四川盆地西北部灯影组深水沉积的发现及油气地质意义

张玺华 彭瀚霖 文 龙 李 勇 钟佳倚 马 奎 罗 冰 田兴旺

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

2011年，中国石油风险探井高石1井灯影组获得高产工业气流，四川盆地震旦系—寒武系天然气勘探取得重大战略突破，发现了安岳古老碳酸盐岩特大型气藏。截至2020年，川中高石梯、磨溪地区震旦系灯影组、寒武系龙王庙组获三级天然气地质储量超万立方米，四川盆地海相碳酸盐岩的勘探翻至新的一页。高磨地区的勘探发现让专家学者愈加认识到大型古裂陷对四川盆地海相碳酸盐岩成藏条件具有重要控制作用。鉴于古裂陷的形成和演化影响着沉积物质发育，对烃源岩、储层等成藏要素及配置关系具重要控制作用。与之相关的德阳—安岳裂陷（也称绵阳—长宁拉张槽，笔者用德阳—安岳裂陷指代）成为近年来的研究热点，深入认识其发育时间、成因性质等对上扬子地区的构造—岩相古地理演化和油气勘探意义重大。

目前，对德阳—安岳裂陷的形成机理、演化过程等方面存在诸多分歧，有学者提出了克拉通内裂陷[1-5]、侵蚀沟谷[6-8]、抬升剥蚀[9]等多种成因。随着四川盆地下组合油气勘探向高石梯、磨溪地区以外的低部位扩展以寻求新的战略发现，急需深化德阳—安岳裂陷的成因研究。上述不同观点的共同点在于：德阳—安岳一带发育巨厚下寒武统筇竹寺组，盆地构造沉积分异特征明显。分歧点在于：该构造形成的时间和性质，特别是灯影期是否发育裂陷深水沉积是当前油气勘探研究的焦点。

近来，中国石油西南油气田公司勘探开发研究院在四川盆地震旦系灯影组含油气地质条件研究取得新进展，笔者和研究团队以“构造控盆，盆控相、相控沉积物质和成藏要素组合”的思路，根据野外露头、钻井、地震的综合分析，确定出四川盆地西缘发育代表盆地—斜坡相深水沉积的灯影组，建立了灯影组盆地—斜坡—台地边缘—局限台地的完整相序，认为灯影期盆地中西部地区台—盆分异作用已经产生，并控制了灯影期的沉积格局。总体上，该“德阳—安岳裂陷”（笔者暂称其为德阳—安岳裂陷）具有北部强裂陷、南部弱裂陷叠加后期侵蚀作用的分段差异，强裂陷区更具陆缘海镶边台地的沉积地貌背景，其台缘坡折部位发育灯影组台地边缘高能丘滩相。中南段弱裂陷区受后期桐湾运动侵蚀作用叠加改造。北部强裂陷区发育巨厚筇竹寺组烃源和灯影组台缘带，在再次寻找大规模油气聚集带具有重要的勘探意义；同时，德阳—安岳裂陷成因是多期地质作用的叠加效应，本次对其成因深化认识和再厘定将对上扬子地区震旦纪构造及岩相古地理演化及新元古代重大地质事件研究提供新的启示。

