四川盆地二叠系长兴组生物礁发育的差异性及控制因素

马德芹，田景春，林小兵，文 龙，徐 亮

(1.成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059；2.西南交通大学，四川 成都 611731；3.西藏大学，西藏 拉萨850000；4.中国石油 西南油气田分公司 勘探开发研究院，四川 成都610041)

众所周知，生物礁在碳酸盐岩油气勘探中具有非常重要的地位。据统计，在全球已陆续发现的各时代碳酸盐岩油气田中，生物礁油气田所占的比例达27.18%[1]。中国近年来生物礁油气藏勘探也获得了重要突破，特别是针对四川盆地二叠系长兴组生物礁滩的油气勘探不断取得进展，相继发现了普光生物礁气田、渡口河生物礁气田、龙岗生物礁气田、元坝生物礁气田、高峰场生物礁气田、铁山生物礁气田和黄龙场生物礁气田等[2-5]，展示了四川盆地二叠系长兴组生物礁良好的勘探前景和巨大的勘探潜力。

伴随着四川盆地二叠系长兴组生物礁油气勘探的不断突破，不同学者对盆地内长兴组生物礁进行了大量研究，并取得了一系列重要成果，诸如生物礁的沉积特征[6-10]、层序地层[11-12]、成岩演化[13-17]、储集性能[18-20]和成藏特征[21-25]，这为进一步深化长兴组生物礁的研究奠定了重要基础。

为进一步加快四川盆地长兴组生物礁天然气勘探步伐，迫切需要对生物礁开展更为深入和精细的研究，以揭示它们的内在联系，进一步扩大生物礁的勘探领域。同时，伴随着研究的不断深入，在四川盆地不同区带都发现了长兴组生物礁的发育，尽管前人进行了大量研究，并取得了一系列重要成果，但在长兴组沉积演化过程中不同区带生物礁发育的差异性仍需要进一步深化研究，控制生物礁发育的主控因素还需要进一步强化研究。

为此，本文通过对四川盆地周缘相关野外露头剖面详细观测，盆地内钻井岩心详细描述及室内综合研究，深入分析四川盆地不同区带长兴组生物礁发育的差异性，探讨控制生物礁滩发育的主控因素，可进一步深化认识长兴组生物礁的成因与分布规律。

1 地质背景

四川盆地在二叠纪沉积演化过程中，于中、晚二叠世之间发生了著名的构造运动——东吴运动或称之为峨眉地裂运动[26]。这次构造运动导致四川盆地中西部大面积玄武岩堆积，并使晚二叠世沉积格局发生明显的分异，形成了“三隆三凹”构造格局(图1)。3个台内隆起高地分别为：遂宁台内高带、广安-龙岗台内高带和川东北台内高带。三凹分别为：蓬溪-武胜碳酸盐台地内凹地、开江-梁平海槽(陆棚)(关于开江-梁平地区长兴组沉积期环境条件不同学者有不同的认识，王一刚教授等称之为海槽[27]；马永生院士等通过系统研究认为长兴组沉积期该地区为陆棚环境[28])和鄂西-城口海槽。这种隆凹相间的古构造和古地貌格局为生物礁的发育提供了背景条件。

图1 四川盆地长兴组古构造格局Fig.1 Palaeotectonic framework of the Changxing Formation in the Sichuan Basin

2 生物礁发育的差异性

通过对四川盆地不同区带不同野外露头剖面、不同钻井长兴组发育的生物礁精细分析，可以看出在长兴组沉积演化过程中不同地区生物礁体发育特征明显具有差异性(图2)，主要表现在以下几方面。

2.1 生物礁发育期次的不同

已有的研究成果表明，四川盆地二叠系长兴组沉积演化过程中发育台地边缘生物礁和台地内生物礁两大类，生物礁在不同地区野外剖面和钻井剖面上发育的期次明显不同。

通过对盘龙洞、红花、见天坝、涧水沟、老屋嘴、和尚梁、椿木坪、老龙洞以及后丰岩等野外露头的剖面详细观测，对七里北2、黄龙1、天东10、云安12、云安18、门4、七里8、铁山5、龙岗1、峰18、池24、宝1、马槽2、卧117、双15、板东4、张23、涞1和广3等钻井的详细观察，可以看出长兴组尽管为重要的成礁期，但在不同剖面或钻井中生物礁的发育表现为5种情况：①不发育生物礁、仅发育颗粒滩(图2a)；②发育1期生物礁(图2b)；③发育2期生物礁(图2c)；④发育3期生物礁(图2d)；⑤发育4期生物礁(图2e)。

总之，在四川盆地二叠纪长兴组沉积演化过程中不同地区生物礁发育期次明显不同(图2)，那么，造成生物礁发育期次不同的原因是什么？本文将在后面进行论述。

2.2 生物礁旋回发育的完整程度不同

通过对不同区带长兴组生物礁的精细解剖，可以看出不同野外露头剖面或钻井剖面上生物礁旋回发育的完整程度明显不同，主要表现在两个方面。

2.2.1 同一地点不同旋回生物礁发育的完整程度不同

即同一地点(同一剖面上)长兴组所发育的多期生物礁旋回中的不同旋回生物礁特征明显不同。如通过对宣汉盘龙洞长兴组生物礁剖面的精细描述，可以看出在该剖面上长兴组沉积期自下而上共发育了三期生物礁(图3)，每一期生物礁发育的完整程度不同。

