川西北部中二疊統(tǒng)油氣保存條件綜合分析*

曾雨露，范存輝**，夏茂龍，郭鴻喜，劉 競(jìng)，梁 靜，歐祎泓

(1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；2.中石油西南油氣田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都 610051)

四川盆地一直是我國(guó)具備較大勘探潛力的地區(qū)，具有多年成藏歷史。尤其是川西北地區(qū)，富含多套成藏組合，成藏條件十分優(yōu)越。但是在勘探初期，由于客觀因素的限制，有關(guān)龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶勘探資料的尚不完善，缺乏對(duì)龍門(mén)山構(gòu)造帶油氣聚集、保存規(guī)律等的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，龍門(mén)山構(gòu)造帶的勘探未見(jiàn)成效[1]。四川盆地西北部最早在河灣場(chǎng)二疊統(tǒng)茅口組和棲霞組發(fā)現(xiàn)了石灰?guī)r裂縫型氣藏，其次在礦山梁K2井棲霞組鉆探發(fā)現(xiàn)厚層孔隙型白云巖儲(chǔ)層，隨后在川西北部雙魚(yú)石構(gòu)造鉆探ST1井發(fā)現(xiàn)了棲霞組孔隙型白云巖氣藏，鉆探的ST3井則在泥盆系觀山霧組、二疊系棲霞組均鉆獲白云巖儲(chǔ)層并獲得工業(yè)氣流，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了雙魚(yú)石上古生界氣藏，這是川西北二疊系鉆探史上的重大成果，進(jìn)一步證實(shí)了川西北二疊系具有一定的勘探潛力。隨著龍門(mén)山南段平落壩須家河組氣藏的發(fā)現(xiàn)，龍門(mén)山北段雙魚(yú)石氣藏以及龍門(mén)山中段的中壩氣田等的發(fā)現(xiàn)，均證明龍門(mén)山逆沖推覆帶的油氣顯示分布十分廣泛，但由于龍門(mén)山斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)異常強(qiáng)烈，形成有利于油氣聚集的圈閉條件的同時(shí)也存在油氣儲(chǔ)集條件被破壞或滲漏的現(xiàn)象[2]。

川西北部對(duì)二疊系勘探歷史始于河灣場(chǎng)構(gòu)造，但是后續(xù)并沒(méi)有展現(xiàn)良好的勘探效果，直至近年來(lái)在雙魚(yú)石地區(qū)鉆井遇高產(chǎn)工業(yè)氣流[3]，才通過(guò)實(shí)際勘探資料證明，在四川盆地西北部的二疊系中含有豐富的油氣資源。因此，油氣保存條件的優(yōu)劣對(duì)油氣成藏以及油氣勘探起著至關(guān)重要的作用。目前，已有很多有關(guān)川西北地區(qū)油氣保存條件研究的成果，張鵬輝等主要是選取了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、蓋層條件、巖漿活動(dòng)、流體系統(tǒng)地球化學(xué)以及油氣聚散定量模擬等因素，系統(tǒng)的分析對(duì)油氣保存的影響[2]。袁玉松等[3]在蓋層條件是直接影響油氣保存條件的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地總結(jié)了超深層油氣保存條件的主控因素，以及含油氣盆地油氣保存條件評(píng)價(jià)思路。鄧大平等則著重于地層水化學(xué)特征如何反映含油氣盆地油氣保存條件的優(yōu)劣[4]。郭兵提出對(duì)龍門(mén)山?jīng)_斷帶的勘探研究有利于優(yōu)選川西地區(qū)新的儲(chǔ)量接替區(qū)[1]。

