鐘原，楊躍明，文龍，羅冰，肖笛,，李明隆，陳聰，趙立可，蘆飛凡，譚秀成

（1. 中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041；2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室，成都 610500；3. 中國(guó)石油西南油氣田公司，成都 610051；4. 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023）

0 引言

中二疊統(tǒng)茅口組一直是四川盆地重點(diǎn)勘探層系，勘探歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)60余年，但大量研究及鉆探工作集中于四川盆地中部及南部地區(qū)[1-4]。近年隨著四川盆地西北部地區(qū)雙探1、龍16、元壩7等探井在茅口組相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，表明川西北地區(qū)茅口組同樣具備巨大的勘探潛力[5-10]。目前由于鉆井資料較為有限且相對(duì)集中，從宏觀角度對(duì)川西北地區(qū)茅口組沉積環(huán)境的研究還十分薄弱，尤其是在劍閣—九龍山地區(qū)存在深水孤峰段沉積的認(rèn)識(shí)被證實(shí)之后[11-12]，對(duì)于川西北地區(qū)茅口組沉積相帶展布、臺(tái)槽分異特征、古巖溶地貌恢復(fù)等研究一直處于待突破的階段。

經(jīng)鉆探證實(shí)川西北地區(qū)茅口組儲(chǔ)集層類型主要為灰?guī)r裂縫-孔洞型[13-16]，茅口組內(nèi)部存在多期暴露特征[17]，表明有利儲(chǔ)集相帶及早成巖期風(fēng)化殼巖溶改造是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層形成的關(guān)鍵因素[18-21]。本文結(jié)合茅口組沉積期大地構(gòu)造背景，以高分辨率層序地層劃分為框架，充分利用已有的鉆井、測(cè)井及地震等資料，恢復(fù)不同時(shí)期層序-巖相古地理及古巖溶地貌，探討川西北地區(qū)茅口組沉積對(duì)于東吳期幕式活動(dòng)的響應(yīng)特征及其油氣地質(zhì)意義，以期為川西深層—超深層海相碳酸鹽巖多層系綜合勘探提供有效支撐。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚(yáng)子板塊西北緣的川北低緩斷褶帶、龍門山斷褶帶、米倉(cāng)山隆起帶的過渡區(qū)。華北板塊和揚(yáng)子板塊的碰撞及拼貼造成華北板塊南緣以逆沖推覆構(gòu)造為主、揚(yáng)子板塊北緣以大規(guī)模推覆滑脫構(gòu)造為主的強(qiáng)烈前陸變形[22]。中、晚二疊世之交的區(qū)域性東吳構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使四川盆地在中二疊世晚期（茅口組沉積期）發(fā)生構(gòu)造分異，發(fā)育北西西向和北東向的克拉通內(nèi)拉張裂陷盆地，并相互交叉。四川盆地茅口組沉積期構(gòu)造應(yīng)力主要來(lái)自于上揚(yáng)子地塊北緣勉略洋被動(dòng)大陸邊緣的伸展裂解過程和峨眉山地幔柱的隆升與玄武巖噴發(fā)過程這兩條線[12]。中二疊世末期，東吳運(yùn)動(dòng)主幕導(dǎo)致構(gòu)造差異抬升，海水大范圍退去導(dǎo)致茅口組整體遭受長(zhǎng)達(dá)1～3 Ma的暴露剝蝕過程[23]。以往的研究大多采用巖石地層單元對(duì)茅口組內(nèi)部進(jìn)行地層劃分，在小區(qū)易于對(duì)比，但隨著工區(qū)的擴(kuò)大往往會(huì)出現(xiàn)穿時(shí)的情況。本文從等時(shí)層序劃分的角度將研究區(qū)茅口組劃分為L(zhǎng)SC1、LSC2、LSC3共3個(gè)長(zhǎng)期旋回，分別對(duì)應(yīng)茅一段、茅二段、茅三段（見圖 1），以保證客觀還原地層沉積及充填情況。茅一段（LSC1）厚90～190 m，整體處于臺(tái)地相區(qū)，主要發(fā)育泥灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，宏觀上常表現(xiàn)為“眼皮眼球狀”構(gòu)造。茅二段（LSC2）厚 20～90 m，臺(tái)地/臺(tái)緣區(qū)發(fā)育泥晶生屑灰?guī)r、泥-亮晶生屑灰?guī)r及少量生屑泥晶灰?guī)r，斜坡區(qū)主要以生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r為主。茅三段（LSC3）厚度從數(shù)米至百余米不等，臺(tái)地/臺(tái)緣區(qū)厚度較大，發(fā)育泥晶生屑灰?guī)r、泥-亮晶生屑灰?guī)r；斜坡/陸棚區(qū)厚度較薄，以硅質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖為主。

