泥盆纪—早石炭纪裸露风化岩溶发育模式

　石炭纪—早二叠世裂陷作用对储层的控制~

一、川东石炭纪古构造格局对储层的控制
四川盆地在加里东运动抬升成陆后，有一个很长的沉积间断和侵蚀时期。石炭纪黄龙期（C2），峨眉地裂运动初始期的拉张作用影响到盆地东部云阳—奉节一带，由潮汐通道与鄂西浅海沟通，在西起广安、东至七曜山、北起宣汉以北、南抵重庆，面积约4×104km2的范围内，发育黄龙阶沉积，是川东主要产气层。石炭系分布和沉积相带展布受古构造格局控制，古构造格局与已知大中型气田关系十分密切。
1.黄龙期“三隆三洼”对储层的控制
石炭系沉积前，川东坳陷基底起伏不平，存在“三隆三洼”（即开江－梁平中央隆起带、石柱隆起带和邻水隆起带及万县、达县、垫江三个洼陷区）的古地貌特征（图3-6），在石炭纪沉积过程中，这种古构造格局控制石炭系沉积建造。

图3-6　川东石炭纪前古地貌图（据胡光灿，1997，修改）

开江－梁平中央隆起带：呈近南北向展布的狭长条带，分割东、西两侧坳陷。黄龙组的第二段 一部分和第三段至第五段（ ）已剥蚀殆尽，开江以北、忠县以南和梁平西侧的石炭系被全部剥蚀，暴露出志留系的侵蚀窗。残留厚度最小仅2.5～19.7m，有效储层厚度更小。
邻水古隆起带：位于沉积区西部，走向近东西，为龙女寺古隆起东延的水下隆起带，与开江－梁平隆起带以低鞍形式相接。
石柱隆起带：位于沉积区东南部，是黔中古隆在石柱一带向垫江洼陷延伸凸出部分。该古隆起在海西期已具雏形，到了早三叠世末，石柱古隆起已十分明显，总体上呈NE向。到早侏罗世末，古隆起的范围进一步扩大，与北部的开江古隆起共同控制着该区的油气演化及富集。
万县－忠县坳陷：位于隆起带东侧。石炭系以亮（粉）晶虫（藻）砂屑云岩和角砾状云岩为主，属潮间沙坪和泥藻坪亚相。残存厚度26～70m，孔隙发育，是川东石炭系有效储层厚度大，可达10～30m（图3-7）。

图3-7　川东石炭石炭系有效储层厚度（据胡光灿，1997，修改）

垫江坳陷：位于隆起带西南侧。以虫（藻）砂屑和角砾云岩夹灰岩为主，大部残存第四段 及其以下地层，厚9.5～56m。孔隙发育于二段（下孔段分布稳定）和四段（上孔段多透镜状），有效储层厚度为10～20m，是有利储层发育地区之一。
达县坳陷：位于隆起带西北。以灰岩和石膏为主，属潮间潮泊和潮上潟湖相，部分显示蒸发盐沉积标志。仅在第二段中有短暂白云岩沉积，残留第五段（ ）及其以下地层，厚度大，达46～75m，有效储层厚度10～20m。
2.黄龙期古构造与已知大中型气田关系
梁平古隆起：它是川东地区从石炭纪黄龙期就已开始出现的古隆起，是形成大中型气田的首要构造条件。在以后各时期的继承性发展和叠加过程中，开江—梁平地区一直处于隆起最高部位（图3-8），是历次油气运移、富集的有利场所。这可能是迄今已知石炭系的大中型气田（除相国寺气田外），都大致围绕梁平古隆起分布的重要原因。

