川西坳陷中段喜山期剥蚀厚度恢复

沈忠民，刘 阳，刘四兵

(1．油气藏地质及开发工程国家重点实验室 成都理工大学，四川成都610059;2．中石化西南分公司 勘探开发研究院，四川成都610081)

川西坳陷中段喜山期剥蚀厚度恢复

沈忠民1，刘 阳1，刘四兵2

(1．油气藏地质及开发工程国家重点实验室 成都理工大学，四川成都610059;2．中石化西南分公司 勘探开发研究院，四川成都610081)

自晚三叠世以来，川西坳陷先后经历了安县运动、印支晚幕运动和喜山运动，造成工区内地层的多次抬升剥蚀，形成了多个不整合面。本次研究是通过镜质体反射率和声波时差法，恢复川西坳陷中段喜山期的剥蚀厚度。通过镜质体反射率恢复的剥蚀厚度为844 m～3 192.6 m，平均为1 642.5 m;通过声波时差法恢复的剥蚀厚度为1 015.5 m～1 676.1 m，平均为1 386.4 m。这一差值是由于工区内普遍存在的超压，对声波时差法恢复剥蚀厚度的影响造成的。剥蚀厚度恢复结果表明:川西坳陷具有从北往南剥蚀厚度减小的特征;从西往东，则表现为先变小后变大的特征。在鸭子河地区剥蚀较强、往东到马井地区剥蚀厚度变小，再往东到中江，剥蚀厚度又变大。

川西坳陷;喜山期;剥蚀厚度;镜质体反射率;声波时差

0 前言

在沉积盆地中，地层抬升剥蚀是普遍存在的现象。地层剥蚀厚度恢复是研究构造发育、盆地演化、盆地形成机制和油气资源定量评价的关键和基础。在剥蚀量不大时，对油气生成、运移和聚集的影响可以不用考虑。但在剥蚀量较大时，则会对盆地中油气的生成、运移和聚集等产生影响，这时就需要恢复剥蚀量［1]。

地层剥蚀厚度恢复方法包括地层对比法［1]、沉积速率分析法［2](Van Hinte，1978)、测井声波时差法［3]、镜质体反射率法［4]、磷灰石裂变径迹［1]、包裹体测温法［5]等方法。虽然恢复地层剥蚀厚度的方法很多，但每一种方法都有其自身的应用条件。作者根据研究区实际资料情况以及地质情况，选取了镜质体反射率和测井声波法，对研究区喜山期的剥蚀厚度进行了恢复。

前人对川西坳陷剥蚀量的研究主要是定性的研究，李林涛等［6]曾利用部份井对川西坳陷中段进行了恢复剥蚀量。作者在本次研究中，综合大量资料定量恢复了川西坳陷中段五十口井喜山期的剥蚀量，资料详实准确。

1 区域地质背景

川西坳陷是四川盆地西部晚三叠世以来陆相盆地的深坳陷部份，为龙门山推覆构造带的前陆盆地，西界为龙门山推覆构造带，东界位于龙泉山一带［7]。研究区位于川西坳陷中部(见下页图1)，其基底为中三叠统海相灰岩，自晚三叠世后，川西坳陷逐渐转变为陆相沉积，其上依次充填上三叠统马鞍塘组海相地层，小塘子组和须家河组海陆交互相与陆相煤系地层，以及侏罗系至白垩系陆相红层(郑荣才等)［8、9]。在地质历史发展过程中，研究区经历了安县运动、印支晚幕运动、多期的燕山运动和喜山运动，造成多次的抬升剥蚀，形成多个不整合面［10、11]。工区主要存在三次地质上可以确认的抬升剥蚀事件有:①晚三叠世须家河组上盆和下盆转换时期的“安县运动”，造成须三段和上覆地层的不整合接触;②晚三叠世末期须五段沉积期末发生的印支晚幕运动，该次构造运动使川西坳陷整体抬升，造成侏罗系地层与下伏地层明显角度不整合;③喜山期构造运动造成整个龙门山中北段及其前渊坳陷缺失第三纪地层。

图1 川西坳陷构造位置图Fig．1 The location ofwest Sichuan depression

2 剥蚀厚度恢复

2．1 镜质体反射率法

镜质体反射率法是由Dow［4]首先提出的，其基本原理是:在正常情况下，Ro值随深度的变化是连续和渐变的，但当地层中存在断层，岩浆体侵入，沉积速率，地温梯度或热导率明显变化，岩体中有局部热源等时会发生突变，地层剥蚀也是引起Ro值不连续的原因之一。该方法的关键是确定Ro的突变确实是由剥蚀引起［12]。磷灰石径迹裂变结果显示，工区自喜山期(60 Ma)以来，四次之多主要的构造抬升［13、14]，即工区以抬升剥蚀为主。因此，镜质体反射率不连续记录了喜山期不连续热事件。

最早的镜质体剥蚀厚度恢复方法由Dow提出，但在后来的应用过程中，发现该方法存在较多的问题，因此，目前利用镜质体反射率恢复剥蚀厚度，主要采用改进后的镜质体反射率法。根据改进后的镜质体反射率剥蚀厚度恢复方法，利用现有的镜质体反射率资料，作者建立了研究区单井源岩镜质体反射率和深度的关系(见图2)。

