四川盆地下寒武统膏盐岩发育特征与封盖有效性分析*

林良彪 郝强 余瑜 淡永 彭勇民

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.成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059

3.中国地质科学院岩溶地质研究所，桂林 541004

4.中石化石油勘探开发研究院，北京 100083

据统计，世界上45%的天然气和11%的石油与含盐盆地有关，特别是与盐丘构造有关，如墨西哥湾、波斯湾、北海等。含盐盆地与油气藏的关系如此密切，促使把膏盐岩层作为成藏主控因素之一进行分析，并被大多数学者认同(康玉柱，2007;金之钧和蔡立国，2006)。膏盐岩在我国三大含油气盆地内广泛分布，例如四川盆地寒武系、中下三叠统的膏盐岩盖层广泛分布(宋岩和柳少波，2008;冉隆辉等，2008;张水昌等，2007;冯增昭等，2006)，塔里木盆地寒武系、石炭系巴楚组、下第三系(厚度可达100～1000m)膏盐岩与盐构造非常发育(万桂梅等，2008;贾承造等，2003);鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组五段硬石膏泥质岩、含膏泥白云岩封盖层发育于气层之间，形成了盐间储层(戴金星等，2007;何自新等，2005)。这些充分说明膏盐岩在含油气盆地成藏起到了举足轻重的作用，并引起了石油地质学家们的重视，多年研究表明，膏盐岩对成藏有以下几大贡献:首先，膏盐层为非常优质的盖层，其形成环境利于有机质和烃类保存;此外，膏盐层保持了下伏储层较高的孔隙度并形成次生孔隙;而且膏盐层有利于形成异常压力并封盖油气(Halbouty，2003;Edgell，1996;Aali et al.，2006);最后膏盐岩层具有好的塑性、低的抗压抗剪力学性质、易流动的特征，导致产生复杂的盐构造和良好的油气圈闭(Jackson，1995)。

寒武系是世界上最重要的蒸发岩沉积层位之一，四川盆地在早中寒武世也有广泛的膏盐岩分布，尽管20世纪60年代在威远发现了盐下灯影组气田，然而对膏盐岩本身及与油气关系却有意无意地被忽略了。此外，多年的中国南方油气勘探实践表明，保存条件是中国南方海相油气成藏的关键要素，然而作为优质盖层的寒武系膏盐岩的分布状况、封盖性能及其对寒武系之下地层的成藏影响等认识程度明显偏低。近年来，川中下寒武统龙王庙组气田取得突破，黔中隆起、渝东鄂西地区寒武系盐下大量的油气显示，均表明寒武系盐下具有较大的勘探潜力。因此有必要深入开展四川盆地寒武系膏盐岩时空分布规律、连续性分析及膏盐岩封盖有效性研究(中寒武统膏盐岩特征见林良彪等，2012)，为四川盆地乃至整个中国南方的油气勘探打开新的局面。

表1 四川盆地下寒武统膏盐岩统计表Table 1 Thickness tables of Lower Cambrian gypsum rock in Sichuan Basin

1 地质背景

四川盆地位于扬子板块西北部，寒武纪整体处于加里东构造旋回早期，是稳定的上扬子克拉通盆地的一部分。在经历震旦纪末期的桐湾运动之后，四川盆地部分地区灯影组被抬升暴露，形成了良好的岩溶储层;早寒武世早期(梅树村期、筇竹寺期)四川盆地经历了大范围海侵，伴有上升洋流和营养的生物链，并沉积了大套深水陆棚的黑色页岩、炭质页岩、硅质岩、粉砂岩和磷质岩等;早寒武世中期(沧浪铺期)海水下降，四川盆地由西向东由滨岸相碎屑岩→缓坡相页岩、泥质灰岩→陆棚相的泥岩、粉砂岩夹泥灰岩。川中地区的沧浪铺期由紫红、灰绿色泥岩、粉砂岩、砂岩组成，说明当时环境处于干旱、炎热的古气候环境，并一直持续到早寒武世晚期(龙王庙期)。同时，由于构造原因在四川盆地局部地区形成沉降中心(曾良鍨等，1992)，这些因素都为巨厚膏盐岩在四川盆地早寒武世龙王庙期连续沉积创造了条件。

2 膏盐岩发育特征

2.1 分布特征

对于四川盆地寒武系膏盐岩的分布，前人曾编制了相关图件(曾良鍨等，1992;林耀庭，2009;金之均等，2006;张瑛等，1992;刘群和马丽芳，1994)，但是他们无一例外的都是把中下寒武统作为整体编图，未把不同沉积背景下的膏盐岩区分编图，其次对于野外膏溶角砾岩的识别上，过去并未得到应有的重视。本文在前人研究基础上，结合寒武系最新钻井中识别的膏盐岩和野外剖面中重新认识的膏溶角砾岩，对四川盆地24口深井及4条实测剖面的膏盐岩的统计(表1)，编制了下寒武统膏盐岩的分布等值线图(图1)。

