四川盆地不整合发育特征及其油气地质意义-.pdf

2 0 1 0 年 第4 i - e 第6 ,／ t 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4． No． 6 De c． 2 01 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 1 6 7 3 9 0 3 5 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 0 7 四川盆地不整合发育特征及其油气地质意义 李启桂李克胜唐欢阳 中国石化勘探南方分公司研究院，四川成都6 1 0 0 4 1 摘 要 四川盆地具有明显的多旋回特点，经历了前震旦纪 A n z 基底形成阶段、z 一 T 克拉通盆地阶段 、 T 前陆盆地阶段、侏 罗纪一中新世坳陷盆地阶段的构造演化。盆地发育了2 1 个层序界面，多期构造变动导致多 期不整合的形成 ，其界 面是 海侵 上超层序 不整合界 面及暴露层序 不整合界 面，界 面特 征表现 为古喀斯特淋 滤带 、 溶蚀残渣、向上变浅的沉积序列以及各种结壳、泥裂等暴露标志。其中桐湾运动不整合面 ∈／ Z 、加里东运动不 整合面 D／s 和印支运动不整合面 T ／ T 对油气成藏有重要意义在不整合面上下不仅可形成 图闭，而且可形 成溶孔洞 ，改善储 集条件 ，同时不整合 面还是油气运移的有利通道 。 关键词 四川盆地不整合构造变动界面特征油气地质 中图分类号 T E 1 1 1 ． 2 文献标识码 A 文章编 号1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 6 0 0 2 1 0 5 0 引言 1 沉积构造演化与不整合面 的形成 不整合是地层中保留下来的地层缺失所呈现出 的一种不协调的接触关系 ，其形成通常是区域性地 壳运动 、海平面升降或局部构造运动的结果 。以沉 积间断 、风化作用 ，特别是新岩层沉积前 的陆上或 水下侵蚀作用为特点 ，常常表现为地层间的非平行 接触关系 [ q o V a i l 和 H a r d e n b o l 等 1 9 8 4 从序地层学 的角度提 出不整合是～个 重要 的时间间断 的面 ，具 剥蚀 、削截和地表暴露性质 ，并将在地表和海下形 成的不整合称 为 I型不整合 ，仅发生 于地表的不整 合称为 Ⅱ型不整合 。其后 的几十年 间，国内外不整 合研究发展迅速 ，目前世界很多含油气盆地中已发 现一系列与不整合有关的大型、特大型油气田 [2 1 。 四川盆地是我 国～个重要 的含 油 气盆地 ，具 典 型多旋回性与多层次结构 、多期构造动力成盆和 构造变动史 ，发育有 2 1 个二级层序 或构造层序 界 面 ，这些界面大多 为不整合面 ，代表盆地 每一演 化 阶段末期 由构造运动引起 的隆起剥蚀或沉积环境 的剧变。因此 ，四川盆地的构造演化 、不整合发育 特征与油气成藏有着密切的关系，加强这方面的研 究对寻找更多的油气藏具有重要意义。 收稿 日期2 O l 00 3～2 6 修订日期2 0 1 0 一l 1 0 9 作者简介 佳 1 9 6 4 一 ．高级 r 帅 ，从事 地顷 究 四川盆地属 于 “ 扬子准地 台”上的一个次一级 构造单元 ，其与上扬子 的关系是 四川盆地叠覆在上 扬子盆地之上。从沉积演化来看 ，四川盆地是在古 生代广 阔海盆地基础上发育起来 的一个红色陆相 盆 地 ，由两个原型盆地 海盆 、陆盆 叠置而成 。在地 质历史发展过程中 ，为多种构造动力 机制形成的多 期原型盆地组成的盆地复合体。 盆地沉积盖层在漫长 的地史发展 中经历了多期 次的构造运动 ，每次构造运动对盆地构造格局 、地 层变形 以及填充地层 、地层之间的接触关系都具有 很大影响 。