川西南緣天宮堂構(gòu)造奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖氣富集主控因素

張夢(mèng)琳，李郭琴，何 嘉，衡 德

（1.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051；2.中國石油西南油氣田分公司四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司，成都 610000）

0 引言

川南頁巖氣區(qū)是中國海相頁巖氣目前勘探開發(fā)最有利的地區(qū)之一［1］。近年來，在涪陵、威遠(yuǎn)—長寧、昭通、瀘州和大足等地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖氣勘探相繼取得重大突破，展示了四川盆地頁巖氣良好的勘探開發(fā)前景。前人對(duì)四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖沉積相、儲(chǔ)層特征、保存條件及富集主控因素等方面開展過大量研究，蒲泊伶等［2］認(rèn)為深水陸棚亞相為川南地區(qū)最有利的頁巖氣富集相帶；李亞?。?］、鄭珊珊等［4］認(rèn)為優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層具有高TOC含量、高孔隙度、高含氣量等“三高”特征；魏祥峰等［5］和庹秀松等［6］的研究表明保存條件主要受頂?shù)装宸馍w、頁巖自身、主生烴期后構(gòu)造作用強(qiáng)度及改造時(shí)間等多因素影響；沉積環(huán)境、儲(chǔ)集與保存條件等對(duì)頁巖氣富集起主控作用［7-8］；前人提出了“二元富集”規(guī)律［9］、“三元富集”理論［10］、“五性一體”富集理論［11］、構(gòu)造-沉積分異、盆山建造與熱演化過程控藏理論［12］等頁巖富集規(guī)律或成藏模式。隨著勘探不斷深入，川南地區(qū)頁巖氣逐步向勘探程度相對(duì)較低的西南緣強(qiáng)隆升-強(qiáng)改造區(qū)拓展。天宮堂構(gòu)造位于四川盆地西南緣，目前已實(shí)施5 口評(píng)價(jià)井，已完成試油測(cè)試3 口井，其中構(gòu)造北東翼NX202 井龍馬溪組頁巖展現(xiàn)出了常壓和含氣性較差的特征，測(cè)試產(chǎn)微氣；位于構(gòu)造西北鼻突的Y202 井與南西翼的Y203 井五峰組—龍馬溪組頁巖均展現(xiàn)了高TOC含量、高孔、含氣性好和高脆性的特征，分別測(cè)試獲氣6.46×104m3/d，36.26×104m3/d，指示該區(qū)頁巖具商業(yè)開采價(jià)值。實(shí)鉆證實(shí)同一構(gòu)造帶不同構(gòu)造部位頁巖含氣性存在較大差異。與長寧建武向斜相比，天宮堂構(gòu)造在形成演化過程、隆升幅度、構(gòu)造樣式、頁巖儲(chǔ)層品質(zhì)和保存條件等多個(gè)方面都表現(xiàn)出其獨(dú)特性。

