石油勘探与开发 >

2023 , Vol. 50 >Issue 5: 975 - 989

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20220859

油气勘探

四川盆地中部潼南负向构造的构造属性、演化过程与油气地质意义

  • 田方磊 , 1, 2 ,
  • 巫芙蓉 3 ,
  • 何登发 , 1, 2 ,
  • 赵小辉 3 ,
  • 刘欢 3 ,
  • 张巧依 3 ,
  • 乐锦波 3 ,
  • 陈静昱 3 ,
  • 鲁国 1, 2
展开
  • 1 中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083
  • 2 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083
  • 3 中国石油集团东方地球物理公司西南物探研究院，成都 610213
何登发（1967-），男，四川阆中人，博士，中国地质大学（北京）教授，主要从事沉积盆地构造特征和构造控油气规律研究。地址：北京市海淀区学院路29号，中国地质大学（北京），邮政编码：100083。E-mail：

田方磊（1994-），男，云南宣威人，中国地质大学（北京）能源学院在读博士生，主要从事含油气沉积盆地构造解析和构造控油气规律研究。地址：北京市海淀区学院路29号，中国地质大学（北京），邮政编码：100083。E-mail：

Copy editor: 衣英杰

收稿日期: 2022-12-26

  修回日期: 2023-08-10

  网络出版日期: 2023-09-22

基金资助

国家自然科学基金企业发展联合基金项目(U19B6003-01)

收起

Tectonic attributes, evolution and petroleum geological significances of the Tongnan negative structure in the central Sichuan Basin, SW China

  • TIAN Fanglei , 1, 2 ,
  • WU Furong 3 ,
  • HE Dengfa , 1, 2 ,
  • ZHAO Xiaohui 3 ,
  • LIU Huan 3 ,
  • ZHANG Qiaoyi 3 ,
  • LE Jinbo 3 ,
  • CHEN Jingyu 3 ,
  • LU Guo 1, 2
Expand
  • 1 School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
  • 2 Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism, Ministry of Education, Beijing 100083, China
  • 3 Southwest Geophysical Research Institute, BGP, CNPC, Chengdu 610213, China

Received date: 2022-12-26

  Revised date: 2023-08-10

  Online published: 2023-09-22

Fold

摘要

为揭示四川盆地中部潼南次级负向构造对高石梯—磨溪地区构造格局和油气地质条件的控制作用和影响方式，通过高精度三维地震资料综合构造解析，运用平衡剖面恢复、面积-深度应变（ADS）分析和构造几何学正演数值模拟等系列定性-定量方法，对潼南负向构造的变形特征、构造属性和形成演化过程进行研究。研究表明：①潼南负向构造以二叠系/前二叠系不整合面为界，上、下层系构造分层差异变形。其经历了震旦系灯影组沉积前后至二叠系沉积前伸展凹陷活动阶段和侏罗系沉积后挤压向斜变形阶段的构造叠加改造。伸展凹陷活动受控于深部先存正断层的多期三角剪切变形，主凹陷幕发生在晚元古代末—灯影组1-2段沉积期、下寒武统龙王庙组沉积期—中晚寒武世—奥陶系沉积后。②潼南负向构造的多阶段形成演化过程控制着该地区与高石梯、磨溪—龙女寺构造高带之间油气的运移、调整以及现今气、水的差异分布。③残存于潼南负向构造区，顶部被二叠系/前二叠系不整合面强烈削截的奥陶系具备碳酸盐岩风化壳岩溶储集层形成的基本条件，是值得关注的油气新领域。

关键词： 构造属性; 构造演化; 震旦系灯影组; 油气; 负向构造; 高石梯—磨溪地区; 四川盆地

本文引用格式

田方磊 , 巫芙蓉 , 何登发 , 赵小辉 , 刘欢 , 张巧依 , 乐锦波 , 陈静昱 , 鲁国 . 四川盆地中部潼南负向构造的构造属性、演化过程与油气地质意义[J]. 石油勘探与开发, 2023 , 50(5) : 975 -989 . DOI: 10.11698/PED.20220859

Abstract

The Tongnan secondary negative structure in central Sichuan Basin has controls and influences on the structural framework and petroleum geological conditions in the Gaoshiti-Moxi area. To clarify the controls and influences, the deformation characteristics, tectonic attributes and evolution process of the Tongnan negative structure were investigated through a series of qualitative and quantitative methods such as balanced profile restoration, area-depth-strain (ADS) analysis, and structural geometric forward numerical simulation, after comprehensive structural interpretation of high-precision 3D seismic data. The results are obtained in three aspects. First, above and below the P/AnP (Permian/pre-Permian) unconformity, the Tongnan negative structure demonstrates vertical differential structural deformation. It experiences two stages of structural stacking and reworking: extensional depression (from the Sinian Dengying Formation to the Permian), and compressional syncline deformation (after the Jurassic). The multi-phase trishear deformation of the preexisting deep normal faults dominated the extensional depression. The primary depression episodes occurred in the periods from the end of Late Proterozoic to the deposition of the 1st-2nd members of the Dengying Formation, and from the deposition of Lower Cambrian Longwangmiao Formation-Middle-Upper Cambrian until the Ordovician. Second, the multi-stage evolution process of the Tongnan negative structure controlled the oil and gas migration and adjustment and present-day differential gas and water distribution between the Tongnan negative structure and the Gaoshiti and Moxi-Longnüsi structural highs. Third, the Ordovician, which is limitedly distributed in the Tongnan negative structure and is truncated by the P/AnP unconformity on the top, has basic geological conditions for the formation of weathering karst carbonate reservoirs. It is a new petroleum target deserving attention.

