四川盆地涪陵-石柱-建南大型古隆起的发现及勘探意义

晏 山, 李忠权, 杨 雨, 李 根, 张本健, 李 典,4, 应丹琳, 陈 骁, 王泽卿, 邹 媛

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.自然资源部构造成矿成藏重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；3.中国石油西南油气田分公司，成都 610051；4.成都理工大学 地质资源与地质工程博士后科研流动站，成都 610059)

古隆起与油气成藏紧密相关，是油气运移、聚集的有利场所，油气的运聚随着构造格局的变化而不断调整[1-3]。前人曾提出在海西-印支期石柱地区存在一个古隆起[4]，但没有对该古隆起形状、范围、演化进行系统描述。作者基于地球物理、地震测井资料以及地表特征的研究，发现川东涪陵-石柱-建南地区在震旦纪至今一直发育一个大型古隆起。本文系统论述该古隆起存在的依据，并对古隆起的发育特征、形成演化及地质意义进行分析。

1 地质背景

研究区地处四川盆地东部(图1)，区内构造体系主要包括方斗山复背斜、石柱复向斜、齐岳山复背斜等[5-8]。研究区地形起伏明显，地表地震地质条件差异很大。方斗山背斜核部出露最老地层为二叠系，往石柱方向，出露最老地层为震旦系灯影组；西北、东南两侧地形相对简单，石柱复向斜相对平缓，地表出露地层多为侏罗系蓬莱镇组砂泥岩。方斗山复背斜、齐岳山复背斜地形起伏强烈，构造高陡狭长，且两翼不对称。

图1 四川盆地地表构造图Fig.1 Tectonic map of Sichuan Basin(据邓宾[5]、武赛军等[6]修改)

2 古隆起存在的证据

2.1 航磁异常

四川盆地航磁异常图[9]上显示川东石柱地区存在一个北西西向的近椭圆形的明显正异常(图2)，推测该异常反映石柱地区存在基底隆起，这是导致后期盖层发育古隆起的深部地质基础。正负异常的边界总体呈北东-南西展布，可能是基底断裂的响应。同时，也存在北西-南东向磁异常分布。石柱地区即存在于北西西走向的正航磁异常和北东方向航磁异常的交汇部位。

图2 四川盆地航磁异常图Fig.2 Aeromagnetic anomaly map of Sichuan Basin(据谷志东等[9])

虽然花岗岩体本身属弱磁性地质体，不足以形成明显的磁异常，但花岗岩体顶部与周围热液蚀变带的磁性往往高出自身磁性的数十倍，因而岩浆岩侵入沉积地层时多表现为正磁异常，并能构成识别隐伏花岗岩体的磁测标志。同时，强烈的构造运动所形成的断裂带，常常有岩浆侵入并伴随磁性矿物充填而引起磁异常[10]。因此，本文推测川东石柱地区正航磁异常可能与北东和北西向的隐伏断裂构造及隐伏花岗岩侵位有关。前人研究认为，深部基性火山岩可能与川中女基井钻遇的苏雄组火山岩(803～760 Ma B.P.)为同期产物[11]。

2.2 地震资料

本文通过井震结合，建立了横跨古隆起区域的楠竹-谋道地震大剖面(图3、图4)，剖面位于四川盆地东北部，为北东-南西向，南起南川区楠竹山镇，北至利川市谋道镇。

根据航磁异常以及地震剖面解译成果，石柱地区深部存在3条与古隆起相关的断裂(图3)：北东向展布的华蓥山断裂(F1)以及北西向展布的渡市-建南断裂(F2)、溪口-羊角断裂(F3)，沿断层均出现了航磁异常的正负交界(图3-C)。在地震剖面上体现为一系列相背倾斜的正断层，并在深部展现出断陷盆地构造。

图3 四川盆地地质综合分析图Fig.3 Comprehensive geological analysis map of Sichuan Basin(A)四川盆地东部地质简图; (B)四川盆地震旦-寒武系地层柱状图; (C)四川盆地航磁异常垂向一阶导数图局部(据谷志东等[9])

