川西地区中古生界海相天然气基础地质条件分析

许国明 林良彪

(1.成都理工大学沉积地质研究院,成都610059;

2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院贵阳地质研究所,贵阳550004)

1 川西海相区域构造沉积背景

川西海相区域地史上位于上扬子地台西缘台-槽过渡带,现今包括四川盆地西部的川西坳陷和龙门山构造带及松潘-甘孜褶皱带东缘的部分地区。

该区现今呈现如下构造格局：青川-茂汶断裂以西,为松潘-甘孜褶皱带;青川-茂汶断裂至江油-都江堰断裂之间为龙门山逆冲推覆构造带,该构造带又以北川-映秀断裂为界,分为龙门山后山推覆带和龙门山前山推覆带(图1);江油-都江堰断裂以东为四川盆地川西坳陷[1,2]。

从四川盆地的沉积演化和盆地周边造山带的形成发展来看,川西地区的构造沉积演化可划分为扬子地台基底形成阶段(前震旦纪)、扬子地台及其周缘盆地形成演化阶段(Z-T2)、川西前陆盆地形成演化盆山耦合(-Q)三大阶段。

a.扬子地台及其周缘盆地形成演化阶段(加里东-印支早期),川西地区总体处于槽台体制下槽与台过渡的构造格局下,由西向东,槽区形成克拉通边缘盆地,台区形成克拉通周边沉降盆地(台缘)和克拉通内坳陷盆地(台内)。在大陆地台稳定发展及其边缘复杂化的漫长过程中,槽台分异明显,北川-九顶山-映秀古断裂(或称龙门山中央古断裂)以西为槽区,发育地台(克拉通)边缘盆地活动型沉积,地史时期中的岩浆活动与变质作用强,具有陆缘裂陷槽(坳拉槽)或“准地槽”特征;其东为台区,发育地台盆地(克拉通内坳陷盆地)及台缘坳陷盆地(或称克拉通周边沉降盆地),为稳定型与过渡型沉积[3,4]。在漫长的地史时期,“槽盆”或“台盆”的构造沉积演化对油气基础条件的形成具有两方面的影响：(1)控制多期不同规模的烃源坳陷形成演化,其中孕育多套烃源岩。(2)控制不同地史时期台棚过渡带的形成及演化,其其中发育的多层次的台缘礁滩相带是有利储层发育的基础,也是油气成藏的基础(图2～图4)。

图1 川西地区构造带划分图Fig.1 Division of the tectonic belt of West Sichuan

b.川西前陆盆地形成演化盆山耦合阶段(印支晚期-喜马拉雅期)。印支晚期,松潘甘孜地槽回返,构造反转,龙门山自北西向南东递进冲断推覆,造山成盆,川西前陆坳陷形成。燕山早期为造山期后伸展期,前陆盆地转变为陆内浅坳盆地。燕山晚期,扬子地块开始向西北方向的陆内俯冲,印支晚期始形成的古龙门山再度崛起,后山带基底凸起“挤出”,前山带与前锋带继续向陆相沉积盆地挤压推覆、隆升、递进迁移,形成新的物源区,川西K-E再生前陆盆地。喜马拉雅期,龙门山作为青藏高原东缘强烈隆升,逆冲推覆、滑覆,龙门山前地层褶皱、断裂形变,最终定型。

图2 川西及邻区震旦纪(加里东期)区域构造沉积演化模式Fig.2 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Sinian(Caledonian period)

图3 川西及邻区二叠纪(海西期)区域构造沉积演化模式Fig.3 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Permian(Hercynian period)

图4 川西及邻区晚三叠世(卡尼克期-瑞替克期)区域构造沉积演化模式Fig.4 The areal structure and sedimentary evolution model of West Sichuan and adjacent areas in Triassic(Carnian-Rhaetian period)

c.印支晚期构造运动是川西构造发展中的一个重要转折,它不仅改变了晚三叠世以前扬子西缘川西克拉通及其周缘盆地演化的构造格局,由槽台构造体制转变为板块构造体制,而且改变、调整了印支晚期前的川西海相油气系统。后续的燕山期-喜马拉雅期的构造运动多期次的强烈挤压冲断,使该区古油气藏一部分遭到破坏,另外一部分可能被改造,油转化成气,在新的成藏背景下调整形成新的天然气藏。

