川南Y202地區構造變形特征及其與頁巖氣保存條件關系

井翠 陳珂磷 鄧夏 謝凌峰

1. 中國石油西南油氣田分公司四川長寧天然氣開發有限責任公司 四川 成都 610000

2. 西南石油大學地球科學與技術學院 四川 成都 610599

四川盆地南部海相奧陶系五峰組和志留系龍馬溪組頁巖是我國頁巖氣勘探開發的重點目標，經過多年勘探開發努力，現已建產長寧、威遠、昭通等7個重點區域，但目前僅有長寧-威遠實現了規?；行ч_發，頁巖氣的勘探成果亟需進一步擴大[1]。Y202區塊位于川南西緣，長寧頁巖氣建產區的西北側，初步勘探結果顯示區域內部具有良好的頁巖氣探勘潛力，是長寧頁巖氣示范區進一步擴展的重點有利區之一。但由于Y202區塊地處四川盆地西南2個盆地邊界位置，構造變形較為復雜，研究程度低，限制了頁巖氣勘探開發的進一步深入。本研究通過三維地震資料的解釋分析，確立了Y202區域構造變形特征，分析了構造變形的主要形成時期，建立了區域的構造演化歷史，并結合現有勘探數據分析了區域頁巖氣富集成藏的主控因素，為區塊下一步勘探奠定了基礎。

1 Y202 區塊構造變形特征

Y202區塊周邊主要發育2個走向的構造體系：一是北西-南東走向的靛藍壩向斜北端、五指山背斜南段、屏山向斜以及天宮堂背斜；二是北東東走向的構造，主要發育庫場背斜、利店-新繁向斜、沐川背斜以及五指山背斜和天宮堂背斜南段。

五指山背斜為一基底逆沖斷層形成的斷層傳播褶皺（圖1a）。褶皺北段（剖面A-A’）整體呈褶皺軸面近直立的水平褶皺，存在一定的不對稱性，褶皺北東翼部地層傾角相對略小且寬度略大，南西翼地層傾角略陡，寬度略??；南東翼轉折端位置存在一軸面逆沖斷層，傳播至地表，將北東盤的侏羅系地層推覆至南西盤的白堊系地層之上，斷層附近地震反射雜亂（圖1a）。五指山背斜的主控斷層為一傾向南西的基底逆沖斷層，其活動造成的斷層傳播褶皺的形成，后期隨擠壓逆沖作用的增強，褶皺后翼位置，即南西翼位置軸面薄弱部位發育一突破斷層，形成“Y”字型逆沖斷層。褶皺南段南西翼軸面突破斷層不發育，褶皺樣式受南西傾斷層控制，斷層傳播褶皺前翼陡短后翼長緩的構造特征更為明顯。

圖1 Y202井區格架地震剖面解釋（地震剖面A-A’）及其平衡剖面恢復過程

天宮堂背斜為一寬緩的不對稱褶皺，地層兩翼傾角相較與五指山背斜小，構造展布范圍則相較大，特別是后翼（屏山向斜區域）地層傾角基本在10°以內，但延伸寬度超過15km。天宮堂背斜的斷層傳播褶皺特征更為明顯，同時其后翼地層相較于前翼水平地層所代表的初始沉積面高差顯著，屬于典型的基底卷入式構造?？刂铺鞂m堂背斜的主要斷層為褶皺北東翼部中部位置的逆沖斷層-“宮1號”斷層。宮1號斷層在天宮堂此處僅造成寒武系底界的明顯錯斷，五峰組及其上部地層的錯斷不明顯，因而整個褶皺形態仍然是相對完整的狀態（圖1a）。天宮堂背斜和五指山背斜具有類似的平面構造特征，北段東西向的沐川背斜和南段北西向的天宮堂背斜平面疊加成“錘”狀，指示了區域受到北東-南西向和北西-南東向構造擠壓應力的共同作用。北東東向構造變形特征和北西向構造基本一致，均為基底逆沖斷裂造成的基底卷入式傳播褶皺，且在后期擠壓變形過程中斷層在前翼或者后翼轉折端位置發生突破向上傳遞至近地表。

