四川盆地奉節(jié)地區(qū)上古生界古隆起特征及地質(zhì)意義

楊榮軍，彭 平，張 靜，葉 茂，文華國(guó)

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院四川盆地研究中心，成都 610041；3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041；4.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059）

0 引言

古隆起在油氣成藏過程中極具重要性［1-4］，大中型氣田的形成多與古隆起［5-8］、古隆起斜坡帶［9-12］等有關(guān)。早期通過四川盆地開江地區(qū)石炭系缺失區(qū)帶，確定了開江古隆起的平面展布［13］。2019 年新鉆井發(fā)現(xiàn)，在四川盆地東部邊緣帶又存在石炭系缺失區(qū)，而且其下伏泥盆系的地層厚度從東到西呈楔形變化，這表現(xiàn)為一個(gè)古隆起帶的特征，但前人在該區(qū)域的探討較少，對(duì)其展布、規(guī)模、存續(xù)時(shí)代及演化特征等方面都缺乏深入的研究。

在對(duì)四川盆地東部新鉆井資料、新三維地震數(shù)據(jù)及野外露頭資料研究的基礎(chǔ)上，提出在奉節(jié)—云陽(yáng)一帶發(fā)育晚古生代持續(xù)古隆起的新地質(zhì)認(rèn)識(shí)，以研究區(qū)石炭系—泥盆系地層為重點(diǎn)對(duì)象，探討該古隆起的特征及演化規(guī)律，剖析上古生界沉積構(gòu)造背景，著重研究古地貌控制下的石炭系地層識(shí)別及分布特征、構(gòu)造演化，分析該區(qū)域石炭系油氣成藏的條件，并對(duì)石炭系有利天然氣勘探區(qū)帶進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，以期為四川盆地東部石炭系天然氣擴(kuò)展勘探新領(lǐng)域提供支撐。

1 區(qū)域概況

四川盆地進(jìn)入晚古生代后大部分地區(qū)上升為陸地，其中泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)僅在陸緣地區(qū)才有沉積［1，14］。盆地東部上古生界發(fā)生了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，泥盆系和石炭系經(jīng)歷了多期強(qiáng)烈剝蝕，泥盆系僅分布在盆地邊緣，內(nèi)部鮮有鉆遇，石炭系的分布范圍較泥盆系廣闊，向西可到樂山－龍女寺古隆起邊緣［圖1（a）］，二疊系的分布范圍可覆蓋全盆地。石炭系可分為河洲組和黃龍組2 個(gè)巖石地層，目前對(duì)河州組的研究相對(duì)較少［15］，已知該段地層主要為褐灰色云質(zhì)砂巖，厚度較薄，一般小于20 m，多為5～10 m，其上覆黃龍組因曾是四川盆地天然氣的主要產(chǎn)出層位，前人對(duì)該組的研究較多，構(gòu)造［16-20］、地層與沉積［20-25］、儲(chǔ)層發(fā)育特征［26-30］、成藏機(jī)理［31-35］等方面均有涉及，該段地層主要為淺灰色泥粉晶云巖，下部有時(shí)發(fā)育膏鹽，一般殘余厚度為30～50 m，最厚可達(dá)80 m［圖1（b）］，具有明顯的暴露剝蝕特征，整體向西尖滅，在盆地東部亦出現(xiàn)多個(gè)剝蝕天窗。二疊系沉積時(shí)受到構(gòu)造影響弱，整體地層厚度變化平緩，表現(xiàn)為穩(wěn)定的臺(tái)地沉積［36-38］。綜上所述，泥盆系—石炭系的變化可以反映四川盆地東部晚古生代構(gòu)造演變關(guān)系。

圖1 四川盆地東部地質(zhì)概圖（a）與上古生界綜合柱狀圖（b）［16，24］Fig.1 General geological map（a）and comprehensive stratigraphic column（b）of Upper Paleozoic in eastern Sichuan Basin

