四川盆地大川中地區(qū)深層斷裂發(fā)育特征及其地質(zhì)意義

殷積峰，谷志東，李秋芬

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

關(guān)于四川盆地基底斷裂的研究，前人已做了大量工作，但研究重點(diǎn)多放在討論龍門山斷裂、城口斷裂、華鎣山斷裂、七曜山斷裂等基底斷裂活動對盆地的影響，認(rèn)為這些深大斷裂不僅控制了盆地的構(gòu)造輪廓，而且對不同時代的巖相變化、構(gòu)造展布以及構(gòu)造分區(qū)等都有重要影響。然而對于次一級深層斷裂體系的展布特征及其對油氣聚集的影響作用卻研究較少。尤其是在大川中地區(qū)，受傳統(tǒng)的“川中穩(wěn)定地塊”思想影響，較少有人開展斷裂體系的研究，在實際生產(chǎn)中對地震資料進(jìn)行構(gòu)造解釋時，也常常因為斷距不大而回避斷層的解釋，認(rèn)為斷裂的作用不大。

然而，近幾年須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、長興組-飛仙關(guān)組、震旦系-下古生界等層系的勘探成果和研究表明，深層斷裂體系與油氣聚集具有非常密切的關(guān)系。例如，長興-飛仙關(guān)組生物礁灘體的分布受開江-梁平海槽和臺內(nèi)洼地控制，已經(jīng)取得勘探突破的普光、黃龍場、渡口河、龍崗、劍閣等區(qū)塊均分布于海槽兩側(cè)的臺緣高能相帶;大川中高產(chǎn)井磨溪1 井處于臺內(nèi)洼地周緣的高能相帶上，與臺內(nèi)洼地的分布密切相關(guān)，而海槽和臺內(nèi)洼地的分布與峨眉地裂期北西向展布的深層斷裂有關(guān)。

四川盆地儲層普遍致密化，由深層斷裂持續(xù)活動所引發(fā)的斷裂、裂縫系統(tǒng)，在改善儲層物性、溝通低孔隙儲層、改善滲透能力，提高油氣產(chǎn)能方面具有重要作用。2000年以來，隨著大川中平緩構(gòu)造區(qū)須家河組勘探力度的加大，油氣勘探取得了重大成果，先后發(fā)現(xiàn)了廣安、合川、潼南等儲量規(guī)模均超過千億立方米的大氣田。這些大氣田，也都與深層斷裂的隱性活動密切相關(guān)。

本文從前人涉足較少的深層斷裂著手開展研究，充分利用新采集的地震資料，分析深層斷裂的地震響應(yīng)特征，開展深層斷裂地震解譯和發(fā)育特征研究，剖析深層斷裂對有利沉積體分布、儲層物性改善、局部構(gòu)造圈閉形成、油氣運(yùn)移的控制作用，對大川中地區(qū)的油氣勘探意義重大。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

研究表明，四川盆地在燕山期—喜馬拉雅期(白堊紀(jì)以來)總體上處于區(qū)域擠壓環(huán)境，加里東期—海西期處于拉張和擠壓并存的環(huán)境，而印支期—燕山早期應(yīng)處于早期拉張、晚期逐漸轉(zhuǎn)為擠壓的過渡環(huán)境［3］。

大川中地區(qū)地理位置系指北起儀隴、平昌，南至內(nèi)江、大足，西起成都、梓潼，東至合川、渠縣的廣大地區(qū)，面積約6 萬余平方千米。構(gòu)造位置處于龍泉山斷裂與華鎣山斷裂之間，是揚(yáng)子地臺區(qū)殘留的最穩(wěn)定地塊區(qū)［4］，二級構(gòu)造單元上屬于川中低緩構(gòu)造帶(圖1)。

