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《石油實驗地質雜志》2016年第3期

摘要:

將層序地層學基本原理與壓性盆地控制因素相結合，充分運用野外露頭、鉆井巖心、測井、地震等資料，對川西坳陷陸相層序結構特征進行了分析。認為川西坳陷周緣山系的幕式逆沖擠壓作用是控制川西前陸盆地層序地層及沉積充填樣式的主導性因素，它是一個“應力長期緩慢積累、短期瞬時釋放”的脈沖式波動過程。這種周期性的幕式逆沖擠壓和松弛過程導致湖平面(或基準面)以及可容空間的變化呈現出周期性、脈沖式波動的“二元”突變特征。層序的低位體系域主要發(fā)育辮狀河、三角洲等粗粒沉積體，而層序上部的湖侵—高位體系域則主要為半深湖的細粒沉積體，在垂向上構成了極好的三角洲相砂體與湖相泥巖廣覆式間互的沉積充填特征，形成了良好的生儲蓋組合和圈閉條件。因此，在油氣勘探中，層序底部的粗碎屑可以形成的巖性油氣藏及構造—巖性油氣藏是重要的勘探對象，同時，針對層序上部在湖盆邊緣可能形成的巖性油氣藏也應引起重視。

關鍵詞:

陸相層系;脈沖式波動;層序二元結構;演化模式;壓性盆地;川西坳陷

前陸盆地中蘊藏著豐富的油氣資源，其構造演化、物質充填、形成機制等均是地質學研究的熱點，而壓性盆地層序地層學也是目前層序地層學的一個重要研究方向［1－4］。近年來我國已先后在準噶爾、塔里木、川西等前陸盆地的油氣勘探中取得了重要突破與進展［5］。但由于前陸盆地具有特殊的壓性構造背景，導致其在盆地物質充填、構造樣式、層序構型等許多方面都有其獨特的表現形式，相對于典型被動大陸邊緣盆地及陸相斷陷盆地均存在明顯的差別［6－10］。通過前人的研究可知，全球構造 運動往往是幕式或間歇式的［11－12］，而受控于幕式的構造活動［13－15］，在我國西部的準噶爾、塔里木以及國外的一些壓性盆地均發(fā)育下粗上細的“二元”層序結構，具體表現為盆地基底在構造活動的擠壓下，通過漫長地史時期的緩慢應力積累，當該應力強度達到某一個臨界點，并超出了基底彈性形變范圍時則會發(fā)生破裂，應力突然釋放。這個積累與釋放過程不是漸進的，而是一個“應力長期緩慢積累、短期瞬時釋放”的脈沖式波動過程［14］。這種周期性的幕式逆沖擠壓和松弛過程導致湖平面(或基準面)以及可容空間的變化即呈現出周期性的“二元”突變特征。通過對野外剖面、巖心、地震、錄測井等資料的綜合分析，在深入剖析其壓性構造背景的基礎上，建立了川西坳陷前陸盆地層序地層格架，并對控制其形成“上細下粗”的脈沖式波動“二元”層序結構的主控因素進行了總結，在此基礎上建立了川西坳陷陸相層系的層序發(fā)育模式，以期為下一步油氣勘探提供依據。

1區(qū)域概況

川西坳陷位于晚三疊世以來的四川盆地中西部區(qū)域［16－19］，西臨龍門山造山帶，南抵峨眉、樂山，東連川中隆起，北東與昆侖—秦嶺構造帶相接，大致呈北東方向延伸。根據構造區(qū)劃、沉積充填、氣藏類型等因素，可以將川西坳陷中段劃分為“三隆兩凹一斜坡”，即龍門山前構造帶、新場構造帶、知新場構造帶、梓潼凹陷、成都凹陷、中江斜坡(圖1)。

2川西坳陷陸相層序分析

2．1層序地層劃分方案綜合分析野外剖面、鉆井巖心、錄測井、地震等資料，對川西地區(qū)陸相層系自下而上共識別出3個典型的一級層序界面、7個二級層序界面、15個三級層序界面、14個最大湖泛面，并進而將川西坳陷陸相劃分出2個一級層序、6個二級層序以及14個三級層序(圖2)。

