四川自贡地区五峰组—龙马溪组下段古地貌刻画及其油气意义

王 同，张克银，熊 亮，史洪亮，董晓霞，魏力民，温真桃，欧阳嘉穗，李 斌，王浩宇

(1.中国石化 西南油气分公司，成都 610016； 2.中国石化 西南油气分公司 博士后工作站，成都 610016；3.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都 610500)

四川盆地龙马溪组是中国非常规页岩气勘探开发的主力层系[1-3]。威远—自贡地区龙马溪组页岩气资源丰富，目前提交探明储量约2 300×108m3，已由勘探全面转向页岩气开发，在此过程中仍需要深化地质认识[4-5]。

晚奥陶世—早志留世川南地区位于川中古隆起、黔中古隆起、康滇古陆形成的三隆夹一坳的半闭塞海湾沉积格局[6-10]。研究区——自贡地区位于川中古隆起南侧。五峰组分为上、下2段：下段(O3w1)为凯迪期温室效应导致海平面上升而沉积的黑色笔石页岩，厚0.25～13 m，发育2个笔石带WF2、WF3(沉积时限为2.46 Ma)；上段(O3w2，即观音桥段)为赫南特早期冰川作用影响导致海平面下降[11-12]而沉积的相对浅水的介壳泥质灰岩，厚0～3 m，发育赫南特贝(沉积时限0.73 Ma)。龙马溪组分为上、下2段：下段(S1l1)为早志留世海平面迅速上升后沉积的黑色笔石页岩，顶部粉砂质条带较多，厚35.5～46.6 m，包含8个笔石带LM1—LM8(沉积时限5.94 Ma)；上段(S1l2)为灰色、灰绿色页岩，粉砂质条带较多，笔石少见，厚367.6～432.37 m，仅有笔石带LM9(沉积时限0.36 Ma)[13](图1)。

目前针对五峰组—龙马溪组黑色页岩开展了较多沉积、储层研究[14-19]，但对观音桥段介壳灰岩的研究较少，且研究集中在盆缘露头区。由于地震分辨率有限，无法识别厚度仅为0.2～3 m的观音桥段，只能结合钻井岩心、薄片、测井、地化等资料对其进行有效识别，因此在盆内研究还十分薄弱。樊隽轩等[20]认为扬子地区古地貌并非整体平坦，局部存在水下高地。王玉满等[21]认为局部水下高地对页岩气勘探前景有重要影响。笔者在自贡地区A1井发现了五峰组缺失笔石带WF3、WF4的地层及观音桥段赫南特动物群，但未见明显侵蚀现象，不整合面上下地球化学特征中的主量及微量元素均表现为明显的差异富集(图2)。梁峰等[22]发现A205井同样具有观音桥段缺失的地质现象，五峰组与龙马溪组界面处具有明显的侵蚀证据，呈假整合接触，并推测A205井区存在古隆起，但并未对古隆起的存在依据、平面展布特征及对自贡地区页岩厚度的影响进行详细论证。笔者通过岩心—测井—地震资料相结合，刻画自贡地区五峰组—龙马溪组下段古地貌，并明确了古地貌对优质页岩沉积厚度的控制作用，以期为页岩气有利勘探区的优选提供参考依据。

图1 四川自贡地区位置及地层柱状图Fig.1 Location and stratigraphic section of Zigong area, Sichuan Province

图2 四川自贡地区A1井龙马溪组/五峰组不整合面特征a.LM1尖笔石, A1井, 第6回次, 75/79 (龙马溪组)；b.WF2共轭双笔石, A1井, 第6回次, 76/79 (五峰组)Fig.2 Unconformity between Wufeng and Longmaxi formations in well A1, Zigong area, Sichuan Province

1 观音桥段缺失原因

录井剖面中地层缺失的原因主要有3种：(1)断层导致地层缺失；(2)沉积后遭受隆升剥蚀；(3)未接受沉积。根据岩心观察及钻录井报告，结合地震解释成果，A1井龙马溪组/五峰组界面附近未见断层、擦痕，可以排除由于地层错断导致观音桥段缺失的可能。通过自贡地区各井笔石带的沉积厚度与年龄的标定[23]，计算各笔石带的沉积速率(图3)。五峰组—龙马溪组WF2—LM6笔石带沉积速率介于0.9～7.2 m/Ma，平均值为3.6 m/Ma。通常深海沉积速率为1～5 m/Ma，半深海沉积速率为10～100 m/Ma[24]，五峰组—龙马溪组WF2—LM6笔石带为典型的深水陆棚饥饿沉积。稳定的构造背景是形成低沉积速率古环境的重要因素。中凯迪期—埃隆期受构造活动影响小，川中隆起、扬子东南缘处于构造稳定期，不存在构造抬升，物源供给极少，沉积速率低，因此排除观音桥段沉积后遭受隆升剥蚀的可能。相对海平面升降和古地貌才是影响地层发育的主要因素。