2 龙门山构造带的基本构造样式

龙门山构造带现今的构造样式对于分析川西地区的构造演化及古今油气成藏演化有非常重要的意义。龙门山推覆构造带经历多期次构造运动复合叠加,现今构造样式总体上表现为：基底卷入冲断构造和盖层滑脱叠瓦状冲断构造,但北、中、南段表现特征各不相同(图5～图7)。北段处于广元-安县间,后山(变质岩系)推覆带、前山推覆带与前锋推覆带构成三个低角度逆掩推覆岩席,前山带发育扇形叠瓦状冲断构造和断层相关褶皱,前锋带发育逆冲双重构造。中段处于安县-都江堰间,后山带以茂汶断裂为后缘正折离断层,北川-映秀断裂为前缘逆冲断裂,构成九顶山(彭灌杂岩体)基底挤出构造;前山带与北段相似,前锋带在T-滑脱面之下发育逆冲双重构造,龙潭组与侏罗系底滑脱面间发育逆冲三角带。南段处于都江堰-天全间,后山带与前山带发育雅斯德、宝兴基底挤出构造;前山带与前锋带为台阶状叠瓦冲断构造,断层相关褶皱幅度低。北段较中段推覆平距大、范围广。北-中段前山推覆带下伏原地体相关褶皱构造带及前锋断层与山前侏罗系底滑脱面形成的反冲断层间构成的逆冲三角带是油气成藏的重要区带[5]。

图5 川西龙门山北段(L55线)构造样式剖面图Fig.5 The profile of the structural style of the north section of Longmenshan in West Sichuan(Line 55)

图6 川西龙门山中段(L-07-NW163线)构造样式剖面图Fig.6 The profile of the structural style of the middle section of Longmenshan in West Sichuan(Line L-07-NW163)

图7 川西龙门山南段(MB-92-D2线)构造样式剖面图Fig.7 The profile of structural style of the south section of Longmenshan in West Sichuan(Line MB-92-D2)

3 川西海相烃源岩

川西海相自从晋宁运动扬子地台基底形成以来,在加里东至印支早期,古中生代海相(Z-T2)总体处于被动大陆边缘的构造背景下。在龙门前山构造带露头剖面上,一共观察到了4套未变质的优质烃源岩层：灯影组(Z2dn2)黑色页岩、深灰色灰岩;清平组(C-1qp)黑、褐灰色页岩、粉砂质页岩及薄板状灰岩、硅质岩;D1-2黑色粉砂质泥页岩及深灰色灰岩;雷口坡组-吴家坪组深灰色灰岩、黑色页岩。这4套烃源层几乎涵盖了上古生界和下古生界各套海相地层,其沉积相背景从深水滞流盆地至斜坡、陆棚相都有[6](图8～图11)。

图8 川西地区震旦纪构造-岩相古地理图Fig.8 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Sinian

图9 川西地区早中泥盆世构造-岩相古地理图Fig.9 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early-Middle Devonian

图10 川西地区早二叠世构造-岩相古地理图Fig.10 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early Permian

图11 川西地区早中三叠世构造-岩相古地理图Fig.11 Tectonic-lithofacies palaeogeography of West Sichuan in Early-Middle T riassic

龙门山后山构造带至松潘-甘孜构造带槽区下斜坡及半深海盆地相古中生界的烃源岩已全变质。烃源岩样品(Z2,C-1qp1,D2gw1,P2l-P3w)分析结果表明：这4套优质烃源岩中的任何一套无论从类型、分布范围、厚度(图12～图15)、有机碳含量来看,在地史时期都具备一定的生烃条件,都有可能生成规模巨大的油气藏。现今龙门山前山Z,C-,D,P的 Ro值(表 1)都在0.75%～2.09%范围内(表1),大多处于高成熟期;∑T TI计算生烃高峰主要处在T3x2+3～T3x4+5时期,具有向隆起部位供烃的能力。因此,它们是川西古中生代古油气藏及现今川西海相大中型气藏的物质基础。在龙门山构造带及川西坳陷西缘,古生界-中生界的等10余个层段的岩石孔隙、裂缝中观察到大量的沥青、油苗显示,揭示该区曾经形成过规模巨大的古油气藏。如在龙门山北段鱼洞梁、马角坝发现的飞仙关组第一段古油藏、矿山梁震旦-寒武系古油藏以及江油厚坝沙溪庙组残余油藏等证实了这一推论。现通过进一步对川西加里东-印支早期岩相古地理研究及龙门山推覆构造带平衡复原研究,对川西加里东期-印支期扬子地台西缘克拉通周边沉降盆地范围进行了初步的估算。结果表明：龙门山地区北段压缩强于南段,南段压缩量约为39.6 km,中段约为48.7 km,北段约为146.9 km(见图5～图7)。平衡复原后的加里东期震旦纪台缘坳陷周边沉降盆地面积约为20 150 km2,早寒武世台缘坳陷周边沉降盆地面积约为15 285 km2;海西期早中泥盆世台缘坳陷周边沉降盆地面积约为20 632 km2,中二叠世台缘坳陷周边沉降盆地面积约为27 427 km2,早中三叠世台缘坳陷面积约为18 117 km2。恢复后印支晚期前的“台缘坳陷”的范围远大于现今范围,如果资源量估算按恢复的坳陷范围计算,川西海相资源量应有较大幅度增加,这极大地提高了对该区资源前景和勘探前景的预期[7,8]。