Key words： tectonic attribute; structural evolution; Sinian Dengying Formation; oil and gas; negative structure; Gaoshiti-Moxi area; Sichuan Basin

0 引言

位于四川盆地中部高石梯、磨溪地区的安岳气田是中国第1个在寒武系、震旦系等古老碳酸盐岩中探明储量超万亿立方米（11 709×108 m3）、年产量超百亿立方米的超大气田[1]。该气田发育多套优质烃源岩、储集层和盖层，呈现出多层系含气的立体复式油气聚集格局[2⇓⇓⇓⇓⇓-8]。优越的油气地质条件得益于该地区在震旦纪—寒武纪形成的“西槽东台”的构造-沉积分异格局以及在寒武纪—前二叠纪经历的古隆起活动。对于这两个阶段的构造-沉积演化过程及其对该地区油气聚集的控制作用，前人开展了许多研究[4,7,9⇓⇓⇓⇓⇓⇓ -16]。
随着对高石梯—磨溪地区构造变形与油气地质研究的不断深入，发现一些未引起重视但深刻影响该地区油气分布格局的构造现象：高石梯—磨溪地区在寒武纪—前二叠纪古隆起背景下，处于古隆起腹部的潼南及邻区分化出一个次级负向构造单元。其后，该负向构造在中—新生代又经历了持续发展[17]，最终将高石梯、磨溪分割为南北相互独立的构造高带。受此影响，高石梯、磨溪和潼南地区气、水关系复杂，油气分区差异聚集十分显著。尽管该负向构造在前人的研究中已有发现[13]，并被定性为“凹陷”[17]，但其构造变形特征、构造属性和形成演化过程仍缺乏深入研究，对该地区油气聚集和调整所起的作用未形成清晰认识。本文利用高精度三维地震资料，综合运用定性-定量构造解析方法对该负向构造开展精细构造解析，进而厘定其构造属性，明确其演化过程，并探讨其对该地区油气勘探开发的启示。
结合本研究及前人对潼南负向构造单元构造属性的认识[17]，认为其在二叠系/前二叠系（P/AnP）不整合面形成前后经历了不同时期、不同体制的构造叠加改造。不宜单纯的称其为“凹陷”或“向斜”。本文一般使用“潼南负向构造”指代该次级负向构造单元。

1 地质背景

四川盆地是一个大型的多旋回叠合含油气沉积盆地，其地质结构复杂，资源潜力巨大，具有形成超级盆地的地质条件[1,6,8]。在地质历史中，四川盆地经历了古—中元古代陆块拼合统一基底形成阶段、新元古代早期陆内裂谷阶段、新元古代晚期裂后拗陷阶段、新元古代末—寒武纪克拉通内坳陷和绵阳—长宁裂陷槽（又称拉张侵蚀槽）发育阶段[6,18 -19]。随后，早古生代至晚三叠世，又经历多个伸展—聚敛旋回，盆地构造-沉积环境在稳定克拉通内坳陷和古隆起隆升剥蚀之间交替切换，导致部分古生界和中生界大规模缺失[10-11,20 -21]。从晚三叠世至今，盆地周缘造山带陆续向四川盆地推挤，颠覆盆地早期的海相构造-沉积环境，奠定了现今的盆-山构造格局[6]，形成川西坳陷带、米仓山—大巴山褶皱冲断带、川东高陡褶皱带、川南低陡褶皱带和川中平缓褶皱带5个构造单元（见图1a）。
图1 研究区构造纲要图及地层综合柱状图（Z2ds—陡山沱组；Z2dn1—2—灯影组1—2段；Z2dn3—4—灯影组3—4段；—C 1q—筇竹寺组；—C 1c—沧浪铺组；—C 1l—龙王庙组；—C 2d—陡坡寺组；—C 2—3—中—上寒武统；P2l—梁山组；P2q—栖霞组；P2m—茅口组；P3l—龙潭组；P3ch—长兴组；T1f—飞仙关组（包括T1f1、T1f2、T1f3、T1f4，分别指一段、二段、三段、四段，下同）；T1j—嘉陵江组（T1j1、T1j2、T1j3、T1j4、T1j5）；T2l—雷口坡组（T2l1、T2l2、T2l3、T2l4）；T3x—须家河组（T3x1、T3x2、T3x3、T3x4、T3x5、T3x6）；J1z—自流井组；J1l—凉高山组；J2s1—下沙溪庙组）

