四川盆地震旦系灯影组古岩溶地貌恢复及意义

刘宏，罗思聪，谭秀成,，李凌,，连承波,，曾伟,，罗冰，山述娇

（1.四川省天然气地质重点实验室；2.西南石油大学地球科学与技术学院；3.中国石油碳酸盐岩储集层重点实验室沉积与成藏分室；4.油气藏地质及开发工程国家重点实验室；5.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院）

四川盆地震旦系灯影组古岩溶地貌恢复及意义

刘宏1,2,3，罗思聪1,2,3，谭秀成3,4，李凌3,4，连承波3,4，曾伟3,4，罗冰5，山述娇5

（1.四川省天然气地质重点实验室；2.西南石油大学地球科学与技术学院；3.中国石油碳酸盐岩储集层重点实验室沉积与成藏分室；4.油气藏地质及开发工程国家重点实验室；5.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院）

应用川中高石梯地区新钻井资料，以及四川盆地及周缘150余条野外露头剖面资料和30余口钻井的地层划分及对比结果，结合区域地震资料，采用“印模法”恢复震旦系灯影组古岩溶地貌，并在此基础上研究其古地理格局及油气勘探意义。灯影组沉积期末四川盆地周缘为古陆/水下高地环抱，具体包括西部的康滇古陆、西北部的松潘古陆、北部的汉南古陆、东南和东北部的黔江—正安、镇巴及巫溪—建始水下高地。盆地向东南和东北分别接入江南盆地和古秦岭洋。在盆地内部，受南北向梓潼—筠连裂陷槽以及北东向阆中—通江、重庆—开县坳陷分隔的影响，南北向存在“三隆”（镇巴、川中、黔江—正安）“两坳”（阆中—通江、重庆—开县），而东西向被分隔为相对独立的两个古隆起体系：南北向的绵阳—乐山—西昌古隆起、近北东向的川中古隆起。灯影组古岩溶地貌控制了区内的古岩溶地貌格局，形成了岩溶高地、台地、斜坡、洼地和盆地5个二级岩溶地貌单元，其中岩溶台地和斜坡为岩溶型储集层发育区，为大型气田的形成提供了有利条件。图9表4参28

古地貌恢复；印模法；风化壳岩溶；岩溶储集层；古地理格局；震旦系灯影组；四川盆地

0 引言

近年来，四川盆地震旦系灯影组油气勘探取得重大突破，钻探和初步研究证实，风化壳岩溶作用对丘、滩相碳酸盐岩的叠合改造是区内灯影组优质储集层的主要形成机制[1-2]。要研究风化壳岩溶储集层，必须明确其古岩溶地貌。鉴于盆内钻揭灯影组的井较少，且集中分布于威远构造，相关研究目前基本处于停滞状态。随着近期盆内高石梯气田的发现，新增了一些钻孔和区域地震大剖面资料，使得对盆内灯影组古岩溶地貌的精细研究成为可能。本文利用盆地和周缘的钻孔资料及1∶200 000区域地质调查的露头剖面详测资料，并结合盆内区域地震剖面解释结果，恢复盆地灯影组古岩溶地貌，并探讨其意义。

1 地质背景

四川盆地是在前寒武纪扬子克拉通基底之上发育的叠合盆地，面积约18×104km2[3-5]。盆内震旦系—中三叠统以海相碳酸盐岩沉积为主，属于海相克拉通盆地；晚三叠世以来则以陆相碎屑岩沉积为主，形成了“前陆—克拉通”型叠合盆地[6-7]。

目前钻遇震旦系的钻井集中分布于资阳—威远及川中地区，而震旦系和寒武系露头分布于盆地周缘（见图1）。从区域上看，四川盆地及周缘震旦系及寒武系内部地层划分及命名比较混乱（见表1）。为更好地进行区内地层对比，以便从全区大尺度上进行古地貌恢复，本次研究在全国地层委员会对四川盆地地层分层命名[8]的基础上，结合大量资料，将四川盆地及邻区震旦系—下寒武统进行了统一地层划分及对比，其中，震旦系分为下统陡山沱组和上统灯影组，下寒武统自下而上分为麦地坪组（仅发育于川西及滇东等地区）、筇竹寺组、沧浪铺组和龙王庙组（见表1）。

