大巴山山前带油气成藏条件与勘探方向

李双建周 雁高 波孙冬胜

1.中国石化石油勘探开发研究院 2.中国石化海相构造与储层实验室

大巴山山前带油气成藏条件与勘探方向

李双建1周 雁2高 波1孙冬胜1

1.中国石化石油勘探开发研究院 2.中国石化海相构造与储层实验室

李双建等.大巴山山前带油气成藏条件与勘探方向.天然气工业，2012，32（6）：9-14.

位于四川盆地边缘的大巴山山前带由于构造变形较为强烈，地表地震地质情况复杂，给地震资料采集和处理带来诸多困难，目前该区勘探程度还较低。为预测其油气勘探前景，从生储盖组合、烃源岩条件、储层条件、盖层条件等几个方面分析了该区油气成藏条件，发现其原始成藏条件优越，存在3套成藏组合和多种类型的勘探目的层。古油藏解剖结果表明，山前带二、三叠系油气主力烃源岩为上二叠统，油气成藏分为3个阶段：①晚三叠世—早侏罗世开始变形，形成宽缓背斜，形成古油藏；②中侏罗世—早白垩世进一步变形，圈闭构造定型，部分古油藏裂解，形成油气藏；③古近纪喜山运动对先期构造进行了强烈的改造，造成古油气藏的调整与破坏。综合评价该区构造变形样式、储层分布和油气显示特征后认为：南大巴山西北部镇巴断裂至铁溪—巫溪隐伏断裂是油气勘探有利区，应以二叠系长兴组和三叠系飞仙关组礁滩相储层勘探为主展开工作；东南部鸡鸣寺断裂至铁溪—巫溪断裂为二、三叠系出露区，应以落实寒武系膏盐岩下伏地层的保存条件为主进行勘探部署。

四川盆地 大巴山山前带 油气藏形成 二叠纪—三叠纪 古油藏 油气源对比 构造特征 勘探方向

大巴山山前前陆冲断带主体位于上扬子北缘、四川盆地与秦岭造山带的过渡带上，西与米仓山冲断带相连，东南与川东高陡褶皱带—华南造山带毗邻，整体上为南、南西凸出的弧形构造带。该区油气成藏条件较好，但由于构造变形复杂，山区石灰岩裸露区地震资料采集和处理难度大，前期勘探投入较少，勘探程度低。

1 油气成藏条件

该区油气成藏条件与川东北地区普光气田、龙岗气田、铁山坡气田、罗家寨气田等油气富集区相似，油气显示活跃，已发现多个古油藏和油气显示点（图1）。

1.1 生储盖组合

该区主要经历了2个大的沉积—构造演化阶段：震旦纪—中三叠世为海相台地—台缘沉积—构造演化阶段；晚三叠世—始新世为陆相碎屑沉积盆地沉积—构造演化阶段。总体上缺失上志留统—石炭系，其他层位较为齐全。发育4套构造—地层沉积组合：①基底组合（Pt）；②台地（台缘）组合（Z—S）；③台地—裂陷边缘组合（P—T2）；④前陆盆地组合（T3x—J）。

图1 大巴山山前带构造简图

图2 南大巴山山前带地层综合柱状图

该区主要发育3套油气成藏组合（图2）：①以上震旦统陡山沱组（Z2d）暗色泥岩为烃源层，以上震旦统灯影组（Z2dn）藻白云岩为储层，以下寒武统大套泥质岩类为盖层的成藏组合；②以下寒武统水井沱组（C－1s）暗色泥岩为烃源层，以中上寒武统碳酸盐岩为储层，以志留系大套泥岩为盖层的成藏组合；③上二叠统（P2）为烃源岩，以上二叠统、下三叠统为储层，以中—上三叠统为盖层的成藏组合。

