四川復(fù)合型前陸盆地單井埋藏史分析

羅壽兵 楊光 曾慶 于佳男 宋明瑋

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.成都理工大學(xué)

四川復(fù)合型前陸盆地單井埋藏史分析

羅壽兵1楊光1曾慶1于佳男2宋明瑋1

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.成都理工大學(xué)

地層埋藏史研究是分析地?zé)崾?、生烴史、排烴史和油氣運(yùn)聚史的基礎(chǔ)，是盆地構(gòu)造分析的有效方法。通過對四川復(fù)合型前陸盆地地層接觸關(guān)系、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次、鉆井取得的地層厚度和巖性資料的分析，利用地層分段回剝技術(shù)，編制了33口探井單井埋藏史圖件。研究結(jié)果表明：①埋藏史曲線可劃分出5種沉降類型，不同類型沉降曲線代表了不同的地質(zhì)意義；②前陸盆地靠造山帶一側(cè)的沉降較靠穩(wěn)定陸塊一側(cè)的沉降大，但也有例外；③從沉降量來看，自晚三疊世以來，川西中部都江堰附近的沉降量達(dá)9 500 m，川北通江附近則為7 200 m，分析認(rèn)為這是造山帶載荷與沉積載荷不同所致；④四川復(fù)合型前陸盆地的沉降機(jī)制應(yīng)是撓曲負(fù)載。

四川盆地 復(fù)合型前陸盆地 埋藏史 地層 剝蝕厚度 去壓實(shí)校正 沉降量 撓曲負(fù)載

四川前陸盆地位于揚(yáng)子板塊西北緣，包括川西前陸盆地和大巴山前陸盆地，其西鄰龍門山推覆造山帶，北抵米倉山、大巴山造山帶，東至華鎣山斷裂，南達(dá)峨眉—宜賓一線，自晚三疊世以來，沉積了巨厚的中、新生代地層。楊光、曾慶［1］等認(rèn)為四川前陸盆地是一個(gè)受多造山帶控制的由多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的復(fù)合型前陸盆地，簡稱四川復(fù)合型前陸盆地，發(fā)育有彭灌凹陷、梓潼凹陷和通江凹陷等3個(gè)沉積凹陷。筆者在這一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對33口探井的鉆井資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，利用地層分段回剝技術(shù)進(jìn)行單井埋藏史分析，為深入分析四川復(fù)合型前陸盆地提供了研究資料。

1 埋藏史、沉降史分析難點(diǎn)與措施

埋藏史是指盆地的某一沉積單元或一系列單元（層序或地層）自沉積開始至現(xiàn)今或某一地質(zhì)時(shí)期的埋藏深度變化情況，其中包括沉積間斷、剝蝕和斷層等地質(zhì)事件［2］。在盆地的充填演化過程中，正是由于基底的沉降才使盆地得以形成和發(fā)展，基底沉降分析已成為大陸邊緣和板內(nèi)張性盆地成因研究的重要途徑之一。實(shí)際上，基底沉降由構(gòu)造沉降和負(fù)載沉降兩部分構(gòu)成，從基底沉降中剔除負(fù)載沉降即為構(gòu)造沉降?？偟膩碚f，引起擠壓沉積盆地沉降的主要機(jī)制有局部均衡（Isostasy，或叫Airy均衡）和撓曲均衡（Flexure）兩種模式。

通常地層埋藏史的恢復(fù)要進(jìn)行地層剝蝕厚度恢復(fù)、地層厚度恢復(fù)和古水深校正等工作，具體涉及壓實(shí)作用與孔隙度變化規(guī)律、地層壓實(shí)系數(shù)及地表孔隙度、地層剝蝕厚度恢復(fù)方法、地層壓力等一系列問題。

1.1 壓實(shí)作用與孔隙度變化規(guī)律

沉積物沉積后，在上覆沉積物和水體的靜水壓力使沉積物排除水分、縮小體積，降低孔隙度，并伴有結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或新生礦物的形成，最后固結(jié)成巖。一個(gè)普遍規(guī)律是：隨著埋藏加深，沉積物特別是碎屑沉積物的孔隙度隨之變小。研究孔隙度與深度之間的關(guān)系，是恢復(fù)埋藏史的前提。在這方面，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作，認(rèn)為正常壓力情況下孔隙度與深度之間存在以下指數(shù)關(guān)系：