图3-8　三叠纪末石炭系顶面古构造图（据胡光灿，1997，修改）

“坳中隆”：指坳陷中的小型古隆起，对大中型气田也起着重要的控制。达县坳陷虽全区储层条件稍差，但在达县东南有一个40m等厚线的相对隆起，即所谓的“坳中隆”，其两侧分别为70m厚的洼陷。西侧已发现铁山南（白云岩有效储层厚42.5m，下同）和云和寨（42.1m）两个大中型气田，东侧有沙罐坪（24.3m）和双家坝（39.4m）两个气田，它们都分布在古隆起与坳陷交界的斜坡地带。
因此，上述三个古隆起周缘的斜坡地带，应是今后寻找新的大中型气田有利区域。
二、早二叠世晚期峨眉地裂运动对储层的控制
1.盆地地腹峨眉地裂运动的表现
随着峨眉地裂运动由盆地周边向盆内的发展，使第一次海侵形成的碳酸盐台地破裂、离散，在盆地北缘（广元—城口）近东西向和华蓥山西侧（水口场一带）近南北向，由不均衡裂陷，形成两条深水硅泥质沉积的台槽，与相邻浅水较纯碳酸盐台块的沉积分异明显（金以钟，1994）。这种台槽与台块的分野，是峨眉地裂运动高潮期来临时，在盆地地腹的表现。两者交界处靠台块边缘为礁、滩相以及古岩溶、白云岩化作用发育地区，是油气运移、聚集的有利场所。
2.白云岩的分布
早二叠统阳新统是四川盆地已知碳酸盐岩产气层之一。岩性稳定，厚度200～350m。除梁山组为滨海沼泽相外，其余均为峨眉地裂期高潮时最大海侵的产物，以富含多种生屑泥晶灰岩为主。在阳二2（ 和阳三2～3（ ）的中上部常出现亮晶有孔虫红藻灰岩，属于栖霞和茅口两个成滩期的产物。盆地内共发育8个生物滩（丘），其中作为储层的栖霞组白云岩分布在川西北的广元矿山梁—绵竹高桥（白云岩厚10～58m，下同）、峨眉—泸州（10～68m）和南充—武胜地区（10m左右）。茅口组白云岩则主要分布在川西南汉王场（72m）、峨眉—沪州一带和广安（约25m）等地区，显示空间分布上的不稳定性，它们可能受古张性断裂的控制（图3-9）。
盆地内阳新统碳酸盐岩储层一般为微隙微喉型，说明阳新统储渗性能差。为了寻找新的有效储层，早在20世纪80年代人们（如罗志立，1988）就提出“从峨眉地裂运动形成的古断裂对四川盆地早二叠统古岩溶和白云岩化储层有明显的控制作用”的观点。经多年实践，已发现阳新统两种有效的古岩溶－孔洞型和白云岩（化）溶蚀孔隙型储集层，并越来越被人们重视。
3.峨眉地裂运动对阳新统古岩溶的控制
（1）泸州－开江古隆起雏形
早、晚二叠世之间的峨眉地裂运动（Ⅱ幕），形成泸州（呈近南北向）和开江（近东西向）两个大型古隆起的雏形，它们的核部都出露茅口组第二段（ ）。沪州古隆起残留茅口组三、四段（ ）仅10～30m，隆起幅度高达30～137m，东翼陡西翼缓。开江古隆起残留茅口组三、四段50m，隆起幅度较小，约60m，北陡南缓。川中磨溪—龙女寺一带也有一北东东向古隆起，残留茅口组第三段仅23～40m。
（2）古隆起对阳新统古岩溶的控制
古岩溶迹象：大量钻井已证实在泸州古隆起距阳顶侵蚀面以下50m以内，分别钻遇2～4m乐平统黑色煤系地层，无断层重复，如临17井、洞6井、7井和况3井等井中，已证实为古岩溶迹象。它在测井响应曲线中十分明显，可分为岩溶洞穴型与溶沟－溶槽型两种。
钻井中放空和井漏：据杨茂康（1987）对川南钻井的统计，放空和井漏集中在3个不同深度（图3-9），说明在阳顶侵蚀面以下100m内的表生淋滤带内，古岩溶占一半以上。这是早二叠世末峨眉地裂运动使地壳抬升遭受风化淋滤结果，估计间断时间约7～8Ma，在垂向上造成阳顶侵蚀面下100m岩层内，发育层间岩溶带。井下放空集中分布在以泸州、开江古隆起为中心的地带和龙女寺一带的古隆起上，这就为深埋期烃类成熟聚移准备了储集空间，成为众多二叠系气田（藏）集中的区域。