图1 四川盆地及邻区震旦系—寒武系井位及露头分布

灯影组由下至上可分为4段（四分性），受桐湾运动Ⅰ幕的影响，灯二段和灯三段沉积期之间存在较短时期的剥蚀作用，灯二段与上覆灯三段呈假整合接触[9-10]。桐湾运动Ⅱ幕使得上扬子地区整体抬升，灯四段广泛遭受剥蚀，其中，资阳及其以西地区缺失灯四段，局部甚至剥蚀至灯三段[9-10]。寒武纪早期，上扬子区发生大规模海侵，开始寒武系沉积。

2 灯影组古岩溶地貌恢复方法

目前对于四川盆地灯影组古地貌的恢复主要采用“印模法”和“残厚法”，分别选取筇竹寺组顶界或沧浪铺组顶界作为“印模法”基准面、灯四段底界作为“残厚法”基准面[2,11-12]。笔者在研究过程中发现，较之“残厚法”，采用沧浪铺组顶界作为“印模法”基准面恢复灯影组古地貌较合理，主要原因如下：

表1 四川盆地及邻区震旦系—下寒武统地层划分对比表

图2 四川盆地南江地区震旦系横向地层对比及充填模式图

①灯影组具有自盆地向周缘古陆或高地超覆沉积的特征，从南江地区灯影组地层剖面对比可以看出（见图2），自杨坝向东北方向的黑怀子剖面，灯一段+灯二段变薄直至缺失，长滩河、南孚山和黑怀子剖面灯影组沉积始于灯三段，局部高地甚至存在灯影组沉积始于灯四段的现象。地层超覆充填的沉积特征使得邻近古陆的高地在遭受桐湾Ⅱ幕暴露剥蚀后，灯影组可能仅残余一套白云岩地层，底部的碎屑岩地层从沉积学上可有陡山沱组或灯三段两种解释方案，灯影组的剥蚀破坏了大套云岩夹碎屑岩的岩相组合，使得灯影组的内幕地层划分存在很大困难。例如，孤立地看南江长滩河、南孚山及黑怀子剖面，白云岩地层似乎应划归灯二段，但如果从整个区域看则应划归灯四段（见图2）。这种现象普遍存在于盆地周缘其他露头剖面，如乐山范店、天全龙门、康定孔玉及金沙岩孔等剖面（见图3）。

图3 四川盆地及邻区震旦系部分野外露头岩性柱状图

②四川盆地及邻区灯影组厚度及岩性变化较大，除了南江、镇巴及荥经等地区的灯影组露头具有“四分”特征外，其余周边地区灯影组“四分性”不强，且四川盆地东南部地区灯影组已相变为硅质岩及泥页岩等（见图3），故在野外露头剖面中划分灯四段非常困难。

③灯影组顶部侵蚀面之上依次沉积了下寒武统麦地坪组（仅存在于川西及滇东等地区）、筇竹寺组和沧浪铺组，属于一个完整的海侵—海退旋回[13]，对灯影组顶部古地貌具有“填平补齐”作用[14]。从灯影组顶部侵蚀面之上印模地层东西向及北西—南东向两条充填格架剖面（见图4、图5）可以看出，麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组残余地层的厚度变化与灯影组沉积末期古岩溶地貌相关性极好，且沧浪铺组与上覆龙王庙组具有鲜明的岩性和电性等区分特征，故选取沧浪铺组顶界作为侵蚀面之上地层基准面，将麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组作为震旦系灯影组顶部侵蚀面之上的“印模”地层，可以很好地镜像反映四川盆地及邻区寒武系沉积前的古地貌特征。

