四川盆地西北缘天井山古隆起的形成与演化

李国辉 杨 光 李 莉 李 楠 戴 鑫 陈双玲 周红飞 苑保国

中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院

长期以来对四川盆地古生代古隆起的研究都以乐山—龙女寺古隆起为重点，对位于盆地西北缘的天井山古隆起的关注甚少。随着油气勘探的不断深入，四川盆地在龙门山冲断带北段的油气勘探已取得新的进展，发现了双鱼石二叠系气藏。因此，有必要开展天井山古隆起的形成与演化研究，有助于发现和总结龙门山冲断带北段油气富集规律。

龙门山构造带是由西部汶川—茂汶大断裂和东部安县—灌县大断裂限定的逆冲推覆构造带，带内断裂发育，比较显著的映秀—北川断裂位于中央。目前，关于龙门山向东推移的距离还没有定论，一般认为缩短量应为40%～60%[1-3]，推移距离因地而异，10～50 km。但对于盆地和板块尺度，这种位移量不会显著影响对古生代—中生代的构造—沉积演化分析。

龙门山推覆构造带的中北段分布着一系列隆起，自彭灌杂岩体以北，在绵竹鱼洞口、北川、江油水根头、五花洞、天井山、矿山梁均见下古生界不整合面，显示早古生代上述地区经历了不同程度的隆升与剥蚀。狭义的天井山古隆起位于四川盆地西缘北段，亦为龙门山构造带北段，地理位置在广元碾子坝、矿山梁、天井山、江油五花洞、水根头一带，呈北东向展布。地面由4个小型隆起组成复合型隆起带，核部出露下寒武统长江沟组和磨刀垭组*。古隆起地层缺失较多，古生界缺失寒武系中上统—志留系，三叠系及侏罗系也存在不同程度缺失（图1）。显示古隆起经历了多期活动。

1 区域背景

四川盆地西缘在晚三叠世前为扬子板块与松潘—甘孜洋的接壤带，晚三叠世以新，为龙门山冲断带，发育多条长期活动的深大断裂，既控制沉积建造，也控制构造单元。其中彭县—灌县断裂是盆地西部边缘与外围构造区的分界断裂，具有长期活动性，对断裂两侧的沉积建造控制明显。

图1 天井山地区地面地质简图

早古生代断裂西侧上升，下古生界具有不同程度剥蚀，而东侧下降，下古生界较齐全。晚古生代呈相反运动方式，西侧下降东侧上升，西侧沉积了巨厚的泥盆系—石炭系，东侧受上扬子整体抬升成陆，仅表现为大陆边缘沉积，厚度小，层位不全。二叠纪—早中三叠世相对平静，但沿断裂带分布下二叠统和中三叠统生屑滩、颗粒滩相沉积，说明断裂带对沉积作用仍有控制。

印支运动晚幕伴随龙门山褶皱回返，断裂活动加剧，西侧形成褶皱山脉，与上覆侏罗系呈角度不整合接触，东侧褶皱弱，与上覆层呈假整合接触。

印支期后，龙门山强烈上升并成为盆地物源区，断裂东侧相对下沉，形成中新生代拗陷，堆积了数千米厚的前陆盆地陆相碎屑岩。至喜山早期发展成为现今叠瓦式大型逆掩断裂带，构成盆地西界。

2 古隆起及周边地层展布

2.1 下古生界（C—S）

寒武系仅存下寒武统长江沟组（对比筇竹寺组）和磨刀垭组（对比沧浪铺组），未见中、上寒武统。长江沟组可分2段，长一段为灰色、青灰色细砂岩、泥质粉砂岩、钙质粉砂岩；长二段为中厚层岩屑砂岩、页岩互层，上部夹灰岩透镜体；磨刀垭组为厚层块状砾岩，偶夹岩屑砂岩透镜体，砾石主要为燧石，次为石英砂岩，少许变质岩及火成岩，物源来自北部摩天岭古陆前震旦系。剥蚀程度南强北弱，自南向北，残存层位渐新，南部（水根头、五花洞、天井山）仅存长江沟组，北部（碾子坝、矿山梁）残留长江沟组—磨刀垭组。