不整合 的出现是强烈构造变动和剥蚀作 用 的产物 ，它往往与大地构造发生根本性转折 ，以 及盆地性质和盆地类型出现重大转换 的关键构造变 动时期相对应 。 自南华纪以来盆地经历 了扬子旋 回 包括晋宁运动和澄江运动桐湾运动 、加里东旋 回 包括早 、晚加里东运动 、海西旋回 包括柳江运 动 、云南运动 、东吴运动 、印支旋 回 包括 中三叠 世末 的早印支运动和晚三叠世末的晚印支运动 、燕 山旋回 包括侏罗 一白垩纪的构造运动 、喜马拉雅 旋 回 n 5 - 6 ] o在 由海相 向陆相的演化过程中 ，构造应 天然气技术 ／ 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 李启桂 ，等四川盆地不整合发育特征及其油气地质意义 第6 , l J 力场发生拉张 一 挤压的多次交替转化 ，形成了众多 不整合面 ，其中有3 个重要不整合面与油气 的聚集成 藏有密切关系 ，即寒武 系与震旦 系的不整合 ∈／ z ，代表震旦纪末 的桐湾运动 ；泥盆系或石炭系或 二叠 系与志留系及更老地层 的不整合 D／S ，代表 志留纪末的加里东晚期运动 ；晚j叠统与 中三叠统 及更老地层的不整合 T 3 ／T ，代表了中三叠世末的 印支运动早幕 ，而且多个不同时期的不整合面相互 叠加合并 ，构成了四川盆地独特的复合不整合面 图 1 ，在地震剖面上表现为清晰的削截和上超界面。 根据 四川盆地沉积建造特征 、构造变动特征及 区域性不整合面特征 ，盆地可以划分为6 个历史演化 阶段 】 1 前震旦纪 A n Z 基底 形成 阶段。四川盆地的 图 1 四川盆地 8 8 安遂地震地质解释剖面图 基底 指变质基底 分为两大部分 一部分为结晶基 底，为川中古陆核，以康定群为代表的经中一 高级 变质作 用 的混 合片麻 岩 ；另 一部分 为变质褶 皱基 底 ，以闪长质混合片麻岩 奥长花 岗岩 和花 岗质混 合片麻岩为主体 ，变质程度达角 闪岩相 一 麻粒 岩 相 ，普遍含变质基性岩类残 留体 ，兼有太古宙绿岩 带和灰色片麻岩 的特征 ，与上覆震旦 系地层呈不整 合接触 ，形成基底不整合。 2 Z 。 一S 克拉通坳 陷盆地 阶段 。在早震旦世上 扬子克拉通初始裂陷 ，沉积 了苏雄组 、开建桥组 陆 上火山岩 、火 山碎屑岩 、陆上碎屑岩 和冰岩等 ，显 示 克拉通 由热骤然变冷过程 。在晚震旦世为克拉通 坳 陷盆地发展 ，致晚震旦世末桐湾运动 ，四川盆地 及其 以东大范 围抬升 、剥蚀 ，发育 区域不整合 ，在 盆地大部表现 为平行不整合接触 ，在川西地区表现 为角度不整合接触。寒武 一 奥陶纪为坳陷盆地持续 发展 阶段。四川盆地所处为稳定 陆表海 ，沉积 了一 套 潮坪 一 浅 海相碳 酸盐 岩 石灰 岩 、白云岩 、页 岩 、云质或灰质砂岩 ，具稳定的补偿性沉积沉降特 征 ，盆地整体西高东低。此时秦岭洋盆持续扩张， 至奥陶纪末可能达极盛时期。志 留纪为克拉通坳陷 盆地结束 阶段 ，四川盆地及其东部为陆缘浅海及滨 海环境 ，沉积一套砂 、泥页岩建造。志留纪末的加 里东运动 ，四川盆地及其东部大面积抬升剥蚀 ，川 22 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 中东西 向古隆起定 型。在盆地西中部形成 了乐山 一 龙女寺大型古隆起 ，并在后期遭受剥蚀 ，盆地内广 泛缺失 D～C，形成加里东面不整合 以P／O不整合 面为代表 。 3 DT 克拉通 内裂 陷盆地阶段 。泥盆纪至早 二叠纪为 四川 盆地地史发展 中相对稳定 时期 。泥盆 纪至石炭纪 ，西部为大片隆起 ，仅在川东边缘局部 有 陆表海存在 ，沉积 了稳定 型石英砂 岩和碳酸盐岩 建 造 ，无岩浆活动 。西部陆缘海继 承志留纪轮廓 ， 但沉 降幅度大减 ，沉积一套稳定 一 次稳定型建造 ， 有 间歇性火山喷发活动。