四川复合型前陆盆地单井埋藏史分析

罗寿兵 杨光 曾庆 于佳男 宋明玮

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.成都理工大学

四川复合型前陆盆地单井埋藏史分析

罗寿兵1杨光1曾庆1于佳男2宋明玮1

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.成都理工大学

地层埋藏史研究是分析地热史、生烃史、排烃史和油气运聚史的基础，是盆地构造分析的有效方法。通过对四川复合型前陆盆地地层接触关系、构造运动期次、钻井取得的地层厚度和岩性资料的分析，利用地层分段回剥技术，编制了33口探井单井埋藏史图件。研究结果表明：①埋藏史曲线可划分出5种沉降类型，不同类型沉降曲线代表了不同的地质意义；②前陆盆地靠造山带一侧的沉降较靠稳定陆块一侧的沉降大，但也有例外；③从沉降量来看，自晚三叠世以来，川西中部都江堰附近的沉降量达9 500 m，川北通江附近则为7 200 m，分析认为这是造山带载荷与沉积载荷不同所致；④四川复合型前陆盆地的沉降机制应是挠曲负载。

四川盆地 复合型前陆盆地 埋藏史 地层 剥蚀厚度 去压实校正 沉降量 挠曲负载

四川前陆盆地位于扬子板块西北缘，包括川西前陆盆地和大巴山前陆盆地，其西邻龙门山推覆造山带，北抵米仓山、大巴山造山带，东至华蓥山断裂，南达峨眉—宜宾一线，自晚三叠世以来，沉积了巨厚的中、新生代地层。杨光、曾庆［1］等认为四川前陆盆地是一个受多造山带控制的由多期次构造运动形成的复合型前陆盆地，简称四川复合型前陆盆地，发育有彭灌凹陷、梓潼凹陷和通江凹陷等3个沉积凹陷。笔者在这一认识的基础上，对33口探井的钻井资料进行了统计，利用地层分段回剥技术进行单井埋藏史分析，为深入分析四川复合型前陆盆地提供了研究资料。

1 埋藏史、沉降史分析难点与措施

埋藏史是指盆地的某一沉积单元或一系列单元（层序或地层）自沉积开始至现今或某一地质时期的埋藏深度变化情况，其中包括沉积间断、剥蚀和断层等地质事件［2］。在盆地的充填演化过程中，正是由于基底的沉降才使盆地得以形成和发展，基底沉降分析已成为大陆边缘和板内张性盆地成因研究的重要途径之一。实际上，基底沉降由构造沉降和负载沉降两部分构成，从基底沉降中剔除负载沉降即为构造沉降。总的来说，引起挤压沉积盆地沉降的主要机制有局部均衡（Isostasy，或叫Airy均衡）和挠曲均衡（Flexure）两种模式。

通常地层埋藏史的恢复要进行地层剥蚀厚度恢复、地层厚度恢复和古水深校正等工作，具体涉及压实作用与孔隙度变化规律、地层压实系数及地表孔隙度、地层剥蚀厚度恢复方法、地层压力等一系列问题。

1.1 压实作用与孔隙度变化规律

沉积物沉积后，在上覆沉积物和水体的静水压力使沉积物排除水分、缩小体积，降低孔隙度，并伴有结构、构造或新生矿物的形成，最后固结成岩。一个普遍规律是：随着埋藏加深，沉积物特别是碎屑沉积物的孔隙度随之变小。研究孔隙度与深度之间的关系，是恢复埋藏史的前提。在这方面，国内外学者做了大量研究工作，认为正常压力情况下孔隙度与深度之间存在以下指数关系：

式中φ为深度Z处的孔隙度；φ0为地表孔隙度；c为压实系数，m－1；z为深度，m。

以上经验公式是埋藏史恢复的基础，其中压实系数和地表孔隙度与岩性有关［2］。不同岩性具有不同的压实系数，本次研究的地层压实系数及地表孔隙度取值参照表1。

表1 不同岩性的压实系数与地表孔隙度表

1.2 剥蚀厚度恢复

地层层序中若含有假整合面（沉积间断）或不整合面（抬升剥蚀），应进行沉积间断恢复处理和剥蚀量恢复处理。剥蚀厚度是回剥技术中一个关键参数，也是通常较难准确获得的一个参数，是一项世界性难题，用不同的方法得出的结果往往也不一样。目前地层剥蚀厚度恢复方法主要有地层横剖面对比法、声波时差法、镜质体反射率法、波动分析法、利用剥蚀面上下地层的密度差求地层剥蚀厚度法、磷灰石裂变径迹法、地震层速度法、沉积速率法等。

