劉文棟，鐘大康，孫海濤，曾鑫耀，梁雪祺，胡欣，李榮容，彭思橋，宋雨佳

1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

3.中石油西南油田分公司川西北氣礦，四川江油 621741

0 引言

四川盆地西北部中二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)育厚層白云巖儲層，成為近年來油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)層系。早期，盆地內(nèi)棲霞組勘探主要集中在蜀南地區(qū)，以尋找灰?guī)r縫洞型儲層為主[1]；20世紀(jì)70年代，川西北河灣場構(gòu)造帶開展油氣勘探，未發(fā)現(xiàn)棲霞組白云巖，獲得地質(zhì)儲量較少；21世紀(jì)初，川西北礦山梁構(gòu)造帶礦2井，鉆遇棲霞組44 m厚白云巖，雖儲層產(chǎn)水，未在其中獲得油氣，但證實(shí)了該地區(qū)厚層白云巖的存在[2-3]。2012年，川西北雙魚石構(gòu)造帶雙探1井，鉆遇棲霞組厚層孔隙型白云巖儲層，2014年完井測試獲氣87.6×104方/日，至此拉開了川西北棲霞組白云巖勘探的序幕。隨后在該地區(qū)又相繼部署了雙探3井、雙探8井、雙探12井以及雙魚001-1井等，均獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，顯示出該地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組具有巨大的勘探潛力。前人研究多表明，川西北棲霞組白云巖發(fā)育與高能灘相沉積關(guān)系密切[4-6]，因此，對該地區(qū)棲霞組沉積特征和沉積格局進(jìn)行研究，查明棲霞組灘相白云巖儲層發(fā)育和展布規(guī)律，對該地區(qū)棲霞組油氣勘探具有重要意義。

前人對川西北中二疊統(tǒng)棲霞組沉積相已做了大量研究工作，并提出了不同觀點(diǎn)。黃先平等[7]從全盆地出發(fā)，發(fā)現(xiàn)四川盆地中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖主體為灘相沉積，有利儲集相主要分布在川西—川南一帶，沿盆地邊緣呈弧形展布；陳宗清[1]認(rèn)為四川盆地棲霞組為碳酸鹽巖臺地沉積，川西北部屬于臺內(nèi)淺緩坡高能相帶，具備發(fā)育有效儲層的條件；胡明毅等[6]結(jié)合層序地層學(xué)理論，認(rèn)為盆地西部在棲霞晚期沉積水體較淺，發(fā)育高位體系域，于川西—川西北一線發(fā)育臺緣灘；魏國齊等[8-9]認(rèn)為揚(yáng)子板塊西緣棲霞組沉積早期主要由海侵體系域構(gòu)成，晚期發(fā)育高位體系域，在川西一帶發(fā)育臺地邊緣相，并進(jìn)一步指出臺緣高能灘為棲霞早期較低能開闊淺水沉積的基礎(chǔ)上發(fā)育而來，區(qū)域上分布于龍門山和米倉山山前帶；同時(shí)，亦有學(xué)者認(rèn)為川西北棲霞組屬于碳酸鹽緩坡或兼具發(fā)育臺地邊緣的緩斜坡沉積[10-13]。經(jīng)過前期眾多研究，川西北地區(qū)棲霞組沉積演化以及沉積相展布大體輪廓已基本建立，但棲霞組灘相沉積范圍刻畫不夠清晰，灘體縱向和平面演化規(guī)律研究相對薄弱，導(dǎo)致對川西北地區(qū)棲霞組大規(guī)模灘相沉積發(fā)育時(shí)期和空間展布認(rèn)識不足，缺乏預(yù)測性。同時(shí)前人多從沉積角度出發(fā)討論棲霞組灘體發(fā)育規(guī)律，對川西北地區(qū)棲霞組沉積期古地貌的研究不多，棲霞組白云巖儲層發(fā)育主控因素還未明朗，制約了該地區(qū)油氣勘探開發(fā)進(jìn)展。針對以上問題，本文在前人研究基礎(chǔ)之上，利用野外露頭、巖心觀察、大量薄片分析鑒定、測井和地震資料，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造沉積演化，分期次對棲霞組沉積特征和沉積格局展開研究，探討棲霞組大規(guī)模灘相沉積發(fā)育時(shí)期和空間展布范圍；同時(shí)，結(jié)合沉積特征和棲霞組白云巖發(fā)育規(guī)律，從四川盆地區(qū)域構(gòu)造活動方面討論川西北棲霞期基本古地貌特征，分析古地貌對高能灘相沉積的影響及其與白云巖儲層發(fā)育之間的關(guān)系，明確棲霞組白云巖儲層發(fā)育主控因素，預(yù)測棲霞組有利沉積相帶分布，以期為該地區(qū)油氣勘探提供沉積儲層依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于川西北部江油、劍閣、廣元和旺蒼一帶，在大地構(gòu)造位置上屬于揚(yáng)子板塊西北緣，處于龍門山造山帶和米倉山隆起帶與川北古中坳陷低緩帶的過渡區(qū)[14]（圖1）。由于印支期龍門山逆沖推覆作用影響，以及燕山和喜山期構(gòu)造作用的疊加，除該區(qū)北部廣大露頭區(qū)外，二疊系普遍埋藏較深且斷塊發(fā)育，其中斷裂溝通下伏寒武系烴源巖，油氣地質(zhì)條件十分優(yōu)越[3,14]。

圖1 川西北中二疊統(tǒng)棲霞組地質(zhì)概況（a）研究區(qū)位置及地質(zhì)構(gòu)造綱要（據(jù)文獻(xiàn)[14]修改）；（b）研究區(qū)長江溝剖面棲霞組地層柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)[8]修改）；（c）川西北二疊系沉積前古地質(zhì)圖Fig.1 Geological overview of the Middle Permian Qixia Formation in the northwestern Sichuan Basin

