四川盆地達州-開江古隆起沉積構造演化及油氣成藏條件分析

楊躍明　文　龍　羅　冰　宋家榮　陳　驍　王小娟　洪海濤　周　剛　何青林　張曉麗　鐘佳倚　劉　冉　山述嬌

四川盆地達州-開江古隆起沉積構造演化及油氣成藏條件分析

楊躍明文龍羅冰宋家榮陳驍王小娟洪海濤周剛何青林張曉麗鐘佳倚劉冉山述嬌

中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

楊躍明等.四川盆地達州-開江古隆起沉積構造演化及油氣成藏條件分析.天然氣工業,2016, 36(8): 1-10.

四川盆地樂山-龍女寺古隆起震旦系-下古生界天然氣勘探所取得的重大突破,使得大型古隆起是該盆地深層天然氣勘探重要目標的認識成為共識.然而,除了樂山-龍女寺古隆起之外,該盆地其他大型古隆起均被認為是后加里東期的古隆起,后者對震旦系-下古生界油氣成藏的影響則極少被論及.為此,從分析野外露頭、鉆井及地球物理等資料入手,剖析了川東地區震旦系-下古生界沉積構造背景,研究了古地貌控制下的儲層、烴源巖分布規律,結合構造演化分析成果,探討了該區震旦系-下古生界含油氣地質條件.結果表明:①中寒武世前川東北部發育達州-開江繼承性隆起,控制震旦系、寒武系灘相儲層大面積發育;②古隆起高部位發育灘相儲層,其周緣凹陷帶發育上震旦統陡山沱組、下寒武統笻竹寺組厚層烴源巖,源儲配置條件優越;③二疊紀以來,達州-開江古隆起區由斜坡帶逐步抬升,二疊紀生油高峰期處于斜坡-低緩隆起帶,三疊紀生氣高峰期處于隆起高帶,有利于油氣富集成藏;④川東地區下構造層(下寒武統及其以下地層)現今具備大型隆起構造背景,構造形態簡單,其上完整的局部構造圈閉發育,保存條件好.結論認為,川東地區達州-開江古隆起區震旦系-下古生界具備良好的油氣成藏條件,該古隆起高部位灘相儲層發育區面積達8 000 km2,是四川盆地下一步天然氣勘探新的、重要的領域.

四川盆地 川東地區 達州-開江古隆起 震旦紀-早古生代 繼承性隆起 油氣成藏條件 天然氣勘探區

古隆起在油氣成藏進程中極具重要性,大中型氣田的形成多與古隆起、古隆起斜坡帶等有關[1-5].近年來,四川盆地樂山-龍女寺古隆起安岳氣田的高效勘探開發再次引發了地質家們對該盆地大型古隆起的關注[6-11].然而,在四川盆地已認識到的大型古隆起當中,除樂山-龍女寺古隆起外,其他大型古隆起均被認為是后加里東期發育并定型的隆起,如印支期瀘州-開江古隆起、燕山期大興古隆起、燕山期江油-綿陽古隆起等[9-16].這些晚期定型的大型古隆起在震旦紀、寒武紀是否存在?演化特征如何?其對震旦系-下古生界油氣成藏能否形成影響?這些關鍵地質問題在以往的研究中極少被論及.在安岳氣田已轉入全面高效開發、四川盆地急需尋找油氣后備戰略接替領域的關鍵時期,及早破解上述難題就顯得尤為重要和必要.為此,以四川盆地東部為研究區,針對制約油氣勘探的關鍵問題,從分析野外、鉆井及地球物理資料入手,剖析震旦系-下古生界沉積構造背景,研究古地貌控制下的儲層、烴源巖分布規律,結合構造演化分析,探討震旦系-下古生界油氣成藏的條件,并對川東地區震旦系-下古生界有利天然氣勘探區帶進行了預測,以期為四川盆地震旦系-下古生界油氣擴展勘探提供支撐.

