通南巴構(gòu)造帶裂縫成因研究

樊靖宇 秦啟榮 蘇培東

摘要：川東北通南巴構(gòu)造帶是近年來四川盆地油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，以詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查、巖心觀察及測(cè)井解釋結(jié)果為基礎(chǔ)，分析了通南巴構(gòu)造帶裂縫類型、裂縫發(fā)育特征及裂縫的分期配套關(guān)系，結(jié)合通南巴構(gòu)造帶的主要構(gòu)造形成期次以及相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)特征，研究了裂縫發(fā)育與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次以及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系，從而闡明通南巴構(gòu)造帶裂縫發(fā)育成因。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造期次；裂縫類型；形成模式；通南巴構(gòu)造帶；川東北

中圖分類號(hào)：TEl22.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

四川盆地川東北通南巴構(gòu)造帶經(jīng)過多年油氣勘探，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)儲(chǔ)層，其中以嘉二段和飛三段為主，儲(chǔ)層類型為裂縫一孔隙型，儲(chǔ)層發(fā)育程度依賴于裂縫的發(fā)育。由于目前通南巴構(gòu)造帶鉆探程度還較低，通過充分利用野外地質(zhì)調(diào)查、巖心觀察和測(cè)井資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化特征，落實(shí)了區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育成因機(jī)制，為裂縫發(fā)育及分布規(guī)律和儲(chǔ)層發(fā)育平面預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)，為通南巴構(gòu)造帶油氣勘探提供了更多的關(guān)鍵資料。

1構(gòu)造特征

通南巴構(gòu)造帶位于四川盆地東北緣，是四川盆地內(nèi)僅次于威遠(yuǎn)背斜的第二大構(gòu)造，被喻為四川盆地的“大慶長(zhǎng)垣”。其北側(cè)為秦嶺造山帶南緣的米倉(cāng)山?jīng)_斷構(gòu)造帶，東北側(cè)為大巴山前緣弧形推覆構(gòu)造帶，南鄰川中平緩構(gòu)造帶，北西方向與米倉(cāng)山前緣凹陷帶相接，東南與通江凹陷帶相連。通南巴構(gòu)造帶由于處于米倉(cāng)山?jīng)_斷構(gòu)造帶與大巴山弧形沖斷構(gòu)造帶的構(gòu)造疊合區(qū)，構(gòu)造格局既受控于四川盆地基底構(gòu)造變形導(dǎo)致的通南巴背斜構(gòu)造，同時(shí)也受到米倉(cāng)山、巴山及沖斷構(gòu)造變形的影響。

通南巴構(gòu)造帶總體為一大型NEE轉(zhuǎn)NE向背斜構(gòu)造，構(gòu)造閉合面積為838 km2，閉合高度為1900m，構(gòu)造帶軸長(zhǎng)為90～100km，總體為北翼緩，南翼陡，被NW向斷裂切割形成多個(gè)構(gòu)造高點(diǎn)。NE向剖面上，以母家梁高點(diǎn)西側(cè)斷層和馬路背東斷層為界，通南巴構(gòu)造帶被分割為西段的南陽場(chǎng)構(gòu)造帶，中段的涪陽壩構(gòu)造帶和東段的黑池梁斷階帶；NW向剖面表現(xiàn)為典型彎曲褶皺。南陽場(chǎng)構(gòu)造帶構(gòu)造軸線走向?yàn)镹EE向，涪陽壩構(gòu)造帶為NE向，黑池梁斷階帶為NE—NNE向。通南巴構(gòu)造帶構(gòu)造形變程度平面分布不均，北東段強(qiáng)于南西段。

通南巴背斜構(gòu)造帶由多期次、多方向構(gòu)造疊加而成，并與四川盆地構(gòu)造演化一致：①燕山運(yùn)動(dòng)晚期，在NW—SE向區(qū)域主壓應(yīng)力作用下，通南巴構(gòu)造帶在原印支低緩隆起基礎(chǔ)上再次低幅度褶曲，形成明顯的NE向構(gòu)造主體；②喜山運(yùn)動(dòng)中期，受太平洋板塊NNW向俯沖影響，通南巴構(gòu)造帶受SSE方向擠壓應(yīng)力作用，加強(qiáng)或改造了早期NE向構(gòu)造；③喜山運(yùn)動(dòng)晚期，通南巴構(gòu)造帶受到由南秦嶺傳來的sN向擠壓應(yīng)力在大巴山弧形構(gòu)造帶發(fā)生偏轉(zhuǎn)而形成的NE—SW向擠壓應(yīng)力場(chǎng)，使通南巴構(gòu)造帶在NE向構(gòu)造主體背景下形成了一系列疊加于NE向構(gòu)造主體之上的NW向構(gòu)造，從而使整個(gè)構(gòu)造帶表現(xiàn)為主體NE向局部NW向的構(gòu)造格局。