前人结合地球物理资料与地质资料已对四川盆地基底断裂做过大量研究[12-16]。华蓥山断裂(F1)受地质学家的广泛认可，在航磁异常图上清晰表现为梯度异常带。并且从岩性角度上，以华蓥山断裂为界划分了川中与川东的基底岩性：川中为太古宇-古元古界康定群的结晶基底[13-14]；川东为中元古界浅变质岩柔性基底，层位为板溪群。从构造应力来看，华蓥山断裂是川中平缓断褶带与川东高陡构造带的分界线，来自雪峰山的挤压应力已在川东高陡构造带及华蓥山断裂以构造变形的方式释放，对川中的影响很弱[14]。

渡市-建南断裂(F2)、溪口-羊角断裂(F3)前人已经确定大概位置[12,14-16]，本文结合地球物理资料及地表构造轴迹明确具体位置。渡市-建南断裂在航磁异常图(图3-C)显示为局部分布，存在垫江、石柱等局部异常梯度带。地震剖面显示北东侧发育一系列正断层，并在建南地区形成断至基底的复杂堑垒构造(图4-D)，这些正断层在深部最终交汇至主断层，即渡市-建南断裂上，表明渡市-建南断裂控制了复杂堑垒构造的形成。

溪口-羊角断裂为控制川中隆起以及川北拗陷的分界。从地震剖面上能看出在F3断裂处存在基底起伏变化转折点，灯影组-中下寒武统地层增厚，上盘地层倾角明显大于下盘地层倾角。在地表上能看出背斜轴迹通过F2、F3之后发生明显偏转。

地震剖面显示震旦系灯影组、下寒武统筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组厚度从两翼向隆起区急剧减薄，其中南翼厚度变化较北翼更明显(图4-B)。古隆起两翼地层展布呈现北东翼平缓、南西翼较陡的特征；北东翼变化较小，南西翼变化较为剧烈。

地震剖面南西端系灯影组-筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组地层内的反射层均出现向古隆起超覆沉积的特征，上超现象基本集中在此区厚度变化较大的部位。灯影组-筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组厚度向北东方向逐渐变薄，但并未发现明显削截现象。涪陵-石柱-建南古隆起北界为一系列相向倾斜的正断层(渡市-建南断裂)，并形成了复杂的堑垒构造(图4-D)。从地层切割关系来看，该套断陷-凹陷构造至少应自灯影组沉积晚期即已开始活动，并持续至中-上寒武统沉积早期才结束。古隆起南界则为向南陡倾斜的溪口-羊角断裂(图4-C)。因此，古隆起南北边界均受控于北西向基底断裂，总体形成了地堑-地垒式构造组合样式。

2.3 钻井资料

地层厚度减薄和地层尖灭是古隆起在沉积方面的特征，钻井资料应显示相应地层向古隆起区域逐渐减薄的顶薄翼厚的趋势。我们因此收集了涪陵-石柱-建南地区5个相关的钻井来研究灯影组在深部的厚度变化(图5)。

图5 灯影组连井剖面对比图Fig.5 Correlation of connective drilling well profile of Dengying Formation

灯二段(灯影组第二段的简称，其他地层段的简称与此类似)岩性组合主要为灰色藻云岩、粉晶白云岩，局部含硅质白云岩，并发育溶蚀孔洞。灯三段为硅质云岩、泥页岩。灯四段主要为含硅质藻云岩、砂质白云岩，发育溶蚀孔洞及岩溶角砾。从图5可以看出，灯一段在DS1井和TY井处剥蚀殆尽；XQB井灯三、灯四段残余厚度>400 m；DS1井、TY井、L2井、L1井灯三、灯四段残厚<200 m。受桐湾运动影响，震旦纪末-早寒武世整个上扬子板块遭受抬升形成假整合。差异隆升导致涪陵-石柱-建南地区遭到一定剥蚀，由石柱地区以北，灯三、灯四段残厚逐渐增加。