奥陶系、志留系在天井山及其以南地区缺失。碾子坝、矿山梁地区受古隆起影响，奥陶系、志留系厚度较小，层位不全，仅存上奥陶统—中志留统。总厚约150 m，岩性变化较大，“宝塔灰岩”在隆起区砂质含量增高，志留系厚度减小。向北厚度渐增，层位渐多（图2）。

2.2 上古生界（D—P）

该区上古生界为浅水碳酸盐岩沉积，但由于处于扬子古陆西北边缘，受海平面变化影响，地层层位及沉积厚度变化大。

古隆起区下泥盆统平驿铺组超覆在下寒武统—中志留统之上，上覆中泥盆统（金宝石组、观雾山组），其间缺失甘溪组和养马坝组，亦无上统分布。古隆起区向西，泥盆系层位较多（3统齐全），厚度也较大；向东进入盆地内，仅见中统，双鱼石地区存金宝石组和观雾山组。石炭系的变化特征与泥盆系相似，西部层位较全，厚度较大，东部变薄直至缺失。泥盆—石炭系在隆起区厚度只有180 m，往北至马角坝—罗家坝一带，石炭系厚达276 m，再北至仰天窝，泥盆系厚达5 900 m。

图2 川西北地区下古生界野外剖面地层对比图

二叠系在全区均有分布，岩性岩相与盆地内均可对比，表明该区从属上扬子台地沉积环境。

2.3 中生界（T—J）

三叠系在该区普遍分布，厚度一般大于2 000 m，出露面积也较大，3统5组（下统飞仙关组、铜街子组、嘉陵江组，中统雷口坡组，上统须家河组）齐全。侏罗系主要分布在盆地内，冲断前缘带仅零散分布。与下伏地层呈平行—高角度不整合接触关系，超覆在寒武系—三叠系不同地层之上，与下伏地层界线呈平行—斜截关系。白垩系只分布在盆地内，仅存下统。

3 古隆起的形成与演化

天井山古隆起由于处于扬子板块与松潘—甘孜洋两大构造单元的结合部，受不同构造单元演变历程的差异性及边界效应的影响，构造演化更具复杂性。从沉积、构造特征看，受东部扬子板块的影响更明显一些。

3.1 形成期（C—S）

3.1.1 早期具水下隆起性质

分布在矿山梁、天井山、水根头等地的长江沟组和磨刀垭组的岩性岩相与其南、北相应地层对比具有特殊性。长江沟组下部以灰绿色粉砂质页岩、钙质泥质粉砂岩夹灰岩团块，上部为灰绿—黄灰色、灰色岩屑砂岩与粉砂岩、页岩互层夹海绿石砂岩及砂质灰岩。磨刀垭组以含砾中、粗粒石英砂岩为主，夹细砂岩及页岩，斜层理发育，由下至上砾石增多，砾径变大。从长江沟组到磨刀垭组表现出向上变粗的逆粒序，厚度大，为浅海至三角洲沉积产物。

在天井山北部的广元朝天地区，南部北川地区、绵竹清平地区，西北部青川地区，与长江沟组相当层位的地层称“邱家河组”，岩性岩相与长江沟组完全不同，厚度较小，一般小于200 m，局部增厚。为含锰、炭、硅质千枚岩，局部富磷，中部间夹碳酸盐岩，为半深海沉积产物。东部不明。

天井山地区长江沟组的特殊性反映了在早寒武世早期该区可能表现为水下隆起性质，大量陆源碎屑注入可能与北部摩天岭古陆有关，但陆源输入路径不清。

3.1.2 经历了多期抬升隆起

从天井山古隆起及其北部地区均未见下寒武统中上部—上寒武统推测，可能在早寒武世晚期（龙王庙组沉积期）就已隆升成陆并遭受剥蚀，且持续至早奥陶世，在盆地西北缘形成向北东方向倾伏的隆起带，隆起高部位仅残留长江沟组，倾伏端残留长江沟组和磨刀垭组。

中奥陶世大规模海侵使古隆起倾伏端淹没接受沉积，古隆起对沉积有控制作用，自北东倾没端向古隆起方向，奥陶系层位抬高，厚度减薄，如广元谭家沟奥陶系见中统—上统（下统缺失），厚度263 m，向南西方向的广元猫儿塘剖面仅存上统宝塔组，厚度仅25 m，再向南西缺失。古隆起南东倾没端的北川—绵竹鱼洞口一带沉积上奥陶统。

