川中地區(qū)須家河組構(gòu)造變形成因探討及其勘探意義

摘 要

摘要：四川盆地川中地區(qū)一直以構(gòu)造穩(wěn)定、變形微弱著稱(chēng)，但近年來(lái)對(duì)該區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組的天然氣勘探實(shí)踐卻揭示出其構(gòu)造變形具有復(fù)雜性。為探討構(gòu)造變形的成因，根據(jù)構(gòu)造變形特征
摘要：四川盆地川中地區(qū)一直以構(gòu)造穩(wěn)定、變形微弱著稱(chēng)，但近年來(lái)對(duì)該區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組的天然氣勘探實(shí)踐卻揭示出其構(gòu)造變形具有復(fù)雜性。為探討構(gòu)造變形的成因，根據(jù)構(gòu)造變形特征，將該區(qū)須家河組劃分為4個(gè)區(qū)帶，從南到北依次為威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)、遂寧-合川低緩褶皺區(qū)、簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)、南充-平昌斷褶區(qū)，并重點(diǎn)分析了須家河組NW向構(gòu)造的變形機(jī)制。結(jié)果表明：①構(gòu)造疊加變形是該區(qū)構(gòu)造的主要特征，早期構(gòu)造變形受印支期龍門(mén)山前陸盆地和燕山期大巴山前陸盆地形成演化控制，在晚侏羅世-白堊紀(jì)形成東南高、西北低的NE向區(qū)域性大單斜；②喜馬拉雅期受華鎣山斷裂右行走滑作用控制，產(chǎn)生NW向壓扭構(gòu)造形跡；③該區(qū)須家河組氣藏總體表現(xiàn)為大面積、低豐度致密砂巖氣藏，局部構(gòu)造和斷層控制了天然氣“甜點(diǎn)”區(qū)分布，天然氣勘探開(kāi)發(fā)要高度重視NE向構(gòu)造與NW向構(gòu)造疊加變形區(qū)。
關(guān)鍵詞：四川盆地；川中地區(qū)；構(gòu)造變形；晚三疊世；華鎣山斷裂；基底斷裂；構(gòu)造分區(qū)；變形機(jī)制
    位于四川盆地華鎣山斷裂以西、龍泉山斷裂以東的川中地區(qū)以構(gòu)造變形微弱著稱(chēng)，并作為盆地的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，稱(chēng)之為“川中低緩褶皺帶”[《中國(guó)石油地質(zhì)志》(卷十·四川盆地)，1990年]?，F(xiàn)今構(gòu)造特征表現(xiàn)為東高西低的大斜坡背景下，發(fā)育一系列的背斜構(gòu)造，如龍女寺、南充、廣安、營(yíng)山、八角場(chǎng)等，褶皺變形較弱，構(gòu)造寬平，斷裂少，地面構(gòu)造表現(xiàn)為“穹隆型”。
   針對(duì)川中地區(qū)的低幅度構(gòu)造，早在20世紀(jì)50年代初就已開(kāi)展了油氣勘探，證實(shí)了侏羅系沙溪廟組至奧陶系等12個(gè)含油氣層系，發(fā)現(xiàn)了磨溪?dú)馓锛岸鄠€(gè)侏羅系小油田。然而，按照構(gòu)造圈閉勘探的思路所取得的勘探成效整體較差。2005年。按照巖性油氣藏勘探部署思路，在廣安構(gòu)造上三疊統(tǒng)須家河組先后部署廣安1、廣安2、廣安3、廣安101、廣安102等井，并開(kāi)展了老井上試工作。廣安2井等多口井在須家河組六段獲工業(yè)氣流，巖性氣藏勘探取得了重大突破。其后，按照大面積巖性氣藏的部署思路，對(duì)大川中須家河組實(shí)施“整體部署、分步實(shí)施”，先后在廣安、合川、潼南、安岳等地發(fā)現(xiàn)天然氣儲(chǔ)量規(guī)模超過(guò)1000×108m3的區(qū)塊(圖1)。目前，川中地區(qū)須家河組大面積巖性氣藏已成為四川盆地天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