早二疊世，受石炭紀(jì)末期云南運(yùn)動影響，四川盆地及其鄰區(qū)大范圍抬升遭受剝蝕，使得該區(qū)普遍缺失下二疊統(tǒng)，中二疊統(tǒng)下部梁山組直接假整合于石炭系之上[15]，個(gè)別剝蝕強(qiáng)烈地區(qū)，梁山組直接與下伏志留系甚至寒武系接觸[16]。云南運(yùn)動后的揚(yáng)子地臺經(jīng)長期剝蝕已基本準(zhǔn)平原化，為中二疊世海侵創(chuàng)造了條件，中二疊統(tǒng)底部梁山組總體為一套海侵初期的濱岸、沼澤相含煤碎屑巖沉積，隨后海侵大范圍到來，開始了棲霞組清水碳酸鹽巖沉積[17]。研究區(qū)棲霞組厚約80～135 m，與下伏梁山組和上覆茅口組均為整合接觸，其下部主要為深灰色薄至中層狀生屑泥晶灰?guī)r、深灰色厚層狀泥晶生屑灰?guī)r，偶夾薄層泥巖或泥灰?guī)r，中上部主要為淺灰色、灰白色厚層至塊狀亮晶生屑灰?guī)r、白云巖以及灰質(zhì)云巖等，頂部逐漸過渡為“豹斑狀”云質(zhì)灰?guī)r或泥—亮晶生屑灰?guī)r。其中棲霞組中上部厚層至塊狀白云巖在川西北分布廣泛，溶蝕孔洞較為發(fā)育，為研究區(qū)主要的儲集巖類。

2 棲霞組沉積特征

梁山組沉積后，上揚(yáng)子地區(qū)開始經(jīng)歷較大規(guī)模的海侵，該時(shí)期海域廣闊、構(gòu)造穩(wěn)定、陽光充足，生物繁盛，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育了棲霞組海相碳酸鹽巖沉積。棲霞組沉積早期，水體相對較深，主要以開闊臺地沉積為主，至中晚期，海平面下降，開始大面積發(fā)育臺地邊緣沉積，根據(jù)野外露頭、鉆井巖性及電性特征，可將其劃分為棲（棲霞組）一段和棲二段。

2.1 棲一段沉積特征

棲一段以灰黑色、深灰色薄層至中層狀泥晶灰?guī)r，生屑泥晶灰?guī)r以及泥晶生屑灰?guī)r為主，偶夾薄層泥巖、泥灰?guī)r，總體含泥質(zhì)較重（圖2a，b），在成像測井中表現(xiàn)為薄至中層狀灰?guī)r與薄層泥巖或泥灰?guī)r間互沉積（圖2g）。棲一段泥晶生屑灰?guī)r中生物種類豐富，以有孔蟲、腕足、腹足、苔蘚蟲以及藻類生物碎屑為主，含少量棘皮類（圖2c，d），所含藻類中具大量以翁格達(dá)藻（Ungdarellaceae）為代表的紅藻類生物碎屑（圖2e，f）。該特征指示研究區(qū)棲一段沉積期為水體相對較深、沉積速率緩慢、波浪作用弱的低能環(huán)境。

圖2 研究區(qū)棲一段宏觀及微觀沉積特征（a）深灰色薄至中層狀生屑灰?guī)r，棲一段，通口剖面；（b）深灰色中層狀生屑灰?guī)r，棲一段，金真村剖面；（c）泥晶生屑灰?guī)r，含有孔蟲、棘屑和少量介殼類生物碎片，粒間主要為灰泥充填，單偏光，棲一段，通口剖面；（d）泥晶生屑灰?guī)r，主要含有孔蟲、苔蘚和介殼類，并可見少量鈣球，粒間灰泥充填，單偏光，棲一段，金真村剖面；（e）生屑泥晶灰?guī)r，灰泥含量較多，含大量翁格達(dá)藻碎片（白色箭頭所示），單偏光，棲一段，貓兒塘剖面；（f）生屑泥晶灰?guī)r，含大量翁格達(dá)藻碎片（白色箭頭所示），單偏光，棲一段，貓兒塘剖面；（g）棲一段成像測井，表現(xiàn)為薄至中層狀灰?guī)r與薄層泥巖、泥灰?guī)r互層，灰?guī)r呈高阻亮黃色，泥灰?guī)r或泥巖電阻率較低，電成像呈暗黑色，雙探8井Fig.2 Macro and micro sedimentary characteristics for the first member of the Qixia Formation in the study area

2.2 棲二段沉積特征

棲二段沉積期水體變淺，波浪作用較強(qiáng)，粒間灰泥多被淘洗帶走，巖性以淺灰、灰白色厚層至塊狀白云巖（圖3a～d）、“豹斑狀”云質(zhì)灰?guī)r（圖3e）、亮晶生屑灰?guī)r（圖3g）和泥—亮晶生屑灰?guī)r（圖3h）為主。其中，生屑灰?guī)r中生物種類豐富，以有孔蟲、腕足、棘皮類和藻類碎片為主。與棲一段不同的是，沉積物中紅藻減少，以粗枝藻（Dasycladaceae）為代表的綠藻類生物碎屑增多（圖3g，h）。該時(shí)期為棲霞組主要的成灘期，灘體后期發(fā)生白云石化及埋藏溶蝕作用，白云巖晶間孔和溶蝕孔洞發(fā)育，形成了該地區(qū)優(yōu)質(zhì)白云巖儲層。

棲二段白云巖主要為高能生屑灘于埋藏期發(fā)生白云石化作用形成。其一，在薄片中可觀察到未被白云石交代的灰質(zhì)殘余部分顯示出亮晶顆粒結(jié)構(gòu)（圖3e）；其二，在巖心中可觀察到白云巖中具有生屑幻影，仍保留有珊瑚生物的外形輪廓（圖3f）；其三，對于在巖心或者薄片中普遍存在的、不具生屑幻影或殘余生屑結(jié)構(gòu)的晶粒白云巖，無論是在巖心觀察還是普通薄片鑒定情況下，均難以識別其原始巖石面貌，對于此類因白云石化作用強(qiáng)烈而呈晶粒結(jié)構(gòu)的白云巖，在陰極射線下，卻能夠顯示出較為清晰的原始顆粒結(jié)構(gòu)。