（a）四川盆地及研究区构造位置；（b）高石梯—磨溪地区次级构造单元和张扭断裂分布；（c）川中地区典型井地层综合柱状图（据文献[23]修改）

潼南次级负向构造位于四川盆地中部（见图1a—图1b）。钻井揭示该地区缺失泥盆系、石炭系、白垩系和新生界，现存地层有震旦系—志留系、二叠系—侏罗系（见图1c）。震旦系自下往上包含陡山沱组和灯影组。其中，灯影组是该地区最重要的储集层，自下而上划分为4个岩性段，下部的灯影组1—2段和上部的灯影组4段发育台缘、台内丘滩体，岩性以藻云岩、藻砂屑白云岩和叠层石白云岩为主，局部见泥质白云岩，为滩间低洼区沉积；中部的灯影组3段暗色泥岩或白云质粉砂岩发育，指示沉积水体较深[16]。寒武系自下往上发育下寒武统麦地坪组、筇竹寺组、沧浪铺组、龙王庙组和中、上寒武统陡坡寺组、洗象池组。麦地坪组和筇竹寺组在裂陷槽内均主要为暗色页岩夹薄层粉砂岩，是安岳气田最关键的烃源岩[3,8]。沧浪铺组为潮坪相粉砂岩、中—细砂岩夹薄层泥岩，龙王庙组和中上寒武统则为台地相碳酸盐岩，均是该地区重要的储集层。奥陶系和志留系在川中地区大规模缺失，呈“裙边状”环绕在川中古隆起核部。在寒武系—志留系顶部剥蚀面上方直接覆盖二叠系，构成P/AnP区域性削截型不整合面（见图1c），是川中古隆起活动的重要证据[10,11,13]，也是龙王庙组岩溶、裂缝型储集层形成的关键。该不整合面上部的二叠系和中、下三叠统均沉积于相对稳定的海相沉积环境，直至晚三叠世及以后才转变为陆相碎屑岩沉积（见图1c）。
潼南负向构造在二叠系沉积前，处于高石梯—磨溪古隆起的腹部[13]，在印支期处于泸州古隆起的北部斜坡区[6,20]，在燕山期—喜马拉雅期则处于威远背斜东北部的缓坡区。在漫长的地质演化过程中，整个高石梯—磨溪地区的构造变形始终较弱，属于比较稳定的陆内构造变形区。然而，正是在该地区分化出一个潼南次级负向构造，叠加了分布式发育的张扭（走滑）断裂系统[22⇓-24]（见图1b），同时还经历多期古隆起活动[10,11,13,20]，使得该地区整体上表现出相对复杂的多期、多体制陆内构造叠加变形的基本特征。

2 研究数据与方法

使用的关键数据包括叠前时间/深度偏移三维地震数据及钻测井资料，其中三维地震数据面元为20 m×20 m。叠前时间偏移数据主要用于关键地层反射界面追踪，并构建时间域三维层面模型（成图网格为100 m× 100 m）。叠前深度偏移剖面则主要用于精细构造解析、构造平衡恢复和面积-深度应变（ADS）分析，以揭示潼南负向构造区的构造特征，进而厘定其构造属性和演化过程。井资料则用于反映研究区的地层结构和油气产层，为油气地质条件的讨论提供依据。
采用的ADS定量构造解析方法被广泛应用于挤压冲断构造、伸展构造的变形分析，用于确定断层滑脱面深度以及探讨前生长地层、生长地层的变形强弱，进而厘定构造活动期次、速率及其变化等[25⇓-27]。对于发育在高石梯、磨溪之间的潼南负向构造，也可以采用ADS法开展研究，但目前缺少针对性的ADS分析模型。在分析潼南负向构造的变形特征后，通过三角剪切正断层传播褶皱[28-29]运动学正演模拟获得具有构造相似性的凹陷构造模型（见图2）。
图2 受控于三角剪切正断层的凹陷构造的面积-深度应变（ADS）分析模型
图2展示了倾向相反、倾角和剪切区大小相同的两条三角剪切正断层控制的凹陷构造几何学正演模型，其由F1断层的三角剪切正演模型镜像对称组合获得，与高石梯、磨溪之间的潼南负向构造具有变形相似性。该模型由1期前生长地层和1期生长地层构成，模拟可能存在的同构造沉积。通过对该模型进行ADS分析，可以获得如下规律：①随着持续的正断层三角剪切变形，每一阶段产生的变形都会叠加在下伏的前生长地层和生长地层上，这就导致越新的地层累计越小的变形，越老的地层累计越大的变形（此处的变形量由地层下凹面与水平基准面所包围的面积表示，由于是负向伸展构造，符号取负）。②由于前生长地层没有经历过同沉积构造活动，因此其ADS曲线斜率接近无穷大（见图2），而生长地层ADS曲线斜率则和断层滑动速率、地层沉积速率等有关。模型假定“均匀构造活动速率+补偿型沉积”，真实的构造-沉积过程更为复杂，ADS测点并不总是可以进行完美的线性拟合。

