?guī)r，而非“眼球狀灰?guī)r”，其沉積環(huán)境為較深水臺地或斜坡［6-9］。還有學者在對白云巖儲層的認識基礎(chǔ)上，提出盆地北部中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組白云巖儲層的形成與高能相帶密切相關(guān)［10-11］。總的看來，前人認識中存在的不明確性給油氣勘探帶來了不確定性。

筆者從四川盆地北部大量露頭資料分析入手，明確提出茅口組發(fā)育的主要巖性為礫屑灰?guī)r，沉積具有典型的斜坡相特征，并結(jié)合地震資料，提出斜坡相區(qū)以南發(fā)育高能沉積相帶。這一認識不僅提出了茅口組斜坡相典型的識別特征，而且也有助于認識該區(qū)中二疊世的構(gòu)造活動規(guī)律，這可為指導(dǎo)該區(qū)的油氣勘探提供有價值的參考。

2 斜坡相沉積特征

2.1 茅口組地層厘定

四川盆地北部的中二疊統(tǒng)底部為梁山組，巖性為黑色碳質(zhì)頁巖、粉砂巖及石英細砂巖,厚約2～5m，與下伏的志留系呈不整合接觸。梁山組之上，為棲霞組，巖性為灰色薄泥晶生物碎屑灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r與亮晶生物碎屑灰?guī)r，厚約50～70m。上覆的茅口組與棲霞組之間為連續(xù)沉積，巖性以灰色—深灰色礫屑灰?guī)r為主，夾少量灰色薄—中層生物碎屑泥晶灰?guī)r及泥晶灰?guī)r，累計厚度50～150m。該段地層見大量Mesogondolella aserrata、M.postserrata、 M.Nuchalin牙形石［12］。因此，通過中二疊統(tǒng)的露頭巖性結(jié)構(gòu)分析和牙形石鑒定，可以準確厘定茅口組。

圖1 四川盆地北部中二疊統(tǒng)茅口組沉積相分布與資料點分布圖

2.2 斜坡相存在的證據(jù)

四川盆地北部露頭區(qū)，茅口組最常見的巖性為礫屑灰?guī)r，在廣元白朝、旺蒼雙匯、旺蒼大兩、南江橋亭、城口廟壩和宣漢百里峽等剖面均有發(fā)育(圖1)，礫屑灰?guī)r的厚度分布不等，在廣元地區(qū)較厚（約150m），城口地區(qū)較薄（約50m）。礫屑的成分和直徑在不同地區(qū)表現(xiàn)出一定的差異性，距離南部臺地邊緣較近的露頭區(qū)，礫石以亮晶生物碎屑灰?guī)r為主，直徑變化范圍較大（5～100cm不等），如廣元白朝和旺蒼雙匯露頭區(qū)(圖2a、2b，圖3a)；其它地區(qū)礫石成分以灰色泥晶生物碎屑灰?guī)r為主，礫石大小相近（平均約20cm），如旺蒼大兩、南江橋亭、城口廟壩的露頭區(qū)等(圖2c—2f、圖3b、3c)。另外，本次研究在茅口組礫屑灰?guī)r地層中發(fā)現(xiàn)了準同生滑動變形構(gòu)造(圖2c，圖3b)，在深灰色薄層泥晶灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了鈣屑濁積巖(圖2g，圖3d），這進一步說明了斜坡相的存在。

2.3 沉積模式

根據(jù)不同沉積物的特征可初步判別斜坡的大致位置。一般地，上斜坡的沉積含較多來自臺地邊緣的顆粒灰?guī)r和造礁生物，其礫屑大小混雜(圖2a、2b，圖3a)；中斜坡沉積以分選較好的礫屑灰?guī)r為主(圖2c—2e），局部可見滑動變形構(gòu)造(圖2c，圖3b）；下斜坡沉積以深灰色薄層狀泥晶灰?guī)r與灰黑色硅質(zhì)巖不均勻互層夾薄層狀鈣屑濁積巖（泥晶砂屑灰?guī)r）為主(圖2g），局部可見斜坡坡度較大的上斜坡相沉積，其沉積物以礫屑棱角分明的礫屑灰?guī)r為主，礫屑主要來自臺地邊緣相的顆粒灰?guī)r(圖2h）。