圖1 研究區(qū)位置（a）及地層柱狀圖（b）（舊—前人劃分方案；新—本文劃分方案）

2 巖相古地理重建

2.1 層序地層特征

2.1.1 層序劃分及界面特征

以高分辨率層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，綜合采用薄片、測(cè)井、成像、地震等資料將茅口組劃分為 3個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回，自下至上分別為L(zhǎng)SC1（茅一段）、LSC2（茅二段）、LSC3（茅三段）。

2.1.1.1 棲霞組/LSC1界面

該界面無(wú)論在以臺(tái)地/臺(tái)緣為代表的淺水相區(qū)，還是以陸棚為代表的深水相區(qū)均易于識(shí)別。該界面之下為棲霞組泥-亮晶生屑灰?guī)r，界面之上突變?yōu)槊┛诮M底部生屑泥晶灰?guī)r，為典型的巖性巖相轉(zhuǎn)換面。常規(guī)測(cè)井曲線表現(xiàn)為自然伽馬由箱狀低值開始大幅度正向漂移的起始位置，反映沉積能量開始由強(qiáng)變?nèi)酰ㄒ妶D2a）。元壩6井成像資料上可明顯觀察到該界面為一不整合面（見圖2b），界面之下見溶蝕特征，發(fā)育溶溝、角礫等，而界面之上為成層狀沉積（見圖2c）。反映典型的基準(zhǔn)面由下降至上升的轉(zhuǎn)換過程。通過地震標(biāo)定，該界面在淺水相區(qū)及深水相區(qū)均為一波峰反射特征（見圖3）。

圖2 棲霞組/LSC1界面特征（GR—自然伽馬；Δt—聲波時(shí)差）

2.1.1.2 LSC1/LSC2界面

該界面在淺水與深水相區(qū)特征基本一致。界面之下為泥-亮晶生屑灰?guī)r，界面之上突變?yōu)樯寄嗑Щ規(guī)r，為典型的巖性巖相轉(zhuǎn)換面（見圖4a）。常規(guī)測(cè)井曲線表現(xiàn)為自然伽馬由下降至上升的轉(zhuǎn)換處（見圖4a）。元壩6井成像資料上可識(shí)別出該界面為一暴露面，界面之下可見花斑狀溶蝕特征，界面之上為薄層狀沉積（見圖4b）。長(zhǎng)江溝剖面該界面之下見明顯的巖溶特征，發(fā)育巖溶角礫及溶溝（見圖4c）。反映典型的基準(zhǔn)面由下降至上升的轉(zhuǎn)換過程。通過地震標(biāo)定，該界面在淺水相區(qū)為波峰反射，在深水相區(qū)為零相位反射（見圖3）。

圖3 研究區(qū)層序界面在地震資料上的特征

圖4 LSC1/LSC2界面特征

2.1.1.3 LSC2/LSC3界面

該界面在淺水與深水相區(qū)具有不同的識(shí)別特征。淺水相區(qū)界面之下為亮晶生屑灰?guī)r，界面之上突變?yōu)樯寄嗑Щ規(guī)r（見圖5a）；深水相區(qū)界面之下為泥晶生屑灰?guī)r或生屑泥晶灰?guī)r，界面之上突變?yōu)樯寄嗑Щ規(guī)r或暗色硅質(zhì)泥巖（見圖5b）。常規(guī)測(cè)井曲線在淺水相區(qū)表現(xiàn)為自然伽馬由下降至緩慢上升的轉(zhuǎn)換處（見圖5a），深水相區(qū)表現(xiàn)為自然伽馬由低值大幅度快速正向漂移的轉(zhuǎn)換處（見圖5b）。成像資料上，該界面在元壩224井所代表的淺水相區(qū)表現(xiàn)為一典型暴露面，界面之下可見溶溝、溶洞及角礫充填特征，界面之上巖性較為均質(zhì)（見圖5c）；元壩3井所代表的深水相區(qū)該界面亦為一暴露面，界面之下可見大量溶蝕孔洞發(fā)育，而界面之上突變?yōu)楸訝钫３练e（見圖5d）。長(zhǎng)江溝剖面該界面為一典型的暴露面，界面之下發(fā)育巖溶角礫及溶溝（見圖5e）。因此該界面反映典型的基準(zhǔn)面由下降至上升的轉(zhuǎn)換位置。通過地震標(biāo)定，該界面在淺水相區(qū)及深水相區(qū)均為一波峰反射特征（見圖3）。