四川盆地東部奉節(jié)—云陽(yáng)地區(qū)的天然氣勘探程度較低，近年來(lái)逐步部署了多塊三維地震，如Fj和Fn 三維區(qū)等，覆蓋面積約800 km2，成像質(zhì)量較早期的二維地震有了明顯的提高。針對(duì)深層古生界的鉆探也加大了投入，如已完鉆Ya26，Dx3，Lt1等井，但目前僅零星井有測(cè)試產(chǎn)量，還未取得規(guī)模性的突破。

2 奉節(jié)古隆起的提出

根據(jù)目前的鉆井和地震資料，已經(jīng)明確了在四川盆地東部發(fā)育有南北向的開江古隆起［13］。在盆地東部邊緣帶前期鉆井和地震部署較少，但在外圍地區(qū)如建始長(zhǎng)梁、巫山白鶴坪等地發(fā)現(xiàn)了多處上古生界地層露頭，其古生界地層序列較盆地內(nèi)部發(fā)育更加完整，從下到上依次發(fā)育：志留系、泥盆系、石炭系和二疊系，其中石炭系黃龍組的發(fā)現(xiàn)使一些學(xué)者認(rèn)為開江古隆起以東的石炭系可以與盆地東部外側(cè)地層直接對(duì)接，沒有受到局部隆起的間隔［20］，然而近幾年來(lái)隨著天然氣勘探的深入，在盆地東部邊緣帶陸續(xù)鉆探的深井揭示，石炭系在奉節(jié)—云陽(yáng)一帶存在剝蝕變薄甚至消失的特征。

圖2 為四川盆地東部邊緣帶鉆探的5 口井與巫山白鶴坪地層的對(duì)比剖面，自西向東依次為Mc2井、Mc1-1 井、F1 井、Lt1 井、L1 井和巫山白鶴坪露頭，跨越長(zhǎng)度123.7 km，從盆地東北部到邊緣泥盆系棲霞組一段的地層厚度變化比盆地內(nèi)部復(fù)雜得多，西側(cè)Mc2 井和Mc1-1 井泥盆系缺失，而東側(cè)白鶴坪露頭剖面，L1 井、Lt1 井和F1 井均可見泥盆系粉砂巖，這反映了泥盆系自東向西變薄的特征；在東側(cè)巫山白鶴坪等露頭，西側(cè)Mc2 井、Mc1-1 井發(fā)育石炭系黃龍組，而中部F1 井、Lt1 井、L1 井的石炭系卻缺失，這表明石炭系展布存在平面間斷。綜合分析認(rèn)為，在該區(qū)存在一個(gè)古隆起使得石炭系局部缺失，泥盆系呈楔形向西變薄直至消失，古隆起的主體在F1 井附近，位于Mc1-1—L1 井之間。

圖2 四川盆地東部Mc2—Mc1-1—F1—Lt1—L1—巫山白鶴坪地層剖面對(duì)比（位置見圖1）Fig.2 Stratigraphic sections correlation of wells Mc2，Mc1-1，F(xiàn)1，Lt1，L1 and Baiheping in eastern Sichuan Basin

3 奉節(jié)古隆起的展布

在四川盆地東部地區(qū)的F1，Lt1 等井以南有已鉆井分布，向南約29 km 的云安廠構(gòu)造（參見圖1）中，石炭系黃龍組存在自西向東變薄的現(xiàn)象，黃龍組在該構(gòu)造內(nèi)的Ya6 井中厚度為35.5 m，在Dx3 井中厚度為57 m，在Dx3 井以東約10 km 處的Ya26井中厚度僅為6 m。由于Ya26 井與Mc1-1 井東西向水平距離為7 km，與F1 井距離為27 km，判斷認(rèn)為Ya26 井尚不在奉節(jié)古隆起的主體部位，但已經(jīng)非?？拷?。以此推測(cè)認(rèn)為奉節(jié)古隆起有向F1 井以南發(fā)育的可能。萬(wàn)云強(qiáng)等［39］對(duì)云安廠構(gòu)造以南約50 km 處的龍駒壩構(gòu)造的研究表明，該構(gòu)造內(nèi)L4 井至L6 井的黃龍組地層呈變薄趨勢(shì)，碎屑物含量逐漸增多，構(gòu)造東側(cè)41 km 處的Q2 井黃龍組缺失，Q2井以東66 km 處的建始長(zhǎng)梁露頭中發(fā)現(xiàn)了17 m 厚的黃龍組，這與圖2 的連井特征非常相似。

