兴凯地裂运动与四川盆地下组合油气勘探

刘树根，孙 玮，罗志立，宋金民，钟 勇，田艳红，彭瀚霖

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石油川庆钻探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都610213）

罗志立等在黄汲清先生古中国地台解体启示下，考证了中国区域构造特征、分析了西南峨眉山玄武岩喷发的构造背景、研究了华北裂谷形成机制、参阅了国内外许多裂谷文献，提出了中国大陆自晚元古代以来，经历过3次大范围的拉张运动，分别命名为“兴凯”、“峨眉”和“华北”3次地裂运动［1－3］。其中时代最古老的兴凯地裂运动发生于震旦纪至中寒武世，沉积了新元古代早期火山－碎屑沉积，在地裂运动相对较弱的部位形成早古生代被动大陆边缘盆地。

四川盆地震旦系灯影组—下古生界（简称“下组合”）自1964年威远气田发现后，20世纪70～90年代围绕乐山－龙女寺古隆起核部及斜坡区域，以震旦系为目的层进行了一系列勘探，钻探了龙女寺、安平店、资阳等11个构造，仅少数井获得较好的天然气显示。油气分布的古隆起控制论是这一时期主要的勘探指导思想，对乐山—龙女寺古隆起震旦系寄予厚望，但截至2010年底尚未获重大突破。2011年高石梯震旦系灯影组气田，2012～2013年磨溪下寒武统龙王庙组气田的发现，揭示四川盆地下组合具有巨大的油气勘探前景。

本文依据大量二维、三维精细地震资料和联井分析解释发现的、由兴凯地裂运动形成的贯穿四川盆地中西部的早寒武世绵阳－乐至－隆昌－长宁大型拉张槽的特征［4］，分析其形成和演化过程及对下组合生、储、盖等石油地质条件的控制作用；并据此指出四川盆地下组合油气勘探的方向和有利地区，供决策者参考。

1 兴凯地裂运动的创建和影响

1980年黄汲清等认为经过扬子造山旋回（1 100～700Ma B.P.），在中国境内存在一个巨大的“古中国地台”；到了晚前寒武纪至早寒武世，地台解体，昆仑、秦岭、北山、天山等地槽形成，同时在中国东北、西南等地发生褶皱，因而命名为“兴凯旋回”（700～536Ma B.P.）。1982～1984年，罗志立等研究中国地裂运动时，强调“古中国地台”裂解的规模和性质，称为“兴凯地裂运动旋回”（或简称“兴凯地裂期”）。1999年任纪舜院士编制的“中国及邻区大地构造简要说明”的表2中，认为古中国地台解体为古中华陆块群形成起了重要作用［5］，对“兴凯地裂运动”这一论点给予肯定。

兴凯地裂运动不仅使中国地台解体形成秦岭－天山等洋盆，而且在大陆板块边缘形成一些中晚元古代至早古生代的拉张槽有很好的油气显示，如华北板块北缘的燕山－太行拉张槽、南缘的吕梁－陕豫三叉拉张槽，贺兰－祁连三叉拉张槽［6］。作者等认为塔里木板块存在“兴凯地裂运动”，库鲁克塔格－满加尔拉张槽就是实例［7］，它是塔里木盆地塔北和塔中构造的油气资源供给区。

“古中国地台”形成于中元古代末（1 100Ma B.P.）的扬子旋回早期，于800Ma B.P.后开始裂解，700Ma B.P.达到高潮（表1）。它与李正祥认为的Rodinia超大陆会聚于1 000Ma B.P.，裂解于700Ma B.P.，在时间上是可以对应的，在空间上是有联系的［8］。值得指出的是，黄汲清先生“古中国地台”观点的提出和我们的“兴凯地裂运动”论点的建立，比Rodinia超大陆形成裂解之说早了十多年。

陈竹新、贾东等在研究四川盆地西部汉王场－洪雅剖面时，发现二叠系之下存在隐伏裂谷［9］，但把它解释为海西期拉张的产物，可能沉积有志留－石炭系。通过笔者团队的研究结果表明，该拉张断层的时代可能更早，推断其为晚元古代至早寒武世拉张的产物，与兴凯地裂运动相对应［10］。

通过四川盆地野外露头剖面、精细地震资料及钻井资料对比解释发现，兴凯地裂运动始于中、晚元古代，在苏雄组沉积期达到高潮，南华系至上震旦统灯影组沉积期主要发育碳酸盐台地和碳硅质细碎屑岩组合，晚震旦世至早寒武世在局部地区再次发育拉张构造，至中寒武世拉张运动结束，在该时期四川盆地内即形成了绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽［4］。