图1 四川盆地下寒武统膏盐岩厚度等值线图Fig．1 The thickness contour map of Lower Cambrian gypsum rock in Sichuan Basin

图2 四川盆地下寒武统膏盐岩岩性分区图Fig．2 Lithology zonation of Lower Cambrian gypsum rock in Sichuan Basin

下寒武统膏盐岩的分布主要集中在两个区域，即川南聚盐区和鄂西聚盐区(图1)。在川南地区，众多钻井的下寒武统剖面上显示存在膏盐岩。此外，在川西南的乐山范店及雷波的抓抓岩实测剖面上，还见有含膏层和膏溶角砾岩，这些充分表明在川南地区下寒武统应有大片的膏盐岩分布。川南聚盐区主要分布在赤水-临7井-重庆地区，呈近南北向展布。其北界达威远-合川-大竹附近，西界为峨眉-雷波抓抓岩附近，南界已入黔北毕节一带，东界在桐梓-万盛场一线(图1)，南北跨度约420km，东西长约450km，为四川盆地早寒武世最大聚盐区。川南聚盐区聚盐中心位于临7井附近，聚盐中心膏盐岩厚度为690.40m。鄂西聚盐区分布在恩施-酉阳地区，由于在本区下寒武统仅在李2井中见有膏盐岩，所以推测此聚盐区范围较小，南北长度不足100km，东西约为50km。膏盐岩厚度最大的53m(图1)。

2.2 膏盐岩岩性组合与分区

依据林良彪等人对膏盐岩岩性划分方案(林良彪等，2012)，经鉴定统计下寒武统含膏段岩性主要有纯石膏岩、白云质石膏岩、含白云质石膏岩、膏溶角砾岩、泥质石膏岩、石膏质白云岩、含石膏质白云岩、石膏质泥岩、含石膏质泥岩和石膏质砂岩等(表1)。本文按照盐类矿物组合、基本岩性及矿化岩石类型，将下寒武统膏盐岩分为三大组合:含泥含云石膏岩类、含膏白云岩类及含膏砂泥岩类共三大类组合，其中含泥含云石膏岩类包括纯石膏岩、白云质石膏岩、含白云质石膏岩、泥质石膏岩、含泥石膏岩及膏溶角砾岩;含膏白云岩类包括石膏质白云岩及含石膏质白云岩;含膏砂泥岩类包括石膏质泥岩、含石膏质泥岩及石膏质砂岩，各井或剖面膏盐岩垂向发育特征如图2。可以发现鄂西地区膏盐岩仅在李2井上有发育，岩性为石膏质白云岩，未见其它类膏盐岩，因而此地区膏盐岩应属于含膏白云岩类区(图2)。

在川南膏盐岩分布区内，威基井、盘1井、宫深1井、窝深1井及老龙1井下寒武统剖面上主要膏盐岩岩性为含云石膏岩、石膏岩及泥质石膏岩并夹有石膏质白云岩，其中在老龙1井和宫深1井上还发育有膏质砂泥岩。此外，在抓抓岩剖面见石膏零星分布，范店剖面见膏溶角砾岩。整体上属于含泥含云石膏岩类，在岩性分区图上为白云质石膏岩区(图2);老龙1井及宫深1井发育膏质砂泥岩，说明二者还属于含膏砂泥岩类区(图2)。而在自深1井、林1井、宁1井、丁山1井、方深1井及座3井下寒武统含膏段剖面上，膏盐岩的岩性为石膏质白云岩、含石膏质白云岩为主，夹有白云质石膏岩，属于膏质云岩组合，在岩性分区图上为含膏白云岩区。临7井主要为纯石膏岩和泥质石膏岩，为含泥含云石膏岩类，在岩性分区图上为石膏岩区。

图3 四川盆地早寒武世龙王庙期岩相古地理图(据马永生等，2009修改)Fig．3 The lithofacies and paleographic map of Early Cambrian Longwangmiao Period in Sichuan Basin(modified after Ma et al.，2009)

综上所述，四川盆地下寒武统膏盐岩在川南聚盐区西部主要以含泥含云石膏岩类和含膏砂泥岩类为主，东部主要为含膏白云岩类，分界线在威远-宜宾-盐津一线;而鄂西聚盐区主要为含膏白云岩类(图2)。

