四川盆地二疊、三疊系構造—沉積特征及有利勘探區帶

文 龍 張本健 陳 驍 徐 亮 馬華靈 彭瀚霖

1.中國石油西南油氣田公司 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

四川盆地二、三疊紀經歷了海西期和印支期2個重要的構造旋回階段[1]，以區域性不整合面作為劃分依據，可將其劃分為下二疊統梁山組—中二疊統茅口組、上二疊統龍潭組—中三疊統雷口坡組2大構造—沉積旋回。在這些構造沉積旋回的控制下，形成了緩坡—臺地的多套碳酸鹽巖沉積。

二疊紀前古地貌、二疊紀拉張構造背景、地幔柱隆升及火山噴發等多種因素影響控制了二、三疊系沉積格局。研究表明，棲霞期表現為古地貌分異背景下的“一緣兩環帶”特征，茅口期表現為拉張分異背景下的“一隆一緣”特征，晚二疊世表現為臺—盆分異背景下的“三隆三洼”特征，早三疊世飛仙關期表現為克拉通內部的“填平補齊”特征，早三疊世嘉陵江期繼承飛仙關期沉積格局，表現為盆緣古陸—島鏈圍限的局限—蒸發臺地，中三疊世受江南古陸隆升影響，表現為東高西低的局限—蒸發臺地，雷口坡末期受印支一幕影響形成“三隆兩洼”的古構造形態。

1 二疊、三疊紀構造演化特征

四川盆地位于揚子克拉通西北一側，四川盆地具有多旋回復合疊加的特點（圖1），盆地的形成、演化具有階段性[2-3]。

圖1 四川盆地二、三疊系綜合柱狀圖

1.1 二疊紀前古地質背景

二疊紀前的加里東運動、柳江運動及云南運動疊加，最終形成了二疊系的沉積基底，加里東運動使得上揚子克拉通產生兩個巨大的隆起，北為樂山—龍女寺古隆起，南為黔中古隆起，使震旦系—下古生界遭受不同程度剝蝕。這不僅對下古生界分布有控制作用，而且對后期的構造演化也有重要的影響[4]，泥盆系及石炭系僅分布在兩個古隆起的外圍。柳江運動在四川盆地表現為上升運動，而云南運動屬于地殼張裂活動派生的升降運動。多期構造運動使震旦系—石炭系暴露，經過長期的風化剝蝕，二疊系沉積前古地貌準平原化（圖2）。

在二疊紀時期，四川盆地周緣的西側發育龍門山海盆，北部發育南秦嶺邊緣海盆，西南側發育黔桂邊緣海盆地。盆地內部的古地貌具有小規模的地形起伏差異，而這些小規模的地形起伏對后期梁山組以至整個二疊系的沉積相帶的分異具有一定的控制作用，在樂山—龍女寺古隆起的高部位已經發現中二疊統各期具有繼承性的生屑灘體分布。

1.2 地裂運動、地?；顒优c沉積演化

峨眉地裂運動地質期較長（D2—T1）[5]，表現在華南板塊南緣的黔、桂、湘海盆裂谷和火山作用強烈，臺盆分異明顯，早三疊世末南秦嶺和黔桂海盆的下三疊統陸源碎屑厚度巨大的充填沉積。峨眉地裂運動的演化與南秦嶺洋打開、松潘—甘孜邊緣海的擴張和金沙江—哀牢山洋盆活動有密切的關系。在中—晚二疊世，伴隨著勉略洋南緣被動大陸邊緣的伸展裂解過程，整個揚子板塊北緣存在繼承性的構造拉張運動。盆地北西向及北東向基底斷裂復活，在張應力作用下，沿基底斷裂拉開，形成了以北西—南東方向展布的“開江—梁平”海槽雛形（圖3）[6-7]。

地幔柱理論的思想最初來源于Wilson（1963）提出的用于解釋夏威夷群島火山巖成因的熱點假說。Morgan（1971）認為地幔內部存在一種上升的、圓柱狀的、局部熔融的物質流即“熱柱”。峨眉地幔柱發生在中二疊統廣泛海侵的茅口期之后[8]，在揚子板塊西南川、滇、黔地區大面積玄武巖噴發，噴溢中心位于攀西裂谷系，裂谷系內填積了多期的火山巖系[9]。玄武質火山巖系覆蓋面積達30×104km2，最大厚度在3 000 m 以上。盆地內華鎣山、達縣和梁平鉆井中也相繼發現有玄武巖及輝綠巖，標志著以攀西裂谷系為中心的地殼張裂活動，已波及川西南及川東地區，四川盆地主體處于拉張環境之中。根據前人對川北地區野外露頭觀察，發現有輝綠巖侵入體，推測峨眉山玄武巖的噴發作用很可能在一定程度上加速了“開江—梁平”海槽雛形的形成[10]。在晚二疊世，峨眉山玄武巖泛流噴發達到高潮，在峨眉山玄武巖泛流噴發之后，上二疊統巖相古地理格局相對中二疊統發生了巨大變化。表現在盆地西南高、東北低的古地貌格局，并依次發育陸相、海陸過渡相及海相碳酸鹽臺地沉積。