圖5 LSC2/LSC3界面特征

2.1.1.4 LSC3/吳家坪組界面

該界面在淺水與深水相區(qū)具有不同的識(shí)別特征。淺水相區(qū)界面之下為泥-亮晶生屑灰?guī)r，界面之上突變?yōu)閰羌移航M底部泥巖（見圖6a）；深水相區(qū)界面之下為暗色硅質(zhì)泥巖，界面之上突變?yōu)閰羌移航M底部鋁土質(zhì)泥巖、泥巖等（見圖6b）。測(cè)井資料上需結(jié)合多種曲線或?qū)嶋H情況綜合判斷，在淺水相區(qū)，該界面之下通常表現(xiàn)為自然伽馬相對(duì)低值，界面之上大幅度正向漂移為高值的特征，但受到茅口組末期長(zhǎng)時(shí)間暴露風(fēng)化的影響，可能在頂部存在風(fēng)化殘余角礫間充填大量泥質(zhì)的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致LSC3頂部自然伽馬及聲波時(shí)差有所升高（見圖6a）；在深水相區(qū)，由于界面之下暗色硅質(zhì)泥巖與界面之上鋁土質(zhì)泥巖在自然伽馬曲線均表現(xiàn)為高值特征，難以區(qū)分，因此需結(jié)合自然伽馬能譜測(cè)井綜合判斷，界面之下表現(xiàn)為高U、低Th、低K的還原環(huán)境特征，而界面之上表現(xiàn)為低U、高Th、高K的氧化環(huán)境特征（見圖6b）。成像資料上，該界面在元壩 224井所代表的淺水相區(qū)表現(xiàn)為一典型暴露面，界面之下可見高角度溶溝、溶洞，界面之上為薄層狀正常沉積（見圖6c）；元壩3井所代表的深水相區(qū)由于界面上下均為薄層狀泥巖類沉積，因此在成像上對(duì)于該界面的識(shí)別效果不佳（見圖6d）。綜合各類資料來(lái)看，該界面亦為典型的基準(zhǔn)面由下降至上升的轉(zhuǎn)換位置。通過地震標(biāo)定，該界面在淺水相區(qū)為波峰反射，在深水相區(qū)為零相位反射特征（見圖3）。

圖6 LSC3/吳家坪組界面特征（w(K)—伽馬能譜測(cè)井鉀含量；w(Th)—伽馬能譜測(cè)井釷含量；w(U)—伽馬能譜測(cè)井鈾含量）

2.1.2 連井層序劃分及對(duì)比

雙魚石—礦山梁連井對(duì)比剖面顯示 3個(gè)長(zhǎng)期旋回層序橫向連續(xù)性及可對(duì)比性較強(qiáng)（見圖 7），茅一段（LSC1）整體GR值較高且厚度較大，雙魚石地區(qū)厚度略高于長(zhǎng)江溝、礦山梁地區(qū)；茅二段（LSC2）厚度較薄，整體GR值降低，地層厚度由雙魚石地區(qū)向其東北方向逐漸減薄；茅三段（LSC3）厚度差異較大，雙魚石地區(qū)較厚，GR值整體較低，向其東北方向快速轉(zhuǎn)變?yōu)镚R值較高且厚度較薄的特征。

圖7 雙魚石—射箭河—雙探2井區(qū)—礦山梁茅口組層序?qū)Ρ绕拭妫ㄆ拭嫖恢靡妶D1a）

2.1.3 關(guān)鍵層位地震時(shí)差成圖

地震尺度橫向分析發(fā)現(xiàn)，除茅三段（LSC3）底界可追蹤性較差以外，茅一段（LSC1）底界、茅二段（LSC2）底界、吳家坪組底界相對(duì)連續(xù)可追蹤（見圖8），因此選取資料條件較好且控制整個(gè)研究區(qū)的21條地震測(cè)線（包括二維、三維及二三維拼接）重點(diǎn)對(duì)上述3個(gè)界面進(jìn)行追蹤對(duì)比（見圖1），于地震測(cè)線控制下的地震成圖區(qū)可計(jì)算出茅一段（LSC1）、茅二段與茅三段（LSC2+LSC3）時(shí)差厚度（見圖9），以反映其地層厚度變化趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，茅一段在蒼溪—閬中一帶存在一時(shí)差厚度高值區(qū)，茅二段與茅三段在蒼溪以北、梓潼—馬角壩—?jiǎng)﹂w一帶時(shí)差厚度較高，而向劍閣東北方向時(shí)差厚度急劇變低。