2 早寒武世绵阳—乐至—隆昌—长宁拉张槽的演化过程

早寒武世拉张槽位于绵阳－乐至－隆昌－长宁一带，故命名为绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽。拉张槽整体的展布格局为向南北开口，其东侧陡、西侧缓。资料可靠区域内最窄处位于资中，宽约50km；南部区域最宽处可超过100km，并且向南逐渐变宽；北部区域宽度亦可超过100 km，并且向北变宽。其发现过程和特征见钟勇等（2013）［4］。

该拉张槽的演化过程如下（图1、图2）。

2.1 拉张孕育阶段——隆升剥蚀期（灯影组沉积末期）

灯影组沉积末期的桐湾运动为拉张槽形成的孕育阶段。该阶段主要特征是灯影组的隆升和剥蚀作用，灯影组隆起幅度越高，剥蚀地层越多，出露地层越老。如位于拉张槽内的资4井和高石17井均缺失灯影组第三段（简称“灯三段”）和第四段（简称“灯四段”，表2），而位于拉张槽东缘的高石梯、安平店和磨溪构造仍保留有灯四、灯三段（高石1井残留灯三、灯四段329m）。推测在灯影组沉积末期，地壳深部可能存在异常地幔活动，致使地壳浅部发生隆升和拉张作用，拉张槽区在灯影组沉积末期为隆起高部位，剥蚀作用强。这一特征与东非裂谷形成初期特征相似［11］，现代的美国科罗拉多高原即处于该阶段。在上震旦统灯影组沉积期间是否有拉张作用，有待今后进一步研究。

表1 古中国地台与Rodinia超大陆会聚和裂解特征对比Table 1 Comparison of the convergent and divergent characteristics between the Palaeo－China Platform and Rodinia Super－Continent

图1 高石17井寒武系地层柱状图及拉张槽发育阶段示意图Fig.1 The Cambrian stratigraphic column in Well Gaoshi 17and the evolutionary stages of the intracratonic sag

2.2 拉张初始阶段——初始发育期（麦地坪组沉积期）

麦地坪组沉积期，在灯影组隆升幅度最大，剥蚀作用最强，残留地层最薄处开始拉张和沉降，使古地貌产生差异，并且使深部富硅和富磷热流体上升，海水中硅质和磷质含量增加，在部分地区沉积富硅和含磷的麦地坪组。灯影组中的交代硅质岩也是此期间形成的［12］。这种特征在有相同地层沉积处都有该特征，硅和磷的来源可能与深水远洋环境有关并受到海底火山及热液作用的影响［13，14］。据资4井、峨眉山露头资料，麦地坪组岩性主要为黑色含磷硅质岩、硅质白云岩，夹有胶磷矿条带。高石17井钻探表明，麦地坪组下部为黑色硅质页岩与黑灰色泥质白云岩互层，中上部则是黑色硅质页岩与灰质页岩（图1）。该套地层在四川盆地内分布局限，如拉张槽中部高石17井厚285m，资4井厚198m；而高部位的高石1井则没有该套地层的沉积，筇竹寺组黑色泥岩直接与下伏灯影组白云岩接触（表2）。据陈志明等研究梅树村组（与麦地坪组同时）分布特征［15］，结合本文研究成果，梅树村组南北向沉积厚度最大处与拉张槽的分布具有一致性。

2.3 拉张高潮阶段——壮年期（筇竹寺组沉积期）

筇竹寺组沉积早期拉张运动和沉降作用达到高潮，在拉张槽的中心沉积了巨厚的黑色页岩，该地层为典型的深水沉积，而在高部位则岩石颗粒较粗。这一过程一直持续到筇竹寺组沉积后期。

筇竹寺组下部黑色泥／页岩的颜色为黑、褐黑至灰黑色，一般碳质含量较高且染手。黑色页岩水平层理发育。黑色泥／页岩主要脆性矿物为石英、长石、方解石和黄铁矿；而黏土矿物主要是高岭石、蒙脱石、伊利石、铝土，一般黄铁矿呈层分布。

表2 威113、资4、高石17、高石1井灯影组和下寒武统厚度（δ／m）对比Table 2 Comparison of the Upper Sinian and Lower Cambrian thicknesses in Wells Wei 113，Zi 4，Gaoshi 17and Gaoshi 1

图2 绵阳—乐至—隆昌—长宁拉张槽形成及消亡演化示意图Fig.2 The formation and the evolutionary stages of the Mianyang－Lezhi－Longchang－Changning intracratonic sag