因此，綜合認為峨眉地裂運動是揚子板塊在晚古生代—早中生代（D2—T1）一次大范圍的拉張運動，峨眉地幔柱是西南地區中—晚二疊世（P2-3）發生的一次重大構造熱事件，峨眉山玄武巖噴發是峨眉地裂運動強烈活動期的表現、也是峨眉地幔柱活動的必然產物，峨眉地幔柱隆升是中—晚二疊世地裂運動的動力機制。

2 二疊、三疊紀沉積演化

2.1 中二疊世沉積特征

2.1.1 棲霞期

棲霞組灘相主要分布在盆地中西部，受川北古隆起和樂山—龍女寺古隆起控制，其間被“德陽—綿陽”坳陷分割。

二疊紀前古隆起（古地貌）控制了棲霞早期沉積格局。古隆起區棲一段較薄，厚度15 ～25 m，其外圍川東地區棲一段較厚，厚度30 ～50 m，棲一段沉積厚度可反映棲霞組沉積前古地貌受古隆起控制；這一規律同樣約束了棲二段白云石化生屑灘分布，灘體整體呈現“一緣兩環帶”特征。一緣即川西臺地邊緣灘，發育在川西地區廣元—劍閣、江油—綿竹、都江堰—大邑，天泉—峨眉一線，灘體厚度大，縱向較連續，巖性以灰色、淺灰色生屑灰巖、細—中晶白云巖、灰質云巖或云質灰巖為主。兩環帶即兩個呈環狀分布的臺內灘帶，南部環在樂山—龍女寺古隆起廣泛分布，發育在川中地區西充—遂寧—安岳以及蜀南自貢—宜賓一帶；北部環在川北古隆起的德陽—綿陽—九龍山分布。臺內灘體厚度小，縱向多層疊置，巖性以灰色、灰褐色亮晶生屑、藻屑石灰巖為主，夾薄層白云巖。盆地東部臺內洼地主要分布于通江—達州—廣安—石柱及巫山一帶（大致類同于川東地區石炭系分布范圍），由于地勢較低、水體較深，總體以低能的石灰巖、泥巖沉積為主（圖4），巖性為淺灰色、灰色、灰褐色細—泥晶石灰巖。

圖4 四川盆地及鄰區棲霞期沉積相圖

2.1.2 茅口期

茅口組沉積早期繼承了棲霞組沉積格局，但沉積水體加深。茅一段巖性主要為一套黑灰色泥巖、泥灰巖與石灰巖組合，整體處于碳酸鹽巖緩坡沉積環境[11]。古隆起區茅一段泥灰巖厚度小，為內—中緩坡沉積；古隆起外圍的川東—川北地區茅一段沉積厚度大，為外緩坡沉積。茅口中晚期峨眉地幔柱隆升，在茅二早期川中古隆起核部持續發育高能灘，呈現“一隆”地貌特征（圖5）；受峨眉地裂運動控制，北部地區在強烈的拉張作用下發生沉降，發生非穩定背景下的槽臺分異，從川中到川北地區，依次發育臺地、斜坡、深水陸棚相沉積[12]，斜坡—深水陸棚展布范圍控制了劍閣—南充—石柱一帶邊緣灘體，“一灘”的發育（圖6）。川中地區發育兩個臺內洼地，與開江—梁平海槽一樣呈北西—南東向展布，其兩側發育蓬萊、鹽亭兩個高帶，水體能量強，發育高能臺內灘相。盆地南緣受右江盆地影響發育臺內洼地，環洼地邊緣的犍為—瀘州地區發育若干臺內淺灘。

圖5 四川盆地茅二早期沉積相圖

圖6 四川盆地茅二晚期沉積相圖

茅三期，隨著拉伸作用進一步加強，川北地區持續下沉，發育斜坡—盆地相沉積（茅口組孤峰段硅質巖相），臺緣帶分布在劍閣—龍崗一帶，亮晶顆?；規r普遍發育，具高能相帶沉積特征[13]。威遠—自貢、高石梯—磨溪以及南充一帶臺內灘大面積發育，其余地區為開闊海沉積。