在中、新生代的多次構(gòu)造運(yùn)動中，大川中周邊的廣大地區(qū)，如龍門山、華鎣山、大巴山等均發(fā)生了強(qiáng)烈的斷褶變形，形成了巨大的高陡構(gòu)造，而大川中地區(qū)則一直相對比較穩(wěn)定［5］。大川中地區(qū)構(gòu)造變形弱的主要因素有兩方面:一是基底剛性強(qiáng)度大，抗水平擠壓構(gòu)造變形能力強(qiáng);二是盆地周邊基底斷裂的活動有效消減了來自盆緣的強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力對大川中地塊的影響［6-7］。然而大川中地區(qū)的“穩(wěn)定”只是相對的，加里東期和海西期就已發(fā)育的深層斷裂體系，在中、新生代的構(gòu)造運(yùn)動中仍會繼續(xù)活動，從而形成有利于油氣聚集的局部構(gòu)造和斷裂、裂縫體系，它們是須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、長興組-飛仙關(guān)組、震旦系-下古生界等層系油氣富集的重要因素之一。

圖1 四川盆地斷裂綱要及構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Fault outline and structure division of the Sichuan Basin

2 深層斷裂發(fā)育特征

2.1 地震響應(yīng)特征

通過對大川中地區(qū)地震資料深層斷裂體系的系統(tǒng)解釋，研究大川中地區(qū)深層斷裂的剖面響應(yīng)特征，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)控制沉積蓋層構(gòu)造變形

大川中地區(qū)深層斷裂由于活動時間長，在加里東期、海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動中均有活動，造成斷裂周圍沉積蓋層發(fā)生構(gòu)造變形，可形成局部背斜(圖2)、斷背斜、斷鼻、斷壘等構(gòu)造。深層斷裂對沉積蓋層構(gòu)造變形的影響不僅僅局限于斷裂斷開地層及其周邊，在深層斷裂的上部也可以引起構(gòu)造形變，從而在中、淺層地層中形成局部構(gòu)造圈閉［8-9］。

2)縱向上規(guī)模大

對大川中地區(qū)地震資料深層斷裂的解譯研究發(fā)現(xiàn)，深層斷裂在大川中地區(qū)普遍發(fā)育，盡管斷裂的斷距普遍較小，斷開地震同相軸的幅度較小，但這些深層斷裂在縱向上規(guī)模大，上下延伸長，斷開層位眾多。深層斷裂向下普遍斷穿震旦系，斷入基底，向上多斷入飛仙關(guān)組，部分甚至斷入須家河組，斷穿層位包括震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系和中、下三疊統(tǒng)等多套地層(圖3)。另外，在深層大斷裂背景上，還發(fā)育眾多中型跨層系斷層和小型層間斷裂，依附于深層大斷裂的兩側(cè)，形成類似花狀斷裂的構(gòu)造樣式(圖3)［10-11］。

3)與淺層斷裂特征差異明顯

四川盆地中-下三疊統(tǒng)膏鹽巖分布廣泛，主要發(fā)育于下三疊統(tǒng)嘉陵江組和中三疊統(tǒng)雷口坡組，膏鹽巖厚50～600 m［12］，其中大川中地區(qū)膏鹽巖厚度達(dá)到200～400 m。廣泛發(fā)育的膏鹽巖一方面可以很好地封蓋油氣，另一方面可以做為塑性滑脫層，起到構(gòu)造應(yīng)力釋放的作用，造成深、淺層斷裂和構(gòu)造形態(tài)差異明顯。深層斷裂角度普遍很陡，一般大于75°，部分甚至近于直立，地層斷距均很小，多表現(xiàn)為走滑斷裂的特征。淺層斷裂角度相對要緩一些，一般為45°～75°，多表現(xiàn)為逆斷層的性質(zhì)(圖4)。

2.2 平面展布規(guī)律

對大川中地區(qū)52 500 km2范圍內(nèi)410 余條二維地震測線(總長21 000 km)和近3 000 km2三維地震資料深層斷裂體系的系統(tǒng)解譯研究，明晰了大川中地區(qū)深層斷裂平面展布規(guī)律(圖5)。

