早志留世，生物礁发育具有全球性，主要发育于劳伦古陆、西伯利亚古陆、哈萨克斯坦板块和上扬子地台等地区^[1]，沉积背景主要为碳酸盐岩台地。学界针对上扬子地台志留系生物礁研究主要集中于川东南、黔北地区^[2-4]，两地区在志留纪分别位于乐山—龙女寺古隆起南斜坡、黔中古隆起北斜坡，下志留统石牛栏组在野外及钻井中均可见生物礁，油气显示丰富。贵州遵义习水县良村剖面，石牛栏组生物礁滩灰岩见丰富沥青^[4]；自贡地区近期针对龙马溪组页岩气部署的多口井，在钻进石牛栏组过程中见良好油气显示，其中Z205H54-6井以较高钻井液密度2.15 g/cm³过路石牛栏组时，全烃高达94.99%，点火火焰高30 m，相应岩屑主要为礁灰岩、颗粒灰岩。得益于川东南—黔北地区地质、深层钻井及测井、地震等样本资料的丰富，该区石牛栏组研究程度相对较高，中石油近期在自贡地区部署的专层风险探井GT1井，在石牛栏组钻遇生物礁滩储层，并测试获工业气流。

川西北与川东南、黔北地区沉积背景相似^[5-6]，广元朝天区及邻区陕南宁强县一带中—下志留统露头已发现众多的生物礁，地面与井下礁体可对比，是中国研究志留系生物礁极好的区域^[6-8]。广元河湾场地区HS1井志留系底部钻遇厚层礁灰岩^[7-8]，有气侵显示，岩心和薄片中均有沥青充填裂隙现象。川西北地区石牛栏组礁灰岩，下伏龙马溪组和筇竹寺组2套优质烃源岩，上覆梁山组泥页岩，构成一套较好的生-储-盖组合，勘探前景良好，但该区石牛栏组埋深较川东南、黔北地区更大，深层钻井等样本资料相对较少，前期深层地震资料品质较差，以往对此研究少且偏重于野外地质方面^[7-8]，川西北地区志留系生物礁油气勘探未取得实质性突破。

基于川西北地区新采集及重新处理的三维地震，结合本区及邻区已有钻井和地质资料，针对该区古生界开展合成记录标定及层位精细解释、地震属性提取与分析，首次在剑阁地区地震资料中发现规模性志留系生物礁异常体，认为其归属石牛栏组，油气成藏条件佳，该发现有望成为四川盆地风险勘探的新领域、新区带。

研究区位于川西北广元—剑阁—苍溪一带、乐山—龙女寺古隆起北斜坡至广元坳陷之间（图 1a），区域构造属于上扬子地台西北缘，即龙门山与米仓山冲断带前缘的川西北北部坳陷带，西抵双鱼石断褶带东缘、东至九龙山背斜。中奥陶世—志留纪，扬子板块与华夏板块汇聚^[9-10]，受南东方向挤压作用影响，扬子板块处于前陆盆地构造演化阶段，前陆盆地的前陆隆起位于雪峰山—黔中古隆起一带。四川及邻区为隆后盆地，受应力传导，内部发育一系列大小不一的同生挤压隆起及坳陷，如乐山—龙女寺古隆起^[11-13]、天井山古隆起^[14]、川黔坳陷、德阳—绵阳坳陷^[15-16]等。早志留世，与川东南、黔北地区“两隆夹一坳”古地理格局类似，川西北—陕南地区存在乐山—龙女寺古隆起、天井山古隆起、汉南及碧口古陆、广元坳陷格局（图 1a），石牛栏组（与小河坝组同期异相）发育碎屑滨岸-混积潮坪-潮坪边缘/碳酸盐岩缓坡-陆棚沉积环境^[5]。在汉南及碧口古陆附近广元朝天区、陕南宁强县一带，下志留统石牛栏组及中志留统宁强组露头中，见广泛发育的浅水陆棚环境下的点礁^[6-8]。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 川西北地区二叠系沉积前古地质图（a）（据文献[16-17]修改）及岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Paleogeology before Permian sedimentation (a) and comprehensive stratigraphic column (b) of northwestern Sichuan Basin