1.2 烃源岩条件

米仓山—大巴山发育多套烃源岩，自下而上包括早古生代—二叠纪的8个层位，其中下组合发育3个层位，即水井沱组、五峰组（O3w）和龙马溪组（S1l）；上组合发育5个层位，即梁山组（P1l）、栖霞组（P1q）、茅口组（P1m）、龙潭组（P2l）和大隆组（P2d）。其岩石类型有：泥质岩类、硅质岩类及碳酸盐岩类，分布厚度较大，具有雄厚的成油气物质基础。前期研究表明，志留系生烃中心主要位于湘鄂西地区，广元—南江有次级中心，二叠系栖霞组生烃中心在通江—开县，茅口组生烃中心在通南巴构造带两端，龙潭组生烃中心在万州、宣汉一带［1］。可见南大巴山邻近各烃源岩的生气层中心，特别是发育于晚二叠世的城口海槽和南东侧梁平—开江陆棚（裂陷槽）内大隆组烃源岩在米仓山南缘和南大巴山西侧地区较为发育，可为该区油气成藏提供充足气源。据目前川东北地区研究成果，普光、元坝、河坝等海相上组合气藏的主力烃源岩为二叠系泥质岩，主要贡献可能来自发育在开江—梁平陆棚内的大隆组［2］，因此，米仓山—大巴山山前带海相上组合勘探也应重视二叠系烃源岩的分布。

1.3 储层条件

该区储集岩发育，包括碎屑岩和碳酸盐岩2种类型，以碳酸盐岩为主。碎屑岩岩性为灰、浅灰色中—厚块状砂岩、含砾砂岩，分布于上三叠统须家河组（T3x）、下侏罗统白田坝组（J1b）和中侏罗统千佛岩组（J2q），由于后期改造强烈，碎屑岩储集层埋深浅，因此，其储集意义不大。海相储层分为下组合和上组合2个体系，下组合发育震旦系灯影组白云岩、下寒武统水井沱组砂岩及石灰岩、下寒武统石龙洞组（C－1sh）石灰岩夹白云岩、上寒武统三游洞组（C－3s）白云岩及石灰岩、下奥陶统（O1）白云岩及砂岩、中上奥陶统（O2＋3）白云岩。其中优质储层为灯影组、三游洞组白云岩储层，具有厚度大、分布稳定等特点。台地台缘沉积背景下，上组合发育栖霞组、茅口组、长兴组及飞仙关组4套储层，梁平—开江陆棚和城口海槽的发育演化控制了该区上组合礁滩相储层的平面展布［3－5］。震旦系灯影组白云岩、二叠系（P）礁灰岩及颗粒灰岩、三叠系飞仙关组（T1f）鲕粒灰岩储层具有厚度大，分布范围广等特点，是该区主力储层。

震旦系灯影组储集层：为一套白云岩组成，横向分布稳定，厚度介于7～293 m，城口以东厚度介于700～800 m；镇巴剖面实测厚度为152.29 m，主要为一套潮坪相碳酸盐岩沉积。储集空间为孔洞裂缝型，孔隙度介于0.80%～2.92%，平均值为1.94%。

二叠系长兴组储集层：晚二叠世，沿开江—梁平裂陷槽和城口海槽的边缘发育带状生物礁，大巴山山前带部分地区处于台地边缘生物礁发育区，大巴山地区鸡唱剖面的生物礁古油藏，成因与普光气田生物礁一致。储层解剖揭示，大巴山南部镇巴区块内台缘区域生物礁相白云岩储层和潮坪相白云岩储层非常发育，单剖面储层厚度介于46～150 m，相邻的普光气田长兴组77块样品，孔隙度介于0.19%～18.05%，平均为2.45%［5］，该区较普光地区具有更强的构造挤压应力环境，裂缝更为发育，进一步改善了储层的物性。

三叠系飞仙关组储集层：三叠系飞仙关组沉积时期，大巴山南缘地区基本保持了二叠系长兴组沉积时的古地理格局，东部台地边缘台缘滩发育，规模较大，连续厚度大，受白云石化和溶蚀作用改造强烈，储层解剖揭示主要发育滩相颗粒白云岩储层，局部发育滩相石灰岩储层和潮坪相白云岩储层，储层厚度巨大，介于60～290 m，大部分超过100 m。与其相邻的普光地区孔渗测试结果表明，三叠系飞仙关组孔隙度介于3.57%～28.86%，平均值为8.12%；渗透率值变化较大，最小仅为0.011 5 mD，最大可达3 354.7 m D［5］。