1　達州-開江古隆起特征與演化

在研究區域地質情況的基礎上,通過分析野外露頭資料、鉆井資料以及二維、三維地震解釋成果后認為:受基底地貌的影響,四川盆地震旦紀-早寒武世具有隆-洼相間的格局,盆地東北部發育達州-開江古隆起.該古隆起中寒武世前為繼承性隆起,隆起高帶各層沉積地層厚度較薄(圖1),現今寒武系、震旦系發育大型穹隆狀背斜構造.

1.1古隆起識別

基底地貌分析、盆地緣野外剖面對比、盆地內部地震地層追蹤對比結果均表明:中寒武世前四川盆地東北部發育繼承性隆起,并具有以下較顯著特征.

1.1.1基底隆起背景明顯

研究四川盆地航磁異常分布情況后發現,四川盆地震旦系沉積基底具有明顯的隆-洼相間的構造格局,三大負磁異常隆起區明顯,分別是樂山-威遠負磁異常區、龍女寺-大竹-開江負磁異常區、閬中-南江負磁異常區.其中,樂山-威遠負磁異常區威27、威117井鉆遇前震旦系花崗巖,閬中-南江負磁異常區野外露頭顯示前震旦系為變質巖基底,由此證實負磁異常區為基底隆起高帶.龍女寺地區女基井鉆遇前震旦系噴出巖基底,推測川東北部開江地區與川中龍女寺具有相似性,同為埋深較淺的弱磁性花崗巖類基底.

圖1　達州-開江古隆起及其周緣震旦系燈影組厚度分布圖

1.1.2震旦系-下古生界各層自下而上逐步向基底隆起高部位超覆

四川盆地盆緣野外剖面對比和盆內地震地層追蹤對比結果表明,川東北部地區基底地貌高在震旦紀-早寒武世持續發育,主要表現為震旦系-下古生界各層自下而上逐步向基底隆起高部位超覆.

1)盆緣野外剖面對比:①上震旦統陡山沱組地層對比結果表明,川北南江一帶陡山沱期為古陸區,南江長灘河、貴民等地缺失陡山沱組,上震旦統燈影組與基底花崗巖或變質巖不整合接觸,古陸東西兩側陡山沱組地層加厚,依次發育砂礫巖、砂泥巖、泥頁巖(圖2);②上震旦統燈影組地層對比結果表明,古隆起在燈影期持續發育,高帶由陡山沱期南江一帶向東遷移至南鄭-鎮巴一帶,燈影組自下而上向隆起高部位超覆且靠近高部位碎屑巖含量增加,說明寒武系沉積前古隆起持續發育,南鄭-鎮巴一帶已處于水下隆起高帶,南鄭北部可能仍然存在古陸.

2)盆內地震地層追蹤對比:在盆緣古隆起識別的基礎上,為了解盆內古隆起發育情況,開展了地震格架剖面地層追蹤對比,結果顯示,盆地東北部中寒武世前發育繼承性隆起,古隆起區地層充填結構與野外地層對比特征一致,表現為震旦系-下古生界各層自下而上逐步向基底隆起高部位超覆,自古隆起高部位向兩側各層厚度均有增厚趨勢(圖3).

圖2　廣元陳家壩-南江楊壩-南江匯灘-鎮巴小洋壩陡山沱組地層對比圖

1.2古隆起特征與演化

基于四川盆地內86口鉆井、41條野外地質剖面、7 300 km二維地震和5 000 km2三維地震等資料,綜合編制了該盆地震旦系、寒武系各組地層厚度圖,利用構造古地貌的沉積地層厚度響應來反映古隆起形態及演化特征.從不同時期隆起特征及演化來看(圖4),震旦紀-早寒武世達州-開江地區長期處于隆起高帶,中寒武世前為繼承性水下隆起,中寒武世-奧陶紀前逐步演化為斜坡帶.

1.2.1震旦系沉積前

陡山沱組是在基底背景上發育的一套補償沉積地層,因而可以利用陡山沱組印模厚度來反映震旦系沉積前的古地貌格局.受晉寧運動的影響,基底呈現隆-洼相間地貌格局,發育4個古隆起:樂山-威遠古隆起、遂寧-廣安古隆起、達州-開江古隆起、漢南古隆起.其中漢南地區隆起最高,陡山沱沉積期為古陸區;其余3個古隆起的隆起幅度相當,在陡山沱沉積期處于水下隆起區,陡山沱組補償厚度薄.此階段,達州-開江隆起區受平昌-鎮巴臺洼、忠縣-城口臺洼和鄂西臺洼的圍限,與漢南古隆起之間被平昌-鎮巴臺洼所分割.