    近年來(lái)大量的研究成果證實(shí)，川中地區(qū)須家河組以低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層為主，具有大面積含氣的成藏地質(zhì)條件，以致密砂巖氣藏為主，儲(chǔ)量豐度低。單井產(chǎn)量普遍較低且含水飽和度高(40%～60%)，一般以氣水同層為主。因而，須家河組天然氣勘探開(kāi)發(fā)面臨的難題是氣水分布規(guī)律的確定和富氣區(qū)塊的預(yù)測(cè)。目前，針對(duì)上述難題，多數(shù)學(xué)者從沉積和儲(chǔ)層兩個(gè)方面開(kāi)展研究[1～7]，重點(diǎn)探討儲(chǔ)層特征與相對(duì)高孔滲儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)。部分學(xué)者通過(guò)對(duì)已知?dú)獠氐慕馄恃芯?，已?jīng)認(rèn)識(shí)到構(gòu)造及其裂縫在天然氣成藏與富集高產(chǎn)中的作用[8～11]。筆者曾從基底斷裂后期活動(dòng)對(duì)沉積蓋層變形的控制作用的角度，提出了四川盆地須家河組勘探“甜點(diǎn)”受基底斷裂控制的觀(guān)點(diǎn)[12]。
    筆者在對(duì)大川中地區(qū)地震資料解釋的基礎(chǔ)上，分析該區(qū)須家河組構(gòu)造特征，劃分構(gòu)造單元，提出構(gòu)造變形機(jī)制，指出構(gòu)造變形對(duì)須家河組天然氣成藏、富集的影響。
1 四川盆地須家河組區(qū)域構(gòu)造特征
    四川盆地須家河組經(jīng)歷了印支期以來(lái)的多期次構(gòu)造變形。受盆緣山系的褶皺沖斷以及川東高陡構(gòu)造變形影響，區(qū)域構(gòu)造特征總體表現(xiàn)為“西部坳陷、北部坳陷、川中單斜與川東高陡構(gòu)造帶”。
    盆地西部坳陷是晚三疊世前陸盆地的沉積中心，向西與龍門(mén)山褶皺沖斷帶接壤。須家河組地層埋深由山前坳陷向川中地區(qū)逐漸抬升，表現(xiàn)為不對(duì)稱(chēng)的前陸盆地結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可進(jìn)一步劃分為深坳陷、下斜坡、上斜坡及隆起區(qū)(圖2)。

   盆地北部坳陷屬于大巴山前陸褶皺沖斷帶的前淵。受大巴山前陸盆地影響，從北向南依次為大巴山弧形構(gòu)造帶、米倉(cāng)山-大巴山前緣帶、川北凹陷帶、川中低隆帶[13～14]。近年完成的區(qū)域地震大剖面揭示，大巴山前陸沖斷帶的前鋒帶可能在平昌以北。該區(qū)以NW向逆沖斷層發(fā)育為特征，斷層傾向北，從萬(wàn)源到平昌斷距越來(lái)越小，斷層分布由緊密向稀疏過(guò)渡，表現(xiàn)出受大巴山擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制的特點(diǎn)。
   華鎣山斷裂以東的川東高陡構(gòu)造帶，隔擋式構(gòu)造變形特征顯著，在長(zhǎng)軸背斜核部，須家河組地層多出露地表。合川以南地區(qū)，華鎣山斷裂并非表現(xiàn)為一條斷裂，而是表現(xiàn)為一組NE向展布的斷層系，與這些斷層系相伴生，發(fā)育雁行式排列的背斜構(gòu)造。
    盆地中部的川中地區(qū)，包括平昌以南、華鎣山以西、內(nèi)江以北、龍泉山-梓潼以東地區(qū)。須家河組構(gòu)造總體表現(xiàn)為向北、向西傾伏的區(qū)域單斜，構(gòu)造平緩，變形較弱，斷距較大的斷層不發(fā)育，以低幅度局部構(gòu)造為主。
