龍門山北段山前復(fù)雜斷褶帶勘探新領(lǐng)域

楊 雨, 李忠權(quán), 文 龍, 龍 偉, 張本健, 陳 驍, 劉 冉, 韓 倩, 胡懿靈,6

(1.中國石油西南油氣田公司，成都 610051；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；3.自然資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；4.中國石油西南油氣田公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610051；5.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214162；6.成都理工大學(xué) 地質(zhì)資源與地質(zhì)工程博士后科研流動(dòng)站，成都 610059)

龍門山褶皺沖斷帶在地形地貌、構(gòu)造變形、構(gòu)造演化、前陸盆地發(fā)育和構(gòu)造活動(dòng)性等方面沿走向的差異性被眾多學(xué)者所關(guān)注，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)的基礎(chǔ)研究[1-9]。近年來，龍門山區(qū)域油氣勘探取得重要進(jìn)展：在龍門山山前帶北段雙魚石構(gòu)造，二疊系棲霞組、茅口組，泥盆系觀霧山組均獲得高產(chǎn)氣流，最大達(dá)126.77×104m3/d，說明龍門山北段具有良好的勘探前景[10-11]。但是，由于受多期次、多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，龍門山北段構(gòu)造樣式多解且未落實(shí)，進(jìn)一步開展油氣勘探工作受到制約。本文選取安順場(chǎng)-厚壩地震剖面進(jìn)行精細(xì)解析，結(jié)合鉆井資料及構(gòu)造演化分析建立龍門山北段復(fù)雜構(gòu)造模型，特別是建立山前復(fù)雜斷褶帶(準(zhǔn)原地系統(tǒng))的構(gòu)造模型，探討油氣勘探新領(lǐng)域。

1 地質(zhì)背景

作為中國典型的板內(nèi)造山帶，龍門山位于揚(yáng)子地臺(tái)西緣，呈北東-北東東走向(圖1)[12]，是脆性地殼增厚[13]、下地殼流動(dòng)[14-17]或者地殼水平縮短[18]的結(jié)果。平面上，龍門山可分為3段，即北段(安縣以北至廣元)、中段(懷遠(yuǎn)至安縣)以及南段(懷遠(yuǎn)以南至雅安)，主要發(fā)育茂縣-汶川斷裂、映秀-北川斷裂、彭灌斷裂3條區(qū)域性的深大斷裂，斷裂帶走向與龍門山構(gòu)造帶的走向一致。在晚古生代(泥盆紀(jì)、石炭紀(jì))龍門山為一個(gè)北東向的裂陷槽，沉積了一套厚約5 km的灰?guī)r夾砂頁巖地層[3]。在中三疊世(須家河組沉積之前)松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地整體處于海洋沉積背景，屬被動(dòng)陸緣環(huán)境，由松潘-甘孜地塊向四川盆地海水越來越淺。震旦紀(jì)到中三疊世，該區(qū)域沉積了一套海相地層，以碳酸鹽巖為主，且具有南東薄、北西厚的特點(diǎn)[4]。由于松潘-甘孜地塊北緣的阿尼瑪卿古特提斯洋與南緣的金沙江古特提斯洋分別在中三疊世、晚三疊世先后閉合，導(dǎo)致松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地及其鄰區(qū)大面積隆升，整個(gè)揚(yáng)子地臺(tái)西緣及松潘-甘孜地塊由海變陸，出現(xiàn)了一個(gè)滄海桑田的造陸過程。

龍門山整體為北東-南西走向，海拔高度為500～3 000 m，地勢(shì)險(xiǎn)峻，植被茂盛，屬中高山地貌類型[19]。地表出露地層主要為古生界和中生界，包括從震旦系到三疊系的所有地層，巖性主要為海相碳酸鹽巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺強(qiáng)烈，局部地層近直立甚至倒轉(zhuǎn)；斷裂發(fā)育，主要集中在志留系之上的泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系中，且斷裂延伸距離較遠(yuǎn)，常有斷裂破碎帶(圖2)。

圖1 松潘-甘孜褶皺帶與四川盆地及相鄰地區(qū)構(gòu)造背景圖Fig.1 Sketch map showing tectonic background of Songpan-Garze fold belt, Sichuan Basin and adjacent area(據(jù)鄧飛等[12])

圖2 龍門山北段構(gòu)造綱要圖Fig.2 Structural outline map of north section of Longmenshan Mountains(據(jù)1∶200 000地質(zhì)圖修改)

