川西地區(qū)中部存在泥盆系—石炭系嗎？
——一個不整合面的地質(zhì)屬性推論

劉 殊 王 浩 呂其彪 董 霞 劉紅愛 孫 瑋

1.中國石化西南油氣分公司 2.“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

0 引言

四川盆地上揚子板塊西側(cè)的龍門山裂谷內(nèi)泥盆系厚度超過4 000 m，發(fā)育巨厚的臺地邊緣礁灘相，油氣生、儲條件俱佳[1]。龍門山斷褶帶北段天井山古隆起泥盆系存在著“古油藏”[2]；川西坳陷北部雙魚石構(gòu)造泥盆系發(fā)育礁灘相白云巖氣藏[3]。這些勘探成果表明：川西坳陷西側(cè)泥盆系有可能成為大型油氣藏的重要儲集層位。在川西坳陷中部，由于埋藏深度大、研究程度較低，是否存在泥盆系殘余地層長期存疑。通常認為[1,4-6]，加里東期樂山—龍女寺古隆起大幅度隆升；在古隆起西緣，中寒武統(tǒng)—石炭系或被剝蝕殆盡、或為古陸未接受沉積，二疊系直接覆蓋在寒武系之上。Y1井證實[7]：川西古拗拉槽西南側(cè)二疊系下伏地層為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組，中—上寒武統(tǒng)及以上地層奧陶系—石炭系均缺失。

近期的研究發(fā)現(xiàn)，川西坳陷中部二疊系底不整合面之下、寒武系底不整合面之上，還存在著一個特征清晰的角度不整合面，其上發(fā)育一系列上超點。在該不整合面之上，地層殘余厚度較大、有礁灘相地震相特征，其形態(tài)呈斷陷槽特征。因資料限制，不能直接確認該不整合面的地質(zhì)屬性。為此，在廣泛調(diào)研的基礎上，結(jié)合中國石油西南油氣田公司提供的泥盆系—石炭系殘余地層尖滅線分布圖以及研究區(qū)北側(cè)的一條地震剖面（該剖面與陳竹新等[8]展示的剖面平行），依據(jù)地表露頭、區(qū)域構(gòu)造演化、川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層分布和地震反射結(jié)構(gòu)特征，間接確認該不整合面可能為泥盆系底界面；通過詳細對比、追蹤泥盆系底不整合面，描述泥盆系—石炭系殘余地層在川西坳陷中部的分布；依據(jù)區(qū)域地質(zhì)和川西坳陷北部地區(qū)等相關(guān)資料，修正編制二疊紀前古地質(zhì)圖；再結(jié)合加里東秦祁洋的演化歷史[9]，探討斷陷槽的形成機理；依據(jù)地震反射波組反射結(jié)構(gòu)特征，探討該區(qū)泥盆系—石炭系礁灘相的分布規(guī)律，結(jié)合川西古坳拉槽內(nèi)發(fā)育巨厚烴源巖（生烴中心）[7]，認為該不整合面之上的泥盆系—石炭系有可能擴展為川西坳陷中部的油氣勘探層系，具有發(fā)現(xiàn)大型油氣藏的勘探前景。

1 震旦紀—古生代構(gòu)造運動界面

川西坳陷位于揚子臺地西緣[1]，為加里東期樂山—龍女寺古隆起與龍門山裂谷的過渡帶。龍門山斷褶帶及其前陸坳陷（川西坳陷）具有分段性：安縣以北為川西坳陷北部，安縣—都江堰之間為川西坳陷中部，都江堰以南為川西坳陷南部（圖1）。

四川盆地存在著多個不整合面（表1）[1,10-12]。震旦紀—早古生代有澄江、桐灣、云貴（或稱興凱地裂Ⅱ幕[10]）、郁南（冶里）、廣西（晚加里東）等5次以上的構(gòu)造運動[5-6,12-13]，形成多個不整合面（表1、圖1）。

