DOI: 10.12017/dzkx.2023.002     

四川盆地西北地区构造变形特征、演化及油气地质意义

冉　崎¹　雷　程¹　陈　康¹　张本健¹　梁　瀚¹

韩　嵩¹　曾　鸣¹　刘晓兵¹　皮学军²　管树巍³

（1. 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 成都　610041；2. 北京奥意尔工程技术有限公司 北京　100102；

3. 中国石油勘探开发研究院 北京　100083）

摘  要  近年来川西北山前坳陷地区中二叠统天然气勘探取得重大突破，激发了勘探工作者向更大区域和更深层系探索的愿望。为了给下一步油气勘探提供依据与参考，本文系统讨论了川西北南华纪以来的盆地性质、构造—沉积格局及油气成藏条件。川西北经历了南华纪—早古生代、晚古生代—三叠纪、侏罗纪—新生代3大演化阶段，现今构造格局受燕山期龙门山、米仓山造山带以及向盆地逆冲推覆形成的冲断系统控制。其中龙门山北段冲断系统总体表现为由造山带向盆地方向扩展的“前列式”构造变形，在盆山结合位置，深部构造楔向造山带方向消减了大部分位移，造成前渊坳陷部位构造变形急剧减弱。川西北燕山期前陆盆地之下保存了南华纪—中奥陶世和泥盆纪—中三叠世两期完整、连续的裂陷层序与被动大陆边缘层序，具有优越的油气成藏条件。中-晚侏罗世—早白垩世龙门山与米仓山急剧隆升并向盆地大规模推覆，造成前渊坳陷内的海相层系急速埋藏增温，进入成藏高峰。由于山前冲断带自中晚侏罗世（~160 Ma）以来处于抬升和剥蚀状态，而前渊坳陷始终处于埋藏状态，油气保存条件要优于山前冲断带，因此是深层—超深层油气勘探的重点地区。

关键词　龙门山　米仓山　冲断系统　前渊坳陷　被动大陆边缘　构造—沉积演化　川西北

中图分类号：P542             文献标识码：A          

Structural styles, evolution and their oil-gas geological significance in the northwestern Sichuan Basin

Ran Qi¹　Lei Cheng¹　Chen Kang¹　Zhang Benjian¹　Liang Han¹

　Han Gao¹　Zeng Ming¹　Liu Xiaobing¹　Pi Xuejun²　Guan Shuwei³

( 1. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu　610212; 2. Beijing Aoyier Engineering Technology Co., Ltd, Beijing　100102; 3. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing　100083)

Abstract

Major breakthroughs are made lately for natural gas exploration in the Middle Permian Qixia Formation in the Shuangyushi and Jiulongshan structures, promoting the larger areas and deeper horizons exploration in the northwestern Sichuan Basin. In order to provide the basis and reference for the next hydrocarbon exploration, this paper discusses systematically the basin type, structure-sedimentary pattern, and hydrocarbon accumulation conditions since Nanhua Period. The northwestern Sichuan Basin has undergone three main evolution stages, including Nanhua-Early Paleozoic, Late Paleozoic-Triassic, and Jurassic-Cenozoic, present structural framework is controlled by Longmenshan and Micangshan orogenic zones, and their thrust systems toward basin in the Yanshanian Period. The north segment of the Longmenshan piedmont is characterized by break-forward thrusting from orogenic zone toward basin, the deep structural wedge absorbed most of displacements toward orogenic zone in the basin-range junction position, causing the intensity of structural deformation in the piedmont depression decreased rapidly. Two stages of complete and continuous rift and passive continental margin sequences, including Nanhua-Middle Ordovician and Devonian-Middle Triassic, preserved under foreland basin of Yanshanian Period, have good conditions for hydrocarbon accumulation. During Middle and Late Jurassic-Early Cretaceous, Longmengshan and Micangshan uplifted rapidly, leading to quick filling, warming and peak of hydrocarbon generation of marine series in the piedmont depression. The piedmont thrust belts were kept in uplifting and erosion state, in contrast, the piedmont depression was kept in buried state since Middle-Late Jurassic, so the latter has better hydrocarbon preservation condition and is the key areas of deep and ultra-deep exploration.

