宜昌黃陵隆起構(gòu)造演化及其對中下?lián)P子頁巖氣勘探的啟示

王步清肖粵新徐秋晨

黃陵隆起具有基底加蓋層的雙層結(jié)構(gòu),地質(zhì)構(gòu)造上位于揚(yáng)子板塊北緣,屬于中揚(yáng)子板塊鄂中斷裂-褶皺構(gòu)造帶的次一級隆起?；诪辄S陵花崗巖體,面積約970 km2,是中國晉寧期花崗巖的典型代表(馬大銓等,2002);蓋層形成背斜,軸向約為N15°E,南北長約75 km,東西寬近40 km,主要由震旦系—三疊系組成,背斜地層傾角西陡東緩,核部巖體出露地表,震旦系局部殘留(馬大銓等,2002)。相關(guān)學(xué)者對黃陵花崗巖體的形成和侵位機(jī)理研究較為系統(tǒng)全面,對黃陵花崗巖體的構(gòu)造演化對油氣成藏的影響研究相對較少(馬大銓等,2002;龔松林,2004)。一種普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為該區(qū)受印支期、燕山期和喜馬拉雅期多期構(gòu)造運(yùn)動影響改造,區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜,抬升幅度大,白堊系以上地層多剝蝕殆盡,保存條件差,認(rèn)為油氣難以在該區(qū)域聚集成藏(郭正吾,1995)。中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在對四川盆地內(nèi)威遠(yuǎn)頁巖氣發(fā)現(xiàn)研究的基礎(chǔ)上, 認(rèn)為古隆起邊緣熱演化程度相對較低, 創(chuàng)新提出“古老隆起邊緣控藏”頁巖氣成藏模式,通過實(shí)施野外地質(zhì)調(diào)查,部署時(shí)頻電磁法、二維地震等工作,優(yōu)選了秭地1井、秭地2井、鄂陽頁1井等多口頁巖氣井調(diào)查,在黃陵隆起區(qū)震旦系陡山沱組,寒武系牛蹄塘組、水井沱組,以及奧陶—志留系五峰組、龍馬溪組等泥頁巖地層獲得頁巖氣重大發(fā)現(xiàn)和突破(李浩涵等,2017;翟剛毅等,2017a;張君峰等,2019;陳科等,2020)。相關(guān)研究初步表明黃陵隆起的構(gòu)造演化史、基底特征、構(gòu)造變形特征對該區(qū)頁巖氣的富集成藏具有重要的影響(張君峰等,2019)。那么,黃陵隆起形成演化如何控制古生界特別是下古生界的油氣成藏,通過地質(zhì)類比法,考慮構(gòu)造演化史、基底特征、蓋層發(fā)育以及烴源巖等因素,在中下?lián)P子地區(qū)尋找沉積構(gòu)造演化特征類似的古隆起,提供新的油氣調(diào)查思路和方向,是文章研究的主要目標(biāo)。

1 區(qū)域地層和區(qū)域構(gòu)造

1.1 區(qū)域地層

黃陵隆起核部由晚太古代—早元古代中深變質(zhì)巖和以新元古代黃陵花崗巖基為主的侵入體組成(馬大銓等,2002),兩翼發(fā)育震旦系—白堊系的海相碳酸鹽巖和碎屑巖沉積蓋層(鄧銘哲,2018),主要包括震旦系南沱組、蓮沱組、陡山沱組、燈影組,寒武系牛蹄塘組、石牌組、天河板組、石龍洞組和覃家廟組等,奧陶系南津關(guān)組、紅花園組、大灣組、牯牛潭組、廟坡組、寶塔組、五峰組,志留系龍馬溪組、新灘組、羅惹坪組、紗帽組,泥盆系云臺觀組、黃家磴組、寫經(jīng)寺組,石炭系黃龍組,二疊系梁山組、棲霞組、茅口組/孤峰組、龍?zhí)督M、吳家坪組/大隆組,三疊系大冶組、嘉陵江組、巴東組等,以及侏羅系、白堊系等地層(圖1)。沉積蓋層圍繞基底由老至新呈環(huán)狀分布,蓋層地層向四周傾斜,東翼稍緩,傾角一般8°～15°,西翼較陡,一般傾角為30°～40°。秭地1、秭地2、鄂宜參2、鄂陽頁1、鄂陽頁2等鉆井證實(shí)該區(qū)發(fā)育三套頁巖層系,分別為震旦系陡山沱組、寒武系牛蹄塘組(水井沱組)和奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組。震旦系陡山沱組巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖、灰色中層含炭白云巖及硅質(zhì)頁巖等;寒武系牛蹄塘組巖性主要為薄層黑色炭質(zhì)頁巖、夾多層中層灰?guī)r、薄層硅質(zhì)巖等;奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組巖性主要為富含有機(jī)質(zhì)的黑色炭質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)巖(翟剛毅等,2017a;周磊等,2018;周志等,2018;陳科等,2020)。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