连井剖面清晰展示了涪陵-石柱-建南古隆起由核部到翼部地层由薄增厚的变化规律：古隆起外围，灯影组厚度总体较为统一；在石柱地区最薄，厚度不足200 m；而向周缘厚度逐渐增加，自南西方向厚度逐渐增加到950 m，自北东方向厚度逐渐增加到900 m，总体呈现顶薄翼厚的特征。由钻井揭露的地层厚度趋势反映古隆起具有同沉积隆起的性质，进一步揭示了涪陵-石柱-建南古隆起的存在。

2.4 地表证据

川中和川东的分界断层为华蓥山断裂。该断裂以西构造较平缓，断裂以东则发育一系列隔档式构造带。川东褶皱带即位于上述隔挡式褶皱带，表现为向斜幅度大、宽缓，而背斜幅度小、紧闭。值得注意的是，该褶皱带轴迹在平面上可观察到明显的系统性偏折(图3-A)：从东北部的华蓥山断裂至西南的齐岳山断裂以北，褶皱轴迹延伸方向偏折为北北东、北东和北东东3个方向。北北东褶皱在经过溪口-羊角断裂后，轴迹发生偏转指向北东，再经过渡市-建南断裂后，轴迹发生偏转指向北东东。

根据上述规律，笔者发现川东褶皱轴迹的系统性偏折与渡市-建南基底断裂、溪口-羊角基底断裂具有明显的相关性；推测鄂西隔槽式褶皱带在隐伏基底断裂位置的系统性偏折与地表发育的多个北东向断层聚集带，暗示有多条北东向基底断裂的存在。

3 古隆起发育特征

3.1 发育时期

地震大剖面显示该古隆起在震旦纪已经形成。地震资料和钻井资料显示，灯影组-筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组在石柱区域发生了厚度减薄，形成了隆起区地层减薄、凹陷区地层加厚的古隆起几何形态。地震剖面资料在震旦系-下寒武统内也发现有多个向古隆起区超覆的现象，呈现出典型的古隆起沉积响应形式。由于隆起区地层并未发现明显削截现象，因此涪陵-石柱-建南古隆起总体属于同沉积期古隆起。地震资料和地球物理资料显示，该古隆起区域的南北边界均发育倾向相反的北东向正断层组成地垒式构造。该套正断层组合活动时间与灯影组-下寒武统沉积时间一致，为同沉积期地垒构造。因此，本文推测涪陵-石柱-建南古隆起形成于灯影组沉积期，受基底断裂控制，是四川盆地内形成早、规模较大的继承性古隆起。

3.2 平面展布特征

由于古隆起体现为隆起区地层大幅度变薄、凹陷区地层变厚，地层厚度的变化部位常出现超覆接触关系。因此，本文主要根据楠竹-谋道地震剖面上灯影组-筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组超覆点的分布和地层厚度变化位置，以及北东-南西向连井资料所揭示的厚度变化的分布位置限定该古隆起的南北边界。

古隆起作为盆地内的正向构造单元，其边界通常受到隐伏古断裂控制[12]。本文结合前人研究成果，在石柱地区根据航磁和重力异常解译出古隐伏断裂3条。其中，北西西向2条断裂与地表的断裂聚集带以及轴迹的系统性偏折具有较强相关性。同时，北西西向2条断裂与通过地层厚度变化点和超覆点的分布一致，说明该断裂是直接控制古隆起形成的隐伏古断裂。

综合上述手段，根据地层厚度变化、超覆点的分布、隐伏古断裂的位置和航磁重力异常，本文勾绘出了涪陵-石柱-建南古隆起的分布范围(图6)。该古隆起大致以石柱为中心，呈现近东西向展布的椭圆形，西至垫江，东至咸丰，面积约 24 000 km2。古隆起分布范围总体与航磁异常匹配。2条北西西向隐伏断裂和1条北北东向隐伏断裂总体控制了古隆起边缘或者边界。

