龍門山北段山前復雜斷褶帶勘探新領域

楊 雨, 李忠權, 文 龍, 龍 偉, 張本健, 陳 驍, 劉 冉, 韓 倩, 胡懿靈,6

(1.中國石油西南油氣田公司，成都 610051；2.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；3.自然資源部構造成礦成藏重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；4.中國石油西南油氣田公司 勘探開發研究院，成都 610051；5.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214162；6.成都理工大學 地質資源與地質工程博士后科研流動站，成都 610059)

龍門山褶皺沖斷帶在地形地貌、構造變形、構造演化、前陸盆地發育和構造活動性等方面沿走向的差異性被眾多學者所關注，并對該區域進行了詳細的基礎研究[1-9]。近年來，龍門山區域油氣勘探取得重要進展：在龍門山山前帶北段雙魚石構造，二疊系棲霞組、茅口組，泥盆系觀霧山組均獲得高產氣流，最大達126.77×104m3/d，說明龍門山北段具有良好的勘探前景[10-11]。但是，由于受多期次、多旋回構造運動的影響，龍門山北段構造樣式多解且未落實，進一步開展油氣勘探工作受到制約。本文選取安順場-厚壩地震剖面進行精細解析，結合鉆井資料及構造演化分析建立龍門山北段復雜構造模型，特別是建立山前復雜斷褶帶(準原地系統)的構造模型，探討油氣勘探新領域。

1 地質背景

作為中國典型的板內造山帶，龍門山位于揚子地臺西緣，呈北東-北東東走向(圖1)[12]，是脆性地殼增厚[13]、下地殼流動[14-17]或者地殼水平縮短[18]的結果。平面上，龍門山可分為3段，即北段(安縣以北至廣元)、中段(懷遠至安縣)以及南段(懷遠以南至雅安)，主要發育茂縣-汶川斷裂、映秀-北川斷裂、彭灌斷裂3條區域性的深大斷裂，斷裂帶走向與龍門山構造帶的走向一致。在晚古生代(泥盆紀、石炭紀)龍門山為一個北東向的裂陷槽，沉積了一套厚約5 km的灰巖夾砂頁巖地層[3]。在中三疊世(須家河組沉積之前)松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地整體處于海洋沉積背景，屬被動陸緣環境，由松潘-甘孜地塊向四川盆地海水越來越淺。震旦紀到中三疊世，該區域沉積了一套海相地層，以碳酸鹽巖為主，且具有南東薄、北西厚的特點[4]。由于松潘-甘孜地塊北緣的阿尼瑪卿古特提斯洋與南緣的金沙江古特提斯洋分別在中三疊世、晚三疊世先后閉合，導致松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地及其鄰區大面積隆升，整個揚子地臺西緣及松潘-甘孜地塊由海變陸，出現了一個滄海桑田的造陸過程。

龍門山整體為北東-南西走向，海拔高度為500～3 000 m，地勢險峻，植被茂盛，屬中高山地貌類型[19]。地表出露地層主要為古生界和中生界，包括從震旦系到三疊系的所有地層，巖性主要為海相碳酸鹽巖。區內構造復雜，褶皺強烈，局部地層近直立甚至倒轉；斷裂發育，主要集中在志留系之上的泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系中，且斷裂延伸距離較遠，常有斷裂破碎帶(圖2)。

圖1 松潘-甘孜褶皺帶與四川盆地及相鄰地區構造背景圖Fig.1 Sketch map showing tectonic background of Songpan-Garze fold belt, Sichuan Basin and adjacent area(據鄧飛等[12])

圖2 龍門山北段構造綱要圖Fig.2 Structural outline map of north section of Longmenshan Mountains(據1∶200 000地質圖修改)

2 模型的建立

本文選取橫跨龍門山北段與四川盆地的安順場-厚壩地震剖面(A-A’剖面，剖面位置見圖2)進行構造精細解析并進行構造演化史分析，擬建立龍門山北段山前復雜斷褶帶的構造模型，為尋找隱伏有利勘探區提供依據。

2.1 構造模型精細分析

結合地質剖面、地質圖及地震剖面精細解釋可見，A-A’剖面穿過的主要構造有4條斷裂、2個背斜、2個向斜和1個不整合。根據地層、構造發育特征；橫向上，以馬角壩斷裂(F4)、J-T不整合為界，可將該剖面劃分為3個構造系統(圖3)，即馬角壩斷裂以西為外來系統(唐王寨-仰天窩滑覆體)、馬角壩斷裂至J-T不整合為準原地系統(山前復雜斷褶帶)以及J-T不整合以東為原地系統(四川盆地)。外來系統構造相對簡單，為唐王寨-仰天窩向斜；準原地系統構造復雜，褶皺、斷裂發育；原地系統構造簡單，為單斜地層?？v向上，剖面結構又具有明顯的分層性，根據雙魚石隱伏斷裂(F1)上盤、下盤構造發育特征，山前復雜斷褶帶可進一步劃分為復雜沖斷帶(上盤)、復雜斷層轉折褶皺帶(下盤)(圖4)。