東吳運動導致茅口組大規模暴露，發生區域性巖溶[14]，暴露時間約7 ～8 Ma，茅四段已經剝蝕殆盡。伴隨著地幔柱隆升，茅口末期具有西南高、東北低、隆洼相間的古地貌格局。

2.2 晚二疊世沉積特征

四川盆地吳家坪期受西南高、東北低沉積格局的影響[15]，早期在盆地內部主要表現為河流—三角洲相、濱岸沼澤相、淺水緩坡、深水緩坡、斜坡相（圖7）。晚期在綿竹—南川一線以東，主要為碳酸鹽巖沉積，受拉張動力作用的強烈影響，形成隆凹相間的格局。臺地區沉積生屑泥晶石灰巖夾云質灰巖，發育燧石結核，常見正常淺水生物碎屑；局部地區生物碎屑富集，形成低能生屑灘。廣元—開江為狹長的深水陸棚沉積，以碳質泥巖與硅質泥巖為主，水體相對滯留、閉塞，深水陸棚外側為沉積碳質泥巖、硅質巖及泥晶石灰巖的斜坡相，向北與陜西—湖北地區的深水陸棚連通，該深水陸棚區繼承演化為長興期開江—梁平海槽。受此影響，在吳家坪晚期川東北地區形成孤立臺地（圖8）。

圖7 四川盆地吳家坪早期沉積相圖

圖8 四川盆地吳家坪晚期沉積相圖

長興期繼承了吳家坪期古地理格局，并逐漸演化成三?。ù|北孤立臺地、劍閣—南充—石柱開闊臺地及遂寧—重慶—古藺半局限臺地）三洼（城口—鄂西海槽、開江—梁平海槽、蓬溪—武勝—石柱淺水陸棚）的沉積格局，這一構造沉積格局對長興組生物礁和生屑灘的發育及分布起到了重要的控制作用[16]（圖9）。早期沉積古地貌、形成期同沉積斷裂、海平面變化控制海槽、陸棚的演化與充填，進而控制長興期礁灘的遷移分布。通江—開縣—城口地區在吳家坪晚期孤立臺地的基礎上，臺地邊緣發育生物礁建隆，形成鑲邊臺地；淺水陸棚區在長興早期連通開江—梁平及城口—鄂西兩大海槽區，開縣—梁平—石柱地區發育多排隆洼格局，陸棚邊緣礁灘體呈條帶狀規模展布；蓬溪—武勝淺水陸棚與川西海盆相通，其東側邊緣劍閣—梓潼—南充地區礁灘體規模發育，展布面積大，單個礁灘體寬6 ～10 km；蓬溪—武勝淺水陸棚內部受微地貌差異及同沉積斷裂影響形成點礁群。

圖9 四川盆地長興晚期沉積相圖

2.3 三疊紀沉積特征

飛仙關組沉積期繼承了晚二疊世的沉積面貌并不斷演化，隨著拉張作用的不斷減弱，海槽及陸棚區域逐漸退縮、消亡，臺地不斷增生。在三隆區域（川東北孤立臺地、劍閣—南充—石柱開闊臺地及遂寧—重慶—古藺半局限臺地），鮞灘繼承性發育，且發育時間早，累計厚度大，在臺地邊緣可形成臺緣灘，白云巖化及儲集能力均優于臺內灘。在三洼（城口—鄂西海槽、開江—梁平海槽、蓬溪—武勝—石柱淺水陸棚）區域，飛仙關早期主要表現為填平補齊，巖性以泥質灰巖、泥晶石灰巖夾薄層的顆粒巖為主，地震剖面上前積特征明顯[17]，基本不具備勘探潛力；飛仙關晚期水體整體變淺，在前積體之上及坡折部位可發育多期灘體、并呈進積疊置遷移，平面上席狀連片展布，有一定勘探潛力。

嘉陵江組沉積期間，盆地由西南往北東呈低緩坡度傾斜的古地貌環境，在盆地域內整體為碳酸鹽臺地沉積體系，沉積建造受頻繁海平面升降控制，形成石灰巖與膏巖互層的沉積組合。海進體系域為開闊海泥晶石灰巖沉積，沉積厚度大。高水位體系域主要發育局限—蒸發環境的灰質—云質—膏質潟湖沉積，縱向上演化特征明顯[18]。由于海水進退較為頻繁，潟湖邊緣發育顆粒灘及云坪。

