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龙门山北段山前复杂断褶带勘探新领域

时间:2022年05月10日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

[摘要] 近年来油气勘探的成果展现出位于扬子地台西缘的龙门山褶皱冲断带北段存在巨大的勘探潜力,但由于受多期次、多旋回的构造运动影响,龙门山北段构造样式多解且未落实,油气勘探工作进一步开展受到限制。本文结合地质剖面、构造演化、钻井资料及地震资料,建立龙门

  [摘要] 近年来油气勘探的成果展现出位于扬子地台西缘的龙门山褶皱冲断带北段存在巨大的勘探潜力,但由于受多期次、多旋回的构造运动影响,龙门山北段构造样式多解且未落实,油气勘探工作进一步开展受到限制。本文结合地质剖面、构造演化、钻井资料及地震资料,建立龙门山北段复杂构造模型,特别是建立山前复杂断褶带(准原地系统)的构造模型,提出油气勘探新领域。研究结果得出:(1)龙门山北段构造具有分带分层性,横向上可划分为马角坝断裂以西的外来系统(唐王寨-仰天窝滑覆体)、马角坝断裂至 T/J 不整合的准原地系统(山前复杂断褶带)以及 T/J 不整合以东的原地系统(四川盆地)。纵向上,山前复杂断褶带中的①号断裂将山前复杂断褶带划分为复杂断褶冲断带(上盘)、复杂断层转折褶皱带(下盘)两个构造变形层;(2)龙门山形成构造环境为重力滑覆导致的前缘挤压,这是由于松潘-甘孜高原在印支期的由海向陆的演变(构造抬升)过程中的差异隆升导致斜坡带上的泥盆、石炭、二叠及早中三叠系海相沉积层多期滑脱,形成地层时代新的断片在下、相对老的断片在上的倒序排列的叠置序列;(3)山前复杂断褶带中①号断裂下盘复杂断层转折褶皱带发育的断层均为地腹深部下三叠统之下的隐伏断裂,保存条件较好,为有利的油气聚集区,可作为油气勘探的新领域。

  [关键词] 龙门山;山前复杂断褶带;重力滑覆;差异隆升

复杂地形勘测

  1 引言

  龙门山褶皱冲断带在地形地貌、构造变形、构造演化、前陆盆地发育和构造活动性等方面沿走向的差异性被众多学者所关注,并对该区域进行了详细的基础工作研究[1-9]。近年来,龙门山区域油气勘探取得重要进展:在龙门山山前带北段双鱼石构造,二叠系栖霞组、茅口组,泥盆系观雾山组均获得高产气流,最大达 126.77×104m3/d,说明龙门山北段具有着良好的勘探前景[10-11]。但是,由于受多期次、多旋回的构造运动影响,龙门山北段构造样式多解且未落实,油气勘探工作进一步开展受到制约。本文选取安顺场-厚坝地震剖面进行精细解析,结合钻井资料及构造演化分析建立龙门山北段复杂构造模型,特别是建立山前复杂断褶带(准原地系统)的构造模型,提出油气勘探新领域。

  2 地质背景

  作为中国典型的板内造山带龙门山位于扬子地台西缘,呈北东-北东东走向,是脆性地壳增厚[13]、下地壳流动[14-17]或者地壳水平缩短[18]的结果。平面上,龙门山可分为三段,即北段(安县以北至广元)、中段(怀远至安县)以及南段(怀远以南至雅安),主要发育茂县-汶川断裂、映秀-北川断裂、彭灌断裂三条区域上的深大断裂,断裂带走向与龙门山构造带的走向一致。在晚古生代沉积(泥盆、石炭)时龙门山为一北东向的裂陷槽,沉积了一套厚约 5000 余米的灰岩夹砂页岩地层[3]。在中三叠时期(须家河组沉积之前)松潘甘孜、龙门山、四川盆地地域整体处于海洋沉积背景,属被动陆缘环境,由松潘甘孜向四川盆地海水越来越浅。震旦纪到中三叠世,该区域沉积了一套海相地层,其以碳酸盐岩为主,且具有南东薄、北西厚的特点[4]。