奥陶纪末的都匀运动使古隆起2次抬升，下志留统自广元三磊坝厚86 m，向南西方向的火石岭减薄至38 m，再向南西的广元猫儿塘缺失。中志留世沉积范围较早志留世有所扩大，在猫儿塘剖面中志留统与下伏宝塔组不整合接触。

志留纪末的广西运动使天井山古隆起3次抬升，普遍缺失上志留统。至此，天井山古隆起定型（图3），并与乐山—龙女寺古隆起连为一体，成为加里东期四川巨型古隆起的北分支。

图3 天井山地区泥盆纪前古地质图

3.1.3 成因机制

图4 前泥盆纪天井山古隆起形成演化示意图

天井山地区位于震旦纪—寒武纪“德阳—安岳克拉通裂陷槽”内[4]。那么该区如何从震旦—早寒武世早期的裂陷区转变为早寒武世晚期隆起区？实现这一构造反转的力学机制是什么？

“德阳—安岳裂陷槽”的形成与演化可分为4个阶段：初始发育期（麦地坪组沉积期）、壮年期（筇竹寺组沉积期）、萎缩期（沧浪铺组沉积期）、消亡期（龙王庙组沉积期）[5]。即裂陷槽在早寒武世就完成了发育、发展到消亡的全过程，中—晚寒武世该区进入扬子准地台的浅水台地沉积阶段。

郁南运动对扬子板块的影响通常认为扬子板块与东南侧华夏、云开等地块挤压由南向北逐步传导，板块内部主要受远程效应控制。

早期观点认为郁南运动在靠近江南隆起带的贵州地区表现较明显，四川盆地仅在汉南地区有表现，该区下奥陶统超覆在中寒武统之上。目前来看，天井山地区的活动强烈程度要高于汉南地区，表现为：①天井山地区剥蚀最强烈地区仅残存下寒武统长江沟组长二段，磨刀垭组—上寒武统均被剥蚀；②隆起最高部位缺失奥陶系和志留系，泥盆系超覆在长江沟组二段之上，向北至矿山梁地区为上奥陶统宝塔组超覆在磨刀垭组之上，表明在隆起核部在奥陶纪甚至志留纪为古陆，未接受沉积。北东倾伏端接受晚奥陶世—志留纪沉积，厚度也逐渐增大。奥陶系和志留系的沉积尖灭线界于矿山梁和天井山之间。

奥陶纪末的构造运动使天井山古隆起再次抬升，其动力亦来自扬子板块南部[6]。即滇桂—北越地块由南向北挤压和南东方向华南陆块与扬子板块之间的陆内挤压双重影响。

实际上，早古生代在上扬子板块边缘分布一系列的古隆起或古陆，形成板缘隆起，自南向北有牛首山、滇中、康滇、泸定、天井山、汉南古陆和古隆起，大巴山前缘也存在由多个小型隆起组成的复合隆起带（翟光明等，2002）[7]。这些隆起/古陆形成的动力机制表现为：扬子板块东南缘、南缘与相邻板块之间构造挤压，产生水平应力，扬子板块西、北缘受远程效应控制，应力强度大大降低；同时，分布在板块西、北缘的康滇杂岩体、彭灌杂岩体、汉南杂岩体等刚性基底对地壳的位移与变形产生阻挡，这种阻挡导致构造应力由水平方向转为垂直方向，进而产生隆起带。因此，扬子板块东南侧、南侧的挤压作用和板块西、北边缘隆起群的形成具有同步响应。

3.2 平静期（D—T2）

广西运动导致古扬子板块与古华夏板块拼合形成华南板块[8]。泥盆—石炭纪扬子地区为巨型古陆（扬子古陆），大范围未接受沉积，古陆西部的松潘甘孜地区以沉降为主，沉积巨厚的泥盆系、石炭系。天井山地区界于古陆边缘带与洋盆的转折部位，受海平面升降变化，接受部分沉积，因而沉积厚度变化快，地层层位多不全，整体属大陆边缘浅水沉积环境，发育生物滩、生物礁等高能相。向西，相带侧变快、厚度剧增；向东，进入古陆，沉积尖灭。二叠—三叠纪，受扬子海域海侵影响，该区表现为台缘带沉积，反映天井山古隆起相对平静。