Keywords　Longmengshan, Micangshan, Thrust system, Piedmont depression, Passive continental margin sequence, Tectonic and sedimentary evolution, Northwestern Sichuan Basin

  四川盆地西北地区（川西北） 主要指安县以北的龙门山造山带、米仓山造山带及山前沉积区，地理上包括广元、剑阁、旺苍、苍溪等地，一直是研究川西前陆盆地的热点和关键地区（管树巍等，2013；王丽宁等，2014；何登发等，2016；杨跃明等，2018；陈竹新等，2019；梁瀚等，2022）。

川西北油气勘探已逾半个世纪的历史，20世纪70年代以来，沿袭构造高点找油的传统思路，先后发现河湾场气田、九龙山气田、中坝气田等，同时还发现了矿山梁、剑阁以及射箭河含气构造，但一直未能获得规模性突破。由于矿山梁构造中二叠统栖霞组具有优质的储集性能，因而油源和/或保存被认为是川西北山前成藏的关键因素（杨跃明等，2018；罗冰等，2020）。按此思路，2014 年中国石油天然气集团公司针对山前中生界覆盖区深层的双鱼石构造部署了ST1 井，在井深6 800~7 300 m发现了栖霞组孔隙型白云岩气藏，随后实施的ST3 井在中泥盆统观雾山组、中二叠统栖霞组均钻获白云岩储层并获得工业气流（杨跃明等，2018；杨雨等，2022）；2017 年针对米仓山前九龙山构造部署的LT1 井在井深5 879~5 908 m栖霞组也获得高产天然气流，展示出川西北深层—超深层良好的天然气勘探潜力（杨跃明等，2018；罗冰等，2020；杨雨等，2022）。

川西北中二叠统栖霞组是四川地块北缘晚古生代—中三叠世被动大陆边缘盆地沉积的一部分，这套层序上覆中生界陆相层序，下伏南华系—中奥陶统裂陷被动大陆边缘层序（何登发等，2011，2020），3套层序完整、连续，均具有优良的油气地质条件。双鱼石和九龙山构造中二叠统栖霞组的勘探成功，激发了勘探家向包括龙门山北段山前冲断带下盘掩伏区在内的更大区域、更多和更深层系探索的愿望（杨跃明等，2018；张本健等，2018；马新华等，2019；罗冰等，2020；张玺华等，2020；梁瀚等，2022；杨雨等，2022）。为此，本文首先描述了川西北龙门山前和米仓山前冲断带构造变形特征，然后在充分结合前人研究成果基础上，系统讨论了南华纪以来3大演化阶段的盆地性质、构造—沉积格局及油气成藏条件，为该地区下一步油气勘探提供参考。

1　区域地质背景

研究区在大地构造上属于上扬子地块西北边缘，包括安县以北的龙门山造山带、米仓山造山带及山前沉积区（图1）。研究区构造主体呈北东走向，自西向东由青川—茂汶断裂、北川—映秀断裂和马角坝断裂等大型断裂带组成，其中青川—茂汶断裂以西为松潘—甘孜褶皱带，青川—茂汶断裂以东至北川—映秀断裂之间也称为“轿子顶推覆体”或“轿子顶背斜”，北川—映秀断裂以东至马角坝断裂带之间称为“唐王寨推覆体”或“唐王寨—仰天窝向斜”，马角坝断裂带以东为川西前陆盆地（王丽宁等，2014；李英强，2018；杨跃明等，2018；陈竹新等，2019；梁瀚等，2022）。

图1　川西北地区地质图和主要构造

Fig. 1　Geology map and the region’s prominent structures of the northwestern Sichuan Basin

