川東盆緣帶武隆—白馬地區(qū)構(gòu)造對(duì)志留系龍馬溪組頁巖氣的控制作用

馮動(dòng)軍 李王鵬

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 前言

為探究四川盆地東緣武隆—白馬地區(qū)奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組下部頁巖層段特征及勘探開發(fā)潛力，部署了多口探井。勘探開發(fā)實(shí)踐證明，四川盆地及周緣所鉆的頁巖氣井含氣量與產(chǎn)能差異明顯。這是由于受保存條件尤其是構(gòu)造作用的影響，四川盆地及周緣棋盤格狀的通天斷層發(fā)育，目的層暴露抬升到地表等原因使頁巖氣藏遭受不同程度的破壞。已鉆的頁巖氣專探井(如渝頁1井、河2井、黃頁1井、昭101井等)不少落空。其中，彭頁1HF井壓裂測(cè)試最高日產(chǎn)氣量達(dá)到2.5×104m3，但試采過程中壓力、產(chǎn)量下降極快。這揭示了四川盆地近緣的高山區(qū)在保存條件相對(duì)有利的向斜帶，存在一定的頁巖氣勘探前景[1]，但仍要考慮四川盆地近緣因構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、保存條件復(fù)雜而造成的勘探風(fēng)險(xiǎn)。

深入研究四川盆地東緣斷裂帶、儲(chǔ)層出露區(qū)、構(gòu)造形態(tài)以及構(gòu)造演化歷史等對(duì)頁巖氣保存的控制作用，為武隆—白馬地區(qū)實(shí)現(xiàn)井位部署和商業(yè)開發(fā)提供技術(shù)支撐與參考，具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

武隆—白馬地區(qū)處于川東盆緣帶槽—擋過渡區(qū)，受NW向構(gòu)造擠壓影響，構(gòu)造形態(tài)以NE向復(fù)向斜和復(fù)背斜相間分布為主，形成隆—凹相間、東西分帶的構(gòu)造格局。自西向東分別為石門—金坪背斜帶、白馬向斜帶、老廠坪背斜和武隆向斜帶。主要發(fā)育有燕山期NE-SW向控盆斷裂大千斷裂、白沙斷裂和平安斷裂以及喜山期近SN向的茶園斷裂和胡家園斷裂，受斷裂分割自西向東形成石門背斜、白馬向斜、老坪廠背斜和武隆向斜等次一級(jí)構(gòu)造單元。

晚奧陶世—早志留世，華夏板塊與揚(yáng)子板塊發(fā)生碰撞導(dǎo)致上揚(yáng)子地區(qū)造山帶前緣形成前陸盆地[2-3]。晚奧陶世，上揚(yáng)子區(qū)碳酸鹽臺(tái)地相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)樗蠲鎻V的盆地相，沉積了一套厚度不大、巖相穩(wěn)定的暗色泥質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖。早志留世龍馬溪沉積期，川東南地區(qū)為半閉塞滯流海盆沉積，形成川南—鄂西—渝東深水陸棚區(qū)，武隆—白馬地區(qū)位于深水陸棚相區(qū)的中心地帶，沉積了一套富有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖，富含筆石、放射蟲化石，具有良好的生烴潛力[4]。

2 構(gòu)造解釋

2.1 地震資料品質(zhì)分析

武隆—白馬地區(qū)二維地震資料品質(zhì)較好，主要目的層龍馬溪組地震反射波清晰，反射結(jié)構(gòu)特征明顯，斷點(diǎn)清晰，基本能夠滿足構(gòu)造解釋的要求(見圖1)。但靠近齊岳山斷裂帶地區(qū)的地震資料品質(zhì)差，開展構(gòu)造解釋較困難，且由于地震采集年代和采集觀察系統(tǒng)不同，在構(gòu)造高陡區(qū)存在偏移量的差異，使得不同方向測(cè)線的層位出現(xiàn)許多不閉合的現(xiàn)象，給構(gòu)造解釋帶來一定的不確定性。