圖3　劍閣-利川地震格架大剖面圖(下寒武統龍王廟組拉平)

圖4　奧陶紀前達州-開江古隆起特征及演化圖

1.2.2寒武系沉積前

利用下寒武統筇竹寺組印模厚度反映寒武系沉積前的古地貌格局,可以看出上述4個古隆起持續發育.受桐灣運動的影響,達州-開江古隆起較遂寧-廣安古隆起有所抬升,范圍擴大,軸向逆時針偏移,呈近南北向展布.

1.2.3中寒武統沉積前

由于早寒武世晚期仍處于臺內補償與加積期,因而可以利用龍王廟組的厚度來反映中寒武統沉積前的古地貌格局.受興凱運動早期地層穩定抬升的影響,龍王廟組沉積期達州-開江古隆起繼承性演化,處于繼承性水下古隆起演化階段,其北部的漢南古隆起抬升幅度較大,再次形成古陸.

1.2.4奧陶系沉積前

中寒武統高臺組厚度響應特征表明,受興凱運動晚期構造活動增強,中晚寒武世川東北部差異沉降明顯.達州-開江地區開始沉降,由水下隆起帶逐步演化為臺內凹陷帶;其北部的漢南古陸則持續抬升、范圍增大.

2　古隆起及周緣儲集相、烴源巖分布特征及天然氣成藏組合

在沉積期構造地貌分析的基礎上,利用野外露頭實測資料、鉆井資料以及地震膏鹽巖刻畫成果,結合古地貌對沉積影響分析,通過單因素分析,綜合編制了震旦系燈影組四段、寒武系龍王廟組和高臺組巖相古地理圖以及陡山沱組、筇竹寺組烴源巖分布圖,明確了川東地區震旦系-下古生界儲層、烴源巖分布特征及天然氣成藏組合.

2.1古隆起高部位燈影組、龍王廟組丘灘相發育

受沉積期隆起地貌高控制,川東地區燈影組四段、龍王廟組整體處于碳酸鹽巖臺地相沉積區,達州-開江古隆起高部位燈影組丘灘相和龍王廟組顆粒灘相大面積發育.

2.1.1震旦系燈影組四段

燈影組四段沉積期,四川盆地總體處于半局限臺地-臺地邊緣相區,達州-開江古隆起為臺內古地貌高帶、燈四段丘灘相發育,丘灘相發育區帶面積為1.5X104km2;奉節-石柱地區處于臺地邊緣帶,燈四段丘灘相發育,丘灘相發育區帶面積達2.1X104km2.

2.1.2寒武系龍王廟組

龍王廟組沉積期,四川盆地處于連陸的碳酸鹽巖鑲邊臺地沉積環境(圖5),自西向東沉積相帶清晰,盆地西部主要為混積潮坪、川北-川中-川南處于局限-半局限臺地相區、川東北部-渝東南為開闊臺地相,渝東地區處于臺地邊緣相帶,向東北、西南逐步進入斜坡-盆地相.受達州-開江水下古隆起高帶控制,古隆起高部位臺內灘發育,預測灘相發育區帶面積為0.8X104km2;奉節-利川南地區處于臺地邊緣灘相發育帶,丘灘相發育區帶面積達2.0X104km2.

2.2古隆起周緣陡山沱組、筇竹寺組優質烴源巖圍繞

受沉積期地貌洼地控制,達州-開江古隆起周緣陡山沱組、筇竹寺組優質烴源巖發育,烴源巖生氣強度大,具備形成大氣田的氣源基礎.

