四川盆地西北緣天井山古隆起的形成與演化

李國輝 楊 光 李 莉 李 楠 戴 鑫 陳雙玲 周紅飛 苑保國

中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

長期以來對四川盆地古生代古隆起的研究都以樂山—龍女寺古隆起為重點，對位于盆地西北緣的天井山古隆起的關(guān)注甚少。隨著油氣勘探的不斷深入，四川盆地在龍門山?jīng)_斷帶北段的油氣勘探已取得新的進展，發(fā)現(xiàn)了雙魚石二疊系氣藏。因此，有必要開展天井山古隆起的形成與演化研究，有助于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)龍門山?jīng)_斷帶北段油氣富集規(guī)律。

龍門山構(gòu)造帶是由西部汶川—茂汶大斷裂和東部安縣—灌縣大斷裂限定的逆沖推覆構(gòu)造帶，帶內(nèi)斷裂發(fā)育，比較顯著的映秀—北川斷裂位于中央。目前，關(guān)于龍門山向東推移的距離還沒有定論，一般認為縮短量應(yīng)為40%～60%[1-3]，推移距離因地而異，10～50 km。但對于盆地和板塊尺度，這種位移量不會顯著影響對古生代—中生代的構(gòu)造—沉積演化分析。

龍門山推覆構(gòu)造帶的中北段分布著一系列隆起，自彭灌雜巖體以北，在綿竹魚洞口、北川、江油水根頭、五花洞、天井山、礦山梁均見下古生界不整合面，顯示早古生代上述地區(qū)經(jīng)歷了不同程度的隆升與剝蝕。狹義的天井山古隆起位于四川盆地西緣北段，亦為龍門山構(gòu)造帶北段，地理位置在廣元碾子壩、礦山梁、天井山、江油五花洞、水根頭一帶，呈北東向展布。地面由4個小型隆起組成復(fù)合型隆起帶，核部出露下寒武統(tǒng)長江溝組和磨刀埡組*。古隆起地層缺失較多，古生界缺失寒武系中上統(tǒng)—志留系，三疊系及侏羅系也存在不同程度缺失（圖1）。顯示古隆起經(jīng)歷了多期活動。

1 區(qū)域背景

四川盆地西緣在晚三疊世前為揚子板塊與松潘—甘孜洋的接壤帶，晚三疊世以新，為龍門山?jīng)_斷帶，發(fā)育多條長期活動的深大斷裂，既控制沉積建造，也控制構(gòu)造單元。其中彭縣—灌縣斷裂是盆地西部邊緣與外圍構(gòu)造區(qū)的分界斷裂，具有長期活動性，對斷裂兩側(cè)的沉積建造控制明顯。

圖1 天井山地區(qū)地面地質(zhì)簡圖

早古生代斷裂西側(cè)上升，下古生界具有不同程度剝蝕，而東側(cè)下降，下古生界較齊全。晚古生代呈相反運動方式，西側(cè)下降東側(cè)上升，西側(cè)沉積了巨厚的泥盆系—石炭系，東側(cè)受上揚子整體抬升成陸，僅表現(xiàn)為大陸邊緣沉積，厚度小，層位不全。二疊紀—早中三疊世相對平靜，但沿斷裂帶分布下二疊統(tǒng)和中三疊統(tǒng)生屑灘、顆粒灘相沉積，說明斷裂帶對沉積作用仍有控制。

印支運動晚幕伴隨龍門山褶皺回返，斷裂活動加劇，西側(cè)形成褶皺山脈，與上覆侏羅系呈角度不整合接觸，東側(cè)褶皺弱，與上覆層呈假整合接觸。

印支期后，龍門山強烈上升并成為盆地物源區(qū)，斷裂東側(cè)相對下沉，形成中新生代拗陷，堆積了數(shù)千米厚的前陸盆地陸相碎屑巖。至喜山早期發(fā)展成為現(xiàn)今疊瓦式大型逆掩斷裂帶，構(gòu)成盆地西界。