基于地震、鉆井、測(cè)井及巖心分析化驗(yàn)資料，對(duì)四川盆地西南緣天宮堂構(gòu)造的構(gòu)造特征、頁巖儲(chǔ)層品質(zhì)、含氣性、可改造性及保存條件等開展深入研究，探討該區(qū)頁巖氣富集的主控地質(zhì)因素，以期為落實(shí)天宮堂構(gòu)造頁巖氣有利建產(chǎn)目標(biāo)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地地處青藏高原東緣、揚(yáng)子地臺(tái)西北側(cè)，是一個(gè)經(jīng)多期構(gòu)造演化而成的疊合盆地［13］，具有盆地周緣造山帶向盆地內(nèi)漸變過渡為平緩的典型構(gòu)造和地貌盆地特征。根據(jù)四川盆地的形成和構(gòu)造演化特征，將其進(jìn)一步劃分為川北低緩構(gòu)造帶、川中平緩構(gòu)造帶、川東高陡構(gòu)造帶、川西低陡構(gòu)造帶、川西南低褶構(gòu)造帶和川南低陡構(gòu)造帶。天宮堂構(gòu)造位于川西南低褶構(gòu)造帶，北受川東褶皺沖斷帶西延影響，南受婁山褶皺帶演化控制，其構(gòu)造南西翼形態(tài)相對(duì)完整，北部發(fā)育有鼻狀構(gòu)造，南西面發(fā)育的鷹草灣構(gòu)造為斷裂復(fù)雜帶。構(gòu)造兩側(cè)的屏山向斜和孔灘—大塔場(chǎng)—青山嶺構(gòu)造地層較平緩。因受多期強(qiáng)隆升改造，天宮堂構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為不規(guī)則、外圍似菱形、相對(duì)完整的箱狀背斜構(gòu)造，背斜核部出露上三疊統(tǒng)須家河組，局部有中三疊統(tǒng)雷口坡組石灰?guī)r出露。構(gòu)造主體軸向?yàn)楸蔽飨颍唿c(diǎn)以北軸向折轉(zhuǎn)為北西西向，西北傾沒端基本表現(xiàn)為正西向［14-15］，南西翼地層傾角小于10°，北東翼地層傾角為35°～45°，軸線略呈反“S”形延伸，構(gòu)造整體呈北東翼陡、南西翼緩的特征，其中北東翼被近平行天宮堂構(gòu)造主軸線的宮1 號(hào)斷層切割（圖1）。由過宮1號(hào)斷層的地震反射特征（圖2）看出，宮1 號(hào)斷層發(fā)育于寒武系，消失在上三疊統(tǒng)須家河組內(nèi)部，最大落差1 500 m。該斷層延伸長25～27 km，傾角為25°～60°，斷距隨深度增加而增大，發(fā)育規(guī)模由西北向東南方向逐漸變小。此外，在天宮堂構(gòu)造主體區(qū)內(nèi)還發(fā)育斷距小于100 m 的斷層40 余條，多數(shù)斷層局限在寒武系和奧陶系內(nèi)部，為加里東期形成的斷層體系。

圖2 川西南緣天宮堂構(gòu)造過宮1 號(hào)斷層地震剖面Fig.2 Seismic section across Gong 1 fault in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

在奧陶系五峰組沉積期，四川盆地受廣西運(yùn)動(dòng)影響，與鄰區(qū)形成了“三隆夾一坳”的古地理格局［16］。隨著西側(cè)康滇古陸、樂山—龍女寺古隆起及南邊黔中隆起的擴(kuò)張，四川盆地的沉降中心向川中地區(qū)和川北地區(qū)遷移，海平面大幅度下降，研究區(qū)的沉積環(huán)境在這一時(shí)期從深水陸棚向鈣質(zhì)淺水陸棚轉(zhuǎn)化。晚奧陶世末期—早志留世早期，四川盆地為海水侵入的相對(duì)最大海泛時(shí)期，為封閉、半封閉的深水—淺水陸棚沉積環(huán)境，發(fā)育一套筆石豐富的富有機(jī)質(zhì)頁巖［17］。依據(jù)其水動(dòng)力條件、巖石類型及巖石組合關(guān)系、巖石顏色、沉積構(gòu)造、沉積環(huán)境和古生物組合等特征，可將五峰組—龍馬溪組的沉積環(huán)境劃分為深水陸棚和淺水陸棚2 種亞相。天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組主要為深水—淺水陸棚相沉積，下部為深水陸棚相灰黑色—黑色富有機(jī)質(zhì)頁巖、中部淺水—深水陸棚相為灰色—深灰色粉砂質(zhì)頁巖和上部淺水陸棚相為淺灰色—灰綠色頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖，沉積厚度為300～450 m，略厚于川南長寧地區(qū)建武向斜區(qū)塊五峰組—龍馬溪組沉積厚度（200～350 m），較厚的頁巖沉積為頁巖氣的富集提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

研究區(qū)龍馬溪組自下而上依次分為龍一1亞段、龍一2亞段和龍二段，結(jié)合巖石學(xué)特征和電性特征，龍一1亞段自下而上可進(jìn)一步細(xì)分為4 個(gè)小層，即龍一11、龍一12、龍一13和龍一14［18］。目前川南地區(qū)具商業(yè)價(jià)值的頁巖氣井主力產(chǎn)層為五峰組—龍馬溪組龍一1亞段，是本文的主要研究層段。據(jù)鉆井揭示，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一1亞段主要發(fā)育優(yōu)質(zhì)頁巖（TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞2%），厚度為40～80 m，較長寧地區(qū)建武向斜變化小、分布更穩(wěn)定（表1）。

