渝東南－湘鄂西地區(qū)構(gòu)造運動與下志留統(tǒng)頁巖氣勘探

李倫炯（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

楊飛（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北 武漢 430100）

孫傳敏（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

葉建中（中石化江漢油田分公司荊州采油廠，湖北 荊州 434020）

裴振洪（中石化勘探南方分公司研究院，四川 成都 610041）

渝東南－湘鄂西地區(qū)與美國東部地區(qū)頁巖氣發(fā)育盆地具有相似的地質(zhì)條件，均是古生代海相沉積背景下形成的，富含有機碳頁巖，后期構(gòu)造大幅度抬升，富含腐泥型干酪根的泥頁巖直接產(chǎn)氣，高演化程度下的原油裂解氣豐富，具有頁巖氣勘探的良好前景［1］。與北美地區(qū)不同的是，渝東南－湘鄂西地區(qū)經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運動［2］，且在燕山晚期遭受強烈的構(gòu)造變形，形成了一系列北東向隔擋式皺褶，使得區(qū)域大部分常規(guī)油氣藏遭受毀滅性破壞。雖然頁巖氣具有一定的抗破壞能力，但是在對頁巖氣的勘探潛力評價中，不能不考慮斷裂發(fā)育程度、向斜的寬緩程度等構(gòu)造變形特征對頁巖氣勘探的影響［3］。

1 地質(zhì)背景

渝東南－湘鄂西地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組（S1l）主要由黑色頁巖組成，底部為黑色碳質(zhì)頁巖，上部為深灰色黃褐色紋層狀粉砂質(zhì)頁巖，黑色灰綠色灰色碳質(zhì)頁巖，炭硅質(zhì)頁巖，粉砂質(zhì)頁巖，富含筆石化石（圖1），可見碳質(zhì)層與粉砂質(zhì)薄互層?？傮w來講，龍馬溪頁巖均不同程度地含粉砂，對于頁巖氣的儲層來講是比較有利的。

圖1 單筆石（重慶市綦江區(qū)崇溪河S1l炭質(zhì)頁巖）

晚奧陶世－志留紀，處在南擠北張動力學(xué)環(huán)境中的上揚子陸塊主體沉降結(jié)構(gòu)從南、北雙向外傾變?yōu)橄虮眱A斜的坳陷帶，沉積了東南物源區(qū)的上奧陶統(tǒng)－下志留統(tǒng)較深水炭硅質(zhì)頁巖和頁巖。該時期研究區(qū)表現(xiàn)為較深水－深水缺氧條件下的非補償性沉積，沉積地層包括上奧陶統(tǒng)五峰組（O3w）和S1l。O3w沉積厚度很小，一般為幾米至30m；S1l分布面廣，有機碳豐度高，是主要的區(qū)域性烴源巖。

在平面上，上奧陶統(tǒng)－下志留統(tǒng)（O3w－S1l）主要分布于研究區(qū)西部及北部。受燕山擠壓運動的影響，除西北部斜坡區(qū)外，大部分地區(qū)發(fā)育隔擋式皺褶，并大量出露遭受剝蝕。在構(gòu)造上，研究區(qū)西北部為由東南向西北傾伏的斜坡，坡度較陡。由于燕山期擠壓構(gòu)造運動強烈，褶皺中背斜構(gòu)造均已剝蝕殆盡，O3w－S1l僅存在于各隔擋式向斜中，且地層陡峭。從渝東南－湘鄂西地區(qū)S1l厚度等值線圖（圖2）上看，總體上為西南薄東北厚；南部較薄部位厚度普遍在50～200m左右；在西北斜坡帶石柱－建南地區(qū)厚度較大，在300～600m；東部向斜區(qū)厚度大，部分地區(qū)厚度超過600m，最厚處可達900m。

圖2 渝東南－湘鄂西地區(qū)S1l厚度等值線圖

2 構(gòu)造運動

根據(jù)中國南方晉寧運動以后板塊活動階段的運動方式和地層發(fā)育特點，以區(qū)域性的地層間不整合或假整合接觸關(guān)系為依據(jù)，認為渝東南－湘鄂西地區(qū)主要經(jīng)歷了加里東運動、印支運動、燕山運動及喜馬拉雅運動等［4］。