在此基礎(chǔ)上，對過廣元地區(qū)九龍山構(gòu)造的二維地震剖面（圖4）進行分析可以看出：茅口組總體為楔形反射 （地層厚度由南向北逐漸增厚），南部連續(xù)性較好，地層較薄，解釋為開闊臺地相；中部（增厚區(qū)）連續(xù)性變差，解釋為臺地邊緣相；北部受斷裂活動影響，地震剖面品質(zhì)較差，結(jié)合露頭區(qū)礫屑灰?guī)r發(fā)育的位置，解釋為開闊臺地—斜坡相的相變區(qū)。此外，在綿竹天池露頭區(qū)發(fā)現(xiàn)茅口組發(fā)育厚層亮晶砂屑灰?guī)r，且大規(guī)模白云石化，解釋為臺地邊緣沉積(圖5a、5b)。龍4井茅口組巖性揭示為泥亮晶生物碎屑灰?guī)r（圖5c），且發(fā)生白云石化作用（圖5d），表明了高能相帶的存在。

綜合上述認識，可以初步厘定茅口組沉積相帶的平面展布（如圖1），并由此建立起四川盆地北部茅口組的沉積模式（圖6）。

圖2 四川盆地北部茅口組斜坡相巖石特征

圖3 四川盆地北部茅口組斜坡相巖性剖面圖

3 油氣勘探意義

（1）茅口期構(gòu)造活動較棲霞期強，可以造成沉積相帶的分異

四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組為開闊臺地沉積，這一特征不僅體現(xiàn)在廣大的盆地內(nèi)部，而且表現(xiàn)在四川盆地北部邊緣地區(qū)［1-3］。棲霞組臺地相之上，繼承發(fā)育了茅口組斜坡相沉積，兩組之間存在明顯的沉積相分異（圖2b、2e）。

從圖4和圖6也可以看出，兩組基底斷裂正好發(fā)育在斜坡相和臺地邊緣相的相變區(qū)，結(jié)合對峨眉地裂運動和南秦嶺被動陸緣盆地活動影響的認識［13］，可以解釋為中二疊世棲霞期構(gòu)造活動平靜，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，茅口期基底斷裂開始活動，沉積地層整體向北部的秦嶺洋沉降傾斜，最終導(dǎo)致盆地北部茅口組發(fā)生開闊臺地—臺地邊緣—斜坡的相帶分異。由此可以推及，茅口期構(gòu)造活動加強時，四川盆地并不是一塊“鐵板”，不僅是在北部，甚至在其他區(qū)域都有可能發(fā)生相帶的分異。這一觀點，對四川盆地茅口組構(gòu)造-巖相古地理的重建，乃至對有利高能相帶的預(yù)測都有重要意義。

圖4 四川盆地北部過九龍山構(gòu)造茅口組地震相解釋剖面

（2）白云石化的茅口組臺地邊緣相具有良好的勘探前景

在斜坡相得到確認的前提下，利用露頭、鉆井和地震資料，預(yù)測盆地北部茅口組斜坡相的南區(qū)應(yīng)該發(fā)育有高能的臺地邊緣相帶。通過分析，高能相帶主體可能發(fā)育在四川盆地內(nèi)部（非造山帶內(nèi)），這樣就為可能的油氣勘探提供了基礎(chǔ)。綿竹天池露頭剖面的茅口組發(fā)育大套亮晶砂屑白云巖，并見大規(guī)模的白云石化作用和豐富的瀝青充填（圖5a），為典型的高能相帶。另外，在龍4井中鉆遇茅口組泥亮晶生物碎屑灰?guī)r和白云巖儲層（圖5c、5d），且獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，這里也解釋為高能相帶。

在以上幾點證據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高能相有利于白云石化的規(guī)律［14-17］，筆者認為：白云石化的茅口組臺地邊緣相帶有著良好的勘探前景。

圖5 四川盆地北部茅口組臺地邊緣相巖石特征

圖6 四川盆地北部中二疊統(tǒng)茅口組沉積模式

4 結(jié)論及思考

四川盆地北部中二疊統(tǒng)茅口組普遍發(fā)育礫屑灰?guī)r，礫屑成分主要為由臺地邊緣滑塌而來的亮晶生物碎屑灰?guī)r和造礁生物，也見鈣屑濁積巖，發(fā)育準同生滑動變形構(gòu)造，是典型的斜坡相沉積環(huán)境。

建立了四川盆地北部茅口組的沉積模式，指出斜坡相的南區(qū)存在臺地邊緣高能相沉積。茅口組斜坡相的出現(xiàn)，反映了中二疊世茅口期構(gòu)造活動加強，可造成盆地北部和盆地其他區(qū)域發(fā)生沉積相分異。

雖然本次研究確定了茅口組斜坡相的特征和存在，并指出這對于指導(dǎo)構(gòu)造-古地理認識和油氣勘探的意義，但在斜坡相與臺地邊緣相的相變位置，以及臺地邊緣高能相垂向演化規(guī)律的研究方面還有待深入，另外，露頭資料尤其是能揭示臺地邊緣高能相的露頭資料還有待豐富。

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