根据各单井镜质体反射率与深度的关系，作者取地面镜质体反射率为0.2%进行反推，得出各单井喜山期的剥蚀厚度(见表1)。

2．2 声波时差法

泥岩声波时差法恢复剥蚀量的基本原理是Magara等在1976年提出的。

式中 Δt0为地表未固结泥岩的声波时差值，单位:μs/m;C为正常压实曲线的斜率;Δt为任一埋深的泥岩的声波时差，单位:μs/m;H为泥岩埋藏深度，单位:m。

图2 川西坳陷部份井镜质体反射率与深度关系Fig．2 Relation between vitrinite reflectance and depth of some wells in west Sichuan depression

表1 川西坳陷镜质体反射率恢复的喜山期剥蚀厚度统计表Tab．1 West Sichuan Depression Erosion thickness of Himalayan through vitrinite reflectance

在正常压实情况下，碎屑岩的孔隙度随深度的变化是连续的，利用各种测井资料(如声波测井、密度测井等)进行综合解释，可以得到地层孔隙度随深度变化的曲线。根据曲线的变化趋势，即可推断有无剥蚀，以及剥蚀量的大小。该方法的关键，是确定间断面之下地层的压实效应未被后来沉积物所改造。

在压实研究中，确定或推算地层剥蚀厚度，首先要确定的是原始地表岩石的孔隙度或声波时差，岩石原始地表声波时差大都定为200μs/ft，这近似于水的传播速度，不太合理。考虑到沉积物和岩石的因素，有人选用185μs/ft或189μs/ft，作者在这里选后者代入公式(1)，得泥质岩地表孔隙度为50%。

根据收集到的测井资料，应尽量选取单井浅层没有超压影响，或超压影响很小的泥岩声波数据，建立单井声波时差与深度的关系(见图3)。

根据各单井泥岩声波时差与深度的关系，作者利用前述基本原理，恢复了川西坳陷二十五口井喜山期剥蚀厚度(见下页表2)。

对于镜质体反射率法来说，该方法的关键是确定镜质体反射率的突变应该是由剥蚀引起的，在这一前提下，才能利用该方法进行剥蚀厚度的恢复。而对测井声波时差法来说，该方法的基本原理是建立在地层正常压实的情况下。对于研究区来说，随着地层埋深的加大，地层超压明显(见下页表3)。因此，声波测井法对于存在超压的下部地层剥蚀厚度的恢复是不太准确的。

从本次研究川西坳陷喜山期的剥蚀量发现，镜质体反射率恢复剥蚀厚度为844 m～3 192.6 m，平均为1 642.5 m;声波时差法恢复剥蚀厚度为1 015.5 m～1 676.1 m，平均为1 386.4 m。分析川罗562井、川孝560井、新851井二种恢复方法的剥蚀厚度，镜质体反射率恢复剥蚀厚度分别为1 369.1 m、985.7 m、1 526.1 m;声波时差恢复剥蚀厚度分别为1 319.9 m、1 015.5 m、1 306.7 m。这二种恢复剥蚀厚度方法得到的剥蚀量，具有较好的一致性。由于工区内普遍存在的超压现象(见下页表3)，造成了总体上声波时差恢复的剥蚀厚度，要比镜质体反射率恢复的剥蚀厚度小。

图4(见后面)是根据上述方法，在恢复剥蚀量后做出的喜山期剥蚀量等值线图。从总体来看，研究区喜山期剥蚀厚度在平面上具有如下分布特点:①龙门山前从北往南剥蚀厚度逐渐变小，大邑地区具有相对最小的剥蚀厚度;②从龙门山前往东，剥蚀厚度逐渐减小;③整个川西坳陷具有从北往南，剥蚀厚度逐渐减小的特征;④从西往东，则表现为先变小后变大的特征，鸭子河地区剥蚀较强，往东到马井地区剥蚀厚度变小，再往东到中江，剥蚀厚度又变大。

图3 川西坳陷部份钻井泥岩声波时差与深度关系Fig．3 Relation between sonic time difference and depth of some wells in west Sichuan depression

表2 川西坳陷声波时差法恢复的喜山期剥蚀厚度统计表Tab．2 West Sichuan depression erosion thickness of Himalayan through sonic time difference

表3 川西坳陷部份深井实测地层压力Tab．3 Measured formation pressure of some wells in west Sichuan depression

3 结论

(1)作者在研究川西坳陷喜山期的剥蚀量结果后认为:①通过镜质体反射率恢复的剥蚀厚度为844 m～3 192.6 m，平均为1 642.5 m;②通过声波时差法恢复的剥蚀厚度为1 015.5 m～1 676.1 m，平均为1 386.4 m。这一差值是因工区内普遍存在的超压对声波时差法恢复剥蚀厚度的影响所造成的。

(2)总体来看，川西坳陷的剥蚀量具有从北往南剥蚀厚度减小的特征。从西往东，则表现为先变小后变大的特征:即鸭子河地区剥蚀较强，往东到马井地区剥蚀厚度变小，再往东到中江剥蚀厚度又变大。

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图4 川西坳陷中段喜山期剥蚀厚度等值线图Fig．4 Eroded thickness contourmap of Himalayan in middle west Sichuan depression

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P 512.2

A

1001—1749(2011)02—0189—06

国家自然科学基金资助项目(40772804)

2010－10－21改回日期:2011－01－04

沈忠民(1954－)，男，教授，博士生导师，主要从事石油地质教学和研究。