2 古隆起及周邊地層展布

2.1 下古生界（C—S）

寒武系僅存下寒武統(tǒng)長江溝組（對比筇竹寺組）和磨刀埡組（對比滄浪鋪組），未見中、上寒武統(tǒng)。長江溝組可分2段，長一段為灰色、青灰色細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖；長二段為中厚層巖屑砂巖、頁巖互層，上部夾灰?guī)r透鏡體；磨刀埡組為厚層塊狀礫巖，偶夾巖屑砂巖透鏡體，礫石主要為燧石，次為石英砂巖，少許變質(zhì)巖及火成巖，物源來自北部摩天嶺古陸前震旦系。剝蝕程度南強北弱，自南向北，殘存層位漸新，南部（水根頭、五花洞、天井山）僅存長江溝組，北部（碾子壩、礦山梁）殘留長江溝組—磨刀埡組。

奧陶系、志留系在天井山及其以南地區(qū)缺失。碾子壩、礦山梁地區(qū)受古隆起影響，奧陶系、志留系厚度較小，層位不全，僅存上奧陶統(tǒng)—中志留統(tǒng)?？偤窦s150 m，巖性變化較大，“寶塔灰?guī)r”在隆起區(qū)砂質(zhì)含量增高，志留系厚度減小。向北厚度漸增，層位漸多（圖2）。

2.2 上古生界（D—P）

該區(qū)上古生界為淺水碳酸鹽巖沉積，但由于處于揚子古陸西北邊緣，受海平面變化影響，地層層位及沉積厚度變化大。

古隆起區(qū)下泥盆統(tǒng)平驛鋪組超覆在下寒武統(tǒng)—中志留統(tǒng)之上，上覆中泥盆統(tǒng)（金寶石組、觀霧山組），其間缺失甘溪組和養(yǎng)馬壩組，亦無上統(tǒng)分布。古隆起區(qū)向西，泥盆系層位較多（3統(tǒng)齊全），厚度也較大；向東進入盆地內(nèi)，僅見中統(tǒng)，雙魚石地區(qū)存金寶石組和觀霧山組。石炭系的變化特征與泥盆系相似，西部層位較全，厚度較大，東部變薄直至缺失。泥盆—石炭系在隆起區(qū)厚度只有180 m，往北至馬角壩—羅家壩一帶，石炭系厚達276 m，再北至仰天窩，泥盆系厚達5 900 m。

圖2 川西北地區(qū)下古生界野外剖面地層對比圖

二疊系在全區(qū)均有分布，巖性巖相與盆地內(nèi)均可對比，表明該區(qū)從屬上揚子臺地沉積環(huán)境。

2.3 中生界（T—J）

三疊系在該區(qū)普遍分布，厚度一般大于2 000 m，出露面積也較大，3統(tǒng)5組（下統(tǒng)飛仙關(guān)組、銅街子組、嘉陵江組，中統(tǒng)雷口坡組，上統(tǒng)須家河組）齊全。侏羅系主要分布在盆地內(nèi)，沖斷前緣帶僅零散分布。與下伏地層呈平行—高角度不整合接觸關(guān)系，超覆在寒武系—三疊系不同地層之上，與下伏地層界線呈平行—斜截關(guān)系。白堊系只分布在盆地內(nèi)，僅存下統(tǒng)。

3 古隆起的形成與演化

天井山古隆起由于處于揚子板塊與松潘—甘孜洋兩大構(gòu)造單元的結(jié)合部，受不同構(gòu)造單元演變歷程的差異性及邊界效應(yīng)的影響，構(gòu)造演化更具復(fù)雜性。從沉積、構(gòu)造特征看，受東部揚子板塊的影響更明顯一些。

3.1 形成期（C—S）

3.1.1 早期具水下隆起性質(zhì)

分布在礦山梁、天井山、水根頭等地的長江溝組和磨刀埡組的巖性巖相與其南、北相應(yīng)地層對比具有特殊性。長江溝組下部以灰綠色粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖夾灰?guī)r團塊，上部為灰綠—黃灰色、灰色巖屑砂巖與粉砂巖、頁巖互層夾海綠石砂巖及砂質(zhì)灰?guī)r。磨刀埡組以含礫中、粗粒石英砂巖為主，夾細砂巖及頁巖，斜層理發(fā)育，由下至上礫石增多，礫徑變大。從長江溝組到磨刀埡組表現(xiàn)出向上變粗的逆粒序，厚度大，為淺海至三角洲沉積產(chǎn)物。