1.4 盖层条件

南大巴山冲断带古生界泥质岩盖层包括上二叠统大隆组、下二叠统梁山组、下志留统、下奥陶统及中寒武统覃家庙组、下寒武统石牌组；中生界泥质岩盖层包括下三叠统飞仙关组、须家河组泥岩及侏罗系泥岩。陆相泥质岩盖层主要分布于铁溪—渔渡一带，发育于下侏罗统白田坝组、中侏罗统千佛崖组及下沙溪庙组。而千佛崖组—沙溪庙组则多广泛出露于地表，背斜核部附近出露有下侏罗统白田坝组及下三叠统飞仙关组—嘉陵江组，总厚度介于312～702 m。古生界泥质岩盖层在全地区均有分布，主要为海相泥质岩，局部为海陆交互相泥质岩；其分布范围广泛，但单层厚度薄，总厚度为1 200 m左右。

该区的膏盐岩盖层在中组合主要发育于下三叠统嘉陵江组，在下组合主要发育于中寒武统。嘉陵江组膏盐岩厚度分布相对稳定，具有较好的对比性和连续性。野外调查于长岭仓子沟嘉陵江组嘉二段发现110 m厚的膏岩层，九阵坝后沟嘉2段发现厚约80 m的膏岩层 ，巴山陆池坝发现厚约10 m的石膏岩层。这些石膏出露点均为当地石膏采矿点，石膏层岩性主要为浅灰、灰色石膏岩、含泥膏岩、泥膏岩，向上过渡为含膏溶孔灰岩、溶塌角砾岩，多数地表露头剖面上膏盐岩层受后期改造，一般呈“溶塌角砾岩”产出，大巴山前缘中南部膏岩分布相对较差，呈现单层厚度变化大的特点。此外，在中寒武统中也发现存在膏盐岩的证据，宣汉鸡唱明通井地区目前仍有多口寒武系盐井出盐水，南大巴山东南部地区的天星1井和天星2井寒武系地层中测试产卤水，也说明该区中寒武统存在膏盐岩。

2 油气显示与油气成藏过程

2.1 油气显示特征

大巴山山前油气显示主要集中在中组合，包括万源白果乡三叠系飞仙关组油苗、万源梨树地母庙二叠系茅口组沥青点、城口庙坝二叠系长兴组（P2ch）古油藏、宣汉鸡唱盘龙洞二叠系长兴组古油藏等。野外油气显示表明该区油气成藏具有层位广、储层多样、多期成藏的特点。从油苗、沥青和古油藏的赋存状态来看，裂缝和不整合面在油气成藏过程中起到了关键的作用。万源白果乡T1f的油苗主要赋存在裂缝发育的粉细晶白云岩中，城口庙坝P2ch古油藏沿着微裂缝沥青较为富集，万源梨树地母庙P1m沥青富集于东吴运动不整合面附近的生物灰岩中，城口庙坝P2ch古油藏本身的位置也处于东吴运动的不整合面附近。从宣汉鸡唱盘龙洞P2ch古油藏也可以看出，该区存在生物礁型原生油气藏，宣汉鸡唱盘龙洞P2ch古油藏的储层主要为一个海绵礁，岩性主要为浅灰色块状海绵障积岩、海绵骨架岩，造礁生物主要为房室海绵、水螅、苔藓虫等，生物礁及其上下地层中均含有大量沥青，主要分布于礁核的骨架岩、障积岩和礁盖的白云岩中［4，6］。