圖3 研究區(qū)棲二段宏觀及微觀沉積特征（a）淺灰色塊狀白云巖，棲二段，葛底壩剖面；（b）灰白色厚層至塊狀白云巖，溶蝕孔洞發(fā)育，棲二段，車家壩剖面；（c）中—粗晶白云巖，單偏光，棲二段，葛底壩剖面；（d）中—粗晶白云巖，發(fā)育晶間孔，單偏光，棲二段，車家壩剖面；（e）云質(zhì)灰?guī)r，未被白云石交代部分顯示殘余顆粒結(jié)構(gòu)，單偏光，7 056.18 m，雙探12井；（f）生屑白云巖，具珊瑚生物幻影，7 088.55 m，雙探12井；（g）亮晶生屑灰?guī)r，含Mizzia（縱切面，白色箭頭所示），單偏光，貓兒塘剖面；（h）泥—亮晶生屑灰?guī)r，含Mizzia（橫切面，白色箭頭所示），單偏光，7 051.79 m，雙探12井；（i）棲二段白云巖段成像測井，塊狀沉積特征，溶蝕孔洞表現(xiàn)為低阻暗黑色，呈分散狀分布，雙探8井Fig.3 Macro and micro sedimentary characteristics from the second member of the Qixia Formation in the study area

碳酸鹽礦物的陰極發(fā)光性與其所含有Mn2+和Fe2+含量及其相對比值密切相關(guān)，Mn2+常作為激活劑，激活陰極發(fā)光，而Fe2+為猝滅劑，猝滅陰極發(fā)光[18-20]，一般來說，當(dāng)Mn2+相對較低時(shí)，碳酸鹽礦物一般不發(fā)光或發(fā)光暗淡，而當(dāng)Mn2+含量相對較高，同時(shí)由具有較高的Mn2+/Fe2+比值時(shí)，碳酸鹽礦物可具有較強(qiáng)的陰極發(fā)光[21]。從研究區(qū)白云巖的陰極發(fā)光特征來看，白云石的核心部位不發(fā)光或發(fā)光微弱，而外部邊緣發(fā)亮橙色光，具有較強(qiáng)的發(fā)光特性（圖4）。同時(shí)聯(lián)系到該地區(qū)白云巖廣泛發(fā)育的“霧心亮邊”結(jié)構(gòu)，認(rèn)為其與埋藏階段多期白云石化作用有關(guān)[22-23]，在埋藏早期階段，交代流體具較高的Mg/Ca比值，白云石化作用進(jìn)行較快，阻礙了灰質(zhì)的及時(shí)排出，因此在白云石的內(nèi)部殘留有大量灰質(zhì)殘余，導(dǎo)致核心部分呈霧狀，并且這些灰質(zhì)殘余保留著原始海水低錳、鐵含量的特點(diǎn)，使得該核心部分不具陰極發(fā)光或僅具有非常弱的陰極發(fā)光[17]。隨著埋藏深度的增加，孔隙水Mg/Ca比值降低，交代作用相對緩慢，一方面灰質(zhì)殘留少，另一方面，在埋藏相對較深條件下形成的白云巖往往具有較高的Mn、Fe含量，使得晚期形成白云石晶體的外部邊緣部分呈現(xiàn)出較強(qiáng)的陰極發(fā)光，并且隨著Mn、Fe含量的相對變化，出現(xiàn)亮暗相間的環(huán)帶狀陰極發(fā)光特征[24-26]。

圖4 研究區(qū)棲二段晶粒白云巖陰極發(fā)光特征上方為樣品單偏光照片，下方為對應(yīng)樣品同一視域的陰極發(fā)光照片（a）中—粗晶白云巖，7 088.91 m，雙探12井；（b）中晶白云巖，7 731.82 m，雙探9井；（c）粗晶白云巖，7 590.12 m，雙魚132井；（d）中—粗晶白云巖（對應(yīng)照片a，同一視域），顆粒核心部位發(fā)光較暗，粒間膠結(jié)物發(fā)橘黃色光，顯示出明顯的原始灰?guī)r顆粒結(jié)構(gòu)，陰極發(fā)光；（e）中晶白云巖（對應(yīng)照片b，同一視域），顯示原始顆粒結(jié)構(gòu)；（f）粗晶白云巖（對應(yīng)照片c，同一視域），顯示原始顆粒結(jié)構(gòu)Fig.4 Cathode luminescence characteristics for the grain dolomites in the second member of the Qixia Formation in the study area

地球化學(xué)分析資料表明，研究區(qū)棲霞組白云巖具有與石灰?guī)r一致的稀土元素配分模式，δ13C為1.8‰～4.0‰，δ18O為-8.0‰～-6.0‰，87Sr/86Sr為0.707 4～0.707 9，均在同期海水相應(yīng)同位素?cái)?shù)值范圍之內(nèi)[27]，且研究區(qū)白云巖具有較高的Fe、Mn含量[12]，結(jié)合白云石晶體邊緣較平直，晶體較為粗大的巖石學(xué)特征（多為半自形至自形中—粗晶結(jié)構(gòu)），以及白云石明亮的陰極發(fā)光特征，表明研究區(qū)棲霞組白云巖形成于溫度和壓力較高的還原環(huán)境下，可能與高能灘體在埋藏期發(fā)生白云石化有關(guān)，其鎂離子主要來源于碳酸鹽顆粒所囚禁的同沉積期海水。