2．1．1上三疊統(tǒng)馬鞍塘組可識別出1個三級層序(SQ1)，小塘子組(須一段)識別出1個三級層序(SQ2)，由SQ1和SQ2疊加組成TS1構造層序。須二段識別出1個三級層序(SQ3)，須三段識別出1個三級層序(SQ4)，由SQ3和SQ4組成TS2構造層序。須四段識別出1個三級層序(SQ5)，須五段中識別出1個三級層序(SQ6)，由SQ5和SQ6組成TS3構造層序。

2．1．2侏羅系下侏羅統(tǒng)白田壩組可以識別出2個三級層序(SQ7、SQ8)，這2個三級層序疊加組成TS4構造層序。中侏羅統(tǒng)千佛崖組識別出1個三級層序(SQ9)，中侏羅統(tǒng)沙溪廟組識別出2個三級層序(SQ10、SQ11)，由SQ9、SQ10和SQ11疊加組成TS5構造層序。上侏羅統(tǒng)遂寧組可識別出1個三級層序(SQ12)，蓬萊鎮(zhèn)組中識別出2個三級層序(SQ13、SQ14)，由SQ12、SQ13和SQ14疊加組成TS6構造層序。

2．2層序結構特征前陸盆地地層層序主要受控于幕式的構造活動，這一點與經典地層層序存在明顯不同［13］。在層序內部結構劃分上，典型被動大陸邊緣盆地和傳統(tǒng)斷陷盆地均表現為三元層序結構，即高位體系域、海侵(湖侵)體系域和低位體系域［21］。而在川西坳陷前陸盆地中則發(fā)育特征明顯的二元體系域層序結構，即每個層序基本僅由低位粗碎屑體系域(LST)與湖侵超覆的細碎屑體系域(EST)2個體系域構成，頂部高位體系域(HST)不發(fā)育，且具有明顯的脈沖式波動的周期變化特征。主要表現在以下幾個方面:

2．2．1露頭剖面川西地區(qū)植被覆蓋率高，僅少數地區(qū)露頭剖面上可見到相對完整的層序發(fā)育［21］。在廣元泡石溝須家河組剖面上，出露了須家河組一個較完整的二級層序(TS2:須二段+須三段層序)，這個二級層序的“二元體系域結構”特征明顯，下部須二段層序(SQ3)發(fā)育辮狀河及三角洲平原、前緣粗碎屑沉積，而上部須三段層序(SQ4)底部可見碳質頁巖超覆在須二段砂巖之上，發(fā)育濱—淺湖粉細砂巖與泥巖互層沉積，整個層序具有明顯的巖性突變及下粗上細的粒序特征。對侏羅系來說，野外露頭剖面上也可見到完整的二元層序發(fā)育特征。以李冰陵蓬萊鎮(zhèn)組剖面為例，出露一個較完整的三級層序(SQ14:蓬萊鎮(zhèn)組三段+四段層序)，該三級層序下部發(fā)育蓬三段三角洲前緣砂體沉積，上部為蓬四段濱淺湖相粉細砂巖與泥巖互層，整個層序也具有較明顯的下粗上細的“二元”結構特征。

2．2．2鉆井在川西地區(qū)所揭穿的各單井中，上三疊統(tǒng)須家河組各二級層序巖性組合、沉積微相構成和測井曲線均具下粗上細的“二元”結構，層序下部低位體系域自然伽馬曲線值較低，發(fā)育粗粒三角洲前緣水下分流河道、河口壩砂體;而上部湖侵超覆段自然伽馬曲線值較高，發(fā)育細粒湖泊相泥巖、粉砂巖與泥巖互層。侏羅系鉆井資料也顯示侏羅系各三級層序巖性組合、沉積微相構成和測井曲線也具有較明顯的下粗上細的“二元”結構，尤其在伽馬曲線上可明顯看出下部低位體系域的低值段和上部湖侵超覆的高值段周期性交互出現。