图3-9　四川盆地早二叠世古构造图（据金以钟，1994，简化）

1—断裂及编号；2—局部构造；3—古陆；4—气田及产气层；5—气井及编号；6—白云岩等厚线；7—古地质界线

本区奥陶系岩溶受长期构造演化及极复杂地质作用的影响，发育了多期次、不同类型的岩溶面貌（图5.6）。中奥陶世峰峰组沉积之后，至中石炭世本溪组开始沉积前，历时近132Ma，其间华北地区的奥陶系顶部普遍发育了风化壳岩溶及埋藏岩溶。根据与上覆层压释水有关的次生黄铁矿发育深度推测，该期岩溶在本区的推进深度大约在150m。其后随着海侵的到来，岩溶洞穴不断被充填，继而在其顶部接受沉积，并被覆盖、埋藏，形成一个完整的发生—发展—消亡的古岩溶发育过程。其岩溶岩在剖面上如沉积岩溶一样也呈三段式结构，即上部的溶蚀—填积岩和塌积—拉裂岩、中部的水平洞穴沉积岩（或堆积岩）和底部的膏溶角砾岩。
根据构造演化阶段及地质作用类型的不同将本区奥陶系古岩溶划分为5个作用期次（李定龙，1999）：
1）沉积岩溶作用期（沉积水文地质期，O）。本区从晚寒武世开始海水动荡剧烈，海侵范围广，持续时间长达47Ma，一直至晚奥陶世才结束。沉积过程中由于海进、海退频繁，即有小的沉积间断发生或淡水混入改造，故可发育沉积岩溶或层间岩溶。
2）风化壳岩溶作用期（淋滤水文地质期，O3—C1）。晚奥陶世至早石炭世末，华北地台整体抬升，奥陶纪灰岩进入淋滤水文地质作用期，该期持续时间近137Ma，此间奥陶纪灰岩经历了一次大规模岩溶作用，原同生沉积水被大气降水渗入混合、交替，发展成为岩溶—孔隙型淡水。
3）埋藏岩溶作用期（埋藏封闭水文地质期，C2—P3）。自中石炭世开始，华北地台整体下降，接受了中石炭世至二叠纪的沉积，奥陶纪灰岩进入埋藏封闭作用水文地质期。由于二叠纪后期发生的海西运动以上升为主，作用强度不大，持续时间约72Ma，由于古海水的渗入混合及后期地壳相对稳定的发展，奥陶纪灰岩水正向变质，趋于盐化。
4）半埋藏—构造岩溶作用期（二次淋滤水文地质期，P3—N）。二叠纪末开始的印支运动，使本区之前的新老沉积层发生褶皱变形，特别是早侏罗世末开始的燕山运动—古近纪早期的喜马拉雅运动，不仅使早期断裂复活，且产生了许多新的张扭性与张性断裂并随之伴有多期岩浆喷发。局部背斜或隆起处产生强烈剥蚀，致使奥陶纪灰岩裸露地表遭受淋滤作用，但大部分奥陶纪灰岩仍处于深埋状态。以上地质背景表明，奥陶纪灰岩层内水又经历了一个复杂的交替更迭过程，奥陶纪灰岩进入了二次淋滤水文地质期。从岩溶作用环境角度看，本期奥陶纪灰岩处于半埋藏半开启并伴有强烈构造—岩浆热液活动，故称为半埋藏—构造岩溶作用期。这一期的持续时间至少延至古近纪末或中新世末，持续时间约243Ma。