2 Y202 區域構造變形時限與演化

構造分析顯示Y202主體構造形成于新生代。結合地表和地震剖面地質特征，五指山背斜和天宮堂背斜的構造幾何形態自下部寒武系地層向上直至白堊系地層基本一致（圖1b-f），即上下變形耦合，表明主體的斷層和褶皺作用在白堊系地層沉積之后發生，上下協同變形，從而形成幾近一致的構造樣式。五指山背斜、天宮堂背斜受控于西側大涼山塊體向東的擠壓應力傳遞，但由于區域缺少新生界，四川盆地西南盆-山結構的構建時代具有較大的爭議?，F有野外和井下巖石樣品開展的的低溫熱年代學年齡具有較好的一致性，基本認識為川西南大規模造山抬升始于始新世（50～40Ma），且在中新世（～10 Ma）以來開始快速抬升[2]。

三維地震資料顯示Y202區域內加里東末期存在一定的構造活動。二疊系底界去褶皺拉平后顯示五峰組殘余厚度存在明顯差異，且殘余厚度差異五峰組內部的次級斷裂和這些斷裂形成的次級斷層相關褶皺對應，屬于這些次級斷裂活動的生長地層，同時表明這些斷裂的初始活動時期在加里東末期。Y202區域主要構造變形由加里東末期和喜山期形成，海西、印支期變形不明顯。研究通過平衡剖面技術建立了Y202主體構造變形的演化序列。加里東末期，Y202區域收到較為微弱的構造擠壓應力，志留系及下部地層被小規模斷裂錯斷，并形成小規模的褶皺形態。其后直至白堊紀維持相對穩定的構造環境。新生代印度板塊和歐亞板塊發生強烈碰撞，其遠程效應傳遞至川滇塊體，四川盆地西側大涼山塊體由西向東運動，擠壓應力由造山帶前緣向四川盆地傳遞，西傾的基底卷入斷層發育逐漸形成五指山背斜；隨擠壓作用的持續增強，五指山背斜變形幅度逐漸增大，背斜形態逐漸變得更為緊閉，造山隆升作用也增強；褶皺后翼位置開始發育一條向東傾的反沖斷層，并逐漸向上傳播突破后翼地層；與此同時，擠壓應力逐漸向東傳播，另外一條西傾的基底卷入斷層開始形成，并逐漸造成上方地層褶皺變形，天宮堂背斜逐漸發育抬升（圖1b-f）。

3 Y202 區域構造對頁巖氣成藏福集的控制因素

3.1 中大規模的斷裂對頁巖氣富集成藏的負面作用

Y202井位于天宮塘背斜北部近東西走向的沐川背斜的核部位置，整體保存條件較好，井位附近沒有大規模的斷層分布，南側1.6km位置為沐川背斜的前翼轉折端，但由于背斜變形不劇烈，背斜構造樣式較為寬緩，位于深部的成褶皺斷層并沒有在前翼位置強烈突破，僅有非常小的位移量向上傳播，造成了寒底的錯斷，但向上傳遞至五峰組基本沒有明顯斷距，保存條件較好。試油結果和分析結果基本一致，宜205井直改平測試日產量21.51×104m3，是較為有利的勘探部位。Y202所處的構造部位和宜205基本一致，但Y202井直改平測試日產量只有6.46×104m3，相較宜205差許多。分析兩者的構造樣式區別在于該區域沐川背斜北翼的完整性相較差很多。Y205井區域背斜北翼發育的斷層縱向延伸極短，未傳遞至五峰組及上部地層；而Y202井區域背斜北翼發育了彌散的高角度貫通斷層，基本錯斷了五峰組，甚至部分斷層向上延伸至近地表，雖然整體斷距都很小，但是構造頂板的完整性已經被破壞，整個北西翼部的氣可能散失嚴重。這些斷層距Y202超過1km，對Y202附近的完整性影響不大，但這些氣體向背斜核部高部位運移的路徑已經被破壞，對Y202區域頁巖氣富集成藏是不利的。此外，在Y202井點附近存在一條自二疊系貫穿到近地表的逆沖斷層，雖未見向下延伸至五峰組，但志留系頂部的錯斷依稀可見，這條斷層有可能也會產生負面影響。