3 沉積相類型及其特征

根據(jù)野外剖面觀察、巖心描述以及大量薄片鑒定，并利用測井和地震資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化、沉積地層充填特征和相序配置關(guān)系，認(rèn)為研究區(qū)棲霞組總體屬于碳酸鹽巖臺地沉積，并進(jìn)一步劃分出開闊臺地、臺地邊緣以及斜坡—盆地等相類型，其特征如下。

3.1 斜坡—盆地相

該相帶位于碳酸鹽臺地面向廣海一側(cè)，水體相對較深，沉積地層厚度薄，顏色總體偏暗，主要分布在棲一段下部，發(fā)育灰黑色薄層狀泥巖、泥灰?guī)r，深灰色薄—中層狀泥晶灰?guī)r和生屑泥晶灰?guī)r等。如研究區(qū)北部朝天剖面棲霞組底部發(fā)育黑色泥巖、泥灰?guī)r，水平層理發(fā)育[8]，以及研究區(qū)東北方向王家溝剖面，棲霞組整體以深灰、灰黑色薄至中層狀泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r沉積為主（圖5a），缺乏高能顆粒灘沉積，總體為一套相對低能環(huán)境下的產(chǎn)物。

3.2 臺地邊緣相

臺地邊緣相位于碳酸鹽巖臺地斜坡和開闊臺地之間，常表現(xiàn)為一狹長狀的地形凸起，面臨廣海，處于正常浪基面附近，水體能量高，碳酸鹽顆粒常受到波浪的反復(fù)沖刷淘洗，粒間灰泥較少，以亮晶為主；且該相帶地貌相對較高，水深較淺，蒸發(fā)作用快，導(dǎo)致水體鹽度升高，在埋藏期間隨著溫度、壓力的升高，容易發(fā)生白云石化作用，常形成臺緣相帶良好的白云巖儲層。研究區(qū)該相帶主要由淺灰色厚層至塊狀亮晶顆?；?guī)r，顆粒云巖以及云質(zhì)灰?guī)r等組成，在地震剖面上具有地層增厚、寬緩波谷、斷續(xù)、內(nèi)部雜亂反射特征（圖6）。研究區(qū)通口、劍閣、廣元一帶，棲霞組高能顆粒灰?guī)r灘以及白云巖較發(fā)育（圖5b～d），灘體展布范圍之大，非緩坡型灘體所能達(dá)到的規(guī)模，向東至旺蒼一帶的吳家1井，其鉆遇棲霞組中上部總厚約5 m白云巖地層（圖5e），同樣具有臺地邊緣灘相沉積特征，并與其前方低能斜坡相泥灰?guī)r直接接觸，該巖性和相帶的突變，非碳酸鹽巖緩坡所表現(xiàn)出的沉積特征[8]。

圖5 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組各沉積相巖性特征（a）灰黑色薄至中層狀泥晶灰?guī)r，棲一段，王家溝剖面，斜坡相；（b）淺灰色中至厚層狀云質(zhì)灰?guī)r，棲一段中上部，通口剖面，臺緣灘亞相；（c）淺灰色塊狀白云巖，巖石表面刀砍紋發(fā)育，棲二段，何家梁剖面，臺緣灘亞相；（d）淺灰色塊狀白云巖，棲二段，車家壩剖面，臺緣灘亞相；（e）白云巖，針孔發(fā)育，4 040.00～4 040.15 m，棲二段，吳家1井，臺緣灘亞相；（f）泥—亮晶砂屑生屑灰?guī)r，5 866.85 m（-），龍17井，臺內(nèi)灘亞相Fig.5 Lithologic characteristics of each sedimentary facies in the Middle Permian Qixia Formation

圖6 研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組典型地震相和分布特征（據(jù)西南油氣田，剖面位置見圖1）Fig.6 Typical seismic facies and its distribution characteristics for the Middle Permian Qixia Formation

3.3 開闊臺地相

該亞相位于碳酸鹽巖臺地邊緣后方，向臺地內(nèi)部一側(cè)。常位于正常浪基面以下，面積廣闊，水體通暢，向海一側(cè)由于受到凸起的臺地邊緣的障壁作用，波浪對其影響作用較小，水體能量相對較低，以沉積泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r以及泥晶生屑灰?guī)r為主，總體灰泥含量較高。在臺地內(nèi)部局部高部位，水體較淺，陽光充足，鹽度正常，適合生物生長，常形成以泥晶生屑灰?guī)r或泥—亮晶生屑灰?guī)r沉積為主的臺內(nèi)灘體沉積（圖5f），并可伴隨微弱的白云石化作用，地震剖面上顯示地層減薄、內(nèi)部發(fā)育波峰、連續(xù)、平行反射特征（圖6）。此類灘體相比臺緣灘規(guī)模小，厚度薄，平面上主要分布在研究區(qū)九龍山構(gòu)造一帶。

4 沉積相展布及其演化

在地層沉積特征和沉積相分析基礎(chǔ)上，利用研究區(qū)野外露頭、鉆井巖心及地震資料，結(jié)合沉積地層顏色、厚度、沉積構(gòu)造、巖性和生物化石等相標(biāo)志，認(rèn)為研究區(qū)棲霞組自西北向東南方向，依次發(fā)育斜坡—盆地相、臺地邊緣相和開闊臺地相，各時(shí)期沉積相具有如下展布特征。