黃陵隆起位于揚(yáng)子板塊北緣中段,北秦嶺-大別造山帶,西南為湘鄂西隔槽式褶皺帶,東南臨江漢盆地,處于兩大造山帶之間的相對穩(wěn)定區(qū),構(gòu)造活動強(qiáng)度相對較弱(徐大良等,2013)。隆起主體上為一軸向呈北北東向,西陡東緩,軸面東傾的短軸背斜,背斜核部地層遭受剝蝕,兩翼地層較為齊全。在背斜周緣還發(fā)育神農(nóng)架背斜、秭歸向斜、香龍山背斜、長陽張家河背斜以及當(dāng)陽向斜等構(gòu)造,背斜長軸有近東西向、近南北向、北北西向及復(fù)雜軸向等多種構(gòu)造線方向(圖2);隆起周緣被漢水?dāng)嗔?、仙女山斷裂、天陽坪斷裂、通城河斷裂、霧渡河斷裂、陽日灣斷裂等不同走向的斷裂構(gòu)造所切割,顯示黃陵隆起在不同時(shí)代受到不同方向的壓扭應(yīng)力作用。該區(qū)發(fā)育的主要不整合有:震旦系與前震旦系的角度不整合、寒武系與震旦系的平行不整合、泥盆系與志留系的平行整合、石炭系與泥盆系的平行不整合、侏羅系與三疊系及其他下伏地層的局部角度不整合、白堊系與侏羅系及其他下伏地層的角度不整合、新近系與古近系及其他下伏地層的角度不整合等。表明該區(qū)在震旦系沉積之后主要經(jīng)歷了加里東運(yùn)動、印支運(yùn)動、早燕山運(yùn)動及喜馬拉雅運(yùn)動等幾次大的構(gòu)造運(yùn)動。

2 黃陵隆起形成及演化過程

基于野外地質(zhì)調(diào)查資料、鉆測井資料、地震剖面解譯及已有研究資料(楊巍然,1987;戴少武,1996;徐政語和林舸,2001;熊成云等,2004;徐大良等,2013;鄧銘哲,2018),認(rèn)為黃陵隆起的構(gòu)造演化可劃分為4個(gè)階段:即2500～800 Ma年變質(zhì)結(jié)晶基底形成階段(圖3a);800 Ma年左右的黃陵花崗巖體侵入與形成階段(圖3b);800～160 Ma年區(qū)域整體沉降接受沉積與隆升剝蝕交替發(fā)展階段(圖3c);160 Ma—現(xiàn)今快速隆升、背斜形成及核部剝蝕階段(圖3d)。其中第3個(gè)階段可劃分為2個(gè)時(shí)期:即震旦紀(jì)—寒武紀(jì)穩(wěn)定沉積時(shí)期,奧陶紀(jì)—中侏羅世的沉降接受沉積和隆升剝蝕交替發(fā)展時(shí)期;第4個(gè)階段可細(xì)分為3個(gè)時(shí)期:即晚侏羅世的擠壓隆升期,白堊紀(jì)—古近紀(jì)的伸展構(gòu)造發(fā)育期,漸新世末期—現(xiàn)今的強(qiáng)烈隆升期。

圖3 黃陵隆起構(gòu)造演化模式圖Fig.3 Structural evolution pattern graph of the Huangling uplift

