孫 瑋, 劉樹根,2, 李澤奇, 鄧 賓, 吳 娟, 宋金民, 何若瑋, 可 以

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059； 2.西華大學，成都 610039)

四川盆地震旦系燈影組(Z2dn)自威遠發(fā)現(xiàn)至高石梯氣田勘探突破至今已歷時近60年，對四川盆地油氣勘探有突出的貢獻。有學者對四川盆地燈影組勘探歷史、成藏過程和勘探思路轉(zhuǎn)變及形成氣田的主控因素做了全面的分析和闡述[1]。近年來隨著勘探的深入，四川盆地針對燈影組的探井也快速增加，而且往深層進軍的趨勢越來越明顯。但這些探井中有非常成功的蓬探1井[2]，有較成功的川深1井，也有相關層位如滄浪鋪組底部取得突破的探井——角探1井，但更多的是失利的探井——五探1井、永福1井、塔探1井、樓探1井、資探1井、廣探1井等(表1、圖1)，間接反映出盆地內(nèi)深層地質(zhì)條件的復雜性和勘探的難度非常大，但也進一步推動了對燈影組深層碳酸鹽巖天然氣成藏規(guī)律的認識。四川下組合油氣最重要的環(huán)節(jié)就是從古氣藏向現(xiàn)今氣藏轉(zhuǎn)換，而這一環(huán)節(jié)也對應四川盆地構造變形最強烈的時期，晚期調(diào)整后成藏主控因素更為復雜，其中盆-山結構導致的盆地內(nèi)變形變位及對深部的控制作用有重要的控制意義。本文綜合這些成功和失敗的例子，結合威遠和高石梯氣田的勘探成果，進行詳細剖析，分析其晚期調(diào)整成藏的主控因素，并深入剖析成藏的關鍵要素，以期對未來盆地內(nèi)燈影組勘探向深層進軍時提供依據(jù)和參考。

表1 四川盆地近年燈影組主要勘探井基本情況Table 1 Basic information of main exploratory wells in Dengying Formation, Sichuan Basin

圖1 四川盆地燈影組有利區(qū)及新探井和剖面位置圖Fig.1 Favorable hydrocarbon accumulation area of Dengying Formation in Sichuan Basin and new exploratory wells and profile location map (據(jù)劉樹根等[3]修改)

1 綿陽-長寧拉張槽的早期供烴及油氣調(diào)整成藏的封隔作用

綿陽-長寧拉張槽(有的學者稱之為德陽-安岳裂陷槽)在研究中更多的是強調(diào)其生烴中心的作用，隨著埋藏的加深，綿陽-長寧拉張槽內(nèi)發(fā)育的下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源層梯次成熟并向兩側燈影組內(nèi)提供烴源，形成四川盆地內(nèi)大面積發(fā)育的燈影組古油藏[1]。從新的探井資料分析，拉張槽兩側的探井內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層和瀝青一般都非常發(fā)育，如蓬探1井的瀝青含量(質(zhì)量分數(shù))可以高達6%，資探1井的瀝青也可達到4%左右。前人研究結果比較詳細，這里不贅述[4]。

除供烴外，拉張槽事實上在構造上也起了非常重要甚至是決定性的分隔作用，以拉張槽為界分成東區(qū)和西區(qū)，兩區(qū)的差異性不僅控制了后期構造演化，也控制了成藏的不同演化階段，甚至對上覆層位也有不同的影響。從目前地震資料揭示的情況來看，拉張槽內(nèi)下寒武統(tǒng)筇竹組+麥地坪組厚度可達900余米，致使拉張槽內(nèi)的筇竹寺組如一堵厚墻分隔了東西兩側，油氣很難直接通過拉張槽的區(qū)域，致使其兩側的油氣優(yōu)先沿拉張槽邊緣向高部位運移。因此，拉張槽內(nèi)筇竹寺組是油氣聚集非常重要的側向封擋層，特別是古隆起時期，加里東古構造主體西高東低，東部的油氣向西部運移時，至拉張槽被封擋而不能繼續(xù)，沿拉張槽油氣大量聚集，僅當油氣超過拉張槽下部的逸出點后才能繼續(xù)向西運移，這在一定程度上保證了大多數(shù)油氣不散失，從而保藏在盆地的內(nèi)部，也使得油氣沿拉張槽一側大規(guī)模聚集(圖2)。

