川東北地區(qū)須家河組構(gòu)造差異及其對天然氣富集的影響

黎承銀 李明陽

（中國石化勘探分公司物探研究院，四川 成都 610041）

0 引言

川東北地區(qū)是中國石油化工集團(tuán)有限公司在四川盆地的重點(diǎn)勘探區(qū)域之一，上三疊統(tǒng)須家河組歷經(jīng)多年勘探，目前已有30余口井測試獲得工業(yè)氣流，成為繼川中、川西地區(qū)之后四川盆地第3個致密砂巖大型含氣區(qū)［1-2］?？碧綄?shí)踐表明，川東北地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，燕山、喜馬拉雅多期次、多方向的構(gòu)造改造對天然氣成儲、成藏具有明顯的控制作用，不同地區(qū)的主力勘探層系不明確，油氣富集規(guī)律復(fù)雜。開展構(gòu)造差異及其控儲、控藏作用研究對尋找致密砂巖勘探有利區(qū)帶及主力勘探層系，提高鉆探成功率具有重要的意義。筆者綜合各類地質(zhì)、地球物理資料，在開展川東北地區(qū)東西部構(gòu)造樣式及構(gòu)造演化研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了構(gòu)造差異對儲層演化、天然氣運(yùn)移的影響，建立起不同區(qū)域的天然氣成藏模式，以期為研究區(qū)的進(jìn)一步勘探部署提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

川東北地區(qū)地處龍門山逆沖推覆帶及米倉山—大巴山前陸沖斷帶的構(gòu)造疊合區(qū)，經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動。印支期時北大巴山及山前帶強(qiáng)烈隆升，向盆內(nèi)逆沖推覆，海水退出，研究區(qū)沉積環(huán)境由海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴啵?］。燕山期、喜馬拉雅期在環(huán)川東北造山帶多方向的擠壓下，形成了現(xiàn)今NE向背斜與NE、SN、NW向斷層疊加的構(gòu)造組合［4］。依據(jù)構(gòu)造變形程度，研究區(qū)自西向東可以劃分為元壩西部弱變形區(qū)，元壩中東部過渡變形區(qū)，通南巴海相斷層、陸相斷層疊加強(qiáng)變形區(qū)3個構(gòu)造變形區(qū)。

須家河組縱向上可劃分為須一段—須五段，主要發(fā)育辮狀河三角洲—湖泊沉積體系，須二段、須四段以辮狀河三角洲沉積為主，是主要的儲集層段，須三段、須五段是主要的烴源巖層［5］。研究區(qū)須家河組現(xiàn)今儲層孔隙度均在10%以下，滲透率多小于0.1 mD，是典型的致密砂巖儲層［6-7］。

2 川東北地區(qū)東、西部的構(gòu)造差異

基于三維地震資料的精細(xì)構(gòu)造解釋剖析了斷層的產(chǎn)狀、規(guī)模、組合樣式，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，系統(tǒng)總結(jié)不同區(qū)域的基本構(gòu)造特征及構(gòu)造演化過程的差異。

2.1 結(jié)構(gòu)差異

川東北地區(qū)須家河組具有自西向東構(gòu)造變形程度逐漸加強(qiáng)，斷層規(guī)模、數(shù)量逐漸增加的特點(diǎn)（圖1）元壩西部為構(gòu)造弱變形區(qū)，局部發(fā)育NE向斷層，數(shù)量少，規(guī)模小，平均斷距僅31 m，平面延伸長度較短，平均為0.95 km，為須家河組內(nèi)部小斷層。元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)褶皺變形強(qiáng)度強(qiáng)于元壩西部，其斷層走向與元壩西部略有不同，自西向東由SN向過渡為NW向，相比于元壩西部，斷層數(shù)量增加、規(guī)模變大，平均斷距可達(dá)128 m，平面延伸長度中等，平均為2.1 km，縱向上斷層切割層位增加，可切割中三疊統(tǒng)雷口坡組至中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組。通南巴地區(qū)為海陸疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)，整體表現(xiàn)為一個NEE向展布的背斜構(gòu)造帶，受大巴山強(qiáng)烈推覆作用，是研究區(qū)構(gòu)造變形最為強(qiáng)烈的區(qū)域。該區(qū)域NW向斷層密集發(fā)育，斷層規(guī)模遠(yuǎn)大于元壩西部及中東部地區(qū)，斷層平面延伸距離長，最長可超過20 km，平均斷距為428 m，斷層縱向切穿層位較多，發(fā)育切穿至二疊系海相烴源巖的深大斷層（表1）。