唐王寨-仰天窩滑覆體(外來系統)：位于馬角壩斷裂以西，地表出露志留系和泥盆系，主要構造為由泥盆系構成的仰天窩向斜。向斜北西翼出露面積及地層厚度較南東翼大。地震剖面上，該區域反射同相軸特征清晰，連續性好，可識別出仰天窩向斜，且沒有其他復雜構造變形特征。

山前復雜斷褶帶(準原地系統)：位于馬角壩斷裂和J-T不整合之間，地表寬度僅為數公里，向地腹呈“八”字形展開，出露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系。地表構造主要為北東-南西走向，包括一系列傾向北西的逆沖斷裂以及文星場復式背斜。該區域地震資料品質較差，反射同相軸雜亂無章，斷面的地震波反射特征模糊不清，導致斷層、構造解析困難，筆者結合斷層相關褶皺、反轉構造等理論進行構造解析。

F1斷裂是一條位于地腹未出露地表的重要隱伏斷裂，從地震剖面構造精細解釋中可以發現，該斷裂上下兩盤表現出完全不同的構造變形特征。斷裂上盤構造復雜，發育一系列逆沖斷層、多個褶皺及構造三角楔，地表出露斷層多為地腹大斷裂的分支斷裂(圖4)。根據雙探9井鉆遇的地層[20]，發現下三疊統地層重復出現，該現象是由于F1斷裂向上突破，殘留構造三角楔。F1斷裂面上，由于拖曳作用，部分地層發生倒轉。F1斷裂上盤還發育了一條控制性斷裂——香水斷裂。香水斷裂深切寒武系，并控制了上盤地層中褶皺的形成。香水斷裂在活動過程中，繼續向上突破，切割地層，殘留二疊系和下三疊統，形成構造三角帶。F1斷裂下盤主要發育一個大型的斷層相關褶皺(斷層轉折褶皺)，并伴生有一些次級小斷裂，為地腹深部的隱伏構造?？刂圃摂鄬愚D折褶皺的斷裂向上滑脫于三疊系嘉陵江組底部滑脫層，向下滑脫于寒武系下部滑脫層。該斷層轉折褶皺的形態寬緩，受構造影響，寒武系-下三疊統重復出現。

圖3 A-A’測線地質剖面圖Fig.3 Geological profile of A-A’ survey line

圖4 A-A’地震剖面精細解釋Fig.4 Fine interpretation of A-A’ seismic profile

四川盆地(原地系統)：位于J-T不整合以東，主要為侏羅系與白堊系組成的單斜巖層，地層較為平緩，構造變形微弱。地震剖面上，反射同相軸清晰，連續性好，并未發育明顯的構造變形。在四川盆地原地系統的侏羅系、白堊系中發育的兩處明顯轉折，受地腹斷層相關褶皺的控制。

2.2 構造演化分析

結合地表及地腹構造分析，A-A’剖面大致以寒武系為界，寒武系之上地層發育復雜沖斷褶皺，寒武系之下震旦系及前震旦紀地層基本沒有卷入構造變形，且寒武系由四川盆地向龍門山方向(NE向NW)逐漸抬升(圖4)，屬于典型的薄皮構造?？刂票緟^域構造形成主要有兩套滑脫層：寒武系下部軟弱層和下三疊統嘉陵江組底。結合區域構造演化認為，此剖面形成是由于松潘-甘孜高原在印支期由海向陸的演變(構造抬升)過程中[21]，在松潘-甘孜高地與四川陸相湖盆之間，相當于現今龍門山的位置出現一斜坡帶，由于斜坡帶上多套滑脫層的存在，導致斜坡帶上的泥盆紀、石炭紀、二疊紀及早中三疊世海相沉積層多期滑脫，形成地層時代新的斷片在下、相對老的斷片在上的倒序疊置，屬于重力滑覆導致的前緣擠壓構造環境。