圖2 燈影組成藏剖面圖Fig.2 Reservoir forming profile of Dengying Formation(剖面位置見圖1)

探井資料也有這樣的特征，高磨地區(qū)為構造的高部位，以高石1井和川深1井燈影組頂面拉平二疊系后相對高差為540 m，現(xiàn)今高差 3 100 m，但都有瀝青和天然氣賦存，說明油氣沿拉張槽分布。加之現(xiàn)今構造拉張槽的東側是東區(qū)構造高部位，從而使得東區(qū)的天然氣在向西運移時，拉張槽區(qū)域的側向封堵使得天然氣在拉張槽處持續(xù)富集，部分超過逸出點向西繼續(xù)運移，部分則沿拉張槽向低部位運移，沿拉張槽一側形成氣藏。實際上，這種封堵作用從拉張槽形成時起就一直起作用，該構造-沉積的差異不僅體現(xiàn)在地貌上的差異，也體現(xiàn)在巖性上的差異，使得這種側向封堵從形成時就具備了原始的生、儲、圈的條件。即使后期的構造運動再復雜， 這種大規(guī)模的分異始終未發(fā)生變化，也使得成藏的過程得以持續(xù)并維持至今。因此拉張槽的側向封堵作用不論是古油藏、古氣藏時期還是現(xiàn)今，都不容忽視。

古氣藏形成時，拉張槽就已經(jīng)分隔為東西兩區(qū)，東區(qū)接受拉張槽東側的天然氣，以高石梯為高點，不斷地運移形成大規(guī)模古氣藏；而拉張槽西側以資陽為核心，天然氣向資陽-威遠處運移(圖2)。至現(xiàn)今，拉張槽東側的構造未發(fā)生大規(guī)模的變化，天然氣依然持續(xù)向以高石梯為高點的構造運移，整體隆升，構造未發(fā)生大的變動，使得天然氣得以保存。

而拉張槽西區(qū)，構造發(fā)生大規(guī)模的變化，威遠構造大規(guī)模隆升，形成一個天窗，使得西側的天然氣主要向威遠運移，通過天窗發(fā)生逸散，這也是威遠的天然氣充滿度很低的原因。但如果沒有拉張槽的側向封堵，東區(qū)燈影組天然氣會源源不斷地向威遠運移，使得天然氣最終可能成藏的范圍變小。加之東側拉張槽與臺地的交接部位地貌差異遠大于西側，更有可能形成沿拉張槽大規(guī)模的斷裂體系，可以形成更好的輸導體系向上提供二次天然氣運移，致使東側自下而上立體式成藏。

2 燈影組頂面不整合面對儲層和油氣運移提供了必要條件

燈影組頂面不整合面具有以下幾個特征：

a.大面積分布不整合巖溶

燈影組頂面不整合在全川分布，表生巖溶基本上全盆地發(fā)育。統(tǒng)計四川盆地及周緣露頭燈影組頂面接觸關系，發(fā)現(xiàn)除了渝東南一帶為整合接觸關系，其他地區(qū)均為不整合(圖3)。說明燈影組沉積末期桐灣運動持續(xù)時間較長，巖溶作用非常充分才形成這種大面積分布的不整合巖溶體系，這一表生巖溶體系在整個四川的廣泛存在，直接體現(xiàn)到了對燈影組優(yōu)質(zhì)儲層的改造[5-16]。整體的趨勢是西部剝蝕較東部強，西部受桐灣期和加里東期兩期剝蝕，部分地區(qū)剝蝕至燈二段，雅安以西上覆下古生界地層均被剝蝕完。盆地內(nèi)仍殘余筇竹寺組的地區(qū)以拉張槽為界，以西多被剝蝕至燈三、燈二段，燈四段的殘余厚度很薄，如威117井燈四段僅存25 m；拉張槽以東，燈四段基本上被保留。