4.1 棲一期沉積相展布特征

棲霞組沉積早期，廣泛的海侵作用使得研究區(qū)整體水體偏深，其主要發(fā)育開闊臺地相，分布在雙魚石和九龍山一帶，多由鉆井所揭示，以深灰色中至厚層狀含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r為主，偶夾薄層狀泥巖、泥灰?guī)r。受二疊紀(jì)四川盆地沿川西海槽以及北部秦嶺海槽拉張斷裂活動影響，研究區(qū)西北方向青川等地，以及東北方向朝天和王家溝剖面一帶，在斷層下降盤影響下，水體較深，碳酸鹽沉積速率較慢，因而棲霞組整體地層厚度較薄，下部多沉積薄層狀泥巖、泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，顏色較深，主要為水體深度較大的低能斜坡—盆地相。而在川西海槽東側(cè)，位于龍門山斷裂上升盤的通口—礦山梁—廣元一線，以及毗鄰秦嶺海槽南部的吳家1井和旺蒼一帶，受控于斷裂活動，尤其是斷塊下降時(shí)上升盤的掀斜作用，形成一沿深水斜坡—盆地相分布的、地貌相對較高的、呈弧形分布的臺地邊緣帶（圖7）。由于棲一段沉積時(shí)水體相對較深，僅在臺地邊緣地貌相對較高處，如西南方向通口（圖5b）和西北方向何家梁剖面等（圖5c），發(fā)育小規(guī)模的臺緣灘沉積，且普遍發(fā)生白云石化，灘體多由生屑灰（云）巖、云質(zhì)灰?guī)r等組成。該時(shí)期由于水體相對較深，臺地邊緣多以低能灘沉積為主，且沉積厚度薄，展布范圍有限，可看作一弱鑲邊臺地邊緣帶。

圖7 川西北棲一段沉積相平面展布圖Fig.7 Map of sedimentary facies distribution showing the first member of the Qixia Formation in the northwestern Sichuan Basin

4.2 棲二期沉積相展布特征

該時(shí)期基本繼承了棲一期沉積古地貌格局，為棲霞組主要成灘期。于棲一期形成的弱鑲邊臺緣帶基礎(chǔ)上，相對海平面進(jìn)一步下降，在這一相對古地貌高帶上，水體較淺，陽光充足，生物繁盛，大量生物死亡后就近堆積，沉積速率較快，進(jìn)一步引起古地貌升高。這種高沉積速率，加之川西海槽和研究區(qū)東北部秦嶺海槽拉張斷裂活動所引起的斷裂上升盤的掀斜作用，勢必進(jìn)一步加劇其與開闊臺地以及較深水斜坡之間的地貌差異，在研究區(qū)西北方向至旺蒼吳家1井一帶，臺緣灘沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，演化成為典型的鑲邊碳酸鹽巖臺地，自西北向東南方向，依次發(fā)育斜坡—盆地相、臺地邊緣相和開闊臺地相（圖8）。該時(shí)期臺緣灘沉積厚度大、展布范圍廣、且逐漸向較深水方向延伸，向南包括雙魚石構(gòu)造帶，發(fā)育典型的碳酸鹽巖臺地邊緣沉積，巖性主要為亮晶或泥—亮晶生屑灰?guī)r、顆粒白云巖以及“豹斑狀”云質(zhì)灰?guī)r。如雙魚石構(gòu)造帶雙探9井—雙探12井—雙探8井—雙探7井—雙探3井—雙魚001-1井鉆井剖面，各井鉆遇白云巖累計(jì)厚度約為10～35 m，西北方向礦2井白云巖厚度可達(dá)44 m，何家梁以及松蓋壩剖面棲霞組白云巖累計(jì)厚度至90多米。在該海平面下降階段，于開闊臺地內(nèi)部相對古地貌高處，發(fā)育臺內(nèi)灘沉積，主要分布在九龍山一帶，由泥—亮晶砂屑生屑灰?guī)r和含云質(zhì)生屑灰?guī)r等巖性組成。

圖8 川西北棲二段沉積相平面展布圖Fig.8 Map of sedimentary facies distribution showing the second member of the Qixia Formation in the northwestern Sichuan Basin

5 古地貌分析

在沉積特征、沉積相分析和沉積相展布規(guī)律研究基礎(chǔ)上，根據(jù)野外露頭、鉆井和地震資料對研究區(qū)古地貌進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為在中二疊世棲霞組沉積期，川西北部具有西北高、東南低；西南高，東北低的古地貌特征，該古地貌特點(diǎn)不僅控制了棲霞組高能灘相沉積分布，而且為棲霞組白云巖儲層發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。

5.1 西北高、東南低的地質(zhì)背景及依據(jù)

四川盆地西南部晚二疊世大量玄武巖噴發(fā)事件，被眾多地質(zhì)工作者所熟悉和關(guān)注，并論證了在此次事件影響范圍內(nèi)，包括四川、云南、貴州和廣西四省古裂谷的存在，并以此提出了我國西南部海西—印支期地殼的伸展破裂作用，揭示了在晚古生代我國西南部廣大地區(qū)存在一次較強(qiáng)烈的地裂運(yùn)動，該地裂運(yùn)動在加里東期揚(yáng)子板塊構(gòu)造運(yùn)動的基礎(chǔ)上，以康滇地軸為中心，在中泥盆世即開始發(fā)生張裂活動，至晚二疊世達(dá)到高潮，晚三疊世后結(jié)束，經(jīng)歷孕育、發(fā)展、高潮至衰退的過程，羅志立稱該時(shí)期為“峨眉地裂期”，此次地裂運(yùn)動稱為“峨眉地裂運(yùn)動”[28-29]。該構(gòu)造活動在上揚(yáng)子板塊西部邊緣，沿北東向龍門山斷裂最先發(fā)生地殼的伸展破裂作用，并在斷裂西側(cè)形成了松潘—甘孜邊緣海。在該海盆形成過程中，微陸塊的離散作用使得上揚(yáng)子板塊東南緣發(fā)生弧后拉張，于滇、黔、桂一帶形成弧后拉張盆地，在形成拉張裂陷的斷裂兩側(cè)，其沉積相出現(xiàn)明顯分異，在斷裂上升盤，由于地貌較高，形成了典型的“象州型”淺水碳酸鹽巖臺地沉積，而在斷裂下降盤一側(cè)，水體較深，發(fā)育典型的“南丹型”深水泥巖或硅質(zhì)巖沉積。而作為組成“三叉裂谷系”北東向一支的龍門山斷裂[30-31]，其東西兩側(cè)同樣存在與上述類似的沉積分異特征，在龍門山斷裂西側(cè)，即位于平武—青川一線及其以西地區(qū)，多為泥晶灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r以及硅質(zhì)巖沉積，代表水體較深的斜坡—盆地相沉積；位于龍門山斷裂以東的江油—劍閣—廣元一線，發(fā)育淺水碳酸鹽巖沉積。而同時(shí)期廣元—旺蒼以北，秦嶺海槽南緣的伸展拉張活動，同樣對研究區(qū)東北一側(cè)沉積相帶展布產(chǎn)生了重要的控制作用。