图12 川西地区震旦系烃源岩平面展布图Fig.12 Distribution of source rocks of Sinian

图13 川西地区寒武系烃源岩平面展布图Fig.13 Distribution of source rocks of Cambrian

图14 川西地区泥盆系烃源岩平面展布图Fig.14 Distribution of source rocks of Devonian

图15 川西地区二叠系烃源岩平面展布图Fig.15 Distribution of source rocks of Permian

表1 龙门山地区主要烃源岩成熟度统计Table 1 The maturity of source rocks in the Longmenshan area

4 川西古中生界储层沥青来源分析

通过对川西古中生界海、陆相地表和井下储层样品孔隙内的油苗沥青的有机地球化学分析看出(图16)：(1)汉旺泥盆系沙窝子组,鱼洞梁及松花岭三叠系飞仙关组储层孔隙内油苗的GC-MS图谱具有很强的相似性,指示三者来自同一母源,这也是古生界与中生界间存在着油气运移的直接证据。(2)中坝气田中46井x1沥青与武都镇桂溪剖面D2j泥岩二者相近的GS-MS图谱指示中坝气田的须家河组气藏至少有部分源自泥盆系烃源岩,这是“海生陆储”的有力证据之一。(3)碳同位素的对比分析也进一步说明上述问题(表2)：飞仙关组地表储层油苗沥青的碳同位素值域与泥盆系和石炭系烃源岩的碳同位素值域在同一范围,轻于二叠系烃源岩碳同位素值域范围;雷口坡组沥青的芳烃、沥青质碳同位素值域与二叠系烃源岩碳同位素值域在同一范围,说明二郎庙雷口坡组的油苗沥青可能源自二叠系的烃源岩;厚坝沙溪庙组的油苗沥青芳烃等碳同位素值域较轻,与下古生界的Z,C-和D烃源岩的碳同位素值域接近,说明陆相的气源有来自海相的成分。这从有机地球化学的角度说明了：川西古生界台缘坳陷多套烃源岩在地史演化过程中曾多期生、排烃,生成的油气可能在海相储层和陆相储层内成藏;燕山至喜马拉雅多期次强烈构造运动,使该区海相油气系统遭到破坏,部分可能被调整在新的成藏背景下成藏。因此,在川西可能不仅能找到“海生海储”、“古生古储”天然气藏,还有可能找到“海生陆储”、“古生中储“的油气藏。

图16 川西龙门山地区饱和烃图谱对比特征Fig.16 The comparison of characteristics of the saturated hydrocarbon pattern in the Longmenshan area of West Sichuan

表2 川西龙门山地区不同层位碳同位素Table 2 The characteristics of carbon isotope in the Longmenshan area of West Sichuan

5 结论

川西海相层系在古中生代构造沉积演化过程中,由于处于扬子地台西缘特殊的“台-槽过渡带”区位,具有较台内优越的油气生聚基础地质条件,尽管印支晚期后该区龙门山构造带海相油气系统遭到强烈破坏,但龙门山推覆带东侧隐伏逆冲断层下盘古中生界“原地体构造带”、“三角带”及川西坳陷中央至坳陷东斜坡古中生界海相层系保存条件好,尤其是上二叠统-下中三叠统中,可能寻找到大中型的油气藏,应是川西海相油气勘探部署的重点目标[9]。

本文得到了导师陈洪德、周棣康、刘敬谦等多位专家的悉心指导,刘诗荣、石国山、宋晓波、卢其军、李素华、冯霞、朱兰等也参加了研究工作,文中的一些重要认识是课题组共同研究的结晶,在此一并表示感谢。

[1]郭正吾,邓康龄,韩承辉,等.四川盆地形成与演化[M].北京：地质出版社,1996.

[2]胡受权,郭文平,童崇光.龙门山系山前带北段超晚期断褶构造与油气远景[J].西南石油学院学报,2001,23(2)：5-9.

[3]朱夏.活动论构造历史观[J].石油实验地质,1991,13(3)：201-209.

[4]李斌,宋岩,孟自芳,等.中国中部前陆盆地盆山耦合关系分析[J].西南石油大学学报：自然科学版,2009,31(1)：23-28.

[5]金文正,汤良杰,杨克明,等.川西龙门山褶皱冲断带分带性变形特征[J].地质学报,2007,81(8)：1072-1080.

[6]冯增昭,鲍志东,吴胜和,等.中国南方早中三叠世岩相古地理[M].北京：石油工业出版社,1997.

[7]许国明,刘诗荣,袁洪,等.川西海相川科1井钻前预测报告[R].成都：中石化西南分公司,2007.

[8]袁洪,赵黔荣,孔德秋,等.川西海相领域油气成藏条件研究[R].成都：中石化西南分公司,2007.

[9]张晓鹏,刘诗荣,龙胜祥,等.川西海相地层成藏主控因素研究[R].成都：中石化西南分公司,2008.