2.1 變質(zhì)結(jié)晶基底形成階段

在2500～800 Ma這漫長的地質(zhì)年代里,黃陵隆起區(qū)經(jīng)歷了結(jié)晶基底形成和巖體侵入侵位2件大事。黃陵隆起在前南華紀(jì)主要經(jīng)歷了4次構(gòu)造運(yùn)動,分別為阜平、呂梁、四堡、晉寧構(gòu)造運(yùn)動,晉寧運(yùn)動后,古陸塊固結(jié),結(jié)晶基底形成。阜平運(yùn)動在該區(qū)表現(xiàn)為古元古界與太古界平行不整合,不整合面經(jīng)強(qiáng)烈韌性再造和取代,呈現(xiàn)出平行不整合的接觸關(guān)系。呂梁運(yùn)動在該區(qū)表現(xiàn)為中元古界和古元古界的角度不整合,是黃陵-川中古陸塊的主要形成階段,呂梁運(yùn)動之后黃陵隆起區(qū)成為揚(yáng)子板塊的組成部分。四堡運(yùn)動在該區(qū)表現(xiàn)為新元古代青白口紀(jì)馬槽園群與中元古界神農(nóng)架群之間的角度不整合,揚(yáng)子古陸塊經(jīng)四堡運(yùn)動后基本固結(jié)。晉寧運(yùn)動在黃陵隆起區(qū)核部北緣表現(xiàn)為南華系陡山沱組與新元古代青白口紀(jì)馬槽園群的平行不整合接觸(熊成云等,2004);在無馬槽園群沉積的地區(qū),表現(xiàn)為南華系蓮沱組、南沱組,陡山沱組與黃陵雜巖或黃陵花崗巖基的超覆不整合。

2.2 花崗巖體侵入就位階段

黃陵背斜核部前南華紀(jì)巖漿巖十分發(fā)育,從基性巖—超基性巖至中酸性巖類均有分布,尤以花崗巖類最為發(fā)育(熊成云等,2004)。黃陵花崗巖侵位時(shí)間在832～750 Ma 之間,其形成與北面“秦嶺洋”在晉寧期晚期向揚(yáng)子板塊之下俯沖消 減 有 關(guān)(馬 大 銓 等,2002)。馮 定 猶 等(1991)認(rèn)為黃陵三斗坪巖體形成年齡為832±12 Ma;似斑狀黑云母花崗閃長巖體形成年齡為819±7 Ma;粗粒花崗巖脈形成年齡為769±1 Ma。在約832～819 Ma 期間,基底平均抬升了約1.2 km,從而得到黃陵巖體新元古代平均古隆升速率約為0.09 km/Ma(龔松林,2004)。黃陵隆起南側(cè)地震剖面顯示,震旦系陡山沱組沉積時(shí),地層厚度由南往北小幅度減薄(圖4)。平面上,陡山沱組泥頁巖沉積厚度自恩施、巴東向黃陵隆起區(qū)呈逐漸減薄趨勢,最深處達(dá)350 m以上,到黃陵隆起減薄至50 m左右,陡山沱組沉積相為臺內(nèi)盆地相,靜水沉積為主,有機(jī)質(zhì)含量高。震旦系燈影組沉積時(shí)至上侏羅統(tǒng)沉積之前,基底穩(wěn)定,地層厚度南北基本一致,因此,黃陵隆起早期隆升作用主要影響震旦系陡山沱組沉積,且這種影響是區(qū)域的,不限于現(xiàn)今黃陵隆起的范圍。

圖4 黃陵隆起南側(cè)地震解釋剖面(據(jù)陳科等,2020修改)Fig.4 Seismic interpretation profile of the southern Huangling uplift(modified from Chen et al., 2020)

2.3 區(qū)域整體沉降接受沉積與隆升剝蝕交替發(fā)展階段

震旦紀(jì)燈影期至中侏羅世長約650 Ma年時(shí)間內(nèi),黃陵隆起區(qū)域基底穩(wěn)定,整體以垂直運(yùn)動為主,或沉降接受沉積,或區(qū)域抬升遭受剝蝕,造成了平行不整合或局部角度不整合,黃陵隆起周邊蓋層缺失上志留統(tǒng)、下泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng),表現(xiàn)為上石炭統(tǒng)與上泥盆統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)與中志留統(tǒng)區(qū)域平行不整合;侏羅系和三疊系表現(xiàn)為局部角度不整合。

加里東運(yùn)動末期(奧陶紀(jì)末、志留紀(jì)沉積時(shí)期),受南北陸間裂谷海槽閉合造山的影響,研究區(qū)整體隆升,志留系和下泥盆統(tǒng)部分缺失,上泥盆統(tǒng)與中志留統(tǒng)形成區(qū)域平行不整合,總體上沒有使下古生界發(fā)生明顯的褶皺變形或大規(guī)模抬升(郭飛飛等,2010)。區(qū)域上隆起區(qū)形成東西向古構(gòu)造體系,中揚(yáng)子“兩隆夾一坳”格局形成,兩隆為南北水下肩部隆起,一坳為中部周緣前陸盆地,其中早志留世發(fā)育遠(yuǎn)源沉積,為一套黑色泥質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖等(徐政語和林舸,2001)。