2裂縫類型

野外地質(zhì)調(diào)查、巖心觀察及測(cè)井解釋綜合分析，通南巴地區(qū)構(gòu)造裂縫系統(tǒng)主要形成于3個(gè)時(shí)期期，分別為燕山晚期、喜山中期和喜山晚期。根據(jù)裂縫性質(zhì)的不同，可以將裂縫分為4類，分別為高角度平面“x”型共軛剪切縫、低角度剖面“x”型共軛剪切縫、縱張縫及橫張縫。

2.1高角度平面“x”型共軛剪切縫

通南巴構(gòu)造帶主要發(fā)育2組高角度平面“x”型共軛剪切縫，一組為由NW向裂縫和近SN向裂縫組成的平面“x”型共軛剪切縫，主要形成于燕山晚期和喜山中期，為NW--SE向區(qū)域主壓應(yīng)力產(chǎn)物；另一組為由近SN向裂縫和NEE向裂縫組成的平面“x”型共軛剪切縫，主要形成于喜山晚期，為NE—SW向擠壓應(yīng)力作用早期產(chǎn)物。高角度平面“x”型共軛剪切縫裂縫壁平直，切穿層面，延伸長(zhǎng)度一般為數(shù)十米，縫寬一般為3—5cm，最寬達(dá)50cm，裂縫間距一般為7—8m，個(gè)別裂縫間距可達(dá)4～5m，一般為白色方解石全充填。

2.2低角度剖面“X”型共軛剪切縫

通南巴構(gòu)造帶主要有2組低角度剖面“x”型共軛剪切縫，一組走向?yàn)镹E向，由NW傾向裂縫和sE傾向裂縫組成，主要形成于燕山晚期和喜山中期；另一組走向?yàn)镹W向，由NE傾向裂縫和SW傾向裂縫組成，主要形成于喜山晚期。裂縫壁平直，縫寬一般為1-5mm，白色方解石全充填，裂縫延伸較遠(yuǎn)，一般為數(shù)米至十余米，切穿巖層。

2.3橫張縫

通南巴構(gòu)造帶橫張縫集中分布于構(gòu)造高點(diǎn)，根據(jù)裂縫走向可分為2組，一組為NW走向，另一組為NE走向。其中，走向?yàn)镹W向的橫張縫主要形成于燕山晚期與喜山中期，裂縫走向與同時(shí)期主應(yīng)力方向一致；走向?yàn)镹E向的橫張縫主要形成于喜山晚期，裂縫走向與同時(shí)期主應(yīng)力方向一致，并對(duì)產(chǎn)生于燕山晚期和喜山中期的走向?yàn)镹E向的縱張裂縫有一定的改造作用，使早期形成的NE向縱張裂縫進(jìn)一步加寬、加長(zhǎng)。

2.4縱張縫

通南巴構(gòu)造帶縱張縫主要分為2組，一組為NE走向，另一組為NW走向，均分布于構(gòu)造高點(diǎn)。其中，NE向裂縫主要形成于燕山晚期與喜山中期，裂縫走向垂直于同時(shí)期主應(yīng)力方向；NW向縱張縫主要形成于喜山晚期，裂縫走向垂直于主應(yīng)力方向，并對(duì)形成于燕山晚期和喜山中期的NW向橫張縫具有一定的改造作用，使裂縫長(zhǎng)度和寬度加大。

3裂縫成因

通南巴構(gòu)造帶為多期構(gòu)造作用產(chǎn)物，其裂縫系統(tǒng)的形成也具有多期性。但根據(jù)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化特征及野外地質(zhì)調(diào)查、巖心觀察及測(cè)井解釋綜合分析，通南巴地區(qū)裂縫系統(tǒng)主要形成于燕山運(yùn)動(dòng)晚期、喜山運(yùn)動(dòng)中期～晚期。

3.1燕山運(yùn)動(dòng)晚期

燕山運(yùn)動(dòng)晚期，在NW--SE向區(qū)域主壓應(yīng)力作用下，通南巴地區(qū)形成軸向?yàn)镹E向的通南巴構(gòu)造帶雛形，構(gòu)造形態(tài)為向SW傾伏的鼻狀凸起，總體隆起幅度不強(qiáng)。

燕山運(yùn)動(dòng)晚期的初期，在NW--SE向區(qū)域主壓應(yīng)力作用下，在近水平產(chǎn)狀的巖層中首先發(fā)育一組區(qū)域性平面“x”型剪切縫。該期裂縫傾角與巖層面近于垂直，傾角一般為73～90°，走向分別為近SN向和NW向，構(gòu)成平面“x”型剪切縫。