筇竹寺组中上部为灰黑色、灰黄色、灰绿色泥质粉砂岩。

随着海平面的快速上升，整个扬子地台沉积筇竹寺组黑色泥岩，拉张槽内为相对的深水相。随后，海平面缓慢上升到下降，岩性逐渐过渡为灰黄色、灰绿色粉砂质泥岩、钙质页岩，为浅水陆棚相。

拉张槽内的高石17井筇竹寺组以黑色碳质页岩为主，夹有灰黑色砂质页岩，其中黑色碳质页岩厚度约为180m，顶部为深灰色砂质页岩。

2.4 拉张衰弱阶段——萎缩期（沧浪铺组沉积期）

沧浪铺组沉积期，拉张作用和沉降作用快速减弱，由黑色页岩向砂岩过渡，表明水体变浅，岩性主要为长石岩屑砂岩，属浅水陆棚相，但在拉张槽区厚度仍然较大一些，如位于拉张槽内的高石17井沧浪铺组厚度214m，而位于拉张槽东侧的高石1井沧浪铺组厚仅91m。高石17井沧浪铺组为深灰色泥质岩与泥质粉砂岩互层，表明水体较之筇竹寺组沉积时变浅。

2.5 拉张消亡阶段——消亡期（龙王庙组沉积期）

龙王庙组沉积期，拉张作用和沉降作用几乎停止，水体从浑水演变为清水，岩性已变为碳酸盐岩，且槽内和槽外沉积厚度基本一致，表明此时拉张槽已消亡。龙王庙组主要为浅灰白色含陆缘碎屑的砂屑白云岩，由浅水陆棚相过渡为浅海相。

3 拉张槽对下组合油气地质条件的控制作用

3.1 拉张孕育阶段隆升剥蚀作用对灯影组优质储层形成的影响

拉张孕育阶段，上震旦统灯影组发生隆升和剥蚀作用，势必致使拉张槽内及其周缘灯影组残留厚度较薄，同时发生较强的风化壳喀斯特作用。

已有研究表明，灯影组优质储层的形成与风化壳喀斯特作用密切相关［16］。

离拉张槽较远的金石地区岩心观察统计结果表明，灯影组喀斯特孔洞1.82个／m，其中灯二段2.34个／m，灯四段0.75个／m。4个灯二段物性测试样品孔隙度最小为3.02%，最大为4.05%，但面孔率极低。

拉张槽西侧的威远地区威113井岩心观察统计结果表明，灯影组喀斯特孔洞2个／m，其中大洞的发育密度为0.02个／m、中洞0.48个／m、小洞1.52个／m，面孔率大约为5%［17］。

拉张槽西缘的资阳地区统计结果表明，灯影组喀斯特孔洞24.5个／m，其中大洞（d≥10mm）的发育密度为5.1个／m，中洞（d＝5～10mm）为4.7个／m、小洞（d＜5mm）为15.1个／m，面孔率为1.65%～4.39%［18］。

拉张槽东缘的高石1井灯影组溶洞密度为11.4个／m。高石1井灯影组（灯四段）白云岩储集物性分析测试结果表明，103个样品孔隙度最小为0.39%，最大为8.274%，平均为2.35%，大多数集中分布在1.5%～3.0%；局部存在2个孔渗相对发育带，分别是井深4 957～4 963m和4 975～4 985m。高石梯－磨溪构造带灯二段白云岩储层孔隙度主要分布在1%～3%之间，其次是3%～5%；而灯四段有部分储层的孔隙度在0.06%～1%之间，灯四段储层孔隙性与灯二段相比要稍微差一些。灯四段储层渗透率几乎全部为＜1×10－3μm2，灯四段储层略差于灯二段。

平面上，金石地区灯影组储集物性最差，铸体片中未见铸体注入，说明孔喉结构差；同时镜下薄片观察发现面孔率极低，且仅在4个薄片中发育少量针状溶孔。测试孔隙度较好可能是因为取样、样品数量过少所致。高石梯、资阳地区灯影组储集物性最好，大规模的溶蚀孔洞发育，沥青含量高，厚度大。威远地区灯影组喀斯特洞穴较少，但喀斯特孔隙较多。由此看来，紧邻拉张槽东侧的高石1井，西侧的资1井、威113井灯影组储集物性均较好，而远离拉张槽的金石1井灯影组储集物性不佳，这说明拉张槽对本地区灯影组储层发育具控制作用。且整体上，储集物性从金石1井至高石1井是逐渐变好的（表3）。

该拉张槽的发育和演化使灯影组隆升幅度最大、剥蚀作用最强、残留地层最薄处，拉张作用最强、沉降幅度最大、下寒武统沉积厚度最厚。因此，利用下寒武统厚度通过印模法绘制灯影组古喀斯特地貌图不能真实揭示灯影组风化壳古喀斯特特征。