海西運(yùn)動期(泥盆紀(jì)—早三疊世),黃陵隆起區(qū)處于穩(wěn)定的克拉通盆地,構(gòu)造變形弱,以接受沉積為主,中上泥盆世—早三疊紀(jì)發(fā)育臺地相碳酸鹽巖,夾薄層暗色泥頁巖,以及濱岸相碎屑巖沉積,其中二疊系和部分下三疊統(tǒng)以富含有機(jī)質(zhì)的碳酸鹽巖、泥灰?guī)r、泥頁巖為主,為優(yōu)質(zhì)烴源巖。泥盆紀(jì)末期研究區(qū)整體抬升、遭受剝蝕,缺失下石炭統(tǒng)沉積,形成了上石炭統(tǒng)與上泥盆統(tǒng)的區(qū)域平行不整合。

印支運(yùn)動期(中三疊世末—早侏羅世),黃陵隆起區(qū)整體開始隆起,局部接受剝蝕,在其北側(cè)形成大巴山-大洪山?jīng)_斷褶皺帶,在其東南側(cè)形成洪湖-崇陽-通山?jīng)_斷褶皺帶。區(qū)域上,地殼在整體抬升的背景下發(fā)生差異隆起,形成了北西向隆坳相間的構(gòu)造格局(戴少武,1996;郭兵等,2008;郭飛飛等,2010)。在黃陵隆起區(qū),沖斷褶皺作用并不是普遍存在的,侏羅系與三疊系的角度不整合只在局部發(fā)育。

2.4 基底快速隆升、背斜形成及核部剝蝕階段

關(guān)于黃陵背斜的形成和定型時(shí)間,沈傳波等(2009)和徐大良等(2013)通過總結(jié)大量來自黃陵背斜核部的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù),認(rèn)為黃陵背斜于晚侏羅世至早白堊世發(fā)生快速隆升,中侏羅世之前,黃陵背斜周緣沒有明顯的褶皺變形,以差異隆升變形為主。葛肖虹等(2010)認(rèn)為黃陵背斜經(jīng)歷3期變形:印支運(yùn)動—晚燕山運(yùn)動的構(gòu)造變形;晚白堊世—始新世晚燕山運(yùn)動—早喜馬拉雅運(yùn)動的伸展隆升或變質(zhì)核雜巖的形成;漸新世—中新世早中喜馬拉雅運(yùn)動期間的擠壓褶皺構(gòu)造變形。戴少武(1996)和徐政語等(2004)依據(jù)黃陵背斜所在區(qū)域內(nèi)晚三疊世地層的缺失,認(rèn)為黃陵背斜形成于晚三疊世。鄧銘哲(2018)等認(rèn)為黃陵背斜及其鄰近構(gòu)造單元形成發(fā)育于晚三疊世、晚侏羅世、早白堊世晚期至晚白堊世、古近紀(jì)晚期至今4個(gè)關(guān)鍵時(shí)間段。綜合已有研究成果、地震剖面解釋和區(qū)域地質(zhì)填圖成果,文中傾向于黃陵背斜于晚侏羅世開始發(fā)生擠壓隆升,因?yàn)榈卣鹌拭娼忉尦晒@示黃陵背斜西翼遂寧組沉積時(shí)期開始發(fā)育生長地層,是擠壓構(gòu)造開始發(fā)生的重要標(biāo)志之一(圖5)。

圖5 黃陵隆起西翼構(gòu)造剖面(據(jù)鄧銘哲,2018修改)Fig.5 Structural section of the western flank of the Huangling Uplift(modified from Deng, 2018)

(1)晚侏羅世時(shí)期

西翼秭歸向斜核部地層厚度大,往黃陵隆起地層厚度逐漸減薄,呈現(xiàn)出明顯的生長地層特征,上侏羅統(tǒng)(J3s)在秭歸向斜最厚處比其東翼(即黃陵隆起西翼)出露地表處厚300 m左右,這基本可以代表黃陵隆起區(qū)當(dāng)時(shí)抬升的幅度。

