川中—川西北加里東期古隆起對比研究

陳 濤，李智武，李金璽，童 馗，王自劍，蔡鴻燕，袁夢雨

（1.成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059；2.成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學地球物理學院地球勘探與信息技術教育部重點實驗室，四川 成都 610059）

0 引言

克拉通盆地古隆起和古隆起的斜坡往往是形成大型油氣藏的主要區域，是油氣勘探的重要領域和方向（何登發等，2008）。四川盆地是以上揚子克拉通為基礎而形成的疊合盆地，其基底為前震旦系變質巖，其上分別覆蓋震旦紀—中三疊世的海相沉積地層和晚三疊世—第四紀的陸相沉積地層（劉樹根等，2011；何登發等，2011；李皎等，2015），是我國重要的天然氣生產基地（何登發等，2011；鄒才能等，2014；杜金虎等，2014；劉樹根等，2020；葛祥英等，2021）。

2015 年以來，中國石油陸續在川中古隆起高石梯、磨溪地區的震旦系燈影組、寒武系龍王廟組兩個層系發現了多個大型的天然氣藏。2020 年，對角探1 井的寒武系滄浪鋪組、二疊系茅口組和蓬探1 井的震旦系燈影組等多個儲氣層位的測試結果表明川中古隆起北斜坡的風險勘探又取得了重大突破（Yan et al.,2021），與加里東古隆起相關的天然氣勘探在四川盆地正扮演著越來越重要的角色（羅志立，1981；宋文海等，1996；Yu et al.,2013；劉樹根等，2013；羅冰等，2015；Wei et al.,2015；楊躍明等，2016）。

本文研究的加里東期古隆起指位于川中的樂山-龍女寺古隆起和位于川西北的天井山古隆起。二者的構造演化均被基底隆起和基底斷裂所控制（宋文海等，1987；何登發和伍順利，2019；梁霄等，2020），在加里東構造期均經歷了從雛形到定型的過程，并經歷了多期次隆升剝蝕事件，表現出較為相似的形成演化過程（梅慶華等，2014；蘇桂萍等，2020；李國輝等，2018；何登發和伍順利，2019；梁霄等，2020）。何登發等（2008）認為兩者在志留紀連成一片，聯合隆升，但沒有對其具體發生時間和形成演化過程進行詳細地描述。

本文基于大量的鉆井和地震資料，對川中、川西北地區震旦系—早古生代進行精細劃分和地層對比（尤其是志留系），著重尋找兩個古隆起的關聯性以及約束兩個古隆起隆升定型的具體時間，以期對四川盆地加里東古隆起高部位和斜坡帶下一步的油氣勘探部署提供新思路。

1 區域地質背景

四川盆地位于揚子板塊西緣，是北東向延伸的菱形地貌盆地，兼具沉積盆地和構造盆地的雙重屬性（劉樹根等，2015；Liu et al.,2020；羅改等，2021）。四川盆地面積約為18×104km2，盆地邊界分別以北部米倉山沖斷帶、東北部大巴山沖斷帶、西部龍門山沖斷帶和松潘甘孜褶皺帶、南部大涼山斷裂帶、東南部雪峰陸內構造系統為界限（劉樹根等，2011；圖1）。四川盆地經歷了漫長的地質演化，從新元古代—古生代以交替的弱拉張-弱擠壓體制下的海相碳酸鹽巖沉積為主，至中三疊世轉變為強擠壓體制下的復合前陸盆地（劉樹根等，2011，2018），積累了厚度巨大的陸相碎屑巖。在加里東構造期內，川中—川西北地區主要發生了燈影期—麥地坪期的桐灣運動（陳宗清，2013；汪澤成等，2014）、寒武紀末期的郁南運動（周懇懇和許效松，2016）、奧陶紀末期的都勻運動（孫冬勝等，2015）、志留紀末的廣西運動（陳旭等，2012）等（表1）。

表1 四川盆地古生代構造運動界面劃分及地層格架對比表（據李智武等，2019；張浩然等，2020 修改）Table 1 Comparison of interfaces of tectonic in the Paleozoic Era on the periphery of Sichuan Basin (modified after Li et al.,2019;Zhang et al.,2020)

四川盆地中西部和西北部在晚震旦世—晚志留世形成了兩個受龍門山周緣隆起及川西—川中基底隆起控制下發育的不規則狀古隆起（周文等，2007；袁玉松等，2013），習稱為川中古隆起和川西北古隆起。兩者在加里東期都經歷了雛形期、發展期再到定型期的一個過程，并被后期的構造運動所改造（梅慶華等，2014，2015；姜巽，2019；李洪奎等，2019；何登發和伍順利，2019；梁霄等，2020；蘇桂萍等，2020）。

2 加里東期古隆起形態特征

川中—川西北古隆起是在二疊系之前形成的加里東古隆起。從二疊系沉積之前地層的構造面貌來看，川中古隆起呈現為向北東東向傾沒的大型鼻狀古隆起，其軸部位于雅安—資陽—岳池一線。從古隆起邊緣向古隆起核部，奧陶系、志留系依次被剝蝕，在雅安附近更是已剝蝕至震旦系燈影組。川西北古隆起規模較小，從古隆起邊緣向古隆起核部，石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系依次被剝蝕，核部二疊系不整合于寒武系之上。本文將從鉆井地層和地震剖面兩個方面來分析加里東古隆起的形成演化過程。

2.1 鉆井證據

從橫貫四川盆地的北東-南西向的連井對比剖面圖（圖2）來看，將二疊系底部拉平后震旦系—下古生界表現為一個大型的古隆起，古隆起核部發育震旦系和寒武系，向周邊依次出露奧陶系和志留系，泥盆系和石炭系缺失。從樂山地區的老龍1 井，過川中的金石1 井、資5 井、資4 井，到現今川西北地區的中江2 井、角探1 井、川深1 井，直至天星1 井的廣元一帶，下伏地層和上覆二疊系之間存在地層的缺失，其中川中地區資5、資4 井的西南方向，奧陶系、志留系均缺失，寒武系也遭受不同程度的剝蝕，表明該區域存在區域上的不整合接觸。二疊系沉積之前，地層厚度總體呈現自北東向南西逐漸減薄的趨勢。中江2 井被剝蝕至滄浪鋪組，越往東北，角探1 井、川深1 井和天星1 井沉積地層越完整，從寒武系保留完整區域來看，天星1-川深1-角探1 井寒武系地層厚度分別為1 045 m、916 m、779 m，表現為從古隆起北東翼向隆起核部逐漸減薄的趨勢，說明古隆起在寒武紀為同沉積古隆起。另外，資5 井缺失燈影組燈三—燈四段沉積，寒武系筇竹寺組直接沉積在燈二段之上，兩者不整合接觸，說明古隆起在晚震旦世就已經經歷了一次隆升剝蝕，古隆起在晚震旦世已經發育雛形。

圖2 四川盆地北東—南西向二疊紀前地層對比剖面Fig.2 NE-SW section showing the Pre-Permain strata in Sichuan Basin

2.2 地震剖面證據

合成地震記錄是連接深度域的鉆井、測井資料與時間域的地震資料之間的橋梁，地震資料的層位標定是整個研究區地層構造解釋的基礎和關鍵，合成地震記錄的精度直接影響地震地質解釋的準確度。本文對研究區多口深井制作合成地震記錄進行層位標定。以天星1 井為例，對其典型的波組特征進行相關描述（圖3）。

圖3 天星1 井合成地震記錄Fig.3 Synthetic Seismic Records of Well Tianxing 1

寒武系底界表現為強波峰特征，是地震波由寒武系底部相對速度較低的泥巖進入其下部速度較高的燈影組大套白云巖時形成的地震反射。該層位反射特征較穩定，同相軸連續，振幅較強，全區域穩定分布，因此在追層時將該層作為標志層位。

寒武系龍王廟組底界面表現為中等波谷特征，是地震波由龍王廟組相對速度較高的白云巖、灰巖層進入其下部速度較低的大套粉砂質頁巖時形成的地震反射。該層位反射特征不穩定，同相軸不連續，振幅較弱。

奧陶系五峰組和志留系龍馬溪組顯示為一組連續性較好、振幅較強的同相軸，在追層時，將該層作為標志層位。

志留系小河壩組和韓家店組表現為弱波峰特征，連續性較差，追層時，以龍馬溪組底界面和二疊系底界面兩組的連續性較好、振幅較強的同相軸作為參照。

二疊系底界表現為強波谷特征，是地震波由二疊系棲霞組底界相對速度較高的底部灰巖層進入奧陶系相對速度較低的白云巖時形成的地震反射。在這個區域，該層位的反射特征較穩定，同相軸較連續，并穩定分布，因此在追層時將該層作為標志層位。

上二疊統底界表現為強波峰特征，是地震波由上二疊統龍潭組相對速度很低的粉砂與煤互層進入下二疊統茅口組相對速度較高的大套灰巖時形成的地震反射。該層位反射特征較穩定，同相軸連續，振幅較強，在全區穩定分布，因此在追層時將該層作為標志層位。

北西-南東向地震反射剖面AA＇貫穿了加里東古隆起。該剖面縱穿四川盆地，北西端始于成都市大邑縣西部的花水灣鎮，南東止于四川省合江縣東部的自懷鎮，全長約250 km（圖4a）。將AA＇地震剖面二疊系底界面拉平（圖4b），其表現為一個單斜構造，證明了二疊系沉積前古隆起的存在。古隆起區下古生界地層與上覆二疊系地層之間呈現為高角度的削截，在更大區域上，二者表現為不整合接觸。寒武紀末期，受到郁南運動的影響，古隆起外圍的川西地區和川北龍門山一帶，部分寒武系被剝蝕（梅慶華等，2014；圖4b）。在寒武系沉積完整區域，從古隆起東南翼向隆起核部，地層逐漸減薄。龍王廟和中上寒武統地層厚度從低洼處的2 700 ms 減到古隆起斜坡處的1 500 ms，到龍王廟組尖滅處，只剩下1 000 ms 左右；滄浪鋪組也顯示同樣的趨勢，在隆起東南斜坡有1 200 ms，到地層尖滅處只剩下500 ms 左右。結合在隆起東南斜坡寒武系的超覆現象（圖4c），推斷古隆起在早寒武世為同沉積古隆起（梅慶華等，2014；李洪奎等，2019；蘇桂萍等，2020）。奧陶紀，古隆起繼承性隆升，其控制了奧陶系的沉積展布，從古隆起凹陷處約2 500 ms，到桐梓組尖滅附近已減至500 ms。上奧陶統五峰組和下志留統龍馬溪組構成的同相軸與上覆二疊系呈削截不整合接觸，早志留世超覆在該同相軸上（圖4d），這也說明川中古隆起在都勻運動期發生了一次劇烈的構造運動，并伴隨著強烈的隆升剝蝕，古隆起初步成型（孫冬勝等，2015）。中二疊統底界面與上志留統呈低角度削截不整合接觸（圖4d），也說明志留紀末的廣西運動細微調整了古隆起的構造形態。

圖4 震旦紀—志留紀四川盆地加里東古隆起北西—南東向 AA＇剖面地震解釋及局部地質現象Fig.4 Seismic interpretation and the key geological phenomena of NW-SE AA' Section from Sinian to Silurian Period

北東-南西向地震反射剖面BB＇貫穿了加里東古隆起。該剖面橫貫四川盆地，南西端起于樂山市沙灣區西南部的龔嘴鎮，北東端止于漢中市鎮巴縣西南部的漁渡鎮，全長約520 km（圖5a）。將BB＇地震剖面二疊系底界面拉平（圖5b），可以看出川中地區整體形態為隆凹相間的背斜。威遠附近的凹陷被剝蝕至志留系龍馬溪組，凹陷內奧陶系向兩側超覆，志留系龍馬溪組和上覆二疊系呈削截不整合接觸（圖6c），指示都勻運動在川中地區表現為隆拗作用。龍馬溪組和小河壩組呈整合接觸并超覆在龍馬溪組底界面之上、韓家店組與上覆二疊系成低角度削截不整合接觸（圖5d），表明川中古隆起的構造形態在晚奧陶世和晚志留世都經歷了調整。根據兩次削截不整合的角度變化，可以判定都勻運動對加里東期古隆起的變形起著重要作用，廣西運動對其調整較小。地震剖面解釋結果顯示，二疊系沉積在盆地內較為完整、分布穩定（圖5b），說明四川盆地在經歷了加里東期廣泛的隆升后遭受大范圍海侵，逐漸變為穩定的克拉通臺地。

圖5 震旦紀—志留紀四川盆地加里東古隆起北東—南西向 BB＇剖面地震解釋及局部地質現象Fig.5 Seismic interpretation and the key geological phenomena of NE-SW BB' Section from Sinian to Silurian Period

圖6 震旦紀—志留紀四川盆地加里東古隆起北東—南西向CC＇剖面地震解釋及局部地質現象Fig.6 Seismic interpretation and the key geological phenomena of NE-SW CC' Section from Sinian to Silurian Period

地震剖面CC＇位于盆地西部，為一條北東南西走向的剖面，南西端起于雅安市雨城區南部的沙坪鎮，北東止于廣元市旺蒼縣北部的正源鄉，全長約450 km（圖6a）。將地震剖面CC＇二疊系底界面拉平（圖7b），可以看出在二疊系沉積前，四川盆地西部呈現為向南西傾伏的單斜構造?；诘卣鹌拭娼馕?，在川西地區，龍王廟組和中上寒武統沉積厚度明顯受到川中古隆起的控制，地層厚度從隆起北東翼向核部明顯減薄，在斜坡處約120 ms，到地層尖滅附近已減至50 ms 左右（圖6b），在該套地層內也識別出了上超等地質現象，進一步表明在該時期川中古隆起為同沉積古隆起。早寒武世筇竹寺組沉積期，古隆起可能為水下古隆起，隆起斜坡帶上可以識別出向下寒武統筇竹寺組底界面的超覆（圖6c）。與盆地中部的地震測線解釋結果相同，志留系龍馬溪組底界面與上覆二疊系呈削截不整合接觸，并且下志留統超覆于龍馬溪組底界面之上、上志留統韓家店組與上覆二疊系呈低角度削截不整合接觸，同樣說明都勻運動對加里東期古隆起的變形起著重要作用，廣西運動對其調整較?。▓D6d）。

圖7 震旦紀—志留紀四川盆地加里東古隆起東西向DD＇剖面地震解釋及局部地質現象Fig.7 Seismic interpretation and the key geological phenomena of W-E DD' Section from Sinian to Silurian Period

地震剖面DD＇位于盆地西北部，為一條東西走向的剖面，全長約102 km（圖7a）。將地震剖面DD＇二疊系底界面拉平（圖7b），可以看出剖面為向西傾斜的單斜構造，奧陶系和寒武系厚度沿剖面由東向西明顯減薄，川東地區相對較厚，其中奧陶系在斜坡低洼處約200 ms，到奧陶系底界面尖滅附近已減至80 ms 左右。寒武系則更為明顯，滄浪鋪組和中上寒武統的差異都達到了100 ms 以上。表明川西北地區從早寒武世開始便為一個構造高點并控制著中上寒武統和奧陶系的沉積；此外，上奧陶統五峰組和下志留統龍馬溪組構成的同相軸與上覆二疊系呈削截不整合接觸，小河壩組和龍馬溪組則超覆于該同相軸之上，上志留統韓家店組與上覆二疊系則為低角度削截不整合接觸（圖7c），表明古隆起的構造形態在晚奧陶世和晚志留世都經歷了調整，由兩個不整合的削截角度推斷都勻運動對加里東期古隆起的變形起著重要作用，廣西運動對其調整較小。該測線關于志留系的解釋結果與川中地區一致，因此推測川中古隆起與川西北古隆起在志留紀已經聯合成一個大型加里東古隆起。

地震剖面EE＇位于盆地中部，為一條北西南東走向的剖面，全長約290 km（圖8a）。拉平二疊系底界面（圖8b），可以看出在早寒武世至奧陶紀，川中—川西北地區表現為一個隆凹相間的形態，兩個古隆起之間夾雜著一個凹陷（圖8c）。在南充附近，志留系龍馬溪組底界面與上覆二疊系呈削截不整合接觸，下志留統超覆于龍馬溪組底界面之上，表明川中古隆起在早志留世為水下古隆起（圖8d）。川中地區和川西北都在郁南運動和都勻運動構造期進行了隆升剝蝕，川中古隆起和川西北古隆起控制了奧陶系和寒武系的沉積，兩者沉積厚度向川西北方向明顯減薄，兩個隆起之間相對凹陷，凹陷區被剝蝕至下奧陶統，且凹陷內下奧陶統超覆于兩個隆起的斜坡上（圖8c），說明川中古隆起與川西北古隆起在奧陶紀并未聯合在一起，仍在差異隆升。上志留統韓家店組與上覆二疊系成低角度削截不整合接觸（圖8d），與川中地區保持一致，且凹陷區內無志留系沉積，推測川中—川西北古隆起在志留紀開始聯合隆升。

圖8 震旦紀—志留紀四川盆地加里東古隆起北西—南東向EE＇剖面地震解釋及局部地質現象Fig.8 Seismic interpretation and the key geological phenomena of NW-SE EE' Section from Sinian to Silurian Period

3 古隆起形成演化過程對比分析

通過不整合面和層序分析，本文將川中—川西北加里東期古隆起分為“隆-凹”分異階段（Z—∈1m）、隆起定型階段（∈1q—S1）、聯合隆升階段（S2—C）、穩定埋藏階段（P—T2）等4 個階段。

3.1 “隆-凹”分異階段（Z—∈1m）

早震旦世末，四川盆地經歷了桐灣運動（陳宗清，2013；邢鳳存等，2015）。前人通過劃分區域地層和識別地層接觸關系，將桐灣運動分為3 幕（汪澤成等，2014；邢鳳存等，2015；武賽軍等，2016）。桐灣運動I 幕使得資陽地區燈二段被剝蝕，表現為燈二段與燈三段不整合接觸（武賽軍等，2016），桐灣I 幕使得四川盆地“隆-凹”格局發育，隆起部位普遍遭受風化剝蝕（圖5b，圖6b）。桐灣運動II幕發生在燈四段沉積期末（邢鳳存等，2015；武賽軍等，2015，2016），此時“隆-凹”格局進一步差異升降，隆起部位繼續隆升。川中—川西北地區的資5 井、資4 井和中江2 井燈四段均被剝蝕，“隆-凹”格局快速發育（圖5b，圖6b）。桐灣運動Ⅲ幕發生在麥地坪組沉積期，四川盆地整體弱抬升，資陽和高磨地區麥地坪組遭受剝蝕，“隆-凹”格局仍在進一步差異隆升（圖5b；馮偉明等，2017）。

3.2 隆起定型階段（∈1q—S1）

寒武世—中奧陶世，岡瓦納大陸聚合期時澳大利亞板塊和印度板塊之間發生碰撞，板塊碰撞的遠程控制效應引發了郁南運動，影響了四川盆地這個時期的演化（張浩然等，2020）。早寒武世筇竹寺期，“隆-凹”格局繼承性發育，拉張槽內沉積了巨厚的筇竹寺組（圖5b，圖6b，圖8b）。在其后的滄浪鋪組沉積期，相比于筇竹寺組沉積期所表現的“隆—凹”特征，其地層沉積厚度明顯可見受到加里東古隆起所控制。從鉆井地層看，從古隆起核心往外，資5 井、威117 井、高石17 井的滄浪鋪組沉積厚度逐漸增加，分別為136 m、230 m、264 m。這些證據也說明拉張槽在此時被填平補齊，到了龍王廟組沉積期，拉張槽已被填平補齊，中晚寒武世的的沉積均表現為受川中和川西北古隆起控制，從古隆起兩翼向古隆起核部逐漸減?。▓D4c，圖6b，圖7b）。郁南運動在四川盆地表現為隆坳作用，寒武系與奧陶系產生了一系列不整合接觸，可見上超、削截等現象（圖4c，圖5b）。此外，川中威遠地區發育一個凹槽，凹槽內奧陶系向兩側超覆（圖5c）。從連井對比剖面圖可見，在川中和川西北地區寒武系完整保存區域，由隆起周緣向隆起核部沉積厚度均逐漸減薄，從地震剖面可見筇竹寺組、龍王廟組和中上寒武統均有超覆現象且地層分布厚度也是由隆起周緣向隆起核部逐漸減?。▓D2，圖4c，圖6b，圖7b），說明加里東期古隆起在寒武紀持續同沉積隆升。到奧陶紀，連井對比剖面圖和地震解釋結果均顯示奧陶系由隆起周緣向隆起核部，沉積厚度均逐漸減?。▓D2，圖4b，圖7b），說明加里東期古隆起在奧陶紀依然為同沉積古隆起。

晚奧陶世—早志留世，滇桂—北越板塊和華夏板塊與揚子板塊之間擠壓，四川盆地被都勻運動影響（杜遠生和許亞軍，2012；孫冬勝等，2015）。都勻運動在川中—川北地區表現為隆拗作用，川西北—川中地區相對隆升遭受剝蝕，川西和川東沉降坳陷（圖4b，圖5b，圖5c，圖6b，圖7b，圖8c）。早志留世，川中—川西北地區的地震剖面解釋結果均顯示下志留統超覆于龍馬溪組底界面之上（圖4d，圖5d，圖6d，圖7c，圖8d），說明在早志留世，古隆起為水下古隆起，其周緣仍經歷著海侵上超。此間古隆起的構造形態沒有改變，展布范圍持續擴大。

3.3 聯合隆升階段（S2—C）

地震解釋結果顯示，上志留統韓家店組與上覆二疊系呈低角度單斜不整合接觸（圖4d，圖5d，圖6d，圖7c，圖8d），說明廣西運動對加里東期古隆起的構造形態只是細微調整，古隆起在早志留世達到最大展布范圍（圖1）。廣西運動使得川中川西北地區進一步抬升，導致四川盆地西北部大部分地區的上志留統被剝蝕，川中古隆起與川西北古隆起之間的凹陷被剝蝕至奧陶系（圖8c），之后云南運動使盆地大規模抬升，川中古隆起與川西北古隆起均無泥盆系和石炭系沉積，古隆起持續隆升剝蝕（李偉等，2014），川西和川西北地區甚至被剝蝕至下寒武統，一直持續到二疊紀沉積之前，形成了北東向延伸、橫臥于盆地的大型加里東期聯合古隆起（陳旭等，2012；梅慶華等，2014，2015；李洪奎等，2019；張浩然等，2020；蘇桂萍等，2020）。

3.4 穩定埋藏階段（P—T2）

從拉平二疊系底部和二疊系頂部地震剖面上，可以看出盆地內部二疊紀厚度整體變化較小，川中和川西北地區也沒有發現明顯的不整合接觸界面，這些證據都表明二疊紀沉積前加里東古隆起的展布范圍已經確定。自二疊紀開始到中三疊世，四川盆地處于穩定沉降期，整體為陸表海碳酸鹽臺地發育過程，加里東聯合古隆起被整體埋藏（劉樹根等，2011；李忠權等，2011；李洪奎等，2019）。

4 結論

本文基于鉆井和地震資料的再解釋，對加里東期川中古隆起和川西北古隆起的關聯性及其二者的形成演化過程進行了比較研究，獲得如下認識：

（1）加里東古隆起的構造形態在晚奧陶世—早志留世初步形成，晚志留世的廣西運動再次對其細微調整，古隆起在早志留世達到最大展布范圍，于二疊紀沉積前定型，郁南運動和都勻運動對加里東古隆起的變形起著重要作用。

（2）加里東古隆起是加里東期形成的具有同沉積兼剝蝕的繼承性古隆起，其形成演化過程共劃分為4 個階段：“隆-凹”分異階段（Z—∈1m）、隆起定型階段（∈1q—S1）、聯合隆升階段（S2—C）、穩定埋藏階段（P—T2）。