1 区域地质特征

1.1 灯影组沉积前古构造背景分析

刘宝珺[9]、许效松[10]、马永生[11]、陈洪德[12]等人先后对中国南方构造层序及古地理演化开展了系统研究，按照盆地的形成、发展和消亡与构造旋回的关系来说，中国南方地质历史中的碳酸盐岩沉积盆地有二个演化阶段：晚元古代至早古生代的稳定大陆边缘型碳酸盐岩沉积盆地和晚古生代开始的碳酸盐岩盆地。这两个演化阶段受控于不同的构造机制，其中中元古代开始中国南方处于板块活动阶段，1 700～800 Ma先后经历了华南洋向扬子陆块、华夏陆块的俯冲，形成沟弧盆系。800～400 Ma为板块活动的第二个阶段，其中从南华纪开始，随着罗迪尼亚超大陆裂解，在扬子陆块北缘形成了南秦岭大陆边缘裂谷带，而在扬子西部，早震旦世形成了石棉—澄江裂谷带。侯明才等[13]通过岩浆岩的地球化学分析了扬子西缘中新元代带的裂谷演化，认为该裂谷于新元古代撕裂了松潘甘孜地块、上扬子地块，龙门山西侧的甘孜—理塘洋盆可能最早出现在此时期。许效松[14]总结了近年来扬子基底变质岩的年代学数据，提出了扬子具有太古宙—古—中元古代基底，新元古代时为一稳定克拉通，并具三层结构，即结晶基底、褶皱基底和南华纪—早古生代的沉积盖层基底。平面上根据巴中—龙泉断裂、华蓥山断裂可分为川西、川中、川东三个不同的基底岩性区；同时从构造属性和古地理特征来看，在中元古代时期，把扬子陆块分为6个构造单元，除去传统上的扬子地块、中扬子地块和下扬子地块外，还分出扬子北部—西部大陆边缘、滇黔桂陆缘海盆地和湘桂陆内裂陷海盆地（图1）。其中，成都—德阳—广元一线为大陆边缘与内克拉通盆沉积的过渡区，而川中地区为稳定克拉通。

罗志立[15]等认为，晋宁运动前，扬子地区为洋壳性质，而晋宁—澄江期，扬子板块开始由洋壳向陆壳演化，其中川西—川中—川东地区构成沟—弧—盆体系，康滇—川中—鄂西于晋宁—澄江期以古岛弧形式存在，而其西缘发育海沟体系，表现为易门一带昆阳群下部大红山组有厚度4 000 m火山岩，其中多见洋壳喷发性质的细碧角斑岩火山岩，四川的会理群下部河口组见4 000多米的细碧角斑岩。南华纪，滇中—川西地区发育中基性苏雄组火山岩喷发，并伴有磨拉石堆积，推断晋宁—澄江期，康滇—川中—鄂西地区西缘及北缘被深海沟围绕。

图1 四川盆地及周缘新元古代构造格架与盆地类型图

1.2 灯影组构造沉积背景分析

灯影组沉积前、后受到了不同构造运动和地质背景的控制，不同地区沉积特点具有较大差异。晚震旦世上扬子台地整体表现为碳酸盐岩台地沉积，随着二级海平面的变化，垂向和侧向加积达到鼎盛阶段，但海平面的周期性下降和桐湾运动，分别在灯影组中部、顶部形成不同程度的暴露，并伴随不同程度的剥蚀。川中地区可见灯影组顶部表生岩溶产生的大型裂缝孔洞，钻井多见放空、井漏现象。总体来看，南华纪—震旦纪，中国南方地区为散布在原特提斯洋体系中的大小不等陆块，陆块间为洋盆和海槽分隔，伴随着原特提斯洋扩张，对扬子地区构造沉积格局产生重要控制。前震旦纪，滇中—盐源—平武地区其岩石序列显示该地区曾发育洋盆背景下的海沟沉积，多地见洋壳喷发的细碧角斑岩。南华纪，滇中—川西地区发育中基性苏雄组火山岩喷发，并伴有磨拉石堆积，为大陆边缘裂谷沉积。同时川西发育南沱组，地层从西至东呈超覆，川中地区缺失南沱组，表明新元古代川西地区为继承性沉降区，而川中地区为继承性的高部位。这样的差异对震旦系灯影组沉积是否有控制，裂陷是否还在，前期尚未细致研究。同时灯影组沉积末，桐湾运动使得上扬子大部分地区抬升产生岩溶侵蚀作用，造成灯影组地层厚度残余程度不一，也必然影响德阳—安岳裂陷性质的判别。