通过全球古气候及地化资料分析，观音桥段对应的赫南特期为冰期，全球海平面下降。五峰组—龙马溪组海相页岩干酪根组分以腐泥型为主，有机质碳同位素(δ13Corg)的相对轻重可以反映相对海平面升降[25]。为了验证自贡地区海平面变化与全球海平面变化的一致性，对自贡地区相序发育较全的A23井观音桥段附近的有机质碳同位素进行系统采样分析，同时与永川地区B2井、渝东地区YC1井[26]对比，发现在五峰组—龙马溪组之间的观音桥段总体表现为明显的正向偏移(图4)。反映整个上扬子地区均受全球冰期影响，相对海平面下降。

上述分析明确了自贡地区A1井及A205井观音桥段的缺失是由于海平面下降导致古地貌高点暴露出海平面并未接受沉积。同时，五峰组黑色页岩也可能遭受了一定程度的剥蚀。

图3 四川自贡地区五峰组—龙马溪组沉积速率A202井数据据文献[17]。Fig.3 Deposition rate of Wufeng-Longmaxi formations in Zigong area, Sichuan Province

图4 四川自贡地区五峰组—龙马溪组有机质碳同位素对比Fig.4 Organic carbon isotope correlation of Wufeng-Longmaxi formations in Zigong area, Sichuan Province

2 古地貌刻画

观音桥段缺失、五峰组减薄都与相对海平面升降和古地貌有直接关系，因此可以利用残余厚度法恢复自贡地区古地貌。自贡地区观音桥段岩性主要为灰黑色泥微晶介壳灰岩，赫南特贝富集。A205井观音桥段缺失，在笔石缺带的界面处可见泥砾，反映五峰组页岩遭受一定程度的剥蚀形成不整合面(图5a)。通过笔石首现面可判断在A1井第6回次75—76块岩心断面具有LM1/WF2尖笔石与共轭双笔石之间的笔石缺带特征，未见WF3—WF4五峰组黑色页岩及富含赫南特贝的观音桥段介壳灰岩(图2)。A23井薄片可见明显的赫南特期腕足类化石(图5b)，A29、A11井(图5c)均可见明显的赫南特贝灰岩。A201井五峰组观音桥段厚度相对较大(3 m)，测井特征较为明显，自然伽马、电阻率、密度等曲线均表现为箱型低值，明显区别于上覆地层的指状高值和下伏地层的齿状低值，岩性扫描测井碳酸盐矿物含量明显增加。当厚度小于1.5 m时，测井特征识别岩性具有一定的难度，自然伽马、电阻率、密度等曲线均表现为指状相对低值，与下伏地层测井齿状低值特征并无明显差异，岩性扫描测井响应特征也并不明显。岩电特征响应均反映了水体突然变浅，灰质含量增加，与赫南特期全球性海平面大幅下降的沉积背景一致。

在理清纵向地层演化序列的基础上，通过自贡地区由西至东的连井剖面A201—A29—A35—A1—A205—A204—A206横向厚度变化对比分析，五峰组、观音桥段、龙马溪组底部高伽马段优质页岩由西至东，沉积厚度呈厚—薄—厚变化特征(图6)。龙马溪组与五峰组黑色页岩间的不整合面不易识别，仅能通过笔石断带进行区分。在A1井和A205井受冰期海平面下降的影响观音桥段缺失，未见富含赫南特贝的介壳灰岩，通过WF2的共轭笔石识别出0.25～0.5 m厚的薄层五峰组黑色页岩。相对海平面升降对于五峰组及观音桥段横向厚度变化具有明显的控制作用，沉积厚度的减薄反映了A1井和A205井区必然存在局部低隆。

自贡低隆影响了自贡地区的可容纳空间及相对古水深度，由于地震分辨率无法达到识别观音桥段的精度，因此仅能通过钻井、岩心进行厚度标定。五峰组及观音桥段厚度展布可以在一定程度上反映自贡低隆的平面特征。由北西至南东东，五峰组及观音桥段厚度均表现为厚—薄—厚的特征，A1和A205井区为水下低隆的核部，该低隆呈北东—南西向展布，向北西及南东过渡到低隆两侧(图7)。除此之外，地震研究发现，志留系龙马溪组上段—韩家店组为陆源碎屑大量注入的填平补齐的过程，对志留系顶部拉平处理，可以在一定程度上反映自贡低隆的特征。从过自贡低隆的地震剖面可见，龙马溪组存在地层多期超覆现象(图8)。五峰组上覆的龙马溪组底部高伽马段优质页岩厚度由北西至南东也同样表现出厚—薄—厚的特征，尽管自贡低隆位置具有一定程度的偏移，但也反映其对于沉积厚度依然具有一定的继承性影响(图9)。