圖1 川東北地區(qū)須家河組斷層發(fā)育特征圖

表1 元壩—通南巴地區(qū)構(gòu)造特征對比表

2.2 構(gòu)造樣式差異

川東北地區(qū)須家河組共發(fā)育6種典型的構(gòu)造樣式（圖2）。元壩西部地區(qū)主要發(fā)育單一逆斷層控制的局部褶皺構(gòu)造，元壩中東部地區(qū)以由2條傾向相反的高角度逆斷層組成的背沖、對沖斷塊為主，局部應(yīng)力集中區(qū)還會出現(xiàn)對沖—背沖復(fù)合斷塊。通南巴地區(qū)須家河組地層發(fā)生強(qiáng)烈轉(zhuǎn)折，斷層數(shù)量最多，除雙斷背沖、對沖斷塊發(fā)育外，還發(fā)育由一系列傾向相同、規(guī)模相似的逆沖斷層相互疊置形成的疊瓦狀逆沖斷層及深大斷層與一系列傾向相反的小規(guī)模疊瓦狀逆沖斷層構(gòu)成的疊瓦狀對沖—背沖復(fù)合斷塊。勘探實(shí)踐表明，由NW向斷層組成的對沖—背沖復(fù)合斷塊能夠有效增加儲層裂縫的發(fā)育規(guī)模，該類構(gòu)造背沖斷塊的沖起部位裂縫密集發(fā)育，天然氣沿斷層帶周邊規(guī)模網(wǎng)狀縫孔儲滲體成藏富集。

圖2 川東北地區(qū)須家河組典型構(gòu)造樣式圖

2.3 構(gòu)造演化

中生代以來，四川盆地主要經(jīng)歷了燕山、喜馬拉雅兩個關(guān)鍵演化階段。燕山早期四川盆地處于陸內(nèi)造山階段，擠壓作用遠(yuǎn)大于印支期，造山帶前緣發(fā)育大量與擠壓作用有關(guān)的壓性斷塊或逆沖褶皺構(gòu)造，形成陸內(nèi)擠壓推覆構(gòu)造帶，九龍山強(qiáng)烈隆升，大巴山前緣表現(xiàn)為擴(kuò)展褶皺—沖斷作用［8］。燕山中—晚期繼承了前期構(gòu)造擠壓作用，龍門山—米倉山NW向大規(guī)模構(gòu)造擠壓，形成了研究區(qū)NE向的九龍山背斜、通南巴背斜以及大量斷層［9］，喜馬拉雅運(yùn)動以來，川東北地區(qū)持續(xù)遭受NE向構(gòu)造擠壓，形成了廣泛發(fā)育的NW向新生代構(gòu)造，對前期構(gòu)造形態(tài)進(jìn)一步改造，形成現(xiàn)今NW向斷層疊加在NE向?qū)捑彵承敝系臉?gòu)造形態(tài)［10］（圖3）。