因此本文主要以川西北部地區(qū)二疊系為例，立足于斷層發(fā)育情況、地層出露特征、地層水化學(xué)特征，以及實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)顯示的勘探現(xiàn)狀等方面，綜合考慮以上影響因素對(duì)油氣保存條件的作用機(jī)制，進(jìn)一步研究復(fù)雜構(gòu)造對(duì)保存條件的影響。根據(jù)選取因子對(duì)研究區(qū)油氣保存條件的影響程度，劃分出油氣保存有利區(qū)、油氣保存一般區(qū)及油氣保存不利區(qū)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐有一定的參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地，作為三大克拉通盆地之一，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，同時(shí)也蘊(yùn)藏極大的勘探潛力。川西北區(qū)塊主要是指龍門(mén)山與四川盆地結(jié)合部位。從大地構(gòu)造特征來(lái)看，龍門(mén)山造山帶位于揚(yáng)子陸塊與松潘陸塊之間的過(guò)渡帶上，西以茂縣-汶川斷裂為界，東以安縣-灌縣斷裂為界[5]，向北東方向延伸進(jìn)入秦嶺造山帶后為勉略斷裂所截，向南西與康滇南北構(gòu)造帶相接[6]。習(xí)慣上，以北川—映秀斷裂為界，將其以西的部分稱(chēng)為龍門(mén)山后山帶(后龍門(mén)山)，以東的部分稱(chēng)為龍門(mén)山前山帶(前龍門(mén)山)[7]。根據(jù)上述劃分方案，川西北區(qū)塊包括了龍門(mén)山的前山帶和山前帶，其中龍門(mén)山前山帶指灌縣-江油斷裂與北川-映秀斷裂所夾持的區(qū)域，也稱(chēng)龍門(mén)山薄皮褶皺沖斷帶，構(gòu)造樣式以疊瓦式逆沖推覆為主；龍門(mén)山前帶為灌縣-江油斷裂東部的龍門(mén)山前緣擴(kuò)展變形帶，構(gòu)造樣式主要為平緩單斜構(gòu)造[7],這兩者也是油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)(圖1)。

研究區(qū)位于川西北部，包括河灣場(chǎng)、礦山梁、雙魚(yú)石等地區(qū)，處于斷層發(fā)育區(qū)。受斷層控制，多處產(chǎn)生背斜、斷背斜及斷鼻構(gòu)造，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育南西-北東向斷層，斷距大，延伸長(zhǎng)度遠(yuǎn)[8-13]。

2 油氣保存條件綜合分析

2.1 川西北部斷裂特征

由川西北部龍門(mén)山構(gòu)造帶前山帶的構(gòu)造解釋剖面顯示，其構(gòu)造變形主體受北西傾的安縣—灌縣斷裂控制(圖2)，主干斷層形態(tài)下緩上陡，并向前陸方向發(fā)生分叉，形成兩到三條分支斷層。這些分支斷層向上均突破至地表，在上盤(pán)地層發(fā)生不同程度的褶皺，震旦系、寒武系、奧陶系、志留系及石炭系地層卷入變形。

龍門(mén)山北段山前帶主要為露侏羅系地層，受到強(qiáng)烈龍門(mén)山前山帶強(qiáng)烈構(gòu)造變形的傳遞影響，位于安縣—灌縣斷裂至隱伏斷層(1號(hào)斷裂)的山前帶變形區(qū)形成了多條次級(jí)斷層，構(gòu)成龍門(mén)山前北段典型的疊瓦式斷裂體系(圖2)，1號(hào)隱伏斷層上盤(pán)卷入變形地層為寒武系至侏羅系地層，該斷層斷距由下往上逐漸變小，上盤(pán)地層呈現(xiàn)前翼陡后翼緩的褶皺形態(tài)，整體上構(gòu)成斷層傳播褶皺變形樣式。1號(hào)斷層下盤(pán)為隱伏前緣帶，受下三疊統(tǒng)內(nèi)嘉陵江組鹽巖及下部寒武系滑脫層夾持的共同影響，該構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育多條構(gòu)逆沖斷層和反沖斷層，這些斷層整體位移量不大，錯(cuò)斷寒武系上部、二疊系和下三疊統(tǒng)地層并形成斷層相關(guān)褶皺。上部地層主體呈現(xiàn)一個(gè)向東南傾伏的單斜樣式

圖2 川西北部地震剖面圖(測(cè)線(xiàn)位置見(jiàn)圖中的a—a’)(根據(jù)西南油氣田修改)

結(jié)合前人研究成果及本文中關(guān)于川西北部典型構(gòu)造剖面分析，認(rèn)為川西北深部地層有較多的滑脫派生逆沖構(gòu)造。構(gòu)造樣式主要為淺部的平緩單斜構(gòu)造及深部的寒武滑脫派生的小型逆沖及反沖斷裂體系；前山帶斷裂發(fā)育，多處可見(jiàn)通天斷裂，不利于油氣儲(chǔ)存；而山前帶和前陸盆地帶斷裂發(fā)育程度較小且小斷層的產(chǎn)生有利于油氣運(yùn)移，保存條件相對(duì)較好。