(2)白堊紀(jì)—古近紀(jì)時(shí)期

對應(yīng)晚燕山運(yùn)動和早喜馬拉雅運(yùn)動,黃陵地區(qū)從擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)換為伸展拉張環(huán)境,廣泛發(fā)育負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造,形成一系列壘塹式構(gòu)造和斷陷式盆地(羅小平,2006),沉積了一套內(nèi)陸斷陷盆地相的紅色碎屑巖系(徐大良等,2013)。從區(qū)域地層分布來看,黃陵背斜西翼未見白堊系分布,而在東南翼,可見大范圍白堊系分布,與下覆地層呈角度不整合,表明從抬升幅度上具有西高東低的特征。同時(shí),背斜東邊的拉張斷層更發(fā)育,為白堊紀(jì)斷陷盆地的形成提供了構(gòu)造背景。到古近紀(jì)時(shí),繼續(xù)保持伸展環(huán)境,沉積模式由白堊紀(jì)的斷陷沉積轉(zhuǎn)為古近紀(jì)的坳陷沉積(郭飛飛等,2010),在江漢盆地及黃陵背斜東南翼,沉積了厚度較大的古近系。在總體伸展環(huán)境下,由于構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)度差異,局部發(fā)育古新統(tǒng)沙市組與白堊系漁陽組、始新統(tǒng)荊沙組與新溝咀組之間的角度不整合(葛肖虹等,2014)。

(3)漸新世末期—現(xiàn)今

對應(yīng)晚喜馬拉雅運(yùn)動,黃陵地區(qū)大幅隆升,其周緣發(fā)育擠壓坳陷,以河流相、濱淺湖沉積相為主。區(qū)域上表現(xiàn)為中新統(tǒng)廣華寺組與漸新統(tǒng)荊河鎮(zhèn)組角度不整合,以及第四系平原組與下覆地層的不整合。根據(jù)構(gòu)造平衡剖面演化的結(jié)果,黃陵地區(qū)隆升幅度超過6000 m,現(xiàn)今表現(xiàn)為大型穹窿構(gòu)造,隆起南北長73 km,東西寬36 km,卷入變形的蓋層從南華系到第四系,黃陵背斜核部蓋層地層被剝蝕,出露晚太古代—早元古代的變質(zhì)巖、花崗巖和深成雜巖體(徐大良等,2013),出露面積達(dá)2600 km2。由于基底地層較為強(qiáng)硬,且快速隆升,使蓋層地層以整體褶曲變形為主,斷裂相對不發(fā)育,保護(hù)了蓋層的完整性。

3 黃陵隆起構(gòu)造演化史對頁巖氣成藏富集的影響

2013年以來,中國地質(zhì)調(diào)查局在黃陵隆起南翼實(shí)施的秭地1井和秭地2井獲得下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和震旦系陡山沱組的頁巖氣重大發(fā)現(xiàn)(李浩涵等,2017),在后期部署實(shí)施的鄂陽1井和鄂陽頁2HF井在宜昌地區(qū)寒武系和震旦系獲得重大突破,發(fā)現(xiàn)了迄今全球最古老頁巖氣藏,取得盆外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)寒武系、震旦系頁巖氣勘查重大突破(張君峰等,2019)。鄂陽頁1井位于宜昌長陽賀家坪鎮(zhèn),完鉆井深3509 m,在震旦系南沱組冰積礫巖完鉆,鉆獲牛蹄塘組和陡山沱組兩套目的層,該井牛蹄塘組黑色頁巖厚度141 m,現(xiàn)場含氣量最高可達(dá)4.48 m3/t;陡山沱組黑色頁巖厚度達(dá)116 m,含氣量最高達(dá)4.8 m3/t,在陡山沱組進(jìn)行了直井壓裂試氣,獲得5460 m3/d頁巖氣直井產(chǎn)量。鄂陽頁2HF井獲得5.53×104m3/d、無阻流量19.82×104m3/d的穩(wěn)定高產(chǎn)頁巖氣流(翟剛毅等, 2017a)。證實(shí)震旦系陡山沱組是中國頁巖氣勘探又一個(gè)新的主力層系。黃陵隆起東南翼古老地層頁巖氣為何能富集成藏,黃陵隆起的形成演化起了什么樣的積極作用?研究分析認(rèn)為主要有3點(diǎn)原因。