圖3 川東北地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)圖

3 川東北地區(qū)東、西部構(gòu)造差異對天然氣成藏富集的影響

褶皺及斷層發(fā)育對致密砂巖儲層具有顯著的改造作用，控制著優(yōu)質(zhì)儲層的形成與分布，斷層還可

以作為垂向輸導(dǎo)通道，控制天然氣運(yùn)移。元壩—通南巴地區(qū)構(gòu)造特征具有顯著差異，是造成天然氣差異富集的重要因素。

3.1 東、西部構(gòu)造差異影響儲集條件

元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)斷層發(fā)育程度相對有限。受龍門山北段二疊系、三疊系碳酸鹽巖物源的影響，須三段發(fā)育辮狀河三角洲沉積，巖石類型為鈣屑砂礫巖、鈣屑砂巖［11］。根據(jù)元壩西部地區(qū)須三段116塊儲層段巖心實(shí)測物性顯示，儲層平均孔隙度為3.01%，平均滲透率為0.015 mD，儲集空間主要包括鈣屑顆粒重結(jié)晶形成的晶間微孔、微裂縫及次生溶蝕孔隙［12］。裂縫以低角度縫為主，除切穿礦物顆粒的構(gòu)造縫外，還發(fā)育粒緣縫。物源及沉積微相控制著元壩西部須三段鈣屑砂巖甜點(diǎn)的分布（圖4a）。元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)斷層、褶皺發(fā)育，受大巴山物源的影響，主力產(chǎn)層須四段主要發(fā)育一套辮狀河三角洲前緣水下分流河道微相的長石巖屑砂巖。巖心實(shí)測物性顯示儲層平均孔隙度為3.71%，平均滲透率為0.061 mD。儲集空間主要為長石和易溶巖屑的粒間、粒內(nèi)溶孔及構(gòu)造微裂縫，壓實(shí)作用是導(dǎo)致該類儲層減孔的主要原因，溶蝕作用及構(gòu)造破裂控制著優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。NW向背沖斷層控制的裂縫發(fā)育帶與易溶長石巖屑砂巖發(fā)育帶的疊合區(qū)是須四段甜點(diǎn)的有利分布區(qū)。通南巴海陸疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)地層褶皺強(qiáng)烈，深大斷層發(fā)育，須家河組儲層表現(xiàn)出明顯的縫控特征，巖心實(shí)測物性顯示孔隙度分布在0.5%～4.1%，滲透率主要分布在0.001～0.100 mD。儲集空間類型為裂縫及次生溶蝕孔隙。對沖—背沖復(fù)合斷塊及疊瓦狀逆沖斷層等多斷層組合的構(gòu)造樣式伴生大量構(gòu)造縫，裂縫的發(fā)育溝通了細(xì)小的孤立孔隙，改善了儲層的滲流能力。同時，當(dāng)深大斷層溝通下伏海相烴源巖層時，斷層及裂縫可以作為深部熱液流體的運(yùn)移通道，使得須家河組內(nèi)部易溶組分的進(jìn)一步溶蝕，從而擴(kuò)大儲層的儲集空間［13］。因此，通南巴NW向構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)“斷縫體”甜點(diǎn)主要受控于強(qiáng)烈的斷裂、褶皺作用，平面上沿氣源斷層成“帶狀”分布［14］（圖4b）。

