0 引言
研究显示川西前陆盆地构造演化不仅对盆内陆相油气藏的形成具有重大影响，同时也造成了古生界海相油气成藏的复杂性[1,2]（图1）。由于该区近数十年的油气勘探主要集中于浅层的中新生代陆相地层，并取得了较好的油气勘探成果[3]，而海相地层埋深大、构造改造强，油气勘探程度低，致使对古生界油气成藏条件[4,5,6]和油气聚集特征认识不清[7]，制约了该区深层油气的进一步勘探。近年川中古隆起下寒武统龙王庙组及震旦系大型气田的发现[8,9,10]，表明位于扬子西缘的川西北深部海相地层可能具有发现规模油气藏的良好前景[11,12,13]。因此，深入研究前陆构造演化过程，分析其对成藏的影响将有助于对该区海相油气分布规律的再认识。
1 构造演化对油气成藏条件的控制
1.1 对烃源岩热演化的影响
川西北古生界发育多套烃源岩[19,20,21,22]，其中志留系龙马溪组受加里东期古隆起影响较大，除野外南江桥亭剖面厚度较大外，向南在剑阁—阆中一带尖灭，对该区油气藏影响较为局限[23]，其余各套烃源岩均为全区分布（图1）。研究利用西南石油大学国家重点实验CS230碳硫分析仪在室温16~20 ℃湿度58%~65%(%RH)条件下完成岩石中总有机碳测试63件；利用Leica DM4500P偏光显微镜对54个样品反射率测定，具体数据见表1。从多套烃源岩的测试分析来看，下寒武统筇竹寺组最优，以页岩为主，有机质丰度高，厚度大，有机质类型主要为Ⅰ型干酪根，热演化成熟度已达到过成熟阶段，是研究区最重要的烃源岩。下志留统龙马溪组烃源岩，有机质类型好，成熟度达到高成熟阶段，但是有机质丰度相对较低，厚度小[24]。二叠系烃源岩整体较发育，厚度较大，分布在中二叠统底部和上二叠统，有机质丰度较高，有机质类型主要为Ⅱ型，其中，中二叠统发育Ⅰ—Ⅱ1型有机质，生烃潜力较高。整体来看，二叠系烃源岩处于高成熟阶段，有利于油气的大量形成（表1）。
表1 川西北古生界烃源岩参数统计Table 1 Statistics of source rock in the Paleozoic of northwest Sichuan Basin |
| 层 位 | 主要岩性 | 厚度/m | TOC/% | R O/%（沥青等效反射率） | 有机质类型 | 取样点 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 范围 | 平均值 （样品数） | 范围 | 平均值 （样品数） | 范围 | 平均值 （样品数） | ||||
| P3 d | 灰黑色硅质泥岩 | 10~55 | 37（8） | 0.18~8.10 | 2.08（8） | 1.49~2.12 | 1.75（6） | Ⅱ1—Ⅱ2 | 矿1井、河2井、长江沟、吴家1井、大两会、扁1井等 |
| P3 l（P3 w） | 生物灰岩、生屑灰岩、煤 | 0~90 | 54（12） | 0.25~6.72 | 1.92（9） | 1.52~2.17 | 1.73（10） | Ⅱ1—Ⅱ2、Ⅲ | 矿1井、矿3井、金真村、老荒坡、剑丰、乌木沱、大两会、桥亭、朝天等 |
| P2 m | 生屑泥晶灰岩 | 25~250 | 138（12） | 0.07~2.58 | 0.85（21） | 1.10~3.37 | 2.00（22） | Ⅰ—Ⅱ1 | 通口、葛上岩、青杠坡、吴家1井、射1井、扁1井、矿3井等 |
| P2 q | 生屑泥晶灰岩 | 30~75 | 56（9） | 0.06~4.82 | 0.79（11） | 1.50~2.32 | 1.79（4） | Ⅰ—Ⅱ1 | 通口、双探3、龙17井、矿3井等 |
| S1 l | 黑色页岩、深灰色泥岩 | 0~200 | 50（3） | 0.09~2.33 | 0.91（5） | 1.49~2.37 | 1.82（3） | Ⅰ—Ⅱ1 | 南江桥亭、南江杨坝、川北等 |
| ∈1 q | 黑色泥岩 | 20~300 | 163（7） | 0.60~6.20 | 2.81（9） | 1.40~3.32 | 2.13（7） | Ⅰ | 朝天、火石岭、田坝等 |