2.2.1震旦系陡山沱組

四川盆地東北部陡山沱組烴源巖較盆內更為發育.受沉積地貌洼地控制,厚度大的區域主要分布在達州-開江古隆起兩側的平昌-鎮巴臺洼、忠縣-城口臺洼以及鄂西地區(圖6).烴源巖厚度一般介于50～150 m,有機碳含量(TOC)介于0.10%～4.72%(平均為2.72 %),生氣強度一般介于5X108～30X108m3/ km2.

圖5　四川盆地寒武系龍王廟組巖相古地理圖

圖6　四川盆地陡山沱組烴源巖厚度分布圖

2.2.2寒武系筇竹寺組

對四川盆地寒武系筇竹寺組烴源巖的評價結果認為,該組烴源巖的分布亦受沉積地貌的控制.烴源巖厚度大的區域主要分布在德陽-安岳臺內裂陷帶、忠縣-城口臺洼以及鄂西地區.其中,川東忠縣-城口臺洼以及鄂西地區烴源巖厚度一般介于100～200 m,TOC介于0.11%～11.07%(平均為1.52%),生氣強度介于20X108～80X108m3/ km2.

2.3高臺組厚層膏鹽巖直接蓋層發育

高臺組沉積相分析結果表明,四川盆地東部、南部高臺組主要為局限臺地相.受興凱運動晚期沉降作用的影響,川東北部達州-開江地區由龍王廟期古隆起逐步沉降為高臺期的臺內洼地,以膏云質潟湖沉積為主,沉積了高臺組厚層膏鹽巖.

從油氣成藏組合的角度來分析,川東地區震旦系-下古生界 "陡山沱組烴源巖+燈影組儲層""筇竹寺組烴源巖+龍王廟組儲層"構成了2套"下生上儲"優越源儲組合,上覆高臺組膏巖作為其直接蓋層,有利于油氣聚集成藏和有效保存.

3　構造演化與現今構造格局

3.1成藏期構造演化分析

3.1.1成藏階段分析

通過分析川東地區建深1井、池7井的埋藏史及烴源巖熱演化史,筆者認為川東地區震旦系-下古生界成烴演化可分為3個階段:①晚寒武世-奧陶紀進入生烴期;②志留紀-早三疊世烴源巖處于生油高峰,為古油藏成藏階段(烴源巖埋深介于2 000～5 000 m),中三疊世-侏羅紀烴源巖處于生氣高峰,為氣藏成藏階段(烴源巖埋深介于5 000～5 500 m);③晚侏羅世-現今為晚期生氣階段.

3.1.2寒武系底界、高臺組底界構造演化

前文已述,達州-開江古隆起是一個發育于前震旦紀基底隆起,經歷震旦紀-早寒武世的繼承性演化,中晚寒武世沉降為斜坡-臺內洼地.為了解達州-開江古隆起在油氣成藏期(志留紀以后)的演化特征及對油氣聚集成藏的影響,在對油氣成藏階段分析的基礎上,開展了寒武系底界、高臺組底界構造演化分析(圖7).

圖7　四川盆地寒武系高臺組底界構造演化圖

從圖7中可以看出,川東地區高臺組底界各個階段區域構造格局基本一致.總體上表現為:①受廣西運動的影響,川東北部-川北地區再次隆升,志留紀末達州-開江地區處于隆起高帶南端,高臺組底界均表現為構造高;②受石炭紀末云南運動、早二疊世末東吳運動的影響,二疊紀末樂山-龍女寺隆起帶抬升較大,達州-開江地區高臺組底界總體表現為次級斜坡-鼻狀隆起帶;③受印支運動的影響,達州-開江地區在中三疊世末高臺組底界均表現為次級隆起高,晚三疊世末隆起范圍有所擴大,形成低緩隆起高帶.從總體上看,寒武系底界構造演化特征與高臺組的格局是一致的.

梳理成藏期構造演化特征可以看出:奧陶紀以后,達州-開江地區由斜坡帶再次抬升,逐步演化形成隆起帶,二疊紀生油高峰期處于次級斜坡-鼻狀隆起帶,三疊紀生氣高峰期處于低緩隆起高帶,有利于油氣的富集成藏.