3 潼南负向构造变形特征与构造属性

3.1 构造变形平面特征

潼南负向构造处于高石梯、磨溪—龙女寺构造高带之间。各关键地震反射界面构造图中都可以发现潼南负向构造的存在，但深、浅层构造变形存在差异（见图3）。
图3 高石梯—磨溪地区关键地震反射界面时间域构造图（平面位置见图1a）
在震旦系灯影组底界、寒武系底界、寒武系龙王庙组底界构造图中磨溪—龙女寺构造高带和潼南负向构造近东西向、北东东向展布（见图3f—图3h），二者基本以弧形的FI8、FII15张扭断裂带为边界。其中，磨溪—龙女寺构造高带具有宽阔的平顶区，其大致以MX127井—MX145井—MX149井一线为界向北倾没。越过磨溪—龙女寺构造高带南部的FI8、FII15断裂带后，即陡然进入潼南负向构造区。该负向构造整体上西窄东宽，在MX109井至GS045-H2井之间南北宽8~10 km，而GS045-H2井区以东，南北宽度逐渐由10 km拓宽至20~30 km。此外，东部开阔区大致以HS4、HT1、GS21井区的相对构造高点为其东、南边界，跨过该边界后，向东、向南构造海拔逐渐加深，进入斜坡区。进一步观察灯影组底界、寒武系底界、龙王庙组底界、奥陶系底界构造图，可以明确潼南负向构造的主体位于MX109井和GS16井之间，其与南北的构造高带相比，落差可以达到400~600 m（见图3e—图3h）。
从潼南负向构造向南跨过FI9断裂带后即进入高石梯构造高带。该构造高带整体西北部高，向东南方向倾没。在寒武系底界，该构造高带被灯影组3—4段台缘和FI9断裂带围限成三角带，其西北角是构造高点（见图3g）；而在龙王庙组底界和奥陶系底界，往西越过灯影组3—4段台缘迹线后，构造海拔进一步抬高（见图3e、图3f）。
在中—浅层的二叠系底界、飞仙关组四段底界、侏罗系东岳庙段底界构造图中磨溪—龙女寺构造高带和潼南负向构造近东西向或北东东向展布（见图3a—图3c）。二者之间的边界同样呈弧形，其形态和平面位置与深层观察到的边界一致。但是，与北侧的磨溪—龙女寺构造高带相比，潼南负向构造的落差仅200~300 m，与深层各界面的构造落差存在显著差异。此外，与深层相比，二叠系底界、飞仙关组四段底界、侏罗系东岳庙段底界中的磨溪—龙女寺构造高带平顶区更窄，高石梯地区也不再是显著的构造高部位（见图3）。

3.2 构造变形剖面特征

4条过潼南负向构造的典型地震剖面解释结果揭示潼南负向构造存在深、浅层差异构造变形以及东、西分区差异构造变形。在该负向构造西部的AA°、BB°剖面中，以P/AnP不整合面为界，上、下层系的构造变形差异显著。在该不整合面下方，震旦系、寒武系及残存的奥陶系记录了更强烈的下凹变形，越深、越老的地层下凹程度越大，变形越强；而该不整合面上方，二叠系、三叠系和侏罗系下凹程度低，变形较弱（见图4a、图4b）。在该负向构造东部的CC°、DD°剖面中，以P/AnP不整合面为界，上、下地层的下凹程度差异相对较小，各层系均发生形态基本一致的褶皱变形（见图4c、图4d）。上述现象表明：相对于潼南负向构造区的西部（AA°、BB°剖面为代表），其东部地区（CC°、DD°剖面为代表）在侏罗系沉积后经历了更为强烈的下凹褶皱变形。潼南负向构造在P/AnP不整合面形成前后，经历了两个阶段的构造叠加改造。
图4 高石梯—磨溪地区AA°剖面（a）、BB°剖面（b）、CC°剖面（c）、DD°剖面（d）构造解释（Pt3-1—新元古界沉积层1（未定组）；Pt3-2—新元古界沉积层2（未定组）；Pt3-3—新元古界沉积层3（未定组）；剖面位置见图3）
进一步把AA°、BB°、CC°剖面的横纵比调整为1︰1，可以观察到P/AnP不整合面下方的潼南负向构造具有正断层三角剪切相关褶皱变形的特征，与三角剪切构造正演模型具有较好的可对比性（见图2、图5）。据此，可以明确潼南负向构造在P/AnP不整合面形成以前，受控于深部正断层的三角剪切变形，发展为弱伸展凹陷构造（见图5）。随后在泥盆纪—石炭纪，即川中古隆起的鼎盛时期[6]，高石梯—磨溪地区遭受强烈的抬升剥蚀，导致志留系、奥陶系、寒武系大规模剥蚀缺失，使奥陶系在一些剖面中呈碟形残存于潼南负向构造区。在侏罗系沉积后，该负向构造叠加了第2阶段的构造改造，使二叠系、三叠系和侏罗系统一发生下凹变形，P/AnP不整合面下伏地层的下凹变形也得到加强。
图5 高石梯—磨溪地区潼南负向构造的三角剪切变形（纵横比为1︰1，原剖面见图4）
除了潼南负向构造区显著下凹变形外，在高石梯—磨溪地区分布式发育的张扭断裂也值得特别关注（见图3c—图3h）。从AA°、BB°剖面中，张扭断层的上端点普遍终止在P/AnP不整合面的下方，即使断层突破该不整合面，其断距也以P/AnP不整合面为界，直观的呈现出“下大上小”的特点（见图4a、图4b）。这表明高石梯—磨溪地区的张扭断裂主活动期为二叠系沉积前。

4 潼南负向构造的形成与演化

为了明确潼南负向构造的演化过程，运用基于面积守恒的平衡剖面恢复、ADS分析及构造几何学正演模拟等方法对典型剖面开展定性-定量研究。在进行平衡剖面恢复时，需要明确一个前提条件：在构造变形前后，剖面中各套地层应基本保持面积守恒。即地层未挤入或挤出剖面，地层厚度未发生增减。
在分析潼南负向构造的变形特征后，可以明确两点：①潼南负向构造的南、北边界发育“张扭走滑断裂”，尽管前人指出这类断裂存在剪切变形，然而始终未发现灯影组台缘被此类断裂错开明显位移[23-24]（见图3f—图3g），表明此类断裂的走滑位移很小，不具备大位移走滑断裂的特点。潼南负向构造南、北两侧的张扭断裂不会使剖面中各套地层的面积发生显著增减，剖面面积基本守恒。②三叠系嘉陵江组—雷口坡组膏盐岩的塑形变形显著，盐滑脱褶皱发育，该层系剖面面积不守恒。这将导致盐层上、下构造分层差异变形，同期构造也会出现变形样式、变形程度等的差异。