受志留纪末晚加里东运动影响^[17-19]，靠近研究区西部及西南部志留系剥蚀殆尽，中东部、北部残留下志留统，该区残余厚度为0~300 m，自下而上划分为龙马溪组、石牛栏组（图 1b）。龙马溪组与石牛栏组构成向上变浅的沉积序列^[3]，其中，龙马溪组下部为海侵体系域，岩性主要为黑色炭质页岩，上部主要为泥灰岩与灰泥岩薄互层；石牛栏组以较纯灰岩为主，中上部发育礁滩相，与龙马溪组上部构成高位体系域；小河坝组主要为粉砂岩及泥页岩。海西早期，研究区西部位于松潘—甘孜海域东缘，泥盆—石炭系超覆于该区西侧奥陶系—志留系之上，后经云南运动抬升剥蚀，与二叠系主要呈假整合接触；除西部，其他区域二叠系均与奥陶系—志留系呈假整合或低角度不整合接触。

早志留世，上扬子地台生物礁的发育和分布，与区内古隆起的存在密切相关，古隆起通过控制古地理格局造成沉积分异，进而影响生物礁展布。该时期，上扬子地台石牛栏组/小河坝组发育碎屑滨岸-混积潮坪-潮坪边缘/碳酸盐岩缓坡-陆棚沉积模式^[5]，没有类似开江—梁平海槽的明显台缘坡折带。在近古隆起的陆源碎屑区，水体浑浊，氮、磷、碳等矿物养料过剩，抑制生物礁发育^[8]；在近古隆起的浅水区，水体清澈、温度适中，最适宜生物礁发育，礁体规模大且分布广；在远离古隆起区，水体变深、地层厚度逐渐增大、生物礁规模及分布范围逐渐减小，最终转为泥页岩沉积。

研究区北部广元朝天区、陕南宁强县一带，下志留统野外露头多见礁灰岩存在，均属于浅水陆棚环境的点礁，张廷山等^[7-8]在朝天区观察到典型的下志留统生物礁，自下而上分为2部分，下部和上部礁体厚度分别约16 m与30 m，中部夹厚度约40 m潮坪沉积。袁海军^[20]在朝天区西北乡车家坝剖面，观察到石牛栏组灰质缓坡-浅水陆棚相，岩性主要为薄—中层灰色泥—微晶灰岩、礁灰岩、瘤状灰岩夹钙质、炭质泥岩，岩石中可见大量珊瑚类、腕足类和海百合化石（图 2）。在石牛栏组沉积期，相较于广元朝天、陕南宁强一带，研究区更靠近乐山—龙女寺古隆起（图 1a），有发育更大规模生物礁的基础。研究区钻揭下古生界的井少，加之志留系生物礁横向非均质性强，仅与该区相邻的北部（广元河湾场地区）有井钻遇，HS1井在石牛栏组中部钻遇厚53.55 m的礁组合^[8]，石牛栏组下部属深水陆棚泥岩相，夹薄层钙粉生屑风暴岩，已取心的40 m岩心，瘤状灰岩向上更发育。然而，HS1井位于龙门山冲断带主体区，地震资料年代老、成像品质较差，该井为1980年代钻井，现存测井曲线质量不高，难以进行井-震标定。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 川西北广元朝天区西北乡车家坝志留系石牛栏组野外露头及岩石薄片（据文献[20]修改） （a）灰色薄层状微晶灰岩；（b）灰色薄层状瘤状灰岩；（c）灰色中—厚层状瘤状灰岩；（d）石阡中巢珊瑚，纵切面；（e）石阡中巢珊瑚，横切面；（f）薄隔壁似珊瑚，纵切面。 Fig. 2 Field outcrops and rock thin sections of Silurian Shiniulan Formation in Chejiaba, Northwest township, Chaotian district, Guangyuan, northwestern Sichuan Basin

以往研究区重点针对二叠系、三叠系开展研究，已发现剑阁长兴组—飞仙关组礁滩气藏、双鱼石栖霞组气藏等，因该区震旦系—下古生界埋深相对较大、早期深层地震资料品质较差，深层钻井等资料极少，制约了深层油气勘探研究。近年来，剑阁及邻区采集多块“两宽一高”（宽方位、宽频带、高密度）三维地震，经“双高”（高保真、高分辨率）地震处理，深、浅层地震资料品质改善明显。近期，中石油在剑阁地区为部署震旦系科学探索井，重点对老三维资料深层进行重新处理，地震成像上也获得了改善。高品质的新老三维地震资料，为剑阁地区志留系异常体的发现及分析奠定了坚实的基础。