(1)黃陵隆起區(qū)熱流值和古地溫梯度比區(qū)域上要低,使早期烴源巖成熟度不至于過高,生烴能力得到有效保留。黃陵隆起區(qū)800 Ma年左右發(fā)生巖漿侵入活動,此后再無大規(guī)模的巖漿侵入活動,堅(jiān)硬厚實(shí)的基底隔開了蓋層與深部熱流交換,使沉積蓋層地溫梯度偏低,只有2.2℃/100 m(袁玉松等,2006)。較低的地溫梯度及黃陵基底的隔熱作用,使得黃陵隆起區(qū)烴源巖成熟度比區(qū)域上對應(yīng)層位的烴源巖成熟度偏低。位于黃陵隆起區(qū)的秭地2井震旦系陡山沱組二段富有機(jī)質(zhì)頁巖RO為2.56%～3.19%,平均值為2.83%(李浩涵等,2017);區(qū)域上,湘西北地區(qū)震旦系陡山沱組暗色泥頁巖RO為3.0%～4.0%,高于黃陵隆起區(qū)(彭波等,2017;翟剛毅等,2020)。位于黃陵隆起區(qū)秭地1井和秭地2井的生烴模擬史結(jié)果表明:牛蹄塘組頁巖RO為1.43%～2.59%,平均為2.33%左右;區(qū)域上,渝東北地區(qū)牛蹄塘組頁巖鏡質(zhì)體反射率分布范圍在3.0%～4.0%(陳科等,2020),最高的超過4.0%。熱流方面,研究區(qū)的熱流值也比區(qū)域上偏低,平均為44 mW/m2。而在區(qū)域上,最高古熱流值達(dá)78 mW/m2,晚二疊世持續(xù)降低到侏羅紀(jì)末期的54 mW/m2,但仍比黃陵隆起的熱流值高10 mW/m2左右(盧慶治,2007)。較低的熱流值和地溫梯度使黃陵隆起區(qū)曾經(jīng)短期深埋(大于7000 m)的烴源巖成熟度不至于過高,生烴能力得到有效保留。

(2)變形方式以連續(xù)整體抬升為主,隆起兩翼地層具有較好的連續(xù)性和完整性。在黃陵隆起剛性基底的保護(hù)下,使得其上覆蓋層包括震旦系到侏羅系等一系列地層具有較好的橫向連續(xù)性和完整性。在大地構(gòu)造位置上,黃陵隆起處于秦嶺-大別造山帶、四川盆地、湘鄂西隔槽式褶皺帶和江南陸內(nèi)造山帶的交接部位,構(gòu)造變形復(fù)雜、強(qiáng)烈。黃陵隆起周緣地區(qū)斷裂、褶皺發(fā)育,地層系統(tǒng)連續(xù)性差;黃陵隆起由于堅(jiān)硬剛性基底的存在,其變形方式以寬緩褶皺變形和整體隆升為主,在隆起兩翼具有較好的連續(xù)性和完整性。雖然蓋層地層在古隆起背斜核部被削頂,頁巖氣保存條件變差。但是伴隨古隆起發(fā)育的小規(guī)模逆沖斷層(圖4),一定程度上阻擋了頁巖氣的側(cè)向運(yùn)移,改善了保存條件。

(3)下古生界沉積后,多次整體隆升,使烴源巖沒有被長期深埋。鉆井、地震資料和野外地質(zhì)露頭調(diào)查資料顯示,震旦系、寒武系、奧陶系、志留系連續(xù)沉積。以鄂陽頁1井為例,震旦系陡山沱組厚200 m,燈影組厚165 m;寒武系牛蹄塘組厚460 m,石牌組厚170 m,天河板組厚100 m;五峰—龍馬溪組厚度小于500 m。志留紀(jì)末期的晚加里東運(yùn)動、石炭紀(jì)末的海西運(yùn)動、三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動,黃陵隆起區(qū)多次整體隆升,使得先期沉積的優(yōu)質(zhì)烴源巖不至于埋藏過深,有機(jī)質(zhì)熱演化程度過高,孔隙度過低。中侏羅世時(shí),黃陵隆起區(qū)烴源巖層埋藏深度達(dá)到最大值,但很快晚侏羅世開始的燕山運(yùn)動和后期的喜馬拉雅運(yùn)動,使深埋地層(蓋層地層最大埋深達(dá)8000 m)很快抬升,如鄂宜頁1井牛蹄塘組、陡山沱組優(yōu)質(zhì)頁巖現(xiàn)今在斜坡的深度是2900～3400 m左右,有機(jī)質(zhì)熱演化程度RO在2.5%～3%左右,適合油氣生成和成藏。