3.3 纵向发育特征

根据DS1-TY-L2-L1-XQB连井剖面资料，L2井灯影组厚度最薄，为91.43 m。震旦纪末期受桐湾运动Ⅱ幕影响，上扬子板块发生整体抬升，地震剖面上观察到涪陵-石柱-建南地区寒武系底界无明显削截现象，表明该时期整个地区虽整体抬升，但古隆起未整体出露水面遭受剥蚀。结合前述楠竹-谋道地震剖面解释，涪陵-石柱-建南古隆起总体呈近东西向，高带北西向穿过石柱地区(图6)，建南以北凹陷区较平缓。涪陵-石柱-建南古隆起纵向上可划分为3个部分，即核部平台区、南西侧陡坡带与北东侧缓坡带。古隆起核部位于涪陵-建南地区，宽约140 km，总体较为宽缓，高点位于石柱附近；南西侧陡坡带坡度约5°，受溪口-羊角断裂控制；北东侧缓坡带灯影组-下寒武统地层倾角为0.5°～2°，受渡市-建南断裂控制形成复杂的堑垒式构造。震旦纪四川盆地处于拉张动力学背景，基底断裂活动明显，古隆起南西端溪口-羊角断裂活动，形成凹陷区；北东端渡市-建南断裂活动，形成凹陷区。

图6 四川盆地早寒武世古构造示意图Fig.6 Diagram of early Cambrian paleo-tectonics in Sichuan Basin

4 古隆起形成与演化

楠竹-谋道地震剖面与古隆起轴线近垂直，穿过其核部(图3-A)。从楠竹-谋道地震剖面构造演化史示意图(图7)可以看出：

图7 楠竹—谋道地震剖面地质演化示意图Fig.7 Diagram of geological evolution of Nanzhu-Moudao seismic section

寒武系沉积前：灯影组沉积期古隆起已开始发育，核部宽缓平坦，古隆起高点位于石柱以北。溪口-羊角断裂活动控制了古隆起南西边界；古隆起北东边界发育断陷，渡市-建南断裂活动。

中寒武统沉积前：灯四段沉积后发生桐湾运动Ⅱ幕，灯影组出露水面遭受剥蚀，下寒武统平行不整合沉积于灯影组之上。该时期古隆起继承前期构造格局继续发育，古隆起高点向南西方向发生迁移至石柱地区。

上奥陶统沉积前：整体处于海相沉积环境，构造活动平静，中-下奥陶统沉积厚度均匀，无明显变化，古隆起停止活动。

二叠系沉积前：志留纪末期加里东运动进入高峰期，扬子地台结束海侵，区域整体抬升，地层遭受剥蚀， 渡市-建南断裂重新活动，建南以北早期断陷基本不活动，古隆起无大的变化。

上三叠统沉积前：二叠纪早期受海西运动的影响，上扬子地台整体下降，研究区发生了最广泛的海侵，下二叠统假整合在石炭系之上，上二叠统及中下三叠统假整合覆盖在下二叠统之上，沉积厚度均匀，古隆起变化不大。

现今：研究区在侏罗纪之后受燕山运动和喜马拉雅运动的影响形成一系列逆断层。从该剖面看，早期的古隆起形态被改造但未消失，古隆起南西边界仍存在，推测古隆起受后期改造分割成2个高点：幅度较大的焦石坝高点和低幅度的建南高点。

5 古隆起的形成机制

根据前述地球物理证据、地震钻井资料以及地表特征综合分析，本文推测涪陵-石柱-建南古隆起形成动力学过程如下：

震旦纪-早寒武世期间，受到北东-南西向伸展作用和隐伏花岗岩侵位的影响，背向倾斜的溪口-羊角断裂和渡市-建南断裂开始活动，并在石柱地区形成了地堑-地垒式构造组合(图8)。其中，涪陵-建南区域总体处于地垒相对隆起区，建南以北为渡市-建南断裂主导的断陷构造形成的凹陷区，涪陵以南则为溪口-羊角断裂形成的凹陷区。在隆升-凹陷的构造背景下，灯影组-下寒武统在隆起区地层厚度变薄，并在沉积期间形成了大量的向隆起区超覆的接触关系(图4)。中寒武世早期，随着伸展作用的减弱，溪口-羊角断裂和渡市-建南断裂的活动逐渐趋于停止，涪陵-石柱-建南古隆起停止了进一步的隆升，转而进入平静期。

