叠合盆地是我国西部含油气盆地的重要属性，也是油气增储上产的主要领域。位于叠合盆地沉积盖层最底层的元古界震旦系油气藏的形成过程和机理最能揭示叠合盆地油气的成藏特征。四川盆地震旦系灯影组(Z₂dn)埋藏深，平均厚500m，主要由浅水碳酸盐岩台地白云岩组成(刘树根等，2007)。其古油藏和气藏的烃源岩主要为下寒武统页岩(黄籍中和陈盛吉，1993；戴金星，2003)。

尽管四川盆地震旦系灯影组的油气地质条件非常优越，但迄今为止仅发现一个震旦系大型气田，即威远气田(探明储量408.6×10⁸m³)。四川盆地震旦系灯影组时代老、埋藏深、演化时间长、经受的构造活动期次多，加之资料少等原因，致使目前对其油气成藏过程了解较少。以往的研究多直接通过烃源灶(本文称的生烃中心)和储层的研究来探讨震旦系灯影组气藏的分布特征(宋文海，1996；李国辉等，2000；徐世琦等，2002；胡守志等，2005)。这存在两方面的不足：(1) 未完全揭示震旦系灯影组油气藏的成藏过程。本文的研究得出震旦系灯影组的油气成藏经历了生气中心(本文指古油藏和未成藏石油的富集区)-储气中心(本文指古气藏和未成藏天然气及水溶气的富集区)-保气中心(本文指现今气藏和未成藏天然气及水溶气的富集区)的变换过程。(2) 仅重视储层在天然气成藏中的作用是不够的，实际上其它成藏要素，尤其是保存条件对震旦系灯影组现今保气中心(现今气藏)的形成更为重要。Sales(1997) 指出，盖层强度和圈闭闭合高度的对比关系是决定油气分布的主要因素。通过近几年我们对四川盆地震旦系灯影组地质、地球化学和地球物理的综合研究，本文详细探讨了在多期构造作用控制下震旦系灯影组油气四中心(生烃中心、生气中心、储气中心和保气中心)耦合的成藏过程，指出其油气分布具有明显的源盖联合控区控藏的特征。这对今后四川盆地，整个南方震旦系和下古生界及我国深层碳酸盐岩的油气勘探均有着重要的指导意义，也是对我国油气分布“源控论”(胡朝元，2005)和国外含油气系统理论(Magoon and Dow，1994)的继承和创新。

四川盆地震旦系灯影组油气藏的主要烃源岩是下寒武统的黑色页岩(黄籍中和陈盛吉，1993；戴金星，2003)，其特征见图 1、表 1。其生烃中心主要位于成都-威远-泸州一线，其次为川北米仓山-大巴山前缘; 另一个中心为利川-黔江以东的地区，远离现今四川盆地。该套烃源岩主要为I型干酪根，有机质丰度高，有机碳多在0.75%~1.5%之间，均达到生油岩的标准。有机碳含量丰度最高的是川东和川南地区，可达2.25%。Ro大部分地区都超过2.5%，普遍达到过成熟阶段。显然，下寒武统烃源岩及生烃中心的分布主要受控于当时的古地理和沉积环境及构造格局。

图 1

Fig. 1

图 1 四川盆地下寒武统生烃强度(Qg)和生烃中心分布图 Fig. 1 Intensity of hydrocarbon generating(Qg)and distribution of hydrocarbon generating centers of Lower Cambrian source rock in Sichuan Basin

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 四川盆地下寒武统烃源岩特征表 Table 1 Characteristics of Lower Cambrian source rocks in Sichuan Basin 分布特征 有机质丰度 有机质类型 成熟度 生烃能力 生烃中心 灰色、黑色泥岩，分布广、面积大，全盆地分布(超过17×104km2)，且厚度大，平均厚度180m，川东厚20~100m、川南40~420m、川西南50~300m、川中25~180m、川北25~120m、川西0~100m，大巴山100~200m，以川南厚度最大，烃源岩厚度可达400m，其次是川东和川西南地区 有机碳多在0.75%~1.5%之间(均达到生油岩的标准)。丰度最高的是川东和川南地区，川东有机碳含量可达2.25% 有机质类型好，干酪根碳同位素δ13C值-31.59‰，沥青“A”族组分中以饱和烃为主，芳烃和沥青质较低，属I型有机质 Ro大部分地区超过2.5%，表明成熟度高，普遍达过成熟阶段 生烃能力强，生烃强度一般大于2×106t/km2 成烃高峰期参差不齐，供烃时间长