  由于松潘甘孜地块北缘的阿尼玛卿古特提斯洋与南缘的金沙江古特提斯洋分别在中、晚三叠世先后闭合,导致松潘甘孜地块、龙门山、四川盆地及其邻区大面积隆升,整个扬子地台西缘及松潘甘孜地块由海变陆,出现了一个沧海桑田的造陆过程。龙门山山脉整体为北东-南西走向,海拔高程介于 500~3000m,地势险峻,植被茂盛,属中高山地貌类型[19]。地表出露地层主要由古生代和中生代地层组成,包括了从震旦系到三叠系的所有地层,其中岩性主要为海相碳酸盐岩。区内构造复杂,褶皱强烈,局部地层近直立甚至倒转;断裂发育,主要集中在志留系之上的泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系中,且断裂延伸距离较远,常有断裂破碎带。

  3 模型建立

  本文选取横跨龙门山北段与四川盆地的安顺场-厚坝地震剖面进行构造精细解析并进行构造演化史分析,拟建立龙门山北段山前复杂断褶带复杂构造模型,为隐伏有利勘探区提供依据。

  3.1 构造模型精细分析

  结合地质剖面、地质图及地震剖面精细解释可见,A-A’剖面平面上主要构造包括 4 条断裂、两个背斜、两个向斜和一个不整合。根据地层、构造发育特征,横向上,以马角坝断裂、T/J 不整合为界,可将该剖面划分为三个构造系统,即马角坝断裂以西为外来系统(唐王寨-仰天窝滑覆体)、马角坝断裂至 T/J 不整合为准原地系统(山前复杂断褶带)以及 T/J 不整合以东为原地系统(四川盆地)。纵向上,剖面结构又具有明显的分层性,根据①号断裂上盘、下盘构造发育特征,山前复杂断褶带可进一步划分为复杂断褶冲断带(上盘)、复杂断层转折褶皱带(下盘)。唐王寨-仰天窝滑覆体(外来系统):位于 F1 马角坝断裂以西,地表出露志留系和泥盆系,主要构造为由泥盆系构成的仰天窝向斜。

  向斜北西翼出露面积及地层厚度较南东翼大。地震剖面上,该区域反射同相轴特征清晰,连续性好,可清楚识别出仰天窝向斜,且没有其他复杂构造变形特征。山前复杂断褶皱带(准原地系统):位于 F1 马角坝断裂和 T/J 不整合之间,地表宽度仅为数公里,向地腹呈八字形展开,出露地层包括泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系。地表构造主要为北东-南西走向,包括一系列倾向北西的逆冲断裂以及文星场复式背斜。该区域地震资料品质较差,反射同相轴杂乱无章,断面波反射特征模糊不清,导致断层、构造解析困难,结合断层相关褶皱、反转构造等理论进行构造解析。①号断裂是一条位于地腹未出露地表的重要隐伏断裂,从地震剖面构造精细解释中可以发现,该断裂上下两盘表现出完全不同的构造变形特征。断裂上盘构造复杂,发育一系列逆冲断层、多个褶皱及构造三角楔,地表出露断层多为地腹大断裂的分支断裂。

  根据双探 9 井钻遇层位可发现[20],下三叠统地层重复出现,该现象是由于①号断裂向上突破,残留构造三角楔。①号断裂断层面上,由于拖曳作用,部分地层发生倒转。①号断裂上盘还发育了一条控制性断裂-香水断裂,该断裂深切寒武系地层,并控制了上盘褶皱的形成。该断裂在活动过程中,继续向上突破,切割地层,残留二叠系和下三叠统地层,形成构造三角带。①号断裂下盘主要发育一个大型的断层相关褶皱(断层转折褶皱),并伴生有一些次级小断裂,为地腹深部的隐伏构造。控制该褶皱的断裂向上滑脱于三叠系嘉陵江组底部滑脱层,向下滑脱于寒武系下部滑脱层。背斜形态宽缓,受构造影响,寒武系-下三叠统重复出现。四川盆地(原地系统):位于 T/J 不整合以东,主要为侏罗系与白垩系组成的单斜岩层,地层较为平缓,构造变形微弱。地震剖面上,反射同相轴清晰,连续性好,并未发育明显的构造变形。在四川盆地原地系统的侏罗系、白垩系中发育的两处明显转折受地腹断层相关褶皱的形成演化控制。