式中φ為深度Z處的孔隙度；φ0為地表孔隙度；c為壓實(shí)系數(shù)，m－1；z為深度，m。

以上經(jīng)驗(yàn)公式是埋藏史恢復(fù)的基礎(chǔ)，其中壓實(shí)系數(shù)和地表孔隙度與巖性有關(guān)［2］。不同巖性具有不同的壓實(shí)系數(shù)，本次研究的地層壓實(shí)系數(shù)及地表孔隙度取值參照表1。

表1 不同巖性的壓實(shí)系數(shù)與地表孔隙度表

1.2 剝蝕厚度恢復(fù)

地層層序中若含有假整合面（沉積間斷）或不整合面（抬升剝蝕），應(yīng)進(jìn)行沉積間斷恢復(fù)處理和剝蝕量恢復(fù)處理。剝蝕厚度是回剝技術(shù)中一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，也是通常較難準(zhǔn)確獲得的一個(gè)參數(shù)，是一項(xiàng)世界性難題，用不同的方法得出的結(jié)果往往也不一樣。目前地層剝蝕厚度恢復(fù)方法主要有地層橫剖面對比法、聲波時(shí)差法、鏡質(zhì)體反射率法、波動(dòng)分析法、利用剝蝕面上下地層的密度差求地層剝蝕厚度法、磷灰石裂變徑跡法、地震層速度法、沉積速率法等。

根據(jù)鉆井資料分析，四川復(fù)合型前陸盆地沉積蓋層內(nèi)存在3個(gè)區(qū)域性的不整合面，即印支早期位于中下三疊統(tǒng)與須家河組之間的假整合面、燕山中期位于上侏羅統(tǒng)與上覆地層的假整合面以及喜馬拉雅期的現(xiàn)今地表剝蝕面，相應(yīng)的存在3次較大的剝蝕事件。前人利用聲波時(shí)差法對燕山中期、喜馬拉雅期的剝蝕量進(jìn)行了恢復(fù)，剝蝕厚度見（圖1、2）。此外，印支晚期、燕山早期、燕山晚期等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在局部地區(qū)造成假整合或角度不整合，有短暫的沉積間斷或剝蝕，筆者采用區(qū)域?qū)Ρ确ü浪銊兾g量。

圖1 四川盆地燕山中幕地層剝蝕厚度等值線圖

圖2 四川盆地喜山二幕地層剝蝕厚度等值線圖

1.3 地層壓力

碎屑巖沉積物孔隙度與深度的經(jīng)驗(yàn)公式是基于正常壓實(shí)條件下的，同樣，應(yīng)用分段回剝技術(shù)進(jìn)行地層埋藏史分析，前提條件是地層屬于正常壓實(shí)。四川復(fù)合型前陸盆地在川西和川北都存在超壓，前人研究顯示，在川西北部過剩壓力（超壓的絕對值）最高，川中特別是深處地層的壓力系數(shù)（超壓的相對幅度）最高，而川西南部大部分地區(qū)的超壓幅度明顯小于前兩者［3－13］。地層欠壓實(shí)是造成地層異常高壓的原因之一，但具異常高壓的地層并不一定欠壓實(shí)，后者往往與烴類生成、后期構(gòu)造作用等有關(guān)。因此，可以把異常高壓分為兩類：一類與欠壓實(shí)直接有關(guān)；另一類與欠壓實(shí)不直接有關(guān)。根據(jù)李耀華等對四川復(fù)合型前陸盆地須家河組的研究，認(rèn)為其異常高壓的形成原因主要有4種：①壓實(shí)與排水的不平衡；②烴類生成作用；③水熱增壓作用；④構(gòu)造作用。屬于與欠壓實(shí)不直接有關(guān)的類型，可以利用“回剝”技術(shù)進(jìn)行去壓實(shí)校正。

1.4 地質(zhì)時(shí)代的標(biāo)定

回剝技術(shù)最終得到的結(jié)果是地層柱各時(shí)代地層的埋深與地質(zhì)年代的關(guān)系史。因此，地層劃分和各地層的時(shí)代標(biāo)定就顯得尤為重要，但遺憾的是通常缺乏精確詳盡的地質(zhì)年代數(shù)據(jù)，而且地層劃分也通常是基于巖性地層單元。在沒有可用的具體年代數(shù)據(jù)時(shí)，可將現(xiàn)今地層劃分與國際地質(zhì)年代表進(jìn)行對比，大致估計(jì)各地層的年代。