澄江運動：晉寧運動后，元古宇板溪群遭到嚴重剝蝕，揚子地臺板塊形成；早震旦世下震旦統(tǒng)南沱組沉積后，揚子地臺板塊整體抬升為陸，史稱澄江運動[1,12]。下震旦統(tǒng)遭受剝蝕，只在四川盆地內(nèi)部有殘存，形成上震旦統(tǒng)與下震旦統(tǒng)之間的不整合界面[1,12-13]。

桐灣運動：早震旦世末，印度板塊和歐亞板塊向北俯沖和向東碰撞，在龍門山大斷裂薄弱地帶，青藏板塊向東逆覆于揚子地臺板塊之上[12]。盆地各地均遭到長期暴露剝蝕[1,6,12]，在盆地內(nèi)形成了燈影組頂暴露剝蝕面，形成與下寒武統(tǒng)邛竹寺組底之間的不整合面。

云貴運動[11]（或稱興凱運動Ⅱ幕[10]）：早寒武世末，龍門山斷褶帶中—南段及川西坳陷西北部抬升，天井山一帶下寒武統(tǒng)遭受剝蝕，地層厚度減薄，形成下寒武統(tǒng)頂?shù)牟徽厦?；川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組頂有明顯剝蝕[14]。

郁南（冶里）運動：為揚子板塊受東南側(cè)構(gòu)造擠壓動力作用，在揚子陸塊西部有顯著表現(xiàn)，龍門山、康滇等剛性基底產(chǎn)生阻擋形成多個古隆起[15]。該次運動形成了奧陶系與寒武系之間的不整合界面。

都勻運動：奧陶紀晚期、加里東中期的構(gòu)造運動，具明顯造山與擠壓褶皺特征。揚子地塊與華夏地塊之間擠壓碰撞[9,13]，形成“江南古陸”及川東—湘鄂西前陸盆地；樂山—龍女寺古隆起地區(qū)隆升[6,16]，川中和川西地區(qū)中奧陶統(tǒng)寶塔組地層上、下存在明顯的角度不整合。主要表現(xiàn)為下志留統(tǒng)與上奧陶統(tǒng)之間的假整合（上奧陶統(tǒng)大部缺失）。

廣西運動：志留紀末、加里東晚期的構(gòu)造運動，揚子板塊與華夏板塊聚合，地殼全面隆升[9,12-13]，揚子地臺普遍發(fā)育平行不整合，樂山—龍女寺加里東古隆起形成[1]。川西坳陷西側(cè)為龍門山裂谷，該裂谷于早震旦世形成龍門山裂谷帶，奧陶系—石炭系發(fā)育為龍門山—錦屏山拗拉槽[9]。

晚加里東運動形成四川盆地最重要的一個不整合面，受到廣泛關(guān)注，川中地區(qū)的研究尤其深入[4-6]，川西坳陷北部地區(qū)的資料也逐漸增多[3,8]。川西坳陷中部，由于資料缺乏，整體仍屬推測。依據(jù)最新的研究成果，再次編制川中—川西地區(qū)二疊紀前古地理圖（圖 1）。川中地區(qū)資料依據(jù)王世謙等[4]、梅慶華[5]、李偉等[6]、楊躍明等[14]研究成果，結(jié)合中國石化西南油氣分公司資料確認下寒武統(tǒng)龍王廟組地層尖滅線；川北地區(qū)依據(jù)沈浩等[3]、陳竹新等[8]的研究成果，以及調(diào)研成果修正泥盆系—石炭系地層尖滅線；川西坳陷中部依據(jù)連片三維地震資料及部分二維資料修正編制。從圖1可見，川西坳陷中部泥盆系—石炭系可能有較大范圍的分布。

圖1 四川盆地中ü西部二疊系沉積前古地質(zhì)圖

2 川西坳陷中部未明不整合面地質(zhì)屬性

寒武系底（震旦系頂）地震反射為區(qū)域標準反射波，從川中地區(qū)引入；二疊系底標準反射波用Y1井確定。將二疊系底拉平后發(fā)現(xiàn)，在川西坳陷中部，二疊系底之下、震旦系燈影組頂之上，存在一個明顯的角度不整合面（以下簡稱為X不整合面），用3條地震剖面描述該不整合面特征。