  3.2 构造演化分析结合地表及地腹构造分析,A-A’剖面大致以寒武系为界,寒武系之上地层发育复杂冲断褶皱,寒武系之下震旦系及前震旦地层基本没有卷入构造变形,且寒武系由四川盆地向龙门山方向(NE 向 NW)逐渐抬升,属于典型的薄皮构造。控制本区域构造形成主要有两套滑脱层:寒武系下部软弱层和下三叠统嘉陵江组底。

  结合区域构造演化认为,此剖面形成是由于松潘甘孜高原在印支期的由海向陆的演变(构造抬升)过程中[21],在松潘甘孜高地与四川陆相湖盆之间,相当于现今龙门山的位置出现一斜坡带,由于斜坡带上多套滑脱层的存在,导致斜坡带上的泥盆、石炭、二叠及早中三叠系海相沉积层多期滑脱,形成地层时代新的断片在下、相对老的断片在上的倒序排列的叠置序列,属于重力滑覆导致的前缘挤压构造环境。中三叠雷口坡组沉积之后,四川盆地、松潘甘孜地域逐渐结束海盆发育历史,开始了由海向陆的转变,出现整体造陆运动,由于地壳差异抬升,西部松潘甘孜地域抬升较四川盆地地域明显加快[3-4],在印支晚期至燕山期形成高原-斜坡-盆地的构造格局;在斜坡与盆地部位出现一系列冲断褶皱与山前断层相关褶皱,其构造演化过程如下:1、①号断裂、断层三角楔与断上盘的拖曳倒转褶皱形成阶段寒武系至中三叠雷口坡组这套海相地层沉积后,龙门山发生抬升掀斜,在山前带下三叠统嘉陵江组顶、底之间首先发生滑脱,①号断裂发育,断层上盘地层顺切层断坡向上剪切逆冲,发育断层转折褶皱。

  其后,由于滑脱挤压作用的进一步增强,断层顺着早期的薄弱面,截弯取直向上突破,切穿下三叠统雷口坡组。地震剖面上则出现遗弃断层三角楔与断上盘的拖曳倒转褶皱,断层三角楔由嘉陵江三、四段组成。由于当时的逆冲褶皱发生在水下,断上盘雷口坡组向上逆冲遭受部分剥蚀没有接受沉积,断下盘还在水下接受须家河组沉积,遗弃断层三角楔与倒转褶皱造成地层重复加厚,通过钻井资料可发现嘉陵江三、四段地层加厚 360.8m。①号断裂经过一段时间演化,活动渐趋停止,F2 断裂控制的深部隐伏断层转折褶皱开始发育。

  2、F2 控制的隐伏断层转折褶皱形成阶段

  随着龙门山抬升掀斜的继续,寒武系底部泥页岩开始滑脱,寒武系底部泥页岩作为下滑脱层,嘉陵江组 4 段作为上滑脱面,断坡发育在寒武、泥盆、石炭、二叠及下三叠飞仙关组这套地层中,断坡切角 20°~30°,形成深层隐伏断层转折褶皱。先前发育形成的①号断裂在下伏断层转折褶皱形成演化过程中也发生相应构造变形,形成坡-坪式阶梯状断层。先存遗弃断层三角楔也发生了一定的旋转,出现掀斜形态。随着 F2 控制的隐伏断层转折褶皱形成发育成熟后,F3 控制的逆冲褶皱岩席开始形成。