表 1 四川盆地下寒武统烃源岩特征表 Table 1 Characteristics of Lower Cambrian source rocks in Sichuan Basin

四川盆地下寒武统烃源岩主要为I型腐泥型有机质，因此主要是以生油为主，震旦系中最早的烃类聚集应主要为油藏。但由于深埋引起的高地温致使震旦系油藏中原油均裂解为天然气。因此，本文所指的生气中心主要指原油裂解前的古油藏和未成藏石油的富集区。原油裂解形成天然气和沥青(Prinzhofer and Huc，1995)。因此，储层沥青富集区即为古油藏和未成藏石油富集区的分布范围，即是生气中心所在位置(图 2)。

图 2

Fig. 2

图 2 四川盆地震旦系沥青分布及生气中心示意图 Fig. 2 Diagram showing the distribution of bitumen and gas generating centers in Upper Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

结合实测剖面和钻井资料分析，四川盆地震旦系灯影组出露地区和钻井储层内均含有沥青，其分布具有下列特征：

(1) 从加里东期古坳陷带至古隆起沥青含量逐渐增加

从古坳陷带、古斜坡带、古隆起灯影组沥青含量逐渐升高。古坳陷带的窝深1井沥青平均含量为0. 41%；位于古斜坡带的自深1井沥青平均含量为1.13%，威117井为0.93%；在古隆起核部沥青平均含量以女基井最高，为8.12%，安平1井为2.40%，高科1井为5.41%，资2井为5.29%(图 2)。

(2) 灯影组沥青含量与平均孔隙度呈负相关性

薄片鉴定统计表明，震旦系灯影组顶风化面下沥青含量少时，孔隙度大；相反，沥青含量高，孔隙度较小。但沥青含量与平均孔隙度之和相近，为4.52%～7.3%，沥青含量与孔隙度具有互补性，沥青后期充填孔隙导致孔隙度减少。这说明原油充注后，灯影组孔隙度变化不大(图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 四川盆地典型井震旦系灯影组沥青特征和分布(井位见图 2) Fig. 3 Characteristics and distribution of bitumen in Sinian Dengying Formation of the typical drilling wells in Sichuan Basin(well locations shown in Fig. 2)

(3) 灯影组古油藏油柱高度与残留厚度具正相关性

例如，资1井灯影组厚560m，其古油柱高度为123m；威117井灯影组厚613m，古油柱高度272m；处于古坳陷带的宫深1井灯影组厚1208m，古油柱高度350m；而丁山1井处于黔中古隆起北部斜坡-凹陷带，灯影组至少厚1160m，油柱高度500m。可见，处于隆起带的沥青含量值高，但古油柱高度相对较小。

综上所述，古隆起区沥青值含量高，表明古隆起是油气运移的指向区和富集区，但古隆起区古油柱高度反而小，间接表明当时从古隆起至斜坡地区震旦系灯影组古油藏不具有统一的油水界面，可能为大型的串珠状构造-岩性古油藏，表现为大面积成藏，沿古隆起和古构造高点富集的特征。因此，原油裂解生气过程在四川盆地震旦系灯影组大部分地区均发生过，但其最主要的生气中心应是乐山-龙女寺古隆起及其它小型古隆起(如天井山古隆起，米仓山古隆起)等及局部构造高点(如丁山-林滩场构造)。显然，生气中心的分布主要受控于当时的古构造格局(图 2)。

二叠系沉积后一直到晚白垩世，四川盆地总体上一直处于持续沉降的阶段，虽然中三叠世末有过抬升，但对于震旦系灯影组的区域构造格局影响不大，因此生气中心未受到大规模的调整。这一阶段震旦系经历了深埋过程，一般深度均在6000m之下，下寒武统烃源岩均已大量排烃，不具有大规模的生烃能力。深埋高温致使震旦系灯影组古油藏及未成藏石油富集区中的石油发生热裂解，形成储气中心。Barker(1990) 计算出1t油最大可生成883m³的天然气(甲烷和沥青)，一般可生成664m³的天然气。值得指出的是，未成藏的呈分散状的石油也发生了裂解，对储气中心的形成也有贡献。储气中心的分布主要受控于当时的构造格局。灯影组油藏裂解主要发生的时间是侏罗-白垩系沉积时(刘树根等，2009)。因此，侏罗-白垩纪时，震旦系顶面的古构造高部位即是储气中心的主要分布地区(图 4)。