圖3 四川盆地及周緣燈影組頂面接觸關系圖Fig.3 The contact relationship of Dengying Formation top surface in Sichuan Basin and surrounding area

該不整合所造成的巖性差異在測井曲線上有明顯的差異：上覆筇竹寺組，由高AC、GR值的曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭登€，表示巖性的變化非常大；而上覆麥地坪組時，AC、GR曲線變化較小，這也說明了麥地坪組巖性復雜，以白云巖夾磷硅質(zhì)巖為主(圖4)。燈影組頂面的不整合面在野外及探井中主要表現(xiàn)為：凹凸不平的白云巖層系與上覆寒武系麥地坪組或筇竹寺組地層直接接觸(圖5)，由于風化殼泥巖帶質(zhì)地軟易被改造，常被植被或大氣降水破壞，極難識別。地腹的不整合面特征主要表現(xiàn)為：下部白云巖層系巖溶角礫巖較為發(fā)育，頂面呈馬牙狀的凹凸面與筇竹寺組黑色泥巖直接接觸(圖5-B)。

圖4 燈影組不整合面上下主要地層測井類型Fig.4 Logging types of main strata above and below the unconformity surface of Dengying Formation

圖5 燈影組不整合面接觸關系及孔隙發(fā)育特征Fig.5 Contact relationship and pore development characteristics of unconformity of Dengying Formation(A)燈影組白云巖呈凹凸不平的馬牙狀與上覆筇竹寺組泥巖接觸，焦石1井; (B)燈影組與寒武系麥地坪組不整合接觸，胡家壩鐵索橋剖面; (C)瀝青賦存于約2.5 mm×4 mm大小的孔隙內(nèi)，焦石1井; (D)直徑>5 mm的白云石-瀝青半充填的溶孔， 大壩剖面

b.不整合面構成了燈影組的主要儲層段

盆地內(nèi)的鉆井在燈影組有很多井漏的現(xiàn)象(表2)[17-19],漏失與放空均發(fā)育在燈影組頂部不整合面以下10～300 m范圍內(nèi)。巖心資料也顯示，威113井巖溶孔洞平均為1.3個/ m；資1井巖溶孔洞平均密度達25 個/ m，洞穴層厚度系數(shù)(洞穴層厚度/總厚度)達0.21[20]。川中地區(qū)高石1、 磨溪9和磨溪10井的燈四段巖心溶洞發(fā)育段長度約25 m，各類溶洞 2 301個，溶洞發(fā)育層段的洞密度為92.6個/m，其中直徑>20 mm的溶洞有 141個[13]。小型溶孔、溶洞中發(fā)育滲流特征和潛流的碎屑(白云巖質(zhì))又表明其經(jīng)歷了長期淡水巖溶作用；但在野外燈影組不整合面基本上看不到大規(guī)模的溶洞體系，這在碳酸鹽巖不整合中是比較少見的。

表2 四川盆地燈影組典型井放空、漏失現(xiàn)象統(tǒng)計Table 2 The statistics of venting and leak-off phenomena in typical wells of Dengying Formation in Sichuan Basin

由于燈影組普遍發(fā)育由微生物成因形成的白云巖，本身容易形成受微生物格架控制的孔-縫組合，在與大氣淡水的表生巖溶作用疊合改造控制下，對微生物格架孔-縫進一步溶蝕擴大而形成縫-洞組合，表現(xiàn)為沿不整合面頂部白云巖優(yōu)質(zhì)儲層連片疊置發(fā)育的特征(圖5)。

綜上所述，四川盆地燈影組頂面不整合在全盆地發(fā)育，形成不整面之下300 m內(nèi)優(yōu)質(zhì)巖溶型儲層和多層系、立體化的孔、縫、洞型輸導體系，為燈影組成藏提供了必要的條件(圖6)。