早二叠世阳新统海侵又一 次将大小岛屿和古陆淹没 ，东部仍为陆表海 ，沉积 细粒碎屑岩 、碳酸盐岩地层 ，川中古 隆起沦为水下 突起 ，川西出现裂陷海槽 ，在海槽和台盆边缘发生 大洋型 、大陆型基性岩浆溢流和喷发活动 。晚二叠 世至 中三叠世为 四川盆地地史上至关重要的盆地演 化阶段 。整套地层与下伏早二叠世为角度不整合 海 槽区 和假整合 台盆区 接触。中三叠世末，四川盆 地东部泸州 一 开江古隆起定型，海水自东向西退 出，全盆地遭受剥蚀形成 区域不整合面。中三叠 世 ，江南古 陆的隆升给予盆地 S EN W 向的挤压 ， 使盆内泸州 一 开江古隆起形成和发展，并使盆地东 部抬升，海水 自 东向西退出，形成里了印支期 T 2 ／ T ， 不整合面。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 2 4 期 天然气技术 勘探 与开发 4 T ， ‘ 。 前陆盆地阶段 。扬子板块北缘与华北板 块沿勉 略缝合带发生碰撞 ，在盆地 的西部和北部发 生 自北而南 向扬子前 陆不 断推进 的逆 冲推覆 山链 ， 使四川盆地接受须家河组须四段沉积。须家河组须 三段末期 的安县运动 ，造成了须家河组 四段与下伏 须家河组须三段区域不整合接触 ，龙门山全面逆冲 褶皱成 山，进入 了川西前 陆盆地 的发育阶段 。冲断 作用 导致 中三叠统雷 口坡组 顶部遭 受不 同程度 剥 蚀，从而与上覆须家河组呈微角度不整合接触。 5 侏 罗纪 一 中新世 坳 陷盆地 阶段 。印支 晚 期 ，四川盆地进入坳陷盆地形成的时期 ，沉积巨厚 的侏罗系。 6 Q 4盆地定 型阶段 u ’ 。喜 山晚期 ，印度板 块与欧亚板块陆 一陆碰撞 ，在印支 晚期前陆盆地基 础上 ，龙门山再次逆 冲推覆 、造山 ，盆地定型 ，造 成 了四川盆地现今的构造格局 。 2 不整合面类型及其特征 从四川盆地不整合发育特征看，可划分出构造 不整合 、沉积不整合和复合不整合 3 种类型。 2 ． 1 构造成因的不整合类型及形态特征 此类不整合类型在四川 I 盆地震旦系 一 中三叠统 中广泛存在 ，如川西北 汉旺泥盆系与寒武系之间为 一 典型 的不整合面 ，具体表现为泥盆系不整合于加 里东褶皱带之上 ，形成 明显 的区域性 角度不 整合 ， 具体表现为下伏地层 寒武 系 不均衡侵蚀 、风化 ， 并形成风化残积层。又如南川三泉剖面二叠系于志 留系之间也为一典型的不整合面 图2 ，主要表现为 志留系沉积之后 ，中国南方在地史上普遍发生 了一 次构造运动 “ 黔桂运动”或 “ 云南运动” ，此次 运动使大部分地区上升成陆地 ，遭风化剥蚀 ，从而 在华南大部分地区形成平行不整合或微角度不整合 面，从而也造成了二叠系地层在不 同地区超覆于不 同时代地层之上 ，形成 区域不整合面。 此外还存在构造 运动导致 的岩溶不整合 ，它是 指地质历史时期发育的，并被后来沉积物所覆盖的 含有 C O 的地下水和地表水对可溶性碳酸盐岩 的溶 解、淋滤、侵蚀和沉积等 古岩溶作用所形成的作用 面。此类型界面的形成过程就是层序界面的发育过 程，即原始位于水体之下沉积的碳酸盐岩在构造抬 图 2甫川三泉剖 面二叠系梁山组 铁质、铝土岩 与志留系 深灰色泥岩 之 间的不整合面图 升或 海平 面下降条 件下暴 露地 表 、遭受 风化 、剥 蚀 ，从而形成古喀斯特作用面 ，成 因界面特征表现 为古喀斯特淋滤带 、溶蚀残渣 、向上变浅的沉积序 列 以及各种结壳 、泥裂等暴露标志 ，常表现为溶蚀 孔洞缝 中冲刷充填铁泥质红色氧化壳。如北川甘溪 泥盆系剖面及南川三叠系嘉陵江组顶部 白云岩古 喀 斯特溶蚀面 图 3 、图4 及川东北元坝雷 口坡组岩溶 垮塌角等。 2 ． 2 沉积成 因的不整合类型及形态特征 2 ． 2 ． 