在天井山北部的廣元朝天地區(qū)，南部北川地區(qū)、綿竹清平地區(qū)，西北部青川地區(qū)，與長江溝組相當(dāng)層位的地層稱“邱家河組”，巖性巖相與長江溝組完全不同，厚度較小，一般小于200 m，局部增厚。為含錳、炭、硅質(zhì)千枚巖，局部富磷，中部間夾碳酸鹽巖，為半深海沉積產(chǎn)物。東部不明。

天井山地區(qū)長江溝組的特殊性反映了在早寒武世早期該區(qū)可能表現(xiàn)為水下隆起性質(zhì)，大量陸源碎屑注入可能與北部摩天嶺古陸有關(guān)，但陸源輸入路徑不清。

3.1.2 經(jīng)歷了多期抬升隆起

從天井山古隆起及其北部地區(qū)均未見下寒武統(tǒng)中上部—上寒武統(tǒng)推測，可能在早寒武世晚期（龍王廟組沉積期）就已隆升成陸并遭受剝蝕，且持續(xù)至早奧陶世，在盆地西北緣形成向北東方向傾伏的隆起帶，隆起高部位僅殘留長江溝組，傾伏端殘留長江溝組和磨刀埡組。

中奧陶世大規(guī)模海侵使古隆起傾伏端淹沒接受沉積，古隆起對沉積有控制作用，自北東傾沒端向古隆起方向，奧陶系層位抬高，厚度減薄，如廣元譚家溝奧陶系見中統(tǒng)—上統(tǒng)（下統(tǒng)缺失），厚度263 m，向南西方向的廣元貓兒塘剖面僅存上統(tǒng)寶塔組，厚度僅25 m，再向南西缺失。古隆起南東傾沒端的北川—綿竹魚洞口一帶沉積上奧陶統(tǒng)。

奧陶紀末的都勻運動使古隆起2次抬升，下志留統(tǒng)自廣元三磊壩厚86 m，向南西方向的火石嶺減薄至38 m，再向南西的廣元貓兒塘缺失。中志留世沉積范圍較早志留世有所擴大，在貓兒塘剖面中志留統(tǒng)與下伏寶塔組不整合接觸。

志留紀末的廣西運動使天井山古隆起3次抬升，普遍缺失上志留統(tǒng)。至此，天井山古隆起定型（圖3），并與樂山—龍女寺古隆起連為一體，成為加里東期四川巨型古隆起的北分支。

圖3 天井山地區(qū)泥盆紀前古地質(zhì)圖

3.1.3 成因機制

圖4 前泥盆紀天井山古隆起形成演化示意圖

天井山地區(qū)位于震旦紀—寒武紀“德陽—安岳克拉通裂陷槽”內(nèi)[4]。那么該區(qū)如何從震旦—早寒武世早期的裂陷區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樵绾涫劳砥诼∑饏^(qū)？實現(xiàn)這一構(gòu)造反轉(zhuǎn)的力學(xué)機制是什么？

“德陽—安岳裂陷槽”的形成與演化可分為4個階段：初始發(fā)育期（麥地坪組沉積期）、壯年期（筇竹寺組沉積期）、萎縮期（滄浪鋪組沉積期）、消亡期（龍王廟組沉積期）[5]。即裂陷槽在早寒武世就完成了發(fā)育、發(fā)展到消亡的全過程，中—晚寒武世該區(qū)進入揚子準地臺的淺水臺地沉積階段。