2 模型的建立

本文選取橫跨龍門山北段與四川盆地的安順場(chǎng)-厚壩地震剖面(A-A’剖面，剖面位置見圖2)進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解析并進(jìn)行構(gòu)造演化史分析，擬建立龍門山北段山前復(fù)雜斷褶帶的構(gòu)造模型，為尋找隱伏有利勘探區(qū)提供依據(jù)。

2.1 構(gòu)造模型精細(xì)分析

結(jié)合地質(zhì)剖面、地質(zhì)圖及地震剖面精細(xì)解釋可見，A-A’剖面穿過的主要構(gòu)造有4條斷裂、2個(gè)背斜、2個(gè)向斜和1個(gè)不整合。根據(jù)地層、構(gòu)造發(fā)育特征；橫向上，以馬角壩斷裂(F4)、J-T不整合為界，可將該剖面劃分為3個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)(圖3)，即馬角壩斷裂以西為外來系統(tǒng)(唐王寨-仰天窩滑覆體)、馬角壩斷裂至J-T不整合為準(zhǔn)原地系統(tǒng)(山前復(fù)雜斷褶帶)以及J-T不整合以東為原地系統(tǒng)(四川盆地)。外來系統(tǒng)構(gòu)造相對(duì)簡單，為唐王寨-仰天窩向斜；準(zhǔn)原地系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育；原地系統(tǒng)構(gòu)造簡單，為單斜地層?？v向上，剖面結(jié)構(gòu)又具有明顯的分層性，根據(jù)雙魚石隱伏斷裂(F1)上盤、下盤構(gòu)造發(fā)育特征，山前復(fù)雜斷褶帶可進(jìn)一步劃分為復(fù)雜沖斷帶(上盤)、復(fù)雜斷層轉(zhuǎn)折褶皺帶(下盤)(圖4)。

唐王寨-仰天窩滑覆體(外來系統(tǒng))：位于馬角壩斷裂以西，地表出露志留系和泥盆系，主要構(gòu)造為由泥盆系構(gòu)成的仰天窩向斜。向斜北西翼出露面積及地層厚度較南東翼大。地震剖面上，該區(qū)域反射同相軸特征清晰，連續(xù)性好，可識(shí)別出仰天窩向斜，且沒有其他復(fù)雜構(gòu)造變形特征。

山前復(fù)雜斷褶帶(準(zhǔn)原地系統(tǒng))：位于馬角壩斷裂和J-T不整合之間，地表寬度僅為數(shù)公里，向地腹呈“八”字形展開，出露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系。地表構(gòu)造主要為北東-南西走向，包括一系列傾向北西的逆沖斷裂以及文星場(chǎng)復(fù)式背斜。該區(qū)域地震資料品質(zhì)較差，反射同相軸雜亂無章，斷面的地震波反射特征模糊不清，導(dǎo)致斷層、構(gòu)造解析困難，筆者結(jié)合斷層相關(guān)褶皺、反轉(zhuǎn)構(gòu)造等理論進(jìn)行構(gòu)造解析。

F1斷裂是一條位于地腹未出露地表的重要隱伏斷裂，從地震剖面構(gòu)造精細(xì)解釋中可以發(fā)現(xiàn)，該斷裂上下兩盤表現(xiàn)出完全不同的構(gòu)造變形特征。斷裂上盤構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育一系列逆沖斷層、多個(gè)褶皺及構(gòu)造三角楔，地表出露斷層多為地腹大斷裂的分支斷裂(圖4)。根據(jù)雙探9井鉆遇的地層[20]，發(fā)現(xiàn)下三疊統(tǒng)地層重復(fù)出現(xiàn)，該現(xiàn)象是由于F1斷裂向上突破，殘留構(gòu)造三角楔。F1斷裂面上，由于拖曳作用，部分地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)。F1斷裂上盤還發(fā)育了一條控制性斷裂——香水?dāng)嗔?。香水?dāng)嗔焉钋泻湎?，并控制了上盤地層中褶皺的形成。香水?dāng)嗔言诨顒?dòng)過程中，繼續(xù)向上突破，切割地層，殘留二疊系和下三疊統(tǒng)，形成構(gòu)造三角帶。F1斷裂下盤主要發(fā)育一個(gè)大型的斷層相關(guān)褶皺(斷層轉(zhuǎn)折褶皺)，并伴生有一些次級(jí)小斷裂，為地腹深部的隱伏構(gòu)造?？刂圃摂鄬愚D(zhuǎn)折褶皺的斷裂向上滑脫于三疊系嘉陵江組底部滑脫層，向下滑脫于寒武系下部滑脫層。該斷層轉(zhuǎn)折褶皺的形態(tài)寬緩，受構(gòu)造影響，寒武系-下三疊統(tǒng)重復(fù)出現(xiàn)。

