0 引言
前人[11,12,13,14,15,16]对中国南方扬子台地震旦系—寒武系岩石地层、生物地层、层序地层、岩相古地理做了大量研究，取得了丰硕成果。但针对鄂西—渝东地区克拉通内裂陷的研究却鲜有报道，仅有少数学者认为在中、上扬子之间鄂西—渝东地区震旦纪发育斜坡—台沟（盆）深水相沉积[17,18,19]，并进行了简要的岩相描述，未对这一负向构造单元的特征与分布进行深入研究。基于此，笔者利用30余条野外露头、最新钻井资料，结合“德阳—安岳”台内裂陷最新研究成果，对鄂西—渝东地区岩相组合、沉积演化进行了系统的研究和思考，提出“城口—巴东—五峰”地区发育陡山沱期—龙王庙期继承性克拉通内裂陷。因此本文将对“城口—巴东—五峰”裂陷的地质特征、形成演化、油气地质意义进行研究，从而为四川盆地川东地区今后的油气勘探评价进行指导。
1 区域地质背景
2 城口-巴东-五峰裂陷提出的依据
2.1 地层厚度依据
利用钻井、露头资料，结合少量地震资料研究表明，陡山沱组在四川盆地内部残余厚度较小，一般为20~60 m，岩性为砂岩、含砾砂岩、页岩夹白云岩。而在鄂西—渝东地区陡山沱组残余地层较大，尤其是城口—巴东—五峰地区，厚度可达120~400 m，岩性为黑色泥页岩、灰色、灰黑色泥质白云岩，常夹硅磷质结核和团块[19]。另外，在湖南安化以南地区，陡山沱组地层厚度很小，约为20~30 m，岩性为炭硅质页岩夹硅质岩。
裂陷内灯影组地层厚度较薄，如图2所示，灯影组在鄂参1井—秭地1井区厚度较薄，其中鄂参1井厚98 m，以薄层泥晶云岩、灰岩为主，属于深水陆棚相沉积。裂陷两侧灯影组地层厚度明显增大，如裂陷西侧利1井地层厚度为890 m，裂陷东侧宜地4井厚度为596 m，其岩性主要为凝块云岩、藻云岩与颗粒云岩。与灯影组地层厚度分布截然不同，下寒武统沧浪铺组+筇竹寺组+麦地坪组地层厚度在“城口—巴东—五峰”裂陷内大，两侧小。如女基—利1井区下寒武统沧浪铺组+筇竹寺组+麦地坪组厚度为300~366 m，至鄂参1井地层厚度急增至1 409 m；再向东至宜昌地区的宜地4井减薄至407 m。这种与灯影组地层厚度呈明显互补关系的现象可与德阳—安岳裂陷充填演化很好地对比[1,2]。
2.2 岩相古地理证据
陡山沱期是南沱冰期结束后的第一次海侵，研究区内主要发育盆地相、深水陆棚相、浅水陆棚相与滨岸—潮坪相沉积[图3(a)]。盆地相主要分布在秀山及安化以南地区，岩性为炭硅质页岩及硅质岩，厚度薄，如秀山高东庙剖面陡山沱组仅厚16.8 m。深水陆棚相主要分布在城口—巴东—五峰地区，厚200~480 m，岩性以黑色泥页岩为主，夹有少量深灰色薄层泥晶白云岩及硅质云岩[图4(a)]。浅水陆棚相主要分布在宜昌—荆门地区，在裂陷西侧呈窄条状南北向展布，岩性上以灰黑色炭质页岩、灰色泥岩夹粉砂质泥岩、含磷粉砂岩为主，夹有薄层含碳泥质白云岩以及钙质泥岩[图4(b)]，厚度一般在200~260 m之间。围绕汉南、孝昌、开江古陆广泛发育滨岸—潮坪相沉积，岩性以紫红色砂岩、石英砂砾岩、灰绿色、紫红色泥岩，泥质粉砂岩，发育交错层理与板状斜层理。
图3 鄂西—渝东地区震旦—寒武系岩相古地理图（a）震旦系陡山沱组岩相古地理图；（b）震旦系灯影组一段—二段岩相古地理图；（c）震旦系灯影组四段岩相古地理图；（d）下寒武统龙王庙组岩相古地理图 Fig.3 Lithofacies palaeogeographic map of Sinian-Cambrian in western Hubei-eastern Chongqing region |