根据钻井资料分析，四川复合型前陆盆地沉积盖层内存在3个区域性的不整合面，即印支早期位于中下三叠统与须家河组之间的假整合面、燕山中期位于上侏罗统与上覆地层的假整合面以及喜马拉雅期的现今地表剥蚀面，相应的存在3次较大的剥蚀事件。前人利用声波时差法对燕山中期、喜马拉雅期的剥蚀量进行了恢复，剥蚀厚度见（图1、2）。此外，印支晚期、燕山早期、燕山晚期等构造运动在局部地区造成假整合或角度不整合，有短暂的沉积间断或剥蚀，笔者采用区域对比法估算剥蚀量。

图1 四川盆地燕山中幕地层剥蚀厚度等值线图

图2 四川盆地喜山二幕地层剥蚀厚度等值线图

1.3 地层压力

碎屑岩沉积物孔隙度与深度的经验公式是基于正常压实条件下的，同样，应用分段回剥技术进行地层埋藏史分析，前提条件是地层属于正常压实。四川复合型前陆盆地在川西和川北都存在超压，前人研究显示，在川西北部过剩压力（超压的绝对值）最高，川中特别是深处地层的压力系数（超压的相对幅度）最高，而川西南部大部分地区的超压幅度明显小于前两者［3－13］。地层欠压实是造成地层异常高压的原因之一，但具异常高压的地层并不一定欠压实，后者往往与烃类生成、后期构造作用等有关。因此，可以把异常高压分为两类：一类与欠压实直接有关；另一类与欠压实不直接有关。根据李耀华等对四川复合型前陆盆地须家河组的研究，认为其异常高压的形成原因主要有4种：①压实与排水的不平衡；②烃类生成作用；③水热增压作用；④构造作用。属于与欠压实不直接有关的类型，可以利用“回剥”技术进行去压实校正。

1.4 地质时代的标定

回剥技术最终得到的结果是地层柱各时代地层的埋深与地质年代的关系史。因此，地层划分和各地层的时代标定就显得尤为重要，但遗憾的是通常缺乏精确详尽的地质年代数据，而且地层划分也通常是基于岩性地层单元。在没有可用的具体年代数据时，可将现今地层划分与国际地质年代表进行对比，大致估计各地层的年代。

1.5 古水深校正

通常假定某一时代地层沉积时其全部充满可容纳空间，但实际上地层沉积时总是有一定的古水深，因此在进行回剥时，应进行古水深校正，以获得更准确的地层底界深度。就四川复合型前陆盆地而言，须家河组及其以上地层总体上以河流—滨浅湖相为主，水体深度不大，因此本次研究忽略古水深校正。

2 沉降曲线类型及其地质意义

2.1 曲线类型

通过上述原理与方法，选择前陆盆地不同构造区块共计33口井，进行单井埋藏史、沉降史分析，其沉降曲线共有5种类型（表2）。

表2 前陆盆地沉降曲线分类表

2.2 沉降曲线的地质意义

不同形态类型的曲线，代表了盆地内各地区不同的地质历史，也即各地区在不同的地质历史时期其地质作用是不同的。

2.2.1 Ⅰ型

这种类型的曲线以女基井为代表（图3－a），共计8口井，主要分布在川中遂宁—广安一线。说明该区在晚侏罗世前连续下沉，接受沉积；晚侏罗世末期燕山中幕运动使其隆升，地层被剥蚀，而后缺失白垩系及新生代沉积。晚侏罗世，宣汉附近沉降幅度最大。

2.2.2 Ⅱ型

这种类型的曲线以界牌1井为代表（图3－b），共计14口井，主要分布在通江—仪陇—三台—简阳—资中一带。说明该区在晚侏罗世末期曾有过隆起作用，地层遭受广泛剥蚀，抬升作用在北东方向最强，剥蚀厚度最大有3 000余米（帽儿1井、川27井）；早白垩世，又开始下沉接受沉积，到古近纪末期由于喜马拉雅构造运动而全面隆升遭受剥蚀。侏罗纪末，在平昌附近沉降幅度最大。

2.2.3 Ⅲ型

这种类型的曲线只有2口井，以隆丰1井为代表（图3－c），主要分布在川西南部部灌县—邛崃一线。说明该区自晚三叠世至古近纪末，隆升作用不明显或者没有过隆升历史，一直处于连续下沉接受沉积；到古近纪末隆升遭受剥蚀。古近纪末，灌县附近沉降幅度最大。

2.2.4 Ⅳ型

这种类型的曲线以关基井为代表（图3－d），共计4口井，主要分布在川西北部绵阳—巴中一线。说明该区在晚三叠世中期由于安县运动的影响而抬升，直到晚三叠世末，为沉积间断，之后下沉连续接受沉积，到古近纪末隆升遭受剥蚀。古近纪末，绵阳西南附近沉降幅度最大。