圖3 A-A’測(cè)線地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological profile of A-A’ survey line

圖4 A-A’地震剖面精細(xì)解釋Fig.4 Fine interpretation of A-A’ seismic profile

四川盆地(原地系統(tǒng))：位于J-T不整合以東，主要為侏羅系與白堊系組成的單斜巖層，地層較為平緩，構(gòu)造變形微弱。地震剖面上，反射同相軸清晰，連續(xù)性好，并未發(fā)育明顯的構(gòu)造變形。在四川盆地原地系統(tǒng)的侏羅系、白堊系中發(fā)育的兩處明顯轉(zhuǎn)折，受地腹斷層相關(guān)褶皺的控制。

2.2 構(gòu)造演化分析

結(jié)合地表及地腹構(gòu)造分析，A-A’剖面大致以寒武系為界，寒武系之上地層發(fā)育復(fù)雜沖斷褶皺，寒武系之下震旦系及前震旦紀(jì)地層基本沒有卷入構(gòu)造變形，且寒武系由四川盆地向龍門山方向(NE向NW)逐漸抬升(圖4)，屬于典型的薄皮構(gòu)造?？刂票緟^(qū)域構(gòu)造形成主要有兩套滑脫層：寒武系下部軟弱層和下三疊統(tǒng)嘉陵江組底。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化認(rèn)為，此剖面形成是由于松潘-甘孜高原在印支期由海向陸的演變(構(gòu)造抬升)過程中[21]，在松潘-甘孜高地與四川陸相湖盆之間，相當(dāng)于現(xiàn)今龍門山的位置出現(xiàn)一斜坡帶，由于斜坡帶上多套滑脫層的存在，導(dǎo)致斜坡帶上的泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)及早中三疊世海相沉積層多期滑脫，形成地層時(shí)代新的斷片在下、相對(duì)老的斷片在上的倒序疊置，屬于重力滑覆導(dǎo)致的前緣擠壓構(gòu)造環(huán)境。

中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積之后，四川盆地、松潘-甘孜地域逐漸結(jié)束海盆發(fā)育歷史，開始由海向陸的轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)整體造陸運(yùn)動(dòng)。由于地殼差異抬升，西部松潘-甘孜地域抬升較四川盆地明顯要快[3-4]，在印支晚期至燕山期形成高原-斜坡-盆地的構(gòu)造格局；在斜坡與盆地部位出現(xiàn)一系列沖斷褶皺與山前斷層相關(guān)褶皺，其構(gòu)造演化過程分為如下4個(gè)階段。

2.2.1 F1斷裂、斷層三角楔與斷上盤的拖曳倒轉(zhuǎn)褶皺形成階段

寒武系至中三疊統(tǒng)雷口坡組海相地層沉積后，龍門山發(fā)生抬升掀斜，在山前帶下三疊統(tǒng)嘉陵江組頂、底之間首先發(fā)生滑脫，F(xiàn)1斷裂發(fā)育(圖5-A)，斷裂上盤地層順切層斷坡向上剪切逆沖，發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺(圖5-B)。其后，由于滑脫擠壓作用的進(jìn)一步增強(qiáng)，斷裂順著早期的薄弱面，截彎取直向上突破，切穿下三疊統(tǒng)雷口坡組(圖5-C)。地震剖面上則出現(xiàn)遺棄斷裂三角楔與斷上盤的拖曳倒轉(zhuǎn)褶皺，斷裂三角楔由嘉陵江組第三、第四段組成。由于當(dāng)時(shí)的逆沖構(gòu)造發(fā)生在水下，斷上盤雷口坡組向上逆沖遭受部分剝蝕沒有接受沉積，斷下盤還在水下接受須家河組沉積，遺棄斷裂三角楔與倒轉(zhuǎn)褶皺造成地層重復(fù)加厚，根據(jù)鉆井資料可確定嘉陵江組第三、第四段地層加厚360.8 m。F1斷裂經(jīng)過一段時(shí)間演化，活動(dòng)漸趨停止；F2斷裂控制的深部隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺開始發(fā)育。

圖5 F1斷裂逆沖巖席形成示意圖Fig.5 Schematic diagram showing the formation of thrust sheet of Fault F1