4.1 平衡剖面恢复

选取BB°和CC°剖面进行平衡剖面分析。拉平侏罗系自流井组顶部的一个标志性界面后，两条剖面中侏罗系内的褶皱变形基本消除，但二叠系、三叠系内仍残留有微弱的下凹变形。此外，P/AnP不整合面下方的寒武系、震旦系的下凹变形幅度有所减小。上述变化在CC°剖面中体现的更为明显（见图6a1—图6a2、图6b1—图6b2）。残留在二叠系、三叠系内的微弱下凹变形，与发育在侏罗系内的向斜变形是同期构造，是因为嘉陵江组—雷口坡组膏盐岩层内的塑性变形会导致盐上、盐下的构造变形幅度存在差异，通过拉平盐上地层不能完全消除盐下地层的变形。因此，结合侏罗系沉积之后周缘造山带向盆地推挤产生的挤压构造背景以及层面、剖面构造变形特征（见图3a—图3c、图4），认为P/AnP不整合面形成以后，在二叠系—侏罗系内观察到的下凹变形是侏罗系沉积后的挤压向斜，与发育在P/AnP不整合面形成以前的早期伸展凹陷具有不同的构造性质。
图6 过潼南负向构造单元的典型剖面（剖面AA°、CC°）构造平衡恢复（基于层拉平+去断距）（原剖面见图4a、图4c）
将BB°剖面恢复至嘉陵江组四—五段膏盐岩沉积前，可以观察到下伏的二叠系、三叠系变得十分平整，与这些层系沉积时期稳定的碳酸盐台地背景吻合（见图6a3）。进一步将剖面恢复至二叠系沉积前，可以发现P/AnP不整合面下方的张扭断层和潼南凹陷保存的比较完整（见图6a4、图6b3）；而把奥陶系剥掉，对奥陶系底界先、后实施去断距和去褶皱后，龙王庙组底界的下凹程度明显减小；同时，发现龙王庙组和中—上寒武统向磨溪构造高部位超覆（见图6a5、图6b4）。上述认识表明龙王庙组、中—上寒武统沉积时期以及奥陶系沉积后，潼南地区曾发生强烈的伸展凹陷活动。
继续层拉平剥除龙王庙组和中—上寒武统，可以观察到潼南凹陷的下凹程度进一步减小，变形已经很弱（见图6a6）。在CC°剖面中，潼南凹陷区的下凹形态基本消除（见图6b5）。进一步层拉平回剥至灯影组沉积前，可以观察到新元古代裂后坳陷层序在局部地区呈现出高低起伏的面貌（见图6a7）。
通过层面、剖面精细构造解析和剖面平衡恢复分析，可以将潼南负向构造的形成演化总结为两个阶段：①伸展凹陷阶段，发生在灯影组沉积期至二叠系沉积前，受控于先存基底正断层的多期三角剪切活动，且凹陷活动主要发生在龙王庙组、中—上寒武统沉积时期以及奥陶系沉积后。②挤压向斜阶段，发生在侏罗系沉积后，受控于区域性构造挤压。
对选取的4条剖面进行ADS定量分析，可以估算第2阶段的挤压向斜变形对潼南负向构造总变形量的贡献度分别约为：AA°剖面25%；BB°剖面20%；CC°剖面40%；DD°剖面50%。反映出第2阶段的挤压向斜变形具有西部弱、东部强的特点。与AA°、CC°剖面平衡恢复获得的结果吻合（见图6）。

4.2 典型剖面面积—深度应变（ADS）分析

前文指出潼南负向构造形成于两个阶段、两种体制的构造叠加，对于晚期的挤压褶皱作用，阐述了其变形特征和变形过程（见图6a1—图6a2、图6b1—图6b2）。但是对于发生在二叠系沉积前的凹陷活动，仍缺乏深刻认识。对此，采用ADS分析方法对其做进一步的定量研究。
在进行ADS分析之前，首先通过“层拉平”的方法将剖面回剥至二叠系沉积前，以消除第2阶段挤压向斜的叠加变形。其次，对张扭断层“去断距”，以避免断层变形对ADS分析结果的干扰。张扭断层的垂向断距与凹陷构造的落差不在一个量级，且FI8断层的倾向与潼南凹陷北翼地层的倾向相反，为一条反向断层（见图4a、图4b），从而可以判定张扭断层不控制凹陷构造的形成，只是对其形态起到叠加改造作用。
图7a和图7b分别是AA°、CC°剖面经“层拉平以及去断距”后恢复至二叠系沉积前，消除张扭断层后的状态。通过对这两条剖面中的潼南凹陷进行ADS分析，可以观察到各关键反射界面的应变量（由地层界面与其基准面围限的面积代表，符号取负）与深度具有较好的线性关系，相关系数分别为0.978和0.728（见图7a、图7b）。同样的现象也可以在图7c、图7d中观察到，分别反映了AA°剖面、BB°剖面中潼南凹陷二分之一区域的面积—深度关系，线性相关系数分别为0.897和0.997（剔除显著偏离的数据点）（见图7c、图7d）。ADS分析结果同时表明越深、越老的地层累积越大的变形，越浅、越新的地层累积越小的变形（见图7a—图7d）。该特征与构造正演模型中生长地层的ADS模式具有一致性（见图2），因此可以初步明确潼南凹陷经历了渐进式的生长发育过程。
图7 潼南凹陷区典型剖面ADS分析