層位標(biāo)定是一個(gè)地區(qū)綜合構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是地震-地質(zhì)-測(cè)井相互聯(lián)系的橋梁，只有準(zhǔn)確的層位標(biāo)定才能進(jìn)行可靠的層位對(duì)比與追蹤解釋。

目前，已收集的武隆—白馬地區(qū)鉆穿龍馬溪組鉆井資料有5口，對(duì)這5口井進(jìn)行合成記錄標(biāo)定。剔除測(cè)井曲線上數(shù)據(jù)奇異值點(diǎn)，選擇巖性和分布比較穩(wěn)定、界面比較清楚的龍馬溪組底界進(jìn)行標(biāo)定。通過合成記錄標(biāo)定、連井剖面解釋，結(jié)合前期層位解釋確定TP2Ⅰ底、TP1Ⅰ底、TS2h底和TS1Ⅰ底等4個(gè)反射層位。

4個(gè)反射層位的特征為：TP2Ⅰ底較連續(xù)—連續(xù)、中強(qiáng)波峰反射、全區(qū)可追蹤；TP1Ⅰ底較連續(xù)、中弱振幅波峰反射、全區(qū)可追蹤；TS2h底不連續(xù)—較連續(xù)、中弱振幅波峰反射、全區(qū)可追蹤；TSlⅠ底連續(xù)—較連續(xù)、中強(qiáng)—強(qiáng)振幅波峰反射、全區(qū)可追蹤。

2.2 時(shí)深轉(zhuǎn)換

速度研究是二維地震資料解釋中極為重要的一環(huán)，速度的精度直接影響著構(gòu)造圖的精度[5]。本次解釋中，主要利用合成記錄標(biāo)定的測(cè)井聲波速度對(duì)速度模型進(jìn)行校正，從而獲得時(shí)深轉(zhuǎn)換所需的速度場(chǎng)。通過對(duì)比，各井時(shí)深關(guān)系基本一致(見圖2)，進(jìn)一步驗(yàn)證了地質(zhì)層位標(biāo)定的合理性。然后再利用Landmark軟件的TDQ模塊進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換[6]，將轉(zhuǎn)換后的深度解釋成果導(dǎo)入雙狐軟件中完成構(gòu)造圖的編制工作。通過深度構(gòu)造圖與鉆井分層對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二者的最大誤差約為50 m。

3 構(gòu)造特征與樣式

3.1 構(gòu)造特征

川東地區(qū)的褶皺可分為3種類型，從東向西依次為：大庸斷裂與恩施斷裂之間的隔槽式褶皺帶、恩施斷裂與齊岳山斷裂之間的槽—擋過渡帶、齊岳山斷裂與華鎣山斷裂之間的隔擋式褶皺帶。這一系列的NE-NNE向的褶皺群是我國地臺(tái)蓋層褶皺發(fā)育最典型的構(gòu)造現(xiàn)象，褶皺軸向與四川盆地最長(zhǎng)邊平行，具有非常明顯的地質(zhì)特征。其中，武隆—白馬地區(qū)位于恩施斷裂與齊岳山斷裂之間的槽—擋過渡帶。

川東地區(qū)褶皺帶具有以下特征：

(1)傾向上，具有分帶性。隔擋式褶皺帶、箱狀褶皺、隔槽式褶皺內(nèi)部構(gòu)造分帶明顯，各種褶曲形態(tài)在一定的深度以下逐漸減弱，地表及地下斷裂多數(shù)向SE方向傾斜。

(2)垂向上，具有分層性。褶皺構(gòu)造的發(fā)育多集中在一定深度之上。隔擋式褶皺帶的褶皺多發(fā)育在三疊系至地表，最深可至石炭系，再向下褶皺的變形強(qiáng)度迅速減弱，構(gòu)造形變平緩。