2．2．3地震連井剖面川西地區(qū)鉆井、地震連井剖面上也可見明顯的“二元”結構。從侏羅系鉆井、地震反演連井剖面可以看出(圖3)，侏羅系各三級層序下部以相對較粗的三角洲沉積為主，而上部則以粒度較細的濱淺湖沉積為主，整體表現出多個“上細下粗”的二元層序結構的垂向疊置。

3脈沖式波動“二元”層序結構形成機制

川西前陸盆地是一個由上三疊統(tǒng)須家河組局限前陸盆地、侏羅—白堊系再生前陸盆地以及新生界構造殘余盆地疊加而形成的多旋回疊合盆地(圖1)，受西部龍門山和北部南秦嶺逆沖推覆作用的復合控制［21］。由于特提斯構造域和環(huán)太平洋構造域的共同作用，中生代以來揚子板塊與周緣板塊發(fā)生了多次間歇式的碰撞會聚，整體表現為自南向北順時針方向的運動特征。在此區(qū)域背景下，川西坳陷中生代以來表現為受北部南秦嶺和西部龍門山2個邊界條件交替作用的構造演化特征。隨著南秦嶺米倉—大巴山和龍門山的相繼隆升，川西坳陷的應力特征呈現擠壓與松弛交替出現的二元特點:擠壓期周緣山系逐漸隆升，應力逐漸集中，發(fā)生強烈的構造擠壓變形和撓曲沉降，坳陷具有最大撓曲的地貌特征;松弛期周緣山系隆升至最高，斷層沖斷至地表，應力集中到最大后釋放，坳陷呈現整體抬升的地貌特征。這種周期性、脈沖式的擠壓與松弛后沉積耦合的作用過程，是導致川西前陸盆地層序地層呈現脈沖式波動“二元”結構特征的主要原因。以川西坳陷須家河組為例(圖4)，在須一段沉積期，即逆沖擠壓期，應力的緩慢積累導致前陸盆地發(fā)生強烈的撓曲沉降，形成湖侵體系域。這一階段主要表現為湖盆水體不斷加深，可容空間增大，盆地主體主要沉積了濱淺湖—半深湖的細碎屑巖，湖盆邊緣發(fā)育一定的粗碎屑巖。當應力強度超過基底彈性形變的臨界點后發(fā)生破裂，應力突然釋放進入松弛期(構造相對平靜期)，即須二段沉積期。這一階段湖平面迅速下降，可容空間快速減小，低位粗碎屑體系復活，即由高位體系域向低位體系域過渡的時間很短暫，以致于尚未形成相應規(guī)模的高位體系域沉積，湖平面便迅速下降，進入下一期的低位體系域演化階段。盆地基底應力積累與釋放過程不是漸進的，而是一個“應力長期緩慢積累、短期瞬時釋放”的脈沖式波動過程［14］。

4脈沖式波動“二元”層序結構發(fā)育模式

根據脈沖式波動“二元”層序結構的形成機制及其在露頭、測井及地震剖面上的特征，建立了川西陸相壓性盆地脈沖式波動“二元”層序地層格架模式(圖5)。根據川西前陸盆地陸相層序結構發(fā)育特征，結合川西陸相地層經歷的擠壓、松弛二元結構交替過程可以看出，晚三疊世—早侏羅世，川西地區(qū)主要經歷了4次擠壓、松弛的二元結構交替過程(圖2):