1 平行不整合 不整合 面上下两套地层产状较为一致 ，是 由于 全球海平 面下降条件下导致前期沉积暴露 ，遭受风 化剥蚀 ，淡水淋滤 ，溶解等地质作用所形成 的，风 化面岩石异常疏松 ，似炉渣状的土壤 。此种类型的 界面 比较发育 ，如川南震旦系剖面陡 山沱组与灯影 组之间发育一层疏松的褐色黏土岩 图5 。 图3 北川甘溪泥盆系谢家湾组下部 灰 岩古喀斯特溶蚀面 图 天然气技术 ／ 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 李启桂，等四川盆地不整合发育特征及其油气地质意义 第6 ,t tJ J 图4 南川三叠系嘉陵江组顶部 白云岩 间的古喀斯特溶蚀面图 图5川南震旦 系剖面灯影组与陡 山沱组之间的渣状层图 2 ． 2 ． 2 斜坡重力流冲刷侵蚀不整合 此类不整合在四川盆地震旦纪 一 三叠纪沉积地 层 中的台地边缘斜坡剖面上广泛发育 ，主要表现为 一 套 台地边缘垮塌沉积或斜坡侵蚀作用所形成 的不 规则界面及其之上的低水位期的角砾状灰岩。这类 界面是在海平面下降速率大于盆地沉降速率条件下 所形成的典型层序界面 。如在北川甘溪泥盆系剖面 上 ，二台子组为一套典型的垮塌角砾灰岩沉积 ，为 台地边缘斜坡沉积的典型标志。 2 ． 2 ． 3 火山作用不整合 是一套与火山事件作用有关的，可将层序划分 开来 的一套火山作用形成 的产物 。此类界面在研究 区也广泛存在 ，如川西上 、中二叠统之 间的界面即 为 一 火山事件作用面，主要表现中二叠世结束之 后 ，随着东吴运动主幕的拉开 ，形成 了大面积分布 的玄武岩堆积 ，也 由于此次构造运动使得中二叠世 的海域退缩 到黔南以南 的地区 ，而其他地 区上升成 陆 ，遭受风化剥蚀 ，并为铁 、铝 、硫等矿床 的形成 创造 了条件 。 又如早 、中三叠世之 间广泛分布的绿豆岩 ，是 早三叠世海退 与中三叠世海侵之间的火 山喷发作用 形成 的一种特殊沉积 ，当时上扬子台地绝大部分地 区处于陆上暴露条件 ，所 以绿豆岩具有古风化壳特 征 ，是去玻化很深的黏土质岩石。 2 ． 3 复合作用成 因的不整合类型 该类不整合是指后期沉积层与前期沉积层之间 的超覆接触关系 ，这是 由于海平 面下降后又上升这 一 转变过程 的产物 。超覆 面可进 一步划分为上超 、 下超 、顶超 3 种类型。如上 t J i I 甘溪泥盆系平驿铺组 砂 岩 中的 上超 面及 长 江 沟 奥 陶系 剖 面 赵 家 坝 组 S B 1 HS T 与西梁寺组 S B 2 T S T 之间上超关系。 复合作用成因的不整合形成代表 了盆地的构造 沉 降与海平面上升 同步。海侵上超层序不整合形成 于两种盆地的构造背景条件下 一是 已充填组建 了 碎 屑岩大陆架 、构筑 了碎 屑岩垫板的裂谷盆地 ；二 是处于热沉降阶段的盆地 。 3 不整合分布及其油气 地质 意义 四川盆地不整合 的分布往往与古隆起有关 ，加 里东期不整合 主要分布在乐 山 一 龙 女寺古隆起上 ， 隆起区的震旦 、寒武 、奥 陶、志留及石炭系均受到 不 同程度 的古岩溶作用 ，一些层位顶部 如震旦 系、 志 留系 形成古风化壳 ，导致该区震旦系灯影组 、上 寒武统洗象池群、二叠系阳新统及石炭系黄龙组等 地层形成岩溶型储层 。印支期不整合主要分布在泸 州古隆起和开江古隆起上 ，它们分布于川南和川东 北地区 ，泸州隆起 区的下三叠统嘉陵江组 、开江隆 起区的中三叠统雷 口坡组都经历 了不同程度的古岩 溶作用 。 目前 四川盆地的大多数天然气 田都与古隆 起有关 ，表明与不整合发育的古隆起 ，不仅是油气 运移的指向地区，也是圈闭的形成区，有利聚集油 气 。 总之地层不整合面 的演化 、空 间上的复合对于 油气藏的形成有重要意义 [ 3 1 1 为油气运移提供 良好 的通道。