郁南運動對揚子板塊的影響通常認為揚子板塊與東南側(cè)華夏、云開等地塊擠壓由南向北逐步傳導(dǎo)，板塊內(nèi)部主要受遠程效應(yīng)控制。

早期觀點認為郁南運動在靠近江南隆起帶的貴州地區(qū)表現(xiàn)較明顯，四川盆地僅在漢南地區(qū)有表現(xiàn)，該區(qū)下奧陶統(tǒng)超覆在中寒武統(tǒng)之上。目前來看，天井山地區(qū)的活動強烈程度要高于漢南地區(qū)，表現(xiàn)為：①天井山地區(qū)剝蝕最強烈地區(qū)僅殘存下寒武統(tǒng)長江溝組長二段，磨刀埡組—上寒武統(tǒng)均被剝蝕；②隆起最高部位缺失奧陶系和志留系，泥盆系超覆在長江溝組二段之上，向北至礦山梁地區(qū)為上奧陶統(tǒng)寶塔組超覆在磨刀埡組之上，表明在隆起核部在奧陶紀甚至志留紀為古陸，未接受沉積。北東傾伏端接受晚奧陶世—志留紀沉積，厚度也逐漸增大。奧陶系和志留系的沉積尖滅線界于礦山梁和天井山之間。

奧陶紀末的構(gòu)造運動使天井山古隆起再次抬升，其動力亦來自揚子板塊南部[6]。即滇桂—北越地塊由南向北擠壓和南東方向華南陸塊與揚子板塊之間的陸內(nèi)擠壓雙重影響。

實際上，早古生代在上揚子板塊邊緣分布一系列的古隆起或古陸，形成板緣隆起，自南向北有牛首山、滇中、康滇、瀘定、天井山、漢南古陸和古隆起，大巴山前緣也存在由多個小型隆起組成的復(fù)合隆起帶（翟光明等，2002）[7]。這些隆起/古陸形成的動力機制表現(xiàn)為：揚子板塊東南緣、南緣與相鄰板塊之間構(gòu)造擠壓，產(chǎn)生水平應(yīng)力，揚子板塊西、北緣受遠程效應(yīng)控制，應(yīng)力強度大大降低；同時，分布在板塊西、北緣的康滇雜巖體、彭灌雜巖體、漢南雜巖體等剛性基底對地殼的位移與變形產(chǎn)生阻擋，這種阻擋導(dǎo)致構(gòu)造應(yīng)力由水平方向轉(zhuǎn)為垂直方向，進而產(chǎn)生隆起帶。因此，揚子板塊東南側(cè)、南側(cè)的擠壓作用和板塊西、北邊緣隆起群的形成具有同步響應(yīng)。

3.2 平靜期（D—T2）

廣西運動導(dǎo)致古揚子板塊與古華夏板塊拼合形成華南板塊[8]。泥盆—石炭紀揚子地區(qū)為巨型古陸（揚子古陸），大范圍未接受沉積，古陸西部的松潘甘孜地區(qū)以沉降為主，沉積巨厚的泥盆系、石炭系。天井山地區(qū)界于古陸邊緣帶與洋盆的轉(zhuǎn)折部位，受海平面升降變化，接受部分沉積，因而沉積厚度變化快，地層層位多不全，整體屬大陸邊緣淺水沉積環(huán)境，發(fā)育生物灘、生物礁等高能相。向西，相帶側(cè)變快、厚度劇增；向東，進入古陸，沉積尖滅。二疊—三疊紀，受揚子海域海侵影響，該區(qū)表現(xiàn)為臺緣帶沉積，反映天井山古隆起相對平靜。

3.3 復(fù)活期（T3以新）

三疊紀始，東南沿海褶皺隆升，并逐漸向內(nèi)地擴大，江南隆起也再次隆升出水面，瀘州—開江地區(qū)具水下隆起雛形，構(gòu)成華南板塊內(nèi)3個北東向正向隆起帶，古地貌南東高北西低。

中三疊世末印支早幕，松潘—甘孜—秦嶺洋關(guān)閉，羌塘板塊、華南板塊與歐亞板塊對接，羌塘板塊向華南板塊施加的構(gòu)造應(yīng)力強化了華南板塊內(nèi)構(gòu)造格局，瀘州—開江古隆起由同沉積隆起變?yōu)閯兾g隆起，四川盆地內(nèi)大部分地區(qū)遭受剝蝕，僅天井山地區(qū)未露出水面，沉積天井山組。