(1)小塘子組(須一段)—須二段沉積期。須一段沉積之前，受古特提斯洋關閉的影響，揚子板塊逐漸由南向北運動，川西坳陷表現為近南北向擠壓應力逐漸增強的擠壓特征。該時期逆沖作用發(fā)育，一方面導致物源區(qū)強烈抬升，造成與沉積區(qū)的高差增大;另一方面導致川西前陸盆地發(fā)生強烈的構造撓曲沉降，可容空間增大。須一期末—須二期初發(fā)生印支Ⅱ幕運動，擠壓應力得到突然釋放，進入松弛期。該階段以剝蝕卸載驅動的抬升為特征，湖平面快速下降，可容空間快速減小，沉積速率較低，低位體系域開始發(fā)育，以粗粒的三角洲沉積為主，砂地比超過80%。須一段與須二段之間存在一個明顯的巖相、巖性轉換面，該界面在區(qū)域上以平行不整合為主，界面之下以須一段(小塘子組)頂部煤層/頁巖為特征，之上為須二段厚層粗粒砂巖。

(2)須三段—須四段沉積期。須三段沉積時，受揚子板塊順時針旋轉，古特提斯洋關閉時剪切應力的影響，龍門山北段逐漸隆升，由此產生近北西—南東向的擠壓應力，并逐漸增強，形成自北西向南東的逆沖擠壓。隨著擠壓作用的持續(xù)，在川西前陸盆地產生新的撓曲沉降，湖盆水體逐漸上升，濱岸退積上超。此時，可容納空間的增加量超過沉積物補給量，沉積速率增大，湖侵體系域開始發(fā)育，故該階段主要發(fā)育細粒的濱淺湖沉積。須三期末—須四期初發(fā)生印支Ⅲ幕運動(安縣運動)，龍門山中、北段進入強烈構造隆升階段，北川—映秀斷裂沖斷至地表，應力集中到最大后迅速釋放，川西坳陷須四段底部廣泛分布主要來自龍門山中、北段的碳酸鹽質礫巖，表明該階段的構造、沉積格局和盆山耦合關系主要受龍門山逆沖推覆擠壓應力的釋放控制。同時，該層序在盆地邊緣具有強烈的向西超覆的特征，其在地震剖面上顯示為一個明顯的削截面，均表明此不整合面的形成可能與構造平靜期的均衡回彈有關。須四段沉積期，湖平面迅速降低，進入了構造相對平靜期，高位體系域尚未大量發(fā)育就進入TS3構造層序的低位體系域演化階段。此時，可容空間快速減小，沉積速率降低，低位體系域開始發(fā)育，發(fā)育粗粒的辮狀河和三角洲沉積。

(3)須五段—下侏羅統(tǒng)東岳廟段沉積期。須五段沉積時，南秦嶺再次隆升，川西坳陷表現出近南北向擠壓應力逐漸增強的擠壓特征，湖盆水體逐漸上升，濱岸退積上超，可容納空間增大，沉積速率也增大，湖侵體系域開始發(fā)育，以細粒的濱淺湖沉積為主;須五期末—東岳廟期初發(fā)生印支Ⅳ幕運動，造山斷裂沖斷至地表，應力集中到最大后釋放，在三疊系與侏羅系之間表現為一個區(qū)域性的構造不整合面，以下侏羅統(tǒng)底部沖積扇礫巖大幅度截切超覆在須五段濱淺湖砂泥巖地層之上為特征。