综上，由于灯影组内部具剥蚀特征，且盆地周缘震旦系露头灯四段难以划分，故不管是选取整个灯影组厚度还是选取灯四段厚度，通过“残厚法”对灯影组顶部进行古地貌恢复均不可行。而采用沧浪铺组顶界作为“印模法”基准面恢复灯影组古地貌具有可对比性强、分布稳定、易于识别等优点，其结果更为合理。

图4 震旦系—下寒武统东西向地层格架剖面图（剖面位置见图1）

图5 震旦系—下寒武统北西—南东向地层格架剖面图（剖面位置见图1）

3 灯影组古岩溶地貌特征

3.1 “印模”地层分布特征及古地貌指示

基于表1的地层划分方案，统计了盆地及周缘66个露头剖面及34口钻井下寒武统麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组的地层厚度（见表2、表3），绘制研究区灯影组顶部侵蚀面之上“印模”地层厚度等值线图（见图6）。从该图中可以看出，盆地西侧“印模”地层厚度较小，往盆地方向逐渐增厚，而在东北部的平利—竹山及东南部的吉首—桑植一带地层厚度急剧减薄，一般小于500 m；南北向梓潼—筠连、北东向阆中—通江及重庆—开县等地区“印模”地层厚度迅速增加，最厚处达1 200 m以上；川中地区“印模”地层厚度一般小于400 m；盆地南部的桐梓—正安—道安—黔江地区及盆地东北缘的镇巴、万源、巫溪、建始等地区“印模”地层厚度一般小于500 m。

表2 四川盆地及周缘钻井寒武系麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组厚度统计

表3 四川盆地及周缘野外露头寒武系麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组厚度统计

图6 四川盆地及邻区寒武系麦地坪组+筇竹寺组+沧浪铺组地层厚度等值线图

向盆地东北部的古秦岭洋和东南部的江南盆地，该套地层相变为炭质页岩及泥页岩等沉积[15-16]，地层薄反映古地貌低地特征，而盆地其他地区的“印模”地层厚者代表古地貌低地、薄者代表古地貌高地。

需要说明的是，在盆地内部的成都—阆中—巴中和泸州—重庆—开江一带，钻井资料极少（见图1），需借助地震剖面资料进行进一步分析。钟勇和魏国齐等人[17-18]根据过高石17井地震剖面研究发现资阳—威远和高石梯—磨溪之间地区存在裂陷槽，造成了该地区沉积了巨厚的印模地层。沿广元—阆中—南充一线和川中古隆起南部地区，寒武系上超特征明显，地层厚度逐渐减小；在川中古隆起的南充、潼南等地，沧浪铺组演变为平行—亚平行反射特征，地层厚度较稳定，表明这两个区域“印模”地层厚度变大，在寒武系沉积前该区域存在凹陷（见图7）。

图7 四川盆地南北向区域地震地层格架剖面图（剖面位置见图6）

3.2 灯影组古岩溶地貌

基于上述分析，结合灯影组残余厚度，以及古地貌高程、坡度、岩溶水动力等特征，根据印模地层厚度（见图6）编制了四川盆地及邻区灯影组顶部古岩溶地貌图，并将研究区古岩溶地貌进一步划分为岩溶高地、岩溶台地、岩溶斜坡、岩溶洼地和岩溶盆地5个二级岩溶地貌单元（见图8）。

3.2.1 岩溶高地

岩溶高地主要分布于四川盆地西侧，整体处于岩溶地貌的高部位。该地区长期处于风化剥蚀及大气降水淋滤状态，以地表岩溶作用为主，伴生风化残积物和覆盖堆积物[19]。以地表水的径流为主，地表岩溶形态以漏斗、溶沟等为主，多被后期沉积的泥砾和角砾等混合充填，岩溶储集层质量差，不利于后期油气的聚集。