2.1 X不整合面特征

AA'剖面（圖2）位于安縣—江油之間、川西坳陷中部—北部，走向NE，其典型特征為：①江油地區(qū)發(fā)育一個大型古隆起，寒武系—上震旦統(tǒng)大幅度減薄，甚至完全剝蝕；依據(jù)地表天井山古隆起的位置、特征[2,17]，推測該古隆起為天井山古隆起的原地部分。②二疊系底與寒武系底之間存在一個清晰的不整合面（X不整合界面），其上地層南厚北薄、呈楔形，發(fā)育多個上超點，超覆在天井山古隆起上。③X不整合面上覆地層內(nèi)有一個明顯的凸起地震相，凸起內(nèi)的反射具有低頻特征，其兩側(cè)有披蓋（圖2內(nèi)黃色方框）。

BB'剖面（圖3）位于金堂—安縣地區(qū)，貫穿川西坳陷中部。從圖3可以看出，在震旦系拉張槽之上疊置一個洼陷；在洼陷兩側(cè)，X不整合面上有清晰的上超點；文星地區(qū)有礁灘相特征（圖3內(nèi)黃色方框），兩側(cè)有披蓋、其內(nèi)部為低頻雜亂的地震相特征。

表1 川西坳陷中ü北部震旦紀ü二疊紀構(gòu)造旋回與地層序列表

CC'剖面（圖4）貫穿川西坳陷東部。老關(guān)廟地區(qū)發(fā)育一條拉張斷層，為主邊界斷層，斷面上可見清晰超覆點。主邊界斷層產(chǎn)生的掀斜斷塊，使得X不整合面與主邊界斷層構(gòu)成一個箕狀斷陷。中江地區(qū)X不整合面上存在明顯的礁灘相地震異常：兩側(cè)有披蓋、其內(nèi)部為低頻雜亂的地震相特征（圖4內(nèi)黃色方框），與文星地區(qū)的礁灘相地震異常呈北西—南東對稱分布（圖3）。

上述3條剖面具有相同的地震相特征：①X不整合面之上地層的地震反射頻率較低，其下伏地層的地震反射頻率較高；②上覆地層有明顯礁灘相特征，即兩側(cè)披蓋、呈凸起、內(nèi)部低頻雜亂反射；③洼陷兩側(cè)對稱分布礁灘異常地震相。洼陷邊緣，特別是在天井山古隆起、老關(guān)廟斷陷邊緣，X不整合面之上可見清晰上超。

2.2 X不整合面地質(zhì)屬性

如上所述，X不整合面的上覆地層有明顯的礁灘相地震相。如能確認其地質(zhì)屬性，可為礁灘相油氣藏勘探提供技術(shù)支撐。由于下古生界地層中的不整合面較多（表1），X不整合面存在多種可能：或為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組與中—上寒武統(tǒng)不整合面[5]，或為奧陶系頂或者底的不整合面[4,6]。筆者依據(jù)露頭資料、參考文獻[3,8]和調(diào)研成果，對X不整合面進行推測、論證。

2.2.1 地表露頭和Y1井證據(jù)