燕山運(yùn)動(dòng)晚期的中后期，隨著NW--SE向構(gòu)造應(yīng)力持續(xù)擠壓，巖層中形成NE走向裂縫。該期裂縫裂縫面與巖層面斜交，由于2組裂縫傾向不同，剖面上相交形成“x”型共軛。該類裂縫主要分布于構(gòu)造高點(diǎn)及構(gòu)造翼部，并在后期喜山運(yùn)動(dòng)中進(jìn)一步被改造、擴(kuò)大，最終沿一組貫通裂縫產(chǎn)生位移而形成斷層，通南巴構(gòu)造兩翼NE向斷裂即為此成因。該階段，在NW--SE向擠壓應(yīng)力作用下，通南巴地區(qū)巖層發(fā)生褶皺變形，隨著褶曲幅度加大，曲率較大的構(gòu)造高點(diǎn)和翼部轉(zhuǎn)折端形成縱張裂縫和橫張裂縫。

3.2喜山運(yùn)動(dòng)中期

喜山運(yùn)動(dòng)中期，通南巴地區(qū)再次受到NW--SE向擠壓應(yīng)力作用，對(duì)燕山運(yùn)動(dòng)晚期形成的NE向構(gòu)造具有加強(qiáng)和改造作用，早期形成的裂縫系統(tǒng)也也

同樣被改造或加強(qiáng)。

喜山運(yùn)動(dòng)中期的早期，受NW--SE向擠壓應(yīng)力作用，已經(jīng)傾斜巖層中產(chǎn)生了一組與水平面近垂直的平面“x”型共軛剪切裂縫，裂縫走向分別為sN向和NW向。該期平面“x”型共軛剪切縫在不同構(gòu)造部位的表現(xiàn)型式不同：構(gòu)造高點(diǎn)及核部構(gòu)造平緩，巖層產(chǎn)狀為近水平，剪切裂縫主要為沿燕山晚期形成的高角度裂縫產(chǎn)生滑移，極少形成新的裂縫；而構(gòu)造翼部巖層由于發(fā)生褶皺傾斜，則形成少量新的平面“x”型共軛剪切縫。

喜山運(yùn)動(dòng)中期的中晚期，隨著NW--SE向擠壓作用的加強(qiáng)，燕山晚期形成的剖面“x”型共軛剪切縫開始重新活動(dòng)，表現(xiàn)為低角度剪切縫沿走向繼續(xù)發(fā)育，部分該類型裂縫首尾相連，形成一條貫通的規(guī)模較大的裂縫，并在NW--SE向擠壓應(yīng)力作用持續(xù)加強(qiáng)的情況下，沿貫通的低角度裂縫面發(fā)生位移形成斷層，通南巴構(gòu)造帶翼部NE向斷層即為此成因。而沿貫通的低角度剪切縫則形成了NE向斷層，通南巴構(gòu)造帶翼部北東向斷層即為此成因。

同時(shí)，隨著通南巴構(gòu)造褶曲幅度的加大，燕山期形成的縱張裂縫和橫張裂縫也再次活動(dòng)，裂縫被拉開，裂縫寬度加大，長(zhǎng)度加長(zhǎng)。

3.3喜山運(yùn)動(dòng)晚期

喜山運(yùn)動(dòng)晚期，由南秦嶺傳來的SN向擠壓應(yīng)力在大巴山弧形構(gòu)造帶發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成NE--SW向擠壓，在通南巴地區(qū)形成了一系列NW向構(gòu)造，也形成了與之配套的新的裂縫系統(tǒng)。

喜山運(yùn)動(dòng)晚期的初期，受NE--SW向擠壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生了一組與水平面近于垂直的平面“x”型共軛剪切裂縫，一組裂縫走向?yàn)榻黶N向，另一組為NEE向。其中，近SN向裂縫主要是早期形成的近SN向裂縫產(chǎn)生滑移，使裂縫顯著加長(zhǎng)，個(gè)別貫通形成近SN向斷層。由NE向NW，隨著大巴山弧形構(gòu)造帶構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用的減弱，喜山晚期形成的平面“x”型共軛剪切裂縫沿黑池梁至河壩場(chǎng)一線，裂縫分布數(shù)量及規(guī)模均呈遞減趨勢(shì)。

喜山運(yùn)動(dòng)晚期的中后期，隨著NE--SW向擠壓作用的持續(xù)，通南巴地區(qū)產(chǎn)生并發(fā)育了1套NW向剖面“x”共軛低角度剪切縫。裂縫走向與喜山運(yùn)動(dòng)晚期區(qū)域主應(yīng)力方向垂直，一組裂縫傾向NE，另一組裂縫傾向SW。