图5 四川自贡地区龙马溪组/五峰组不整合面及观音桥段特征Fig.5 Unconformity between Wufeng and Longmaxi formations and characteristics of Guanyinqiao Member in Zigong area, Sichuan Province

图6 四川自贡地区五峰组地层对比Fig.6 Stratigraphic correlation of Wufeng Formation in Zigong area, Sichuan Province

图7 四川自贡地区五峰组及观音桥段厚度等值线Fig.7 Thickness isolines of Wufeng Formation and Guanyinqiao Member in Zigong area, Sichuan Province

3 自贡低隆沉积演化模式

通过对五峰组、观音桥段及龙马溪组底部高伽马段时空分布关系的研究，总结自贡低隆沉积演化模式。五峰组下段黑色页岩沉积期，受凯迪期温岩，含大量笔石、放射虫类，自贡低隆区形成S1l/O3w1室效应影响，全球海平面上升造成洋底缺氧，发育黑色页岩，含大量笔石、放射虫类，仅受可容空间影响沉积厚度略有差异，自贡低隆区厚度最薄0.25～0.5 m，向东西两侧逐渐增厚至0.4～13 m。五峰组观音桥段沉积期，受赫南特期冰室效应影响，海平面迅速下降，海水温度降低、盐度升高，海洋环境遭受破坏，生物大量灭绝，为洋底提供了充足的有机质。沉积黑色笔石页岩逐渐相变为薄层观音桥段冷水灰岩，富含赫南特贝。相对海平面大幅下降造成自贡低隆区暴露出海面，并未沉积观音桥段介壳灰岩，五峰组黑色页岩遭受一定程度的剥蚀，残留厚度较薄。自贡低隆东西两侧正常发育观音桥段，厚0.1～3 m。龙马溪组下段底部沉积期，赫南特末期—鲁丹期冰盖迅速消融，导致海洋洋流减弱，纬向气候分带不明显，深海部分相对较暖，含氧量较低，易形成滞流。少数穿越生物灭绝期物种大量繁殖发育，而冷水生物大量灭绝。发育黑色碳质页页岩内部的平行不整合面。该沉积期受自贡低隆古地貌的继承性影响，沉积厚度由北西至南东表现为厚—薄—厚的特征(图10)。

图8 四川自贡地区地震剖面超覆特征Fig.8 Overlap features on seismic profile in Zigong area, Sichuan Province

图9 四川自贡地区龙马溪组高伽马段厚度等值线Fig.9 Thickness isolines of high gamma ray value section of Longmaxi Formation in Zigong area, Sichuan Province

图10 四川自贡低隆五峰组—龙马溪组下段沉积模式Fig.10 Sedimentary model of Zigong low uplift in Wufeng Formation and Lower Member of Longmaxi Formation deposition period, Sichuan Province

4 油气地质意义

运用残余厚度法对五峰组观音桥段古地貌进行刻画，明确了五峰组—龙马溪组下段沉积期自贡地区存在以A1井—A205井为核部的北东—南西向展布的自贡低隆。黑色页岩厚度是页岩气高产富集的重要影响因素之一，奥陶纪—志留纪之交为黑色优质页岩发育的主要时期，自贡低隆对黑色页岩厚度具有明显的控制作用。五峰组—龙马溪组高伽马段厚度存在以自贡低隆区A1井—A205井为中心向四周增厚的趋势，因此自贡低隆区优质页岩厚度明显小于两侧低洼区，自贡低隆区两侧的低洼区域为有利勘探区。

5 结论

(1)五峰组—龙马溪组下段沉积期，自贡地区存在以A1井—A205井为核部的北东—南西向展布的低隆，称为“自贡低隆”。

(2)建立了五峰组—龙马溪组下段自贡低隆沉积演化模式，自贡低隆对黑色页岩的沉积厚度具有一定的影响，五峰组及龙马溪组高伽马段厚度存在以自贡低隆区A1井—A205井为中心向四周增厚的趋势。

(3)自贡低隆两侧的低洼区域五峰组及龙马溪组高伽马段厚度较大，为有利勘探区，反映古地貌对优质页岩沉积厚度具有控制作用。在页岩气有利勘探区的优选过程中，应重视页岩气勘探区古地貌的刻画。