(3)相同構(gòu)造帶內(nèi)，褶皺構(gòu)造形成機(jī)制具有相似性。同一構(gòu)造帶內(nèi)，發(fā)育正、負(fù)向構(gòu)造的地層層序基本相同，說明在形成過程中這些構(gòu)造所處的構(gòu)造層次與受到的作用力基本一致，褶曲程度也大致相同。

(4)不同構(gòu)造帶內(nèi)，不同類型的褶皺發(fā)育次數(shù)不同。中生代以來，隔擋式、箱狀、隔槽式褶皺帶發(fā)生褶皺運(yùn)動(dòng)的次數(shù)存在差異。隔槽式褶皺帶經(jīng)歷了3次重要的褶皺運(yùn)動(dòng)——印支運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕、燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕；箱狀褶皺帶經(jīng)歷了2次重要的褶皺運(yùn)動(dòng)——燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng) Ⅰ 幕；隔擋式褶皺帶僅經(jīng)歷了1次重要的褶皺運(yùn)動(dòng)——喜山運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕。

(5)大斷裂產(chǎn)狀多與相鄰巖層走向平行。川東地區(qū)地表的大型斷裂幾乎都為走向斷裂，斷裂走向與周圍巖層走向一致，且多向SE方向傾斜，如華鎣山斷裂、齊岳山及大庸斷裂等。

此外，武隆向斜被胡家園斷裂分為武隆次凹和火爐次凹(見圖3)，武隆次凹的面積566 km2；火爐次凹面積560 km2。武隆向斜距離剝蝕邊界4 km、埋深2 000～4 000 m的有利區(qū)面積為664 km2，頁巖氣資源量大于4 737×108m3，埋深大于4 000 m的面積為138 km2[7]。

圖3 武隆—白馬地區(qū)WL2013-NE6測(cè)線地震剖面圖

3.2 構(gòu)造樣式

川東高陡斷褶帶武隆—白馬向斜區(qū)主要發(fā)育7種構(gòu)造樣式,如斷展褶皺、斷彎褶皺、斷滑褶皺、疊瓦沖斷褶皺、三角帶構(gòu)造、沖起構(gòu)造和雙沖構(gòu)造等。

(1)斷展褶皺。如中梁山背斜、瀝鼻峽背斜、黃泥塘構(gòu)造核部，主斷裂向上消失在三疊系膏鹽層中，淺部三疊系隆—侏羅系褶皺作用強(qiáng)烈，背斜倒轉(zhuǎn)，核部地層剝蝕嚴(yán)重。當(dāng)沖斷巖席從下滑脫面沿?cái)嗥孪蛏吓郎龝r(shí)，逆沖斷裂的滑移距離逐漸減小，并最終消失于上覆地層內(nèi)，斷裂的滑移距離及相鄰地層的縮短量通過上覆地層的褶皺變形作用被抵消吸收，在斷裂上方發(fā)育斷展褶皺[8]。

(2)疊瓦沖斷褶皺。研究區(qū)寒武系—志留系之間較常見，如武隆地區(qū)龍馬溪組斷裂(見圖4)。這類構(gòu)造主要表現(xiàn)為一組倒向同一方向的逆沖斷裂具有共同的底板斷裂，隨著擠壓應(yīng)力增強(qiáng)，在先存斷裂前端產(chǎn)生更低緩的前展斷裂或在主斷裂上發(fā)育次級(jí)角度較高陡的沖斷裂，沖斷裂之間的地層發(fā)生褶皺。

圖4 武隆—白馬地區(qū)WL2012-NW24測(cè)線地震解釋剖面圖

(3)斷彎褶皺。研究區(qū)內(nèi)石炭系隆—三疊系斷裂中相對(duì)發(fā)育，武隆—白馬向斜區(qū)發(fā)育在志留系隆—三疊系，地層褶皺變形(見圖5)。當(dāng)沖斷巖席沿?cái)嗥聫南禄撁媾郎缴匣撁鏁r(shí)，在斷坡上方形成斷彎褶皺[8]。

