古隆起构造演变及其成藏控制作用

引言

四川盆地乐山—龙女寺古隆起油气勘探潜力巨大[1-6]，勘探证实震旦系碳酸盐岩天然气资源丰富，已经成为四川盆地天然气勘探的接替层位[7-12]。四川盆地历经多期构造运动[13-16]，乐山—龙女寺古隆起作为盆地内的大型正向构造单元，其构造演化过程对震旦系天然气藏的形成与分布具有重要影响[3,17-19]，是四川盆地震旦系天然气勘探的基础研究内容。自 1964 年威远气田发现以来，众多学者对乐山—龙女寺古隆起进行了大量研究[7-21]。该古隆起是受基底和断裂控制的具有一定继承性的隆起，从震旦纪开始经历了多期同沉积隆起兼剥蚀隆起并定型于二叠纪前，其后又受多次构造运动改造而形成现今的构造形态[ 7 , 1 7 , 2 0 - 2 1 ]。古隆起震旦系灯影组具有良好的生、储、盖时空匹配关系，具备形成大中型气田的地质条件[3,11,17]。前人研究受限于当时勘探资料的数量和品质，对古隆起形态特征、形成过程及成藏条件的认识有待深入。本文以近期大川中地区高分辨率地震勘探资料为基础，结合钻井和盆地周边露头资料，以沉积相、地震相为参考，分析不同时期不整合发育特征，重建乐山—龙女寺古隆起形成演化过程，并讨论该过程对震旦系天然气成藏的影响。

1 研究区概况

乐山—龙女寺古隆起是发育在四川盆地中西部的巨型不规则鼻状构造[7,17]，区内沉积盖层由震旦系、古生界、中生界和新生界组成，并发育多个区域不整合（见图 1、表 1）。加里东期古隆起构造形态已基本形成，因此也被称为加里东古隆起，震旦系顶界具有雅安、遂宁和南充 3 个构造高点。志留纪末至二叠纪前，古隆起长期遭受风化剥蚀，其核部被夷平。区内完全缺失泥盆系和石炭系，由川西向东依次剥蚀至震旦系、寒武系、奥陶系和志留系，其中志留系缺失面积达 6.25×104km2。印支期以来，乐山—龙女寺古隆起南、北两翼发生不均衡沉降，震旦系顶界构造轴线逆时针旋转至近北东向，并迁移至老龙坝—资中—安岳一线。现今威远背斜隆起幅度最高，震旦系顶界闭合高度 895 m，闭合面积 850 km2。古隆起向北东方向埋深逐渐增加（见图 2），至斜坡中部过渡到安平店—磨溪构造带，震旦系顶界闭合高度 300 m，闭合面积 1 400 km2。

2 不整合发育特征

不整合不仅是褶皱幕和构造运动的重要标志，也是划分地层单元的依据[22]。不整合分析对建立地层格架、厘定构造运动期次、研究区域构造演化，以及寻找与不整合有关的油气藏均具有重要意义[23]。乐山—龙女寺古隆起范围内发育的重要区域不整合包括：桐湾运动造成的震旦系内部及寒武系与震旦系之间不整合；加里东运动塔科尼幕造成的志留系与奥陶系之间不整合；加里东运动阿登幕—伊利幕和云南运动连续作用造成的二叠系与下伏地层之间不整合；印支运动造成的三叠系须家河组与雷口坡组之间的不整合。

2.1 震旦系不整合

发生在震旦纪的桐湾运动在四川盆地可划分为两幕，第一幕造成了震旦系灯影组灯二段与灯三段之间的沉积间断，灯二段上部古岩溶非常发育（见图3a、3b）。第二幕导致古隆起发生较大幅度的相对隆升，灯影组顶部广泛遭受剥蚀。露头和岩心均可见灯三段中上部及灯四段溶蚀孔洞广泛发育（见图 3c、3d）。采用地层厚度趋势延伸法恢复其剥蚀量（见图4a），灯影组最强烈的剥蚀发生在盆地西南部，最大剥蚀厚度 300 m。遂宁和威远地区剥蚀厚度较小，剥蚀量小于 100 m。