        川西北前陆盆地基底属于晋宁Ⅱ期（850~820 Ma）扬子与华夏地块拼合形成的华南大陆统一基底的一部分（张国伟等，2013），之后在新元古代中晚期（~820 Ma）随着Rodinia大陆裂解，经历了南华纪—早古生代、晚古生代—三叠纪、侏罗纪—新生代3大演化阶段，沉积了震旦纪—中三叠世海相和晚三叠世—第四纪陆相地层（何登发等，2016, 2020）（图2）。南华纪—早古生代的断裂活动主要受控于扬子陆块周缘的板块动力学演化（Wang and Li，2003），上扬子地块南华纪处于Rodinia大陆裂解背景下的伸展构造环境，至震旦纪发育成大型碳酸盐台地，台地内部发育了一个近SN向延伸的裂陷槽（邹才能等，2014），两侧为灯影组台缘带，可能与晚震旦世同沉积断裂活动有关。自寒武纪晚期开始，扬子东南缘由被动陆缘进入多期碰撞造山阶段（张国伟等，2013），上扬子地区由伸展转为挤压环境。晚古生代的断裂活动主要受3期构造事件控制：1）是中-晚泥盆世—早二叠世扬子地块北缘勉略洋盆的打开与扩张（张国伟等，2003），川西北地区沉积了泥盆系—中三叠统被动大陆边缘层序（何登发等，2016，2020）；2）是晚二叠世茅口期末的峨嵋地裂运动（罗志立等，1988），形成包括开江—梁平海槽在内的北西向“三隆三坳”格局（何登发等，2020）；3）是中-晚三叠世周缘洋盆的俯冲消减直至最终关闭，上扬子地块北缘发育大规模的前陆盆地（Meng et al.，1999；张国伟等，2013）。四川盆地自晚三叠世进入陆相盆地演化阶段，在早侏罗世处于印支造山期后的稳定沉积环境（Meng et al.，2005），自中侏罗世下沙溪庙期（J₂s²）开始，盆地周缘地区转化为挤压背景下的前陆盆地阶段，大量的热年代学和沉积学研究均证实这个时期周缘造山带急剧隆升与前渊凹陷的快速充填与增温过程（何登发等，2016）。如中侏罗世上沙溪庙期（J₂s²）的沉降和沉积中心位于米仓山—大巴山山前，反映米仓山—大巴山在这个时期大规模隆升，山前发生强烈沉降形成前渊凹陷。晚侏罗世蓬莱镇期—早白垩世沉降和沉积中心骤然转移至龙门山山前，反映龙门山地区的构造在晚侏罗世—早白垩世急剧活化，而该时期大巴山山前沉积物却总体偏细反映构造活动显著减弱。新生代的沉降和沉积中心转移至川西南地区，而川西北地区则整体处于抬升与剥蚀状态（何登发等，2020）。因此，自中侏罗世以来，龙门山和米仓山的急剧隆升与差异性演化，使得川西北地区持续处于挤压构造环境。

图2　川西北地区构造—地层层序与盆地演化阶段（据何登发等，2016；梁瀚等，2022修改）

Fig. 2　Stratigraphic column and basin evolution stages of the northwestern Sichuan  Basin

(modified from He et al., 2016; Liang et al., 2022)

2　构造变形特征

2.1　龙门山北段冲断系统

龙门山北段冲断系统主要由轿子顶推覆体、北川—映秀断裂带、唐王寨—仰天窝向斜、马角坝断裂带、以及盆—山过渡部位隐伏的前锋断裂带组成。图3中构造剖面A-A’长约46 km，北西向延伸，完整揭示了龙门山北段冲断系统的结构。测线最北端为轿子顶推覆体，地表出露新元古界、下寒武统油房组（Є₁y）和邱家河组（Є₁q），下伏北川—映秀断裂带，由数条深切基底、向南逆冲的断裂组成，上盘地层变形强烈，褶皱前翼高陡直立，局部位置发生倒转。北川—映秀断裂带在深部可能汇聚于一条主断面，该主断面由基底上切至下寒武统底部向SE方向滑脱，然后向上切割古生界和中生界，在五龙洞和贾家坝之间出露地表，形成马角坝断裂带。下寒武统底部的主滑脱面可能位于邱家河组（Є₁q）泥岩，在北川—映秀断裂带深部由于受两个断层转折褶皱的叠加影响，而向南倾斜，从而与北倾的马角坝断裂带形成宽缓的仰天窝向斜。向斜核部为上泥盆统（D₃m）茅坝组，中泥盆统观雾山组（D₂g）和养马坝组（D₂y）、下泥盆统甘溪组（D₁g）和平驿铺组（D₁p）、及志留系。向斜南侧的马角坝断裂带在地表由4~5条发育在下古生界至三叠系内部倾向北西的断裂组成，在深部汇聚于下寒武统底部的主滑脱面。马角坝断裂带下盘为天井山背斜，背斜主体部位核部为下寒武统邱家河组（Є₁q），南翼依次为二叠系、下三叠统飞仙关组（T₁f）和嘉陵江组（T₁j）。背斜南翼被侏罗系削蚀，侏罗系不整合覆盖在下三叠统飞仙关组（T₁f）之上，地层倾角由南倾50°向盆地内部逐步变缓。

全文阅读下载链接