  3、F3 控制的逆冲褶皱岩席形成过程

  由于松潘甘孜高原的持续隆升,龙门山地区被进一步抬升掀斜,新的逆冲断裂继续发育,以寒武系泥页岩作为下滑脱层,嘉陵江组 4 段作为上滑脱面,形成一个滑覆逆冲岩席,叠加于①号逆冲岩席之上,并楔入三叠陵江组软弱层中,造成嘉陵江组二段地层厚度异常,仅为58.6m。当断层发育遇到三叠系雷口坡组的强硬岩层时,断层截弯取直,形成遗弃断三角,断层向上突破直至地表,形成现今的香水断裂。三叠纪末期,盆地全面抬升,使该区地层遭受剥蚀,先前形成的阶梯状断层处最终形成向斜,沉积侏罗系地层。

  4 有利勘探区分析

  目前的勘探实践和研究发现,印支期构造对于四川盆地油气成藏具有重大影响,印支期古构造是油气勘探重点领域[22]。川西北部地区上古生界多期台缘带、盆地二叠系滩相白云岩孔隙型储层和岩溶缝洞型储层发育区是战略准备领域[23]。同时,龙门山北段多个层系都展示出生储盖成藏的有利组合,为油气资源奠定了良好的地质条件[24-25]。从构造发育演化过程发现,中三叠雷口坡组沉积后,山前复杂断褶带在重力滑覆导致的前缘挤压构造环境下,浅部滑脱层首先活动,发育形成①号断裂。①号断裂的发育演化控制了断层上盘构造三角楔,其顶部造成嘉二段 58.6m 异常、拖曳倒转褶皱的形成引起地层重复加厚,遗弃断层三角楔引起地层加厚 360.8m,其后,深部断裂开始发育活动,并控制了地腹深部隐伏断层转折褶皱的形成,转折褶皱上盘前端引起地层重复。

  油气多具有近源富集的特征且持续保存是形成关键[26],根据地震测线解释结合构造演化及钻井资料发现,复杂断褶带中的大型逆冲断裂沟通了寒武系至三叠系中的储层圈闭,为烃类物质的运聚提供了有利的通道[23],同时,①号断裂下盘构造变形相对较弱,断裂深埋地腹下三叠统之下,易形成良好的构造圈闭,且受后期构造活动影响微弱,为油气资源的保存提供了有利条件。由此可见,①号断裂下盘具备可观的油气勘探前景,该区域可能成为油气勘探的新领域。

  5 结论

  1)龙门山北段构造复杂,整体具有分带分层性。横向上可划分为三个构造带,马角坝断裂以西为外来系统(唐王寨-仰天窝滑覆体)、马角坝断裂至 T/J 不整合为准原地系统(山前复杂断褶带)、T/J 不整合以东为原地系统(四川盆地)。纵向上可划分出两个构造变形层,①号断裂将山前复杂断褶带划分为复杂断褶冲断带(上盘)、复杂断层转折褶皱带(下盘);2)龙门山北段山前形成构造环境为重力滑覆导致的前缘挤压,这是由于松潘甘孜地块北缘的阿尼玛卿古特提斯洋与南缘的金沙江古特提斯洋分别在中、晚三叠世先后闭合,导致松潘甘孜地块、龙门山、四川盆地及其邻区大面积隆升(构造抬升),受差异隆升影响形成高地-斜坡-盆地的构造格局,在斜坡带上的泥盆、石炭、二叠及早中三叠系海相沉积层多期滑脱,形成地层时代新的断片在下、相对老的断片在上的倒序排列的叠置序列;3)山前复杂断褶带中①号断裂下盘发育的断层均未切穿三叠系下统地层,可形成良好构造圈闭与原生油气系统的保存,受后期构造破坏影响小,具备可观的油气勘探前景,因此①号断裂下盘断层转折褶皱系统可能成为油气勘探的新领域。

  参考文献

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  作者:杨雨 1、李忠权 2,3、文龙 4、龙伟 2,3、张本健 4、陈骁 4、刘冉 4、韩倩 5、胡懿灵 2,3,6