綜上所述，四川盆地東部邊緣帶發(fā)育的奉節(jié)古隆起呈近南北向展布，跨度約為79 km（參見圖1）。其顯著的特征是石炭系黃龍組遭受剝蝕，泥盆系向古隆起變薄，同時(shí)伴隨著河洲組和黃龍組巖性也發(fā)生變化，河洲組白云質(zhì)粉砂巖向東白云石含量明顯減少。甚至影響了早二疊世的沉積，在F1 井處連廣泛分布的二疊系梁山組也缺失（圖2）。

4 奉節(jié)古隆起的刻畫

古隆起邊界刻畫研究較為復(fù)雜，許多學(xué)者傾向于在構(gòu)造認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上給出一個(gè)較為主觀的輪廓，但其并不能清楚地確定古隆起的具體展布特征。本文針對(duì)四川盆地東部地層的結(jié)構(gòu)變化特征，基于正演模型［40］，利用新處理的三維地震數(shù)據(jù)來(lái)確定三維區(qū)古隆起的輪廓并刻畫其平面展布規(guī)律。上文中提到在Lt1 井中未發(fā)現(xiàn)石炭系，通過地震波合成記錄［圖3（a）］和地震剖面［圖3（b）］可知，其二疊系底界為一個(gè)中—弱波峰的上半葉，這與研究區(qū)大部分鉆遇薄石炭系黃龍組（厚度小于10 m）的探井地震反射特征非常相似，均表現(xiàn)為中—弱反射［圖3（c），（d）］，因此在未鉆井之前，很容易誤認(rèn)為L(zhǎng)t1 井發(fā)育薄層石炭系。造成這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的原因是地震反射波的地質(zhì)解讀具有多解性：①當(dāng)中二疊統(tǒng)下伏地層為石炭系黃龍組時(shí)，地層速度大，約為6 500 m/s，相應(yīng)的波阻抗也較大，可以在二疊系底部形成較強(qiáng)的波峰反射，而當(dāng)黃龍組厚度較小時(shí)，對(duì)應(yīng)的振幅也較弱。②當(dāng)從下到上的地層結(jié)構(gòu)從志留系—石炭系—二疊系變?yōu)橹玖粝怠嗯柘怠B系時(shí)，由于地震波在泥盆系砂巖中的平均速度下降，為5 000 m/s，也能呈現(xiàn)中—弱波峰的反射特征。

圖3 四川盆地東部Lt1 井與L6 井地震剖面對(duì)比Fig.3 Seismic section comparison between well Lt1 and well L6 in eastern Sichuan Basin

圖4（a）為根據(jù)研究區(qū)的地層特征，鉆井、測(cè)井以及露頭樣品巖石物理測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出的地層模型正演剖面，其中兩側(cè)的石炭系和泥盆系呈楔形，厚度為0～60 m，反映這2 套地層的剝蝕尖滅特征。從地震剖面［圖4（b）］上可明顯看出，二疊系底界出現(xiàn)了4 種反射特征：①石炭系較厚的時(shí)候，二疊系底界表現(xiàn)為強(qiáng)—中的波峰反射特征；②當(dāng)石炭系較薄的時(shí)候，二疊系底界表現(xiàn)為弱的波峰反射特征；③當(dāng)泥盆系較薄的時(shí)候，二疊系底界表現(xiàn)為強(qiáng)的波峰反射特征；④當(dāng)泥盆系較厚的時(shí)候，二疊系底界表現(xiàn)為中等的波峰反射特征。其中②和④類似，容易把厚層泥盆系誤認(rèn)成薄層石炭系，在研究區(qū)天然氣勘探過程中就出現(xiàn)過類似的誤解，如F1 井鉆前預(yù)測(cè)有薄層石炭系存在，而實(shí)鉆后證實(shí)僅發(fā)現(xiàn)了泥盆系，并沒有石炭系。前期研究中，在盆地東部由于志留系—石炭系—二疊系中各系巖性變化大且單層厚度較為穩(wěn)定，前2 種反射特征在研究區(qū)較為普遍，通過二疊系底界振幅變化可以確定石炭系平面分布［27］。盆地東部邊緣鉆遇泥盆系的3 口深井，整體巖性為粉砂巖，彈性參數(shù)變化不大，所以后2種反射特征在盆地東部邊緣帶具有區(qū)域代表意義，能滿足平面研究的需求。