图4 野外及镜下典型相特征照片（a）深水陆棚相：城口符家沟剖面，陡山沱组黑色页岩； （b）浅水陆棚相：秭归上冀家湾剖面，陡山沱组，黑色泥页岩与薄层云质砂岩； （c）斜坡—盆地相：庙河剖面，灯影组角砾状灰岩；（d）斜坡—盆地相：龙洞湾剖面，灯影组角砾灰岩，见冲刷面；（e）台缘相：宜地4井，灯影组井深941 m，砂屑云岩,溶孔溶洞发育；（f）台缘相：寒风垭剖面，灯影组，藻云岩；（g）台缘相：芭蕉溪灯影组，藻云岩；（h）中缓坡：两河口剖面,龙王庙组，泥晶灰岩；（i）内缓坡：宜昌王家坪剖面，龙王庙组，粉—细晶云岩，溶蚀孔洞准层状分布 Fig.4 Field and microscopic features of typical sedimentary facies |
灯影期沉积格局从陡山沱期陆棚为主的沉积体系转变为碳酸盐岩台地沉积体系，为扬子地台第一次碳酸盐岩的发育期。研究区内灯一段—灯二段、灯三段—灯四段皆表现为被“城口—巴东—五峰”裂陷分割的碳酸盐岩台地，台地具有镶边台地沉积特征[图3(b)，图3(c)]。裂陷区内发育斜坡—盆地相沉积，岩性主要为深灰色灰岩、角砾状灰岩及薄层致密泥晶白云岩[图4(c)，图4(d)]。裂陷两侧为台地相沉积，裂陷边缘古地貌较高，水体能量强，发育高能台缘丘滩相，如川东渔渡关公梁剖面、巫溪寒风垭剖面[图4(e)]、利1井及鄂西三峡芭蕉溪剖面[图4(f)]、神农架古庙垭剖面、宜地4井[图4(g)]等，岩性以藻纹层云岩、砂屑云岩为主。
早寒武世麦地坪期是在晚震旦世灯影期海退后又一次的大海侵背景下发育的，分布较局限，厚10~150 m。麦地坪组主要分布在城口—巴东—五峰地区，岩性以含磷黑色页岩、硅质岩为主，为深水陆棚相沉积[17]。筇竹寺期沉积格局未发生变化，城口—巴东—五峰地区仍为深水陆棚沉积，以炭质页岩夹硅质岩和灰绿色页岩夹泥灰岩为主。围绕鄂中古陆依次发育浅水陆棚、潮坪相沉积[14]。沧浪铺期为陆源碎屑陆棚及碳酸盐岩混合沉积向碳酸盐岩台地沉积过渡的阶段，城口—巴东—五峰地区逐渐从早期深水陆棚相沉积逐渐变换为浅水陆棚沉积，其两侧逐渐发育碳酸盐潮坪相沉积[14]。龙王庙期主要发育中缓坡相及浅缓坡相沉积，中缓坡主要发育在中上扬子之间“城口—巴东—五峰”一带的相对低洼区，岩性主要为灰岩[图4(h)]，如石柱王家坪剖面龙王庙组地层厚度约为120 m，仅在顶部发育2层白云岩段，累计厚度为3 m；石门杨家坪剖面龙王庙组地层厚约为260 m，下部为浅灰色薄层状泥晶灰岩，上部为泥晶灰岩夹泥质泥晶白云岩，偶夹颗粒白云岩。内缓坡相主要发育在四川盆地内及宜昌地区，位于中缓坡洼地的两侧，白云化程度相对中缓坡高，岩性以砂屑白云岩为主，溶蚀孔洞发育[图3(d)，图4(i)]。相对于中缓坡，灰岩仅发育在龙王庙组的下段，如宜地2井，龙王庙组地层厚约200 m，其中白云岩段发育在中上部，累计厚约120 m。
3 城口—巴东—五峰裂陷分布特征及演化
鄂西—渝东地区地震资料稀少，仅宜昌周缘有少量测线，用于页岩气勘探，且资料品质不佳。因而本文基于“德阳—安岳”台内裂陷地质响应特征，依据野外露头、钻井资料及震旦系—寒武系岩相组合与地层展布特征对“城口—巴东—五峰”裂陷的展布进行刻画。结果表明，裂陷呈“沙漏”状（中间窄，两头宽）近南北向展布，东西宽60~280 km，南北长约400 km，北与秦岭海盆相接，向与湘中南大陆边缘盆地相连，分割中上扬子台地。