3.2.2 岩溶台地

岩溶台地处于岩溶地貌较高部位，通过“印模法”恢复出的古地貌结果认为四川盆地及邻区共存在5个岩溶台地，以川中岩溶台地最具代表性。川中岩溶台地在桐湾运动期间经历了较长时期的风化暴露剥蚀，在大气淡水的淋滤作用下，该地区岩溶作用十分发育，形成了优良的岩溶储集层，有利于后期油气的聚集。

3.2.3 岩溶斜坡

岩溶斜坡是岩溶高地（或台地）与岩溶洼地（或盆地）之间的过渡带，呈环带状广泛发育于岩溶高地（或台地）周缘，是大气淡水垂直渗流和水平潜流溶蚀最为强烈的部位，发育厚层的垂直渗流带和水平潜流带。研究区岩溶斜坡地势起伏大，可根据坡度大小进一步分为岩溶缓坡和岩溶陡坡。其中，岩溶缓坡地貌较为平缓，坡度小于1°，降水滞留时间长，岩溶作用周期长，但溶蚀物质不易被带走，多充填于溶蚀孔洞中；岩溶陡坡坡度大于1°，垂向和横向岩溶十分发育，溶蚀物质被迅速带走。

3.2.4 岩溶洼地

岩溶洼地是接纳周围岩溶高地貌单元地表和地下水的汇水区，具有环绕岩溶斜坡发育的特点，地形起伏变化较大。通过“印模法”在盆地内划分出2个岩溶盆地，一个为受裂陷槽影响而形成的贯穿盆地南—北向的岩溶洼地，在盆地北侧的阆中—通江地区呈扩大趋势；另一个为重庆—泸州地区呈北东—南西向的岩溶洼地。由于岩溶洼地地势低、水体较深，水动力条件差，流动缓慢，岩溶作用弱，容易处于CaCO3过饱和状态，化学沉淀作用强，不利于岩溶储集层的形成和保存。

3.2.5 岩溶盆地

岩溶盆地是地下水的汇聚泄流区，水流以地表径流和停滞水为主，并与广海相连，主要分布于研究区东部及东北部。岩溶盆地地势低，盆内水体深，不利于藻白云岩的形成。东南部岩溶盆地内灯影组发生相变，主要沉积硅质岩、炭质页岩及泥页岩，厚度几米至几十米；东北部岩溶盆地内灯影组很薄，岩性以泥质云岩为主，岩溶储集层不发育。

图8 四川盆地及邻区灯影组古岩溶地貌图

4 地质意义

4.1 灯影组沉积末期—寒武纪早期构造-古地理格局

在震旦纪灯影组沉积末期—寒武纪早期，研究区西部的绵阳—乐山—筠连一带以西，寒武系大面积缺失，表明这一带古地貌西接康滇古陆和松潘古陆[15,20-21]，向东厚度逐渐增加至500 m左右（见图6），而灯影组则以浅水的菌藻建造为特征，说明这一带为南北向的毗邻古陆的古隆起体系。在北部及东北部的南江—镇巴—巫溪—巴东一带，“印模”地层厚度一般小于600 m，并向周缘增厚（见图6），灯影组也以浅水的菌藻白云岩较为发育为特征，说明这一带也可能存在古隆起，其北部为毗邻汉南古陆的镇巴古隆起[21-22]，东北部的巫溪—建始可能为一独立的古隆起体系。南部的黔江—正安一带，“印模”地层厚度小于600 m（见图6），且灯影组以浅水菌藻白云岩发育为特征，说明这一带可能为水下隆起。在川中的潼南—广安一带，“印模”地层厚度也小于600 m，向周缘地层增厚至1 000 m左右（见图6），同样灯影组浅水菌藻白云岩发育，说明川中地区可能为一独立的古隆起体系。

