川西坳陷中段喜山期剝蝕厚度恢復(fù)

沈忠民，劉 陽，劉四兵

(1．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 成都理工大學(xué)，四川成都610059;2．中石化西南分公司 勘探開發(fā)研究院，四川成都610081)

川西坳陷中段喜山期剝蝕厚度恢復(fù)

沈忠民1，劉 陽1，劉四兵2

(1．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 成都理工大學(xué)，四川成都610059;2．中石化西南分公司 勘探開發(fā)研究院，四川成都610081)

自晚三疊世以來，川西坳陷先后經(jīng)歷了安縣運動、印支晚幕運動和喜山運動，造成工區(qū)內(nèi)地層的多次抬升剝蝕，形成了多個不整合面。本次研究是通過鏡質(zhì)體反射率和聲波時差法，恢復(fù)川西坳陷中段喜山期的剝蝕厚度。通過鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)的剝蝕厚度為844 m～3 192.6 m，平均為1 642.5 m;通過聲波時差法恢復(fù)的剝蝕厚度為1 015.5 m～1 676.1 m，平均為1 386.4 m。這一差值是由于工區(qū)內(nèi)普遍存在的超壓，對聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度的影響造成的。剝蝕厚度恢復(fù)結(jié)果表明:川西坳陷具有從北往南剝蝕厚度減小的特征;從西往東，則表現(xiàn)為先變小后變大的特征。在鴨子河地區(qū)剝蝕較強、往東到馬井地區(qū)剝蝕厚度變小，再往東到中江，剝蝕厚度又變大。

川西坳陷;喜山期;剝蝕厚度;鏡質(zhì)體反射率;聲波時差

0 前言

在沉積盆地中，地層抬升剝蝕是普遍存在的現(xiàn)象。地層剝蝕厚度恢復(fù)是研究構(gòu)造發(fā)育、盆地演化、盆地形成機制和油氣資源定量評價的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。在剝蝕量不大時，對油氣生成、運移和聚集的影響可以不用考慮。但在剝蝕量較大時，則會對盆地中油氣的生成、運移和聚集等產(chǎn)生影響，這時就需要恢復(fù)剝蝕量［1]。

地層剝蝕厚度恢復(fù)方法包括地層對比法［1]、沉積速率分析法［2](Van Hinte，1978)、測井聲波時差法［3]、鏡質(zhì)體反射率法［4]、磷灰石裂變徑跡［1]、包裹體測溫法［5]等方法。雖然恢復(fù)地層剝蝕厚度的方法很多，但每一種方法都有其自身的應(yīng)用條件。作者根據(jù)研究區(qū)實際資料情況以及地質(zhì)情況，選取了鏡質(zhì)體反射率和測井聲波法，對研究區(qū)喜山期的剝蝕厚度進(jìn)行了恢復(fù)。

前人對川西坳陷剝蝕量的研究主要是定性的研究，李林濤等［6]曾利用部份井對川西坳陷中段進(jìn)行了恢復(fù)剝蝕量。作者在本次研究中，綜合大量資料定量恢復(fù)了川西坳陷中段五十口井喜山期的剝蝕量，資料詳實準(zhǔn)確。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川西坳陷是四川盆地西部晚三疊世以來陸相盆地的深坳陷部份，為龍門山推覆構(gòu)造帶的前陸盆地，西界為龍門山推覆構(gòu)造帶，東界位于龍泉山一帶［7]。研究區(qū)位于川西坳陷中部(見下頁圖1)，其基底為中三疊統(tǒng)海相灰?guī)r，自晚三疊世后，川西坳陷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e，其上依次充填上三疊統(tǒng)馬鞍塘組海相地層，小塘子組和須家河組海陸交互相與陸相煤系地層，以及侏羅系至白堊系陸相紅層(鄭榮才等)［8、9]。在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，研究區(qū)經(jīng)歷了安縣運動、印支晚幕運動、多期的燕山運動和喜山運動，造成多次的抬升剝蝕，形成多個不整合面［10、11]。工區(qū)主要存在三次地質(zhì)上可以確認(rèn)的抬升剝蝕事件有:①晚三疊世須家河組上盆和下盆轉(zhuǎn)換時期的“安縣運動”，造成須三段和上覆地層的不整合接觸;②晚三疊世末期須五段沉積期末發(fā)生的印支晚幕運動，該次構(gòu)造運動使川西坳陷整體抬升，造成侏羅系地層與下伏地層明顯角度不整合;③喜山期構(gòu)造運動造成整個龍門山中北段及其前淵坳陷缺失第三紀(jì)地層。