受龍門山斷裂活動影響，其西側(cè)下降盤陷落過程中引起斷裂東側(cè)上升盤掀斜作用，斷塊翹傾抬升，在斷塊肩部，水體較淺，生物以及各種藻類在此繁盛，又因面臨廣海，波浪反復(fù)沖刷淘洗碳酸鹽沉積物，沿龍門山斷裂東側(cè)的江油—劍閣—廣元一帶表現(xiàn)為以亮晶生屑灰?guī)r為主臺地邊緣相沉積，并發(fā)生強(qiáng)烈白云石化作用，形成厚度較大，展布范圍較廣的顆粒白云巖。由西北向東南方向，地勢逐漸降低，水體加深，主要為較淺水開闊臺地沉積，白云石化作用微弱。一般地，由于臺地邊緣帶相對凸起的地貌條件，水體淺，蒸發(fā)作用較快，海水鹽度升高，這種濃縮海水被“囚禁”于碳酸鹽顆粒之間，在早期常溫常壓下還不足以發(fā)生白云石化作用，但隨著埋藏深度的增加，溫度壓力逐漸升高，在其突破白云石化作用發(fā)生的熱力學(xué)障礙后即可不斷交代周圍灰質(zhì)顆粒，形成厚度較大，范圍較廣的白云巖地層[32-33]，加之高能臺緣帶本身的高孔滲條件，為后期白云石化流體進(jìn)入的優(yōu)勢相帶，同樣有利于埋藏期白云石化作用的進(jìn)行[34]；而其后的開闊臺地，水體相對較深，且與廣海水體溝通順暢，蒸發(fā)作用較慢，鹽度正常，僅在局部高地貌部位發(fā)生相對微弱的白云石作用[35]。如何家梁剖面—雙探10井—雙探12井—雙探3井—雙探1井—龍?zhí)?井—龍17井連井剖面（圖9），可見從臺地邊緣至開闊臺地白云石化作用的差異，西北方向露頭區(qū)白云石化作用最為強(qiáng)烈，向東南雙魚石一帶相對減弱，至九龍山一帶僅發(fā)生微弱的白云石化作用，白云巖零星分布，厚度較薄。且在西北向東南方向中二疊統(tǒng)底部拉平地震剖面中（圖10），同樣可見研究區(qū)西北方向中二疊統(tǒng)下伏地層較薄，而向東南方向其下伏地層逐漸增厚，反映了西北向東南方向剝蝕作用逐漸減弱的特點(diǎn)，即指示研究區(qū)具有西北高，東南低的古地貌特征，且該區(qū)古地貌特征與白云巖儲層西北厚、東南薄分布特點(diǎn)相一致，反映了其對白云石儲層發(fā)育的重要控制作用。

圖9 何家梁剖面—雙探10井—雙探12井—雙探3井—雙探1井—龍?zhí)?—龍17井棲霞組白云巖厚度對比剖面圖Fig.9 Comparison of the thicknesses of the dolomite in the Qixia Formation shown across Hejialiang Section?well Shuangtan10?well Shuangtan12?well Shuangtan3?well Shuangtan1?well Longtan1?well Long17

圖10 研究區(qū)過雙探1井—龍17井中二疊統(tǒng)底拉平地震剖面（據(jù)西南油氣田，剖面位置見圖1）Fig.10 Seismic profile flattened in the lower part of the Middle Permian across well Shuangtan1?well Long17

5.2 西南高、東北低的地質(zhì)背景及依據(jù)

震旦紀(jì)至中三疊世是四川盆地海相碳酸鹽巖地層發(fā)育時(shí)期，經(jīng)歷了加里東、海西和印支3個(gè)重要的構(gòu)造旋回階段[36-37]，二疊系沉積前，其主要經(jīng)歷了加里東和海西階段，其中加里東期構(gòu)造特征以縱向隆升為主，在四川盆地西部、南部和北部形成了呈半環(huán)帶狀分布的古隆起[38]，川東地區(qū)為相對低洼地帶，盆內(nèi)總體為大隆大坳的構(gòu)造格局，已表現(xiàn)為西南高、東北低的特點(diǎn)[39]。海西期，四川盆地西部開始發(fā)生張裂活動，其與地幔物質(zhì)上涌所引起地殼表層拉伸減薄有關(guān)[40]，朱傳慶等[41]在對東吳運(yùn)動前后四川盆地古熱流值的平面分布研究中發(fā)現(xiàn)，距今290 Ma（早二疊世）左右，川西南部古熱流值存在異常，在距今259 Ma（中二疊世末）左右，古熱流值達(dá)到最高，此后古熱流值開始穩(wěn)定持續(xù)降低直至現(xiàn)今，值得注意的是，盆地內(nèi)熱流值出現(xiàn)峰值時(shí)恰是東吳運(yùn)動高峰期，即峨眉山玄武巖大量噴發(fā)時(shí)期，因此古熱流高值、盆地西部張裂活動、峨眉山玄武巖噴發(fā)和地幔柱活動引起的地幔物質(zhì)上涌在成因上存在緊密的聯(lián)系。根據(jù)前文對峨眉山地裂運(yùn)動的討論，四川盆地西緣自中泥盆世開始地幔柱活動，至中二疊末或晚二疊初達(dá)到高潮，那么在中二疊統(tǒng)棲霞組沉積前，地幔柱活動所造成了地殼抬升作用[42-43]，將對棲霞期沉積具有重要的影響。棲霞組沉積時(shí)，因?yàn)樗拇ㄅ璧匚鞑慷朊忌降蒯Ｖ顒?，在水下形成穹隆狀隆起[44]，勢必使整個(gè)四川盆地形成西南高、東北低的地貌格局。且在四川盆地二疊系沉積前，由西南向東北方向，其下伏地層呈現(xiàn)出由老變新的分布特征，在西南方向由于地勢較高，剝蝕作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致寒武系大面積出露（圖1c）。