圖6 燈影組孔隙賦存情況展布圖Fig.6 Distribution of pore occurrence in Dengying Formation

3 燈影組地層流體全盆地貫通

四川盆地燈影組曾在高溫條件下發(fā)生過古油藏熱裂解形成古氣藏的過程。國內(nèi)外多位學者都曾計算過油裂解生氣量，揭示1 t油最多可生成740～883 m3天然氣，且形成大幅度異常高壓(超壓)[21]。孫瑋等[22]通過模擬資陽-威遠古氣藏形成時，發(fā)現(xiàn)在油裂解氣時會產(chǎn)生高壓?，F(xiàn)有大量研究共同揭示燈影組地史上早期發(fā)育超壓，但后期超壓體系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今常壓特征。眾多學者[23-26]利用安平店-高石梯構造帶震旦系儲層礦物、包裹體、盆地模擬等方法對壓力演化史進行恢復，發(fā)現(xiàn)震旦系儲層在油裂解氣階段壓力系數(shù)可超過2；油裂解后期增壓緩慢，而埋深加大，致使儲層流體壓力系數(shù)略有降低；到了地層隆升階段，該區(qū)壓力系數(shù)可達1.80～2.40；而現(xiàn)今壓力系數(shù)為1.1～1.2，基本表現(xiàn)為正常壓力-弱超壓; 認為烴類的生成及充注是該區(qū)震旦系儲層產(chǎn)生超壓的主要機制，晚白堊世抬升剝蝕導致氣藏天然氣脫溶、大量逸氣與泄壓過程。

部分學者[27]對威遠氣田-資陽含氣區(qū)燈影組壓力進行了分析，認為在三疊紀后由于溫度升高導致原油裂解，開始快速增壓，一直到晚白堊世，壓力系數(shù)可達1.70；此后構造抬升、溫度降低、氣體脫溶，導致壓力下降到現(xiàn)今的弱超壓狀態(tài)，認為烴類充注和液態(tài)烴的熱裂解是造成儲層超壓的主要成因機制，而構造抬升剝蝕是導致地層壓力降低的主要機制。J.M.Hunt[28]認為生烴作用是沉積盆地超壓發(fā)育的最主要因素之一；而M.J.Osborne[29]認為水熱增壓和黏土礦物脫水是盆地超壓發(fā)育的主要因素。目前普遍認同的超壓成因機制除上述3種，還有不均衡壓實、構造擠壓作用、流體運動或浮力作用等。因此，四川盆地燈影組在地史過程中曾出現(xiàn)過大范圍的異常高壓，形成超壓的主要因素是液態(tài)烴的熱裂解，壓力系數(shù)至少在古油藏大量裂解時達到過一次高峰。不均衡壓實和生烴作用對含油氣盆地超壓的形成起到主要貢獻[30]。普光和川中地區(qū)壓力研究成果揭示出四川盆地超壓的主要機制為天然氣生成引起的流體膨脹，其中晚期原油裂解占最主要的地位[25,31]。因此，結合四川盆地地質(zhì)背景，可以確定燈影組在地史過程中曾發(fā)育過大范圍的異常高壓，形成超壓的主要因素是液態(tài)烴的熱裂解，壓力系數(shù)至少在古油藏大量裂解時達到過一次高峰。

劉樹根等[32]提出了四川盆地燈影組可能的壓力演化模式：距今100 Ma以前，燈影組古油藏原油原位裂解形成早期超壓古氣藏；距今100～20 Ma期間，四川盆地持續(xù)隆升，特別是構造高點的遷移和威遠構造的初步形成，使早期超壓古氣藏調(diào)整形成晚期超壓古氣藏；隨著距今20 Ma以來隆升幅度的加大，威遠構造上覆地層被快速剝蝕，蓋層封蓋能力大幅度降低，致使燈影組天然氣從威遠核部地表下三疊統(tǒng)嘉陵江組“天窗”開始泄漏、逸散，啟動了四川盆地華鎣山以西地區(qū)燈影組天然氣的差異聚集和逸散過程，氣藏由異常高壓向正常壓力過渡。目前來看，天然氣晚期全盆地調(diào)整，但受拉張槽的橫縱向封隔作用，拉張槽以東向槽子東緣集聚，天然氣超過逸出點的部分繼續(xù)向西運移，而拉張槽以西則直接向威遠地區(qū)運移和逸散。這是導致燈影組沿拉張槽東緣發(fā)生大規(guī)模天然氣聚集成藏的重要因素。