表1 川南長寧地區(qū)建武向斜與川西南緣天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組龍一1亞段各小層儲(chǔ)層參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比Table 1 Reservoir parameters of O3w-S1l1-1 layers in Jianwu syncline of Changning area and Tiangongtang structure，southern Sichuan Basin

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)川西南緣天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組巖心X 射線衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，其頁巖礦物組分主要包含石英、長石、碳酸鹽礦物、黏土礦物和黃鐵礦，其中石英含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%；黏土礦物次之，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～30%；另有少量長石、碳酸鹽礦物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%；黃鐵礦最少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%（圖3）。石英、長石和碳酸鹽礦物統(tǒng)稱為脆性礦物，研究區(qū)脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～80%，其中五峰組—龍一12脆性礦物含量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值大于80%，與長寧地區(qū)建武向斜相比，龍一1亞段相差不大，但五峰組脆性礦物含量明顯更高。五峰組TOC 含量相對(duì)較低，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8%；龍馬溪組龍一1亞段TOC 含量自下而上呈逐漸降低趨勢(shì)，龍一11—龍一13的平均TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.9%～5.2%，龍一14降為2.7%。五峰組—龍馬溪組龍一11TOC 含量略低于建武向斜，龍一12—龍一14TOC含量高于建武向斜。

圖3 川西南緣天宮堂構(gòu)造Y203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段全巖礦物組分圖Fig.3 Whole rock mineral composition of O3w-S1l1-1 of well Y203 in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

據(jù)研究區(qū)巖心干酪根鏡鑒結(jié)果可知，五峰組—龍馬溪組龍一1亞段有機(jī)質(zhì)組分以腐泥組為主，類型為Ⅰ—Ⅱ1型。據(jù)四川盆地瀝青反射率（Rob）與鏡質(zhì)體反射率（Ro）換算方程［19］，研究區(qū)龍馬溪組Ro值為1.73%～2.73%，平均值為2.44%，普遍處于高成熟—過成熟階段。

頁巖儲(chǔ)集能力的大小和頁巖氣的賦存狀態(tài)主要取決于儲(chǔ)層空間的性質(zhì)［20］。根據(jù)Y203 井和Y202井的掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，五峰組—龍馬溪龍一1亞段頁巖發(fā)育的儲(chǔ)集空間類型主要包括有機(jī)質(zhì)孔、無機(jī)孔（粒間孔、晶間孔、溶蝕孔）和微裂縫等。溶蝕孔多發(fā)育在易溶礦物，如長石和碳酸鹽礦物顆粒間或者顆粒內(nèi)部，孔徑為0.500～15.000 μm（圖4a）。晶間孔多見于莓球狀黃鐵礦晶粒之間的微孔隙，孔徑為0.010～0.500 μm（圖4a）。微裂縫的形成受構(gòu)造應(yīng)力作用影響，主要分布在礦物顆粒邊緣或黏土礦物之間，形狀不規(guī)則或呈鋸齒狀（圖4b，4c），孔徑為0.050～1.000 μm。有機(jī)孔是泥頁巖中有機(jī)質(zhì)在生烴過程中形成的孔隙。有機(jī)質(zhì)孔隙的孔徑主要分布范圍為0.002～0.100 μm（圖4d），對(duì)泥頁巖的吸附性起著重要的作用。粒間孔是原生孔隙經(jīng)過成巖作用壓實(shí)改造后顆粒之間的孔隙（圖4c，4e，4f），隨著埋深增加，孔隙度逐漸減小。五峰組平均孔隙度為3.2%，龍一1亞段頁巖孔隙度為2.3%～6.2%，平均為4.0%～4.9%，其中以龍一11—龍一13孔隙度最大，平均為4.6%～4.9%。天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組龍一1亞段孔隙度整體略低于建武向斜（參見表1）。

圖4 川西南緣天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁巖儲(chǔ)層孔隙特征（a）晶間孔、粒內(nèi)溶孔，Y202 井，3 487.99～3 488.19 m；（b）有機(jī)質(zhì)充填的微裂縫，Y203 井，3 773.70～3773.75 m；（c）粒間孔與微裂縫，Y202 井，3 515.23～3 515.43 m；（d）有機(jī)孔，Y203 井，3 744.73～3 744.78 m；（e）粒間孔，Y203 井，3 773.70～3 773.75 m；（f）粒間孔，Y203 井，3 783.63～3 783.68 mFig.4 Pore characteristics of O3w-S1l1-1 shale reservoir in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