3.2現今構造格局及對油氣成藏的影響

3.2.1縱向構造結構與特征

川東地區縱向上發育3套構造層組合,各構造層構造特征存在顯著差異:①上構造層(侏羅系-中三疊統雷口坡組),褶皺變形表現為向斜地區平緩,地層傾角多大于40°,甚至直立倒轉,背斜核部剝蝕較為嚴重,保存條件較差;②中構造層(下三疊統-中寒武統),斷層極為發育,構造復雜,圈閉規模小,志留系發育厚層泥頁巖為次級滑脫層,不同時期斷層發育具有明顯的分層性;③下構造層(下寒武統及其以下地層),變形相對較弱,構造穩定、具備大型隆起背景,構造形態相對簡單,斷層不發育(圖8).從油氣成藏與保存的構造條件分析,縱向上,下構造層最有利于大型油氣藏的聚集成藏.

3.2.2橫向構造分區與特征

自四川盆地邊緣的大巴山前緣至盆地中部,依次發育:大巴山逆沖褶皺帶、川東隔擋式高陡褶皺帶、川中平緩構造帶.自盆地邊緣向盆地內部構造受力逐步減小,構造變形程度減弱,斷層發育減少.就川東地區而言,盡管處于高陡褶皺帶,盆地內部的達州-開江古隆起區深層構造形態仍相對簡單且斷層不發育,油氣保存條件較盆緣具有明顯的優越性.

圖8　達州-開江古隆起區及周緣現今構造格局圖

4　川東震旦系-下古生界油氣勘探前景

4.1古隆起對油氣成藏的控制作用

前述研究成果表明,達州-開江大型古隆起發育與演化對川東地區震旦系-下古生界油氣成藏起到了重要的控制作用,具體表現在:①震旦紀-中寒武世前,達州-開江繼承性隆起高部位發育灘相儲層,古隆起周緣凹陷帶發育陡山沱組、笻竹寺組厚層烴源巖;②中晚寒武世,古隆起沉降為臺內洼地,厚層膏鹽巖發育,成為"陡山沱組烴源巖+燈影組儲層""筇竹寺組烴源巖+龍王廟組儲層"這2套"下生上儲"優越源儲組合的直接蓋層,為大氣田的形成奠定了基礎;③奧陶紀以后,達州-開江地區由斜坡帶再次抬升,逐步演化形成隆起帶,二疊紀生油高峰期處于次級斜坡-鼻狀隆起帶,三疊紀生氣高峰期處于低緩隆起高帶,古、今構造疊合較好,有利于油氣的聚集與保存.

4.2川東地區油氣勘探前景

川東地區震旦系燈影組、下古生界龍王廟組具備天然氣規模成藏的基本地質條件,結合近期對川東地區震旦系-下古生界構造的落實情況,認為該區深部構造發育、圈閉閉合面積大,為油氣聚集成藏提供了有利的圈閉條件.綜合古隆起背景、沉積儲層、烴源巖、構造演化及圈閉條件等的分析成果,認為川東地區震旦系-下古生界可劃分為2大勘探有利區(表1):達州-開江古隆起有利區和奉節-利川臺緣帶有利區,其中前者勘探有利區面積為0.8X104km2,后者勘探有利區面積達1.3X104km2.

基于上述成果認為,川東地區震旦系-下古生界勘探區帶面積大、前景好,是四川盆地下一步天然氣勘探新的重要領域.建議加強對該區震旦系-下古生界的勘探,選取達州-開江古隆起古、今構造疊合高部位優先鉆探;加快奉節-利川臺緣帶構造圈閉的落實,選取保存條件好的圈閉實施鉆探.

表1　川東地區震旦系-下古生界天然氣勘探有利區帶劃分表

5　結論

1)中寒武世前,川東北部發育達州-開江繼承性隆起,古隆起高部位發育灘相儲層,古隆起周緣凹陷帶發育陡山沱組、笻竹寺組厚層烴源巖,源儲配置條件優越.

2)中晚寒武世,古隆起沉降為臺內洼地,厚層膏鹽巖發育, 成為了"陡山沱組烴源巖+燈影組儲層""筇竹寺組烴源巖+龍王廟組儲層"這2套"下生上儲"優越源儲組合的直接蓋層,具備形成大氣田的有利生儲蓋條件.