圖2 大川中2009DCZ007 測線深層斷裂控制沉積蓋層構(gòu)造變形Fig.2 Seismic line 2009DCZ007 showing deep faults controling the tectonic deformation of seals in Dachuanzhong area

圖3 大川中2008DCZ023 測線深層斷裂解譯及花狀斷裂Fig.3 Interpretation of deep faults and flower-shaped faults on seismic line 2008DCZ023 in Dachuanzhong area

圖4 大川中2008DCZ016 測線深、淺層斷裂差異Fig.4 Difference between deep faults and shallow faults on seismic line 2008DCZ016 in Dachuanzhong area

圖5 大川中地區(qū)深層斷裂平面展布及分區(qū)Fig.5 Areal distribution and zonation of deep faults in Dachuanzhong area

在大川中地區(qū)共解釋斷裂172 條，其中北東方向斷裂99 條，北西方向斷裂41 條，東西方向斷裂26 條，南北方向斷裂6 條，斷裂平面延伸長度3～79 km 不等，規(guī)模較大的斷裂有36 條。大川中地區(qū)深層斷裂平面展布特征為以北東向和北西向為主，部分為東西向，少量為南北向。雖然大川中地區(qū)深層斷裂在地震剖面上表現(xiàn)為垂直斷距小的特征，但解釋出的深層斷裂在平面分布上卻往往可以延伸幾十千米，甚至上百千米，這也是斷裂性質(zhì)為走滑斷裂的證據(jù)。因為平移斷層的位移分量主要在平面上，而垂向上的分量一般比較小。

大川中地區(qū)深層斷裂平面展布還具有明顯的分區(qū)和分帶性，可以分成3 個區(qū)帶，各區(qū)帶斷裂展布特征具有較大的差異性。①區(qū):威遠(yuǎn)—資陽—遂寧—大足一帶，以北東向和近東西向斷裂為主;②區(qū):巴中—儀隴—廣安一帶，以北西向和近東西向斷裂為主;③區(qū):平昌—達(dá)州一帶，以近南北向斷裂為主(圖5)。

3 深層斷裂油氣地質(zhì)意義

3.1 控制有利沉積體分布

四川盆地深層斷裂廣泛發(fā)育，大川中地區(qū)深層斷裂體系的地震解譯研究表明，這些深層斷裂多在加里東構(gòu)造期就開始活動，在海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多次構(gòu)造運(yùn)動期均有所活動，控制了加里東期樂山-龍女寺古隆起和印支期瀘州-開江古隆起的形成和演化，同時對多個時期沉積相帶和有利沉積體的宏觀展布具有明顯的控制作用［13-15］。例如，北西向展布的峨眉地裂期深層斷裂體系控制了晚二疊世的古地理格局，形成北西-南東向延伸的開江-梁平海槽地貌單元，在海槽的兩側(cè)臺緣高能相帶上廣泛發(fā)育生物礁、灘沉積體，形成長興組-飛仙關(guān)組的有利儲集體［16-18］。北東向展布的深層斷裂體系控制了震旦系-寒武系的沉積相帶展布格局，進(jìn)而形成北東-南西向展布的震旦系燈影組二段和四段以及寒武系龍王廟組灘體等有利沉積體。

3.2 有效改善儲層物性

勘探實踐表明，四川盆地地質(zhì)特點(diǎn)之一就是裂縫發(fā)育程度與油氣藏形成關(guān)系密切。深層斷裂的長期活動，導(dǎo)致斷裂周緣及其上覆地層產(chǎn)生一系列派生小斷裂和裂縫體系，從而有效地改善了儲層的儲滲能力，形成高產(chǎn)。裂縫是溝通改造低孔隙儲集層，產(chǎn)生一定的滲透能力的重要因素。對于低孔隙和致密儲集層而言，只有裂縫發(fā)育油氣方能產(chǎn)出，并且是裂縫越發(fā)育，越容易出現(xiàn)高產(chǎn)［19-21］。川中地區(qū)侏羅系大安寨段石油勘探、蜀南地區(qū)嘉陵江組氣藏勘探成果等都與深層斷裂體系引起的裂縫系統(tǒng)密切相關(guān)。