2.2 儲(chǔ)層含氣性

頁巖含氣性是評(píng)價(jià)頁巖儲(chǔ)層的關(guān)鍵指標(biāo)，是決定含氣頁巖是否具有商業(yè)開采價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)之一。本文以含氣飽和度和含氣量來表征含氣性。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一1亞段的平均含氣飽和度為57.6%～67.9%。其中，龍一11—龍一13含氣飽和度較高，平均為64.8%～67.9%；龍一14和五峰組頁巖含氣飽和度相對(duì)略低，平均值分別為62.9%和57.6%。五峰組—龍馬溪組龍一1亞段含氣量為2.0～8.0 m3/t。其中，龍一11—龍一13平均含氣量為5.0～5.7 m3/t，而龍一14和五峰組頁巖平均含氣量均為3.6 m3/t。區(qū)內(nèi)不同地層段含氣性變化較大，其中以龍一11—龍一13含氣性最好，局部與建武向斜相當(dāng)（參見表1）。

2.3 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

研究區(qū)龍一11—龍一13較五峰組與龍一14儲(chǔ)層物性及含氣性更好。據(jù)川南五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2），頁巖儲(chǔ)層可細(xì)分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ共3 種類型，其中龍一1亞段縱向上主要發(fā)育Ⅰ，Ⅱ類儲(chǔ)層，局部發(fā)育有Ⅲ類儲(chǔ)層，在龍一11—龍一13發(fā)育了一套儲(chǔ)集性能優(yōu)越、含氣性較好的Ⅰ類儲(chǔ)層，厚度為0.8～17.0 m（平均厚度9.0 m），橫向展布穩(wěn)定，呈現(xiàn)由北向中部逐漸增厚、向南近宮1號(hào)斷層附近明顯減薄的趨勢(shì)，該套儲(chǔ)層也是目前主要的開采層。Ⅱ，Ⅲ類儲(chǔ)層主要發(fā)育于龍一14和五峰組，儲(chǔ)層厚度由北向南呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，TOC 含量和孔隙度均較低，含氣性較差（參見表1，圖5）。

表2 川南五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification criteria of shale gas reservoirs of Wufeng-Longmaxi Formation in southern Sichuan Basin

圖5 川西南緣天宮堂構(gòu)造典型井儲(chǔ)層連井對(duì)比圖（剖面位置見圖1）Fig.5 Well-tie contrast of reservoirs of typical wells in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

2.4 儲(chǔ)層的可改造性特征

在水力壓裂過程中，頁巖脆性礦物含量、巖石力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力等參數(shù)是評(píng)價(jià)頁巖能否被有效壓裂的關(guān)鍵參數(shù)［21］。對(duì)Y202 和Y203 井的可壓裂性參數(shù)進(jìn)行分析可知，五峰組—龍馬溪組龍一1亞段楊氏模量為33.17～47.40 GPa，平均為38.33 GPa，泊松比為0.19～0.27，平均破裂壓力100.00～120.00 MPa，凈應(yīng)力差值為8.80～16.06 MPa（表3）。

表3 川西南緣天宮堂構(gòu)造主要探井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁巖可壓性主要參數(shù)對(duì)比Table 3 Main parameters of shale compressibility of O3w-S1l1-1 of main exploration wells in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

整體而言，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁巖具有高含量的脆性礦物、較高的楊氏模量、較低的泊松比、適當(dāng)?shù)钠屏褖毫?、較小的凈應(yīng)力差值等特征，具有良好的可改造性，儲(chǔ)層易于壓裂，可以形成復(fù)雜縫網(wǎng)利于測(cè)試獲氣。