2.3 膏盐岩沉积环境及成因模式

长期以来，人们把蒸发岩类看作化学沉淀物，由于蒸发岩的易溶性和易受交代变质作用的特性，致使多期次改变成分，破坏了蒸发岩的沉积作用标志，从而难以建立沉积相模式。20世纪80年代后，才将蒸发岩看作是在特定的沉积环境、条件和沉积作用中形成的沉积物，是沉积环境的物质表现(张瑛等，1992;刘群和马丽芳，1994)。本文依据膏盐岩分布、膏盐岩剖面结构及岩性组合分区特征，结合马永生等(2009)编制的早寒武世岩相古地理图(图3)分析了早寒武世膏盐岩沉积环境，并根据这些特征建立起膏盐岩的成因模式。

早寒武世龙王庙期，由于整个上扬子地区并没有成片台缘相的礁滩沉积，因此此时四川盆地整体处于碳酸盐岩缓坡沉积环境中(马永生等，2009;洪海涛等，2000)。在浅水缓坡亚相的川南、川东地区，龙王庙期发育有较多的孤立缓坡浅滩，这一定程度上阻隔了海水，减缓了水动力。这种水浅低能局限环境，在干旱、炎热的古气候条件下，强烈蒸发作用使海水不断浓缩。在垂向上，组成含盐岩系的岩石，依次由碳酸盐-硫酸盐组成韵律结构。在水平方向上，也表现较明显的分带性，在靠古陆附近的成都-乐山地区出现了潮上混合潮坪沉积，往东至犍为-雷波地区为含云石膏岩、白云质石膏岩夹膏质白云岩，为一套潮上萨布哈沉积，到东部的永川-重庆-赤水地区为石膏质白云岩、含石膏质白云岩、白云岩，为一套半-局限环境下浅水缓坡蒸发沉积。而在李2井附近沉积的膏盐岩很可能为另一个规模较小的缓坡蒸发岩沉积(图3)。

根据早寒武世沉积特征，我们建立了碳酸盐缓坡蒸发岩成因模式图(图4)。从图中可以发现膏盐岩主要发育在水浅或局限低能的浅水缓坡带，成因机制有潮上萨布哈蒸发和点沙坝(后)半-局限缓坡蒸发两类，而靠盆地的深水缓坡则不具发育膏盐岩条件。

图4 四川盆地下寒武统膏盐岩成因模式Fig．4 The genetic model of Lower Cambrian gypsum rock in Sichuan Basin

3 膏盐岩封盖有效性分析

对膏盐岩封盖有效性分析主要基于川南聚盐区钻井解剖及典型气田成藏条件分析，首先，从空间角度分析膏盐岩封盖有效性，查明连续性分布的膏盐岩与好的储层成藏条件在空间上相匹配关系;其次，从后期改造角度分析膏盐岩封盖有效性，分析复杂的构造运动是否改变了膏盐岩的连续性;最后建立膏盐岩封盖有效性模式。

3.1 膏盐岩的连通性与储层匹配关系

前已论述，川南-黔北地区下寒武统膏盐岩沉积环境属于蒸发泻湖环境，发育有连续分布的且厚度较大的膏盐岩(图2)，为较好的区域盖层;此外，在川南-黔北地区盐下震旦系灯影组发育有优质的白云岩储层。据研究，灯影组优质储层的形成分布受岩相及桐湾运动后岩溶发育程度的控制，纵向上孔洞层多为透镜状，横向上岩溶孔洞主要发育在浅滩相区、碳酸盐岩古风化带、古隆起顶部及鼻状突起带。川南-黔北地区整体处于有利的潮坪环境，洪海涛等(2000)对灯影组顶部古岩溶研究也表明川南-黔北地区整体处于岩溶发育较强的岩溶斜坡区，在这样的地质背景下形成了震旦系气田-威远气田。威远气田灯影组是一套潮坪沉积白云岩，含大量蓝绿藻;储层总体为低孔低渗，但在灯影组二段发育有高孔白云岩层段，构成了威远气田的优质储层。此外，近年来川东南丁山1井、林1井钻井揭示震旦系灯影组也有油气显示，勘探实践表明川南-黔北地区盐下灯影组广泛发育有优质的白云岩储层。

图5 川东南丁山1井-三汇场剖面的膏岩封盖图Fig．5 The sealing map of gypsum rock from Well Dingshan1 to Section Shanhuichang in Southeast Sichuan

图6 川东南-黔北寒武系出露与剥蚀情况Fig．6 The outcropping and erosion conditions of Cambrian in southeastern Sichuan-northern Guizhou

图7 威远气田下寒武统膏盐岩分布图Fig．7 Gypsum rock distribution of Lower Cambrian in Weiyuan Gas Field

川南-黔北地区下寒武统优质的膏盐岩盖层与优质的灯影组储层形成了良好的匹配。但是这种良好的匹配关系为什么在威远气田能成藏，而在丁山1井油藏却被破坏?这可能主要与后期构造有关。

