川東南湘鄂西地區(qū)構(gòu)造演化與頁巖氣保存關(guān)系分析

王慶之，楊 飛 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

喻永生 (中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225009)

王慶之，楊 飛 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

喻永生 (中石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225009)

根據(jù)構(gòu)造運動控制沉積的理論，通過平衡剖面的制作對川東南-湘鄂西地區(qū)的構(gòu)造演化史進(jìn)行研究分析，對川東南-湘鄂西地區(qū)的2套有利的烴源巖(下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組)的發(fā)育和埋藏有了一定認(rèn)識。并結(jié)合國外頁巖氣勘探開發(fā)的經(jīng)驗，綜合考慮構(gòu)造演化對頁巖厚度、烴源巖成熟度和頁巖埋深的影響，優(yōu)選出了有利的區(qū)帶進(jìn)行頁巖氣勘探。

川東南-湘鄂西地區(qū)；平衡剖面；構(gòu)造演化；頁巖氣

川東南-湘鄂西地區(qū)位于中-上揚子地塊東南部湘鄂西褶斷帶和川東南構(gòu)造帶，與江南-雪峰構(gòu)造帶北緣毗鄰。自武陵造山運動揚子區(qū)統(tǒng)一的基底形成以后，歷經(jīng)了多旋回多期次的沉積構(gòu)造發(fā)展，印支運動以前為海相沉積構(gòu)造旋回發(fā)展階段，印支運動使得揚子區(qū)2側(cè)的秦嶺和江南雪峰隆起褶皺造山[1]，海水全部退出揚子區(qū)，結(jié)束海相沉積歷史，開創(chuàng)了前陸盆地發(fā)展演化的新紀(jì)元。川東南-湘鄂西地處構(gòu)造分界線附近，地形起伏較大，構(gòu)造復(fù)雜。下面，筆者選擇QJ-2002-1線制作平衡剖面，通過平衡剖面的制作對川東南-湘鄂西地區(qū)的構(gòu)造演化史進(jìn)行研究分析。

1 川東南-湘鄂西工區(qū)構(gòu)造演化分析

1)震旦-加里東期的構(gòu)造演化 震旦紀(jì)至中奧陶世，川東南-湘鄂西地區(qū)廣泛接受了一套淺海臺地-陸棚相沉積的碳酸鹽巖-暗色泥巖沉積。中奧陶世末期，都勻運動發(fā)生，在揚子地塊上形成大的隆起、坳陷，為川中隆起、川南坳陷、黔中隆起，川東南地區(qū)則處于川東南坳陷之內(nèi)，并廣泛接受了一套深水盆地相-淺海陸棚相的暗色泥頁巖-粉、細(xì)砂巖沉積。加里東運動以后，中國南方完成了板塊的拼合，形成為統(tǒng)一的華南板塊。志留紀(jì)末期的廣西運動基本上繼承了都勻運動的構(gòu)造格局，使早期形成的隆起、坳陷進(jìn)一步發(fā)展。同時還使全區(qū)地殼上升，造成志留系(尤其是上志留統(tǒng))的大面積缺失(或剝蝕)(見圖1)。

圖1 志留紀(jì)(S3末)以前QJ-2002-1測線所示川東南-湘鄂西地區(qū)構(gòu)造特征

2)海西、印支期的構(gòu)造演化 海西早、中期，中上揚子地區(qū)基本繼承了加里東期的構(gòu)造面貌。區(qū)內(nèi)總體處于隆起剝蝕狀態(tài)，缺失泥盆系、石炭系沉積，早二疊世含煤碎屑沉積假整合于志留系之上。中、晚三疊世的印支運動使中國南方構(gòu)造格局和性質(zhì)發(fā)生了巨大變化，基本結(jié)束了海相沉積環(huán)境，整個地區(qū)出現(xiàn)海陸相轉(zhuǎn)換，全區(qū)抬升為陸。在印支運動的作用下，中上揚子亦形成大型隆起、坳陷，川東南-湘鄂西地區(qū)則處于瀘州隆起的東側(cè)斜坡上(見圖2)。