“城口—巴东—五峰”裂陷形成于震旦纪陡山沱期，在区域伸展构造背景下，形成鄂西—渝东地区克拉通内裂陷，分布范围大。伴随海侵，裂陷内部水体较深，发育盆地—陆棚相，主要沉积炭硅质页岩及厚层黑色、灰黑色炭质页岩、泥岩夹薄层碳酸盐岩。而此时上扬子台地与京山地区地貌较高，整体处于滨岸—潮坪相沉积，地层厚度小。灯影期裂陷继承性发育，断层活动性增强，使得裂陷变窄变深。尤其是受慧亭运动影响，鄂中台地整体抬升，海水变浅，碳酸盐岩广泛发育，宜昌—荆门地区从陡山沱期的浅水陆棚相转变为灯影期台地相沉积。裂陷位于断层的下降盘，水体深，能量低，沉积斜坡相深灰色灰岩、云质灰岩、角砾状灰岩，厚50~260 m。而裂陷两侧发育高能丘滩相台缘沉积，厚500~1 000 m。早寒武世麦地坪期—筇竹寺期为“城口—巴东—五峰”裂陷发育鼎盛期，断层活动持续增强，随着海平面不断上升和区域性海侵，裂陷内不仅发育斜坡—盆地相麦地坪组地层，还发育近千米厚的陆棚相筇竹寺组沉积[图2]。受区域构造影响，裂陷两侧台地为断层上升盘，筇竹寺组地层明显变薄甚至缺失。从区域上看，早寒武世中晚期是中上扬子克拉通构造转换的重要时期，有早期的拉张构造开始向挤压构造转换，受其影响开始进入克拉通坳陷演化阶段。沧浪铺期为陆源碎屑陆棚与碳酸盐岩混合沉积阶段，裂陷开始转向衰亡期，发生填齐补平作用，隆凹格局特征逐渐减弱，趋于统一[图5(d)]。龙王庙期已完全转化为碳酸盐岩沉积体系[图5(e)]，受前期沉积格局的影响，裂陷的残余洼地转变为中缓坡低洼区[图3(d)]，沉积岩性以灰岩为主，较两侧以发育白云岩为主的浅缓坡相地层厚度大。中寒武世岩相古地理研究表明，中上扬子为统一的碳酸盐岩台地沉积，再无构造分异现象[6]，裂陷被完全填平补齐，彻底消亡[24]。
前人研究表明，“德阳—安岳”裂陷演化分为3个阶段：晚震旦世灯影期裂陷形成、早寒武世早期裂陷发展（麦地坪—筇竹寺期）、早寒武世中晚期裂陷消亡（沧浪铺期）[1]。相对而言，“城口—巴东—五峰”裂陷则是形成于陡山沱期，灯影期裂陷继承性发展，早寒武世早期（麦地坪—筇竹寺期）为裂陷鼎盛期，早寒武世中晚期（沧浪铺组）为衰亡期，早寒武世晚期（龙王庙期）为残余期，中寒武世则完全消亡。可见，“城口—巴东—五峰”裂陷比“德阳—安岳”裂陷发育更早，消亡更晚，时间跨度更长。
4 裂陷发现的意义
4.1 裂陷控制优质烃源岩分布
“城口—巴东—五峰”裂陷内发育震旦系陡山沱组及寒武系筇竹寺组2套优质烃源岩。其中陡山沱组烃源岩厚约50~250 m，存在城口与五峰2个厚度中心。陡山沱组烃源岩有机质丰度高，总体分布在0.21%~10.40%之间，平均为1.93%（表1）；有机母质来源于低等水生生物，为Ⅰ—Ⅱ1型干酪根；烃源岩现今热演化程度高，处于过成熟阶段，具有良好的生气潜力[25]。同时陡山沱组暗色泥页岩既是优质烃源岩，也是良好的页岩气储层段，目前已在宜昌地区获得了良好的钻井含气性显示，表现出极大的勘探潜力[26]。前人[27,28,29]对研究区内筇竹寺组烃源岩做了大量研究，岩性主要以黑色炭质页岩、炭硅质页岩、泥岩、粉砂质页岩为主，厚度大（50~600 m），分布广，有效烃源岩厚度为100~300 m，生烃潜力大，付小东等[30]对四川盆地内911块烃源岩测试结果表明，TOC>2%的优质烃源岩占36%。
表1 鄂西—渝东地区陡山沱组烃源岩TOC实测值Table 1 The measured value of TOC of Doushantuo Formation in western Hubei-eastern Chongqing area |