1.3 地层分布特征

震旦纪，四川盆地整体以陡山陀组、灯影组为主（表1）。其中灯一段主要为泥晶白云岩；灯二段主要为藻白云岩，见葡萄状构造；灯三段主要为砂岩、页岩；灯四段主要为藻白云岩、泥晶白云岩[16-19]。刘静江等认为四川盆地西部及北部平武、城口地区，发育蜈蚣口组主要为变质砂岩与板岩互层，时期大致相当于陡山沱组[20-22]。蜈蚣口组之上发育水晶组，岩性变化较大，包括白云岩，灰岩，硅质岩等，大致相当于灯影组[21,23]。从地层的分区特征上看，结合古构造背景分析，四川盆地北缘、西缘震旦系（蜈蚣口组、水晶组）地层、岩性分布和川中地区存在明显的差异性，表明灯影期，扬子地区不同构造区的沉积背景具有明显差异。

表1 研究区及周边地区震旦系上统对比表

2 川西北地区震旦系灯影组深水区的发现

2.1 川西北地区震旦系灯影组野外沉积相特征

通过对川西地区野外剖面研究，明确该区域灯影组岩性、厚度在近北东方向上具有明显的变化，相变特征明显。自西向东依次发育盆地相、斜坡相、台地边缘相以及局限台地相（图2）。

盆地相位于裂陷槽内斜坡之外的深水区，位于浪基面以下，能量极低，几乎无颗粒沉积物和藻类生物沉积。该环境中形成的产物色暗、粒细、富含有机碳，岩性主要为薄层状深灰—灰黑色泥晶灰岩、灰质白云岩、泥质泥晶白云岩以及硅质岩（图3a, b）。地层厚度较浅水区明显减薄，如平武黑水沟剖面（位于图1金凤），灯影组厚约44 m，远小于高磨主体区灯影组厚度，其底部与陡山沱组泥岩整合接触，顶部与麦地坪组薄层状硅质岩整合接触，未发现剥蚀迹象，说明沉积末期川北裂陷区灯影组与寒武系为连续沉积。

斜坡相位于台地向盆地一侧的过渡区，与浅水台地相比，斜坡区地形陡、坡度大、水体深、能量低，沉积物以灰—深灰色泥晶灰岩、灰质白云岩、硅质云岩、硅质岩等为主。在斜坡环境中，常发生间歇性的滑坡和垮塌作用（图3c），在大套暗色细粒沉积物中堆积成浅色透镜状分布的重力流沉积。如广元林庵寺剖面的灯影组发现浊积岩，表明该区位于大陆边缘斜坡部位（图3d）。林庵寺剖面灯二段岩性以深灰色薄—中层泥晶云质灰岩、泥晶灰岩、中厚层灰质云岩为主，局部可见纹层构造；灯四段底部为极薄层泥晶灰岩与泥晶云岩互层，顶部为黑色薄层状硅质岩，常见滑塌变形构造，薄层状硅质岩中常夹大型灰色白云岩透镜体，具有典型的斜坡相沉积特征，推断灯四段沉积水体较灯二段更深。

台地边缘相处于水体能量重要的转换带上，不断受到海浪、潮汐和洋流的冲击，水体能量高，有利于各种颗粒的堆积；同时，台地边缘也是水体温暖、盐度较高且与广海相对寒冷、盐度正常、养分丰富的海水混合的地方，沿斜坡上升的洋流为台地边缘带来了丰富的营养组分，蓝细菌等微生物在此带大量繁殖。因此台地边缘是藻黏结滩和藻丘十分有利的发育区，主要堆积亮晶颗粒白云岩、藻黏结白云岩和藻叠层白云岩等沉积物。高家山剖面灯四段中常见明显的丘状微生物丘滩体，由颗粒滩、藻黏结滩和藻丘相互叠置形成，其单体规模较大，横向延伸广[24]。