2.1 加里東運動

加里東運動雖然在華南地區(qū)表現(xiàn)為強烈的褶皺造山運動，但在渝東南－湘鄂西地區(qū)無造山作用，也沒有明顯的巖漿活動，構(gòu)造活動相對較弱，均以隆升作用為主，形成大型的隆起和坳陷。加里東運動末期，S1l埋藏深度一般為500～1250m；在李1井－茅3井－大1井－張家界市一帶形成凹陷，最深處超過2000m，而在研究區(qū)的西南部遭受剝蝕（圖3）。

2.2 印支運動

印支運動主要發(fā)生在晚三疊世，該次構(gòu)造運動沒有造成強烈的褶皺和斷裂變形，是古特提斯盆地向新特提斯構(gòu)造改造轉(zhuǎn)折時期。由于區(qū)域構(gòu)造運動空間、時間的不均一性，印支運動在各個地區(qū)的表現(xiàn)形式差異很大，主要表現(xiàn)為隆坳格局的差異。S1l總體表現(xiàn)為西部高、東部低，東部以咸2井和茅3井為中心形成大型坳陷，該坳陷占據(jù)整個湘鄂西及黔北地區(qū)；東部下志留統(tǒng)頂面埋深3500～6000m；西部下志留統(tǒng)頂面總體埋深為2000～3500m，在恩施－宜昌一帶出現(xiàn)了一個北北東向的鼻狀隆起，下志留統(tǒng)頂面埋深2900～3300m；南部隆起（即黔中隆起，畢節(jié)至遵義一帶）缺失志留系（圖4）。

圖3 渝東南－湘鄂西地區(qū)二疊紀沉積前S1l頂面構(gòu)造圖（加里東運動末期）

圖4 渝東南－湘鄂西地區(qū)晚三疊世沉積前S1l頂面構(gòu)造圖（印支運動）

2.3 燕山運動

晚三疊世開始，中、上揚子地區(qū)受太平洋板塊和印支板塊向中國板塊斜向俯沖的影響，形成一次地殼上升運動，徹底結(jié)束了渝東南－湘鄂西地區(qū)的海相沉積歷史，進入內(nèi)陸湖盆沉積階段，并在侏羅紀時期形成內(nèi)陸大型坳陷湖盆。印支晚期－燕山早期是湘鄂西－渝東南地區(qū)志留系烴源巖被進一步埋深的時期，也是烴源巖被埋藏最深的時期，巨大的埋藏深度造成了烴源巖的高演化程度。這一時期，研究區(qū)構(gòu)造面貌表現(xiàn)為東南高、西北低，東南部總體為一個從武陵山向北西傾斜的斜坡，斜坡上下志留統(tǒng)頂面埋深2400～5000m；主要坳陷位于涪陵－利川－恩施一帶，下志留統(tǒng)頂面埋深7000～8600m（圖5）。

到燕山晚期，由于南北向左旋直扭性的斷塊構(gòu)造活動日趨強烈，開始產(chǎn)生褶皺構(gòu)造活動，形成許多隔擋式褶皺構(gòu)造，使得前期深埋的下志留統(tǒng)頁巖層系在部分地區(qū)得以抬升隆起，進入工業(yè)開采的經(jīng)濟深度范圍內(nèi)。

圖5 渝東南－湘鄂西地區(qū)早白堊世沉積前S1l頂面構(gòu)造圖（燕山運動）

2.4 喜馬拉雅運動

喜馬拉雅構(gòu)造運動從晚白堊世開始，上揚子陸塊處于三面擠壓的構(gòu)造環(huán)境中。該時期（喜山期）是中、上揚子地區(qū)又一次構(gòu)造運動方式的改變時期［5］。在渝東南－湘鄂西地區(qū)，喜馬拉雅運動使晚燕山期形成的褶皺斷裂進一步疊加改造。湘鄂西－渝東南地區(qū)喜山晚期運動表現(xiàn)為①明顯的隆升剝蝕，在湘鄂西乃至整個渝東南地區(qū)，沒有發(fā)現(xiàn)漸新世、中新世的沉積，上三疊統(tǒng)、侏羅系、上白堊統(tǒng)亦被大量剝蝕（或缺失），僅在局部地方有少量殘存；②在渝黔地區(qū)形成強大的南北向構(gòu)造帶，渝黔南北向構(gòu)造帶幾乎切割、包容了前期的一切構(gòu)造形跡，其作用力顯示為東西向的擠壓、扭動；③形成一系列軸面向西的褶皺和斷裂，斷裂具逆沖或逆掩性質(zhì)，褶皺具倒轉(zhuǎn)性質(zhì)，顯示由西向東的強烈擠壓作用；④地殼持續(xù)抬升、掀斜、坳褶，遭受強烈的侵蝕作用，造成了下第四系更新統(tǒng)與新近系及其先期的地層呈不整合接觸。