中三疊統雷口坡組沉積之后，四川盆地、松潘-甘孜地域逐漸結束海盆發育歷史，開始由海向陸的轉變，出現整體造陸運動。由于地殼差異抬升，西部松潘-甘孜地域抬升較四川盆地明顯要快[3-4]，在印支晚期至燕山期形成高原-斜坡-盆地的構造格局；在斜坡與盆地部位出現一系列沖斷褶皺與山前斷層相關褶皺，其構造演化過程分為如下4個階段。

2.2.1 F1斷裂、斷層三角楔與斷上盤的拖曳倒轉褶皺形成階段

寒武系至中三疊統雷口坡組海相地層沉積后，龍門山發生抬升掀斜，在山前帶下三疊統嘉陵江組頂、底之間首先發生滑脫，F1斷裂發育(圖5-A)，斷裂上盤地層順切層斷坡向上剪切逆沖，發育斷層轉折褶皺(圖5-B)。其后，由于滑脫擠壓作用的進一步增強，斷裂順著早期的薄弱面，截彎取直向上突破，切穿下三疊統雷口坡組(圖5-C)。地震剖面上則出現遺棄斷裂三角楔與斷上盤的拖曳倒轉褶皺，斷裂三角楔由嘉陵江組第三、第四段組成。由于當時的逆沖構造發生在水下，斷上盤雷口坡組向上逆沖遭受部分剝蝕沒有接受沉積，斷下盤還在水下接受須家河組沉積，遺棄斷裂三角楔與倒轉褶皺造成地層重復加厚，根據鉆井資料可確定嘉陵江組第三、第四段地層加厚360.8 m。F1斷裂經過一段時間演化，活動漸趨停止；F2斷裂控制的深部隱伏斷層轉折褶皺開始發育。

圖5 F1斷裂逆沖巖席形成示意圖Fig.5 Schematic diagram showing the formation of thrust sheet of Fault F1

2.2.2 F2控制的隱伏斷層轉折褶皺形成階段

隨著龍門山抬升掀斜的繼續，寒武系底部泥頁巖開始滑脫。寒武系底部泥頁巖作為下滑脫層，嘉陵江組第四段作為上滑脫面，斷坡發育在寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系及下三疊統飛仙關組這套地層中，斷坡切角20°～30°(圖6-A)，形成深層隱伏斷層轉折褶皺(圖6-B)。先前發育形成的F1斷裂在下伏斷層轉折褶皺形成演化過程中也發生相應構造變形，形成坡-坪式階梯狀斷層。先存遺棄斷層三角楔也發生了一定的旋轉，出現掀斜形態(圖6-C)。隨著F2控制的隱伏斷層轉折褶皺發育成熟后，F3控制的逆沖褶皺巖席開始形成。

2.2.3 F3控制的逆沖褶皺巖席形成過程

由于松潘-甘孜高原持續隆升，龍門山地區被進一步抬升掀斜，新的逆沖斷裂繼續發育，以寒武系泥頁巖作為下滑脫層，嘉陵江組第四段作為上滑脫層，形成一個滑覆逆沖巖席，疊加于F1逆沖巖席之上，并楔入嘉陵江組軟弱層中，造成嘉陵江組第二段地層厚度異常，僅為58.6 m(圖7-A、B)。當斷層發育遇到雷口坡組的堅硬巖層時，斷層截彎取直，形成遺棄斷三角楔，斷層向上突破直至地表，形成現今的香水斷裂(圖7-C)。三疊紀末期，盆地全面抬升，使地層遭受剝蝕，先前形成的階梯狀斷層處最終形成向斜，沉積了侏羅系(圖7-D、E)。

2.2.4 馬角壩斷裂(F4)控制的仰天窩滑覆體(外來系統)形成階段

在后龍門山逆沖推覆的擠壓環境下，泥盆、石炭系在志留系底滑脫層上滑覆(圖8-A)，并遭受剝蝕，形成唐王寨-仰天窩向斜等構造，最終形成現今的構造形態(圖8-B)。

中三疊世之后，受區域構造運動影響，松潘-甘孜高原與四川盆地整體表現為造陸隆升；但是在統一的隆升背景下，其區域隆升速率存在差異，導致松潘-甘孜高原的隆升幅度大于四川盆地，而這兩者之間的過渡帶則為斜坡。松潘-甘孜高原、過渡帶、四川盆地這三者形成了統一的有機組合，表現為高原-斜坡-盆地的構造格局。在重力滑覆作用下，斜坡與盆地的接壤部位處于擠壓構造環境。區域內發育多套滑脫層，在構造演化過程中，首先是淺部滑脫層活動，淺部斷裂發育，F1斷裂的發育演化控制了斷層上盤構造三角楔、拖曳倒轉褶皺的形成。其后，深部斷裂開始活動，F2斷裂的發育演化控制了地腹深部隱伏斷層轉折褶皺的形成，同時導致了早期構造(F1斷裂和構造三角楔)被掀斜；隨著松潘-甘孜高原的持續隆升，大斷裂、逆沖巖席發育，F3斷裂的發育演化控制了復雜斷層和褶皺的發育；在后龍門山逆沖推覆的擠壓環境下，F4斷裂發育，控制了外來系統的發育演化，形成唐王寨-仰天窩向斜等構造。