图3 四川盆地盘龙洞长兴组生物礁剖面Fig.3 Reef section revealed on the Panlongdong outcrop in the Changxing Formation,Sichuan Basin

其中，第一期、第二期生物礁旋回发育不完整，这两期生物礁旋回仅发育礁基、礁核，缺乏礁顶，且发育的规模小(厚度小)。而第三期生物礁旋回发育完整，自下而上依次发育礁基、礁核和礁顶。同时，礁顶普遍发生白云岩化。此外，生物礁发育的规模大(厚度大)。

2.2.2不同地区生物礁发育的完整程度不同

不同剖面、不同钻井长兴组生物礁旋回发育的完整程度明显不同。如龙岗地区，通过不同钻井的对比可以看出在不同钻井中均有生物礁发育，每一口钻井中礁的旋回数不同，同一成礁旋回不同钻井中生物礁的规模、完整性差异很大(图4)，如龙岗1井，长兴组生物礁非常发育；而与其相邻的龙岗18井生物礁发育差，龙岗12井甚至不发育生物礁(图4)。

2.3 生物礁旋回的岩性与生物组合不同

生物礁旋回的岩性与生物组合的不同主要表现在两方面：台地边缘生物礁与台地内生物礁岩性、生物组合的不同；不同台地边缘生物礁的岩性、生物组合的不同。

2.3.1 台地边缘生物礁与台地内生物礁岩性、生物组合的不同

通过对不同剖面、不同钻井长兴组生物礁岩性统计，可以看出台地边缘生物礁滩体以礁云岩与礁灰岩共同发育为特征，且礁云岩主要发育在礁核微相中。台地内生物礁礁基、礁核和礁坪主要为灰岩，局部呈斑块和零散状云化。

从生物组合上看，长兴组台地边缘生物礁，礁核主要为障积礁云岩，造礁生物主要有柱状海绵、单体海绵等。礁坪-礁前主要为一套礁前塌积岩，其上为藻屑-藻纹层云岩。台地内生物礁礁基、礁坪主要发育绿藻-有孔虫组合，礁核主要为脑纹海绵-有孔虫组合。

2.3.2 不同台地边缘生物礁滩体的岩性、生物组合的不同

通过对开江-梁平海槽(陆棚)东西两侧台缘礁礁基、礁核岩性统计可以看出，海槽(陆棚)东侧礁核白云岩化程度高，主要为礁云岩所组成；海槽(陆棚)西侧元坝、涪陵等处礁核白云岩化程度较高，龙岗地区礁核白云岩化程度多变，多见礁灰岩，未白云岩化或局部弱白云岩化。

2.4 生物礁空间展布特征不同

2.4.1 多排成带发育

即同一时期生物礁多排发育，构成生物礁带。如元坝-龙岗一带，沿“开江-梁平”海槽(陆棚)西侧，台地边缘生物礁呈多排发育，即平行海槽(陆棚)方向呈串珠状发育多个礁体，不同礁体之间有水道沟通，宏观上呈多个成礁条带，进而形成台缘-台内多排礁。每排礁呈现多期次发育、垂向加积生长的特点(图5)。

图5 四川盆地龙岗地区二叠系长兴组多排礁发育分布模式Fig.5 Distribution pattern of multi-row reefs of the Permian Changxing Formation in Longgang area,Sichuan Basin

2.4.2 单排礁发育

单排礁在背靠局限台地的台缘区域较为发育，单排礁向海迁移较弱，主要在纵向上叠置，并沿海槽(陆棚)展布方向连片发育，形成串珠状或者条带状礁滩体镶边。如通过对普光地区川付5—普光8—普光9—普光4—普光3井长兴组生物礁对比，可以看出该地区生物礁在平面展布上就表现为单排分布、垂向叠置的特征(图6)。

图6 四川盆地单排礁发育分布模式Fig.6 Distribution pattern of single-row reefs in the Sichuan Basin