川西北地区古生界油气勘探实践已基本证实，油气来源主要为下寒武统烃源岩和中二叠统[25]，海相烃源岩有机质类型较为接近，因此，烃源岩的生排烃过程主要受区域埋藏深度和地温的控制[26]。目前，利用盆地模拟技术探讨油气生排烃史已经成为油气成藏研究的重要手段[27]。本研究参考了区域地质背景参数[28]，利用镜质体反射率数据标定了不同构造带的热史模型，恢复了典型探井矿1井、双探3井、龙16井烃源岩演化史（图3）。从图3中看出，该区寒武系烃源岩从加里东晚期进入生油窗，晚三叠世进入凝析气—湿气阶段，早白垩世进入干气阶段，目前整体处于高成熟—过成熟阶段，以产生干气为主。表明前陆盆地构造运动对川西海相烃源岩起到促进作用，使烃源岩进入成熟阶段并向高熟阶段转化。从横向上看，研究区从逆冲推覆带、前缘隐伏带和坳陷带烃源岩进入成熟阶段的时期越来越晚，表明前陆盆地构造运动对不同构造带烃源岩热演化具有延迟效应（图4），其中下寒武统烃源岩在逆冲推覆带区长期处于生油阶段，湿气阶段相对持续时间较短，为该区古油藏形成提供了良好的物质基础，而二叠系烃源岩从印支晚期进入生油窗，从早白垩世进入干气阶段。随着推覆作用进行，古油藏向古气藏演化或经历调整演化，形成现今油气分布的格局。
1.2 对储层发育的影响
从研究区7口探井604张薄片统计分析（表2），川西北地区中二叠统主要发育白云岩储层，储集空间有晶间孔、裂缝和溶孔等，测试分析资料也显示中二叠统白云岩储层总体以低孔—低渗型储层为特征，表明研究区储层受到次生改造作用较明显[29,30,31]。构造成岩作用是影响储层物性的一种十分重要的作用力，尤其是深层的碳酸盐岩[32]。川西北前陆盆地构造运动的基本特征是相邻造山带大规模向盆内俯冲，并形成巨大的水平挤压应力场[7]。这种强烈的水平挤压对储层的影响是多面的，一方面受到上覆地层的机械压实、构造挤压作用，储层的原生孔隙不断降低[29]；另一方面在储层内部产生大量的裂缝和小断裂，增强了储层的非均质性，其中裂缝对区内储层的油气运移、聚集和产出具有较重要的意义[33]，部分深部断裂造成的热液改造作用对储层影响还无法评估[34]。从图5可以看出，川西北地区栖霞组储层从逆冲推覆带—坳陷带孔隙度逐渐减小，变化趋势与构造压实相一致；而前缘隐伏带裂缝发育和高温压条件改善了储层的渗透率。研究区储层物性整体受前陆构造背景的影响较大。
表2 川西北地区栖霞组储层基本特征统计①Table 2 Statistical table of basic reservoir characteristics of Qixia Formation in northwestern Sichuan Basin① |
| 构造带 | 样本个数 | 孔隙度/% | 渗透率/(10-3 μm2) | 储层岩石类型 | 储集空间类型 | 样本点 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 逆冲 推覆带 | N=254 | 粉细晶云岩，豹斑云质灰岩 | 晶间孔，裂缝和溶洞 | 矿2井，矿1井，天井山 | ||
| 前缘 隐伏带 | N=247 | 粉细晶针孔云岩 | 裂缝—孔隙型 | 双探3井 | ||
| 坳陷带 | N=103 | 泥—亮晶灰岩 | 孔隙型 | 龙17井，元坝3，吴家1井，龙4井 |
1.3 对保存条件的影响
区域性盖层的好坏对天然气的保存至关重要。川西北地区二叠系发育2套相对重要的盖层，一套是上二叠统龙潭组厚层泥页岩，厚度可达到100 m以上，龙潭组作为盖层的同时，又为烃源岩，具有烃浓度封闭作用，构成了中二叠统储层的良好直接盖层；另一套是中下三叠统膏岩类，累计厚度在50~450 m之间，它们是二叠系油气藏的间接盖层[34]。从古生界地层水和地层压力特征来看（表3），逆冲推覆带受埋深影响较大，水型从氯化钙型过渡到硫酸钠型，其中茅口组保存条件较差，遭受破坏相对严重[35]，栖霞组和石炭系部分受到破坏，但在逆冲带深层仍然存在有效的圈闭；前缘隐伏带水型为氯化钙型，地层呈超压状态，有利于油气保存；坳陷带可能受早期拉张作用影响，地层水略有变化，但后期构造沉降提高了地层的封闭性，保存条件较好。整体而言，前陆构造运动对逆冲推覆带的保存条件影响较大，对古生界原生油气藏的破坏性较强。