圖2 海西期(T2末)QJ-2002-1測線所示川東南-湘鄂西地區(qū)構(gòu)造特征

3)燕山期的構(gòu)造演化 晚侏羅世-早白堊世，因受庫拉、太平洋板塊NNW向快速向亞洲及我國東部大陸之下俯沖的影響，該時期中國東部地區(qū)表現(xiàn)為強烈的沖斷構(gòu)造和左旋走滑[2-3]。四川盆地及揚子西緣，主要表現(xiàn)為持續(xù)的壓性構(gòu)造環(huán)境，產(chǎn)生強烈沖斷、褶皺及抬升剝蝕。燕山期構(gòu)造改造的期次呈現(xiàn)出由東向西逐漸減弱的趨勢，以齊岳山斷裂為界中上侏羅統(tǒng)白堊系與下伏地層的接觸關(guān)系表現(xiàn)出十分明顯的分帶性。在齊岳山斷裂以東的黔中隆起及其周緣地區(qū)、湘鄂西地區(qū)發(fā)生強烈的斷褶作用(見圖3)。上揚子區(qū)主要表現(xiàn)為上白堊統(tǒng)與下伏地層呈角度不整合；齊岳山斷裂以西主要發(fā)生隆坳作用與沖斷(從已有的地震及地質(zhì)資料看，沖斷作用至少至下白堊)表現(xiàn)為假整合并且缺失下白堊。

圖3 燕山期(K2末)QJ-2002-1測線所示川東南-湘鄂西地區(qū)構(gòu)造特征

4)喜山期的構(gòu)造演化 構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境總體是擠壓、地殼收縮的環(huán)境，齊岳山斷裂以西的四川盆地沉積蓋層在早期形變基礎(chǔ)上，進(jìn)一步褶皺及沖斷變形，形成了現(xiàn)今所見的川東隔檔式褶皺帶以及川西、川中地區(qū)的低緩背斜圈閉(見圖4)。喜山晚期運動是中國南方一次新的造山運動，在工區(qū)內(nèi)以隆升作用為主，褶皺輕微，使川東南-湘鄂西地區(qū)在燕山期的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步隆升和剝蝕。

圖4 喜山期-現(xiàn)今 QJ-2002-1測線所示川東南-湘鄂西地區(qū)構(gòu)造特征

2 區(qū)域性烴源巖的發(fā)育與保存

根據(jù)構(gòu)造運動控制沉積的原理，按海進(jìn)-海退旋回，將中國南方從震旦紀(jì)至早古生代劃分為3個構(gòu)造-沉積旋回:

1)晚震旦世構(gòu)造-沉積旋回 從震旦紀(jì)開始，華南地區(qū)晉寧期的板塊匯聚作用，已由加里東早期的拉張-伸展作用所代替。晉寧運動后，中揚子形成了以冷家溪群、板溪群為基底的沉積盆地，最先接受了早震旦世南沱大冰期的冰川濱海相含礫砂泥巖沉積。早震世末-晚震旦世初，南沱期的冰消作用導(dǎo)致海平面上升，中、上揚子區(qū)晚震旦世成為碳酸鹽臺地或臺地前緣淺灘-陸棚沉積，陡山沱組為碳酸鹽巖建造，沉積物由白云質(zhì)灰?guī)r與含磷、含炭質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)、硅質(zhì)的白云巖組成，含較多磷結(jié)核，靠下部夾硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖及炭質(zhì)、粉砂質(zhì)扳巖。陡山沱組下部的泥質(zhì)巖，為揚子地區(qū)的第一套烴源巖。從湘鄂西至黔北、川東一帶，該套烴源巖均有分布。

2)早寒武世-中奧陶世構(gòu)造-沉積旋回 早寒武世梅樹村期-龍王廟期，是秦嶺洋和華南洋的主要擴張期和全球海平面上升時期。華南陸塊的南、北2個被動邊緣沉降劇烈，邊緣型相沉積向臺地相沉積超覆。烴源巖主要分布在向陸一側(cè)的內(nèi)帶及與其毗鄰的臺緣拗陷帶，烴源巖是欠補償、較深水、缺氧、強還原環(huán)境下沉積的炭質(zhì)頁巖、炭硅質(zhì)頁巖夾深灰色泥、炭質(zhì)灰?guī)r。該套烴源巖富含大量有機質(zhì)，覆蓋揚子廣大地區(qū)，是中國南方、也是區(qū)內(nèi)最主要區(qū)域性烴源巖之一[4-6]。