喜馬拉雅構(gòu)造運動使地層遭到大量的剝蝕，渝東南－湘鄂西的齊曜山斷裂以東地區(qū)上三疊統(tǒng)和侏羅系已基本剝蝕殆盡，并缺失下白堊統(tǒng)。線狀褶皺和斷裂使古生代地層分割成北東向的條塊，向斜內(nèi)古生界得以保存，背斜上古生界亦遭到大量的剝蝕。

3 構(gòu)造運動對頁巖氣的控制

加里東、印支和燕山早期運動對渝東南－湘鄂西地區(qū)的影響以隆升作用為主，沒有強烈的造山運動，它們形成的大型隆起和坳陷使大部分地區(qū)烴源巖得到較好保存［6］，僅局部地區(qū)（黔中隆起一帶）遭受破壞。印支晚期－燕山早期是湘鄂西－渝東南地區(qū)志留系烴源巖被進一步埋深的時期，S1l頂面在坳陷內(nèi)埋深達到8000m，在隆起上的埋深亦超過3500m，這樣的埋藏深度使得烴源巖達到高演化程度［7］。

晚燕山－喜山期，強烈的以褶皺、斷裂為主要特征的造山運動，使得地殼持續(xù)抬升、掀斜、坳褶，遭受強烈的侵蝕作用［8］，造成上三疊統(tǒng)和侏羅系基本剝蝕殆盡，并缺失下白堊統(tǒng)。一方面使得下志留統(tǒng)烴源巖抬升隆起，埋深變淺，達到頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟深度；另一方面，由于該期構(gòu)造運動較為強烈，形成大量隆坳相間的高陡褶皺，既不利于頁巖氣的保存，也不利于頁巖氣的水平井開發(fā)。

4 結(jié)語

加里東至印支運動形成S1l烴源巖并保存較好，燕山構(gòu)造運動使得烴源巖強烈褶皺達到成熟－高成熟演化階段；喜山期遭受構(gòu)造疊加改造，地層持續(xù)抬升掀斜，這既使烴源巖抬升，達到頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)濟深度，同時也給頁巖氣的保存與開采帶來不利影響。綜合分析認為，頁巖氣開采的有利區(qū)應(yīng)為復(fù)背斜上的寬緩向斜或背斜，處于復(fù)背斜上的頁巖埋藏較淺，若其上的向斜或背斜較為寬緩，則利于開采頁巖氣的水平井施工。

［1］張抗，譚云冬 .世界頁巖氣資源潛力和開采現(xiàn)狀及中國頁巖氣發(fā)展前景 ［J］.當代石油化工，2009，17（3）：9～18.

［2］李玉喜，聶海寬，龍鵬宇 .我國富含有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育特點與頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū) ［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：115～118.

［3］程克明，王世謙，董大忠，等 .上揚子區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣成藏條件 ［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（5）：40～44.

［4］湯良杰，崔敏 .中上揚子區(qū)關(guān)鍵構(gòu)造變革期、構(gòu)造變形樣式與油氣保存 ［J］.石油實驗地質(zhì)，2011，33（1）：12～16.

［5］湯良杰，金文正，何春波，等 .疊合盆地關(guān)鍵構(gòu)造變革期與分期差異構(gòu)造變形 ［J］.新疆石油地質(zhì)，2009，30（2）：163～167.

［6］沃玉進，汪新偉 .中、上揚子地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型與海相層系油氣保存意義 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（2）：177～187.

［7］楊飛，葉建中 .川東南－湘鄂西地區(qū)構(gòu)造特征與頁巖氣勘探潛力 ［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2011.

［8］張金川，聶海寬，徐波，等 .四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件 ［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（2）：151～156.