图 4

Fig. 4

图 4 四川盆地喜马拉雅构造运动前震旦系顶面古构造和储气中心分布图(据孙玮等，2009，修改) Fig. 4 The paleo-structures of top surface of Sinian Dengying Formation and its gas accumulating centers before Himalayan tectonic movement in Sichuan Basin(Modified after Sun et al.，2009)

保气中心指现今的天然气富集区，包括现今气藏和未成藏天然气及水溶气的富集区。

晚白垩世以来的隆升作用使四川盆地发生整体隆升和遭受剥蚀作用。这两方面的作用均可能破坏已有的能量场系统，使震旦系储气中心中的天然气发生调整、重新分配、甚至散失。

以前较完整的乐山-龙女寺古隆起在此时已被改造成二十多个小圈闭，威远圈闭是其中最大的一个，其它还包括资阳、高石梯、安平店、龙女寺、磨溪、大窝顶、盘龙场、周公山、汉王场等(图 5)。在如此构造演化过程中，威远和资阳地区，在不同地史时期具有单斜和背斜互相转换的复杂过程。资阳古圈闭形成早，对油气运聚有利，但在喜马拉雅期圈闭消失，转为单斜，油气发生再次迁移，未能形成大气田; 威远地区早期为单斜、缺少运聚油气的有利条件，但在喜马拉雅期形成高幅度的大圈闭，可接纳大范围内的天然气运聚，因而形成大型气田。

图 5

Fig. 5

图 5 四川盆地二叠纪前古地质图及震旦系灯影组主要构造分布图 Fig. 5 Diagram showing the paleo-geology before Permian and the distribution of main structures of Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin

通过对取芯井段岩芯和地表露头的详细观察发现，灯影组孔洞缝中具有多期流体充注，形成了多个世代的矿物组合。根据矿物充填的世代关系，结合流体包裹体特征和显微镜下各世代矿物的光性特征，建立起研究区孔洞缝内矿物充填序列为：①沥青；②细晶白云石；③粗晶白云石；④粗晶-巨晶白云石；⑤沥青；⑥方解石+石英/方解石/石英。并非所有的六个世代的矿物均能在一个孔洞中同时观察到，第一世代的沥青不多见，大多数裂隙和次生孔洞中常见第三、四和五世代矿物(刘树根等，2007；张志敬等，2009；黄文明等，2009；王国芝和刘树根，2009)。

第六世代矿物主要由方解石与石英组成，有时仅出现方解石或仅出现石英，它们形成于石油热裂解后(刘树根等，2007；张志敬等，2009；黄文明等，2009; 王国芝和刘树根，2009)。该世代矿物在灯影组中常见。其中，石英均呈自形，锥柱状晶体多见；方解石呈巨晶状，表面特别干净。有机包裹体的丰度占整个包裹体的60%~85%。对有机包裹体的拉曼成分分析和冷冻实验表明，有机包裹体主要由甲烷构成。对来自安平1井5037m深处灯影组中代表性样品流体包裹体的温度和压力实测和模拟表明，20个盐水包裹体的均一温度为220~320℃，峰温集中于260~290℃，在220℃和320℃下的最小压力分别为120~126MPa和153~160MPa；流体具有高温和超压的特征，为燕山-喜马拉雅期构造隆升阶段流体释放的产物，也即是储气中心调整或破坏的产物。

此期充填矿物在四川盆地及周缘地区广泛存在，在威远地区也同样存在，表明威远震旦系灯影组气藏在燕山-喜马拉雅期调整过程中其保存条件存在一定程度的破坏。此外，威远气田震旦系与寒武系气体性质一致，似乎也佐证了该保存条件破坏的存在(流体和气体窜层)。这可能是导致现今威远震旦系灯影组气田天然气充满度只有25%的主要因素之一。