局限台地相位于台地内部的广阔地区，地形相对平缓，局部地貌隆起区发育台内丘滩体，其纵横向发育规模较台缘丘滩小。台内大部分地区由于受到台地边缘隆起区遮挡水体能量减弱；水体循环受到较大程度的限制，盐度较大，主要堆积的是泥晶云岩、泥质云岩等局部见石膏结核等较高盐度环境的产物。杨坝剖面灯二段中发育多套丘滩体，但单层厚度小，灯四段丘滩体整体不发育，岩性以泥晶云岩和硅质云岩为主。

图2 四川盆地北部地区灯影组沉积相对比剖面图（剖面位置见图1）

表2 川西地区灯影组不同相带岩石学特征表

通过上述川北、川西地区野外沉积相分析（表2），明确了震旦系灯影组沉积期川北地区发育深水盆地相、斜坡相、台地边缘相、局限台地相沉积。其中，裂陷内部表现为深水盆地及斜坡相特征，裂陷周缘发育碳酸盐岩台地相沉积，证实该时期德阳—安岳裂陷已经发育，并控制了灯影组沉积相展布。

2.2 裂陷北、中段灯影组沉积差异

目前，盆地中部地区的裂陷槽中段内有多口井钻遇灯影组。灯影组顶部地层岩性与台地区无明显差异，表现为浅水沉积特点。ZY1井和GS17井位于裂陷内，其中GS17井灯影组5 465 m以下发育葡萄花边构造白云岩，ZY1井灯影组钻遇藻砂屑白云岩（图3e, f）。这些特征均与盆地北部裂陷槽内灯影组沉积特征差异明显，而与台地沉积特征相似，为浅水台地沉积产物。对于盆地中部地区的裂陷槽内是否发育灯三、灯四段存在较大争议。邢凤存[25]等认为灯影组白云岩之上的黑色泥页岩夹硅质岩为寒武系麦地坪组，灯三、灯四段缺失。周进高等[26]，段金宝等[27]认为该段地层为灯三灯四段沉积。通过与盆地西北部的黑水沟剖面以及林庵寺剖面对比认为，在盆地北部地区裂陷槽内灯四段为一套碳酸盐岩夹硅质岩的沉积，而并非一套页岩。因此认为盆地中部地区裂陷槽内灯三灯四段遭剥蚀。

图3 川中—川北地区灯影组裂陷沉积特征图

综上，震旦纪，扬子地块周缘的板块活动加强，导致周边洋盆的扩张，其北缘、西缘可能发育陆缘裂谷特征（潘桂堂、肖庆辉等人），构造分异控制地貌分异，从而控制沉积相分异。西北部深水槽内灯影组发育斜坡—盆地深水沉积相，地层发育完整，岩性以深灰—灰黑色的泥晶灰岩、硅质云岩为主，未见颗粒沉积物和藻云岩发育；两侧发育碳酸盐台地沉积，岩性以灰色—灰白色藻云岩、晶粒云岩及颗粒云岩为主，与裂陷内沉积具有明显差异。

2.3 裂陷北、中段灯影组地震相差异

地震资料尤其是三维地震资料，能较好反映地层接触关系、岩性、岩相情况。通过四川盆地德阳—安岳一带的三维地震资料开展地震相-沉积相分析，可进一步明确盆地灯影组台内裂陷的发育与否及其特征。

2.3.1 北段地区灯影组地震相特征

北段地区灯影组地震反射特征显示出槽—台分异。裂陷槽内呈现地震反射时差小、极强振幅“双轨”平行、连续的地震反射，且反射振幅、波形横向变化极小（图4a），表明该地区灯影组在在裂陷内为岩性、岩相稳定单一的水平状深水沉积产物。

裂陷槽两翼的斜坡区（陡坎状），灯影组地震反射时差变化大，从台地向裂陷区方向表现为厚度减薄、同相轴下超收敛的反射形态，灯影组内部振幅、波形横相变化快（图4a）。地震反射结构的收敛和下超方向指示深水区方向，下超面表示盆地相沉积速率相对缓慢的深水沉积，该区地震同相轴的振幅强弱变化及波型非连续性，通常代表斜坡区的滑动柔皱非稳定的沉积特征。