圖5 武隆—白馬地區(qū)WLBM2013-NW60測(cè)線地震解釋剖面圖

(4)斷滑褶皺?；摫承笔前l(fā)育在平行于層面的滑脫面或逆沖斷裂之上的褶皺，控制滑脫褶皺的逆沖斷裂只有斷坪而無斷坡，卷入變形地層僅涉及塑性的下寒武統(tǒng)[9]。

(5)三角帶構(gòu)造。如研究區(qū)黃草峽高陡背斜兩翼潛伏構(gòu)造帶之間斷穿中形變層的逆沖-褶皺組合圍限而形成的斷凹向斜帶(見圖6)。主要由兩組相反方向逆沖斷裂圍限而成的構(gòu)造組合，多發(fā)育于2組逆沖-褶皺組合縫帶交匯處。

圖6 武隆—白馬地區(qū)WLBM2013-NW54測(cè)線地震解釋剖面圖

(6)沖起構(gòu)造。如老廠坪背斜構(gòu)造(見圖7)。在逆沖作用中，反沖斷裂與同時(shí)形成的逆沖斷裂圍限部位因強(qiáng)烈擠壓而上沖，形成變形強(qiáng)烈的隆起構(gòu)造。

圖7 武隆—白馬地區(qū)WLBM2013-NW42測(cè)線地震解釋剖面圖

(7)雙沖構(gòu)造。此類構(gòu)造主要發(fā)育在鄂西—渝東和華鎣山等強(qiáng)變形區(qū)域。由多個(gè)斷坡背斜的垂向疊置，當(dāng)多個(gè)獨(dú)立的斷坡背斜呈前展式向前陸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰的斷坡背斜彼此逐漸靠近，最終疊置在一起，形成雙沖構(gòu)造。

4 斷裂特征

多套地質(zhì)體相互作用，導(dǎo)致川東地區(qū)南北構(gòu)造不一致，同時(shí)研究區(qū)斷裂發(fā)育具有分層性、分期性和繼承性等特征[8]。

川東地區(qū)主要發(fā)育2組斷裂體系，多期構(gòu)造變形使不同構(gòu)造層斷裂走向具有差異性，晚期擠壓變形使早期斷裂發(fā)生繼承性活動(dòng)，并改變了斷裂早期的形態(tài)。

(1)NE向擠壓逆斷裂。這類斷裂主要分布在高陡構(gòu)造翼部，發(fā)育于中形變層，斷裂向上斷至雷口坡組—嘉陵江組膏鹽層，向下斷至志留系泥頁巖層或寒武系膏鹽層，形成于燕山期，主斷裂整體向NNW逆沖，受晚期擠壓作用影響較小。武隆—白馬地區(qū)的大千斷裂、白沙斷裂和平安斷裂等具代表性的斷裂，斷裂規(guī)模大且活動(dòng)期次多。大千斷裂平面延伸約46 km，斷距為200～2 000 m；白沙斷裂平面延伸約42 km，自南向北斷距從100 m逐漸增大至2 600 m；平安斷裂平面延伸約50 km，自南向北斷距從1 250 m逐漸減小至700 m(見表1)。

(2)近SN向擠壓逆斷裂。這類斷裂為川東高陡斷褶帶主體斷裂，整體定型于喜馬拉雅期，可分為晚期新生斷裂和晚期繼承性改造型斷裂。新生斷裂大多形成于喜馬拉雅期，向上斷至地表，向下消失于志留系泥頁巖層，多呈SE向NW逆沖，縱向上切割早期斷裂，在現(xiàn)今高陡構(gòu)造主體的高部位較為常見。部分新生斷裂形成于晚燕山期，向上斷至雷口坡組—嘉陵江組膏鹽層，向下斷至志留系泥頁巖層或寒武系膏鹽層。晚期繼承性改造型斷裂主要為受喜馬拉雅期擠壓作用的早期斷裂發(fā)生繼承性活動(dòng)，大部分?jǐn)D壓應(yīng)力被膏鹽層吸收，消失于雷口坡組—嘉陵江組膏鹽層。