圖4 四川盆地東部地區(qū)志留系—下二疊統(tǒng)底部地質(zhì)模型（a）和正演剖面（b）Fig.4 Geologic model（a）and forward section（b）of Silurian-Lower Permian bottom in eastern Sichuan Basin

目前已經(jīng)在Fj 和Fn 共2 個(gè)三維區(qū)采集了地震資料，根據(jù)對(duì)二疊系底界均方根振幅的提取獲得平面振幅大小的分布特征，參考實(shí)鉆情況和模型正演的認(rèn)識(shí)，可以將2 個(gè)三維區(qū)分為3 個(gè)區(qū)帶。如圖5所示，左側(cè)Ⅰ區(qū)為弱振幅區(qū)，可能為石炭系薄地層區(qū)，無(wú)泥盆系地層；中間Ⅱ區(qū)為強(qiáng)振幅區(qū)，可能為薄泥盆系地層區(qū)；右側(cè)Ⅲ區(qū)為弱振幅區(qū)，可能為厚泥盆系地層區(qū)。奉節(jié)古隆起位于Ⅰ和Ⅱ區(qū)帶內(nèi)，整體呈北北東走向，南北長(zhǎng)度為33 km，東西寬度為10～21 km，覆蓋面積為515 km2。三維區(qū)以南，即云安廠到龍駒壩構(gòu)造帶，由于三維資料尚未全面覆蓋，只有待部署新三維區(qū)后，亦可通過該方法確定古隆起南部的詳細(xì)分布范圍。

圖5 四川盆地東部Fj 和Fn 三維區(qū)二疊系底界均方根振幅平面分布Ⅰ.無(wú)泥盆系區(qū)；Ⅱ.薄泥盆系區(qū)；Ⅲ.厚泥盆系區(qū)Fig.5 Plane distribution of root mean square amplitude of the bottom Permian in Fj and Fn 3D region，eastern Sichuan Basin

奉節(jié)古隆起與開江古隆起相距95 km，兩者在平面展布、構(gòu)造位置、地層對(duì)比等方面既有關(guān)聯(lián)又有區(qū)別（表1）。這2 個(gè)隆起帶可能決定了研究區(qū)上古生界地層格局，尤其影響石炭系原始沉積與后期剝蝕的特征。由于海平面下降，使得古隆起西側(cè)和東側(cè)均存在石炭系黃龍組殘余，同時(shí)古隆起的主體部位石炭系遭受剝蝕殆盡。從上覆二疊系棲霞組的厚度來(lái)看，在奉節(jié)—云陽(yáng)一帶與開江、瀘州一樣地層變薄，反映出該古隆起亦影響了后期棲霞組的沉積面貌［38］，這說明隆起一直持續(xù)到早二疊世。

表1 四川盆地東部奉節(jié)古隆起與開江古隆起特征對(duì)比Table 1 Comparison of characteristics between Fengjie paleo-uplift and Kaijiang paleo-uplift in eastern Sichuan Basin