在南北向的梓潼—筠连一带，康家沟、高石17井、自深1井、宁2井“印模”地层厚度大于800 m，甚至超过1 000 m（见图6），表明这一带存在一相对坳陷，从而把乐山与川中古隆起分隔开。此外，区域地震地层格架剖面以及临7井、太和1井和利1井的钻探结果也表明，盆地内部存在重庆—开县和阆中—通江两个次一级凹陷（见图7）。

在盆地东北部的平利—竹山以及东南部的吉首—桑植一带，印模地层厚度小，为炭质页岩及泥页岩沉积；并且灯影组也相变为硅质岩、炭质页岩及泥页岩，且地层厚度由100 m迅速减至50 m以下，表明研究区向东南和东北分别接入江南盆地和秦岭洋[15-16,21,23-27]。

综上所述，在灯影组沉积末期—早寒武世，四川盆地周缘为古陆/水下高地环抱，具体包括西部的康滇古陆、西北部的松潘古陆、北部的汉南古陆，东南和东北部的黔江—正安、镇巴及巫溪—建始水下高地；向东南和东北分别接入江南盆地和古秦岭洋；盆地内部受南北向的梓潼—筠连裂陷槽及北东向阆中—通江、重庆—开县坳陷分隔的影响，南北向存在“三隆”（镇巴、川中、黔江—正安）“两坳”（阆中—通江、重庆—开县）、东西向被分隔为南北向的绵阳—乐山—西昌及孤立近北东向的川中古隆起等两个独立的古隆起体系（见图9）。这一古地理特征与加里东期极为类似[21,28]，说明四川盆地古生代古地理格局具有长期继承性发展的趋势。

图9 震旦纪末期—寒武纪早期构造-古地理格局

4.2 石油地质意义

如前所述，南北向的梓潼—筠连裂陷槽将四川盆地灯影组分为两个沉积体系，并进一步演化为两个相对独立的岩溶体系：西侧的资阳—威远和东侧的川中，不同岩溶体系岩溶地貌对油气分布的控制也不同。裂陷槽西侧发育岩溶高地和岩溶斜坡，目前岩溶斜坡勘探程度最高，天然气产能最好（见表4），而岩溶高地均钻遇水层，油气产能差，原因在于岩溶高地储集层中后期充填物较多，降低了储集层质量，而岩溶斜坡储集层溶蚀作用强烈，易于形成优质储集层。裂陷槽东侧发育岩溶台地、岩溶斜坡、岩溶洼地和岩溶盆地，以岩溶台地勘探程度最高，天然气产能最好（见表4）。岩溶洼地由于勘探程度低，天然气产能无法确定，但鉴于其岩性变细，故储集层应不甚发育；岩溶盆地内灯影组沉积发生相变，为深水硅质岩、炭质页岩及泥页岩沉积，无常规天然气藏。

综上，灯影组碳酸盐岩岩溶台地和岩溶斜坡均有利于天然气富集成藏，川中和资阳—威远地区分别处于岩溶台地和岩溶斜坡，在其钻井过程中，灯影组顶部普遍具有放空和漏失现象，丘、滩相碳酸盐岩岩心上可以观察到大量的溶蚀孔、洞，储集层质量好。进一步分析发现，岩溶台地井区产能超过百万立方米的井都位于靠近岩溶陡坡一侧，说明岩溶陡坡及与其邻近的岩溶台地一侧为最有利于天然气富集的储集相带。

表4 四川盆地灯影组天然气产能与古岩溶地貌单元的关系

5 结论

综合分析认为采用“印模法”对四川盆地及邻区灯影组古岩溶地貌进行恢复更为合理，通过“印模法”及区域地震资料恢复得出的灯影组顶部古地貌呈现出盆地周缘被古陆/水下高地环抱、南北向“三隆两坳”、东西向“一分为二”的特征。四川盆地内部存在南北向梓潼—筠连裂陷槽，将灯影组分为两个沉积体系，并演化为两个独立的岩溶体系，分别以西侧资阳—威远地区和东侧川中地区为代表，乐山—龙女寺古隆起在早寒武世期间为两个相对独立的古隆起。四川盆地灯影组顶部古岩溶地貌可划分为岩溶高地、岩溶台地、岩溶斜坡、岩溶洼地和岩溶盆地5个二级地貌单元，其中，岩溶台地和岩溶斜坡最有利于岩溶型储集层的发育和天然气的富集。