图8 涪陵-石柱-建南古隆起形成机制模式图Fig.8 Model of formation mechanism of Fuling-Shizhu-Jiannan palaeo-uplift

因此，涪陵-石柱-建南古隆起是震旦纪-寒武纪在伸展作用控制下差异隆升的结果。隆升导致了古隆起剖面显示由900 m到200 m的厚度变化，单纯的海退很难造成如此大面积的差异隆升剥蚀的现象[17]。前人对贵州铜仁地区震旦系老堡组顶部晶屑凝灰岩的研究[18]表明，凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb测定的年龄为556±5 Ma，与Rodinia大陆最后裂解时间有关，这与涪陵-石柱-建南古隆起活动的时期相吻合，因此推测还受到纵向上的隐伏花岗岩侵位影响。

综上，本文认为涪陵-石柱-建南古隆起受基底断裂、基底隆升、隐伏花岗岩侵位以及区域拉张隆升运动联合控制。

6 油气勘探意义

震旦纪至早寒武世，在以往四川盆地发育乐山古隆起、川中古隆起(加里东运动中二者合并形成乐山-龙女寺古隆起)、宣汉-开江古隆起的认识上，作者发现涪陵-石柱-建南大型古隆起。

古隆起是四川盆地海相油气勘探的重点，长期研究表明川东地区主要深层气源供给来源于陡山沱组泥岩、灯三段泥岩和筇竹寺组黑色炭质泥页岩[19-22]，储层为灯四段、龙王庙组[23-26]，下寒武统的黑色泥页岩以及中寒武统高台组的厚层膏盐岩为区域优质盖层。该组合生油层和盖层皆较好，灯四段和龙王庙组在研究区西南发育有利相带，因此可能具有较好的储集条件。

古隆起的长期继承性发育控制了古油藏的形成与分布，对比四川盆地内其他继承性古隆起，例如乐山-龙女寺古隆起的磨溪-高石梯高部位、宣汉-开江古隆起的宣汉高部位，常发育优质储层[22, 27]，形成的构造圈闭为油气运聚提供了有利场所。由于地震资料有限，未对古隆起其他区域的高部位进行具体研究，但本文所指出的焦石坝及建南高部位目前均有油气显示，故推测古隆起内部其他继承性高部位也具有油气勘探前景。

7 结 论

本文通过对涪陵-石柱-建南地区的地震剖面解释、钻井资料对比以及地表野外观察研究，利用构造演化史反演，发现灯影组￣筇竹寺组-沧浪铺组-龙王庙组由周缘向涪陵-石柱-建南古隆起逐层超覆沉积；灯影组厚度在石柱地区最薄，向周围逐渐增厚；背斜核部轴迹在经过基底断裂后发生大规模系统性地偏折。由此证明涪陵-石柱-建南地区发育古隆起。

涪陵-石柱-建南古隆起是受基底断裂控制的大型继承性古隆起，晚震旦世早期具有明显的初始活动，在晚震旦世晚期-早寒武世处于持续活动期。加里东晚期至海西期古隆起无明显活动。燕山期-喜马拉雅期受高陡构造影响，分割为焦石坝、建南2个高点。古隆起平面近椭圆状、东西方向延伸，面积约2.4×104km2；纵向上呈现非对称几何结构，表现为：南西侧陡坡带、核部平台区、北东侧缓坡带。其成因可能是在北东-南西向伸展作用和隐伏花岗岩侵位的共同影响下，受基底断裂控制的具堑垒式构造组合的古隆起。

文中引用了中国石油西南油气分公司的资料，在此表示衷心感谢。