| 剖面 名称 | 总有机碳含量/% | 剖面名称 | 总有机碳含量/% |
|---|---|---|---|
| 龙洞湾 | 2.50（1） | 花鸡坡 | 1.01~6.86/2.11（14） |
| 陈家湾 | 1.24~10.40/4.73（6） | 上冀家湾 | 0.86~3.63/2.07（4） |
| 符家沟 | 0.21~6.14/1.67（51） | 杨家坪 | 0.14~1.58/0.89（5） |
| 五宋村 | 0.30~5.56/2.23（3） | 高东庙 | 2.30（1） |
| 铜锁沟 | 3.91（1） | 芝麻坪 | 1.15~2.92/2.02（15） |
|
4.2 裂陷控制优质储集层分布
与“德阳—安岳”裂陷相似，“城口—巴东—五峰”裂陷也控制着其两侧灯影组丘滩相储层。因裂陷的存在，导致沉积相带分异明显，裂陷两侧为浅水高能相带，发育台缘丘滩复合体。储集层岩性主要为藻凝块云岩、砂屑云岩、粉—细晶云岩[图6(a)—图6(c)]，储集空间类型为格架孔、粒内溶孔、粒间溶孔，野外及镜下见白云石及沥青充填[图6(d)，图6(e)]，厚度为55~100 m。对鄂西—渝东地区灯影组柱塞样品物性测试结果表明灯影组储集层具有低孔低渗的特征[图7]，其中孔隙度分布在0.37%~25.65%之间，其中孔隙度<2%的占44%，孔隙度在2%~4%之间的占25%，孔隙度在4%~6%之间的占16%；渗透率介于（0.004 1~50.096 4）×10-3 μm2，集中分布在（0.01~1.0）×10-3 μm2之间，占81%。另外，在露头与岩心常见溶蚀孔洞发育，表明灯影组储层还遭受后期岩溶的改造作用。
图6 鄂西—渝东地区灯影组、龙王庙组储层特征（a）关公梁剖面，灯影组粉细晶白云岩，溶蚀孔洞发育，孔洞内充填沥青；（b）寒风垭剖面，灯影组藻云岩；（c）利1井，灯影组粉晶白云岩，孔洞发育；（d）芭蕉溪剖面，灯影组，藻屑云岩，藻屑间溶孔及藻屑粒内溶孔发育，面孔率10%，蓝色铸体（－）；（e）芭蕉溪剖面，灯影组，藻团块—藻屑白云岩，藻格架扩溶孔及藻屑溶孔发育，亮晶白云石部分胶结，蓝色铸体（－）；（f）王家坪剖面，龙王庙组，具颗粒幻影粉晶白云岩，晶间孔发育，蓝色铸体（－）；（g）利1井，龙王庙组，粉晶白云岩，3 893.01 m,粒间孔发育，蓝色铸体（－）；（h）芝麻坪剖面，龙王庙组，晶粒白云岩，晶间孔发育，蓝色铸体（－）；（i）宜地2井，龙王庙组1 139.2 m，灰色砂屑云岩，溶蚀孔洞发育，见沥青充填 Fig.6 Reservoir characteristics of Dengying and Longwangmiao formations in western Hubei-eastern Chongqing area |
龙王庙组沉积时，城口—巴东—五峰为中缓坡低能洼地，岩性以灰岩为主，其两侧则为能量较高的内缓坡相区，主体为白云岩。露头、岩心及镜下观察表明龙王庙组储层岩性以颗粒白云岩、晶粒白云岩为主，储集空间类型主要为粒间孔、粒内孔及晶间孔[图6(f)—图6(h)]，并见沥青充填[图6(i)]，储层厚22~57 m。对内缓坡相龙王庙组典型取心井与野外露头57个样品常规物性分析结果表明龙王庙组具有较好的物性，其中孔隙度介于0.38%~11.7%之间，主要集中在2%~6%之间，占样品总量的86.2%，平均值为5.24%；渗透率分布范围为(0.003~4.5)×10-3 μm2，平均值为0.389 2×10-3 μm2。