3.2 拉张槽发育对优质烃源岩发育的控制作用

拉张高潮阶段沉降作用最大，致使水体较深，沉积的筇竹寺组应是最好的烃源岩。众多研究已揭示，下寒武统烃源岩主要集中在筇竹寺组下段［19］。四川盆地下组合天然气主要来自于下寒武统烃源岩［19，20］。四川盆地下寒武统烃源岩厚度和平均生气强度平面展布与拉张槽范围重叠，充分揭示拉张槽的发育对下寒武统优质烃源岩分布的控制作用（图3）。在四川盆地内，拉张槽内下寒武统烃源岩最厚，生烃强度最大，生烃量最多（麦地坪组和沧浪铺组也可生成一定的烃量），因此，拉张槽是四川盆地下组合的主要供烃中心。

3.3 拉张槽发育对沧浪铺组和龙王庙组优质储层发育的影响

沧浪铺组和龙王庙组沉积期，拉张作用已非常微弱，拉张槽已基本填平，但可能仍有一定的沉降作用和古地形地貌差，对沉积相的分布仍有一定的影响，进而影响优质储层的发育。然而，限于资料和时间，目前只能推测拉张槽周缘应是沧浪铺组和龙王庙组优质储层较发育部位，其具体情况有待于今后深入研究。

表3 川西南地区上震旦统灯影组储集物性对比Table 3 Comparison of the Upper Sinian reservoir physical properties in the southwest of Sichuan Basin

图3 四川盆地筇竹寺组泥质岩厚度及生气强度图Fig.3 The thickness and hydrocarbon－generating intensity of the Lower Cambrian mudstone in Sichuan Basin

值得指出的是，由于四川盆地下组合时代老、经历构造期次多，致使成岩作用异常复杂，优质储层的保持非常困难。经我们多年的研究［22－24］，四川盆地下组合优质储层保持最重要的原因是油气充注。因此，供烃中心（拉张槽）周缘油气充注能力强，应是优质储层保持的有利地区。

3.4 拉张槽发育对油气输导系统发育的影响

拉张槽的发育一方面使下寒武统优质烃源岩位于拉张槽两侧灯影组优质储层的低部位，有利于烃源向高部位优质储层的运移和聚集，提高了新生（筇竹寺组）古储（灯影组）天然气的成藏效率；另一方面，该拉张槽是一个克拉通内拗陷（intracratonic sag），在其两侧（尤其是东侧）发育了连接优质烃源岩（筇竹寺组）和优质储层（灯影组和龙王庙组等优质碳酸盐岩储层，沧浪铺组优质碎屑岩储层）的高效输导系统，使油气运移聚集非常有效。

4 四川盆地下组合油气勘探的方向和有利地区

四川盆地下组合盖层有筇竹寺组泥岩，高台组泥岩、膏盐岩，下志留统泥岩，中二叠统泥质岩等直接盖层和中下三叠统膏盐岩的间接盖层，因此，其早期静态封盖条件较佳。正因如此，二叠纪－三叠纪时筇竹寺组生成的石油一般都可以运移至下组合储层内形成古油藏［22，24］。下组合（志留系除外）的流体至今并没有大规模向上运移至中组合（石炭系—中三叠统）和上组合（上三叠统及以上地层）内，四川盆地内由下寒武统生成的天然气大部分仍然保留在下组合中［22，23，25］。

罗志立、刘树根（2005）在研究中国板块构造和含油气盆地分析时，详细对比分析了塔里木、鄂尔多斯和四川克拉通盆地下古生界油气的成藏条件，提出高石梯—磨溪构造带是四川盆地下古生界最有利区块［26］。

Liu Shugen等（2010，2011，2012）提出四川盆地灯影组（下组合）时代老、埋藏深，天然气藏形成经历了生气中心（古油藏和未成藏石油的富集区）—储气中心（古气藏和未成藏天然气及水溶气的富集区）—保气中心（现今气藏和未成藏天然气及水溶气的富集区）的 变换过 程［22，23，27］。生气中心是储气中心的主要“气源”、储气中心是现今保气中心的主要“气源”，即下组合天然气主要来源为原油裂解气［28，29］。生气中心的形成受控于烃源岩所在部位的生烃中心（烃源灶）。灯影组（下组合）天然气藏的形成是在多期构造作用控制下由油气的四中心（生烃中心、生气中心、储气中心和保气中心）的耦合关系决定的。油气能否成藏和保存下来的关键取决于烃源是否丰富和保存条件是否较佳，即具有源盖联合控烃控藏的特征。生烃中心受控于盆地的原型格局，形成后其空间位置即无变动性；而其余三中心受构造作用的控制而变动性较易且较大。因此，“三中心”（生气中心、储气中心和保气中心）在空间上的分布关系，决定了油气的最终分布［24，30］。此外，从盆山结构分析，提出川北突变性盆山结构区和川中原地隆起－盆地区具有较好的区域保存条件，应是四川盆地下组合油气勘探的有利地区［31］。高石梯—磨溪地区下组合油气勘探的重大突破，在一定程度上验证了上述认识的正确性。