3)奧陶紀以后,達州-開江地區由斜坡帶再次抬升,逐步演化形成隆起帶.二疊紀生油高峰期處于次級斜坡-鼻狀隆起帶,三疊紀生氣高峰期處于低緩隆起高帶,現今深部構造發育、面積大,古、今構造疊合較好,有利于油氣的聚集與保存.

4)四川盆地東北部震旦系-下古生界油氣成藏條件優越,達州-開江古隆起高部位灘相發育區、奉節-利川臺地邊緣灘相發育區是該盆地震旦系-下古生界下一步天然氣勘探新的重要領域.

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Sedimentary tectonic evolution and reservoir-forming conditions of the Dazhou-Kaijiang paleo-uplift, Sichuan Basin

Yang Yueming, Wen Long, Luo Bing, Song Jiarong, Chen Xiao, Wang Xiaojuan, Hong Haitao, Zhou Gang, He Qinglin, Zhang Xiaoli, Zhong Jiayi, Liu Ran, Shan Shujiao
(Exploration and Deνelopment Research Institute of PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610041, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 8, pp.1-10, 8/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Great breakthrough recently achieved in the Sinian-Lower Paleozoic gas exploration in the Leshan-Longnüsi paleo-uplift, Sichuan Basin, has also made a common view reached, i.e., large-scale paleo-uplifts will be the most potential gas exploration target in the deep strata of this basin. Apart from the above-mentioned one, the other huge paleo-uplifts are all considered to be the ones formed in the post-Caledonian period, the impact of which, however, has rarely ever been discussed on the Sinian-Lower Paleozoic oil and gasreservoir formation. In view of this, based on outcrops, drilling and geophysical data, we analyzed the Sinian-Lower Paleozoic tectonic setting and sedimentary background in the East Sichuan Basin, studied the distribution rules of reservoirs and source rocks under the control of paleo-uplifts, and finally discussed, on the basis of structural evolution analysis, the conditions for the formation of Sinian-Lower Paleozoic gas reservoirs in this study area. The following findings were achieved. (1) The Dazhou-Kaijiang inherited uplift in NE Sichuan Basin which was developed before the Middle Cambrian controlled a large area of Sinian and Cambrian beach-facies development. (2) Beach-facies reservoirs were developed in the upper part of the paleo-uplift, while in the peripheral depression belts thick source rocks were developed like the Upper Sinian Doushantuo Fm and Lower Cambrian Qiongzhusi Fm, so there is a good source-reservoir assemblage. (3) Since the Permian epoch, the Dazhou-Kaijiang paleo-uplift had gradually become elevated from the slope zone, where the Permian oil generation peak occurred in the slope or lower and gentle uplift belts, while the Triassic gas generation peak occurred in the higher uplift belts, both with a favorable condition for hydrocarbon accumulation. (4) The lower structural layers, including the Lower Cambrian and its underlying strata, in the East Sichuan Basin, are now equipped with a large-scale uplift with a simple structural configuration, above which a complete local structural trap was well developed with a good preserving condition. In conclusion, there are good forming conditions for hydrocarbon reservoirs in the Sinian-Lower Paleozoic strata in the Dazhou-Kaijiang paleo-uplift, East Sichuan Basin, in the higher parts of which the well-developed beach-facies reservoirs occupy an area of 8 000 km2and will be the next important gas exploration target in this basin.

Sichuan Basin; East; Dazhou-Kaijiang paleo-uplift; Sinian-Early Paleozoic; Inherited lift; Reservoir-forming conditions; Exploration zone

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.08.001

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項"四川盆地深層海相碳酸鹽巖勘探開發技術現場實驗"[編號: 2014E-3208(GF)].

楊躍明,1963年生,教授級高級工程師,本刊第七屆編委會委員,博士;主要從事油氣勘探開發生產管理及研究工作.地址:(610041)四川省成都市高新區天府大道北段12號.ORCID: 0000-0002-0241-0017.E-mail: yangym@petrochina.com.cn

2016-08-09 編 輯 居維清)