2.2 志留系与奥陶系之间不整合

加里东运动塔科尼幕造成古隆起发生强烈褶皱变形，古隆起边缘志留系与奥陶系间为不整合接触。地震剖面上（见图 5），古隆起西北侧、东侧、东南侧下斜坡地区残留的志留系内部呈现清晰的平行地震相特征，且向古隆起核部存在密集的上超点，角度不整合于奥陶系之上。

2.3 二叠系与下伏地层之间不整合

受加里东运动阿登幕—伊利幕和云南运动的影响，乐山—龙女寺古隆起发生整体构造升降运动，核部震旦系—奥陶系被夷平，与上覆二叠系呈角度不整合接触（见图 2）。在此期间，古隆起构造形态保持稳定，隆起带边缘志留系与上覆二叠系呈假整合接触（见图 5）。古隆起东北边缘广参 2 井残存的中石炭统黄龙组假整合于下志留统龙马溪组之上，向上与下二叠统梁山组假整合接触。古隆起南部自深 1 井、隆 32 井残存志留系均与上覆二叠系假整合接触。以单井埋藏史为参考，结合地层厚度趋势延伸法计算不整合剥蚀量，结果表明下古生界最大剥蚀厚度为 2 000 m，剥蚀量最大值位于龙门山南段山前地区（见图 4b）。

2.4 三叠系内部不整合

印支运动第二幕造成四川盆地东南部隆升、西北部沉降，并导致区内上三叠统须家河组区域不整合于中三叠统雷口坡组之上。钻井揭示古隆起核部雷口坡组普遍遭到剥蚀，局部地区缺失须家河组一段，须二段不整合于残留的雷口坡组之上。地震剖面上可见雷口坡组顶部被削截，须家河组向古隆起核部上超于雷口坡组之上（见图 2），证明其厚度变化主要为区域性剥蚀所致。雷口坡组在川中地区埋藏较浅，构造演化过程相对简单，采用声波时差法结合地层厚度趋势延伸法计算不整合剥蚀量，结果表明雷口坡组最大剥蚀厚度 350 m，最大值位于现今隆起带东南部的坳陷区（见图 4c）。

3 古隆起构造演化

在对大川中地区地震资料精细构造解释的基础上，结合区内钻井资料和盆地周边露头，以上述不整合发育特征和剥蚀量为依据，恢复乐山—龙女寺古隆起构造演化过程，并将其划分为 4 个阶段。

3.1 雏形期（南华纪—震旦纪）

四川盆地前震旦系基底形成于吕梁运动—晋宁运动期间，具有 3 层结构[20]。发生在南华纪的澄江运动使四川盆地基底发生相对隆升，上南华统南沱组仅分布于川东、大巴山、北龙门山及西昌—甘洛地区，盆地内部缺失该套冰碛岩。澄江运动之后，盆地内部仍具有起伏不平的古地貌，形成了以威远—遂宁—大足为中心、近北东向的椭圆形隆起区，其上补偿沉积了震旦系陡山沱组（见图 6a）。川中地区陡山沱组厚度小于 30 m，盆地周边厚 100～200 m[8]，此时盆地中部与周边相比已呈现隆起状态，但隆起幅度不大，为上扬子地台内部的大型平缓隆起。灯影组沉积期海侵规模进一步扩大，盆地内部为坡度极缓、地势西高东低的浅海环境，全盆地普遍沉积以大套藻白云岩为主的碳酸盐岩。桐湾运动使四川盆地发生两次构造升降运动，导致灯二段与灯四段被风化剥蚀（见图 6b）。桐湾运动第二幕造成资 1 井缺失灯四段，威 15 井灯四段残余厚度仅 38 m，老龙坝构造灯四段残余厚度 25.2 m，川中地区灯四段厚度较大（73～86 m），并向古隆起增厚至 150～350 m。