研究区中部为低缓褶皱区，志留系底部异常体规模大，多形成复合体，因没有复杂构造影响，地震反射最为清晰（图 3）。该异常体与四川盆地长兴组生物礁典型地震反射特征^[21-23]类似：①丘状外形明显。生物礁发育过程中沉积物不断累积建隆，具有抗浪格架，容易形成丘状。②顶界强振幅反射明显。生物礁作为高能碳酸盐岩建隆，密度、速度与上覆围岩一般差异较大，礁顶界会形成强波阻抗界面、强振幅，该异常体段在地震处理速度谱上，均方根速度及层速度均存在明显降低（图 4）。③内幕断续反射明显。生物礁内部造礁生物与附礁生物容易形成块状格架地质体，沉积层理不明显，内幕多呈断续或较杂乱弱振幅反射。④两翼上超明显。生物礁间多为潮道，礁间低能沉积物往礁体两翼上超，结合上超点可进一步识别礁体轮廓。此区域地震剖面生物礁下伏地层可见纵向地层叠置绕曲（图 3），发育小断距的基底断裂，此组断裂引起的古地貌高差控制石牛栏组潮坪边缘带的沉积微相，断裂下盘相对上升、古地貌高，礁体发育；断裂上盘古地貌低，发育礁间水道。此外，这组基底断裂亦控制下伏多套地层沉积分异，弱振幅、丘状（透镜状）等反射代表的滩体与强振幅、平行反射代表的滩间水道特征清晰，如奥陶系桐梓—红花园组、寒武系沧浪铺组等（图 3）；峨眉地裂运动期，受北东—南西方向拉张应力影响，研究区东北部，部分北西向基底断裂活化，引起上覆地层构造分异，进而控制开江—梁平海槽西侧剑阁地区长兴组生物礁沉积，如JM1井长兴组钻遇优质生物礁储层（图 5）并测试获气，是剑阁地区长兴组生物礁气藏的发现井，这与以往研究的四川盆地基底断裂对古生界沉积继承性控制作用^[24-25]类似。这些在古生代控制沉积的基底断裂，经晚期印支—喜山运动压扭影响进一步复杂化，形成现今的形态。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 川西北剑阁地区规模大的志留系异常体叠前时间偏移三维地震剖面（剖面位置见图 7a） Fig. 3 Pre-stack time offset 3D seismic profile of large scale anomalous body from Silurian in Jiange area, northwestern Sichuan Basin

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 川西北剑阁地区志留系异常体地震速度谱特征（速度谱点平面位置为图 3复合异常体中间） Fig. 4 Seismic velocity spectrum characteristics of Silurian anomalous body in Jiange area, northwestern Sichuan Basin

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 川西北剑阁地区规模较小的志留系异常体叠前时间偏移三维地震剖面（剖面位置见图 7a） Fig. 5 Pre-stack time offset 3D seismic profile of small scale anomalous body from Silurian in Jiange area, northwestern Sichuan Basin

研究区其余区域异常体地震反射特征亦类似，规模及识别难度有所差异。中北部双鱼石井区断褶带东缘，异常体规模与中部地区相近，因中北部异常体地震反射与现今北东向构造、断裂叠加（图 3），识别难度比低缓褶皱区大，较为清晰。研究区东部、南部、北部异常体规模均较小，东部及南部构造低缓、异常体反射特征清晰、容易识别（图 5）。北部位于双鱼石断褶带东缘，识别难度相对较大。

研究区及邻区钻至下古生界井位较少，且均未钻遇此异常体，LT1井、ZT1井等志留系均残留下志留统，与川东南—黔北地区下志留统测井响应特征类似，底部相对高伽马（GR）、低声波速度段为龙马溪组炭质页岩段，对应早志留世早期海进过程；下志留统中上部相对低GR、高声波速度段为石牛栏组，对应早志留世中晚期海退过程。龙马溪组到石牛栏组，界面处测井曲线GR值明显负漂，代表由泥页岩向生屑灰岩/泥质灰岩转换。基于合成记录标定及地震层位精细解释（图 6），研究区志留系与二叠系底界分别为强波峰、强波谷反射，异常体与邻区LT1井下志留统石牛栏组相对低GR、高声波速度段可对比追踪；下志留统底部龙马溪组相对高GR、低声波速度段往异常体集中发育区上超。因此，研究区志留系礁异常体应归属石牛栏组。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 川西北剑阁—九龙山地区引层叠前时间偏移地震剖面（拉平二叠系底界，剖面位置见图 1a） 注：黄色地震道为合成地震记录，绿色测井曲线为GR，粉色测井曲线为速度，右侧均为高值段。 Fig. 6 Pre-stack time offset seismic profile of induced layers of Jiange-Jiulongshan area, northwestern Sichuan Basin(flatten Permian bottom boundary)