前人的研究和目前多数学者及勘探家多认为乐山—龙女寺古隆起是控制四川盆地下组合油气分布最为重要的因素。通过研究，我们认为四川盆地下组合油气分布的“古隆起”控制论既有一定的合理性，又有较大的局限性；兴凯地裂运动形成的拉张槽特征、古隆起的演化和盆山结构特征联合控制了四川盆地下组合天然气的区域分布。

晚震旦世末期—早寒武世绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽为下寒武统烃源岩最发育的地区，是下组合最为重要的供烃中心，其周缘也是优质储层形成和保持最有利地区；拉张槽及周缘地区是油气运聚有利区域。因此，该拉张槽及东西两侧地区是下组合勘探有利地区（图4）。同时，我们认为该拉张槽东侧是四川盆地下组合勘探最有利地区，原因有：（1）该拉张槽东侧（断裂）较陡且长期存在，易形成更佳的灯影组优质喀斯特（表生喀斯特和深埋喀斯特）储层，且该拉张槽内烃源向储层运移具备更好的输导条件。（2）位于乐山－龙女寺古隆起轴线迁移较小地区，后期构造作用对先期油气藏调整较弱，易形成成藏效率较高的三中心（生气中心、储气中心和保气中心）叠合的油气藏（图4）。（3）位于川中原地隆起－盆地区，受盆地周缘造山带构造作用影响较小，晚白垩世以来隆升作用不强，地表剥蚀作用较弱［32］，对先期油气区域保存条件影响不大，利于先期油气藏和大气田的保存。高石梯－磨溪地区就处于这一区域，向南至大足、向北至阆中都是未来有利勘探区（图4）。

总之，绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽是四川盆地下组合最重要和主要的烃供给区，拉张槽及其两侧（尤其是东侧）地区是四川盆地下组合优质储层形成和保持最有利地区。因此，若保存条件佳，拉张槽及其两侧（尤其是东侧）地区是四川盆地油气勘探的最有利地区；绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽内是下寒武统页岩气勘探的最有利地区（图4）。值得指出的是，在重视拉张槽南部和北部油气勘探的同时，应重视其南部和北部保存条件的动态评价。拉张槽北部天星1井和南部丁山1井和林1井下组合的钻探失利，均因保存条件不佳所致［22］。

图4 四川盆地下组合油气勘探方向和有利地区Fig.4 The petroleum exploration directions and advantageous areas of the Upper Sinian to Cambrian strata in Sichuan Basin

5 结论和建议

a.四川盆地晚元古代至早寒武世曾发生兴凯地裂运动，在早寒武世形成绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽。该拉张槽形成过程可分为拉张孕育阶段——隆升剥蚀期（灯影组沉积末期）、拉张初始阶段——初始发育期（麦地坪组沉积期）、拉张高潮阶段——壮年期（筇竹寺组沉积期）、拉张衰弱阶段——萎缩期（沧浪铺组沉积期）、拉张消亡阶段——消亡期（龙王庙组沉积期）。

b.绵阳－乐至－隆昌－长宁拉张槽的发育演化过程决定了拉张槽内（相对于拉张槽外）灯影组残存厚度较薄，但表生期喀期特作用较强，对灯影组优质储层的形成有重要的控制作用；筇竹寺组烃源岩在拉张槽内厚度最大，且质量较佳，拉张槽控制了筇竹寺组优质烃源岩的分布；拉张作用形成的断裂裂缝系统是筇竹寺组烃源岩生成油气向沧浪铺组、龙王庙组、洗象池组等跨层流动的主要通道。

c.拉张槽内及其两侧可能成群地分布有灯影组和下古生界（如龙王庙组）大气田及丰富的筇竹寺组页岩气。

d.今后应加强该拉张槽对下寒武统沉积相及优质储层发育的控制作用研究，并探讨灯影组沉积时是否有拉张作用。

作者在研究工作中得到中国石油川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司和西南油气田分公司川中油气矿，以及中国石化西南油气分公司和勘探南方分公司的大力支持，在此一并致谢！

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