2 川中地區(qū)須家河組構(gòu)造分區(qū)
    川中地區(qū)須家河組構(gòu)造特征總體表現(xiàn)平緩，前人用“川中低緩褶皺帶”統(tǒng)稱(chēng)之。然而，近年來(lái)，大量二維地震資料卻揭示川中不同區(qū)塊構(gòu)造變形特征差異較大，尤其是川中北部地區(qū)，斷層發(fā)育，褶皺變形較強(qiáng)烈，因而很難用“低緩褶皺帶”術(shù)語(yǔ)來(lái)統(tǒng)括川中構(gòu)造特征。可依據(jù)須家河組構(gòu)造特征，將川中構(gòu)造進(jìn)一步劃分為4個(gè)三級(jí)構(gòu)造區(qū)。從南到北依次為威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)、遂寧-合川低緩褶皺區(qū)、簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)、南充-平昌斷褶區(qū)(圖3)。

2.1 威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)
    威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)西至簡(jiǎn)陽(yáng)，東至威遠(yuǎn)，整體表現(xiàn)為西翼緩、東翼陡的不對(duì)稱(chēng)背斜構(gòu)造形態(tài)，軸向NE向。背斜核部位于資中以南地區(qū)，形態(tài)完整，且缺失須家河組地層。在構(gòu)造等值線(xiàn)圖上表現(xiàn)出向北東方向傾伏、向西南方向開(kāi)口的“蚌殼”型鼻狀構(gòu)造。該區(qū)斷層不發(fā)育，零星小斷層分布在背斜翼部，斷層延伸方向呈發(fā)散狀垂直于構(gòu)造等值線(xiàn)。威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)向北與遂寧-合川低緩褶皺區(qū)過(guò)渡相接。
2.2 遂寧-合川低緩褶皺區(qū)
    遂寧-合川低緩褶皺區(qū)東界為華鎣山斷裂。北界為廣安-南充以南，西界為簡(jiǎn)陽(yáng)-鹽亭。區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體表現(xiàn)為東南高、西北低的大單斜，構(gòu)造走向?yàn)镹E向。遂寧-合川地區(qū)構(gòu)造更為平緩，構(gòu)造等值線(xiàn)稀疏，遂寧以西地區(qū)的構(gòu)造逐漸變陡。
    區(qū)內(nèi)低緩褶皺背斜發(fā)育，規(guī)模較大的構(gòu)造有磨溪、龍女寺、合川、羅渡溪等。構(gòu)造走向以NE向?yàn)橹?，?gòu)造幅度低，構(gòu)造圈閉閉合高度多小于100m(表1)。斷層零星分布，以NW向斷層為主，延伸長(zhǎng)度多介于5～15km。受NW向斷層錯(cuò)動(dòng)影響，部分構(gòu)造形態(tài)發(fā)生扭曲，表現(xiàn)出明顯錯(cuò)動(dòng)。
 

2.3 簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)
    簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)構(gòu)造走向以NNE為主，是川西深坳陷區(qū)向川中平緩區(qū)過(guò)渡的斜坡帶。南端以龍泉山斷裂為界，與川西坳陷相接，向東與遂寧-合川低緩褶皺區(qū)過(guò)渡，構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單，向斜形態(tài)明顯。