2.4.3 环状发育

该类型分布的礁体主要发育于川东大猫坪地区，礁滩体成环状断续分布，礁体之间有狭窄水道沟通环礁内外，环礁内岩性主要为泥晶灰岩(图7)。

图7 四川盆地环礁发育模式Fig.7 Distribution pattern of atoll reefs in the Sichuan Basin

3 不同区带生物礁滩体发育的主控因素

3.1 古地貌决定了生物礁发育的位置及形态

已有的研究成果表明，生物礁的生长发育需要一定的古地貌条件。同样，四川盆地二叠纪长兴组沉积期生物礁的发育明显受古地貌控制。而该时期的“三隆三凹”古地貌格局的发育受沉积因素和构造因素所控制，其中台内凹地受沉积古地貌控制，开江-梁平海槽(陆棚)及鄂西-城口海槽古地貌发育与构造活动关系密切，其中同沉积断裂断面的坡度控制了台地边缘斜坡的陡度，这就导致不同台缘带生物礁的发育特征不同(限于篇幅，关于同沉积断裂与古地貌关系在此不予赘述)。发育于台地边缘陡坡带的生物礁主要表现为：垂向加积生长、多期次叠加、厚度大、分布范围小(图8)。而在缓坡带发育的生物礁表现为：侧向迁移、分布面积大、厚度小(图9)。台地内生物礁由于基地平缓，生物礁通常表现为旋回少(常发育一个典型礁滩旋回)、规模小(厚度小、分布范围小)的特点。

图8 四川盆地台地边缘陡坡带生物礁发育特征(剖面位置见图1)Fig.8 Development characteristics of reefs in the steep slope zone at the platform margin of the Sichuan Basin(see Fig.1 for the section location)a.连井剖面；b.地震剖面

图9 四川盆地台地边缘缓坡带生物礁发育特征(剖面位置见图1)Fig.9 Development characteristics of reefs in the gentle slope zone at the platform margin of the Sichuan Basina.连井剖面；b.地震剖面

3.2 古环境控制生物礁发育期次及礁体的完整性

生物礁的生长、发育与古环境条件密切相关。当环境条件适宜于生物礁的生长发育，生物礁就会在垂向上多期次发育，且每一期生物礁发育完整，由下到上依次发育礁基、礁核、礁坪/礁顶组成。横向上每一期台地边缘礁由礁核、礁前和礁后亚相组成。

当环境条件不适宜于生物礁的生长发育时，生物礁就会死亡。如铁山5井，在长兴组沉积期自下而上发育了5期生物礁，每一期生物礁的规模、完整性不同。如第一旋回生物礁生长过程中由于环境条件变化，经历大气淡水淋滤改造，生物礁顶部的礁格架孔中充填渗滤粉砂并发育示顶底构造，导致礁停止生长，礁旋回发育不完整(图10)。

图10 四川盆地铁山5井长兴组生物礁生长与环境变化关系Fig.10 Reef development against varying settings in the Changxing Formation in Well Tieshan 5,Sichuan Basin

3.3 古水深(海平面变化)控制着生物礁的物质组合及旋回性

研究表明长期海侵是生物礁形成的先决条件，根据生物礁与海平面升降关系，可以将生物礁划分为海侵追补型生物礁和海侵并进型生物礁。

四川盆地长兴组生物礁形成发育与古水深变化关系密切[29-34]。对于台地内生物礁来说，伴随着相对海平面变化分布范围收缩或扩大。在海平面相对上升期，分布范围缩小；在海平面相对下降期，分布范围扩大。而对于台地边缘生物礁来说，相对海平面上升期，台缘发育礁，并向台地迁移，可与台内滩连片。相对海平面下降期，台缘发育滩，并向斜坡迁移。

无论是台地内生物礁、还是台地边缘生物礁，其生长均开始于生屑滩，终结于泥晶(泥)灰岩(图2a,b；图3)。这正是由于相对海平面上升，水体加深导致生物礁被淹死亡所致。

3.4 古生物控制着生物礁的物质组成及礁体的完整性

众所周知，生物礁的生长发育均离不开生物，包括造礁生物和附礁生物。四川盆地长兴组生物礁发育期，台地边缘礁和台地内礁其古生物构成不同(图11)。

图11 古生物组合对生物礁的物质组成及礁体完整性的影响Fig.11 Impact of the palaeontological assemblages on the composition and integrity of the reefsa.宣汉盘龙洞剖面造礁海绵;b.天东002-11，埋深3 850.49 m，对角线长0.8 mm，脑纹海绵；c.红花剖面，串管海绵；d.龙岗2井造礁生物海绵；e.后丰岩台内礁造礁生物及附礁生物；f.后丰岩台内礁李希霍芬蕉叶贝

台缘礁：造礁生物大量发育，造礁生物主要为绿藻-脑纹海绵粘结生物组合，脑纹海绵-串管海绵骨架生物组合；附礁生物主要为有孔虫-棘屑组合。

台内礁：造礁生物发育规模较小，造礁生物主要为脑纹海绵-有孔虫障积生物组合及少量珊瑚造礁组合，附礁生物主要为绿藻-海绵骨针-有孔虫组合。

4 结论

1) 四川盆地不同区带二叠系长兴组生物礁的差异性主要表现为：生物礁发育期次的不同，生物礁旋回发育的完整程度不同，生物礁旋回的岩性、微相以及生物组合的不同，生物礁空间展布不同。

2) 不同区带生物礁发育的差异受4个因素控制，即：古地貌决定了礁发育的位置及形态，古环境控制生物礁发育期次及礁体完整性，古水深(海平面变化)控制生物礁物质组合及旋回性，古生物控制生物礁的物质组成及礁体的完整性。