據(jù)蓬探1井燈影組孔隙充填物廣泛發(fā)育石英，而且石英多為自形至半自形，晶型完整而無雜質(zhì)。該石英為最后一期充填，而石英的形成應為降壓降溫過程中沉淀而成，并且要有水的存在，說明至少在隆升過程中該井是有水存在，在隆升過程中天然氣驅(qū)替了水而抑制了石英的繼續(xù)生長。這也印證燈影組天然氣運移調(diào)整的過程。

綜上所述，盆地模擬與熱演化模擬等共同揭示燈影組古油藏至古氣藏烴態(tài)轉(zhuǎn)變主要發(fā)生于晚白堊世前期，而早于晚白堊世四川盆地古構造演化的關鍵變革期。晚白堊世四川盆地受控于周緣盆-山結構向盆地擴展變形活動，不僅致使盆地內(nèi)部大型古構造解體與結構調(diào)整，同時也發(fā)生盆地抬升剝蝕過程[33-35]?，F(xiàn)今大量流體地球化學證據(jù)表明現(xiàn)今燈影組氣藏為常壓系統(tǒng)[36-37]，揭示出盆內(nèi)燈影組古氣藏高壓系統(tǒng)經(jīng)歷了向常壓流體系統(tǒng)的演化過程，該過程中可能伴隨有天然氣側向運移和調(diào)整，致使整個盆地內(nèi)燈影組形成弱開放的統(tǒng)一壓力系統(tǒng)，如威遠氣田[32,38]。雖然常規(guī)地球化學方法難以確定威遠地區(qū)地表泄露氣體是否與深部燈影組天然氣同源，但梁霄等[38]發(fā)現(xiàn)威遠構造地震剖面存在較多震旦系-三疊系管狀異常特征，分析可能為氣煙囪，結合上覆地層壓力系數(shù)，認為威遠地區(qū)存在一個自下而上相互連通的壓力系統(tǒng)，在氣煙囪效應下燈影組天然氣發(fā)生了大規(guī)模的垂向逸散。

4 盆-山結構演化對盆地內(nèi)構造支解變位作用的控制導致天然氣大規(guī)模運移和散失

四川疊合盆地內(nèi)部在新生代非常重要的是盆-山結構對四川盆地內(nèi)部的影響，造成古圈閉的肢解和變形變位。以樂山龍女寺古隆起為例，其古圈閉的面積就可達30 000 km2。但現(xiàn)今在燈影組發(fā)育有資陽、金石、威遠、高石梯、安平店等20多個小的構造圈閉，其中最大的威遠構造面積約850 km2，所有構造圈閉面積總和不超過4 000 km2。在古圈閉解體的過程中圈閉閉合高度發(fā)生了較大的變化，如威遠構造的閉合高度達895 m，但更多的構造閉合高度都較小，如資陽、金石、高石梯、磨溪、龍女寺、廣安地區(qū)的閉合高度一般在250 m左右。因此，古構造大圈閉的解體和眾多小型構造圈閉的形成是喜馬拉雅期構造改造作用非常重要的結果之一，有些構造被重新調(diào)整，如高石梯-磨溪構造；有的構造重新形成，如威遠構造；有些則消失，如資陽古構造。