這種西南高、東北低的地貌特點(diǎn)，在研究區(qū)內(nèi)具有重要的沉積學(xué)響應(yīng)特征。中二疊世初期，隨著海平面上升，在早期風(fēng)化殼之上，形成了梁山組具海陸過渡特征的含煤碎屑巖沉積[45]。研究區(qū)內(nèi)梁山組主要為灰黑色、黑色薄層泥巖、炭質(zhì)泥巖夾煤線，薄至中層狀泥質(zhì)粉砂巖以及淺灰色中至厚層狀石英砂巖等。從區(qū)域上看，在研究區(qū)西南方向江油通口一帶，梁山期主要為沼澤沉積環(huán)境，氣候溫暖潮濕，易于植物生長繁殖，形成一套以黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖夾煤線為主的薄層沉積（圖11a），向東北方向至金真村剖面，梁山組表現(xiàn)為褐灰色粉砂巖沉積（圖11b），而在廣元一線及其以北區(qū)域，梁山組沉積粒度相對變粗，相變?yōu)闉I岸相淺灰色中至厚層狀細(xì)粒石英砂巖沉積（圖11c），如東部旺蒼王家溝剖面，梁山組自下往上具有炭質(zhì)泥巖→泥質(zhì)粉砂巖→細(xì)粒石英砂巖的演化特征，反映該地區(qū)梁山組沉積期水體相對較深，并由沼澤相逐漸演變?yōu)闉I岸相沉積（圖11d）。棲霞組沉積期，基本繼承了研究區(qū)西南高、東北低的地貌特點(diǎn)，早期臺緣灘主要分布在西南方向，晚期隨著構(gòu)造作用抬升和海平面下降，高能灘相逐漸向東北和東南相對深水方向遷移演化，該古地貌特征不僅影響了棲霞組沉積相分布，且對棲霞組白云巖儲層發(fā)育具有重要的控制作用，從西南向北東方向，白云石化強(qiáng)度減弱，如西南方向雙探9井白云巖厚度可達(dá)35 m，向東北方向白云石厚度變薄，龍崗70井白云巖厚約9 m，至雙探2井，白云巖基本不發(fā)育，僅存在白云石云化程度較低的云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)云巖（圖12）。且在過雙探2井與龍17井中二疊統(tǒng)底部拉平地震剖面中可見，中二疊統(tǒng)沉積前，東北方向雙探2井區(qū)域與龍17井所在九龍山地區(qū)具有相似的古地貌特征（圖13），同時(shí)，與過雙探1井和龍17井中二疊統(tǒng)底部拉平的地震剖面進(jìn)行對比可發(fā)現(xiàn)（圖10），東北方向雙探2井區(qū)域與九龍山地區(qū)中二疊統(tǒng)下伏地層明顯厚于雙魚石區(qū)域，反映東北方向在中二疊統(tǒng)沉積前剝蝕作用相對較弱，相較雙魚石區(qū)域處于古地貌底部位。

圖11 研究區(qū)中二疊統(tǒng)梁山組野外沉積特征（a）灰黑色薄層狀炭質(zhì)泥巖，梁山組，通口剖面；（b）褐灰色粉砂巖沉積特征，梁山組，金真村剖面；（c）灰白色色厚層狀石英砂巖沉積特征，梁山組，王家溝剖面；（d）研究區(qū)旺蒼王家溝剖面梁山組沉積特征（據(jù)文獻(xiàn)[10]修改）Fig.11 Field sedimentary characteristics of the Middle Permian Liangshan Formation in the study area

圖12 雙探9井—雙探8井—雙探7井—雙探3井—雙探1井—雙魚001—1井—龍崗70井—雙探2井棲霞組白云巖對比剖面圖Fig.12 Comparison of the thicknesses of the dolomite in Qixia Formation shown across well Shuangtan9?well Shuangtan8?well Shuangtan7?well Shuangtan3?well Shuangtan1?well Shuangyu001?1?well Longgang70?well Shuangtan2

圖13 研究區(qū)過雙探2井—龍17井中二疊統(tǒng)底拉平地震剖面（據(jù)西南油氣田，剖面位置見圖1）Fig.13 Seismic profile flattened in the lower part of the Middle Permian across well Shuangtan2?well Long17

6 沉積演化模式

二疊系沉積前，受石炭紀(jì)末期云南運(yùn)動的影響，四川盆地區(qū)域內(nèi)發(fā)生大規(guī)模隆升，隨后長期風(fēng)化、剝蝕，形成了準(zhǔn)平原化格局，且由西南至東北方向，地層依次出現(xiàn)由老到新的分布特征（圖1c），在此古地貌背景下，迎來了二疊紀(jì)大規(guī)模海侵，開始了棲霞組清水碳酸鹽巖沉積。在川西北地區(qū)，海水一方面經(jīng)川西海槽自西北向東南方向侵入，另一方面，由秦嶺海槽自東北向西南方向侵入。棲霞組沉積早期，由于水體相對較深，僅在西南方向及毗鄰海槽一側(cè)沉積了小規(guī)模低能型生屑灘，該類灘體厚度小，展布范圍有限，在臺地邊緣一側(cè)形成相對低幅度的地貌凸起，開始向鑲邊碳酸鹽巖臺地過渡（圖14a）。棲霞中晚期，基本繼承了沉積早期西南高、東北低的古地貌特征，加之二疊紀(jì)期間拉張斷裂活動，使得海槽一側(cè)斷塊翹傾抬升，在西北方向逐漸形成古地貌高地，在這一背景下，加之海平面下降，水體變淺，生物繁盛，碳酸鹽巖生長速率加快，又波浪作用較強(qiáng)，在靠近海槽一側(cè)沉積了大規(guī)模高能型生屑灘，此類灘體厚度大，展布范圍廣，并不斷向深水方向擴(kuò)展，在靠近海槽一側(cè)形成障壁式凸起，川西北地區(qū)逐漸演變?yōu)榈湫偷蔫傔吿妓猁}巖臺地（圖14b）。