四川盆地下震 旦统、下寒武统、下志留统、下二叠统均可作为良 好的烃源岩，烃源岩在其生油气高峰期上下排烃， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 4 期 天然气技术 勘探与开发 2 0 1 0 矩 油气进入上下 围限的不整合面上 ，从而发生大规模 运移。地质时期 中每一期次的构造活动 ，都会在地 壳上形成或大或小 、或 多或少 的隆起 区和 凹陷 区 ， 在大型的沉积盆地 内也不例外 。众所周知 ，隆起区 是流体 的低势区 ，凹陷区是流体 的高势区。流体总 是 由高势 区流向低势 区，即流体 由凹陷区向隆起 区 流动。正缘于此 ，隆起区，特别是与生排烃高峰期 相配置的隆起 区，常常是油气藏较集中分布的区 域 。这就是不整合 面为油气运移提供 良好 的通道 的 结果。 2 对储层储集物性的改善。加里东期不整合导 致四川盆地川 中隆起区的震旦 、寒武 、奥 陶、志留 及石炭系均受到不 同程度 的古岩溶作用 ，如威远气 田震旦 系储 层 ，岩性主要为 晶粒云岩 、砂粒 屑 鲕 粒 云岩及各种藻粘结云岩 ，储集空间以多种类型的 溶孔 、溶洞 、溶缝及构造裂缝为主 ，为典型的岩溶 型储层。 印支早 中期不整合导致四川盆地泸州隆起区的 下三叠统嘉 陵江组 、开江隆起 区的中三叠统雷 口坡 组都经历 了不 同程度 的古岩溶作用。 经受过较强烈地淋滤及溶蚀作用 ，致使致密 的 碳酸盐岩被改造成为有效储层 “ 储渗体” ，如元 坝地区雷 口坡组储层类型为风化壳储层 ，主要在云 质角砾岩中发育。沉积阶段 白云岩与石膏岩互层分 布导致 了成岩阶段差异溶蚀 的发生 ，石膏岩完全被 溶解 ，造成上覆 白云岩发生 垮塌 ，形成 了大量 的储 集空间。 3 有利于圈闭的形成 。在不整合面之上形成的 主要圈闭是超覆不整合圈闭，在不整合面之下形成 的圈闭主要是 削截不整合圈闭。与不整合相关的地 层削截 以及地层超覆油气藏是 隐蔽油气 藏的重要类 型 ， 已 引 起 了 国 内 外 学 者 的 关 注 Ma r t i n s e n ， 2 0 0 3 。古隆起在其形成和发育过程 中，通常都会在 其顶部或围翼 斜坡带 形成多种类型的圈闭，如背 斜圈闭、断背斜 圈闭、构造 一 岩性圈闭、地层圈闭 等 。这些古圈闭最有利于早期油气 的聚集 ，如泸州 古隆起二叠系、三叠系气藏的圈闭是其典型实例。 4 结论 1 1 四川盆地是一个长期发育 的复合盆地 ，它发 育于前震旦系基底之上，经历了震旦纪 一 中三叠世 克拉通坳 陷盆地演化 阶段 、晚三叠世前 陆盆地演化 阶段和侏罗纪 一 中新世坳陷盆地演化阶段。 2 多阶段的构造演化形成 了多个不整合面 ，有 震旦系 、寒武系 、泥盆系 、上二叠统 、上三叠统底 部 5 个不整合界面。其中加里东面不整合和印支面不 整合，它们在地震剖面或井下地层和野外露头上都 有反映。 3 四川盆地不整合发育有构造不整合 、沉积不 整合和复合不整合 3 种类型，其界面是海侵上超层序 不整合界面及暴露层序不整合界面 ，界面特征表现 为古喀斯特淋滤带 、溶蚀残渣 、向上变浅的沉积序 列以及各种结壳 、泥裂等暴露标志。 4 加里东期 不整合主要分布在乐 山 一 龙女寺 古隆起上 ，印支期不整合主要分布在泸州古隆起和 开江古隆起上，在不整合面上下不仅可形成非构造 圈闭 ，而且可形成溶孔洞 ，改善储集条件 ，同时不 整合面亦是油气运移的有利通道 。 参考文献 [ 1 ]B a t e s R L，J a c k s o n J A ． G l o s s a r y o f g e o l o g y ． F a l l s C h u r c h [ J j ．V i r g i n i a A m e r i c a n G e o l o g 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