1.5 古水深校正

通常假定某一時(shí)代地層沉積時(shí)其全部充滿可容納空間，但實(shí)際上地層沉積時(shí)總是有一定的古水深，因此在進(jìn)行回剝時(shí)，應(yīng)進(jìn)行古水深校正，以獲得更準(zhǔn)確的地層底界深度。就四川復(fù)合型前陸盆地而言，須家河組及其以上地層總體上以河流—濱淺湖相為主，水體深度不大，因此本次研究忽略古水深校正。

2 沉降曲線類型及其地質(zhì)意義

2.1 曲線類型

通過上述原理與方法，選擇前陸盆地不同構(gòu)造區(qū)塊共計(jì)33口井，進(jìn)行單井埋藏史、沉降史分析，其沉降曲線共有5種類型（表2）。

表2 前陸盆地沉降曲線分類表

2.2 沉降曲線的地質(zhì)意義

不同形態(tài)類型的曲線，代表了盆地內(nèi)各地區(qū)不同的地質(zhì)歷史，也即各地區(qū)在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期其地質(zhì)作用是不同的。

2.2.1 Ⅰ型

這種類型的曲線以女基井為代表（圖3－a），共計(jì)8口井，主要分布在川中遂寧—廣安一線。說明該區(qū)在晚侏羅世前連續(xù)下沉，接受沉積；晚侏羅世末期燕山中幕運(yùn)動(dòng)使其隆升，地層被剝蝕，而后缺失白堊系及新生代沉積。晚侏羅世，宣漢附近沉降幅度最大。

2.2.2 Ⅱ型

這種類型的曲線以界牌1井為代表（圖3－b），共計(jì)14口井，主要分布在通江—儀隴—三臺(tái)—簡陽—資中一帶。說明該區(qū)在晚侏羅世末期曾有過隆起作用，地層遭受廣泛剝蝕，抬升作用在北東方向最強(qiáng)，剝蝕厚度最大有3 000余米（帽兒1井、川27井）；早白堊世，又開始下沉接受沉積，到古近紀(jì)末期由于喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而全面隆升遭受剝蝕。侏羅紀(jì)末，在平昌附近沉降幅度最大。

2.2.3 Ⅲ型

這種類型的曲線只有2口井，以隆豐1井為代表（圖3－c），主要分布在川西南部部灌縣—邛崍一線。說明該區(qū)自晚三疊世至古近紀(jì)末，隆升作用不明顯或者沒有過隆升歷史，一直處于連續(xù)下沉接受沉積；到古近紀(jì)末隆升遭受剝蝕。古近紀(jì)末，灌縣附近沉降幅度最大。

2.2.4 Ⅳ型

這種類型的曲線以關(guān)基井為代表（圖3－d），共計(jì)4口井，主要分布在川西北部綿陽—巴中一線。說明該區(qū)在晚三疊世中期由于安縣運(yùn)動(dòng)的影響而抬升，直到晚三疊世末，為沉積間斷，之后下沉連續(xù)接受沉積，到古近紀(jì)末隆升遭受剝蝕。古近紀(jì)末，綿陽西南附近沉降幅度最大。

2.2.5 Ⅴ型

圖3 界牌1井等5口井埋藏史曲線圖

這種類型的曲線以龍1井為代表（圖3－e），共計(jì)5口井，主要分布在川西北部安縣—梓潼—南江一線以西。說明該區(qū)在晚三疊世中期由于安縣運(yùn)動(dòng)的影響而抬升，直到晚三疊世末，為沉積間斷，之后下沉接受侏羅系沉積；到晚侏羅世末期燕山中幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)小幅隆起，地層遭受剝蝕，抬升作用在北東方向最強(qiáng)，剝蝕厚度最大為1 000 m（碥1井）；早白堊世，又開始下沉接受沉積，到古近紀(jì)末全面隆升遭受剝蝕。古近紀(jì)末，劍閣附近沉降幅度最大。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）四川復(fù)合型前陸盆地靠造山帶一側(cè)的沉降較靠穩(wěn)定陸塊一側(cè)的沉降大（如川西南部平落4井與油1井等），但有例外（如川西北部中46井與關(guān)基井，魚1井與思依1井，河1井與龍1井），分析其原因有：①川西北部地區(qū)受安縣運(yùn)動(dòng)影響曾強(qiáng)烈抬升；②關(guān)基井、思依1井、龍1井位于前陸盆地梓潼凹陷中心附近，燕山中幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升幅度不大，地層遭受剝蝕亦不明顯。