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（编辑 黄昌武）

Restoration of paleokarst geomorphology of Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin and its significance,SW China

Liu Hong1,2,3,Luo Sicong1,2,3,Tan Xiucheng3,4,Li Ling3,4,Lian Chengbo3,4,Zeng Wei3,4,Luo Bing5,Shan Shujiao5
(1.Key Laboratory of Oil and Gas Geology of Sichuan Province,Chengdu 610500,China;2.School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;3.Branch of Deposition and Accumulation,PetroChina Key Laboratory of Carbonate Reservoir,Chengdu 610500,China;4.State Key Laboratory of Oil and Gas Geology and Exploitation,Chengdu 610500,China;5.Research Institute of Petroleum Exploration &Development,PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company,Chengdu 610500,China)

Based on newly drilled well data in the Gaoshiti area in the central Sichuan Basin,profile data of more than 150 field outcrops of the regional geological survey,and stratigraphic division and correlation of more than 30 wells in the Sichuan Basin and its adjacent areas,combined with regional seismic data,moldic methods are comprehensively used to restore the karst paleogeomorphy of the Dengying Formation,and thus studying the paleogeographic pattern and the significance of oil and gas exploration.The Sichuan Basin was surrounded by paleo-lands/underwater highlands in the late Sininan Dengying period,including Kangdian paleo-land in the west,Songpan paleo-land in the northwest,Hannan paleo-land in the north,Qianjiang-Zheng’an,Zhenba and Wuxi-Jianshi underwater highlands in the southeast and northeast.The Sichuan Basin was adjacent to Jiangnan Basin southeastwards and Qinling paleo-ocean northeastwards respectively.Affected by the separation of NS-striking Zitong-Junlian Aulacogen,NE-striking Langzhong-Tongjiang and Chongqing-Kaixian depressions in this basin,the Sichuan Basin presents the NS-trending framework of “three uplifts (Zhenba,Chuanzhong and Qianjiang-Zheng’an) and two depressions (Langzhong-Tongjiang and Chongqing-Kaixian)”,and is divided into two relatively isolated EW-trending paleo-uplift systems (NS-striking Mianyang-Leshan-Xichang paleo-uplift and nearly NE-striking Chuanzhong paleo-uplift).Controlled by karst paleogeomorphy of the Sinian Dengying Formation,the pattern of karst landscape consists of five secondary geomorphic units,such as karst highland,karst platform,karst slope,karst depression and karst basin,of which the karst platform and karst slope are the favorable zones for the development of karst reservoirs,providing advantages for the formation of large gas fields.

paleogeomorphologic restoration;moldic method;weathering crust paleokarst;karst reservoir;paleogeographic framework;Sinian Dengying Formation;Sichuan Basin

国家自然科学基金（41402126）；国家科技重大专项（2011ZX05004-005-03）

TE122.1

A

1000-0747(2015)03-0283-11

10.11698/PED.2015.03.04

刘宏（1981-），男，四川自贡人，博士，西南石油大学地球科学与技术学院副教授，主要从事储集层地质学研究。地址：成都市新都区新都大道8号，西南石油大学地球科学与技术学院，邮政编码：610500。E-mail：nd123@163.com

联系作者：谭秀成（1970-），男，四川武胜人，博士，西南石油大学地球科学与技术学院教授，博士生导师，主要从事储集层沉积学研究。地址：成都市新都区新都大道8号，西南石油大学地球科学与技术学院，邮政编码：610500。E-mail：tanxiucheng70@163.com

2014-09-19

2015-02-28