圖1 川西坳陷構(gòu)造位置圖Fig．1 The location ofwest Sichuan depression

2 剝蝕厚度恢復(fù)

2．1 鏡質(zhì)體反射率法

鏡質(zhì)體反射率法是由Dow［4]首先提出的，其基本原理是:在正常情況下，Ro值隨深度的變化是連續(xù)和漸變的，但當(dāng)?shù)貙又写嬖跀鄬?，巖漿體侵入，沉積速率，地溫梯度或熱導(dǎo)率明顯變化，巖體中有局部熱源等時會發(fā)生突變，地層剝蝕也是引起Ro值不連續(xù)的原因之一。該方法的關(guān)鍵是確定Ro的突變確實是由剝蝕引起［12]。磷灰石徑跡裂變結(jié)果顯示，工區(qū)自喜山期(60 Ma)以來，四次之多主要的構(gòu)造抬升［13、14]，即工區(qū)以抬升剝蝕為主。因此，鏡質(zhì)體反射率不連續(xù)記錄了喜山期不連續(xù)熱事件。

最早的鏡質(zhì)體剝蝕厚度恢復(fù)方法由Dow提出，但在后來的應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)該方法存在較多的問題，因此，目前利用鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)剝蝕厚度，主要采用改進(jìn)后的鏡質(zhì)體反射率法。根據(jù)改進(jìn)后的鏡質(zhì)體反射率剝蝕厚度恢復(fù)方法，利用現(xiàn)有的鏡質(zhì)體反射率資料，作者建立了研究區(qū)單井源巖鏡質(zhì)體反射率和深度的關(guān)系(見圖2)。

根據(jù)各單井鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系，作者取地面鏡質(zhì)體反射率為0.2%進(jìn)行反推，得出各單井喜山期的剝蝕厚度(見表1)。

2．2 聲波時差法

泥巖聲波時差法恢復(fù)剝蝕量的基本原理是Magara等在1976年提出的。

式中 Δt0為地表未固結(jié)泥巖的聲波時差值，單位:μs/m;C為正常壓實曲線的斜率;Δt為任一埋深的泥巖的聲波時差，單位:μs/m;H為泥巖埋藏深度，單位:m。

圖2 川西坳陷部份井鏡質(zhì)體反射率與深度關(guān)系Fig．2 Relation between vitrinite reflectance and depth of some wells in west Sichuan depression

表1 川西坳陷鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)的喜山期剝蝕厚度統(tǒng)計表Tab．1 West Sichuan Depression Erosion thickness of Himalayan through vitrinite reflectance

在正常壓實情況下，碎屑巖的孔隙度隨深度的變化是連續(xù)的，利用各種測井資料(如聲波測井、密度測井等)進(jìn)行綜合解釋，可以得到地層孔隙度隨深度變化的曲線。根據(jù)曲線的變化趨勢，即可推斷有無剝蝕，以及剝蝕量的大小。該方法的關(guān)鍵，是確定間斷面之下地層的壓實效應(yīng)未被后來沉積物所改造。

在壓實研究中，確定或推算地層剝蝕厚度，首先要確定的是原始地表巖石的孔隙度或聲波時差，巖石原始地表聲波時差大都定為200μs/ft，這近似于水的傳播速度，不太合理。考慮到沉積物和巖石的因素，有人選用185μs/ft或189μs/ft，作者在這里選后者代入公式(1)，得泥質(zhì)巖地表孔隙度為50%。

根據(jù)收集到的測井資料，應(yīng)盡量選取單井淺層沒有超壓影響，或超壓影響很小的泥巖聲波數(shù)據(jù)，建立單井聲波時差與深度的關(guān)系(見圖3)。