圖14 川西北中二疊統(tǒng)棲霞組沉積演化模式（a）棲一段沉積期弱鑲邊碳酸鹽巖臺地沉積模式；（b）棲二段沉積期鑲邊碳酸鹽巖臺地沉積模式Fig.14 Sedimentary evolution model of the Middle Permian Qixia Formation in the northwestern Sichuan Basin

7 有利儲集相帶預(yù)測

根據(jù)野外露頭、巖心觀察和薄片鑒定分析，研究區(qū)棲霞組內(nèi)部各種晶粒（顆粒）白云巖儲層物性最好，發(fā)育晶間孔、晶間溶孔和溶蝕孔洞，“豹斑狀”云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)云巖儲層物性較差，而研究區(qū)灰?guī)r地層因埋藏較深，重結(jié)晶作用較強(qiáng)，整體較為致密，只有經(jīng)構(gòu)造破裂作用改造方能形成有效儲層，該類灰?guī)r裂縫性儲層主要集中在研究區(qū)東部九龍山構(gòu)造一帶。總體來看，川西北棲霞組儲集層主要為白云巖，灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r以及灰?guī)r儲層次之，因此該區(qū)棲霞組勘探仍以尋找厚層白云巖為主，而臺緣邊緣灘因處于相對古地貌高地，水動力作用較強(qiáng)，后期白云石化作用強(qiáng)烈，為研究區(qū)有利儲集相帶。

根據(jù)前期沉積相以及古地貌分析結(jié)果，研究區(qū)古地貌對棲霞組沉積相分布和白云巖發(fā)育具有重要的控制作用。棲一段沉積期，研究區(qū)水體相對較深，白云石化作用相對微弱，臺地灘厚度較薄，展布范圍有限，有利儲集體范圍較??；而棲二段沉積期，海平面整體下降，為棲霞組主要成灘期，臺地邊緣灘厚度大，展布范圍廣，有利儲集體面積較大。受棲霞組沉積期西北高、東南低的古地貌影響，在研究區(qū)西北方向廣大露頭區(qū)發(fā)育高能臺緣灘相，且后期白云石化作用強(qiáng)烈，白云巖儲層發(fā)育，在野外露頭中可見大量瀝青浸染現(xiàn)象。而廣大露頭區(qū)受川西北部印支期推覆造山影響，葛底壩、長江溝等剖面皆由更偏西北方向推覆而來，因此棲霞組沉積期，雙魚石構(gòu)造帶以北至廣大露頭區(qū)之間，推測還應(yīng)存在臺地邊緣高能沉積相帶，雙魚石構(gòu)造以北應(yīng)為勘探的有利相帶，但該區(qū)受龍門山逆沖推覆作用影響，油氣保存條件尚待研究，勘探風(fēng)險(xiǎn)較高。同時(shí)，棲霞組沉積期，川西北長期保持著西南高、東北低的古地貌特征，在研究區(qū)西南方向可能受控于較高的古地貌特點(diǎn)，具備臺緣高能顆粒灘發(fā)育條件，原生粒間孔隙發(fā)育，后期受海平面下降影響，水體變淺、蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，孔隙海水鹽度不斷升高，有利于在埋藏期發(fā)生白云石化以及晚期溶蝕性流體活動發(fā)生深埋溶蝕作用，形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲層。因此，研究區(qū)西南方向雙魚石至通口一帶，為臺緣灘優(yōu)勢發(fā)育相帶，并且該區(qū)處于龍門山山前帶，油氣保存條件相對較好，為研究區(qū)有利的勘探區(qū)帶。

8 結(jié)論

（1）川西北中二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積，棲一段沉積期，水體相對較深，為弱鑲邊碳酸鹽巖臺地形成期，臺緣灘厚度小，展布范圍有限，且多以低能灘沉積為主；棲二段沉積期，研究區(qū)水體變淺，波浪作用較強(qiáng)，為棲霞組主要成灘期，臺緣灘厚度大，展布范圍較廣，沿龍門山斷裂和秦嶺洋盆南緣呈弧形分布，具典型的鑲邊碳酸鹽巖臺地特征。

（2）棲霞組中上部廣泛發(fā)育的厚層至塊狀白云巖為灘相沉積，其與海平面下降期間，由于臺地邊緣部位水體較淺，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，碳酸鹽沉積物間“囚禁”高鹽度海水，后期隨著溫度壓力升高，于埋藏階段發(fā)生多期白云石化作用有關(guān)。

（3）受棲霞組沉積期峨眉地裂運(yùn)動和川西海槽拉張斷裂活動影響，研究區(qū)總體表現(xiàn)為西南高、東北低，西北高、東南低的古地貌特征，該古地貌特征不僅控制了棲霞組高能灘相分布，同時(shí)也為后期白云石化作用奠定了基礎(chǔ)。

（4）雙魚石構(gòu)造帶以北至廣大露頭區(qū)之間，在棲霞組沉積期具備發(fā)育高能灘的古地貌背景，但該區(qū)域受逆沖推覆作用影響，油氣保存條件尚待研究。研究區(qū)西南方向，即雙魚石至通口一帶，為臺緣灘優(yōu)勢發(fā)育相帶，其又位于龍門山山前帶，油氣保存條件相對較好，為研究區(qū)棲霞組有利儲集相帶。