四川盆地磨溪北斜坡構(gòu)造演化對震旦系油氣成藏控制作用

馬 奎 張璽華 彭瀚霖 孫奕婷 楊岱林 田興旺 鐘佳倚 王云龍

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

震旦系—寒武系是四川盆地時代最古老、分布廣泛的碳酸鹽巖層系。其勘探最早開始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過半個世紀(jì)持續(xù)探索和實踐，在川中古隆起高石梯—磨溪地區(qū)發(fā)現(xiàn)了安岳震旦系—寒武系特大型氣田。研究認(rèn)為，震旦系特大型氣田的形成主要受控于“古裂陷”“古隆起”“古侵蝕面”三古要素[1]，主要分布于古隆起構(gòu)造高部位疊合巖溶丘灘儲層發(fā)育區(qū)。截至2017年底，安岳地區(qū)震旦系—下古生界大氣田已探明天然氣地質(zhì)儲量為8 487h 108m3，三級儲量超1012m3[2]。

通過對國內(nèi)勘探實踐總結(jié)，認(rèn)為多個盆地在碳酸鹽巖斜坡構(gòu)造區(qū)發(fā)現(xiàn)規(guī)模油氣成藏，證實了斜坡區(qū)碳酸鹽巖油氣富集的勘探潛力：如塔里木盆地哈拉哈塘、順北等地區(qū)發(fā)現(xiàn)的奧陶系縫洞型油氣藏，所構(gòu)成的大型油田即發(fā)育于盆地北部南斜坡構(gòu)造上[3-4]；在鄂爾多斯盆地靖邊與靖邊西發(fā)現(xiàn)的奧陶系大氣田同樣位于盆地中央隆起構(gòu)造東側(cè)斜坡帶上[5-6]。早期研究表明，川中古隆起磨溪北斜坡震旦系—下古生界也具有良好的勘探潛力[7-8]。2018年，中國石油在川中古隆起磨溪北斜坡部署了風(fēng)險探井JT1，在鉆遇目的層燈影組時獲得良好的油氣顯示，表明磨溪北斜坡震旦系成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，油氣能夠有效聚集成藏。魏國齊等學(xué)者通過研究提出，四川盆地大型古隆起斜坡區(qū)部位震旦系的勘探重點在于尋找構(gòu)造圈閉[9]。但JT1井的重大突破，有效證實磨溪北斜坡震旦系燈影組發(fā)育大型巖性圈閉。因此，川中古隆起磨溪北斜坡也必然成為四川盆地震旦系天然氣勘探的重點拓展領(lǐng)域。而目前關(guān)于磨溪北斜坡構(gòu)造背景控制下的烴源巖、圈閉等成藏條件研究程度較低。為此，主要從野外、鉆井巖心和地球物理資料入手，基于磨溪北斜坡震旦系沉積構(gòu)造演化過程分析，研究古地貌控制下的烴源巖、丘灘體和圈閉分布規(guī)律，探討震旦系天然氣成藏條件，以期為四川盆地震旦系天然氣擴展勘探提供理論支撐。

1 地質(zhì)背景

從現(xiàn)今構(gòu)造格局上看，川中古隆起北斜坡主要指磨溪地區(qū)以北的單斜構(gòu)造帶。北側(cè)以九龍山為界（LONGT1井位置），西側(cè)緊鄰德陽—安岳裂陷槽（圖1）。受構(gòu)造形態(tài)控制，構(gòu)造幅度向北方向明顯變低且寬緩，且無大型統(tǒng)一圈閉構(gòu)造形態(tài)。燈影組埋藏深度大，最深海拔在–8 300 m左右。由于大部分地區(qū)處于川中低緩褶皺構(gòu)造帶，受剛性基底影響，構(gòu)造變形相對較弱。

圖1 四川盆地區(qū)帶劃分及研究區(qū)位置圖

2 構(gòu)造演化特征

前人在重建四川盆地構(gòu)造演化過程中，主要利用剝蝕量恢復(fù)和平衡剖面方法，并取得良好應(yīng)用效果[10]。因此，本研究基于地震層位解釋成果，恢復(fù)二疊紀(jì)前地層剝蝕量，對二疊系沉積后地層采用平衡剖面方法，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，重建川中古隆起北斜坡構(gòu)造演化史（圖2、3）。