浅水台地区，灯影组整体地震反射时差厚度大，内部同相轴断续，常表现为多组反射丘型叠置、叠瓦状及彼此斜交的特征，且与灯影组顶底产状不一致（图4a）。台地整体较弱的反射为台地为白云岩沉积为主，与野外地质特征一致，内部同相轴的断续、斜交叠置则为丘滩体的迁移变化所至。

2.3.2 中段地区灯影组地震相特征

盆地中部高磨地区灯影组裂陷区地震反射特征与西北部裂陷区的地震反射差异大。虽然整体地震反射时差较小，但地震反射时差起伏变化大，甚至部分地方表现为丘型反射、地震反射波形稳定性较差，灯影组顶界见削截反射特点（图4b），表明该地区灯影组裂陷区地层减薄主要因为震旦纪末期岩溶侵蚀作用引起。

3 盆地西北部灯影组深水相的油气地质意义

图4 盆地中西部、盆地中南部灯影组地震相特征图（剖面位置见图5）

综合分析认为，早新元古代上扬子地区的大地构造背景存在较大差异（图1）。随着震旦纪原特提斯洋扩张，扬子西部川滇地区、扬子北部由大陆边缘裂谷转化为大陆边缘裂陷，发育甘孜—理塘洋盆、南秦岭洋盆。灯影期盆地中西部地区为克拉通向大陆边缘过渡区域，具陆缘海沉积特点，盆地中南部地区具有稳定内克拉通陆表海沉积特点。构造背景差异决定后期裂陷性质及沉积差异。盆地西北部地区灯影组继承早期地貌特点发育深水沉积，构造—沉积分异强，而高磨—蜀南地区灯影组厚度差受到与桐湾运动相关的岩溶侵蚀作用的叠加改造，沉积期的构造—沉积分异可能相对较弱。

构造-沉积分异的差异造成“灯影组台缘带”性质不同。以灯影组四段为例，蓬莱—射洪—九龙山地区灯影组四段发育深水沉积及台缘高能相带（图5），而盆地中南部地区灯影组为高能相带相对不发育（如高家山灯四段顶部表生岩溶改造弱地区，图5）。综上，德阳—安岳裂陷及周缘在灯影组沉积期具有“北段强分异、中断弱分异叠加岩溶改造”的特点，并造成了生、储、盖成藏组合条件的差异（表2）。

图5 四川盆地灯影组四段桐湾运动后沉积相分布图

3.1 裂陷槽内发育了优质烃源岩

筇竹寺组深水陆棚相泥质烃源岩是灯影组的主要天然气源[28]。最新地震预测表明盆地西北部筇竹寺组地层厚度可达1 000 m，为盆地中南部岩溶侵蚀叠加改造区的近2倍。由上述可知，德阳—安岳裂陷槽北段在灯影期就已深水沉积，裂陷深度大，亦发育了深水陆棚相泥页岩沉积，是裂陷槽内又一套优质烃源岩，而中段地区灯影组烃源岩则不大发育。从北段到中段，黑色页岩呈超覆特征，厚度和有机碳含量都有降低趋势[29]。德阳—安岳裂陷“北深南浅”的特征导致了烃源岩质量北段优于南段。

3.2 环裂陷槽发育优质台缘丘滩相孔洞型储层

灯影期，裂陷槽北段两侧发育沉积型台缘带。台地边缘相规模较大，台缘丘滩复合体以藻黏结白云岩、藻叠层白云岩和各类颗粒白云岩组成，微生物沉积建造是灯影组优质储层发育的基础[24,29]。通过地震资料和已有钻井资料的综合分析表明，东侧的灯四段台缘带宽40～60 km，储集空间类型以生物格架孔为主（图6a-b），叠加溶蚀作用改造形成的孔洞型储层。JT1井灯四段钻遇的丘滩相储层厚度177.6 m，平均孔隙度3.5%。东侧灯二段台缘宽45～90 km，PT1井灯二段钻遇的丘滩相储层厚264 m，平均孔隙度3.4%。