（a）AA°剖面整个凹陷区ADS分析（原剖面见图4a）；（b）CC°剖面整个凹陷区ADS分析（原剖面见图4c）；（c）AA°剖面凹陷区南侧ADS分析（原剖面见图4a）；（d）BB°剖面凹陷区南侧ADS分析（避免FI8断层干扰）（原剖面见图4b）；（e）基于a—d剖面ADS分析测算得到的各层系凹陷变形贡献度直方图和凹陷活动进程曲线

为了进一步探讨潼南凹陷在新元古代到二叠系沉积前的凹陷活动过程，给出了一组变形量回剥算法，用于测算各套地层沉积时期的凹陷变形增量及其对潼南凹陷累计变形量的贡献度。算法如下：
各套地层沉积时期的变形增量：
$\Delta {{A}_{i}}={{A}_{i}}-{{A}_{i\text{+1}}}\text{ (}i\text{=0, 1, 2, }\cdots,n\text{)}$
各套地层沉积时期的变形增量对潼南凹陷累计变形量的贡献度：
${{K}_{i}}\text{=}\frac{\Delta {{A}_{i}}}{{{A}_{\text{0}}}}$
本研究选取埋藏最深的Pt3-2底界面的累计凹陷变形量为基准。测算结果显示：在不同剖面中，Pt3-2沉积期记录的凹陷变形存在差异。图7a剖面中，Pt3-2沉积期对凹陷变形的贡献度达到异常高值，约为25%（见图7e）；而图7b、图7c—图7d剖面中Pt3-2沉积期基本未发生凹陷变形（Ki≈±2%）（见图7e）。对AA°、CC°平衡剖面进行分析对比，还可以发现AA°剖面中的Pt3-2底界在灯影组沉积前就已经具备下凹形态，代表潼南凹陷的早期雏形，而CC°剖面中该现象不显著（见图6a7、图6b5）。这表明潼南凹陷区在Pt3-2沉积期存在显著的东、西差异活动。之后，在新元古界沉积层3（Pt3-3，未定组）、灯影组1—2段、灯影组3—4段、筇竹寺组和沧浪铺组沉积期，潼南地区凹陷变形呈现出显著的规律性，Ki值由10%~30%（Pt3-3、Z2dn1—2沉积期）逐层递减至10%以下（Z2dn3—4、—C 1q+—C 1c沉积期）（见图7e），表明凹陷活动逐渐减弱，Z2dn3—4、—C 1q+—C 1c沉积期是凹陷活动的低谷期。而后，在龙王庙组—中上寒武统（—C 1l+—C 2—3）沉积期和奥陶系（O）沉积后，凹陷活动显著增强，Ki值普遍达到20%~35%。
基于剖面的ADS定量分析结果，测算和绘制潼南凹陷在二叠系沉积前的活动进程曲线，算法如下：
${{S}_{n}}\text{=}\sum\limits_{i\text{=}0}^{n}{{{K}_{i}}}$
结果表明AA°剖面所在区域，潼南凹陷经历了“强—弱—强”3个活动阶段（见图7e）：①在Pt3-3—Z2dn1—2沉积期凹陷活动比较强烈（Sn达到55%）；②在Z2dn3—4、—C 1q+—C 1c沉积期凹陷活动显著减弱；③在—C 1l+—C 2—3沉积期—O沉积后，凹陷活动再次增强（见图7e）。而在BB°剖面和CC°剖面所在区域，凹陷活动主要发生在—C 1l+—C 2—3沉积期—O沉积后，凹陷变形程度在该时期由30%快速增长到100%。