3 頁巖氣富集主控因素

川西南緣天宮堂構(gòu)造為不對(duì)稱的箱狀斷背斜，主體遠(yuǎn)離控盆斷裂，具有隆起背景，構(gòu)造主體未被斷裂破壞、變形較弱，目的層埋深（3 000～4 000 m）適中。北東翼被北西向延伸的宮1 號(hào)斷層切割控制，對(duì)區(qū)內(nèi)位于構(gòu)造不同部位的3 口井進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果中，含氣性、壓力系數(shù)和初測(cè)產(chǎn)量均存在較大差異。鑒于對(duì)該構(gòu)造勘探認(rèn)識(shí)程度較低，具有較高的勘探風(fēng)險(xiǎn)，綜合前文研究成果，已鉆井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁巖礦物成分、地化參數(shù)均差異不大，具有相似的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)一步開展研究區(qū)頁巖氣富集高產(chǎn)主控因素分析，具有非常重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 構(gòu)造演化

根據(jù)NX202 井磷灰石裂變徑跡測(cè)量和熱演化史分析成果（圖6a）可知，天宮堂構(gòu)造自新生代早期（距今45～50 Ma）開始緩慢抬升，至25～30 Ma 繼續(xù)以中等速率抬升，進(jìn)入10 Ma 后開始發(fā)生快速抬升剝蝕，抬升剝蝕量可達(dá)3 500～4 000 m［12］。NX202井包裹體均一溫度-鹽度相關(guān)圖（圖6b）揭示，其具有100～110 ℃、120～140 ℃、160～170 ℃以及200 ℃等4 套均一溫度峰值，顯示為4 期流體特征。前2期流體以具有相同鹽度、中—高均一溫度流體特征為主，中、晚2 期的高均一溫度流體則具有低鹽度、高鹽度特征分異，表明天宮堂構(gòu)造在此階段可能受到一定的淡水流體混合作用影響［12］。

圖6 川西南緣天宮堂構(gòu)造NX202 井熱演化史分析（a）和龍馬溪組包裹體均一鹽度-溫度相關(guān)性圖（b）（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)［12］）Fig.6 Thermal evolution history（a）and correlation between salinity and homogenization temperature of inclusions of Longmaxi Formation（b）of well NX202 in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

在NX202 井熱演化史分析成果的基礎(chǔ)上，利用PetroMod 盆地模擬軟件結(jié)合GS1 井實(shí)鉆資料，對(duì)GS1 井埋藏-熱史模擬研究（圖7）可知，天宮堂構(gòu)造自早志留世，五峰組—龍馬溪組進(jìn)入快速沉降階段；晚志留世—早三疊世先緩慢抬升、后期快速沉降；早三疊世—晚白堊世持續(xù)穩(wěn)定沉降深埋藏；晚白堊世后歷經(jīng)2 期構(gòu)造抬升改造，在燕山晚期，構(gòu)造褶皺定型。

流體性質(zhì)與構(gòu)造演化綜合分析表明，天宮堂構(gòu)造主要經(jīng)歷了晚白堊世前快速沉降—深埋藏階段、晚白堊世后2 期抬升改造階段。在多期沉降—深埋藏背景下，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組于志留紀(jì)末期進(jìn)入生油門限；三疊紀(jì)初期干酪根開始大量熱解生烴，主要生成液態(tài)石油；早侏羅世—早白堊世進(jìn)入生濕氣階段，早期形成的石油開始裂解；早白堊世—晚白堊世干酪根大量裂解生氣，形成壓力較高的早期富集型超壓頁巖氣藏；新生代為快速抬升改造階段，抬升剝蝕總量達(dá)到3 500～4 000 m（圖7）。天宮堂構(gòu)造主斷層宮1號(hào)斷層形成于印支期構(gòu)造變形期，燕山晚期構(gòu)造變形再活化，中下三疊系膏鹽層系滑脫變形與集中應(yīng)變強(qiáng)烈，膏鹽層系變形揉皺作用明顯［22］。燕山晚期—喜馬拉雅期構(gòu)造快速隆升導(dǎo)致該區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，快速抬升剝蝕作用促使宮1號(hào)斷層附近壓力系數(shù)驟然降低，氣藏存在散失，超壓系統(tǒng)被破壞，早期富集型超壓頁巖氣藏逐步向高壓—常壓頁巖氣藏調(diào)整。

圖7 川西南緣天宮堂構(gòu)造埋藏-熱史模擬Fig.7 Burial-thermal evolution history simulation of Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