根據(jù)各單井泥巖聲波時差與深度的關(guān)系，作者利用前述基本原理，恢復(fù)了川西坳陷二十五口井喜山期剝蝕厚度(見下頁表2)。

對于鏡質(zhì)體反射率法來說，該方法的關(guān)鍵是確定鏡質(zhì)體反射率的突變應(yīng)該是由剝蝕引起的，在這一前提下，才能利用該方法進(jìn)行剝蝕厚度的恢復(fù)。而對測井聲波時差法來說，該方法的基本原理是建立在地層正常壓實的情況下。對于研究區(qū)來說，隨著地層埋深的加大，地層超壓明顯(見下頁表3)。因此，聲波測井法對于存在超壓的下部地層剝蝕厚度的恢復(fù)是不太準(zhǔn)確的。

從本次研究川西坳陷喜山期的剝蝕量發(fā)現(xiàn)，鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)剝蝕厚度為844 m～3 192.6 m，平均為1 642.5 m;聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度為1 015.5 m～1 676.1 m，平均為1 386.4 m。分析川羅562井、川孝560井、新851井二種恢復(fù)方法的剝蝕厚度，鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)剝蝕厚度分別為1 369.1 m、985.7 m、1 526.1 m;聲波時差恢復(fù)剝蝕厚度分別為1 319.9 m、1 015.5 m、1 306.7 m。這二種恢復(fù)剝蝕厚度方法得到的剝蝕量，具有較好的一致性。由于工區(qū)內(nèi)普遍存在的超壓現(xiàn)象(見下頁表3)，造成了總體上聲波時差恢復(fù)的剝蝕厚度，要比鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)的剝蝕厚度小。

圖4(見后面)是根據(jù)上述方法，在恢復(fù)剝蝕量后做出的喜山期剝蝕量等值線圖。從總體來看，研究區(qū)喜山期剝蝕厚度在平面上具有如下分布特點:①龍門山前從北往南剝蝕厚度逐漸變小，大邑地區(qū)具有相對最小的剝蝕厚度;②從龍門山前往東，剝蝕厚度逐漸減小;③整個川西坳陷具有從北往南，剝蝕厚度逐漸減小的特征;④從西往東，則表現(xiàn)為先變小后變大的特征，鴨子河地區(qū)剝蝕較強，往東到馬井地區(qū)剝蝕厚度變小，再往東到中江，剝蝕厚度又變大。

圖3 川西坳陷部份鉆井泥巖聲波時差與深度關(guān)系Fig．3 Relation between sonic time difference and depth of some wells in west Sichuan depression

表2 川西坳陷聲波時差法恢復(fù)的喜山期剝蝕厚度統(tǒng)計表Tab．2 West Sichuan depression erosion thickness of Himalayan through sonic time difference

表3 川西坳陷部份深井實測地層壓力Tab．3 Measured formation pressure of some wells in west Sichuan depression

3 結(jié)論

(1)作者在研究川西坳陷喜山期的剝蝕量結(jié)果后認(rèn)為:①通過鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)的剝蝕厚度為844 m～3 192.6 m，平均為1 642.5 m;②通過聲波時差法恢復(fù)的剝蝕厚度為1 015.5 m～1 676.1 m，平均為1 386.4 m。這一差值是因工區(qū)內(nèi)普遍存在的超壓對聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度的影響所造成的。

(2)總體來看，川西坳陷的剝蝕量具有從北往南剝蝕厚度減小的特征。從西往東，則表現(xiàn)為先變小后變大的特征:即鴨子河地區(qū)剝蝕較強，往東到馬井地區(qū)剝蝕厚度變小，再往東到中江剝蝕厚度又變大。

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圖4 川西坳陷中段喜山期剝蝕厚度等值線圖Fig．4 Eroded thickness contourmap of Himalayan in middle west Sichuan depression

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P 512.2

A

1001—1749(2011)02—0189—06

國家自然科學(xué)基金資助項目(40772804)

2010－10－21改回日期:2011－01－04

沈忠民(1954－)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事石油地質(zhì)教學(xué)和研究。