    中北段與川西坳陷無(wú)明顯的邊界，構(gòu)造形態(tài)較復(fù)雜，表現(xiàn)為NE向斜坡構(gòu)造受NW向錯(cuò)動(dòng)影響，局部小褶皺發(fā)育，以NW向?yàn)橹鳌?/span>
2.4 南充-平昌斷褶區(qū)
    南充-平昌斷褶區(qū)位于廣安-南充一線(xiàn)以北。最顯著的構(gòu)造特征是發(fā)育4排NW向構(gòu)造帶，從南向北依次為廣安-南充斷褶帶、營(yíng)山-雙河斷褶帶、稅家槽-儀隴斷褶帶、龍崗北斷褶帶。斷層相關(guān)褶皺發(fā)育，長(zhǎng)軸狀，幅度較大。
    廣安-南充斷褶帶由廣安、南充、西充等局部構(gòu)造組成(表1)，平面上呈現(xiàn)雁行式排列。與構(gòu)造相伴生的斷層也呈現(xiàn)出雁行式排列特點(diǎn)。簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)的八角場(chǎng)構(gòu)造、川西坳陷區(qū)內(nèi)的老關(guān)廟構(gòu)造，均呈NW向展布，且位于廣安-南充斷褶帶構(gòu)造帶西延線(xiàn)上，兩者之間應(yīng)有成因聯(lián)系。
    營(yíng)山-雙河斷褶帶由營(yíng)山、雙河等構(gòu)造組成。營(yíng)山構(gòu)造由9條NW向斷層組成，斷層延伸向東截止于華鎣山斷裂，斷層上盤(pán)發(fā)育背斜構(gòu)造。雙河構(gòu)造由3條NNW向斷層組成，構(gòu)造幅度大于營(yíng)山構(gòu)造。
    稅家槽-儀隴斷褶帶東段為稅家槽斷層帶，由多條NW向斷層組成，向東截止于華鎣山斷裂。中段為龍崗-天池?cái)鄬訋Вl(fā)育多條NW向斷層；西段為儀隴斷層發(fā)育帶，以NNW向斷層為主。
3 須家河組NW向構(gòu)造變形機(jī)制探討
3.1 NW向構(gòu)造變形形跡
    川中地區(qū)NW向構(gòu)造形跡可分為以下兩類(lèi)。
3.1.1 “顯性”構(gòu)造形跡
    一類(lèi)構(gòu)造形跡表現(xiàn)出“顯性”特征，即斷層和構(gòu)造在地震剖面和平面圖上均很清晰，斷層組合表現(xiàn)為左行走滑雁行式特征。這類(lèi)構(gòu)造變形主要發(fā)生在廣安-南充一線(xiàn)以北。從須家河組底界構(gòu)造圖上(圖3)，可以劃分出5個(gè)NW向構(gòu)造變形帶，構(gòu)造變形較強(qiáng)烈，NW向局部構(gòu)造成帶分布特征明顯。其中最明顯的構(gòu)造帶有廣安-南充構(gòu)造帶、營(yíng)山-雙河構(gòu)造帶、稅家槽-龍崗構(gòu)造帶，每個(gè)構(gòu)造變形帶由一系列局部構(gòu)造和NW向斷層組成。如廣安-南充構(gòu)造帶上發(fā)育廣安、西充、八角場(chǎng)等NW向展布的局部構(gòu)造和斷層。
3.1.2 “隱性”構(gòu)造形跡
    另一類(lèi)表現(xiàn)為“隱性”特征，即NW向斷層零星分布，局部構(gòu)造規(guī)模小。這類(lèi)構(gòu)造變形主要發(fā)生在廣安-南充以南地區(qū)。整體看，該區(qū)須家河組構(gòu)造以發(fā)育NE向、NNE向構(gòu)造為特征，但也發(fā)育為數(shù)眾多的NW向小斷層。平面上這些小斷層呈雁行式排列，且切割NE向構(gòu)造等值線(xiàn)與局部構(gòu)造。如果將構(gòu)造等值線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)、零星小斷層以及局部構(gòu)造聯(lián)系起來(lái)，不難發(fā)現(xiàn)在南充-潼南地區(qū)可以劃分出5條近乎平行的NW向走滑構(gòu)造形跡。