圖2 川西坳陷北部ü中部X不整合面特征地震剖面圖

圖3 川西坳陷中部X不整合面特征地震剖面圖

圖4 川西坳陷東部X不整合面特征地震剖面圖

川西坳陷中部南北兩側(cè)缺失中—上寒武統(tǒng)、奧陶系、志留系地層。龍門山斷褶帶北段天井山古隆起水跟頭剖面的地層接觸關(guān)系自下而上為[8,17]：寒武系、泥盆系—石炭系、二疊系，巨厚的泥盆系直接覆蓋在寒武系上；龍門山推覆帶中段龍王廟露頭地層接觸關(guān)系自下而上為：下寒武統(tǒng)滄浪鋪組、上泥盆統(tǒng)唐王寨群、二疊系；龍門山推覆帶中段的蘇保露頭地層接觸關(guān)系自下而上為：下寒武統(tǒng)滄浪鋪組、志留系、泥盆系、二疊系，志留系殘余地層很薄。Y1井揭示：二疊系下伏地層為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組，中寒武統(tǒng)—石炭系均缺失。南北兩側(cè)均缺失中寒武統(tǒng)—石炭系。據(jù)此推論，川西坳陷中部也可能缺失中寒武統(tǒng)—奧陶系；志留系殘余地層很薄，可能難以延伸至盆地內(nèi)。X不整合面不大可能是寒武系龍王廟組頂或者奧陶系頂及志留系頂?shù)牟徽厦妗?/p>

2.2.2 川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層可延伸至中部

川西坳陷北部泥盆系—石炭系殘余地層可延伸至中部，該成果認識幾乎是直接證據(jù)，基本可確認X不整合面為泥盆系底。ST3井揭示，石炭系殘余厚度為13.5 m，中泥盆統(tǒng)殘余厚度為59.0 m[3,8]；地震剖面上，二疊系下方一個相位即為泥盆系底反射。泥盆系—石炭系的殘余地層分布特征為：泥盆系—石炭系殘余地層的尖滅線呈北東向展布，由東北向西南延伸，進入川西坳陷中部[8]（圖1）。江油地區(qū)泥盆系—石炭系殘余地層厚度急劇加厚到數(shù)百米[8]。

2.2.3 區(qū)域構(gòu)造演化證據(jù)

四川盆地拉張旋回有兩個高峰期：第一期為“興凱地裂運動旋回”（興凱地裂）[10,18]，巨大的“古中國地臺”解體，昆侖、秦嶺、龍門山和天山等地槽逐步擴張；揚子板塊北緣發(fā)育秦祁洋裂谷系，其西側(cè)為龍門山裂陷海槽[8,19]，次一級的裂谷向揚子板塊延伸[20]，即為川西古拗拉槽[7]。第二期為峨眉地裂，劉寶珺等[9]認為龍門山古拗拉槽始于奧陶紀，志留紀—泥盆紀最強，石炭紀結(jié)束；羅志立等[18,21]認為中泥盆世揚子板塊開始張裂，晚二疊世峨眉山玄武巖噴發(fā)達到高潮；曾慶等[22]認為：加里東運動以后，四川克拉通西緣開始新一輪的裂解，江油轎子頂雜巖與天井山古隆起之間在早泥盆世快速擴展拉開；劉文均等[23]研究認為：泥盆紀為一個北東向的不對稱裂谷盆地，呈箕狀斷陷。由此可見，震旦紀—二疊紀，川西坳陷西側(cè)的龍門山裂谷一直處于拉張環(huán)境，泥盆紀拉張最強，其形態(tài)呈箕狀斷陷。X不整合面上，泥盆系—石炭系殘余地層呈明顯的箕狀斷陷（圖4、5），與泥盆紀拉張背景最為吻合。

2.2.4 沉積相證據(jù)

如圖2～4所示（圖內(nèi)黃色方框），X不整合面上覆地層有礁灘相特征，且厚度較大。這些地層中只有泥盆系發(fā)育厚度巨大的生物礁灘沉積[1]；中—上寒武統(tǒng)和奧陶系在Y1井和露頭上都缺失；奧陶系內(nèi)沒有厚大的礁灘相，中—上奧陶統(tǒng)為厚層塊狀石灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶[1]；志留系基本上為陸相砂巖、泥巖沉積，只有中部發(fā)育鮞?；?guī)r，有礁沉積，但規(guī)模小。綜合分析礁灘相的地震相特征，推測為泥盆系最為合理。