在中三疊世雷口坡期，四川盆地周邊發育系列隆起，屬于障壁碳酸鹽臺地沉積環境。盆地內沉積水體鹽度進一步增高，形成白云巖與膏巖互層的巖石組合。東緣江南古陸成為影響構造演化的主要因素和物源區，沉積格局變為東高西低，渝東地區從東向西依次分布濱海－淺海碎屑巖；瀘州－開江水下隆起進一步發育，隆起西部坳陷封閉條件更加完善[19]，沉積大套咸化淺海蒸發膏鹽巖；龍門山島鏈下沉，其東為半咸化淺海局限臺地沉積。

2.4 構造—沉積演化

從中二疊世的大范圍海侵到中三疊世閉塞的蒸發巖沉積，沉積背景經歷了碳酸鹽臺地→槽—臺分異→臺地過程，分異的根源在于峨眉地裂運動產生的拉張應力。沉積環境由開放逐漸轉向閉塞。具體而言，梁山組的廣泛濱岸沼澤沉積后，棲霞期四川盆地迎來大規模海侵，受樂山—龍女寺古隆起和川北隆起及德陽—綿陽坳陷影響，整體呈西高東低，并控制生屑灘分布。這種沉積格局一直持續至茅口早期。茅口中晚期，受拉張作用影響，盆地中北部逐漸產生構造分異，開始形成“梁平—開江海槽”雛形，并控制沉積建造，茅口組上部逐步相變為硅質巖建造（孤峰段），盆地中南部仍繼承性發育淺水臺地相沉積。龍潭期，康滇地區大規模玄武巖泛流噴發，在盆地西南部、南部地區堆積厚度不等的玄武巖，改變了盆地地貌格局，總體呈西南高東北低，這種格局一直延續至早三疊世，并控制了沉積體系的分布。同時，拉張應力持續，“梁平—開江海槽”不斷演化，槽—臺格局顯性化，并在川東北地區形成孤立臺地，但規模不大，環臺地邊緣形成生屑灘。長興期繼承發展，海槽加深加寬，同時在川中地區形成次級坳陷，展布方向與“開江—梁平海槽”平行，環海槽及坳陷邊緣形成生物礁/生屑灘?？缰小矶B世，四川盆地域內沉積環境屬開放性海域，生物繁盛，鹽度適中，廣泛發育生物礁/生屑灘建造。規模型礁灘體發育在槽—臺分異的邊緣帶，是油氣勘探的主戰場。

進入三疊紀，拉張伸展作用減弱，盆地內海槽及次級坳陷不斷被填平，川東北地區孤立臺地演變為蒸發臺地，建造厚層鮞粒白云巖。嘉陵江組—雷口坡組沉積期，受周緣隆起的控制及海平面變化，形成不同的巖石組合，海域水體逐漸閉塞，廣泛發育膏巖。但嘉陵江組為石灰巖與膏鹽組合，雷口坡組為白云巖與膏巖組合，反映了水體鹽度不斷增高（圖10）。中三疊世末期，江南古陸的隆升給予盆地南東—北西向的擠壓，使盆內瀘州—開江古隆起形成和發展，并使盆地東部抬升，四川盆地東部瀘州—開江古隆起定型，海水自東向西退出，全盆地遭受剝蝕形成區域不整合面。瀘州—開江古隆起周緣成為上、下二疊系油氣系統油氣運移的主要指向和聚集區[20]。

圖10 四川盆地二疊系—下三疊統沉積演化圖

3 有利勘探區帶

綜合含油氣地質條件及近期勘探成效，認為盆地二疊系是重要的戰略接替及準備領域，展現出多層系、多區塊、多類型勘探甜點。川西南部棲霞組臺緣灘、蜀南地區棲霞組臺內灘、劍閣—南充地區茅口組臺緣灘、蜀南地區茅口組臺內淺灘，是盆地中二疊統勘探的重點區帶。二、三疊系礁灘是尋找中淺層新區帶的現實領域，目前已明確宣漢—正壩南地區臺地邊緣帶、梁平地區緩坡型多排礁、西充—梓潼地區生物礁灘邊緣帶、蓬溪—武勝地區淺水陸棚點礁是近期礁灘勘探的有利相區。

3.1 中二疊統

3.1.1 棲霞組

川西北部中壩—雙魚石地區棲霞組臺緣灘相白云巖儲層發育，目前雙魚石大型氣田已進入開發階段。川西南部都江堰—雅安—峨眉地區同雙魚石地區的地質條件相類似，尚有一定勘探潛力，該區棲霞組臺緣帶分布面積2.6×104km2，白云巖儲層發育，儲層厚10～30 m，平均孔隙度3.8%；發育龍門山、峨眉—瓦屋山兩大構造體系，鉆探證實北東向構造保存條件優、含氣性好；二維和三維地震解釋發現邛崍、大興場西2 個大型復合圈閉，累計圈閉面積442 km2；雅安—眉山—資陽發育10 個臺內灘相巖性圈閉，圈閉面積累計1 200 km2，勘探潛力大。