2）順前陸盆地走向?qū)Ρ?，川西中部都江堰附近的沉降量? 500 m（隆豐1井，圖4），川北通江附近逾7 200 m（界牌1井），川西南部邛崍附近逾6 500 m（平落4井），川西北部逾6 200 m（思依1井）。分析認(rèn)為可能是造山帶載荷與沉積載荷不同所致。一方面，龍門山推覆構(gòu)造帶北段以唐王寨向斜為主體，巖性為一套比重相對較輕的砂巖、泥巖、石灰?guī)r，而龍門山中段以彭灌雜巖體為主體，巖性為相對密度較大的中酸性火成巖，龍門山南段以寶興雜巖體為主體，川北為米倉山中酸性火成巖及大巴山推覆體為主，巖性與龍門山中段相似，這樣使得由重力負(fù)載引起的沉降量加大；另一方面，從最大殘留地層厚度看，川西南部約為4 600 m，川西中部約為6 000 m，川西北部約為4 400 m，川北約為4 700 m，各段的沉積負(fù)載也會(huì)引起沉降量的差異。

圖4 界牌1井等4口井沉降曲線圖

3）沉積曲線一般顯示為兩種基本類型：一種是由熱冷卻而引起的凹面向上的曲線；另一種是撓曲負(fù)載而引起的凸面向上的曲線。四川復(fù)合型前陸盆地的沉降曲線符合第二種，表明其沉降機(jī)制是撓曲負(fù)載。

4）埋藏史分析有它的不確定性，比如剝蝕厚度恢復(fù)、地質(zhì)時(shí)代標(biāo)定、去壓實(shí)校正以及各種參數(shù)的選取，采用的方法不同，結(jié)果也會(huì)有所差異。但不管用哪種方法，采用哪種參數(shù)，還是具有統(tǒng)一的趨勢性，能在一定程度上反映盆地的埋藏史、沉降史，為地質(zhì)研究人員進(jìn)行盆地分析時(shí)提供一種手段和工具。

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Burial history analysis of the Sichuan Foreland Basin based on single well data

Luo Shoubing1，Yang Guang1，Zeng Qing1，Yu Jianan2，Song Mingwei1
（1.Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Chengdu Univerity of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 3，pp.34－37，3／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The strata burial history is the basis of studies on geothermal history as well as the history of hydrocarbon generation，expulsion，migration，and accumulation.It is also an effective method of basin structural analysis.Based on the analysis of stratigraph－ic contacts，phases of tectonic activities，and thickness and lithology data from drilling in the Sichuan Foreland Basin，the stepwise stratigraphic back－stripping technique is used to map the strata burial history from the data of 33 exploratory wells.The following conclusions are drawn.The burial history curve can be divided into 5 subsidence curve types，each with unique geologic significance.The subsidence in the orogenic－belt－side is stronger than that in the stable－massif－side of the foreland basin.However，there is also an exception sometimes.Subsidence amplitude since the Late Triassic is 9500 m near Dujiangyan in the central West Sichuan Basin，while it is 7200 m near Tongjiang in North Sichuan Basin.This phenomenon is believed to be caused by the differences between orogenic belt load and sediment load.The subsidence mechanism of this foreland basin is flexural load.This study is of great significance to further investigation into the Sichuan Foreland Basin.

Sichuan Basin，composite foreland basin，burial history，stratigraphy，denuded thickness，decompaction correction，subsidence amplitude，flexural load

國家科技重大專項(xiàng)課題“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號(hào)：2008ZX05003－006）部分研究成果。

羅壽兵，1978年生，工程師；主要從事石油地質(zhì)勘探研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新區(qū)天府大道北段12號(hào)。電話：（028）86015521。E－mail：luoshoubing＠petrochina.com.cn

羅壽兵等.四川復(fù)合型前陸盆地單井埋藏史分析.天然氣工業(yè)，2012，32（3）：34－37.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.007

（修改回稿日期 2012－01－31 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.007

Luo Shoubing，engineer，born in 1978，is mainly engaged in research of petroleum exploration.

Add：No.12，North Sec.，Tianfu Avenue，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

Tel：＋86－28－8601 5521 E－mail：lushoubing＠petrochina.com.cn