(4)下侏羅統(tǒng)馬鞍山段—中侏羅統(tǒng)千佛崖組沉積期。燕山Ⅰ幕之前，川西坳陷表現為北北東—南南西向擠壓應力逐漸增強的擠壓特征，湖侵體系域開始發(fā)育，以濱淺湖沉積為主，坳陷東部地區(qū)還可見濱淺湖—半深湖介屑灘沉積發(fā)育;燕山Ⅰ幕構造運動導致大巴山隆升，造山斷裂沖斷至地表，應力集中到最大后釋放，在千佛崖組底部發(fā)育廣泛分布的石英質礫巖沉積，千佛崖組與下伏地層間存在一個區(qū)域性的構造不整合面。此后，川西坳陷進入長期的構造平靜期，沉積速率較低。4次擠壓、松弛二元結構交替過程形成了具明顯周期性和脈動波動性特征的須家河組、下侏羅統(tǒng)3個二級層序的二元體系域結構，包括構造平靜期的低位體系域(須二段、須四段、下侏羅統(tǒng)珍珠沖+東岳廟段)和逆沖擠壓期的湖侵體系域(須三段、須五段、馬鞍山+大安寨段)，此時氣候持續(xù)處于溫暖潮濕環(huán)境，構造作用是控制二元體系域層序結構發(fā)育的主要控制因素。進入中、上侏羅統(tǒng)沉積時期，川西坳陷進入了以再生前陸盆地為主的演化階段，構造活動相對較弱，氣候條件總體干旱炎熱，湖泊范圍較小，可容空間主要受控于氣候變化引起的湖平面變化，二級層序的二元體系域層序結構特征不明顯，而三級層序的二元體系域結構特征較明顯。川西坳陷中、上侏羅統(tǒng)的沉積時間跨度為48Ma，而在這一時間段，川西地區(qū)主要經歷了6次擠壓、松弛的二元結構交替過程。這種三級層序內的二元體系域結構主要受干旱氣候背景下氣候的三級周期變化控制。根據前人研究表明，理想狀態(tài)下的氣候三級周期變化趨勢是基本符合正弦曲線的［22］。但川西地區(qū)中、晚侏羅世氣候的三級周期變化并不完全符合正弦曲線，即降雨量逐漸減少、氣候逐漸變干旱!降雨量逐漸增加、氣候逐漸變潮濕(圖6a)，而是呈現出降雨量逐漸減少、氣候持續(xù)干旱、湖平面不斷降低、可容空間逐漸減小、粗碎屑沉積!降雨量突然增加、注入湖盆水量及可容空間迅速增加、細碎屑沉積的特征(圖6b)。由于洪水期到干旱期間隔時間短，導致川西坳陷中、上侏羅統(tǒng)三級層序缺乏高位體系域沉積，表現出明顯的“下粗上細”的二元結構特征。

5“二元”層序結構對勘探的指導意義

受前陸盆地周期性的幕式擠壓作用的控制，以及古氣候的影響，川西坳陷陸相層系形成了多個“上細下粗”的“二元”層序結構。在層序下部的低位體系域主要發(fā)育辮狀河、三角洲等粗粒沉積體，可以作為良好的儲集層［23－25］;而層序上部的湖侵體系域則主要發(fā)育濱淺湖—半深湖的細粒沉積體，既可以作為油氣良好的蓋層，部分也可以作為烴源層供烴。在垂向上構成了良好的三角洲相砂體與湖相泥巖廣覆式間互的沉積充填特征，具備形成大面積、廣覆式巖性氣藏的條件［26］。因此，針對下一步的油氣勘探，除了在層序底部的低位體系域可以形成的巖性及構造—巖性氣藏［14，25］是重要的勘探對象外，針對層序上部在湖盆邊緣可能形成的巖性油氣藏也應引起重視。

6結論

(1)綜合利用露頭、巖心、地球物理和測錄井等資料，建立了川西坳陷前陸盆地層序地層格架，總結了控制其形成“上細下粗”的“二元”層序結構的主要因素，并建立了川西坳陷陸相層系的層序發(fā)育模式。

(2)川西坳陷周緣山系周期性的幕式逆沖擠壓和松弛，以及古氣候的影響，導致基準面以及可容空間的變化呈現出周期性、脈沖式波動的“二元”突變特征，這是形成川西坳陷陸相脈沖式波動“二元”層序結構的主要機制。(3)川西地區(qū)特殊的脈沖式波動“二元”層序結構，在縱向上形成了極好的三角洲相砂體與湖相泥巖廣覆式間互的沉積充填特征，具有大面積、廣覆式的生儲蓋組合和圈閉條件。在油氣勘探中，層序底部可以形成的巖性及構造—巖性氣藏是重要的勘探對象。同時，針對層序上部在湖盆邊緣可能形成的巖性油氣藏也應引起重視。

作者：張莊 葉素娟 楊克明 朱宏權 楊映濤 李旻 張世華 單位：成都理工大學能源學院 成都中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院 中國石化西南油氣分公司