   值得指出，川中地區(qū)上述兩種類(lèi)型的NW向構(gòu)造形跡是疊加在NE向構(gòu)造背景上，其形成時(shí)間應(yīng)是燕山晚期-喜馬拉雅期。
3.2 NW向構(gòu)造變形機(jī)制分析
    四川盆地中新生代發(fā)育兩期前陸盆地，晚三疊世前陸盆地的形成主要受龍門(mén)山褶皺沖斷帶控制[15～17]，形成龍門(mén)山?jīng)_斷帶-川西前淵-川中斜坡-前隆的較典型的前陸盆地結(jié)構(gòu)(圖2)。晚期前陸盆地發(fā)生在中晚侏羅世，受大巴山-米倉(cāng)山褶皺沖斷帶控制，形成大巴山?jīng)_斷帶-川北前淵-川中斜坡的前陸盆地結(jié)構(gòu)[12～13]。華鎣山斷裂以東的川東高陡構(gòu)造，是雪峰山前陸褶皺沖斷帶的組成部分[18]，經(jīng)歷了晚侏羅世-早白堊世的強(qiáng)烈沖斷作用、晚白堊世的沖斷與隆升作用以及喜馬拉雅期的強(qiáng)烈剝蝕[19～20]。由此可見(jiàn)，位于四川盆地腹部的川中地區(qū)自中新生代以來(lái)經(jīng)歷了多期次不同方向的擠壓作用，為區(qū)內(nèi)構(gòu)造疊加變形奠定了力學(xué)基礎(chǔ)。
3.2.1基底斷裂后期活動(dòng)控制了NW向構(gòu)造形跡
    基底斷裂后期活動(dòng)是穩(wěn)定地塊沉積蓋層構(gòu)造變形的重要因素。筆者曾提出基底斷裂在燕山晚期-喜馬拉雅期的“隱性”活動(dòng)對(duì)川中地區(qū)構(gòu)造變形產(chǎn)生了明顯控制作用[12]。近期，筆者利用重力、磁力重力的重新處理成果，完成了四川盆地基底斷裂的解譯。沿著NE45°方向在布格重力異常水平導(dǎo)數(shù)圖上，可解譯出5條NW向基底斷裂，其中綿陽(yáng)-廣安斷裂規(guī)模最大，特征最為明顯。其余4條斷裂包括大足-樂(lè)至斷裂、遂寧-合川斷裂、儀隴-石柱斷裂、巴中-開(kāi)江斷裂。將這些基底斷裂和須家河組NW向構(gòu)造形跡對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)兩者具有很好的吻合性。從力學(xué)機(jī)制分析，這些斷層帶與深部基底斷裂扭動(dòng)有關(guān)；從卷入地層分析，構(gòu)造變形主要發(fā)生在燕山晚期-喜馬拉雅期。
3.2.2華鎣山斷裂帶右行走滑作用是誘發(fā)基底斷裂活動(dòng)的動(dòng)力
    華鎣山斷裂是上揚(yáng)子板塊內(nèi)重要的深大斷裂，是川東高陡構(gòu)造與川中平緩構(gòu)造的分界斷裂，不僅重磁力上有明顯響應(yīng)，而且地震剖面斷裂特征也很明顯。平面上，華鎣山斷裂是由多條高角度斷層組成的斷層帶，大體可劃分為北、中、南3段。北段位于達(dá)州以北，向北延伸到羅文，地表未見(jiàn)斷層，出露中上侏羅統(tǒng)地層呈NE向線(xiàn)狀展布，與其兩側(cè)的下白堊統(tǒng)地層形成明顯差異。地震剖面上該斷裂表現(xiàn)為高角度、切割層位深[14]。中段分布在達(dá)州-銅梁一帶，是華鎣山斷裂隆升幅度最大地區(qū)，在合川、華鎣市以東地表均可見(jiàn)斷層，寶頂一帶出露寒武系-二疊系。南段，在四川盆地內(nèi)可分成銅梁斷層、榮昌斷層、宜賓斷層，呈NE向雁行式排列。上述斷層發(fā)育帶的平面展布表現(xiàn)為右行走滑特點(diǎn)，發(fā)生時(shí)期應(yīng)為燕山晚期-喜馬拉雅期。
    上述表明，川中地區(qū)NW向構(gòu)造形跡受控于NW向基底斷裂晚期活動(dòng)，與華鎣山斷裂帶的右行走滑作用有關(guān)。根據(jù)走滑應(yīng)變橢圓分析[21]，剪切方向與走滑構(gòu)造的主要位移帶方向一致。從斷層切割深度、走向的穩(wěn)定性、延伸長(zhǎng)度以及伴生構(gòu)造等構(gòu)造要素分析，華鎣山斷裂帶應(yīng)屬于主位移帶，川中地區(qū)左行走滑的NW向構(gòu)造形跡則屬于反向走滑斷層(圖4)。因此，川中地區(qū)NW向構(gòu)造應(yīng)是華鎣山斷裂在燕山晚期-喜馬拉雅期右行走滑作用的結(jié)果。
 