圖8 過A—A′（a）、B—B′（b）測(cè)線關(guān)鍵層位地震追蹤對(duì)比剖面（剖面位置見圖1a）

圖9 LSC1（a）與LSC2+LSC3（b）時(shí)差厚度平面分布圖

2.1.4 層序平面展布特征

在層序平面展布圖編制過程中，對(duì)處于龍門山推覆體上盤的野外露頭及井位進(jìn)行了大致的平移恢復(fù)，根據(jù)西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院內(nèi)部成果向北西方向移動(dòng)了近20 km，以保證最大程度反映沉積期的層序厚度展布特征。同時(shí)雖然LSC2、LSC3時(shí)差厚度在地震尺度上未能實(shí)現(xiàn)分別刻畫，但統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn) LSC2、LSC3厚度分別與LSC2+LSC3總厚度呈正相關(guān)關(guān)系，因此LSC2+LSC3時(shí)差厚度依然可以近似控制LSC2、LSC3的厚度變化趨勢(shì)。

茅口組沉積初期四川盆地廣泛海侵[3]，經(jīng)40余口鉆井及野外露頭數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在川西北地區(qū) LSC1與下伏棲二段厚度呈正相關(guān)性，表明二者具有類似的沉積地貌特征，因此根據(jù)前期棲霞組研究成果[24-25]，結(jié)合LSC1地震成圖區(qū)時(shí)差厚度趨勢(shì)，編繪LSC1厚度平面展布圖（見圖 10a）。青川地區(qū)以南以及雙魚石地區(qū)發(fā)育北東—南西向條帶狀相對(duì)厚值區(qū)，研究區(qū)東北部及東南部分別受漢南古隆起及川北古隆起控制而發(fā)育片狀厚值區(qū)，其中蒼溪—閬中地區(qū)厚度最大（見圖10a）。

LSC2厚度發(fā)生分異，青川、廣元、正源以北地區(qū)厚度可能不到10 m，廣元—旺蒼以南、廣元—馬角壩以北一帶存在2個(gè)厚度低值區(qū)，厚度為10～20 m。雙魚石—?jiǎng)﹂w、梓潼以南、龍崗西—元壩等地區(qū)地層厚度較大，平均超過80 m（見圖10b）。

圖10 川西北地區(qū)茅口組層序厚度平面展布圖

LSC3厚度分異程度進(jìn)一步加強(qiáng)，馬角壩以北及青川、廣元、旺蒼地區(qū)地層厚度普遍低于20 m；雙魚石—?jiǎng)﹂w、江油以北、梓潼以南、龍崗西—元壩等地區(qū)地層厚度較大，平均超過80 m，最大可達(dá)100 m（見圖 10c）。

2.2 沉積特征

2.2.1 主要沉積相類型及特征

基于露頭剖面、鉆井薄片資料可在茅口組內(nèi)識(shí)別出多種沉積相類型，主要包括開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、斜坡、陸棚等。

開闊臺(tái)地沉積水體相對(duì)開闊，包括臺(tái)內(nèi)高能灘、臺(tái)內(nèi)低能攤、灘間海、開闊海等亞相。臺(tái)內(nèi)高能灘形成于正常浪基面之上的波浪擾動(dòng)環(huán)境，包含較多的破碎生物碎屑，顆粒間為亮晶方解石膠結(jié)（見圖 11a）。臺(tái)內(nèi)低能灘形成于浪基面附近及以下，能量相對(duì)較低，主要以泥晶生屑灰?guī)r沉積為主（見圖 11b）。灘間海及開闊海均為浪基面以下低能沉積環(huán)境，生物碎屑含量普遍較低，分別以生屑泥晶灰?guī)r及泥晶灰?guī)r沉積為特征（見圖11c—11d）。