4 討論:對中、下?lián)P子頁巖氣勘探的啟示

利用已有研究成果及油氣調(diào)查資料(崔金棟, 2013; 鄧大飛, 2014; 陳相霖等, 2018,2021; 梅慶華,2015;彭中勤等, 2019;譚元隆等,2021),發(fā)現(xiàn)中、下?lián)P子地區(qū)還發(fā)育一系列具有類似地質(zhì)條件的古隆起,如樂山-龍女寺古隆起、漢南古隆起、黔中古隆起、雪峰古隆起、九嶺古隆起、浙西許村古隆起、霍邱古隆起等(表1)。通過綜合分析構(gòu)造演化、烴源巖、熱演化史、儲蓋組合、埋藏深度等主要控制油氣成藏的要素,認(rèn)為皖北霍邱古隆起、黔中古隆起、雪峰古隆起、漢南古隆起、皖南歙縣許村古隆起等油氣地質(zhì)條件較好,有可能獲得油氣發(fā)現(xiàn)和突破,是下一步開展頁巖氣和油氣地質(zhì)調(diào)查的有利地區(qū),為中下?lián)P子頁巖氣調(diào)查提供了新的方向。

表1 中、下?lián)P子地區(qū)部分古隆起地質(zhì)特征Table 1 Geological characteristics of paleo-uplifts in the middle-lower Yangtze River area

(1)霍邱古隆起

霍邱古隆起為發(fā)育于侏羅系之下的剝蝕古隆起,位于合肥坳陷北部的長豐-合肥一帶,面積為7500 km2左右,其中有利區(qū)遠(yuǎn)景區(qū)面積在2250 km2左右(石砥石等,2019)。合深3井及地震資料表明該區(qū)侏羅系直接不整合覆蓋于太古界花崗片麻巖之上,而在其西緣、南緣和東緣沉積了一定厚度石炭系—二疊系和寒武系—奧陶系?；羟窆怕∑鹪缙诘某练e與南華北盆地其他區(qū)域類似,印支運(yùn)動時(shí)期,由于南緣大別造山帶向北的擠壓應(yīng)力作用,該區(qū)抬升隆起,早期沉積的寒武系—奧陶系、石炭系—二疊系大部分區(qū)域被剝蝕,僅在隆起周緣還有一定殘存,主要為下太古界地層。侏羅紀(jì)時(shí)期,該區(qū)處于前陸坳陷-前陸斜坡帶,接受了巨厚的河湖相沉積。古隆起及周緣有4種類型的油氣藏可以探索:①寒武—奧陶系、石炭—二疊系自身的頁巖氣或致密氣藏;②古生界尖沒帶附近的花崗巖,花崗巖致密堅(jiān)硬,在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂縫,形成裂縫型氣藏;③侏羅紀(jì)沉積時(shí),合肥坳陷處于前陸盆地,霍邱隆起區(qū)遠(yuǎn)離造山帶,發(fā)育湖沼相沉積,可能發(fā)育巖性氣藏;④侏羅系和下覆地層有一個(gè)區(qū)域不整合面,古生界二次生烴可能運(yùn)移至不整合面聚集形成不整合氣藏(圖6)。

圖6 霍邱隆起及周緣構(gòu)造單元劃分圖Fig.6 Structural units of the Houqiu uplift and its periphery

(2)黔中古隆起

黔中古隆起位于黔中的修文、翁安一帶,一般認(rèn)為黔中古陸是從滇黔桂古陸分異出來的一個(gè)近東西向分布于貴州中部的狹長古陸(梅冥相,1994)。該古隆起最終形成水上隆起的時(shí)間為奧陶紀(jì)末五峰組沉積時(shí)期(崔金棟,2013)。黔中古隆起始終被烴源灶包圍且緊鄰資陽-宜賓生烴中心、川南生烴中心、川東生烴中心,晚加里東期、早印支期、晚印支期,各生烴中心生成的油氣分別向黔中古隆起及其北斜坡運(yùn)聚,是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)(張宏光,2015)。2021年,中國地質(zhì)調(diào)查局部署于黔中古隆起南緣的黔水地1井未經(jīng)儲層壓裂改造即獲得穩(wěn)定頁巖氣流,現(xiàn)場解析含氣量最高1.18 m3/t,總含氣量最高2.58 m3/t,氣測全烴最高為76.27%(陳相霖等,2021)。在古隆起區(qū)域,沉積了寒武系牛蹄塘組、志留系龍馬溪組、中泥盆統(tǒng)泥巖等烴源巖,頁巖氣、油氣成藏物質(zhì)基礎(chǔ)雄厚。