3.2 发育期（寒武纪—二叠纪前）

桐湾运动之后，在灯影组起伏不平的古岩溶地貌基础上，海水由东南方向入侵。古隆起西北侧为碎屑岩为主的滨岸相，东南侧为以碳酸盐岩为主的开阔海台地相，表明当时古隆起阻挡了盆地西侧陆源物质向东南方向运移。从寒武系保留完整的区域看，寒武系具有由古隆起核部向边缘逐渐增厚的特征，说明乐山—龙女寺古隆起在寒武纪时为同沉积古隆起。奥陶系在未被剥蚀地区的厚度变化不大（400～600 m），说明当时地势比较平缓，其厚度向古隆起核部减薄应为后期剥蚀所致。乐山—龙女寺古隆起显著构造变形发生于奥陶纪末的加里东运动塔科尼幕，在此期间，古隆起两翼发生下沉（见图 6c），核部相对隆升幅度可达 800 m 以上。隆起带延伸较长，构造轴线呈近东西向，两翼比较宽缓，形成川西核部、资阳、遂宁、龙女寺等古构造高点。志留纪至二叠系沉积之前，古隆起再次发生隆升，隆起带顶部震旦系—下古生界被夷平（见图 6d）。

3.3 稳定埋藏期（二叠纪—中三叠世）

晚古生代四川盆地进入克拉通内裂陷盆地发育阶段[3,24]，东吴运动造成四川盆地二叠系上、下统之间发生短暂沉积间断和区域性的火山喷发[25-26]。盆地内部二叠系厚度变化较小，古隆起以整体抬升和沉降为主（见图 6e）。三叠纪早期古隆起继承了二叠纪的古构造特征并沉积了最上部的海相地层。印支运动二幕（发生在拉丁期和卡尼期之间）导致古隆起再次隆升，中三叠统遭受风化剥蚀。四川盆地内部主要表现为东南部隆升、西北部下沉，并造成古隆起两翼不均衡沉降，其构造轴线向东南方向小幅迁移（见图 6f）。在此期间，资阳古圈闭形成，遂宁古圈闭开始向东南安平店扩张，龙女寺构造高点保持不变，威远西南部开始发生相对下降。

3.4 调整定型期（晚三叠纪—现今）

印支期四川盆地进入前陆盆地发育阶段[3,8,24-27]，龙门山向盆地内部发生逆冲推覆并迫使乐山—龙女寺古隆起构造轴线再次向东南迁移。须家河组由川中向西北方向明显增厚（见图 2），说明晚三叠世该古隆起为同沉积隆起。此时，威远构造开始由小型圈闭向大型穹窿转变，安平店构造表现出低幅度隆起特征。侏罗纪—白垩纪古隆起形态基本保持不变，发生在侏罗纪末的燕山运动仅造成白垩系与侏罗系之间的沉积间断[8,26]。喜马拉雅运动第二幕和第三幕使龙门山南段山前发生强烈挤压变形[28-31]，川中地区相对隆升，地震剖面上可见侏罗系与白垩系均发生强烈褶皱变形，白垩系大面积缺失，侏罗系上部广遭剥蚀（见图 2a）。在此期间，古隆起构造轴线继续向东南迁移，形成了现今的盆地中央隆起带（见图 6g、图 7）。

4 构造演化对震旦系天然气成藏的控制

乐山—龙女寺古隆起震旦系发育两种类型成藏组合：“自生自储”和“上生下储”，前者烃源岩包括下震旦统陡山沱组黑色泥页岩、灯三段底部发育的薄层泥页岩和灯影组藻白云岩；后者烃源岩主要为寒武系筇竹寺组黑色页岩，两种类型成藏组合的储集层均为灯影组与古风化壳有关的古岩溶储集层。

4.1 有利储集层

受桐湾运动影响，四川盆地灯影组二、三、四段广泛发育与古风化壳有关的溶蚀型碳酸盐岩储集层（见图 3）。前人发现筇竹寺组与灯影组之间存在厚度互补关系[ 1 7 ]。本文利用补偿沉积原理，恢复了乐山—龙女寺古隆起筇竹寺组沉积前古岩溶地貌（见图8）。寒武系沉积前区内存在两个相对隆起区，即盆地西部以雅安—邛崃—都江堰为中心的川西古岩溶高地和以南充—岳池—铜梁为中心的川中古岩溶高地。隆起区之间为地势相对较低的古岩溶斜坡，并向南北两侧过渡为古岩溶洼地（见图 8）。位于下斜坡的资 1 井、威 117 井，溶蚀孔洞十分发育，古岩溶发育段可厚达200 m，最大溶洞直径 12 cm。位于上斜坡的高科 1 井、高石 1 井溶蚀孔洞发育稍差，位于古岩溶高地的女基井虽然岩溶孔洞也有发育，但相较整个古隆起，其古岩溶发育规模相对较小。