褶皺核部和翼部的頁巖氣富集成藏的構造主控因素是斷裂對頂板封閉作用破壞的影響。Y202區塊內部沒有直接通天的中大規模斷裂，但次級的斷裂系統也造成了頂板的破壞作用。區內大部分斷層并沒有向上穿透的五峰組，這些斷層對頁巖氣成藏的影響不是很大，可以不納入考慮。對于斷層造成五峰組地層錯斷的這些小規模斷層則需要分開進行討論：斷層上方以及鄰近區域內二疊系及其以上地層構造完整性良好，可以認為其頂板封蓋沒有被破壞，甚至如長寧建產區分析，這些斷層上盤由于構造運動產生的次級裂縫較為發育，其開發效果可能由于斷層的下盤；而對于斷裂附近存在二疊系及上部斷裂組合的位置則值得進一步研究，從Y202等井位的勘探結果顯示這些相對次級的斷裂組合極有可能貫穿成一個破壞體系，造成了構造高部位的頁巖氣漏失，在下一步的勘探開發中應暫時避開這些區域。

3.2 次級斷裂及褶皺變形對頁巖氣成藏富集的正面作用

特別是斷層相關褶皺理論指出斷層活動的過程中會導致地層以不同的形式發生褶皺形變，形成斷層轉折褶皺、斷層傳播褶皺、滑脫褶皺等多種褶皺類型。深部斷層的活動可能沒有向上傳播至目的層，造成目的層為產生直接錯斷，但其引發的褶皺作用會同時作用于斷層上盤位置的所有地層，使得目的層發生變形。

巖石經歷褶皺作用宏觀上仍然保持著連續性，但由于經歷剪切變形作用，微觀角度看，巖石內部在部分構造位置發育次級的裂縫體系，尤其是褶皺轉折端等幾何曲率大的位置，變形過程中應力較為集中，構造裂縫較為發育。頁巖儲層發生褶皺變形的過程中，微裂隙和微通道僅能增強頁巖儲層局部的儲集性和滲透性，但并不會使頁巖氣發生長距離運移和逸散，因此這樣的孔隙結構變化有利于頁巖氣的賦存和富集。褶皺核部和翼部構造完整區域勘探目標的優選著重2個方面，一是向上只貫穿五峰組的斷層上盤位置，二是次級小褶皺位置造成的形變，這些位置經歷了一定強度的構造變形，有利于大尺度的裂縫發育，改善儲集條件，但又不至于達到破壞成藏的變形強度，如Y205井等區域是更為有利的開發區域。

3.3 現今地貌對頁巖含氣性的影響

現有鉆探資料顯示含氣飽和度與五峰組層底海拔呈明顯正相關，Y209區塊的含氣飽和度是現有勘探井中最低的。研究表明為主的頁巖氣會在浮力等因素的影響下由低部位向高部位發生聚集，從而導致背斜翼部斜坡和核部高部位區的含氣性優于向斜低部位區[2]。Y209完全位于向斜區，構造平緩完整性良好，無明顯的破環作用。測井顯示Y209的含氣飽和度低，為51.9%，低于長寧地區含氣飽和度具備工業氣流含氣飽和度窗口60%。分析其構造因素影響可能是其北部和東部存在2個正向構造，低部位的游離氣有較好的側向運移趨勢，氣體向沐川背斜和天宮堂背斜的核部高部位方向運移導致含氣性變差。

和常規油氣不同，頁巖氣的側向運移需要一個較為長期的過程。長寧Y202區塊在白堊紀大量裂解生氣，其后始新世（50～40Ma）川西南大規模造山抬升，距今已經經歷了較長的地質歷史時期，為頁巖氣較為長距離的側向運移提供了時間。因此，研究認為下一步勘探的重點區域應暫時側重與沐川背斜和天宮堂背斜的核部和兩翼位置，遠離規?；瘮鄬?，目的曾存在次級小斷裂和褶皺是綜合最為有利的頁巖氣勘探區域。

4 結論

（1）Y202區塊主要受北東-南西向和北西-南東向的擠壓應力場作用，形成以基底卷入式為主的褶皺沖斷樣式。

（2）Y202區塊主要經歷加里東末期的微弱變形，以及新生代以來的強烈構造變形。

（3）Y202區塊頁巖氣富集成藏主要受控于規?；敯鍞嗔哑茐?、次級斷裂褶皺物性改善以及高程對含氣性的影響。