環加里東古隆起高石梯磨溪—射洪鹽亭地區棲霞組臺內灘相白云巖儲層發育，目前開發井生產效果良好，鉆遇多口百萬方級高產工業氣井。最新研究表明棲霞組臺內生屑灘可延伸至蜀南地區自流井—瀘州—納溪一線，是近期風險勘探的有利目標區域。

3.1.2 茅口組

茅口組勘探主要集中在茅二段灘相白云巖儲層發育區，另外蜀南地區茅口組石灰巖孔隙型儲層也有一定的勘探潛力。

茅二下亞段發育3 個有利勘探區帶：①南充—龍女寺臺隆帶，該區白云巖及弱云化儲層普遍發育，面積700 km2，已獲氣井9 口，是現實增儲上產領域；②宣漢—梁平云化灘有利勘探區面積6 500 km2，是探索增儲新區；③劍閣—南充—石柱臺緣帶，二維和三維地震精細刻畫有利灘體面積10 500 km2。

茅二上亞段發育3個有利勘探區帶：①八角場—南充地區，該區含氣性好，井控程度高，高產井2 口；單井試產效果好，其中八角場地區為近期現實的增儲區塊；②雙魚石—柘壩場地區，該區多口探井鉆遇厚層孔隙型白云巖氣層，正實施風險探井2 口，是川西北地區增儲上產的重要補充；③板東—石柱地區，該區W67 井生產效果好，GX2 井上試獲工業氣流，是拓展勘探的有利地區。蜀南地區茅口組灰巖孔隙型儲層發育區，該區已取得風險勘探突破，LT1 井、ST1 井測試分獲日產氣20.86×104m3、54.68×104m3，展示出良好的勘探潛力，是持續深化勘探的增產區塊。

3.2 長興組—飛仙關組

開江—梁平海槽兩側、城口—鄂西海槽西側臺緣帶和臺內高帶，是盆地礁灘氣藏勘探的重點區域。系統梳理近期礁灘勘探領域，精細刻畫礁灘體面積3 320 km2，明確了下步勘探方向。其中宣漢—正壩南臺地邊緣帶總面積1 386 km2，新增有利區面積290 km2，該區XT1 井已鉆獲高產氣，目前正實施風險探井YT1 井。梁平地區緩坡型多排礁有利相帶面積9 140 km2，新增有利區面積970 km2，正實施風險探井ST1 井；西充—梓潼生物礁灘邊緣帶總面積6 190 km2，新增有利區面積1 400 km2，該領域儲層厚度大、物性好，處于寒武系生烴中心及志留系龍馬溪組之上，通源斷裂發育，具近源成藏優勢，是規模成藏有利區，蓬深2井已鉆獲高產氣，是近期拓展預探及評價工作的重要新領域。PS—武勝淺水陸棚規模點礁群，新增礁灘異常體有利區面積920 km2，具有較大的深化勘探潛力。

4 結論

1）受峨眉地幔柱隆升、勉略洋擴張多重構造影響，二疊紀處于拉張背景，形成隆凹沉積格局。

2）棲霞期繼承了加里東運動后西高東低的古地貌格局，臺地邊緣灘主要發育在川西地區，灘體厚度大，縱向較連續；臺內灘平面上環加里東古隆起廣泛分布，發育在川中地區西充—遂寧—安岳以及自貢—宜賓一帶。

3）盆地茅口組沉積早期處于碳酸鹽巖緩坡沉積環境，茅口組中晚期由于強烈的拉張作用，盆地北部地區發生拉張沉降，在裂陷邊緣發育大面積高能灘相，具備規?？碧降臐摿?。

4）上二疊統受拉張動力作用的強烈影響，長興期繼承了吳家坪期巖相古地理格局，并逐漸演化成三隆三洼的沉積格局，對長興組生物礁的發育及分布起到了重要的控制作用。

5）明確了川西地區臺緣帶及川中地區臺內高帶棲霞組，川中—川北地區茅口組、蜀南地區茅口組頂界古侵蝕面，開江—梁平海槽、蓬溪—武勝—石柱淺水陸棚周緣長興組邊緣礁灘等，是四川盆地二、三疊系大中型氣田勘探的主要領域和方向。