圖11 川西北地區(qū)茅口組主要沉積相類型

臺(tái)地邊緣位于開闊臺(tái)地與斜坡之間的過渡帶，向廣海一側(cè)波浪擾動(dòng)作用較為強(qiáng)烈，主要以臺(tái)緣高能灘亞相沉積為主，可見造礁生物殘片（見圖11e）及晶粒白云巖（見圖 11f）。關(guān)于晶粒白云巖的成因，前人認(rèn)為其成巖流體為海水、熱液或混合水[26-28]，但無(wú)論何種流體性質(zhì)，均認(rèn)為灘相沉積形成的先期孔滲層為白云石化最主要的成巖流體通道[29-30]，其原巖類型往往是具有一定孔隙空間的亮晶生屑灰?guī)r。

斜坡位于臺(tái)地邊緣向深水陸棚的過渡帶，水體相對(duì)較深，以泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r等巖石類型組合為主（見圖11g—11h），往往緊鄰陸棚沉積。

陸棚位于斜坡向廣海一側(cè)的深水區(qū)，水體能量極低，以硅質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖互層沉積為主，包含有大量反映深水沉積的生物，如放射蟲等（見圖11i）。

2.2.2 不同相區(qū)沉積相縱橫向特征

結(jié)合研究區(qū)實(shí)際沉積背景，在沉積相類型識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)沉積相縱橫向發(fā)育情況進(jìn)行分析，主要包括開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、斜坡、陸棚 4個(gè)沉積相帶，臺(tái)地/臺(tái)緣區(qū)與斜坡/陸棚區(qū)具有不同的沉積特征。以分別代表臺(tái)地/臺(tái)緣區(qū)的雙探1井和斜坡/陸棚區(qū)的長(zhǎng)江溝剖面為例（見圖 12），茅一段（LSC1）沉積期，未發(fā)生沉積環(huán)境的較大分異，均為開闊臺(tái)地沉積，以臺(tái)內(nèi)低能灘、臺(tái)內(nèi)高能灘、灘間海、開闊海等亞相為主；茅二段（LSC2）沉積期，雙探1井為開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣沉積，而長(zhǎng)江溝剖面演變?yōu)樾逼碌湍艹练e，厚度上也有明顯減薄的特征；茅三段（LSC3）沉積期，雙探 1井依舊以開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣沉積為主，長(zhǎng)江溝剖面由斜坡逐漸過渡為硅質(zhì)泥巖發(fā)育的深水陸棚沉積。沉積相的縱橫向變化總體反映出研究區(qū)不同區(qū)域沉積環(huán)境的持續(xù)分異特征。

圖12 不同相區(qū)沉積相縱橫向特征

2.3 巖相古地理展布及演化特征

受東吳運(yùn)動(dòng)抬升作用影響，整個(gè)四川盆地茅口組沉積末期遭受不同程度的剝蝕，LSC3現(xiàn)存厚度相對(duì)沉積期也有一定的缺失。茅口組沉積末期川西北地區(qū)表現(xiàn)為低部位侵蝕為主的巖溶特征[18]，根據(jù)連井層序?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)（見圖3），現(xiàn)今LSC3厚度較大的區(qū)域GR值普遍較低且灘相比例較大，厚度較小的區(qū)域GR值相對(duì)較高且灘相比例較小，表明現(xiàn)今殘余 LSC3厚度及巖性比例依舊可大致反映沉積期的特征。茅口組內(nèi)部暴露面暴露程度及范圍小于茅口組沉積末期暴露面[3,17]，對(duì)整體地層厚度趨勢(shì)沒有太大影響。因此根據(jù)主要單因素編圖法[30]，將層序殘余地層厚度作為主要單因素，對(duì)LSC1、LSC2、LSC3巖相古地理進(jìn)行重建（見圖 13）。

LSC1沉積期，基本繼承了棲霞組沉積末期的沉積地貌特征，但由于海侵程度較大，因此灘相比例及分布范圍相比棲霞組晚期下降不少。青川以西及以北地區(qū)為廣海陸棚，青川以南及雙魚石地區(qū)發(fā)育北東—南西向條帶狀灘相沉積，研究區(qū)東北部及東南部分別受漢南古隆起及川北古隆起控制而發(fā)育大面積灘相沉積，其余地區(qū)為灘間海及開闊海低能沉積（見圖13a）。