表3 川西北地区古生界保存条件统计Table 3 Statistics of Paleozoic preservation condition in northwestern Sichuan Basin |
| 构造带 | 盖层厚度 | 地层水矿化度 | 地层压力 | 代表井 |
|---|---|---|---|---|
| 逆冲推覆带 | ①龙潭组泥页岩厚度：36.1 m;②中下三叠统膏岩厚度：86.6 m | ① 茅口组，硫酸钠型，矿化度：23.558 g/L；②栖霞组，氯化钙型，矿化度：45.4 g/L；③志留系—奥陶系矿化度:32.325 g/L，水型：CaCl2 | ①栖霞组地层压力系数0.86；②石炭系压力系数0.79 | 矿3 |
| 前缘隐伏带 | ①龙潭组泥页岩厚度：96 m;②中下三叠统膏岩厚度：310 m | ①茅口组水型：CaCl2,地层压力：82MPa；②栖霞组，氯化钙型，地层压力：73.5MPa。 | ①茅口组压力系数：1.2；②栖霞组地层压力系数：1.02 | 双探1, 双探3 |
| 坳陷带 | ①龙潭组泥页岩厚度：37 m;②中下三叠统膏岩厚度：270 m | 茅口组，重碳酸钠型，矿化度16.89 g/L | 地层压力系数1.36 | 关基井，扁1，吴家1 |
1.4 对圈闭发育与分布的影响
1.5 对运移条件的影响
川西前陆盆地构造运动过程中形成了大量的断层、裂缝以及不整合面，构成了油气运移的复合疏导体系，导致了古生界油气在纵向上分布广，油源对比争议较大[37]。近年来学者对川西北部地区出露的油砂、油苗与沥青的来源研究显示 [38]，该区古生界具有明显的多源供烃特征，油气藏混源特征明显，下古生界烃源岩和二叠系烃源岩是该区古生界油气的主要来源[39]。从区域典型气藏天然气碳同位素及疏导体系发育特征分析（图7），前陆逆冲推覆带地区气藏乙烷碳同位素组成较轻，为典型油型气，表明该区发育的大量叠瓦状逆冲断裂沟通了下古生界烃源岩，结合不整合面构成了矿山梁、河湾场深部油气的不整合面—断层运移疏导体系。在前缘隐伏带双鱼石地区，二叠系和泥盆系气藏乙烷碳同位素值整体接近自身烃源岩的特征，显示层间断裂和疏导层为油气运移的主要通道，而偏低部分显示有深部寒武系天然气混入，表明该区发育的隐伏上冲断层部分沟通了深部油气，因此，该区形成了疏导层—断裂为运移通道的阶梯状疏导体系，具有多源充注的特征。而坳陷带构造运动相对较弱，气藏乙烷同位素值接近二叠系烃源岩，运移通道主要是加里东晚期拉张背景下形成的层间断裂或裂缝，油气以近距离的垂向疏导体系为主，油气藏多数为自生自储自盖型。
图7 川西北古生界烃源岩干酪根和乙烷碳同位素值对比（河湾场、吴家坝和矿山梁数据据黄东等[5]，2011；其余数据据刘弈伶[28]，2016）Fig.7 Carbon Isotope correlation of kerogen and ethane of Paleozoic source rocks in northwestern Sichuan Basin(data of Hewanchang, Wujiaba and Kuangshanliang according to HUANG et al.[5],2011; other data according to LIU et al.[28],2016). |
2 油气成藏模式
川西北地区古生界成藏要素匹配关系十分复杂，而前陆盆地构造运动又造成该区古生界不同构造带油气成藏条件明显的差异性（图8），因此，不同构造带油气聚集模式也呈现出不同特征。