3.3 复活期（T3以新）

三叠纪始，东南沿海褶皱隆升，并逐渐向内地扩大，江南隆起也再次隆升出水面，泸州—开江地区具水下隆起雏形，构成华南板块内3个北东向正向隆起带，古地貌南东高北西低。

中三叠世末印支早幕，松潘—甘孜—秦岭洋关闭，羌塘板块、华南板块与欧亚板块对接，羌塘板块向华南板块施加的构造应力强化了华南板块内构造格局，泸州—开江古隆起由同沉积隆起变为剥蚀隆起，四川盆地内大部分地区遭受剥蚀，仅天井山地区未露出水面，沉积天井山组。

印支晚期，板块活动加强，受龙门山构造带推覆作用影响，天井山古隆起再次活动，整体上升剥蚀。下侏罗统白田坝组与下伏地层（下寒武统—上三叠统）不整合接触。在不同地区，不整合接触关系不同，广元上寺以东，至宝轮院、须家河等地，白田坝组与上三叠统须家河组表现为平行不整合接触，反映下部地层的构造形变程度弱；上寺以西，经江油竹园坝至马角坝一带，为微角度不整合接触；上述地区以北，白田坝组与下伏三叠系及更老地层为高角度不整合。趋势上，随着剥蚀程度加剧，接触关系由平行不整合变为高角度不整合。

由此，印支晚期—燕山期，因龙门山构造带推覆作用，带动天井山地区抬升剥蚀，在龙门山前形成拗陷，充填了侏罗系、白垩系陆相碎屑岩沉积，总厚度可达 6 000 m。

天井山古隆起的2次较强活动（形成期和复活期）的内动力是不同的。在早古生代，动力来自东南侧、南侧挤压，并传导至板块西、北缘，由于受刚性基底阻挡，应力方向发生改变；印支期，则是由西部松潘—甘孜洋关闭带动天井山地区隆升剥蚀。

4 对油气运聚的影响

古隆起对油气运移聚集的控制作用已得到多数学者的认同[9-10]。勘探证实，川中古隆起具有多层系油气成藏特征，发现了一批大中型海相和陆相气藏，是四川盆地重要的勘探领域。

首先，尽管天井山古隆起核部现已成为龙门山构造带，出露地层较老，但位于安县—灌县断裂带东侧地区在早期地史中属于古隆起下斜坡部位，只是在晚三叠世后构造反转才成为川西拗陷。因此，晚三叠世前，川西地区整体属于古隆起的一部分，对海相油气成藏有控制作用。目前已发现的川西二叠系气藏、中三叠统气藏可能与古隆起的聚烃作用有关。

其次，龙门山构造带表现为大型逆冲推覆体，尽管不同部位的推移距离不同，可以肯定的是，天井山古隆起的原位应在现今位置的西部。也就是说，现今龙门山构造带的位置在晚三叠世前属古隆起顶部或上斜坡，对油气聚集而言，古构造背景有利。汶川地震断裂带科学钻探井揭示了安县—灌县断裂为低角度铲式逆冲断层[11]，上盘破碎，下盘存在构造圈闭。因此，龙门山构造带推覆体下部具有一定的油气勘探潜力。

5 结论

1）天井山古隆起具有形成时期早、隆升时期长、多期活动的特点。早寒武世早期表现为水下隆起，早寒武世中晚期露出水面成为古陆，并持续至志留纪末；泥盆纪—中三叠世为相对平静期，普遍接受沉积；晚三叠世再度活跃，上升隆起并存在不同程度的地层剥蚀。

2）古隆起的形成与活跃表现为不同的成因机制，古隆起形成的动力学机制为扬子板块东南缘受华夏板块挤压的应力传导和分布于扬子板块西、北部边缘刚性杂岩体阻挡的共同作用；而古隆起的再度活跃源于西部松潘—甘孜洋关闭及龙门山构造带推覆作用。

3）天井山古隆起对油气的控制作用主要体现在海相地层，川西北拗陷区靠近龙门山构造带地区在晚三叠世前为古隆起斜坡带，龙门山推覆构造带下部为古隆起顶部和上斜坡，为油气成藏有利区。