圖7 過霍邱古隆起南北向結(jié)構(gòu)剖面及可能的氣藏類型(平面位置見圖6)Fig.7 NS-trending structural section over the Huoqiu uplift and possible gas reservoir types(see Fig.6 for the planar position)

(3)雪峰古隆起

雪峰古隆起位于湖南西部、貴州東南及廣西的西北一帶,是以晚前寒武紀(jì)淺變質(zhì)巖系為主體的隆起帶,形成于加里東運(yùn)動末期,晚印支運(yùn)動—燕山運(yùn)動進(jìn)一步強(qiáng)化(鄧大飛,2014)。該區(qū)發(fā)育下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和下志留統(tǒng)龍馬溪組兩套烴源巖,雪峰隆起北緣加里東期烴源巖生排烴史、儲層演化史和構(gòu)造發(fā)育史三者匹配關(guān)系良好,有利于油氣聚集和成藏。2012—2018年,中國地質(zhì)調(diào)查局針對雪峰古隆起邊緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖先后部署實(shí)施了一系列地質(zhì)調(diào)查井,均發(fā)現(xiàn)良好的頁巖氣顯示(彭中勤等,2019)。

(4)漢南古隆起

漢南古隆起位于漢中南部,寒武系牛蹄塘組頁巖圍繞漢南古隆起周緣廣泛發(fā)育,具有沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化成熟度相對較低等特點(diǎn),具備頁巖氣生成和儲集條件,有較大資源潛力。古隆起前震旦系出露水面,主要為元古界結(jié)晶基底,志留紀(jì)末的構(gòu)造運(yùn)動使東緣隆起、向西掀斜,發(fā)育多個(gè)水下高地和次級隆起(徐政語和林舸,2001)。古隆起緊鄰川東北生烴中心,是油氣運(yùn)聚的指向處,具有良好的頁巖氣和常規(guī)油氣勘探前景,已鉆井陜南地1井在漢南古隆起識別出寒武系牛蹄塘組和五峰—龍馬溪組兩套優(yōu)質(zhì)頁巖含氣層段,總有機(jī)碳含量大于4%(陳相霖等,2018)。

(5)皖南歙縣許村古隆起

許村古隆起出露面積約130 km2,形成于820 Ma左右,基底為花崗閃長巖。相關(guān)調(diào)查研究證實(shí),許村花崗巖侵入到元古界上溪群,并被震旦系下統(tǒng)休寧組不整合覆蓋,因此,許村花崗巖體是一個(gè)早期的古島弧,即古隆起(孫家齊等,1995)。其周緣沉積下寒武統(tǒng)荷塘組頁巖,頁巖厚度320 m左 右,TOC值 為2%～8%,RO值 為1.9%～3.5%,烴源巖相關(guān)指標(biāo)較好。

5 結(jié)論

(1)黃陵隆起東南翼古老地層頁巖氣富集成藏,黃陵隆起的形成演化起到了積極的作用:一是黃陵隆起區(qū)熱流值和古地溫梯度比區(qū)域上要低,使早期烴源巖成熟度不至于過高,生烴能力得到有效保留;二是變形方式以連續(xù)整體抬升為主,隆起兩翼地層具有較好的連續(xù)性和完整性;三是下古生界沉積后,多次整體隆升,使烴源巖沒有被長期深埋。

(2)黃陵隆起東南斜坡有多口地質(zhì)調(diào)查井獲得油氣突破,其構(gòu)造演化史對頁巖氣富集成藏有積極作用和影響。初步的地質(zhì)地球物理資料表明:中、下?lián)P子地區(qū)黔中古隆起、雪峰古隆起、霍邱古隆起等區(qū)域頁巖氣地質(zhì)條件較好,有可能獲得頁巖氣突破,可進(jìn)一步開展頁巖氣地質(zhì)調(diào)查工作。

致謝:中國地質(zhì)調(diào)查局長沙自然資源綜合調(diào)查中心曾亮助理工程師在圖件清繪方面提供了幫助,在此表示感謝!