四川盆地及周缘地区震旦系灯影组具有下列特点:(1) 原始油气地质条件优越，在古隆起构造背景控制下，形成了超大型的串珠状构造-岩性古油藏，表现为大面积成藏，局部富集的特征(Liu et al.，2010)；(2) 燕山-喜马拉雅期褶皱隆升改造作用，致使震旦系气藏的调整或破坏具有普遍性(刘树根等，2008a)；(3) 油气藏成藏演化经历了生气中心-储气中心-保气中心(现今(残留)气藏)的过程，生气中心是储气中心的主要“气源”、 储气中心是保气中心(现今(残留)气藏)的主要“气源”。在此变换过程中，油气能否成藏和保存下来的关键取决于烃源是否丰富和保存条件是否较佳，即具有源盖联合控烃控藏的特征。前文已述，对于震旦系灯影组而言，无论是下寒武统烃源岩(生烃中心)，还是生气中心均大面积存在，烃源是丰富的。因此，保气中心分布主要受控于储气中心的位置和区域的保存条件。

四川盆地震旦系灯影组经过多年的勘探，周边造山带的勘探均以失败告终，多数井产淡水，而盆地内的探井虽然也产水，但矿化度高，显示保存条件未受到完全破坏。因此，震旦系保存条件在周边造山带被破坏，这些区域应被排除在保气中心之外，保气中心仍集中在盆地内部。然而，据现在的勘探资料和勘探程度，还不能准确指出保气中心的具体部位，有待于今后进一步研究。然而，从盆山结构分析，四川盆地内的川北突变性盆山结构区和川中原地隆起-盆地区应具有较好的区域保存条件(刘树根等，2011)。最近，中国石油天然气总公司在高石1井震旦系天然气勘探的重大突破佐证了川中原地隆起-盆地区具有较好的天然气勘探前景。陈宗清(2010) 认为，雅安-龙女寺、 泸州、 天井山和开江等4个继承性古隆起，是油气聚集的良好场所，而且钻探深度也为当今钻井技术所能钻及，为进一步勘探的有利地区。

由前文可知，生烃中心对生气中心、生气中心对储气中心、储气中心对保气中心的分布有较大的控制作用，显示出突出的“源”控性。生烃中心受控于盆地的原型格局，形成后即无变动性；而其余三中心受多期构造作用的影响变动性较易和较大。因此，据“三中心”(生气中心、储气中心和保气中心)在空间上位置的变化关系，目前四川盆地震旦系灯影组碳酸盐岩油气四中心的耦合关系有两种类型：(1) 储气中心和保气中心短距离(30km)移位的耦合关系(典型实例为威远-资阳震旦系灯影组气田)；(2) 缺乏保气中心的耦合关系(典型实例为丁山-林滩场震旦系灯影组古油气藏)。当然，随着勘探和研究工作的深入，有可能发现更多的四中心耦合关系类型。

储气中心和保气中心短距离(30km)移位耦合关系的典型实例即是威远-资阳震旦系灯影组气田。四川盆地威远-资阳震旦系灯影组气田的形成过程已有较清晰的认识(孙玮等，2007；崔会英等，2008; 刘树根等，2008b；Liu et al.，2008; Wang et al.，2008；孙玮等，2010a，2011)，主要可以分为三个阶段(图 6)：

图 6

Fig. 6

图 6 储气中心和保气中心短距离(30km)移位的耦合关系(威远震旦系气田) Fig. 6 The diagram showing the coupling relationship with short distance shift(30km)between gas-accumulating center and gas-preserving center(Weiyuan Sinian gas field)

① 晚二叠世后，四川盆地整体沉降接受沉积，下寒武统烃源岩(生烃中心)深埋并开始大量向乐山-龙女寺古隆起排烃，形成资阳-威远生气中心，恢复的古圈闭石油资源量为17.1×10⁸t(孙玮等，2007)。该生气中心的中心部位处于资阳高点地区，威远地区仅为其南斜坡。

② 侏罗纪，震旦系埋深开始超过6000m，温度超过150℃，资阳-威远古油藏热裂解并形成资阳-威远储气中心，其古圈闭石油裂解气资源量为10576.4×10⁸m³。由于该期的构造活动以升降为主，未发生大的构造移位，高点未发生迁移，圈闭中心仍位于资阳地区，威远地区仍为南斜坡带。

③ 喜马拉雅期，受四川盆地整体隆升作用的影响，威远地区抬升幅度远大于资阳地区，高点从资阳地区向威远地区迁移(30km)，威远新圈闭形成，而资阳地区则变成现今威远圈闭的北斜坡带，天然气重新分配，最终形成现今的威远气田(保气中心)(探明储量408.6×10⁸m³)。

从威远-资阳震旦系灯影组气田的成藏过程可知，生气中心与储气中心位置未发生大的改变，最终的保气中心位置则具有短距离移位的特征，从资阳迁移到威远有30km，最终使得该类耦合关系的原油裂解气成藏效率较低，只达4.82%(刘树根等，2008b)。

缺乏保气中心耦合关系的典型实例为川东南的丁山-林滩场震旦系灯影组古油气藏。通过储层大量沥青的存在、流体演化特征、构造演化特征及相关研究揭示丁山-林滩场古油气藏的破坏过程(付小东等，2008；张志敬等，2009；黄文明等，2009；宋光永等，2009；孙玮等，2010b；Liu et al.，2010)(图 7)：

图 7

Fig. 7

图 7 缺乏保气中心的耦合关系(林滩场古油气藏) Fig. 7 The diagram showing the coupling relationship without gas-preserving center(Lintanchang paleo hydrocarbon pool)

① 二叠纪，丁山-林滩场地区下寒武统牛蹄塘组烃源岩(生烃中心)为生烃高峰期，石油向古构造高点丁山-林滩场运聚，形成生气中心，其古油藏规模为8.63×10⁸t(Liu et. al，2010)。

② 晚三叠世时，震顶埋深达4800m，古地温为170℃，早先充注于震旦系的石油开始大量裂解(磷灰石裂变径迹技术揭示丁山1井震顶曾埋深达7058m，温度可达220℃)，形成大型的储气中心，整个林滩场-丁山构造古气藏规模高达5348.7×10⁸m³(Liu et. al，2010)。

③ 燕山-喜马拉雅期造山运动在丁山-林滩场地区形成一系列“隔槽式”褶皱带，晚白垩世以来以构造隆升剥蚀为主。褶皱隆升作用，一方面造成地表出露地层较老(三叠系大面积出露)而失去盖层条件，另一方面形成众多的陡倾角断裂和裂缝系统，破坏了保存条件。研究表明上覆的下古生界常具有和震旦系相同的流体来源，揭示震旦系与下古生界间具有流体窜层活动，说明该构造震旦系整体保存条件差(王国芝和刘树根，2009)。天然气最终突破封堵并逸散，保气中心被完全破坏，最终未能成藏，原油裂解气的成藏率为0(Liu et al.，2010)。

(1) 四川盆地元古界震旦系灯影组，时代老，埋藏深，天然气藏形成经历了生气中心-储气中心-保气中心的变换过程。生气中心是储气中心的主要“烃源”、 储气中心是保气中心(现今(残留)气藏)的主要“烃源”。生气中心的形成受控于烃源岩所在部位的生烃中心。因而，震旦系天然气藏的形成是在多期构造作用控制下由四中心(生烃中心、生气中心、储气中心和保气中心)的耦合关系决定的。油气藏能否成藏和保存下来的关键取决于烃源是否丰富和保存条件是否较佳，即具有源盖联合控烃控藏的特征。

(2) 四川盆地震旦系灯影组的烃源主要来自下寒武统黑色泥岩，生烃中心位于川西-川南、鄂西地区和川北地区，具有成烃高峰期参差不齐，供烃时间长的特征。生气中心主要位于二叠纪-三叠纪的古隆起，主要为乐山-龙女寺古隆起、天井山古隆起、米仓山古隆起等和一些局部构造(如丁山-林滩场构造)。储气中心受控于喜马拉雅运动前震旦系灯影组顶面的古构造，主要为乐山-龙女寺古隆起、天井山古隆起、米仓山古隆起和华蓥山古隆起等。保气中心应主要发育于现今四川盆地内部，尤其是川北突变性盆山结构区和川中原地隆起-盆地区。

(3) 威远-资阳震旦系灯影组气田的成藏过程是典型的储气中心和保气中心短距离(30km)移位的耦合关系; 川东南丁山-林滩场震旦系灯影组古油气藏的形成及破坏过程是典型的缺乏保气中心的耦合关系。