表2 鄂西—渝东地区龙王庙组典型钻井与野外剖面样品物性数统计Table 2 Statistics of physical properties of typical drilling and outcrop samples of Longwangmiao Formation in western Hubei-eastern Chongqing area |
| 钻井/剖面 | 孔隙度/% | 渗透率/（10-3 μm2） | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 样品数/个 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | 样品数/个 | 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 利1井 | 7 | 0.38 | 11.7 | 5.81 | 7 | 0.003 | 4.5 | 1.211 3 |
| 峡东王家坪 | 3 | 5.82 | 8.40 | 7.52 | 3 | 0.034 4 | 0.548 3 | 0.207 6 |
| 兴山建阳坪 | 1 | / | / | 4.84 | 1 | / | / | 0.026 7 |
| 秭归芝麻坪 | 2 | 5.14 | 6.00 | 5.57 | 2 | 0.107 4 | 0.115 2 | 0.111 3 |
| 秭归芝麻坪* | 28 | 0.72 | 10.38 | 3.34 | / | / | / | / |
| 恩施茶山* | 16 | 2.18 | 10.03 | 4.36 | / | / | / | / |
*据脚注① |
4.3 有利勘探方向
古地貌高点有利于海相碳酸盐岩建隆及高能相带的发育，有利于构造、岩性等各种圈闭的发育，是油气运聚的主要指向区。“城口—巴东—五峰”裂陷内发育陡山沱组与筇竹寺组2套优质烃源岩，两侧为灯影组、龙王庙组沉积古地貌高地，利于优质丘滩相储集层的发育，易形成旁生侧储、下生上储的有利成藏组合，应作为川东地区重要战略接替领域加强勘探，一旦突破将实现规模上产，勘探意义重大。
巫溪—奉节地区为灯影组丘滩相储集层与龙王庙组滩相储集层发育的叠合区，有利面积为2 000 km2。此区毗邻陡山沱组、筇竹寺组生烃中心，且龙王庙组地层顶界埋深为3 500~7 000 m，灯影组地层顶界埋深为4 000~7 500 m，埋深相对较浅，应作为川东地区下步勘探的靶区。
5 结论
（1）鄂西—渝东地区发育“城口—巴东—五峰”克拉通内裂陷，裂陷呈“沙漏”状（中间窄，两头宽）近南北向展布，东西宽60~280 km，南北长约400 km。“城口—巴东—五峰”裂陷形成于震旦纪陡山沱期，灯影期裂陷继承性发育，早寒武世早期为裂陷发育的鼎盛期，早寒武世中晚期裂陷开始衰亡，并最终消亡于中寒武世。
①夏茂龙.西南油气田研究院.内部报告,2018.
（2）裂陷内陡山陀组、筇竹寺组发育优质烃源岩，裂陷两侧灯影组、龙王庙组发育优质丘滩相及颗粒滩相白云岩储层，其中灯影组储层厚55~100 m，龙王庙组厚22~57 m。
（3）指出巫溪—奉节地区为龙王庙组滩相储层与灯影组丘滩相储层叠合区，毗邻生烃中心，有利区面积2 000 km2，为下步勘探的靶区。
甘公网安备 62010202000678号