3.2 保存條件

在多期構(gòu)造改造下，以游離氣為主的頁巖氣雖不易大范圍運(yùn)移，但仍存在動(dòng)態(tài)調(diào)整［21］，在浮力等因素的作用下，會(huì)向地層上傾方向運(yùn)移，相鄰低部位孔縫中天然氣置換式向上微距離運(yùn)移，在高部位發(fā)生匯聚，而兩兩相鄰孔縫的階梯式運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)了大范圍的頁巖氣向天宮堂背斜（正向構(gòu)造）匯聚。在多期次疊加構(gòu)造、高演化地區(qū)，正向構(gòu)造是最有利頁巖氣富集的構(gòu)造類型［23］，具備“頂、底板封堵好，側(cè)向逸散微弱”的保存條件是正向構(gòu)造頁巖氣富集成藏的決定要素。天宮堂構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頂為石牛欄組的泥灰?guī)r，底為寶塔組含泥瘤狀灰?guī)r和灰?guī)r，巖性致密，本身具備良好的頂?shù)装宸飧魲l件，保存條件的好壞主要取決于側(cè)向逸散的控制情況。

在擠壓環(huán)境下，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的最大主應(yīng)力方向與斷裂走向的相互關(guān)系影響著斷裂的封閉程度。天宮堂構(gòu)造現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向整體為SEE 80°～100°，與宮1 號(hào)斷層走向呈近垂直相交，揭示了宮1號(hào)斷層整體上具有一定封堵性。宮1 號(hào)斷層發(fā)育于寒武系，消失在上三疊統(tǒng)須家河組內(nèi)部，斷距落差100～1 500 m（參見圖2），不具明顯的走滑性質(zhì)，未形成通天斷裂對(duì)氣藏造成完全破壞，但五峰組—龍馬溪組頁巖氣藏聚集成藏過程中疊加多期構(gòu)造活動(dòng)，宮1號(hào)斷層形成了氣藏局部泄壓的通道，例如井底距離該斷層1.8 km 的NX202 井壓力系數(shù)為1.15，含氣飽和度為41.2%，測(cè)試產(chǎn)微氣；距該斷層較遠(yuǎn)的Y202 井和Y203 井為高壓氣藏，含氣飽和度均在70%以上，測(cè)試獲氣。經(jīng)實(shí)鉆揭示離宮1 號(hào)斷層越近，壓力系數(shù)越低，天然氣含氣飽和度越低，但其保存條件未完全破壞，仍有微量頁巖氣富集；反之井底距離宮1 號(hào)斷層越遠(yuǎn)，天然氣含氣飽和度越高（圖8），越趨于高壓富集，越易獲氣。

圖8 川西南緣天宮堂構(gòu)造3 口井含氣飽和度、壓力系數(shù)與距斷層距離的關(guān)系Fig.8 Relationship of distance from fault with gas saturation and pressure coefficient of three wells in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

地層傾角對(duì)頁巖氣逸散也具有一定的影響。頁巖氣的動(dòng)態(tài)調(diào)整是一個(gè)必經(jīng)過程，在浮力等因素的作用下，頁巖氣必定會(huì)向上傾方向運(yùn)移，而當(dāng)?shù)貙觾A角越大時(shí)，其向上傾方向的逸散速度會(huì)越快［24］。天宮堂構(gòu)造南西翼頁巖地層傾角小于10°，整體較平緩，頁巖氣逸散較微弱，且實(shí)鉆已證明南西翼含氣性較好。北東翼頁巖地層傾角為35°～45°，地層陡，頁巖氣向上傾方向逸散較快，在高部位匯聚（目前高部位尚無目的層為龍馬溪組的井控）。大斷層、地層傾角是影響天宮堂構(gòu)造頁巖氣富集的兩大關(guān)鍵因素。