4.3 构造几何学正演数值模拟验证

为了验证上述ADS分析结果的可靠性，对比了AA°剖面南侧二分之一凹陷区的ADS数据和地层起伏数据。后者相当于控制凹陷构造的三角剪切正断层的垂向断距，其通过测量凹陷最低点和其边界高点之间的落差获得，由于为负向伸展构造，符号取负（见图7c）。
数据表明ADS法计算得到的各时期凹陷活动贡献度Ki与地层起伏法计算得到的各时期地层起伏增量比Ri（算法与Ki值算法一致）具有相同的变化规律；两种方法计算得到的凹陷活动进程也具有相同的变化规律（见表1）。采用AA°剖面中Pt3-2底界面的地层起伏值（−290 m）作为基准（见图7c），其相当于控制凹陷构造的深部三角剪切正断层的总垂向断距。将该基准值与ADS法计算得到的Ki值相乘就可以将总垂向断距（位移）分配到不同地层沉积时期（见表1），从而以该数据驱动构造几何学正演模拟（见图8）。
表1 潼南凹陷区AA°剖面南侧二分之一凹陷区ADS数据与地层起伏数据分析对比
地层底界
代号		 ADS法
面积/m2		 ADS法面积
增量/m2		 地层
起伏/m		 地层起伏
增量/m		 ADS法凹陷变形
贡献度（Ki）/%		 地层起伏增量
比（Ri）/%		 凹陷活动进程
（ADS法）/%		 凹陷活动进程
（地层起伏法）/%		 构造正演模拟断层垂向位移（D）分配/m
O −230 439 −230 439 −112 −112 23.4 38.6 100.0 100.0 −68(−112)
—C 1l+—C 2—3 −455 866 −225 427 −147 −35 22.9 12.1 76.6 61.4 −66
—C 1q+—C 1c −476 683 −20 817 −162 −15 2.1 5.2 53.7 49.3 −6
Z2dn3—4 −473 383 3 300 −162 0 −0.3 0.0 51.5 44.1 1
Z2dn1—2 −691 450 −218 067 −207 −45 22.2 15.5 51.9 44.1 −64
Pt3-3 −983 424 −291 974 −290 −83 29.7 28.6 29.7 28.6 −86
Pt3-2 −983 647 −223 −290 0 0 0 0 0 0
图8 构造几何学正演剖面（（a）—（f））与现今剖面（g）对比（D—断层垂向位移）
褶皱轴面分析表明AA°剖面南侧二分之一凹陷区深部的三角剪切正断层倾角约为76°。此外，还可以观察到Pt3-2、Pt3-3、Z2dn1—2等层系的断层下盘不同程度的卷入到三角剪切变形，而Z2dn3—4、—C 1q+—C 1c、—C 1l+—C 2—3、O的下盘地层几乎未卷入三角剪切变形（见图8g）。因此，在经过多组参数的构造几何学正演模拟后，最终确定三角剪切区相对于断层的偏转角分别可以设定为16°（Z2dn1—2沉积前）、8°（Z2dn1—2沉积期）、4°（Z2dn1—2沉积后）（见图8）。随后，根据地层起伏法、ADS法获得的断层垂向断距分配结果（见表1），实现三角剪切正断层在不同时期垂向位移的准确控制。通过多轮模拟，最终将最后一期变形（二叠系沉积前）的断层垂向位移由−68 m修正为−112 m后（见表1），获得了与现今剖面几乎完全一致的正演剖面（见图8f、图8g）。对二叠系沉积前的断层垂向位移进行修正的依据在于奥陶系顶部被显著剥蚀，其ADS法面积可能小于真实变形量，从而导致断距分配量偏小，因此需要参考地层起伏法计算得到的垂向位移参数。
构造正演模拟复现了潼南凹陷从Z2dn1—2沉积前（Pt3-3沉积期）到二叠系沉积前阶段式的凹陷活动过程（见图8）。复现了两个强活动期：Pt3-3—Z2dn1—2沉积期（见图8b、图8c）和—C 1l+—C 2—3沉积期—O沉积后（见图8e、图8f）；一个弱/无活动期：Z2dn3—4——C 1q+—C 1c沉积期（见图8d）。该结果与平衡剖面恢复、ADS分析的结果一致，验证了ADS法在潼南凹陷构造活动历史定量研究中的可靠性。

5 油气地质意义

前文指出潼南负向构造经历了两个阶段、不同性质的构造叠加改造。在P/AnP不整合面形成前，潼南地区受控于深部三角剪切正断层活动，发展为伸展凹陷构造，其变形程度已经达到现今潼南负向构造变形总量的50%~80%。随后，大约在侏罗系沉积后，受控于区域性构造挤压作用，叠加了挤压向斜变形。这两个阶段的构造叠加改造深刻影响了潼南地区的构造格局，同时也奠定了潼南地区的基础油气地质条件。

5.1 伸展凹陷活动控制了灯影组碳酸盐岩沉积和储集层物性

AA°、CC°剖面平衡恢复（见图6）、ADS分析（见图7e）和构造几何学正演模拟（见图8）均表明潼南地区在Pt3-3—Z2dn1—2沉积期发生了较强烈的凹陷活动，而在Z2dn3—4——C 1q+—C 1c沉积期凹陷活动显著转弱。此外通过地层起伏分析，也可以发现Z2dn1—2沉积期其底界累计下凹或沉降了45 m~64 m（见表1），沉降量达到Z2dn1—2总厚度（约500 m）的10%左右。因此，判断在Z2dn1—2沉积期凹陷活动可能在一定程度上影响Z2dn1—2碳酸盐台地沉积微相的分异，可能使潼南凹陷区滩相白云岩储集层更加致密，而在Z2dn3—4沉积期，微弱的凹陷活动则可能不影响潼南地区碳酸盐台地沉积微相的分布。
该地区实钻显示：GS21井Z2dn2和Z2dn4U（灯影组4段上亚段）测井解释见差气层、气层或含气水层，但试油却揭示为干层；GS16井Z2dn4L（灯影组4段下亚段）主要为干层，但Z2dn4U揭示水层、气水层和气层，在气层中获得工业气流。与高石梯地区（GS2井）和龙女寺地区（MX23井）相比，潼南地区的Z2dn1—2和Z2dn3—4L白云岩储集层似乎更加致密，更可能揭示干层和差气层（见图9）。这一现象有可能是潼南地区碳酸盐岩颗粒滩沉积及微相分布受控于凹陷活动，导致碳酸盐岩储集层致密化的结果。
图9 GS2—GS21—HT1—GS16—MX23连井剖面与气水分布（剖面位置见图1b）