4.2 天然气成藏差异

古隆起不同部位烃源岩有机质热演化过程在时间和空间上具有明显的差异性（见图 9）。地质历史时期处于古隆起低部位的烃源岩埋藏较深，古地温相对较高，先进入生油、生气阶段。以下寒武统烃源岩为例，志留纪末自深 1 井处下寒武统烃源岩 Ro值达到 0.85%，开始生成液态烃。同一时期，女基井处下寒武统烃源岩 Ro值仅为 0.50%，处于未熟—低熟阶段。泥盆纪至石炭纪，受加里东期构造抬升影响，下寒武统烃源岩埋藏变浅，有机质热演化停滞。二叠纪古隆起再次整体接受沉积，下寒武统烃源岩开始二次生烃。三叠纪时自深 1 井处下寒武统烃源岩 Ro值为 1.4%～2.0%，有机质大量生气，进入高成熟阶段。此时，女基井处下寒武统烃源岩 Ro值为 0.65%～0.85%，仍处于二次生油阶段，直到中侏罗世才进入生气阶段。从二叠纪开始，坳陷区生成的油气在地层静压力作用下沿震旦系古风化壳向构造高部位发生运移、聚集、调整，直至形成现今的天然气藏[17,32]。油气运移的证据有 3 方面：①横向上，震旦系储集层中沥青含量由低部位向高部位逐渐增加；②垂向上，震旦系上部古风化壳附近沥青含量最高，向下沥青含量逐渐减少；③钻探结果表明震旦系含气构造均位于现今构造高部位，低部位全部产水。二叠纪至中三叠世，坳陷区生成的天然气沿古风化壳向隆起带顶部发生长距离运移，斜坡区生成的油气运移速度较慢，仅向高部位发生较短距离的运移（见图 9a、9b）。当时资阳古圈闭位置最高、圈闭规模较大，油气主要来自古隆起南翼斜坡区和坳陷区。遂宁古圈闭（包括高石梯构造）地势较为平缓、圈闭规模不大，聚集的石油主要来自本地和附近的烃源岩。晚三叠世至今，古隆起构造形态发生调整，构造轴线西段向东南方向偏移约 22 km，东段向东南方向偏移约 6 km。威远构造由小型圈闭转变为大型穹窿背斜，资阳古圈闭逐渐萎缩，遂宁古圈闭向安平店—高石梯地区扩张。在此期间，隆起带两翼构造低部位生成的天然气开始向新出现的构造高点运移，早期聚集于资阳古圈闭的油气向威远构造发生二次运移。原来聚集于圈闭中的石油随埋深加大而裂解生气，构造高部位的震旦系、寒武系烃源岩也开始大量生气。良好的储集空间、规模较大的构造圈闭和大量的天然气供给，最终形成了四川盆地震旦系威远气田及高石梯、安平店、磨溪等含气构造（见图 9c）。

5 结论

乐山—龙女寺古隆起具有复杂的构造演化历史，根据多期不整合特征，可将其划分为 4 个演化阶段，即雏形期、发育期、稳定埋藏期和调整定型期，不同阶段古隆起形态差异明显。乐山—龙女寺古隆起构造演化对震旦系天然气成藏具有多重控制作用，主要表现为：①不整合控制了与古风化壳有关有利储集层的分布，古岩溶储集层发育程度受古地貌控制，古岩溶下斜坡溶蚀孔洞发育情况较好，上斜坡次之，高部位最差；②古隆起构造演化控制有机质的热演化和油气运聚过程，同一时期不同构造部位有机质热演化程度差异明显，构造低部位生成的天然气沿古风化壳向古隆起核部运聚成藏；③古隆起形态变迁控制了构造圈闭的形成与消亡。