4 成藏模式及勘探建議

通過對(duì)天宮堂構(gòu)造的頁巖氣富集主控因素的分析，明確了其頁巖氣成藏模式。天宮堂構(gòu)造頁巖氣富集成藏受地層埋藏-構(gòu)造演化、背斜形態(tài)、斷層、地層傾角等多因素聯(lián)合控制。天宮堂構(gòu)造共經(jīng)歷了2 個(gè)階段4 期構(gòu)造改造，五峰組—龍馬溪組頁巖層在晚白堊世前快速沉降深埋藏，埋深達(dá)3 500 m，經(jīng)歷長期持續(xù)穩(wěn)定沉降的大地構(gòu)造背景后最大埋深達(dá)6 000 m，為該套高有機(jī)質(zhì)頁巖（烴源巖）生排烴創(chuàng)造了有利的地質(zhì)條件。同時(shí)，長期持續(xù)埋藏的大地構(gòu)造背景和熱史條件也為早期形成超壓頁巖氣藏創(chuàng)造了優(yōu)越的地質(zhì)時(shí)空條件。晚白堊世以后快速隆升導(dǎo)致構(gòu)造兩翼地層平緩程度相差較大，宮1 號(hào)斷層再度活化變形破壞了超壓頁巖氣藏，氣藏局部泄壓，最終導(dǎo)致構(gòu)造不同部位存在頁巖氣富集差異。

天宮堂構(gòu)造南西翼整體較平緩，頁巖氣逸散較慢，目前測(cè)試獲氣的Y202 井和Y203 井均位于該翼，以這2 口井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)特征，預(yù)測(cè)距離宮1 號(hào)斷層大于6 km 的區(qū)域壓力系數(shù)大于1.30，含氣飽和度大于50%（圖9），早期超壓富集型氣藏被改造后逐步過渡為高壓富集型氣藏。陡峭的北東翼頁巖氣向高部位快速逸散，且被宮1號(hào)斷層切割，造成局部泄壓、氣體散失，由早期超壓富集型氣藏轉(zhuǎn)變?yōu)槌簹獠兀b于頁巖氣有向上匯聚的能力，推測(cè)其含氣性較好，預(yù)測(cè)含氣飽和度在50%左右。天宮堂構(gòu)造的不同部位存在不同的地質(zhì)影響因素，是造成其頁巖氣富集成藏差異的直接原因。

圖9 川西南緣天宮堂構(gòu)造頁巖氣富集與保存模式（剖面位置見圖1a）Fig.9 Enrichment and preservation model of shale gas in Tiangongtang structure，southwestern margin of Sichuan Basin

綜上所述，天宮堂構(gòu)造為“早期深埋藏促富集，后期隆升調(diào)富集、保存條件控富集”的背斜構(gòu)造型成藏模式（圖9），其南西翼是下一步勘探的有利“甜點(diǎn)”區(qū)，但目前該區(qū)域井控?cái)?shù)量較少，無法確定其有利區(qū)邊界及儲(chǔ)量情況，還需加大勘探力度，建議在西南部部署評(píng)價(jià)井，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有區(qū)域進(jìn)行加密評(píng)價(jià)，為下一步開發(fā)建產(chǎn)打下基礎(chǔ)；暫不考慮在構(gòu)造北東翼宮1 號(hào)斷層附近3 km 范圍內(nèi)進(jìn)行勘探規(guī)劃，但斷層3 km 范圍外的地層相對(duì)平緩的區(qū)域和目前暫無目的層為龍馬溪組井控的高部位區(qū)域，可嘗試進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)勘探。

5 結(jié)論

（1）川西南緣天宮堂構(gòu)造富有機(jī)質(zhì)頁巖（TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞2%）層段主要為五峰組—龍馬溪組龍一1亞段，平均厚度為40～80 m，平均Ro為2.44%，普遍達(dá)高成熟—過成熟階段?？v向上，Ⅰ類儲(chǔ)層主要發(fā)育于橫向展布穩(wěn)定，厚度為0.8～17.0 m，主體區(qū)平均厚度達(dá)9.0 m，具高TOC含量、含氣性好及高脆性礦物的特征，是頁巖氣的有利“甜點(diǎn)”段。

（2）天宮堂構(gòu)造是典型的構(gòu)造型頁巖氣藏，頁巖氣富集成藏受地層埋藏-構(gòu)造演化、背斜形態(tài)、斷層、地層傾角等多因素聯(lián)合控制，可概括為“早期深埋藏促富集，后期隆升調(diào)富集、保存條件控富集”的背斜構(gòu)造型成藏模式。

（3）天宮堂構(gòu)造整體勘探程度較低，南西翼是下一步勘探開發(fā)的有利“甜點(diǎn)”區(qū)，北東翼斷層3 km范圍外、地層相對(duì)平緩的區(qū)域以及構(gòu)造高部位可嘗試進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)勘探。