3.3 控制局部構(gòu)造圈閉形成

伴隨著深層斷裂的多期活動，引起斷裂周緣地層發(fā)生構(gòu)造形變，形成背斜、斷背斜和斷壘等局部構(gòu)造圈閉。另外，深層斷裂的隱性活動也可以引起其上覆未斷穿地層的構(gòu)造形變，形成背斜和穹窿等構(gòu)造圈閉［22-23］。這些構(gòu)造圈閉的規(guī)模、幅度大小不一，在大川中地區(qū)由于具有剛性穩(wěn)定地塊的特征，規(guī)模和幅度一般都比較小，平面分布上一般沿深層斷裂走向呈串珠狀分布，是油氣聚集成藏的有利地帶。

3.4 作為油氣運(yùn)移通道

多年的勘探成果和研究表明，四川盆地主要有六套烴源巖層，其中海相烴源巖4 套，陸相烴源巖2 套，從下往上分別是寒武系的筇竹寺組、志留系、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、上三疊統(tǒng)須家河組和侏羅系。而四川盆地的含油氣層系眾多，幾乎涵蓋了從震旦系—侏羅系的各個層系。這些含油氣層系有的與烴源巖毗鄰，可以直接捕獲烴源巖所生的油氣，如須家河組油氣藏就是以直接捕獲其自身烴源巖所生的油氣為主。而有的含油氣層系，如飛仙關(guān)組鮞灘氣藏、嘉陵江組氣藏、雷口坡組氣藏等都與烴源巖相隔較遠(yuǎn)，中間又多被致密巖層分割。對于這些勘探層系而言，只有斷裂通向烴源層系時，才能使烴源巖生產(chǎn)的油氣運(yùn)移至儲集層圈閉中，形成油氣藏［24］。深層斷裂在這些油氣成藏中作為油氣運(yùn)移的通道，起到了非常關(guān)鍵的作用。大川中地區(qū)2009年部署的風(fēng)險探井蓬萊1 井在嘉陵江組獲得26.06 ×104m3/d 的高產(chǎn)工業(yè)氣流，深層斷裂對烴源巖和儲集層的溝通和作為油氣運(yùn)移通道的作用是不言而喻的(圖6)。

4 結(jié)論

1)四川盆地大川中地區(qū)屬于川中低緩褶皺構(gòu)造帶，構(gòu)造變形弱，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為大川中地區(qū)為剛性穩(wěn)定地塊，深層斷裂不發(fā)育，然而近幾年的勘探實踐和研究成果表明，該區(qū)不僅深層斷裂發(fā)育，而且深層斷裂的分布與油氣聚集具有密切的關(guān)系。

2)大川中地區(qū)深層斷裂廣泛發(fā)育，地震剖面上以高角度的走滑斷裂為主要特征，伴有花狀構(gòu)造;平面展布上以北東向和北西向為主，部分為東西向，少量為南北向，具有明顯的分區(qū)和分帶性。

圖6 大川中蓬萊1 井深層斷裂控制嘉陵江組油氣成藏剖面Fig.6 Profile showing deep faults controling hydrocarbon accumulation of Jialingjiang Formation，Well Penglai-1 in Dachuanzhong area

3)深層斷裂對于大川中地區(qū)的油氣勘探意義重大，深層斷裂可以控制沉積相帶和有利沉積體的分布;深層斷裂活動引起的小斷裂和裂縫系統(tǒng)可以溝通低孔隙和致密儲層，有效改善儲層物性，提高油氣產(chǎn)能;深層斷裂活動引起周緣地層構(gòu)造形變，可以控制局部構(gòu)造圈閉的形成，可以作為油氣運(yùn)移的通道，有效溝通烴源巖和儲集層，控制異源型烴源體系的油氣成藏。

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