2.2.5 Ⅴ型

图3 界牌1井等5口井埋藏史曲线图

这种类型的曲线以龙1井为代表（图3－e），共计5口井，主要分布在川西北部安县—梓潼—南江一线以西。说明该区在晚三叠世中期由于安县运动的影响而抬升，直到晚三叠世末，为沉积间断，之后下沉接受侏罗系沉积；到晚侏罗世末期燕山中幕构造运动小幅隆起，地层遭受剥蚀，抬升作用在北东方向最强，剥蚀厚度最大为1 000 m（碥1井）；早白垩世，又开始下沉接受沉积，到古近纪末全面隆升遭受剥蚀。古近纪末，剑阁附近沉降幅度最大。

3 结论与认识

1）四川复合型前陆盆地靠造山带一侧的沉降较靠稳定陆块一侧的沉降大（如川西南部平落4井与油1井等），但有例外（如川西北部中46井与关基井，鱼1井与思依1井，河1井与龙1井），分析其原因有：①川西北部地区受安县运动影响曾强烈抬升；②关基井、思依1井、龙1井位于前陆盆地梓潼凹陷中心附近，燕山中幕构造运动抬升幅度不大，地层遭受剥蚀亦不明显。

2）顺前陆盆地走向对比，川西中部都江堰附近的沉降量逾9 500 m（隆丰1井，图4），川北通江附近逾7 200 m（界牌1井），川西南部邛崃附近逾6 500 m（平落4井），川西北部逾6 200 m（思依1井）。分析认为可能是造山带载荷与沉积载荷不同所致。一方面，龙门山推覆构造带北段以唐王寨向斜为主体，岩性为一套比重相对较轻的砂岩、泥岩、石灰岩，而龙门山中段以彭灌杂岩体为主体，岩性为相对密度较大的中酸性火成岩，龙门山南段以宝兴杂岩体为主体，川北为米仓山中酸性火成岩及大巴山推覆体为主，岩性与龙门山中段相似，这样使得由重力负载引起的沉降量加大；另一方面，从最大残留地层厚度看，川西南部约为4 600 m，川西中部约为6 000 m，川西北部约为4 400 m，川北约为4 700 m，各段的沉积负载也会引起沉降量的差异。

图4 界牌1井等4口井沉降曲线图

3）沉积曲线一般显示为两种基本类型：一种是由热冷却而引起的凹面向上的曲线；另一种是挠曲负载而引起的凸面向上的曲线。四川复合型前陆盆地的沉降曲线符合第二种，表明其沉降机制是挠曲负载。

4）埋藏史分析有它的不确定性，比如剥蚀厚度恢复、地质时代标定、去压实校正以及各种参数的选取，采用的方法不同，结果也会有所差异。但不管用哪种方法，采用哪种参数，还是具有统一的趋势性，能在一定程度上反映盆地的埋藏史、沉降史，为地质研究人员进行盆地分析时提供一种手段和工具。

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Burial history analysis of the Sichuan Foreland Basin based on single well data

Luo Shoubing1，Yang Guang1，Zeng Qing1，Yu Jianan2，Song Mingwei1
（1.Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil ＆Gasfield Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610041，China；2.Chengdu Univerity of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 3，pp.34－37，3／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The strata burial history is the basis of studies on geothermal history as well as the history of hydrocarbon generation，expulsion，migration，and accumulation.It is also an effective method of basin structural analysis.Based on the analysis of stratigraph－ic contacts，phases of tectonic activities，and thickness and lithology data from drilling in the Sichuan Foreland Basin，the stepwise stratigraphic back－stripping technique is used to map the strata burial history from the data of 33 exploratory wells.The following conclusions are drawn.The burial history curve can be divided into 5 subsidence curve types，each with unique geologic significance.The subsidence in the orogenic－belt－side is stronger than that in the stable－massif－side of the foreland basin.However，there is also an exception sometimes.Subsidence amplitude since the Late Triassic is 9500 m near Dujiangyan in the central West Sichuan Basin，while it is 7200 m near Tongjiang in North Sichuan Basin.This phenomenon is believed to be caused by the differences between orogenic belt load and sediment load.The subsidence mechanism of this foreland basin is flexural load.This study is of great significance to further investigation into the Sichuan Foreland Basin.

Sichuan Basin，composite foreland basin，burial history，stratigraphy，denuded thickness，decompaction correction，subsidence amplitude，flexural load

国家科技重大专项课题“大型油气田及煤层气开发”（编号：2008ZX05003－006）部分研究成果。

罗寿兵，1978年生，工程师；主要从事石油地质勘探研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新区天府大道北段12号。电话：（028）86015521。E－mail：luoshoubing＠petrochina.com.cn

罗寿兵等.四川复合型前陆盆地单井埋藏史分析.天然气工业，2012，32（3）：34－37.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.007

（修改回稿日期 2012－01－31 编辑 韩晓渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.03.007

Luo Shoubing，engineer，born in 1978，is mainly engaged in research of petroleum exploration.

Add：No.12，North Sec.，Tianfu Avenue，Gaoxin District，Chengdu，Sichuan 610041，P.R.China

Tel：＋86－28－8601 5521 E－mail：lushoubing＠petrochina.com.cn