2.2 古油藏的油气源对比

笔者通过详细的有机地球化学分析，对该区多个古油藏的沥青和油苗进行了油源对比。

万源白果飞仙关组油苗孕甾烷和升孕甾烷含量较高，重排甾烷具有较高丰度，重排甾烷／规则甾烷高达0.58，表明其有机质形成于偏氧化的酸性沉积环境；规则甾烷组成中C28＜C27＜C29，揭示高等植物对母质具有较大贡献，这与该原油饱和烃色谱呈现出以C25为主峰的双峰型分布相一致；异胆甾烷含量较高，甾烷C29αββ／（ααα＋αββ）和 C29ααα20S／（20S＋20R）分别达0.49和0.58，揭示原油成熟度较高，这与原油饱和烃中异构烷烃含量较高，Pr／C17和Ph／C18分别高达3.47和3.03相一致。原油萜烷组成中，三环萜烷含量较高，三环萜烷／五环萜烷为0.83，三环萜烷系列化合物以高碳数（C23＋C24）化合物占优势，且C21＜C23＜C24，C21／C23为0.60，C19－21／C23－24为0.51，C24四环萜烷含量较低，C24四环萜烷／C26三环萜烷为0.23；C29藿烷含量较低，C29藿烷／C30藿烷为0.37；C29Ts含量较高，C29Ts／C30藿烷达0.25；C29莫烷和 C30莫烷含量较低，C29莫烷／C30藿烷和 C30莫烷／C30藿烷分别为0.06和0.14；伽马蜡烷含量较低，伽马蜡烷指数为0.12，揭示其成烃母质形成于具有一定咸度的微咸水环境。此外，原油甾烷组成中，C30甲基甾烷也具有一定丰度。白果飞仙关组油苗的上述特征，与川北矿山梁上二叠统大隆组裂缝沥青及大隆组泥岩具有较好的相似性，而与白果地区飞二段白云质灰岩的生物标志特征存在较大差异（图3），揭示上二叠统泥岩与白果油苗具有较好的亲缘关系。

图3 南大巴山古油藏沥青的甾烷、萜烷色谱对比图

万源地母庙茅口组古油藏沥青孕甾烷和升孕甾烷含量较高，重排甾烷含量亦具有较高丰度，重排甾烷／规则甾烷达0.27，规则甾烷组成中C27、C28、C29分别占40%、25%、35%，表明低等浮游生物对母质具有较大贡献；C29αββ／（ααα＋αββ）和C29ααα20S／（20S＋20R）分别为0.37和0.50，表明为成熟原油。萜烷组成中，三环萜烷含量较高，三环萜烷／五环萜烷高达0.63；三环萜烷系列化合物以高碳数（C23＋C24）化合物占优势，且 C21＜C23＞C24，C21／C23为 0.45，C19－21／C23－24为0.39，C24四环萜烷／C26三环萜为0.49；Ts＞Tm，Ts／（Ts＋Tm）为0.51，C29藿烷含量较高，C29藿烷／C30藿烷为0.66；C29Ts含量较低，C29Ts／C30藿烷达0.18；C29莫烷和C30莫烷含量较低，C29莫烷／C30藿烷和C30莫烷／C30藿烷分别为0.10和0.16，C31藿烷（22S／22S＋22R）为0.57，这与原油成熟度较高相一致；伽马蜡烷含量较低，伽马蜡烷指数为0.15，揭示其成烃母质形成于具有一定咸度的微咸水环境（图4）。万源地母庙茅口组沥青的上述生标特征与邻区鸡唱盘龙洞上二叠统长兴组沥青以及南江桥亭龙马溪组泥页岩均具有较好的相似性。

图4 大巴山山前带古油藏沥青碳同位素值对比图

高演化烃源岩的生物标志化合物在油源对比工作中存在很多不确定性，而不同时代烃源岩干酪根和抽提物同位素组成之间有明显的差异，是油源和气源对比的一种现实方法。南方海相古生界烃源岩中干酪根碳同位素值变化非常有规律，从中上元古界到上古生界，干酪根的碳同位素值由轻变重。该区古油藏沥青和油苗的碳同位素值分布，均与上二叠统泥岩氯仿沥青“A”的碳同位素值接近（图4），表明它们之间具有亲缘性。

通过生物标志化合物和碳同位素值的对比分析，可以看出，南大巴山二叠系、三叠系的沥青和油苗的主力烃源岩应为上二叠统烃源岩，但不排除有下志留统烃源岩的贡献，这与毗邻南大巴山的普光气田二、三叠系气藏的气源岩类似［7－9］。

2.3 古油藏形成与破坏过程

南大巴山冲断变形带的总体特征是强度由北而南逐渐变弱。邻近主要断裂的背斜构造抬升幅度高，出露地层老，完整性常受到破坏；远离断裂带的背斜构造褶皱幅度相对减弱，形态也比较完整。该区除北东倾的断层外，还发育与全区受力方向相反的南西倾向的反冲断层。根据断层及其间的转换带为界，南大巴山冲断带进一步可划分为3个构造带：叠瓦冲断带、滑脱褶皱带和断层—褶皱带（图5）。