圖4 構(gòu)造差異控儲作用圖

3.2 東、西部構(gòu)造差異影響輸導(dǎo)條件

砂體、斷層及裂縫是須家河組天然氣輸導(dǎo)主要的通道，元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)斷層均為須家河組內(nèi)部斷層，天然氣跨層系運(yùn)移難以實(shí)現(xiàn)。須三段天然氣主要來自于本層段烴源巖，暗色泥巖與鈣屑砂巖不等厚互層分布，當(dāng)烴源巖大量生烴時，強(qiáng)烈的生烴增壓作用導(dǎo)致超壓縫的發(fā)育，同時，儲層中發(fā)育一定數(shù)量的成巖低角度裂縫及褶皺成因的構(gòu)造裂縫，裂縫可以作為天然氣初次運(yùn)移的輸導(dǎo)通道［15］，在斷層不發(fā)育的情況下，烴源巖生成的天然氣運(yùn)移至內(nèi)部鈣屑砂巖儲層中富集（圖5a）。元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)與元壩西部相比，斷層、裂縫較為發(fā)育，斷層以NW向?yàn)橹?。斷層向下可斷至嘉陵江組—雷口坡組，但未切穿至海相烴源巖層，須三段為元壩中東部地區(qū)的主力生烴層系，須四段是主要儲集層，該區(qū)域天然氣既可以通過源儲接觸向須四段底部砂體充注，又可以通過斷層帶的縱向輸導(dǎo)進(jìn)入須四段儲層中，再向“甜點(diǎn)”區(qū)富集（圖5b）。通南巴海陸疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)深大斷層發(fā)育，向下斷穿海相二疊系吳家坪組。通南巴地區(qū)僅依靠須家河組自身的烴源巖難以形成大中型油氣田，但海相二疊系吳家坪組烴源巖厚度大，生烴強(qiáng)度為（40～70）×108m3／km2。該區(qū)須家河組天然氣碳同位素不同于其他地區(qū)須家河組陸相煤型氣的碳同位素，具有海、陸混源的特征［16］，證明該區(qū)發(fā)育的深大斷層能夠有效溝通海相烴源巖和須家河組儲集體，天然氣跨層系運(yùn)移，聚集在須家河組“斷縫體”甜點(diǎn)中（圖5c）。

圖5 川東北地區(qū)天然氣輸導(dǎo)方式圖

3.3 東、西部構(gòu)造差異影響天然氣成藏富集模式

受東西部構(gòu)造變形程度差異的影響，川東北地區(qū)須家河組致密砂巖氣藏在天然氣來源、儲層性質(zhì)、天然氣輸導(dǎo)體系等方面均存在明顯差異，建立了3類天然氣成藏模式（圖6）。

圖6 川東北地區(qū)須家河組天然氣成藏模式圖

1）元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)致密氣源內(nèi)聚集模式

元壩西部須三段氣藏具有源儲共生、源內(nèi)成藏的特點(diǎn)，儲集層巖性為鈣屑砂巖，主要儲集空間為晶間微孔及微裂縫。“甜點(diǎn)”發(fā)育主要受控于物源及沉積相，須三段內(nèi)部形成了鈣屑砂巖與暗色泥巖緊鄰、疊置的互層組合。元壩地區(qū)斷層均為須家河組內(nèi)部斷層，天然氣主要來源于須三段烴源巖，后期構(gòu)造運(yùn)動對于天然氣成藏的影響不大。須三段烴源巖在中侏羅世中期開始生氣，至早白堊世達(dá)到生烴高峰。在生烴增壓的驅(qū)動下，天然氣以源儲壓差為主要動力經(jīng)初次運(yùn)移進(jìn)入鈣屑砂巖儲層中大面積分布，沿局部滲透性砂體向甜點(diǎn)區(qū)聚集，天然氣運(yùn)移距離短。以元壩西部地區(qū)YL12井須三段為例，常規(guī)測試日產(chǎn)氣量為77.17×104m3，累產(chǎn)氣量近9 000×104m3，須三段鈣屑砂巖成藏效率高，是元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)最有利的勘探目標(biāo)。

2）元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)致密氣近源聚集模式

元壩中東部須四段氣藏具有斷砂輸導(dǎo)、近源成藏的特點(diǎn)，天然氣主要富集于須四段長石巖屑砂巖儲層中。由于儲層演化時長石等易溶組分可發(fā)生溶蝕，該類儲層的儲集空間主要為粒內(nèi)、粒間溶孔及斷層伴生的構(gòu)造裂縫，“甜點(diǎn)”發(fā)育主要受控于成巖作用及斷層。須三段生成的天然氣經(jīng)斷層運(yùn)移至須四段儲層中，沿溶蝕作用及裂縫改造的致密砂巖儲層側(cè)向運(yùn)移，局部富集。元壩中東部地區(qū)YL171井須四段加砂壓裂測試日產(chǎn)氣量為18.77×104m3，須四段長石巖屑砂巖是元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)的主力勘探目標(biāo)。