上述的構造變形變位與盆地周緣的盆-山結構變化向盆地內(nèi)的遞進變形有很大的關聯(lián)。但不同的盆-山結構使得盆地內(nèi)的變形變位的規(guī)模不同。劉樹根等[39]對四川盆地的盆-山結構做了詳細的闡述。根據(jù)不完全統(tǒng)計，四川盆地深層約190個構造，川東和川南漸變型盆-山結構區(qū)就占了約140個，而川西和川北突變型結構區(qū)只占了40多個，這也表明盆-山結構對盆地內(nèi)變形變位的控制作用。因此，新生代以來的四川盆地的構造活動以大構造圈閉的解體、構造高點遷移以及隆升剝蝕作用為主。盆緣、盆內(nèi)華鎣山及威遠地區(qū)隆升幅度大、構造變形強、圈閉改造作用強，而川中地區(qū)隆升幅度弱、構造變形弱、圈閉改造作用弱。整體上來講，構造活動的強度從周緣造山帶向盆地內(nèi)逐漸減弱，這也造成盆地內(nèi)如果沒有特殊情況，除構造變形弱的地區(qū)，大規(guī)模的天然氣應以向盆地周緣及高點運移散失為主，盆-山結構控制了散失的強度，川中最穩(wěn)定，變化最小，突變型盆-山結構較漸變型盆-山結構的變化要小一些。

目前盆緣主要的探井：川西漢深1井和周公1井、川東南焦石1井、川東北樓探1井、川西南永福1井等，這些探井勘探失利與盆-山結構有非常重要的相關性。如圖7所示，周公1井和漢深1井都是在二疊系產(chǎn)氣，但其下部燈影組均產(chǎn)淡水，而且不產(chǎn)氣，這表明燈影組為一開放系統(tǒng)，其上為封閉系統(tǒng)。這主要與燈影組大規(guī)模調(diào)整有直接關系，燈影組這一開放系統(tǒng)全盆地貫通，因此周緣造山帶隆升時使得天然氣向造山帶沿不整合面大規(guī)模運移，造山帶成為燈影組的逸散窗口，而其他層位因各種原因的封閉性形成規(guī)模較小的氣藏。因此，盆-山結構控制了造山帶前緣燈影組天然氣向周緣的大規(guī)模運移，而這種運移主要以破壞為主。

圖7 周公1井與漢深1井氣藏剖面解釋圖Fig.7 Interpretation of gas reservoir profile for Well Zhougong-1 and Well Hanshen-1(剖面位置見圖1)

5 結 論

四川盆地燈影組晚期調(diào)整成藏主控因素主要有3個：一是盆-山結構控制天然氣向盆地周緣和盆地內(nèi)的高部位運移。二是綿陽-長寧拉張槽內(nèi)筇竹寺組的側向封隔作用，使得燈影組天然氣分成東西兩區(qū)，東區(qū)天然氣向拉張槽東緣持續(xù)運移集聚，受側向封隔而沿拉張槽東緣分布成藏，除主高點外，東緣局部構造內(nèi)都富集天然氣而成藏；西區(qū)的天然氣主要向威遠和造山帶高部位運移，威遠頂部封蓋能力不足而使大部分天然氣逸散，在運移途中的局部構造形成小規(guī)模的氣藏。三是燈影組頂面不整合面，該不整合面形成300 m左右的巖溶帶，形成全盆地貫通的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶和優(yōu)質(zhì)輸導體系，使得燈影組天然氣得以大規(guī)模全盆地范圍運移調(diào)整，其有利方面是天然氣調(diào)整使得供烴的不斷，而不利方面在于上覆封蓋條件不足時天然氣也非常容易逸散。而且這3個條件都緣于大規(guī)模區(qū)域性的構造-沉積差異，這種規(guī)模才能控制油氣的生儲運圈，最終在綜合條件下成為現(xiàn)今氣藏。因此在考慮深層成藏時更應注意區(qū)域性的構造特征及演化才是控制成藏的重點。

受控于上述3個條件，燈影組成藏是較為苛刻的，盆地范圍內(nèi)燈影組天然氣的有利區(qū)一個是東邊沿拉張槽東緣受側向封堵而形成的巖性-構造大規(guī)模氣藏聚集帶，另一個則是西邊向威遠和川西南段造山帶運移途中的局部構造，可能會形成小規(guī)模的氣藏。華鎣山以東應考慮天然氣逸散的方向指向區(qū)——現(xiàn)今構造高部位，可能會有氣藏的保留。