綜上所述，存在于二疊系底之下、寒武系底之上的不整合面可基本確認為泥盆系底界。結(jié)合龍王廟露頭缺失石炭系、蘇保露頭石炭系很薄的地質(zhì)現(xiàn)象，認為該不整合面上覆地層主要為泥盆系殘余地層，石炭系殘余地層厚度可能較小。

3 泥盆系—石炭系斷陷槽特征及其形成機理

3.1 斷陷槽特征

對比追蹤泥盆系底不整合面（圖2～4），可得到泥盆系—石炭系殘余厚度（圖5），其形態(tài)為一個箕狀斷陷（圖4）。在新場—綿竹一帶，存在一個鞍部；以鞍部相接，川西坳陷中部可能存在川西和龍王廟兩個斷陷槽（圖5）。

3.1.1 川西斷陷槽

川西斷陷槽以綿陽為中心，分布在綿竹—安縣—老關(guān)廟—中江—金堂一帶，斷陷呈箕狀（圖4、5），斷陷槽中心最大殘余厚度超過500 m，四周為剝蝕區(qū)。斷陷槽北側(cè)安縣—江油一帶為天井山古隆起，泥盆系—石炭系以上超的方式向古隆起超覆（圖2～4），泥盆系—石炭系向北逐漸減薄、直到完全尖滅。斷陷槽南側(cè)馬井—金堂以南為龍泉山古隆起，二疊系直接覆蓋在滄浪鋪組上，缺失中寒武統(tǒng)—石炭系。中江以東為斷陷槽的西南邊界，為樂山—龍女寺古隆起主體部分，中上寒武統(tǒng)—石炭系全部缺失。

3.1.2 龍王廟斷陷槽

龍王廟斷陷槽分布在綿竹—龍王廟一帶。在地震剖面上，綿竹以西泥盆系—石炭系急劇加厚，不整合面特征清晰（圖5、6）。泥盆系底不整合面上的反射波超覆在天井山古隆起上，由此形成一個斷陷槽。

依據(jù)現(xiàn)有資料推測，石炭紀—泥盆紀沉積期，川西坳陷發(fā)育多個裂陷槽。除川西和龍王廟兩個斷陷槽外，坳陷南部還發(fā)育一個斷陷槽，坳陷北部草壩地區(qū)也可能存在一個較小的斷陷槽（稱之為草壩斷陷槽）。陳竹新等[8,24]已經(jīng)注意到這一特征。由于資料很少的限制，方水場—老關(guān)廟以北、中江以東的地區(qū)，斷陷槽的特征可能和實際有一定誤差。

綜上所述，泥盆紀時期，在樂山—龍女寺古隆起西側(cè)的川西地區(qū)，由于龍門山裂谷的拉張作用，川西坳陷內(nèi)可能分布多個斷陷槽；斷陷槽內(nèi)泥盆系—石炭系殘余地層厚度較大，是下一步油氣勘探的關(guān)注目標。

圖5 川西坳陷泥盆系ü石炭系斷陷盆地示意圖（泥盆系—石炭系殘余厚度）

圖6 川西坳陷龍王廟泥盆系ü石炭系斷陷槽地震剖面圖

3.2 川西坳陷斷陷槽的形成機理

川西坳陷斷陷槽的形成可能與秦祁洋的拉張有關(guān)[9]。如圖7所示，揚子板塊西側(cè)，奧陶紀—石炭紀，揚子板塊相對華北板塊作左行側(cè)向運動（圖7內(nèi)紅色箭頭），形成龍門山裂谷[9,20]，其次一級拉張方向為近東西向，形成向揚子地塊延伸的、次一級的斷陷[20]。在川西坳陷內(nèi)，如此拉張可形成多個泥盆系—石炭系的拉張斷陷槽。