中段东侧的高石梯—磨溪地区，为台内丘滩相。桐湾运动造成的构造抬升，在灯影组顶部发生强烈岩溶作用改造，形成了“台内丘滩+岩溶改造”的裂缝-孔洞型储层。其中灯四段储层厚70～140 m，平均90 m，平均孔隙度3.1%；灯二段储层厚48～60 m，平均孔隙度3.2%。综上所述，构造—沉积分异差异造成的台缘性质差异控制了灯影组优质储层的分布，北段东侧的台缘丘滩相孔洞型储层优于中断台内丘滩相储层。

3.3 构造-沉积分异有利于成藏组合有效配置

裂陷槽北段灯影组上部深水沉积和寒武系筇竹寺组主要共同组成该地区的优质烃源岩，另一方面，筇竹寺组细粒岩既可作为优质烃源岩，也是良好的盖层。从源、储、盖组合关系来看，由于裂陷的发育，裂陷槽内的深水泥页岩向台缘带上超披覆沉积，造成晚期形成的烃源岩低置，而早期形成的台缘丘滩相储层高置在其侧翼，组合成“旁生、侧储、顶盖”的成藏组合样式（图7）。而盆地中部高石梯—磨溪地区仅仅发育筇竹寺组中上部沉积，烃源岩没那么发育，灯影组“台内丘滩相+岩溶改造”的储层离优质烃源灶更远，需要更长的疏导成藏距离。可见，盆地中北部地区灯影组的成藏地质条件较高磨好，源储盖配置比高磨地区更优越，勘探潜力更优。

图6 盆地中北部、中部灯影组四段储层岩石及储集空间类型特征图

图7 盆地中北部地区灯影组成藏要素组合特征图

4 结论

1）四川盆地西北部地区发育灯影组硅质深水盆地相、斜坡相沉积，表明晚震旦世盆地中西部地区已经发生构造-沉积分异，德阳—安岳裂陷于灯影组沉积期已经形成，并且控制了当时的沉积格局。

2）现今德阳—安岳裂陷为“拉张伸展、岩溶侵蚀”复合作用结果，平面上其成因具有差异性。北段构造-沉积强，裂陷区内发育深水沉积，蓬莱—射洪—九龙山地区具陆缘海沉积背景，发育沉积作用主导的台地边缘相；中段构造-沉积分异较弱，受到岩溶叠加改造。

3）德阳—安岳裂陷为盆地中北部地区油气成藏首要控藏地质单元。盆地西北部具有裂陷深度大，裂陷中心烃源岩发育，台缘带灯影组储层规模大、品质好，组合成“旁生、侧储、顶盖”的成藏组合样式，有利于油气大规模聚集，是盆地震旦系下一阶段寻求战略突破、规模资源发现的重要勘探领域。

4）德阳—安岳裂陷成因研究对于新元古代岩相古地理恢复及油气勘探至关重要。目前研究结论表明德阳—安岳裂陷是多地质运动叠加影响下的大型地质单元，成因上具有复杂性、分段性、叠加性。其不同地区的地质性质表现出差异性，并非台内裂陷名称所能概括，应进一步中、上扬子地区的整体构造背景、层序地层及岩相古地理演化研究，进一步深化裂陷的形成演化研究。

致谢：本研究是在中国石油西南油气田公司杨雨总地质师的指导和耐心帮助下完成的，同时感谢徐春春教授、杨跃明教授、张健教授、许效松教授、侯明才教授、严威高级工程师、成都理工大学李智武教授、陈安清教授、宋金民副教授、丁一副教授、李文正博士等对研究的支持。