曲率地震属性在四川盆地具几何外形地质体刻画中取得较好效果，如长兴组生物礁、茅口组岩溶异常体等^[26]。曲率是曲线的一种二维特征，表示曲线上某点的弯曲程度，在三维地震中，曲率分析结果主要用来确定曲面质量和连接情况，曲率变化快时，曲面内部变化大，即曲面光滑程度低。研究区志留系礁异常体丘状外形明显，结合沿志留系底界往上20 ms曲率地震地层切片（图 7a）可清晰看到，异常体呈环状高曲率值广泛分布于剑阁地区，总面积近300 km²。其中单个异常体直径为1.0~2.5 km、面积为1~5 km²，部分地区形成复合体（图 7b），面积可达15 km²。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 川西北剑阁地区沿志留系底界往上20 ms曲率三维地震地层切片 Fig. 7 3D seismic stratigraphic slices with curvature of 20 ms upwards Silurian bottom boundary in Jiange area, northwestern Sichuan Basin

为进一步分析异常体平面分布规律，开展研究区早志留世古地貌分析。以往研究表明，川西北地区泥盆纪沉积前古地理格局与晚奥陶世—早志留世基本一致^[16-17]，虽经加里东晚幕广西运动影响，志留系岩溶（剥蚀）地貌与沉积地貌仍具有继承性；海西早期，泥盆—石炭系超覆于研究区西侧边界，后经柳江及云南运动抬升剥蚀，从二叠系沉积前古地理格局（参见图 1a）来看，研究区此时古地貌高低关系基本延续。因此，选择地震层位容易追踪的二叠系底界（波谷）与志留系底界（波峰）地震时间厚度变化趋势（图 8），可以近似表征早志留世志留系底界古地貌，时间厚度小近似代表古地貌高，该古地貌主要受乐山—龙女寺古隆起控制，整体呈西南高、北东低的趋势，地貌高地沿近南北—北西方向展布。规模大的异常体群以南北—北西方向分布于相对高地貌区（图 7a、图 8），即研究区中部、中北部；研究区其他区域，古地貌高、低区域异常体均较小。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 川西北剑阁地区三维区二叠系底界—志留系底界时间厚度图 Fig. 8 Time thickness of Permian bottom boundary-Silurian bottom boundary in the 3D area of Jiange area，northwestern Sichuan Basin

在以往研究的基础上，结合地震剖面、曲率属性、古地貌、区域地质等分析，研究区中部、中北部在早志留世位于乐山—龙女寺古隆起北部围斜区，志留系生物礁规模大、多形成复合体（图 6），推测处于近南北—北西方向潮坪边缘/碳酸盐岩缓坡区（图 9），研究区最有利石牛栏组相带宽度为13~ 32 km、长度为50 km；东部及北部下志留统厚度增大，生物礁以点礁为主，处于碳酸盐岩缓坡-浅水陆棚沉积区；南部更靠近乐山—龙女寺古隆起核部，生物礁规模小，推测处于混积潮坪沉积区。以往在广元朝天区、陕南宁强县一带下志留统露头中发现的生物岩礁、点礁群等^[6-8]，属于浅水陆棚相产物，与研究区东部、北部地震表征的规模小的生物礁群相似。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 川西北乐山—龙女寺古隆起北缘石牛栏组/小河坝组沉积模式 Fig. 9 Sedimentary models of Shiniulan Formation/Xiaoheba Formation in the northern edge of Leshan-Longnusi paleo-uplift, northwestern Sichuan Basin