圖2 川中古隆起磨溪北斜坡北西 南東向構(gòu)造演化

2.1 桐灣II幕末期 加里東期

圖3 川中古隆起磨溪北斜坡南北向構(gòu)造演化

桐灣II幕時期，整個川中地區(qū)以緩慢隆起和填平補齊為主[11]，高石梯、磨溪和磨溪以北發(fā)生抬升剝蝕（圖2a、3a）。加里東早期，區(qū)域應(yīng)力環(huán)境為地殼拉張，盆地內(nèi)部和邊緣發(fā)生伸展裂陷作用[12-13]，德陽—安岳裂陷槽北段在早寒武世麥地坪組沉積期—筇竹寺組沉積期進入發(fā)展階段（圖2b、3b）。加里東晚期，四川盆地受峨眉上升運動和加里東運動共同作用，導(dǎo)致盆地內(nèi)部和周緣形成多個隆起區(qū)，在川西地區(qū)形成龍門山古陸，盆地內(nèi)川中水下古隆起雛形在此時基本形成。整個盆地表現(xiàn)為西北隆、中部高、東南洼的構(gòu)造格局。受川中古隆起控制，高石梯—磨溪和磨溪以北均處于構(gòu)造高部位[14-15]。在加里東運動持續(xù)影響下，川中古隆起范圍進一步擴大。與高石梯—磨溪地區(qū)一樣，磨溪以北斜坡區(qū)部分奧陶系、志留系缺失，并與上覆二疊系出現(xiàn)削截現(xiàn)象，證實高石梯—磨溪和磨溪以北處于相對構(gòu)造高部位，發(fā)生抬升剝蝕[16]，但古隆起以北略低于高石梯—磨溪地區(qū)。

2.2 海西期 早印支期

四川盆地在海西—印支期的構(gòu)造演化與加里東期具有繼承性。進入海西早期，在加里東運動后上揚子地區(qū)處于隆升的背景下，導(dǎo)致川中—川西北地區(qū)泥盆系和石炭系遭受剝蝕（圖2c、3c）。至海西晚期的東吳運動，上揚子地區(qū)大規(guī)模上升為古陸，整個盆地大部分地區(qū)無沉積，在川中地區(qū)遭受短暫剝蝕[17]。隨后接受中、下三疊統(tǒng)沉積，四川盆地進入穩(wěn)定的克拉通階段。至印支早、中期，盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動[18]，應(yīng)力環(huán)境由東吳運動的拉張環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橛≈诘膲毫Νh(huán)境[19]。受印支期擠壓運動的影響，盆地性質(zhì)發(fā)生強烈變化，川中古隆起受其影響轉(zhuǎn)變?yōu)闁|南隆起、西北沉降格局[20-22]。此時，高石梯—磨溪地區(qū)處于古隆起高部位，磨溪以北開始沉降，構(gòu)造軸線逐漸向東南遷移（圖2d、3d）。

2.3 印支晚期 燕山早期

印支晚期，松潘—甘孜被動大陸邊緣盆地發(fā)生褶皺沖斷，盆地西緣由于造山運動發(fā)生隆升，不斷向盆內(nèi)推進，由于拼貼地塊的規(guī)模較小，前陸盆地特征不明顯，川西北龍門山和九龍山發(fā)生小幅度抬升[23]（圖2e、3e）。進入燕山早期，川西北地區(qū)經(jīng)歷擠壓沖斷及走滑改造[24]。受龍門山和九龍山逆沖推覆影響，川中—川西北地區(qū)構(gòu)造軸線進一步向東南方向遷移。具體表現(xiàn)為：高石梯—磨溪地區(qū)進一步遭受擠壓隆升，而靠近龍門山前的磨溪以北地區(qū)由于遭受強烈擠壓發(fā)生沉降（圖2f、3f）。同時，三疊系由高石梯—磨溪向磨溪以北方向明顯增厚，證實川中古隆起發(fā)生同沉積隆升作用。