4 泥盆系—石炭系油氣勘探遠景

泥盆系—石炭系油氣勘探遠景一直受到重視[1]，直到近期才獲得突破。在川西坳陷北部雙魚石構(gòu)造，泥盆系—石炭系的儲層較好、含氣性也較好，但厚度較小[3]。雙魚石構(gòu)造南部的江油地區(qū)，其泥盆系—石炭系有可能加厚很多，且有較典型的礁灘相特征[8]，與川西坳陷中部特征較為一致（圖8-a、b）。雙魚石構(gòu)造南部ST9井揭穿泥盆系，在泥盆系鉆遇厚度為50 m的白云巖，其位置在陳竹新等[8]展示的HH'剖面圖附近。江油地區(qū)泥盆系—石炭系的地震相頻率相對較高，可能以灘相為主，與ST9井的鉆井成果大致吻合。據(jù)此預測，泥盆系—石炭系礁灘相有較好油氣遠景。

首先，泥盆系—石炭系有較大規(guī)模、特征突出的礁灘相異常。圖8-a為圖3剖面文星礁灘相剖面的局部放大，可見清晰的礁灘相特征：兩側(cè)披蓋、中間凸起、內(nèi)部空白反射。與雙魚石構(gòu)造南部江油地區(qū)礁灘相地震相大致相同（圖8-b），但文星礁灘相特征更加突出。在最新處理的地震資料上，文星礁灘相異常至少存在兩個大型條帶，面積超過1 000 km2；時間厚度介于100～150 ms，厚度應超過450 m。

其次，泥盆系—石炭系有更好的成藏條件。川西坳陷中部發(fā)育大型古拗拉槽，為生烴中心。Y1井于中二疊統(tǒng)鉆遇火成巖儲層，油氣顯示好、但未能獲得工業(yè)氣流；中國石油西南油氣田公司部署的YT1井，于2018年鉆遇中二疊統(tǒng)火成巖儲層獲得22h104m3/d的工業(yè)氣流。川北地區(qū)已有多口鉆井獲得日產(chǎn)百萬立方米的天然氣流。由此表明，川西坳陷總體具有較好的成藏條件。由于泥盆系—石炭系更為靠近烴源巖，川西坳陷中部位于生烴中心，具有更好的成藏條件。

最后，與二疊系礁灘相疊置，川西坳陷泥盆系—石炭系可形成多層系立體勘探格局（圖8-a），能有效降低勘探風險。川北地區(qū)中二疊統(tǒng)已取得油氣勘探重大突破，江油—安縣一帶發(fā)育中二疊統(tǒng)棲霞組臺緣淺灘[3,8]，川西坳陷中部也有灘體異常（圖8-a），地震剖面具有明顯的凸起、兩側(cè)有披蓋、凸起內(nèi)雜亂反射等特征。由于泥盆系—石炭系埋藏深度較大，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，以二疊系、泥盆系為目的層，油氣勘探風險能得到有效控制、經(jīng)濟效益會更好。

5 結(jié)論

1）川西坳陷中部二疊系底之下、寒武系底之上發(fā)育一個不整合面可能為泥盆系底界面。

圖7 泥盆系ü石炭系川西坳陷斷陷槽形成機理示意圖

圖8 文星與江油地區(qū)泥盆系ü石炭系礁灘相對比圖

2）川西坳陷泥盆系—石炭系殘余地層呈斷陷槽特征，發(fā)育多個斷陷槽，可能為秦祁洋在奧陶紀—石炭紀期間擴展，于龍門山裂谷內(nèi)形成的次級斷陷。

3）以川西斷陷槽為中心，泥盆系—石炭系具有明顯的、規(guī)模較大的礁灘相特征，斷陷兩側(cè)對稱發(fā)育文星和中江礁灘相；文星礁灘與雙魚石構(gòu)造南部礁灘相特征大致相同，其下伏地層寒武系處于生烴中心，其上疊置二疊系礁灘相，具有多層系立體勘探的有利條件和良好的油氣勘探前景。

致謝：筆者在調(diào)研過程中得到了中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院的領(lǐng)導和同行極大的幫助，對楊光、張亞、汪華、陳驍?shù)仍俅紊畋碇x意；圖8江油地區(qū)雙魚石構(gòu)造南部地震剖面由陳竹新先生提供，在此深表謝意。