图5 南大巴山构造剖面图（据李智武等2006［10］，有修改）

北大巴山主要是2期构造运动的复合产物，即印支期华南与华北板块碰撞导致的由北向南的逆冲推覆和燕山期与南秦岭大型陆内俯冲相应的由北东向南西的中上地壳大规模的逆冲推覆［11－12］。南大巴山根部T1－2与上覆T3—J1－2间的角度不整合仅限于坪坝断裂下盘木瓜口—坪坝—大竹河一带，并不具有区域性。在大巴山西段，各背斜核部须家河组厚度明显减薄或缺失，表明T2末北大巴山的逆冲推覆已经波及南大巴山，但并未使南大巴山发生广泛的褶皱变形［11］。从卷入变形的最新地层来看，南大巴山及其前缘，侏罗系已显著变形，而下白垩统变形相对较弱，又见下白垩统与侏罗系间连续沉积，可见下白垩统已经卷入变形但强度在由北向南传递过程中减弱了。由上可见，南大巴山主要冲断时间为晚侏罗世—早白垩世。在此之后，该区又经历了多次挤压和抬升，对圈闭的形成和改造以及烃源岩的演化都有明显影响［10］。

在城口地区设置人工虚拟井，用“BASINMOD”盆地模拟软件对地层埋藏史和烃源岩热演化史进行模拟。地层分层数据根据野外实测地层剖面厚度结合1∶20万幅城口区域调查报告确定，地层沉积时代根据国际地层表确定。对于中新生界地层缺失的抬升史恢复，参照裂变径迹的研究成果。裂变径迹研究表明在燕山期以后南大巴山经历了2次大规模隆升，分别是距今70 Ma和距今20 Ma，特别是距今20 Ma以来的隆升剥蚀在大巴山和整个川东北地区具有普遍意义［13－14］。根据地层和磷灰石裂变径迹资料恢复的烃源岩生烃史模拟结果显示，志留系烃源岩在二叠纪末进入生油高峰，在早—中三叠世进入生气高峰。二叠系烃源岩在中—晚三叠世进入生油高峰，在早—中侏罗世进入生气高峰（图6）。

图6 南大巴山典型古油藏成藏事件图

结合南大巴山的构造发育史，该区油气藏成藏过程可以分为3个阶段：晚三叠世—早侏罗世开始变形，形成宽缓背斜，形成古油藏；中侏罗世—早白垩世进一步变形，圈闭构造定型，部分古油藏裂解，形成油气藏；古近纪喜山运动对先期构造进行了强烈的改造，造成古油气藏的调整与破坏。

3 油气勘探方向

成藏条件分析表明，大巴山山前带原始成藏条件优越，存在多套成藏组合和多种类型的勘探目的层。但是由于山前带构造变形强烈，从变形强度和勘探目的层分布角度上讲，南大巴山山前带在横向上存在较强的差异性，勘探潜力和前景也各有不同。

南大巴山西北部镇巴断裂至铁溪—巫溪隐伏断裂残存上三叠统—侏罗系陆相地层，加之下伏较厚的中下三叠统膏盐岩双层保护，保存条件优越，而且晚二叠世—早三叠世处于台地边缘有利相带，发育长兴组和飞仙关组礁滩相储层。综合储集条件、变形强度、保存条件、有利局部构造的可能发育情况以及有利聚油气部位等因素分析，认为该区带有利油气成藏，是勘探有利区。目前该区已有大量三维和二维地震资料，建议加强对这些地区的储层预测工作，尽快落实风险井井位。

南大巴山东南部鸡鸣寺断裂至铁溪—巫溪隐伏断裂之间为二、三叠系出露区，由于地层剥蚀强度大，上三叠统—侏罗系盖层和中下三叠统盖层均缺失，所以该区上组合油气保存条件受到破坏，下组合特别是寒武系膏盐岩下伏地层可能存在有利的保存条件，建议在山前带布置二维地震，并加强地表调查，以确定盖层分布范围和断裂破坏深度。

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10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.002

2012-02-17 编辑 罗冬梅）

国家科技重大专项“海相碳酸盐岩大中型油气田分布规律及勘探评价”（编号：2008ZX05005），国家重点基础研究发展计划（973计划）“中国早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与分布规律”（编号：2011DB214800）。

李双建，1978年生，高级工程师；从事含油气盆地分析研究工作。地址：（100083）北京市海淀区花园路2号牡丹科技大厦。E-mail：hawkingli＠163.com