2.2.2 F2控制的隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺形成階段

隨著龍門山抬升掀斜的繼續(xù)，寒武系底部泥頁巖開始滑脫。寒武系底部泥頁巖作為下滑脫層，嘉陵江組第四段作為上滑脫面，斷坡發(fā)育在寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系及下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組這套地層中，斷坡切角20°～30°(圖6-A)，形成深層隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺(圖6-B)。先前發(fā)育形成的F1斷裂在下伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺形成演化過程中也發(fā)生相應(yīng)構(gòu)造變形，形成坡-坪式階梯狀斷層。先存遺棄斷層三角楔也發(fā)生了一定的旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)掀斜形態(tài)(圖6-C)。隨著F2控制的隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺發(fā)育成熟后，F(xiàn)3控制的逆沖褶皺巖席開始形成。

2.2.3 F3控制的逆沖褶皺巖席形成過程

由于松潘-甘孜高原持續(xù)隆升，龍門山地區(qū)被進(jìn)一步抬升掀斜，新的逆沖斷裂繼續(xù)發(fā)育，以寒武系泥頁巖作為下滑脫層，嘉陵江組第四段作為上滑脫層，形成一個(gè)滑覆逆沖巖席，疊加于F1逆沖巖席之上，并楔入嘉陵江組軟弱層中，造成嘉陵江組第二段地層厚度異常，僅為58.6 m(圖7-A、B)。當(dāng)斷層發(fā)育遇到雷口坡組的堅(jiān)硬巖層時(shí)，斷層截彎取直，形成遺棄斷三角楔，斷層向上突破直至地表，形成現(xiàn)今的香水?dāng)嗔?圖7-C)。三疊紀(jì)末期，盆地全面抬升，使地層遭受剝蝕，先前形成的階梯狀斷層處最終形成向斜，沉積了侏羅系(圖7-D、E)。

2.2.4 馬角壩斷裂(F4)控制的仰天窩滑覆體(外來系統(tǒng))形成階段

在后龍門山逆沖推覆的擠壓環(huán)境下，泥盆、石炭系在志留系底滑脫層上滑覆(圖8-A)，并遭受剝蝕，形成唐王寨-仰天窩向斜等構(gòu)造，最終形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)(圖8-B)。

中三疊世之后，受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，松潘-甘孜高原與四川盆地整體表現(xiàn)為造陸隆升；但是在統(tǒng)一的隆升背景下，其區(qū)域隆升速率存在差異，導(dǎo)致松潘-甘孜高原的隆升幅度大于四川盆地，而這兩者之間的過渡帶則為斜坡。松潘-甘孜高原、過渡帶、四川盆地這三者形成了統(tǒng)一的有機(jī)組合，表現(xiàn)為高原-斜坡-盆地的構(gòu)造格局。在重力滑覆作用下，斜坡與盆地的接壤部位處于擠壓構(gòu)造環(huán)境。區(qū)域內(nèi)發(fā)育多套滑脫層，在構(gòu)造演化過程中，首先是淺部滑脫層活動(dòng)，淺部斷裂發(fā)育，F(xiàn)1斷裂的發(fā)育演化控制了斷層上盤構(gòu)造三角楔、拖曳倒轉(zhuǎn)褶皺的形成。其后，深部斷裂開始活動(dòng)，F(xiàn)2斷裂的發(fā)育演化控制了地腹深部隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺的形成，同時(shí)導(dǎo)致了早期構(gòu)造(F1斷裂和構(gòu)造三角楔)被掀斜；隨著松潘-甘孜高原的持續(xù)隆升，大斷裂、逆沖巖席發(fā)育，F(xiàn)3斷裂的發(fā)育演化控制了復(fù)雜斷層和褶皺的發(fā)育；在后龍門山逆沖推覆的擠壓環(huán)境下，F(xiàn)4斷裂發(fā)育，控制了外來系統(tǒng)的發(fā)育演化，形成唐王寨-仰天窩向斜等構(gòu)造。

圖6 F2控制的隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺形成示意圖Fig.6 Schematic diagram showing the formation of transition fold by F2 controlled concealed fault

圖7 F3控制的逆沖褶皺巖席形成示意圖Fig.7 Schematic diagram showing the formation of F3 controlled thrust fold sheet

圖8 馬角壩斷裂控制的仰天窩滑覆體(外來系統(tǒng))形成過程Fig.8 Formation process of Yangtianwo slip nappe (allochthonous system) controlled by Majiaoba fault