圖13 川西北地區(qū)茅口組層序-巖相古地理分布圖

LSC2沉積期由于受上揚(yáng)子北緣勉略古洋盆擴(kuò)張[31-32]所形成的伸展構(gòu)造及基底斷裂控制，產(chǎn)生北東向及北西西向的應(yīng)力作用[12]，沉積基底自北向南呈幕式沉降。此時(shí)研究區(qū)最北緣已陷落為廣海陸棚沉積，青川以南及旺蒼地區(qū)也發(fā)生不同程度的下沉，形成規(guī)模較小的外排臺(tái)緣帶；馬角壩以北—廣元—旺蒼以南沉降為臺(tái)內(nèi)洼地，因此在江油—雙魚石—?jiǎng)﹂w、龍崗西—元壩—龍崗地區(qū)發(fā)育內(nèi)排臺(tái)緣帶；梓潼以南地區(qū)發(fā)育一塊面積較大的臺(tái)內(nèi)灘。其余地區(qū)以灘間海、開闊海、少量臺(tái)內(nèi)低能灘為主（見圖13b）。

LSC3沉積期，構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，研究區(qū)整個(gè)北部區(qū)域均沉降為廣海陸棚，外排臺(tái)緣帶消失，此階段臺(tái)緣帶基本與茅二段沉積期展布趨勢(shì)一致，包括北東向的江油—雙魚石—?jiǎng)﹂w臺(tái)緣帶和北西西向的龍崗西—元壩臺(tái)緣帶；梓潼及閬中以南地區(qū)發(fā)育臺(tái)內(nèi)高能灘沉積；其余地區(qū)以灘間海、開闊海沉積為主，蒼溪西南部、閬中地區(qū)受構(gòu)造分應(yīng)力作用，可能在局部地區(qū)形成水體較深的臺(tái)洼沉積（見圖13c）。

整個(gè)茅口組從開始沉積到最終暴露，應(yīng)該是在一個(gè)持續(xù)構(gòu)造差異沉降過程中進(jìn)行的，每階段的沉積特征均是對(duì)勉略古洋盆擴(kuò)張及峨眉地幔柱隆升過程的響應(yīng)[12]。

3 古巖溶地貌恢復(fù)及油氣地質(zhì)意義

3.1 古巖溶地貌恢復(fù)及特征

古巖溶地貌對(duì)于巖溶儲(chǔ)集層發(fā)育具有重要控制作用[33]。目前對(duì)川西北地區(qū)茅口組古巖溶地貌也有相關(guān)研究[18]，但基本只是針對(duì)茅口組頂部巖溶地貌的研究，并且通常以整個(gè)茅口組厚度來(lái)恢復(fù)頂部古巖溶地貌。本文研究明確了茅口組各沉積時(shí)期的層序展布特征并分析了相應(yīng)的巖相古地理演化過程，并且從野外剖面、成像資料上發(fā)現(xiàn)LSC1頂部、LSC2頂部、LSC3頂部均存在不同程度的暴露證據(jù)，因此具備從更精細(xì)的角度分析古巖溶地貌的條件。

以長(zhǎng)江溝剖面及元壩6井LSC1頂界為例，界面之下可見明顯的巖溶作用特征，發(fā)育角礫、溶溝（洞）（加圖4），但整體影響深度較小。由于長(zhǎng)江溝剖面、元壩6井在LSC1沉積期處于臺(tái)內(nèi)低能灘位置，推測(cè)LSC1末期有一次小規(guī)模的海平面下降過程，僅在局部地貌高部位灘體中存在短暫的準(zhǔn)同生期暴露溶蝕作用，而地貌低部位灘間、開闊海等區(qū)域未發(fā)生暴露，不具備大規(guī)模巖溶地貌形成的條件。