5 奉節(jié)古隆起的演化

前期學(xué)者們認(rèn)為二疊系龍?zhí)督M煤系地層沉積時(shí)地勢(shì)平緩［1，36］，這可以作為恢復(fù)二疊紀(jì)前構(gòu)造的參考面。圖6 為過F1 井和Lt1 井的三維地震剖面，將龍?zhí)督M底界拉平后，在F1 井和Lt1 井下方可見志留系隆起（圖中標(biāo)識(shí)為臨湘組底界），這說明奉節(jié)古隆起可能是一個(gè)早期的隆起。上文中已說明L1—Lt1—F1 井區(qū)泥盆系成楔形變薄的特征，推測(cè)該隆起在泥盆系已經(jīng)存在，并且控制了泥盆系殘余地層的分布。

圖6 四川盆地東部Fj 三維區(qū)過F1 井和Lt1 井的疊前時(shí)間偏移剖面Fig.6 Pre-stack time migration sections across well F1 and well Lt1 in Fj 3D region in eastern Sichuan Basin

四川盆地東部地區(qū)發(fā)育2 個(gè)古隆起：開江古隆起和奉節(jié)古隆起，其中開江古隆起距離盆地內(nèi)的樂山—龍女寺古隆起約113 km，奉節(jié)古隆起距開江古隆起約95 km，通過殘余地層分布和古構(gòu)造恢復(fù)可知，研究區(qū)的構(gòu)造演化可分為5 個(gè)階段（圖7）：①泥盆紀(jì)低位期。泥盆系在奉節(jié)古隆起以東沉積，沉積后遭受剝蝕。②石炭紀(jì)低位期。下石炭統(tǒng)河洲組沉積跨越奉節(jié)古隆起，終止于開江古隆起東側(cè)。③石炭紀(jì)海進(jìn)—高位期。上石炭統(tǒng)黃龍組進(jìn)一步海泛，已跨過開江古隆起，周緣形成障壁，造成膏湖和膏云湖沉積；中期海平面擴(kuò)大形成障壁海灣，沉積一套局限白云巖；晚期進(jìn)入高位期，形成開闊相灰?guī)r。④石炭紀(jì)海退期。黃龍組沉積后，海平面下降，黃龍組遭到廣泛剝蝕，在古隆起地區(qū)石炭系幾乎剝蝕殆盡，凹陷區(qū)尚殘留30～50 m地層。⑤二疊紀(jì)海進(jìn)期。下二疊統(tǒng)梁山組在四川盆地東部普遍沉積，但在奉節(jié)古隆起北部部分缺失；棲霞組一段在奉節(jié)古隆起區(qū)略薄，隨后古隆起消失。這個(gè)演化過程說明了在生油高峰期（三疊紀(jì)）［32］之前，研究區(qū)石炭系可以在奉節(jié)古隆起的控制下產(chǎn)生地層尖滅線，進(jìn)而形成有效的地層圈閉。

圖7 四川盆地東部泥盆系—石炭系沉積充填演化圖Fig.7 Sedimentary filling evolution of Devonian-Carbon in eastern Sichuan Basin

6 結(jié)論

（1）基于區(qū)域地質(zhì)背景，結(jié)合新鉆井、新三維地震數(shù)據(jù)及野外露頭資料，認(rèn)為在四川盆地東部奉節(jié)—云陽(yáng)一帶發(fā)育晚古生代奉節(jié)古隆起。

（2）奉節(jié)古隆起為古生代持續(xù)隆起，參與控制了四川盆地東部上古生界地層特征，包括5 個(gè)主要階段：泥盆紀(jì)低位期、石炭紀(jì)低位期、石炭紀(jì)海進(jìn)—高位期、石炭紀(jì)海退期、二疊紀(jì)海進(jìn)期。

（3）奉節(jié)古隆起具有重要的天然氣勘探意義：在古隆起西側(cè)石炭系發(fā)育，可以形成向斜—斜坡區(qū)內(nèi)地層圈閉，是現(xiàn)實(shí)勘探領(lǐng)域，古隆起東側(cè)同樣發(fā)育石炭系，但構(gòu)造和地層展布復(fù)雜，是遠(yuǎn)景勘探領(lǐng)域。