其中前陆逆冲推覆带处于川西绵阳—长宁拉张槽，下古生界烃源岩较发育，尤其是下寒武统烃源岩，烃源岩有机质丰度高，是该区油气的主要来源，储层主要发育在泥盆系和二叠系，盖层为中上二叠统底部的烃源岩及致密灰岩，因此，该区古生界发育下生上储上盖的生储盖组合。目前，该区在矿山梁和河湾场地区发现了二叠系气藏，在碾子坝和天井山地区寒武系和泥盆系地层中见大量沥青和古油藏，表明加里东晚期和海西期下古生界烃源岩产生的液态烃沿通源断裂向上运移到泥盆系成藏 [38,40,41,42]，早期深埋的部分原油裂解成天然气向上运移聚集在二叠系中，部分油藏后期受到印支运动改造和破坏，并出露于地表。因此，保存条件是该区古生界成藏的关键（图9）。综合各成藏条件认为该区古生界油气藏具有“早油晚气、后期调整、保存控藏”的特征。
研究区前缘隐伏带发育下古生界烃源岩和二叠系烃源岩，由于处于川西裂陷槽发育区，下寒武统烃源岩条件好，储层主要发育在中上二叠统，盖层为上二叠统的烃源岩及致密灰岩，因此，该区发育下生上储上盖式和自生自储上盖式2种组合类型。从该区中坝—双鱼石构造带已有气藏分析，存在乙烷碳同位素组成偏轻的现象（图7），显示有部分下古生界气源注入，表明该区发育层间断裂和通源断裂并存的油气疏导体系，具有多源供烃的条件。由于该区处于逆冲推覆带下降盘，圈闭完整性和保存条件较好，因此，该区古生界具有“多源充注、多期运聚、断裂控藏”成藏特征，主成藏期通源断裂活动是油气成藏的关键。
研究区坳陷带下寒武统烃源岩临近川西绵阳—长宁拉张槽，二叠系烃源岩较发育，有机质丰度较高，是该区油气的重要来源。该区二叠系储层物性较差、非均质性强，盖层为中上二叠统底部的烃源岩及致密灰岩，发育构造—岩性圈闭。从该区已有气藏分析，中上二叠统气藏乙烷碳同位素与二叠系干酪根同位素较为接近，表明天然气主要沿层间断裂向上运移到二叠系储层中，因此，该区古生界发育自生自储自盖式组合。由于该区古生界埋深较大，保存条件较好，因此，气藏具有“近源充注、持续供烃、层间断裂控藏”成藏特征，层间垂向疏导体系是油气成藏的主控因素。
3 油气富集规律
综合上述成藏地质条件和成藏模式分析认为，川西北古生界具有较好的成藏条件，其中逆冲推覆带尽管有良好的油气显示，但由于构造活动的破坏与改造，致使逆冲推覆带上盘的圈闭和整体保存条件较差，如该区失利井矿2井、矿3井和天井1井，因此，深埋地层是该区有利的油气聚集目标。前陆坳陷带整体表现为构造变形弱，油气保存好，但油气来源单一，二叠系自身烃源岩生烃能力一般，且受层间断裂发育程度的控制，成藏潜力一般。相对而言，前缘隐伏带地区相对构造变形弱，发育的潜伏背斜圈闭保存较好，通源断裂发育，是目前油气勘探的有利部位。2014年以后的双探1井和双探3井相继发现百万立方米以上较好的油气显示，表明川西北部前缘隐伏带可能是川西海相深层油气突破的有利地区。
4 结论
（1）川西北部前陆盆地构造运动在纵向上促进海相烃源岩从高成熟向过熟阶段转化，在横向上具有延迟效应，致使该区逆冲推覆带、前缘隐伏带和坳陷带烃源岩进入成熟阶段的时期越来越晚，且处于生油窗的时间逐渐缩短。
（2）川西北部古生界储层受前陆盆地运动影响较大，深埋藏作用造成储层具有低孔低渗特征，从逆冲推覆带到坳陷带挤压作用使储层孔隙度呈现逐渐降低的趋势，而前缘带裂缝发育和高温压条件改善了储层的渗透率。
（3）川西前陆盆地构造运动对逆冲推覆带的圈闭和保存条件影响较大，主要发育一些双重构造、逆冲断背斜圈闭，浅层圈闭易被破坏；前缘隐伏带和坳陷带发育断块圈闭和构造—岩性圈闭，圈闭保存条件较好。
（4）川西北部古生界油气运聚具有明显的分带性，其中前陆逆冲推覆带受不整合面—断层疏导体系影响，古生界油气藏具有“早油晚气、后期调整、保存控藏”的成藏特征，前缘隐伏带受渗透层—断层组合的阶梯状疏导体系控制，古生界具有“多源充注、多期运聚、通源断裂控藏”成藏特征，而坳陷带主要受层间断裂垂向疏导体系控制，气藏具有“近源充注、持续供烃、层间断裂控藏”成藏特征。
（5）综合分析认为，前陆地区前缘隐伏带靠近寒武系绵阳—长宁拉张槽，烃源岩发育，通源断裂发育，圈闭保存条件好，是川西海相深层油气突破的有利地区。
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