川西北地区此次发现的志留系生物礁异常体，与川东南、黔北地区生物礁（滩）地震响应特征存在明显差异，前者丘状建隆外形明显，后者呈“亮点”强振幅反射且无丘状几何外形，这与四川盆地长兴组生物礁、飞仙关组鲕滩（“亮点”）地震响应特征类似，生物礁沉积坡折地貌更大、水体能量一般比鲕滩更高。结合上扬子板块基底北高南低的地貌格局^[6]、川中古隆起北缓南陡^[17]的影响，推测在早志留世，川西北地区沉积水深可能小于川东南、黔北地区，前者海水更开阔、受基底断裂控制的小幅度坡折地貌更多（参见图 3），加之黔中古隆起对环境的影响（陆源碎屑注入等）比汉南等古陆大，因而川西北地区更有利区于生物礁发育，其级别大于川东南、黔北地区，前者不仅在野外浅水陆棚相区多见点礁群、堤礁等，且沉积相对高地貌地震剖面规模礁复合体特征明显；后者礁滩共存较多，且生屑滩常见^[3-4]。

生物礁储层多具有中高孔隙度、高渗透率的特征，四川盆地元坝地区长兴组生物礁储层、川东南及黔北地区石牛栏组礁滩储层即是如此，礁灰岩/云岩储集空间以晶间溶孔、溶蚀孔洞为主，其次为裂缝。川西北—陕南地区野外下志留统发现的生物礁，造礁生物主要为珊瑚、层孔虫、苔藓虫和藻类等，尤其是常发现的横版珊瑚类组成礁核部分^[7-8]，形成强有力的抗浪结构，与上扬子地台下志留统生物礁造礁生物可类比^[1]，这些礁露头中常见沥青和油苗充填裂隙、晶洞。研究区相邻的广元河湾场地区，HS1井下志留统钻遇厚层生物礁，HS1井该段岩心往上瘤状灰岩越来越发育，个别层段已成格架层，岩心和薄片均见沥青充填裂隙^[8]。研究区下志留统生物礁，高能沉积所形成的礁灰岩，具有格架孔、体腔孔、粒间孔及晶间孔等原生孔隙，埋藏期溶蚀及加里东晚期出露水面接受大气淡水淋滤，利于次生溶蚀孔缝发育，可形成优质储层。

研究区最主要的烃源岩有寒武系筇竹寺组与志留系龙马溪组2套，均属于优质烃源岩^[27-28]，且该区位于德阳—安岳裂陷槽筇竹寺组烃源岩上方（图 10）；此外，陡山沱组亦是潜在的烃源岩。研究区志留系生物礁下伏发育众多近南北—北西方向的基底断裂，此断裂多向下多断至震旦系—寒武系、向上消失于志留系内部，沟通筇竹寺组、陡山沱组及龙马溪组烃源岩。筇竹寺组、龙马溪组烃源岩与志留系生物礁储层构成下生上储、旁生侧储油气成藏模式。研究区志留系向西部、南部现今高部位尖灭，生物礁间水道沉积的致密层也可形成侧向封挡，区域分布稳定的梁山组泥页岩，在双鱼石地区已证实是泥盆系气藏优质直接盖层。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 川西北剑阁地区石牛栏组油气成藏模式三维地震剖面（剖面位置见图 1a） Fig. 10 3D seismic profile of oil and gas accumulation model in Shiniulan Formation of Jiange area, northwestern Sichuan Basin

筇竹寺组和龙马溪组生烃高峰期，主要为二叠纪—侏罗纪^[29]，结合以往古构造演化研究成果，该时期研究区志留系位于古地貌相对高部位^[19]，地震剖面该古地貌特征清晰（参见图 6），有利于生物礁储层充注油气。研究区志留系现今构造，生物礁集中发育区存在大型鼻隆（图 10），且中北部发育断块构造，可形成规模构造-岩性复合圈闭、岩性圈闭。研究区志留系埋深约7 000 m，且已发现双鱼石栖霞组、茅口组等气藏，古生界多层系滩体发育（参见 图 3），油气立体勘探潜力大，是风险勘探的新领域、新区带。

（1）川西北剑阁地区在地震剖面上发现了志留系生物礁异常体，呈丘状、顶界强振幅、内幕断续、两翼上超地震反射特征，认为其归属于石牛栏组。

（2）通过曲率地震属性，预测剑阁地区志留系生物礁异常体总面积近300 km²，其发育主要受加里东晚期乐山—龙女寺古隆起控制，以近南北—北西方向分布于古隆起北部围斜区，围斜区相对高部位生物礁规模大且多形成复合体。

（3）研究区志留系生物礁可形成优质储层，该区主要发育筇竹寺组、龙马溪组2套优质烃源岩，广泛发育的基底断裂及伴生断裂沟通烃源岩与志留系生物礁储层，梁山组为优质盖层，石牛栏组成藏条件好，勘探潜力大。