3.2 后期构造改造与膏盐岩连续性关系

后期构造对膏盐岩连续性的破坏，主要体现在两方面，一是断层是否断开膏岩层，二是寒武系是否被抬升至地表，膏盐岩层被剥光或溶蚀了。

从图5看，近东西向的丁山1井-三汇场对比剖面显示膏岩在纵向上多层叠加、累计厚度大、封闭性好;侧向上，上部的膏盐岩连通性好，平面上，这些膏盐岩叠合在一起，可以构成连片分布。但是，由于侧向上通天断层切穿，由西的丁山1井向东，跨过四川盆地边界大断层即齐跃山断裂，垂向上膏盐岩被错开几百米，形成了油气通道，导致膏盐岩垂向上的封堵失效。

同时，从四川盆地南部的情况看，以盆地边界为限，盆地外侧黔北地区发育寒武系(图6)，像是开了一个一个的天窗;这意味着这些地区的寒武系膏盐岩在侧向上是通天了，油气可以沿着膏盐岩层跑到地表上，所以膏盐岩封堵也失效，说明保存条件很差。相反，越过边界向盆地内部，寒武系被近5000m的巨厚三叠系-侏罗系覆盖并深埋，保存条件相对好。

类似地，川西南地区的膏盐岩封盖有效性也受断层与剥蚀这2个因素的影响，并且影响更强烈，盆地边界大断裂为界，盆地内封盖较好，盆地外被破坏。因此，下寒武统膏盐岩在川南-黔北地区出盆地边界外的膏盐岩封盖已失效，而在盆地内膏盐岩封盖性较好。本文重点就盆地内威远气田封盖性进行解剖。

3.3 膏盐岩在威远气田的封盖特征

威远气田膏盐岩主要发育于下寒武统，厚度为0～20m(图7)，从图8的南北向剖面看出，威远气田的高点威117井的顶部海拔为－2208.9m，位于气田边界的威52井测试获得气水边界面的海拔为－2374.5m(即气溢出点的海拔)。在威117井以南至自深1井，下寒武统膏盐岩层是连片分布的(图8)，并不缺失膏盐岩;然而，由威117井向北则有缺失石膏现象，具体表现在:威15井外发育几米的成分不同、岩性有差异的下寒武统膏盐岩类，其膏盐岩类的顶部海拔为－1960m，再向北至资4井则无膏盐岩类;而资4井中寒武统顶界的海拔为－3089.1m(图8)，如果取威15井与资4井之间海拔差的1/3，那么，膏盐岩类的尖灭点海拔为－2336.1m。这意味着，膏盐岩类尖灭点的海拔与气水界面非常接近，膏盐岩封盖起到了决定作用。如果以下寒武统九老洞组泥页岩封盖，其溢出点的海拔至少可深达－2900m，与现今的气水界面相去甚远，这从侧面上也证实泥页岩封盖的效果远比膏盐岩类差，膏盐岩封盖作用比泥页岩更重要。

因此，尽管威远地区的膏盐岩沉积厚度薄且受小断层影响，但膏盐岩封盖非常有效，这也从另一个侧面解释了在有膏盐岩分布的威远地区勘探能取得成功，而在无膏盐岩发育的资阳地区勘探却失利的原因。

图8 威远气田膏岩封盖模式图Fig．8 The sealing model of gypsum rock in Weiyuan Gas Field

4 结论

(1)四川盆地下寒武统分布主要集中在两个区域，即川南聚盐区和鄂西聚盐区。川南聚盐区南北跨约420km，东西长约450km，为四川盆地早寒武世最大聚盐区。膏盐岩最大厚度为690.40m。鄂西聚盐区分布在酉阳地区，聚盐区范围较小，南北长度不足100km，东西约为50km，最大厚度53m。

(2)岩性分区表明川南地区分为白云质石膏岩区、含膏白云岩区、含膏砂泥岩区和石膏岩4个区，其中，含膏砂泥岩区位于川南白云质石膏岩区的北部，是混合区;川南含膏白云岩区与白云质石膏岩区分界线在威远-宜宾-盐津一线;而鄂西地区主要为含膏白云岩区。

(3)四川盆地膏盐岩发育于潮上蒸发和浅水缓坡蒸发环境，即成因机制主要是潮上萨布哈蒸发机制及点沙坝(滩)后局限蒸发机制。

(4)川南-黔北地区下寒武统膏盐岩与震旦系灯影组优质储层有良好的匹配关系，但由于四川盆地边界大断裂的断开及盆地外地层的抬升使得盆地外膏盐岩连续性及封盖有效性遭到破坏;而在盆地内，膏盐岩封盖作用比泥页岩更重要，膏盐岩对威远气田成藏起到了至关重要的作用。

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