3 有利勘探區(qū)分析

目前的勘探實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)，印支期構(gòu)造對(duì)于四川盆地油氣成藏具有重大影響，印支期古構(gòu)造是油氣勘探重點(diǎn)領(lǐng)域[22]。川西北部地區(qū)上古生界多期臺(tái)緣帶、盆地內(nèi)二疊系灘相白云巖孔隙型儲(chǔ)層和巖溶縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)是戰(zhàn)略準(zhǔn)備領(lǐng)域[23]。同時(shí)，龍門山北段多個(gè)層系都展示出生儲(chǔ)蓋成藏的有利組合，為油氣資源奠定了良好的地質(zhì)條件[10,24]。從構(gòu)造發(fā)育演化過程發(fā)現(xiàn)，雷口坡組沉積后，山前復(fù)雜斷褶帶在重力滑覆導(dǎo)致的前緣擠壓構(gòu)造環(huán)境下，淺部滑脫層首先活動(dòng)，發(fā)育形成F1斷裂。F1斷裂的發(fā)育演化控制了斷層上盤構(gòu)造三角楔，其頂部造成嘉二段58.6 m異常，拖曳倒轉(zhuǎn)褶皺的形成引起地層重復(fù)加厚，遺棄斷層三角楔引起地層加厚360.8 m；其后，深部斷裂開始活動(dòng)，并控制了地腹深部隱伏斷層轉(zhuǎn)折褶皺的形成，轉(zhuǎn)折褶皺上盤前端引起地層重復(fù)(圖9)。

圖9 井震對(duì)比圖Fig.9 The correlation of well and seismic(A) A-A’地震剖面精細(xì)解釋；(B) A-A’地震剖面局部放大圖；(C)雙探9井實(shí)鉆層位

油氣多具有近源富集的特征且持續(xù)保存是成藏關(guān)鍵[25]。根據(jù)地震測(cè)線解釋結(jié)合構(gòu)造演化及鉆井資料發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜斷褶帶中的大型逆沖斷裂溝通了寒武系至三疊系中的儲(chǔ)層圈閉，為烴類物質(zhì)的運(yùn)聚提供了有利的通道[23]；同時(shí)，F(xiàn)1斷裂下盤構(gòu)造變形相對(duì)較弱，斷裂深埋地腹下三疊統(tǒng)之下，易形成良好的構(gòu)造圈閉；且受后期構(gòu)造活動(dòng)影響微弱，為油氣資源的保存提供了有利條件。由此可見，F(xiàn)1斷裂下盤具備可觀的油氣勘探前景，該區(qū)域可能成為油氣勘探的新領(lǐng)域。

4 結(jié) 論

a.龍門山北段構(gòu)造復(fù)雜，整體具有分帶分層性。橫向上可劃分為3個(gè)構(gòu)造帶，馬角壩斷裂以西為外來系統(tǒng)(唐王寨-仰天窩滑覆體)、馬角壩斷裂至J-T不整合為準(zhǔn)原地系統(tǒng)(山前復(fù)雜斷褶帶)、J-T不整合以東為原地系統(tǒng)(四川盆地)?？v向上可劃分出2個(gè)構(gòu)造變形層，雙魚石隱伏斷裂(F1)將山前復(fù)雜斷褶帶分割為復(fù)雜沖斷帶(上盤)、復(fù)雜斷層轉(zhuǎn)折褶皺帶(下盤)。

b.龍門山北段山前為重力滑覆導(dǎo)致的前緣擠壓構(gòu)造環(huán)境，這是由于松潘-甘孜地塊北緣的阿尼瑪卿古特提斯洋與南緣的金沙江古特提斯洋分別在中三疊世、晚三疊世先后閉合，導(dǎo)致松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地及其鄰區(qū)大面積隆升(構(gòu)造抬升)，受差異隆升影響形成高地-斜坡-盆地的構(gòu)造格局，在斜坡帶上的泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)及早中三疊世海相沉積層發(fā)生多期滑脫，形成地層時(shí)代新的斷片在下、相對(duì)老的斷片在上的倒序疊置。

c.山前復(fù)雜斷褶帶中F1斷裂下盤發(fā)育的斷裂均未切穿下三疊統(tǒng)地層，可形成良好的構(gòu)造圈閉，有利于原生油氣系統(tǒng)的保存，受后期構(gòu)造破壞影響小，具備可觀的油氣勘探前景，因此F1斷裂下盤斷層轉(zhuǎn)折褶皺系統(tǒng)可能成為油氣勘探的新領(lǐng)域。