隨著NE--SW向擠壓作用的加強(qiáng)，通南巴構(gòu)造帶(特別是中段)產(chǎn)生了一系列NW向構(gòu)造高點(diǎn)，高點(diǎn)部位和鞍部均產(chǎn)生了橫張與縱張裂縫。由于部分橫張縫追蹤早期的縱張縫發(fā)育，而部分縱張縫追蹤早期的橫張縫發(fā)育，使早期張性裂縫加寬、加長(zhǎng)。從黑池梁到河壩場(chǎng)由北向南，隨著大巴山弧形構(gòu)造作用的減弱，上述改造作用強(qiáng)度也逐漸減弱。

4裂縫與油氣關(guān)系

通南巴構(gòu)造帶探勘實(shí)踐證明，區(qū)內(nèi)產(chǎn)層主要位于嘉二段和飛三段，儲(chǔ)層類型為裂縫一孔隙型，產(chǎn)層滲透率普遍較低，一般小于0.05×10^{-3μm2，但當(dāng)有裂縫匹配時(shí)，儲(chǔ)層滲透率可提高2—3個(gè)數(shù)量級(jí)。鉆井過程中，河壩1井與川涪82井嘉陵江組和飛仙關(guān)組發(fā)生裂縫性井漏，試油結(jié)果表明裂縫性井漏段均有較好的油氣顯示。巖心觀察證實(shí)：嘉二段、飛三段儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫發(fā)育程度較高，裂縫類型主要為垂直縫及不同角度的斜交縫，水平縫相對(duì)較少；裂縫寬度一般為0.5～4.0mm；裂縫密度一般為25～71條／m，局部可達(dá)100條／m；裂縫被充填程度高，主要為次生方解石充填，按充填程度可分為全充填裂縫和半充填裂縫；儲(chǔ)層發(fā)育的有效構(gòu)造裂縫主要為未被充填的裂縫和在晚期構(gòu)造應(yīng)力作用下重新張開的早期被充填裂縫。有效構(gòu)造縫在儲(chǔ)集體中既起到溝通孔隙、利于滲濾的作用，又可以作為很好的儲(chǔ)集空間。另外，巖心鏡下觀察證實(shí)儲(chǔ)層發(fā)育大量微裂縫，較大程度上改善了儲(chǔ)層滲流條件。河壩1井與川涪82井的成功鉆探也證明通南巴構(gòu)造帶上裂縫發(fā)育有利區(qū)成藏條件較好。}

綜合分析認(rèn)為，通南巴構(gòu)造帶裂縫發(fā)育與構(gòu)造部位密切相關(guān)，構(gòu)造高點(diǎn)、翼部轉(zhuǎn)折端及鞍部等構(gòu)造曲率較大的部位構(gòu)造變形強(qiáng)，構(gòu)造應(yīng)力作用明顯，各類型、各期次裂縫相互疊加強(qiáng)，是通南巴構(gòu)造帶裂縫發(fā)育區(qū)，也是通南巴構(gòu)造帶油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。

5結(jié)論

(1)通南巴構(gòu)造帶現(xiàn)今的裂縫系統(tǒng)是多期構(gòu)造作用形成的結(jié)果，是多期裂縫發(fā)育相互疊加的結(jié)果，其主要裂縫類型有高角度平面“x”型共軛剪切縫、低角度剖面“x”型共軛剪切縫、橫張縫和縱張縫。

(2)通南巴構(gòu)造帶的裂縫系統(tǒng)主要形成于燕山運(yùn)動(dòng)晚期、喜山運(yùn)動(dòng)中期和晚期，不同時(shí)期所形成的裂縫的發(fā)育模式、發(fā)育規(guī)模和產(chǎn)狀都等不盡相同，其發(fā)育特征主要受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造部位的影響。

(3)通南巴構(gòu)造帶裂縫發(fā)育程度一定程度上控制儲(chǔ)層發(fā)育，構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)可以作為通南巴構(gòu)造帶油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭正吾，等，四川盆地形成與演化[M]，北京：地質(zhì)出版社，1996：89～162.

[2]汪澤成，等，四川盆地構(gòu)造層序與天然氣勘探[M]，北京：地質(zhì)出版社，2002：76—285.

[3]許效松，等，中國(guó)西部大型盆地分析及地球動(dòng)力學(xué)[M]，北京：地質(zhì)出版社，1997：16—38.

[4]肖樹芳，等，巖體力學(xué)[M]，北京：地質(zhì)出版社。1987：5～89.

[5]徐開禮，等，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M]，北京：地質(zhì)出版社，1993 125-207.

[6]秦啟榮，構(gòu)造裂縫類型劃分[J]，天然氣工業(yè)，2006，26(10)：33-36.