5.2 潼南负向构造形成演化控制了油气运聚和现今气水分布

潼南负向构造区在二叠系沉积前经历了第1阶段的伸展凹陷活动。此次构造变形导致潼南地区相对于高石梯、磨溪—龙女寺地区，沉降到更低的构造位置，产生了300 m左右的构造落差（见表1）。在随后的二叠纪—侏罗纪，潼南凹陷被进一步深埋，该过程还伴随着陡山沱组、下寒武统、二叠系等层系内烃源岩的热成熟。前人研究指出该地区主生油期发生在二叠纪—三叠纪，随后在早—中侏罗世、晚侏罗世—白垩纪烃源岩分别达到湿气、干气生成阶段，原油也随着地温升高而裂解成气[4,8,30]。研究表明：在第1阶段伸展凹陷活动结束后，处于相对构造高部位的高石梯、磨溪、龙女寺地区成为油气运聚的最佳指向区，潼南凹陷区则相当于油气运聚的“过路区”，这使得该地区不利于油气的长期保存。仅一些局部的低幅构造带，如GS16井区、GS21井区、HT1井区等局部构造高点可能成为油气圈闭。截止目前，GS16井区Z2dn4U取得的油气突破指示了这一潜在的油气领域（见图9）。
在侏罗系沉积后，潼南地区叠加第2阶段的挤压向斜变形，其叠加改造了深部的潼南凹陷构造，导致P/AnP不整合面以下的潼南负向构造区相对于南、北两侧的构造高带，构造落差进一步扩大到400~600 m（见图3、图4）。其结果是油气进一步向高石梯构造高带、磨溪—龙女寺构造高带运聚，潼南凹陷区仍是油气运聚的“过路区”。且随着气、水界面的持续调整，该地区的灯影组内更容易钻揭水层，导致油气目标落空。GS16井、HT1井、GS21井的实钻结果指示了这一风险（见图9）。

5.3 潼南负向构造区可以成为油气勘探新领域

潼南负向构造区内的GS16井除了揭示灯四段顶界的气层外，还分别在龙王庙组中上部和洗象池组中部测试获20.439 6×104 m3/d、7.82×104 m3/d的工业气流。此外，在GS16井以北的龙女寺构造高带内，MX23井龙王庙组测试获高达110.78×104 m3/d的高产气流。上述情况表明潼南凹陷区在龙王庙组和洗象池组仍有相当大的油气潜力。
另一个值得关注的层系则是奥陶系。层面追踪（见图3）、剖面构造解析（见图4）和连井剖面（见图9）均表明潼南负向构造内残存了厚度分布不均的奥陶系，其顶界被P/AnP不整合面夷平，剥蚀尖灭线基本沿着潼南负向构造区的北边界分布（见图3c）。通过对比该地区的奥陶系和安岳、磨溪—龙女寺地区的龙王庙组，可以发现二者地质结构具有诸多相似性。后者也遭受P/AnP不整合面强烈削蚀，形成广泛分布的岩溶风化壳储集层。2014年发现中国最大单体海相碳酸盐岩整装气藏，探明天然气地质储量达到4 403.83×108 m3[31]。因此，研究认为潼南及邻区，P/O不整合面下方的奥陶系红花园组、宝塔组等碳酸盐岩层系具备岩溶风化壳储集层形成的基本条件，有希望获得油气重大发现，是值得引起关注的油气勘探新区。

6 结论

通过高精度三维地震资料综合构造解析，运用平衡剖面恢复分析、面积-深度应变分析和构造几何学正演数值模拟等系列定性、定量方法，研究了潼南负向构造的变形特征、构造属性和叠加演化过程。指出潼南负向构造的地质结构和形成演化对该地区的油气勘探开发具有重要意义。
潼南负向构造区以P/AnP不整合面为界，上、下层系存在显著的构造分层差异变形。同时，该地区还叠加了张扭（走滑）断裂变形，使其呈现出多期、多体制陆内构造叠加改造的基本特征。
潼南负向构造经历了两个阶段、不同性质的构造叠加改造：①伸展凹陷活动阶段，发生在灯影组沉积前后至二叠系沉积前，受控于深部先存正断层的多期三角剪切活动。主凹陷活动发生在晚元古代末—灯影组1+2段沉积期、龙王庙组—中上寒武统沉积期—奥陶系沉积后。在灯影组3+4段—筇竹寺组+沧浪铺组沉积时期，凹陷活动十分微弱。②挤压向斜褶皱阶段，发生在侏罗系沉积后，受控于区域性构造挤压作用。其对早期伸展凹陷构造的叠加改造具有“东强、西弱”的特点。
潼南负向构造区两个阶段的构造叠加改造深刻影响了潼南地区的油气地质条件，其控制着潼南负向构造区、高石梯构造高带、磨溪—龙女寺构造高带之间油气的运移、调整及现今气、水的差异分布。
残存于潼南凹陷区、顶部被强烈剥蚀的奥陶系内的碳酸盐岩层具备风化壳岩溶储集层形成的基本条件，是值得特别关注的油气新领域。
符号注释：
Ai——编号为i的下部地层的累计变形量，m2；Ai+1——与地层i相邻的上部地层的累计变形量，m2；A0——潼南凹陷区可识别的最大累计凹陷变形量，m2；Ki——各套地层沉积时期的变形增量对潼南凹陷累计变形量的贡献度，%；Sn——第n套地层沉积后的凹陷变形贡献度累计量，%；ΔAi——各套地层沉积时期的变形增量，m2。

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