在武隆—白馬地區(qū)，發(fā)育NE-SW向、近SN向和NW-SE向的斷裂共35條(見圖8)，其中，控制武隆向斜構(gòu)造形態(tài)的斷裂5條，延伸長(zhǎng)度均在20 km以上，最長(zhǎng)可達(dá)50 km，最大垂向斷距在2 000 m以上，均為通天斷裂。具有代表性的斷裂，如茶園斷裂和胡家園斷裂，斷裂規(guī)模大，茶園斷裂延伸約24 km，自南向北斷距從1 200 m逐漸減小到450 m；胡家園斷裂延伸約25 km，自南向北斷距從500 m逐漸增大至1 600 m。區(qū)內(nèi)斷裂要素見表1。

圖8 武隆—白馬地區(qū)龍馬溪組斷裂分布圖

表1 武隆—白馬地區(qū)斷裂要素

5 構(gòu)造演化過程與頁巖氣保存

武隆向斜屬于湘鄂西隔槽式構(gòu)造變形中寬緩背斜之間的緊閉向斜，構(gòu)造簡(jiǎn)單，中間地層較緩，兩翼地層較陡，且向斜北翼地層較南翼陡。南北兩翼出露志留系，西北翼為一背斜，核部出露志留系，向斜核部志留系龍馬溪組最大埋深可達(dá)5 500～6 000 m。

從構(gòu)造演化過程來看，控制該地區(qū)頁巖氣保存的有利因素主要是向斜構(gòu)造部位在晚期構(gòu)造變形過程中經(jīng)受的弱改造作用，后期小型斷裂未明顯切穿志留系(見圖9)。NW54-NE14地震測(cè)線構(gòu)造平衡剖面分析表明，武隆—白馬地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)主要形成于燕山晚期—喜山期，抬升剝蝕時(shí)間較晚，主生氣期在J2早期，地層抬升之前有相當(dāng)一段時(shí)期處于生氣期，有利于頁巖氣后期的氣源供給及頁巖氣的保存[10]。龍馬溪組埋深較深，志留系頁巖以及泥質(zhì)巖在深埋條件下塑性程度較高，當(dāng)埋深超過2 000 m時(shí)，微裂縫有一定的愈合能力。

圖9 彭水—武隆—白馬地區(qū)NW54-NE14地震測(cè)線構(gòu)造演化剖面

從構(gòu)造形態(tài)上講，向斜構(gòu)造翼部上傾方向不利于天然氣的側(cè)向封閉，且在燕山期之后，該區(qū)至少經(jīng)歷了3期不同方向的構(gòu)造改造作用，特別是晚白堊世的拉張作用，正斷裂切穿有效封蓋層對(duì)氣藏的破壞作用是致命的。

6 結(jié) 語

初步厘清了武隆及其鄰區(qū)的構(gòu)造格局：武隆向斜呈NNE向盾狀展布，NW翼較陡，SE翼較緩；武隆地區(qū)構(gòu)造樣式主要以疊瓦沖斷褶皺、斷彎褶皺、三角帶構(gòu)造和沖起構(gòu)造為主。川東地區(qū)下古生界海相頁巖沉積時(shí)代較老，進(jìn)入大量生氣期的時(shí)間較早，復(fù)雜構(gòu)造區(qū)或大斷裂帶范圍內(nèi)的頁巖氣大規(guī)模生成之后會(huì)經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間、多期次的構(gòu)造作用，致使深部及地表地質(zhì)條件復(fù)雜，頁巖氣藏保存條件較差；相反，在盆緣構(gòu)造帶中埋深適中，構(gòu)造變形幅度相對(duì)較小、且斷裂欠發(fā)育的構(gòu)造單元，頁巖氣藏的保存條件相對(duì)較好。在今后的工作中，應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造保存條件與頁巖儲(chǔ)層含氣性、產(chǎn)能等重要參數(shù)的定量關(guān)系研究，才能更好地將勘探開發(fā)成果應(yīng)用于生產(chǎn)中。