2.4 燕山中期 現(xiàn)今

燕山期至喜山期，川中地區(qū)繼承之前的構(gòu)造變形特征。燕山晚期，前陸盆地的沉降中心由川西北地區(qū)轉(zhuǎn)移至川西地區(qū)。喜山運動使龍門山南段發(fā)生強烈擠壓變形[25]，川中至川西北地區(qū)整體發(fā)生隆升，且侏羅系上部地層大面積剝蝕。高石梯—磨溪地區(qū)相對隆升定型，形成現(xiàn)在的川中古隆起，構(gòu)造軸線繼續(xù)向東南方向遷移。而磨溪以北雖然處于隆起構(gòu)造背景，但由于靠近川西南擠壓變形區(qū)，相對高石梯—磨溪地區(qū)繼續(xù)沉降，形成現(xiàn)在的川中古隆起北翼的單斜構(gòu)造（圖2g、3g）。

雖然印支晚期—燕山期以來的構(gòu)造運動使盆緣構(gòu)造帶向盆地內(nèi)部遞進沖斷，磨溪北斜坡現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)遭受晚印支期以來的擠壓沉降作用，但其地層結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯的沖斷和褶皺變形，只呈現(xiàn)出斜坡區(qū)結(jié)構(gòu)遭受后期沉積埋藏和抬升剝蝕作用下的改造過程。

3 構(gòu)造演化對震旦系油氣成藏條件的控制作用

3.1 早期兩期臺緣裂陷和斜坡腹部控制優(yōu)質(zhì)烴源巖分布

受興凱運動和加里東運動影響，盆地內(nèi)部發(fā)生伸展裂陷作用，裂陷過程中地層沉降引起海水大量涌入形成還原性沉積環(huán)境，以川中延伸至川西北形成的大型裂陷區(qū)為代表，發(fā)現(xiàn)寒武系麥地坪組和筇竹寺組兩套泥頁巖地層沉積[26-27]。在筇竹寺組沉積早期，海水由東南方向入侵，同時受西側(cè)康滇古陸和北側(cè)漢南古陸阻隔形成半封閉深水、還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)富集和烴源巖發(fā)育。筇竹寺組烴源巖在裂陷槽北部地區(qū)較厚。通過實測江油劍閣、廣元羊木鎮(zhèn)、南江沙灘和旺蒼楊壩鎮(zhèn)3個野外露頭剖面，其中在江油劍閣發(fā)現(xiàn)筇竹寺組烴源巖厚度超過300 m。對廣元羊木鎮(zhèn)剖面的觀測發(fā)現(xiàn)筇竹寺組泥巖厚度達260 m，TOC分布于0.36%～14.3%之間，平均為4.09%。南江楊壩鎮(zhèn)為90 m，TOC分布于0.33%～3.77%，平均為1.99%。

早寒武世四川盆地正處于桐灣II幕拉張環(huán)境下，受此影響磨溪北斜坡構(gòu)造上形成多個走向為西南—東北的次級陡坎[28]，具有深水斜坡相沉積特征，發(fā)育下寒武統(tǒng)厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖。北斜坡JT1井鉆遇下寒武統(tǒng)筇竹寺組376 m，TOC大于0.50%的泥頁巖厚度達到248 m，下部200 m范圍內(nèi)TOC分布在1.04%～3.17%，平均為1.86%。MS1井測得筇竹寺組厚度358 m，其中 TOC大于2.00%的厚度128 m，TOC大于0.50%的優(yōu)質(zhì)烴源巖層垂厚達274 m[29]。斜坡更低部位CS1井鉆遇筇竹寺組厚度達429 m，接近裂陷槽中筇竹寺組厚度。基于野外勘查結(jié)合地震數(shù)據(jù)分析等手段，對川西北地區(qū)筇竹寺組烴源巖厚度進行預(yù)測（圖4）。認(rèn)為相比于裂陷槽中段，裂陷槽北段下寒武筇竹寺組優(yōu)質(zhì)烴源巖更發(fā)育。