印支晚期，板塊活動加強，受龍門山構(gòu)造帶推覆作用影響，天井山古隆起再次活動，整體上升剝蝕。下侏羅統(tǒng)白田壩組與下伏地層（下寒武統(tǒng)—上三疊統(tǒng)）不整合接觸。在不同地區(qū)，不整合接觸關(guān)系不同，廣元上寺以東，至寶輪院、須家河等地，白田壩組與上三疊統(tǒng)須家河組表現(xiàn)為平行不整合接觸，反映下部地層的構(gòu)造形變程度弱；上寺以西，經(jīng)江油竹園壩至馬角壩一帶，為微角度不整合接觸；上述地區(qū)以北，白田壩組與下伏三疊系及更老地層為高角度不整合。趨勢上，隨著剝蝕程度加劇，接觸關(guān)系由平行不整合變?yōu)楦呓嵌炔徽稀?/p>

由此，印支晚期—燕山期，因龍門山構(gòu)造帶推覆作用，帶動天井山地區(qū)抬升剝蝕，在龍門山前形成拗陷，充填了侏羅系、白堊系陸相碎屑巖沉積，總厚度可達 6 000 m。

天井山古隆起的2次較強活動（形成期和復(fù)活期）的內(nèi)動力是不同的。在早古生代，動力來自東南側(cè)、南側(cè)擠壓，并傳導(dǎo)至板塊西、北緣，由于受剛性基底阻擋，應(yīng)力方向發(fā)生改變；印支期，則是由西部松潘—甘孜洋關(guān)閉帶動天井山地區(qū)隆升剝蝕。

4 對油氣運聚的影響

古隆起對油氣運移聚集的控制作用已得到多數(shù)學(xué)者的認同[9-10]?？碧阶C實，川中古隆起具有多層系油氣成藏特征，發(fā)現(xiàn)了一批大中型海相和陸相氣藏，是四川盆地重要的勘探領(lǐng)域。

首先，盡管天井山古隆起核部現(xiàn)已成為龍門山構(gòu)造帶，出露地層較老，但位于安縣—灌縣斷裂帶東側(cè)地區(qū)在早期地史中屬于古隆起下斜坡部位，只是在晚三疊世后構(gòu)造反轉(zhuǎn)才成為川西拗陷。因此，晚三疊世前，川西地區(qū)整體屬于古隆起的一部分，對海相油氣成藏有控制作用。目前已發(fā)現(xiàn)的川西二疊系氣藏、中三疊統(tǒng)氣藏可能與古隆起的聚烴作用有關(guān)。

其次，龍門山構(gòu)造帶表現(xiàn)為大型逆沖推覆體，盡管不同部位的推移距離不同，可以肯定的是，天井山古隆起的原位應(yīng)在現(xiàn)今位置的西部。也就是說，現(xiàn)今龍門山構(gòu)造帶的位置在晚三疊世前屬古隆起頂部或上斜坡，對油氣聚集而言，古構(gòu)造背景有利。汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探井揭示了安縣—灌縣斷裂為低角度鏟式逆沖斷層[11]，上盤破碎，下盤存在構(gòu)造圈閉。因此，龍門山構(gòu)造帶推覆體下部具有一定的油氣勘探潛力。

5 結(jié)論

1）天井山古隆起具有形成時期早、隆升時期長、多期活動的特點。早寒武世早期表現(xiàn)為水下隆起，早寒武世中晚期露出水面成為古陸，并持續(xù)至志留紀末；泥盆紀—中三疊世為相對平靜期，普遍接受沉積；晚三疊世再度活躍，上升隆起并存在不同程度的地層剝蝕。

2）古隆起的形成與活躍表現(xiàn)為不同的成因機制，古隆起形成的動力學(xué)機制為揚子板塊東南緣受華夏板塊擠壓的應(yīng)力傳導(dǎo)和分布于揚子板塊西、北部邊緣剛性雜巖體阻擋的共同作用；而古隆起的再度活躍源于西部松潘—甘孜洋關(guān)閉及龍門山構(gòu)造帶推覆作用。

3）天井山古隆起對油氣的控制作用主要體現(xiàn)在海相地層，川西北拗陷區(qū)靠近龍門山構(gòu)造帶地區(qū)在晚三疊世前為古隆起斜坡帶，龍門山推覆構(gòu)造帶下部為古隆起頂部和上斜坡，為油氣成藏有利區(qū)。