LSC2頂界在長(zhǎng)江溝剖面及多口井上均可觀察到暴露特征。長(zhǎng)江溝剖面該界面之下發(fā)育巖溶角礫、溶溝；元壩3井界面之下有20 m左右厚的巖溶發(fā)育帶，發(fā)育角礫、溶溝、溶洞等（見圖5）；元壩224井界面之下巖溶發(fā)育帶厚約10 m，以高角度溶溝及塑性角礫為主。結(jié)合長(zhǎng)江溝剖面、元壩3井、元壩224井在LSC2沉積期所處的相帶位置以及巖溶發(fā)育強(qiáng)度和特征，認(rèn)為L(zhǎng)SC2沉積后發(fā)生的海退幅度及范圍較LSC1末期更大，且海平面至少下降至臺(tái)緣斜坡以下，整個(gè)臺(tái)地、臺(tái)緣及斜坡均發(fā)生暴露且受到巖溶作用改造，具備古巖溶地貌形成的條件。并且由于LSC2殘余地層厚度大的區(qū)域整體沉積能量較高，殘余地層厚度小的區(qū)域沉積能量較低（見圖10b、圖13b），因此綜合分析認(rèn)為，殘余厚度大小與古巖溶地貌高低具有正相關(guān)性。以LSC2殘余厚度恢復(fù)出其沉積末期古巖溶地貌（見圖14a），巖溶高地發(fā)育區(qū)厚度相對(duì)較大（大于55 m），主要分布在江油—雙魚石—?jiǎng)﹂w—蒼溪及其以南地區(qū)，同時(shí)長(zhǎng)江溝、旺蒼以北存在兩個(gè)相對(duì)孤立且規(guī)模較小的巖溶高地（厚度大于55 m），其余地區(qū)為巖溶斜坡（厚度為25～55 m）及巖溶洼地（厚度小于25 m）。

圖14 茅二段（LSC2）沉積末期（a）及茅三段（LSC3）沉積末期（b）古巖溶地貌展布特征

茅口組沉積末期由于區(qū)域性抬升作用導(dǎo)致海水退出四川盆地，是中二疊世末期最大的一次暴露事件，整個(gè)研究區(qū)長(zhǎng)期遭受強(qiáng)烈的巖溶侵蝕過程。以元壩224井為例，LSC3頂界以下巖溶影響深度約 30～40 m，以高角度溶溝、溶洞、巖溶角礫發(fā)育為特征（見圖6），自上至下強(qiáng)度逐漸減弱。由于茅口組沉積末期巖溶表現(xiàn)為低部位侵蝕為主[18]，因此同樣可以采用殘厚法對(duì)其古巖溶地貌進(jìn)行恢復(fù)。以LSC3殘余厚度恢復(fù)出茅口組沉積末期的巖溶古地貌（見圖 14b），巖溶高地發(fā)育區(qū)厚度相對(duì)較大（大于60 m），主要分布于江油—雙魚石—?jiǎng)﹂w—蒼溪及其以南地區(qū)，以北演變?yōu)閹r溶洼地（厚度小于 25 m），二者之間為巖溶斜坡帶（厚度為25～55 m）。

3.2 油氣地質(zhì)意義

根據(jù)巖相古地理及古巖溶地貌的恢復(fù)結(jié)果，結(jié)合油氣測(cè)試資料，探討川西北茅口組各時(shí)期沉積相及古巖溶地貌對(duì)于油氣儲(chǔ)集的地質(zhì)意義（見表 1）。結(jié)果表明巖溶高地中的溶丘與巖溶斜坡是有利的天然氣儲(chǔ)集單元，高產(chǎn)井（包括氣或水）主要集中在巖溶高地的溶丘及靠近巖溶溝槽的巖溶斜坡帶，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集相帶則為臺(tái)緣、臺(tái)內(nèi)高能灘。可見優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集區(qū)帶主要有高能灘與溶丘組合以及臺(tái)緣斜坡與巖溶斜坡組合。分析認(rèn)為第 1種組合類型成因?yàn)槌练e期處于浪基面以上的高能灘體具有相對(duì)較好的孔喉結(jié)構(gòu)[34]，在海平面下降暴露之后往往繼承性演化形成巖溶高地上的溶丘地貌單元，受大氣淡水淋濾進(jìn)一步改善儲(chǔ)集空間，并且溶蝕產(chǎn)物易于帶走，最終保留較多溶蝕孔洞。第 2種組合類型成因有所不同，其沉積相并非最有利的類型，臺(tái)緣斜坡處于臺(tái)地邊緣與深水陸棚的過渡區(qū)，在頂部可能靠近臺(tái)緣灘而發(fā)育一些相對(duì)高能沉積，但原始儲(chǔ)集性整體上并不好，但由于各階段沉積末期構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致海平面下降，沉積期地貌很大程度上決定了古巖溶地貌的趨勢(shì)，因此沉積期臺(tái)緣斜坡繼承發(fā)展為巖溶斜坡，巖溶斜坡主要以徑流狀態(tài)為主，溶蝕作用強(qiáng)烈[18,35-37]，即使原始儲(chǔ)集空間有限，依然能夠改造形成孔洞型儲(chǔ)集層。