圖6 F2控制的隱伏斷層轉折褶皺形成示意圖Fig.6 Schematic diagram showing the formation of transition fold by F2 controlled concealed fault

圖7 F3控制的逆沖褶皺巖席形成示意圖Fig.7 Schematic diagram showing the formation of F3 controlled thrust fold sheet

圖8 馬角壩斷裂控制的仰天窩滑覆體(外來系統)形成過程Fig.8 Formation process of Yangtianwo slip nappe (allochthonous system) controlled by Majiaoba fault

3 有利勘探區分析

目前的勘探實踐和研究發現，印支期構造對于四川盆地油氣成藏具有重大影響，印支期古構造是油氣勘探重點領域[22]。川西北部地區上古生界多期臺緣帶、盆地內二疊系灘相白云巖孔隙型儲層和巖溶縫洞型儲層發育區是戰略準備領域[23]。同時，龍門山北段多個層系都展示出生儲蓋成藏的有利組合，為油氣資源奠定了良好的地質條件[10,24]。從構造發育演化過程發現，雷口坡組沉積后，山前復雜斷褶帶在重力滑覆導致的前緣擠壓構造環境下，淺部滑脫層首先活動，發育形成F1斷裂。F1斷裂的發育演化控制了斷層上盤構造三角楔，其頂部造成嘉二段58.6 m異常，拖曳倒轉褶皺的形成引起地層重復加厚，遺棄斷層三角楔引起地層加厚360.8 m；其后，深部斷裂開始活動，并控制了地腹深部隱伏斷層轉折褶皺的形成，轉折褶皺上盤前端引起地層重復(圖9)。

圖9 井震對比圖Fig.9 The correlation of well and seismic(A) A-A’地震剖面精細解釋；(B) A-A’地震剖面局部放大圖；(C)雙探9井實鉆層位

油氣多具有近源富集的特征且持續保存是成藏關鍵[25]。根據地震測線解釋結合構造演化及鉆井資料發現，復雜斷褶帶中的大型逆沖斷裂溝通了寒武系至三疊系中的儲層圈閉，為烴類物質的運聚提供了有利的通道[23]；同時，F1斷裂下盤構造變形相對較弱，斷裂深埋地腹下三疊統之下，易形成良好的構造圈閉；且受后期構造活動影響微弱，為油氣資源的保存提供了有利條件。由此可見，F1斷裂下盤具備可觀的油氣勘探前景，該區域可能成為油氣勘探的新領域。

4 結 論

a.龍門山北段構造復雜，整體具有分帶分層性。橫向上可劃分為3個構造帶，馬角壩斷裂以西為外來系統(唐王寨-仰天窩滑覆體)、馬角壩斷裂至J-T不整合為準原地系統(山前復雜斷褶帶)、J-T不整合以東為原地系統(四川盆地)?？v向上可劃分出2個構造變形層，雙魚石隱伏斷裂(F1)將山前復雜斷褶帶分割為復雜沖斷帶(上盤)、復雜斷層轉折褶皺帶(下盤)。

b.龍門山北段山前為重力滑覆導致的前緣擠壓構造環境，這是由于松潘-甘孜地塊北緣的阿尼瑪卿古特提斯洋與南緣的金沙江古特提斯洋分別在中三疊世、晚三疊世先后閉合，導致松潘-甘孜地塊、龍門山、四川盆地及其鄰區大面積隆升(構造抬升)，受差異隆升影響形成高地-斜坡-盆地的構造格局，在斜坡帶上的泥盆紀、石炭紀、二疊紀及早中三疊世海相沉積層發生多期滑脫，形成地層時代新的斷片在下、相對老的斷片在上的倒序疊置。

c.山前復雜斷褶帶中F1斷裂下盤發育的斷裂均未切穿下三疊統地層，可形成良好的構造圈閉，有利于原生油氣系統的保存，受后期構造破壞影響小，具備可觀的油氣勘探前景，因此F1斷裂下盤斷層轉折褶皺系統可能成為油氣勘探的新領域。