图5.6 南华北地区奥陶系古岩溶构造演化阶段

5）二次埋藏岩溶作用期（二次埋藏封闭水文地质期）。张老虎（1977）对本区洞穴堆积物的研究表明，从本区震旦、寒武、奥陶系岩溶洞穴堆积物结构特征看，这些洞穴形成时期应是在白垩纪晚期到古近纪（地壳相对稳定）及新近纪的上新世，各类岩溶洞穴均接受了一次沉积充填，本区奥陶纪灰岩又进入埋藏封闭水文地质期。应该指出，自晚新近纪以来，本区经历了喜马拉雅运动的多幕次作用。本区奥陶纪灰岩在第四纪某个时期仍有可能再次经受埋藏封闭作用过程。万天丰（1999）和杨巍然等（2006）指出，我国早、中更新世之间（0.73Ma）存在一次重要的构造事件，第四纪可划分为两个构造期—喜马拉雅期（23.3～0.73Ma）和新构造期（0.73Ma以来），两者有截然不同的构造应力场与构造变形方式，形成完全不同的构造地貌特征。金权（1990）指出：早更新世后，淮北平原又一次上升，其顶部发育了一套1.6～4.9m的褐铁矿风化壳。这次抬升时间较短，幅度不大；继而盆地又以下降为主，本区广泛接受了以湖泊相为主的沉积。前人在淮北濉溪宋町乡发现一奥陶系洞穴充填物（棕红色粘土夹碎石）中含有属中更新世的更新獐（Hydropotesinermisvar.pleistocenica）。以上前人研究表明，南华北地区中更新世奥陶纪灰岩再次进入埋藏封闭环境，作用时间短，该期作用持续时间约4.0Ma。总之，奥陶纪灰岩自同生沉积水形成后，在地史进程中其层内水经受了不同时期多种类的混入改造，水文地质或岩溶发育环境不断发生变化，从而在奥陶纪灰岩中塑造了多期次、不同体系的岩溶面貌。现今的奥陶纪灰岩岩溶面貌正是多期次岩溶体系叠加的结果。

泥盆纪—早石炭纪，海西早期构造运动使该区大幅抬升，褶断构造发育，在塔河主体区发生强烈剥蚀，奥陶系碳酸盐岩广泛暴露地表，发生强烈的岩溶作用。

地震勘探和钻井结果表明，塔河主体区古岩溶面

为奥陶纪碳酸盐岩地层与上覆石炭系之间的不整合接触面。出露与古岩溶面的碳酸盐岩地层主要是中、下奥陶系鹰山组及一间房组。受构造、古地形、古水文网和水文地质条件的影响，裸露风化期碳酸盐岩地层从局部出露到广泛暴露，塔河主体区鹰山组之上的碳酸盐岩全部被剥蚀，鹰山组被剥蚀厚度在阿克库勒凸起轴部和北部台地较大，可达250m；而凸起的周边及南部，有一间房组、良里塔格组碳酸盐岩呈环带状出露。

在泥盆纪末，阿克库勒地区中下奥陶统碳酸盐岩层组被埋藏于上奥陶统桑塔木组、志留系、泥盆系以碎屑岩为主体的岩层之下，受加里东期构造运动影响，形成了鼻状凸起雏形（图4-2A）。

图4-2 阿克库勒凸起泥盆纪末—早石炭纪裸露风化岩溶发育演化特征

海西早期，阿克库勒地区剧烈抬升，伴有断裂构造产生。阿克库勒凸起成型，隆升遭受强烈剥蚀，除了中、下奥陶系碳酸盐岩上覆的碎屑岩地层被剥蚀外，中奥陶统一间房组也大量剥蚀，该地层的尖灭线出现在凸起主体的东、南、西部边缘带，呈环带状出露在与桑塔木尖灭线之间。一间房组的早期岩溶受到强烈改造或再造，岩溶发育深度及岩溶缝洞规模增大，连通性增强。在地下水流场内，埋藏岩溶区段，在断裂构造导水的影响下，在临近裸露区的部位发育深度较大的断层溶蚀带（图4-2B）。

随着地壳的进一步抬升，凸起高部位区的一间房组完全被剥蚀，鹰山组上段部分被剥蚀。水流循环深度增大，溶蚀作用加强。受地下水排泄基准面控制，形成了分布于不同高程的较强岩溶发育带，在地下水位季节变动带形成了地下河溶洞发育带。在溶蚀缝洞发育过程中，溶洞顶部垮塌、溶余角砾及水流带入碎屑、泥沙的沉积充填产生于流速减缓或流通不畅的部位（图4-2C）。

早石炭世，塔里木地块开始沉降，接受海侵；古岩溶面逐渐被淹没，地下水流场的水头差减小，水势减弱，缝洞系统局部受到化学淀积充填。发育在盆地边缘和地表水系附近的缝、洞则易于受到后期机械沉积物的充填；早期的虹吸管道发育带、地形高差较大的岩溶陡坡带及地下水位转换带下游的分支洞穴沉积充填程度相对较低（图4-2D）。

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