中、晚寒武世，基本為濱淺海含鎂碳酸鹽巖沉積。川南、黔中一帶為淺水臺地沉積，沉積物下部碎屑巖含量較高，上部碳酸鹽含量較高；川東-湘鄂西一帶，主要為淺海碳酸鹽夾少量泥質(zhì)巖，巖性為亮晶灰?guī)r、白云巖、生屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、泥灰?guī)r、夾頁巖。

3)晚奧陶世-志留紀(jì)構(gòu)造-沉積旋回 宜昌運動造成地塊的大面積隆升，導(dǎo)致海域大規(guī)模收縮，晚奧陶世五峰組是滯流環(huán)境的筆石頁巖沉積，沉積物主要是砂質(zhì)頁巖、碳質(zhì)硅質(zhì)頁巖。進(jìn)入志留紀(jì)，構(gòu)造活動性加強，致使沉積建造發(fā)生重大改變，但沉積區(qū)與奧陶紀(jì)相比沒有發(fā)生根本改變。

志留系在川東南-湘鄂西屬穩(wěn)定的淺海臺地-陸棚相碎屑巖-碳酸鹽沉積。志留系下統(tǒng)龍馬溪組主要巖性為一套灰黑色泥頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖-黃綠色泥頁巖、砂質(zhì)頁巖及粉砂巖，產(chǎn)筆石；是主要的烴源巖[7]。深水環(huán)境下的五峰組、龍馬溪組沉積，構(gòu)成研究區(qū)最主要的區(qū)域性烴源巖。

3 結(jié) 論

1)復(fù)背斜中的次級向斜部位是頁巖氣勘探的有利地區(qū)。川東南-湘鄂西地區(qū)經(jīng)過燕山早期運動、燕山晚期運動、喜馬拉雅運動的強烈改造，構(gòu)造面貌十分復(fù)雜，強烈褶皺和大幅度的抬升使牛蹄塘組和龍馬溪組或者遭到大量剝蝕，或者深埋地腹；形變特征控制了牛蹄塘組和龍馬溪組烴源巖的保存，進(jìn)而控制了頁巖氣有利區(qū)塊的分布。

2)川東南-湘鄂西地區(qū)下寒武統(tǒng)和下志留統(tǒng)頁巖，層位老但埋深淺，是現(xiàn)今工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟背景條件下開展頁巖氣勘探研究的重點目標(biāo)。研究區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)和下志留統(tǒng)頁巖沉積環(huán)境主要為陸棚沉積，在燕山運動以前，其埋深大部分超過3000m，均已進(jìn)入生氣窗，且后期燕山-喜山運動，構(gòu)造抬升幅度大，相當(dāng)多地區(qū)埋深在800～2400m，滿足頁巖氣勘探開發(fā)的基本條件。

[1]張書元，武智平. 雪峰隆起帶的大地構(gòu)造特征[J].海相沉積區(qū)油氣地質(zhì)，1987,1 (2): 57-66.

[2]趙宗舉，朱琰. 中國南方構(gòu)造形變對油氣藏的控制作用[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2003,3(1):40-42.

[3]陳丕基. 郯廬斷裂巨大平移的時代與格局[J]. 科學(xué)通報，1988,33(4):289-293.

[4]程克明,王世謙. 上揚子區(qū)下寒武統(tǒng)筑竹寺組頁巖氣成藏條件[J]. 天然氣工業(yè)，2009,29(5):30-32.

[5]陳波，蘭正凱. 上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣資源潛力[J].中國石油勘探，2009(3) :20-23.

[6] 文玲，胡書毅，田海芹. 揚子地區(qū)寒武系烴源巖研究[J]. 西北地質(zhì)，2001 (2):12-14.

[7]王清晨，嚴(yán)德天，李雙建. 中國南方志留系底部優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的構(gòu)造-環(huán)境模式[J].地質(zhì)學(xué)報，2008,82(3):289-297.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.014

P618.13

A

1673-1409(2012)04-N044-03

2012-02-28

王慶之(1983-)，男，2009年大學(xué)畢業(yè)，碩士生,現(xiàn)主要從事構(gòu)造地質(zhì)與石油地質(zhì)方面的研究工作。