表1 茅口組各階段古巖溶地貌單元及沉積相與測(cè)試產(chǎn)量關(guān)系表

依照優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集相帶疊合古巖溶地貌的思路，疊合各時(shí)期優(yōu)勢(shì)相及古巖溶地貌單元，對(duì)川西北地區(qū)茅口組最有利的儲(chǔ)集區(qū)帶進(jìn)行預(yù)測(cè)（見圖15）。高能灘相+溶丘疊合區(qū)主要分布在雙魚石、龍崗西、元壩等地區(qū)，受臺(tái)緣及臺(tái)內(nèi)高能灘相控制明顯，疊合巖溶改造易形成孔隙型、小型溶洞型儲(chǔ)集層。巖溶斜坡帶及多期疊合區(qū)，研究區(qū)北部主要發(fā)育LSC2沉積末期巖溶斜坡，主要分布在長(zhǎng)江溝—礦山梁周緣地區(qū)以及旺蒼—九龍山周緣地區(qū)；而多期巖溶斜坡疊合區(qū)主要沿雙魚石、龍崗西、元壩以北等地區(qū)呈環(huán)帶狀展布，儲(chǔ)集空間的形成主要受控于后期巖溶改造，原始沉積相帶不起決定性作用，非均質(zhì)性較強(qiáng)但易形成溶蝕規(guī)模較大的孔洞型儲(chǔ)集層。因此，茅口組這兩類有利儲(chǔ)集區(qū)帶有望成為下一步川西海相多層系勘探的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域之一。

圖15 茅口組最有利儲(chǔ)集區(qū)帶綜合預(yù)測(cè)圖

4 結(jié)論

川西北地區(qū)茅口組可劃分為L(zhǎng)SC1—LSC3共3個(gè)長(zhǎng)期旋回，分別對(duì)應(yīng)茅一段—茅三段。LSC1至LSC3地層厚度持續(xù)分異，研究區(qū)北部地層逐漸減薄，厚度高值區(qū)位于雙魚石—?jiǎng)﹂w、江油以北、梓潼以南、龍崗西—元壩地區(qū)。LSC1主要為水體相對(duì)較深的碳酸鹽臺(tái)地沉積體系，自LSC2沉積期開始，受上揚(yáng)子北緣勉略洋盆持續(xù)擴(kuò)張所形成的伸展構(gòu)造及地幔柱隆升產(chǎn)生的基底斷裂控制，在北西西及北東方向產(chǎn)生構(gòu)造分異，沉積基底自北向南呈幕式沉降，導(dǎo)致LSC2至LSC3沉積體系自北向南由陸棚-斜坡-臺(tái)緣-臺(tái)地共同組成。

茅口組內(nèi)部存在 3期暴露面，分別位于 LSC1、LSC2、LSC3的頂部，其中 LSC2、LSC3頂部暴露規(guī)模和程度相對(duì)較大，具備形成古巖溶地貌的條件，可劃分出巖溶高地、巖溶斜坡及巖溶洼地等古巖溶地貌單元，并且古巖溶地貌單元對(duì)沉積地貌單元具有繼承性，如沉積期地貌高部位灘相沉積發(fā)展為巖溶高地上的溶丘區(qū)，灘間海、開闊海等低部位發(fā)展為淺洼區(qū)，臺(tái)緣斜坡往往繼承發(fā)展為巖溶斜坡。

分析認(rèn)為沉積相及古巖溶地貌對(duì)于油氣儲(chǔ)集具有重要意義，高能灘與溶丘組合以及臺(tái)緣斜坡與巖溶斜坡組合是現(xiàn)有高產(chǎn)井所驗(yàn)證的兩種優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集區(qū)帶組合類型。疊合川西北地區(qū)多期優(yōu)質(zhì)相帶及古巖溶地貌單元，預(yù)測(cè)最為有利的儲(chǔ)集區(qū)帶：①分布于雙魚石、龍崗西、元壩地區(qū)的高能灘相+溶丘疊合區(qū)；②長(zhǎng)江溝—礦山梁周緣地區(qū)以及旺蒼—九龍山周緣地區(qū)的 LSC2沉積末期巖溶斜坡帶，以及雙魚石、龍崗西、元壩地區(qū)以北呈環(huán)帶狀展布的多期巖溶斜坡疊合區(qū)。