3）通南巴NW向構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)致密氣雙源聚集模式

通南巴地區(qū)須家河組天然氣碳同位素δ13C1值介于-33.70‰～-28.60‰，δ13C2值介于-36.40‰～-28.90‰，具有δ13C1＞δ13C2＞δ13C3的倒轉(zhuǎn)分布特征，表現(xiàn)出海相上二疊統(tǒng)與陸相須家河組“雙源供烴”的特點(diǎn)［17-18］。該地區(qū)發(fā)育受強(qiáng)烈斷層、褶皺作用控制的縫控型甜點(diǎn)，簡稱為“斷縫體“甜點(diǎn)”［19］，對沖—背沖復(fù)合斷塊的沖起部位是“斷縫體”的有利分布區(qū)。天然氣多富集在斷層、褶皺疊合的強(qiáng)構(gòu)造變形區(qū)，沿深大斷層成“條帶狀”分布。二疊系海相烴源巖生成的天然氣沿通源斷裂垂向運(yùn)移至須家河組儲層中，與須家河組煤型氣混合，在“斷縫體”儲層富集，表現(xiàn)出“雙源供烴、立體輸導(dǎo)、斷縫富集”的特點(diǎn)［20］。通南巴地區(qū)M101井附近發(fā)育通源斷層，須二段累產(chǎn)氣量已超過3.2×108m3，通南巴海相斷層、陸相斷層疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)，具備“雙源供烴”條件的區(qū)域是最有利的勘探目標(biāo)。

4 結(jié)論

1）川東北地區(qū)自西向東構(gòu)造變形強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，元壩西部為弱變形區(qū)，主要發(fā)育NE向斷層，數(shù)量少，規(guī)模小，平面延伸距離短，構(gòu)造樣式以單斷褶皺為主；元壩中東部為過渡變形區(qū)，斷層走向自西向東由SN向過渡為NW向，斷層數(shù)量增加、規(guī)模變大，輸導(dǎo)體系發(fā)育，斷層多切穿整個須家河組，向下斷至雷口坡組膏巖，向上斷至千佛崖組，構(gòu)造樣式以對沖—背沖復(fù)合斷塊為主；通南巴地區(qū)為海相斷層、陸相斷層疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)，NW向斷層密集發(fā)育，深大斷層發(fā)育，部分?jǐn)鄬忧写┒B系海相烴源巖，構(gòu)造樣式多為疊瓦狀逆沖斷層及疊瓦狀對沖—背沖復(fù)合斷塊等。

2）構(gòu)造演化差異是造成須家河組致密砂巖氣成藏模式、富集規(guī)律差異的主要因素。元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)輸導(dǎo)條件不利，須三段烴源條件好，近距離源內(nèi)充注是有利的成藏模式。元壩中東部地區(qū)輸導(dǎo)條件好，近源充注是有利的成藏模式。通南巴海相斷層、陸相斷層疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)深大斷層發(fā)育，陸相烴源巖條件不利，海相烴源巖、陸相烴源巖雙源充注是有利的成藏模式。

3）明確了川東北不同地區(qū)須家河組的勘探方向。須三段鈣屑砂巖具有“源內(nèi)成藏”的優(yōu)勢，源儲配置關(guān)系好，是元壩西部構(gòu)造弱變形區(qū)的主要勘探目標(biāo)。元壩中東部構(gòu)造過渡變形區(qū)輸導(dǎo)體系發(fā)育，須四段氣藏具有斷砂輸導(dǎo)、近源成藏的特點(diǎn)，是該區(qū)的主力勘探目標(biāo)。通南巴海相斷層、陸相斷層疊加構(gòu)造強(qiáng)變形區(qū)溝通海相烴源巖的深大斷層發(fā)育，深大斷層及其規(guī)模裂縫共同構(gòu)成立體輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，沿深大斷層成“條帶狀”分布，具備“海陸雙源供烴”條件的區(qū)域是最有利的油氣勘探目標(biāo)區(qū)。