4 構(gòu)造變形特征研究的意義
勘探已證實(shí)四川盆地須家河組天然氣資源豐富，以致密砂巖氣藏為主，含氣面積大、儲(chǔ)量規(guī)模大，同時(shí)存在含水飽和度偏高、開(kāi)發(fā)動(dòng)用難度大等難題。加強(qiáng)氣水分布主控因素和天然氣富集“甜點(diǎn)”區(qū)塊預(yù)測(cè)是當(dāng)前勘探開(kāi)發(fā)面臨的重要課題。筆者認(rèn)為加強(qiáng)須家河組構(gòu)造研究是解決上述難題的重要途徑。
    一方面，應(yīng)充分利用地震鉆井資料，在搞清局部構(gòu)造發(fā)育規(guī)律基礎(chǔ)上，細(xì)化低幅構(gòu)造圈閉，為高含氣區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選奠定基礎(chǔ)。氣藏解剖研究結(jié)果表明：局部構(gòu)造高部位含水飽和度較低，如合川地區(qū)須二段含水飽和度小于50%，廣安地區(qū)在構(gòu)造高部位的須六段存在相對(duì)統(tǒng)一的氣水邊界，以產(chǎn)純氣為主。
    另一方面，應(yīng)高度重視小斷層在天然氣成藏中的作用。小斷層發(fā)育區(qū)，盡管有效儲(chǔ)層厚度薄(3～5m)，但斷層與構(gòu)造起伏配置良好，氣水分異好，如廣安地區(qū)須四段。斷層活動(dòng)導(dǎo)致裂縫發(fā)育，有利于改善低滲透儲(chǔ)集層物性。如磨溪構(gòu)造目前有20口井在須家河組產(chǎn)氣，11口井在須二段獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，其中磨76井在須二段獲165.7×104m3/d的無(wú)阻流量，磨72井在須二段獲48.7×104m3/d的無(wú)阻流量，這些高產(chǎn)井均位于裂縫發(fā)育區(qū)，鉆井過(guò)程中曾發(fā)生井漏、井噴或鉆具放空等現(xiàn)象。
    綜上所述，川中地區(qū)須家河組天然氣勘探開(kāi)發(fā)要高度重視構(gòu)造變形規(guī)律分析，尤其要重視NW向構(gòu)造與NE向構(gòu)造疊加發(fā)育的區(qū)塊。在威遠(yuǎn)背斜隆起區(qū)要重視NE向小斷層發(fā)育帶；遂寧-合川低緩褶皺區(qū)要重視低幅度褶皺與NW向小斷層疊加變形帶，除合川、磨溪等局部構(gòu)造外，要高度重視遂寧-岳池、射洪-西充這兩個(gè)構(gòu)造變形較強(qiáng)烈的區(qū)帶；簡(jiǎn)陽(yáng)-閬中斜坡區(qū)要重視三臺(tái)-鹽亭區(qū)塊。南充-平昌斷褶區(qū)構(gòu)造變形最為強(qiáng)烈，斷層和局部構(gòu)造發(fā)育，天然氣富集高產(chǎn)條件較優(yōu)越，但該區(qū)目前勘探程度很低，目的層埋深較大，建議加強(qiáng)以4排構(gòu)造帶為重點(diǎn)的預(yù)探和風(fēng)險(xiǎn)勘探。
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(本文作者：汪澤成1 李宗銀2 李志榮3 樊斌2 張海杰4 李玲1 卞從勝1 1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2.中國(guó)石油西南油氣田公司；3.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司；4.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦)