四川盆地南部中下寒武統(tǒng)石膏巖的發(fā)現(xiàn)與油氣勘探

彭勇民 張榮強 陳 霞 張殿偉 高 波

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

膏鹽巖與鹽構(gòu)造作為油氣藏的高效保存條件一直以來都是石油地質(zhì)學家關(guān)注的熱點。

四川盆地南部新發(fā)現(xiàn)的雷波縣火草坪與沙坪子、甘洛縣黑馬的寒武系膏質(zhì)巖令人振奮，并且提供了一個在地表露頭可以同時觀察石膏巖與膏溶角礫巖的典型剖面（圖1）。近30年來，石膏巖與膏溶角礫巖密切共生在同一露頭點的報道未曾見到［1－15］。正因為如此，關(guān)于膏溶角礫巖真?zhèn)蔚臓幾h一直存在，有些被錯誤地當作膏溶角礫巖，但更常見的是許多真正的膏溶角礫巖卻被漏掉了。同樣的情況出現(xiàn)于四川盆地，例如盆地外部的黔中隆起寒武系地表露頭上可以見到多處膏溶角礫巖［4，5］，而石膏巖露頭僅零星發(fā)現(xiàn)且位于遠離黔中隆起的西側(cè)的雷波縣牛牛寨與抓抓巖、甘洛縣黑馬等地［8，11，12，14］（圖1）。相反，在覆蓋區(qū)的地下或盆地內(nèi)部，鉆井揭示地下發(fā)育很好的中下寒武統(tǒng)石膏巖［5－10］，但很難見到膏溶角礫巖。

石膏巖、膏溶角礫巖等膏質(zhì)巖類蓋層對油氣成藏與保存非常重要。四川盆地南部發(fā)育良好的寒武系與震旦系，像是開了一個一個的天窗（圖1），油氣保存條件隨之變差；發(fā)育的北北西向斷層切穿了這些地層，這意味著該地區(qū)的斷層通天，保存條件很差。越過邊界向盆地內(nèi)部覆蓋區(qū)，寒武系被深埋且斷層少，保存條件相對變好，但地下膏質(zhì)巖的分布卻不清楚。為此，本文通過地表露頭石膏巖特征與沉積相的詳細研究，以預測盆地內(nèi)部覆蓋區(qū)的優(yōu)質(zhì)膏質(zhì)巖蓋層的分布，為油氣勘探提供科學依據(jù)。

圖1 四川盆地南部寒武系石膏露頭位置Fig.1 Locations of gypsolith outcrops of Cambrian in the south of Sichuan Basin

1 雷波縣火草坪石膏露頭特征與膏溶角礫巖

2009年7月在四川盆地南部尋找石膏蓋層與實測剖面時，新發(fā)現(xiàn)2個寒武系石膏露頭剖面及膏溶角礫巖帶，并且在地表的石膏露頭處膏溶角礫巖與石膏巖密切共生在一起。其中，沙坪子西王廟組（C－2x）石膏巖厚18.5m（2套7層）、火草坪龍王廟組（C－1l）厚18.5m（1套6層，含1層2.0m的膏溶角礫巖，圖1）；此外，在黑馬露頭也發(fā)育厚18.5m（5層）的石膏巖與膏溶角礫巖：它們均是優(yōu)質(zhì)的石膏蓋層。

雷波縣火草坪下寒武統(tǒng)龍王廟組石膏露頭主要發(fā)育石膏巖與膏溶角礫巖，膏巖類與泥晶白云巖共生，頂部為紅色泥覆蓋。該剖面巖石類型有紅色泥巖、灰白色泥晶白云巖、灰黃色含石膏的膏溶角礫巖、白色泥晶石膏巖、白色粉晶白云質(zhì)石膏巖、灰白色白云質(zhì)石膏巖、白色細晶石膏巖和灰色泥晶白云巖；最具特色的是塊狀構(gòu)造的細晶石膏巖、膏溶角礫巖與白云質(zhì)石膏巖。

其中，純石膏巖特征為：呈灰－灰白色，粉晶－中晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，主要成分是硬石膏，含少量石膏、不等量白云石、黏土礦物，偶見玉髓、天青石、黃鐵礦及有機質(zhì)（圖2－E，F(xiàn)）。

灰白色白云質(zhì)石膏巖，具厘米級韻律條帶構(gòu)造（圖2－A，D），是由石膏層（1～2cm）與泥晶白云巖層間互所致，但局部風化之后則可形成膏溶角礫巖。

灰黃色含石膏的膏溶角礫巖（圖2－C），是韻律條帶狀白云質(zhì)石膏巖經(jīng)過長期的淡水淋濾溶解3～5cm厚的石膏條帶所致。角礫呈棱角狀，大小5cm×6cm，最大可達10cm×30cm，角礫成分為泥晶白云巖，角礫無分選、無定向、無粒序；膠結(jié)物為泥質(zhì)與方解石，泥質(zhì)為石膏條帶溶解后的不溶物，滴酸起泡的方解石為去膏化后的產(chǎn)物。

圖2 四川雷波縣火草坪下寒武統(tǒng)龍王廟組石膏露頭與顯微照片F(xiàn)ig.2 Gypsolith outcrops and microphotos of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Leibo County，Sichuan

這類膏溶角礫巖在四川盆地西南部的樂山市范店、雷波縣抓抓巖及東南部的重慶市南川三匯場等實測地層剖面上均可見到（圖1），它們的形成與地表溶蝕有關(guān)，當易溶的膏鹽巖被溶蝕后，上覆巖層發(fā)生崩塌或風化即可形成膏溶角礫巖。在樂山范店剖面，從下而上可見6層灰黃色的膏溶角礫巖，厚度不等，薄者88cm，厚者達10.46m，膏溶角礫巖累計厚度為45.56m。在雷波抓抓巖剖面上也見8層膏溶角礫巖，呈灰黃－灰綠色，與紫色泥巖互層，薄者99cm，厚者達8.31m，累計厚度為51.66m；顯微鏡下可見到膏溶角礫巖中的方解石交代與片狀、板柱狀石膏假晶現(xiàn)象，證實了它們?yōu)轫嵚蓷l帶狀白云質(zhì)石膏巖經(jīng)過長期的淡水淋濾溶解所致（圖2－G）。此外，在重慶三匯場剖面上見4層膏溶角礫巖，呈灰黃色，夾在灰色泥晶白云巖中，累計厚度為35.56m。

根據(jù)火草坪石膏露頭的膏巖類的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分、產(chǎn)狀等特征以及區(qū)域巖相古地理分析成果，可將下寒武統(tǒng)龍王廟組沉積相定為淺水內(nèi)緩坡相。其中，紫紅色泥質(zhì)巖與透鏡狀、結(jié)核狀的泥晶含石膏質(zhì)白云巖為內(nèi)緩坡相潮上帶亞相或塞卜哈沉積，含石膏質(zhì)白云巖具泥晶結(jié)構(gòu)，呈透鏡狀、結(jié)核狀、角礫狀構(gòu)造，少量波狀構(gòu)造。而韻律條帶、波狀、角礫狀泥粉晶－細晶石膏質(zhì)巖石、共生的含泥質(zhì)云質(zhì)石膏巖與膏溶角礫巖為內(nèi)緩坡相潮間坪亞相；塊狀、韻律條帶狀細－粗晶純石膏巖與韻律條帶的含云含泥質(zhì)石膏巖為內(nèi)緩坡相鹽湖或潟湖亞相沉積。

2 雷波縣沙坪子石膏露頭剖面

沙坪子中寒武統(tǒng)西王廟組石膏露頭處的膏巖類與紅色泥、泥晶白云巖共生，頂部為紅色泥覆蓋；主要沉積在局限臺地相之中，發(fā)育少量的蒸發(fā)巖臺地（圖3）。

該剖面巖石類型有紫紅色泥巖、白色白云質(zhì)石膏巖、灰白色含石膏質(zhì)白云巖、具塊狀構(gòu)造的白色細晶石膏巖（圖4－A，B）和灰色泥晶白云巖、深灰色硅質(zhì)白云巖、灰白色球粒白云巖（圖3中的第6分層）。

圖3 雷波縣沙坪子中寒武統(tǒng)柱狀圖與石膏巖沉積環(huán)境Fig.3 Sedimentary environments of gypsolith and column map of Middle Cambrian in Shapingzi，Leibo County，Sichuan

其中，灰白色白云質(zhì)石膏巖，呈厚層狀，具韻律條帶構(gòu)造，厘米級韻律（圖4－C），由1～2cm厚的泥晶白云巖與2～3cm石膏條帶頻繁間互構(gòu)成韻律。石膏條帶為主，條帶平行且連續(xù)，泥晶白云巖條帶次之，故名。這種類型的白云質(zhì)石膏巖與深灰色硅質(zhì)白云巖或泥晶白云巖一起，產(chǎn)于局限臺地相潮間坪亞相之中。潟湖亞相以厚層的石膏巖與球粒白云巖為特色，連續(xù)的10m多厚的石膏巖屬于潟湖膏巖。在個別塊狀石膏巖中局部可見到灰色的泥晶白云巖透鏡體12cm×12cm；另外還發(fā)育潟湖灰白色球粒白云巖，其顆粒為黑色圓粒、似球?；蚣S粒。然而，剖面序列中的頂、底部紫紅色泥巖與泥晶白云巖或含石膏質(zhì)白云巖（圖4－D）出現(xiàn)在潮上帶的蒸發(fā)臺地相之中。

3 樂山市黑馬石膏露頭剖面

樂山黑馬中寒武統(tǒng)大鼻山組石膏露頭以前被第四系覆蓋，近幾年，當?shù)亻_采石膏礦時揭示了良好的剖面（圖5）。觀察表明此處的膏質(zhì)巖類也發(fā)育于蒸發(fā)臺地相、局限臺地相潮間坪亞相之中，位于潮上坪與潮間坪的過渡帶?？梢钥吹绞鄮r與膏溶角礫巖、膏巖類與紅色泥、泥晶白云巖共生，頂部為紅色泥覆蓋。該剖面巖石類型有暴露氧化的紫紅色泥巖、紅色含膏泥巖、中厚層狀灰白色泥晶白云巖、灰黃色膏溶角礫巖、厚1.3m的塊狀構(gòu)造白色粉晶石膏巖（圖5－C，人站立的最白色處）、白色含泥或含白云質(zhì)石膏巖、白色細晶石膏巖和灰色泥晶白云巖；最具特色的是白色塊狀構(gòu)造的粉晶石膏巖、紅色含膏泥巖、灰黃色含膏溶角礫巖與灰白色白云質(zhì)石膏巖。

圖4 雷波縣沙坪子中寒武統(tǒng)西王廟組石膏露頭照片F(xiàn)ig.4 Gypsolith outcrop photos of the Middle Cambrian Longwangmiao Formation in Shapingzi，Leibo County，Sichuan

圖5 甘洛縣黑馬中寒武統(tǒng)大鼻山組（－C2d）石膏露頭照片F(xiàn)ig.5 Gypsolith outcrop photos of the Middle Cambrian Dabishan Formation in Heima，Ganluo County，Sichuan

其中，白色含泥或含白云質(zhì)石膏巖特征為：厘米級厚的泥晶含泥白云巖與石膏巖呈韻律條帶構(gòu)造，但泥晶含泥白云巖條帶極?。?.1～0.3m）且多不連續(xù)，呈透鏡狀，由于石膏巖條帶寬，故名之；泥巖條帶呈灰綠色，未見紫紅色；局部風化后受長期淡水淋濾溶解形成灰黃色膏溶角礫巖（圖5－A和D中鉛筆的筆尖所指）。這套含泥或含白云質(zhì)石膏巖與1.3m厚的純石膏巖一起發(fā)育于局限臺地相潮間坪亞相。

此外，紫紅色膏溶角礫狀泥巖（圖5－C）特征為：角礫成分主要為紫紅色泥巖或泥礫，偶見灰色泥晶白云巖角礫，大小5cm×7cm，最大者10cm×30cm，膠結(jié)物為黏土與方解石，原巖恢復為韻律條帶（泥巖條帶2～5cm，石膏條帶3～6cm）泥質(zhì)石膏巖（圖5－A，D）；紅色含膏泥巖，紫紅色泥巖（10～23cm）與中層白色石膏層（3～8cm）互層，該層常風化為紫紅色膏溶角礫狀泥巖，角礫成分為紫紅色泥巖：它們均發(fā)育于潮上帶或潮上坪的蒸發(fā)臺地相或塞卜哈。

與此同時，在實測剖面時又發(fā)現(xiàn)了4處中下寒武統(tǒng)較厚的膏溶角礫巖，這些在20世紀70年代被前人當作普通的灰黃色含泥晶白云巖。其中，抓抓巖剖面30余米13層C－2x膏溶角礫巖、長坪剖面4層17.5m的C－2x膏溶角礫巖、范店剖面20余米4層C－2d膏溶角礫巖（圖1）、三匯場剖面石冷水組（C－2s）4層35m的膏溶角礫巖。在4條寒武系剖面上，抓抓巖剖面、長坪剖面的膏溶角礫巖均與紅色泥巖呈間互產(chǎn)出；而范店剖面、三匯場剖面都為泥晶白云巖與膏溶角礫巖共生在一起。與石膏露頭所看到的石膏巖與膏溶角礫巖共生明顯不同，這主要是因為長期裸露的較新鮮剖面上所見的石膏巖層均已被大氣淡水溶解所造成的。

綜合上述，石膏露頭上共生的膏巖與膏溶角礫巖具有良好的對比性，同樣，它們與實測剖面發(fā)現(xiàn)的膏溶角礫巖與窩深1井等鉆井揭示的地下膏巖具有很好的可比性。圖6展示了近南北向的樂山范店與宮深1井對比剖面，圖中顯示鉆井中的膏巖或?qū)崪y剖面上的膏溶角礫巖在縱向上具多層疊加、累計厚度大，側(cè)向上膏巖連通性較好的特點。

較好的側(cè)向上膏巖連通性更說明了一個事實：根據(jù)前面的描述，在原始的沉積時期，露頭實測剖面上的膏溶角礫巖應(yīng)是條帶狀白云質(zhì)石膏巖。

然而，由于通天斷層切穿作用，垂向上膏巖被錯開100m以上，構(gòu)成了油氣通道，有可能導致膏巖垂向上的封堵失效。

圖6 川西南地區(qū)范店與窩深1井膏巖類對比圖Fig.6 Comparison of gypsoliths with the dissolved gypseous breccia from Fandian section to Well Woshen 1in the westsouth of Sichuan

4 膏巖的油氣勘探意義

當今世界上的大油氣田大多與膏鹽層有關(guān)［16］，膏鹽地層引起了廣泛的關(guān)注［17，18］。據(jù)統(tǒng)計（資料來自C ＆C公司，2000），全球不到8%的以鹽巖蓋層為主的區(qū)帶擁有世界55%的石油探明儲量［19］；Klemme（1991）統(tǒng)計表明世界上334個大油氣田的蓋層為鹽巖、石膏的占到了33%［20］。四川盆地海相層系大氣田，如普光大氣田與膏鹽巖有非常密切的關(guān)系［21］。這些都說明，膏鹽巖蓋層是大油氣田得以保存的關(guān)鍵。

膏鹽巖作為高效優(yōu)質(zhì)蓋層及其封蓋對大型氣藏的成藏起到?jīng)Q定性作用。之所以具有非常高的封蓋或封閉性能，主要是因為其礦物組成和排列決定了它具有極低的孔隙度、滲透率和很強的塑性及流動性；而且這些性能幾乎不受成巖演化的影響，致使它在受到極為強烈的構(gòu)造擠壓后，仍然具有高的油氣封閉能力。勘探實踐表明，在四川盆地，氣田明顯受膏鹽巖厚度、巖性與分布范圍控制。

事實上，在寒武系鹽下勘探領(lǐng)域中，威遠氣田的成功勘探與突破就是典型的例子。威遠氣田發(fā)育3套儲層，其中，寒武系鹽下2套即震旦系燈影組、下寒武統(tǒng)龍王廟組，鹽上1套即中上寒武統(tǒng)洗象池群。1964年上震旦統(tǒng)燈影組發(fā)現(xiàn)了鹽下大氣田；2004年以后，威遠構(gòu)造的老井上試回采，又新發(fā)現(xiàn)了鹽上的洗象池群氣藏群；2005年威寒1井在下寒武統(tǒng)遇仙寺組產(chǎn)氣12.303×104m3／d，開辟了另一個鹽下新層系。從威遠氣田典型解剖來看，約10m厚的膏巖蓋層即可有效封住氣藏。

毋庸置疑的是，通過火草坪與沙坪子這2個中下寒武統(tǒng)的石膏露頭點（圖2與圖3）與4條實測剖面的確認，證明了川西南地區(qū)地表露頭上自北向南從黑馬（圖4）至火草坪一線連片分布長60～70km的石膏優(yōu)質(zhì)蓋層帶，構(gòu)成了一個近北北西向展布的局限臺地相中的潮間坪微相石膏帶。相信跨過盆地邊界線（圖1）往四川盆地內(nèi)部，即馬邊至綏江具有更好的潟湖微相厚層石膏巖，從而改變了以往該區(qū)膏鹽巖欠發(fā)育的看法。這是優(yōu)質(zhì)的石膏蓋層帶，對油氣勘探具有重要意義。

值得說明的是，在膏溶角礫巖的發(fā)現(xiàn)之前，4條實測剖面上的膏溶角礫巖自1972年以來長期被當作灰黃色含泥條帶狀泥晶白云巖。認識上的不一樣其勘探意義則大不同。

更廣泛地講，在四川盆地的侏羅系覆蓋區(qū)（圖1），自西向東沿老龍1井、宮深1井、寧1井、林1井至丁山1井，均存在中下寒武統(tǒng)不同類型的膏質(zhì)巖類，這一向南突出的弧形帶分布著連片的中下寒武統(tǒng)石膏蓋層。據(jù)統(tǒng)計，老龍1井膏巖類厚15.0m（7層），宮深1井厚44.5m（12層），寧1井厚94.0m（12層），丁山1井厚26.9m（10層），林1井厚99m（10層）。并且，這些地下所見的膏質(zhì)巖類蓋層對應(yīng)著四川盆地南部的地表露頭廣布的膏溶角礫巖（圖6）。

結(jié)合地下與地表，可以說，四川盆地南部形成了一條15～99m厚的100km長的弧形優(yōu)質(zhì)石膏蓋層帶，所以，鹽下領(lǐng)域的油氣勘探必然大有可為。

［1］何治亮，沃玉進，汪新偉，等.中上揚子構(gòu)造作用對海相油氣保存條件的控制［R］.北京：中國石化石油勘探開發(fā)研究院，2009.

［2］沃玉進，高波，周雁，等.南方海相深層－超深層典型氣藏解剖研究［R］.北京：中國石化石油勘探開發(fā)研究院，2009.

［3］周雁，李雙建，汪新偉，等.南方海相油氣成藏動態(tài)分析與保存條件研究［R］.北京：中國石化石油勘探開發(fā)研究院，2009.

［4］王津義，付孝悅，潘文蕾，等.黔西北地區(qū)下古生界蓋層條件研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2007，29（5）：477－482.

［5］田海芹，郭彤樓，胡東風，等.黔中隆起及其周緣地區(qū)海相下組合與油氣勘探前景［J］.古地理學報，2006，8（4）：509－518.

［6］周明輝，梁秋原.黔中隆起及其周緣地區(qū)“下組合”油氣地質(zhì)特征［J］.海相油氣地質(zhì)，2006，11（2）：11－24.

［7］冉隆輝，謝姚祥，戴彈申.四川盆地東南部寒武系含氣前景新認識［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（5）：5－9.

［8］陳洪德.中國南方海相震旦系－中三疊統(tǒng)構(gòu)造－層序巖相古地理研究及編圖［R］.成都：成都理工大學檔案館，2002.

［9］馮增昭，彭勇民，金振奎，等.中國寒武世和奧陶紀巖相古地理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：1－260.

［10］馮增昭，彭勇民，金振奎，等.中國中寒武世巖相古地理［J］.古地理學報，2002，4（2）：1－12.

［11］楊勤生.滇東北油氣鹽礦產(chǎn)資源成礦條件與找礦前景［J］.云南地質(zhì)，2009，28（1）：1－7.

［12］四川地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測量隊.雷波幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（1∶20萬）［R］.成都：四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，1972.

［13］劉家軍，柳振江，楊艷，等.鹽類在金屬、非金屬成礦過程中的作用［J］.地質(zhì)找礦論叢，2007，22（3）：161－171.

［14］四川地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測量隊6分隊.滎經(jīng)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（1∶20萬）［R］.成都：四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，1974.

［15］四川地質(zhì)局第107區(qū)域地質(zhì)測量隊.南川幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（1∶20萬）［R］.成都：四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，1977.

［16］Moody J D.Distribution and geological characteristics of giant oil fields［C］／／Petroleum and Global Tectonics.Princeton Univ Press，1975：307－320.

［17］Halbouty M T.Giant oil and gas fields of the decade 1990－1999［C］／／ AAPG Memoir 78.Tulsa：AAPG，2003：1－340.

［18］Jackson M P A.Retrospective salt tectonics［J］.AAPG Memoir，1995，65：1－28.

［19］金之鈞，蔡立國.中國海相油氣勘探前景、主要問題與對策［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（6）：722－728.

［20］Klemme H D，Ulmishek G F.Effective petroleum source rocks of the world：stratigraphic distribution and controlling depositional factors［J］.AAPG Bulletin，1991，75（12）：1809－1851.

［21］馬永生.四川盆地普光超大型氣田的形成機制［J］.石油學報，2007，28（2）：9－14.