圖4 川中 川西北地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖厚度圖

3.2 繼承性構(gòu)造斜坡區(qū)發(fā)育丘灘體和大型巖性圈閉

震旦系沉積末期，隨著北部德陽—安岳裂陷持續(xù)向南擴展以及南側(cè)長寧裂陷向北延伸，伴隨著裂陷邊界向東遷移，致使裂陷整體發(fā)育規(guī)模變大，最終貫穿四川盆地南北兩端[30]。地震資料顯示磨溪北斜坡燈影組四段臺緣具有明顯增厚、弱振幅、丘狀反射的丘灘體反射特征（圖5）。基于地震資料分析，對磨溪北斜坡燈影組四段沉積相帶進行刻畫和預(yù)測（圖6），認(rèn)為發(fā)育多個大型獨立分布的藻丘灘體，總面積達2 450 km2。

磨溪斜坡區(qū)臺緣帶燈影組四段發(fā)育大面積丘灘體，為后期的巖溶儲層的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。桐灣II幕時期，受地殼不均衡隆升作用影響，川西—川北地區(qū)構(gòu)造抬升幅度大，造成磨溪北斜坡燈影組的剝蝕作用強于川中地區(qū)[31]，在大氣淡水的風(fēng)化殼巖溶作用下形成丘灘相巖溶儲層[32]。但巖溶儲層并不是整體連片發(fā)育。主要是由于沉積期古地貌和水體能量的不同，導(dǎo)致不同地區(qū)巖溶丘灘體儲層的發(fā)育程度具有較大差異性。在古地貌相對較高的丘核發(fā)育區(qū)，水體能量較高，有利于凝塊云巖、藻砂屑云巖等的發(fā)育，經(jīng)過后期巖溶作用改造形成物性較好的巖溶儲集層。而在古地貌較低的丘間洼地發(fā)育區(qū)，水體能量弱，形成的泥晶云巖和粉晶云巖，雖然經(jīng)過桐灣II幕巖溶作用，但物性條件仍然較差，不能作為有效儲層。經(jīng)過長期的埋藏成巖作用形成巖性致密層，對凝塊云巖、藻砂屑云巖等物性較好巖溶儲層側(cè)向封堵，可以形成巖性圈閉。

圖5 四川盆地過磨溪北斜坡臺緣地震響應(yīng)特征圖

圖6 四川盆地及周緣晚震旦紀(jì)燈四期巖相古地理圖

磨溪以北處于繼承性構(gòu)造斜坡區(qū)，震旦系厚度穩(wěn)定，斷層斷距小，表明磨溪北斜坡構(gòu)造演化具有繼承性和穩(wěn)定性。后期構(gòu)造活動對早期形成的燈影組四段巖性圈閉破壞作用較小，有利于巖性圈閉保存。在斜坡腹部和安岳裂陷槽北段下寒武統(tǒng)烴源巖持續(xù)供烴的條件下，油氣能夠在巖性圈閉中有效聚集。

4 結(jié)論

1）磨溪北斜坡經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化調(diào)整。桐灣運動末期，磨溪以北發(fā)生隆升作用，位于古隆起構(gòu)造高部位；至海西晚期，由于盆內(nèi)伸展裂陷作用，開始下沉形成單斜構(gòu)造；印支晚期至現(xiàn)今，受川西龍門山逆沖推覆構(gòu)造運動，形成現(xiàn)今低幅斜坡構(gòu)造區(qū)。

2）由于加里東早期盆內(nèi)伸展裂陷作用，川北地區(qū)形成裂陷槽，同時在磨溪以北形成斜坡相沉積，有利于裂陷槽北部和斜坡腹部下寒武統(tǒng)優(yōu)質(zhì)烴源巖成規(guī)模發(fā)育。

3）燈影組沉積末期，古隆起構(gòu)造高部位、磨溪北斜坡臺緣區(qū)燈影組丘灘體和巖性圈閉發(fā)育，在穩(wěn)定繼承性斜坡構(gòu)造背景下有利于巖性圈閉保存。