此外，受到多套滑脫層的影響，川西北山前帶至前陸盆地區(qū)深部發(fā)育的隱伏構(gòu)造是油氣保存的有利區(qū)，但空間上保存條件存在一定差異[14-15]。

以龍門(mén)山北段為例(圖2)，其深部以寒武系底界為滑脫斷層向盆內(nèi)傳遞，局部突破構(gòu)成小型正反向逆沖斷裂系，此類(lèi)構(gòu)造夾持于頂部中三疊滑脫層及深部寒武滑脫層之間，對(duì)油氣保存有利，雙魚(yú)石構(gòu)造屬于該構(gòu)造類(lèi)型的典型。

2.2 過(guò)井剖面構(gòu)造分析

圈閉是油氣儲(chǔ)集的重要條件，大規(guī)模斷裂發(fā)育往往會(huì)破壞圈閉條件，但小斷層的產(chǎn)生又有利于圈閉的生成。川西北部F1斷層向盆內(nèi)方向斷裂發(fā)育程度減小，未有大斷裂帶分布，多處產(chǎn)生小斷層，因此盆內(nèi)有多處良好的圈閉條件(圖3)。

圖3 川西北部構(gòu)造圈閉及斷層分布圖

目前鉆探的HX1井是為探索川西北部地區(qū)①號(hào)斷層下盤(pán)下二疊統(tǒng)隱伏構(gòu)造含氣性，拓展山前帶勘探新領(lǐng)域，同時(shí)兼探①號(hào)斷層上盤(pán)疊瓦構(gòu)造帶，對(duì)進(jìn)一步研究川西北二疊系油氣資源具有一定的實(shí)際意義。筆者以ST9井和HX1井為例，輔以過(guò)井構(gòu)造解釋剖面，以期加深川西北部構(gòu)造活動(dòng)的認(rèn)識(shí)，結(jié)合實(shí)際勘探資料，深入分析鉆井區(qū)油氣保存條件，并以此類(lèi)比相同構(gòu)造的未勘探區(qū)，使得區(qū)域油氣保存條件評(píng)價(jià)更加客觀真實(shí)。

2.3.1 St9井構(gòu)造解剖

St9井位于江油市東北部，構(gòu)造上屬于龍門(mén)山前山帶的前鋒帶，目前已鉆達(dá)茅口組，進(jìn)深已超過(guò) 7600 m。結(jié)合St9井的構(gòu)造解釋剖面圖(圖4)，St9井鉆遇龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造前鋒帶的隱伏斷裂-①號(hào)斷裂。該斷裂上盤(pán)表現(xiàn)為局部小斷裂錯(cuò)斷的倒轉(zhuǎn)背斜，隱伏斷裂下盤(pán)發(fā)育多條小型逆沖斷裂及反沖斷裂發(fā)育的隱伏構(gòu)造。該隱伏構(gòu)造發(fā)育較為局限，主要夾持在寒武系底部及下三疊統(tǒng)嘉陵江組之間，地層這些受擠壓后表現(xiàn)出的小型褶皺是有利的構(gòu)造圈閉，為油氣資源提供了良好的儲(chǔ)集空間。整體上，自東向西，構(gòu)造有逐漸抬升的趨勢(shì)，相對(duì)于目前正在勘探的雙魚(yú)石地區(qū)，該隱伏構(gòu)造帶的隆起幅度更大、埋深更淺，是有利的油氣勘探目標(biāo)區(qū)帶，說(shuō)明油氣保存條件好。

2.3.2 Hx1井構(gòu)造解剖

Hx1井位于羅家山潛伏構(gòu)造西南傾末端，是證明川西北部二疊系勘探潛力的又一嘗試。Hx1井目前鉆井深 5820.45 m(棲霞組)，整體位于①號(hào)斷裂上盤(pán)。結(jié)合Hx1井構(gòu)造解釋(圖4)，Hx1井在鉆探至嘉陵江底時(shí)，斷層分布密集且發(fā)育程度很高，不利于圈閉的產(chǎn)生。但是向下繼續(xù)鉆探時(shí)，斷層分布減小，斷層不發(fā)育，為油氣資源提供了良好的圈閉條件和運(yùn)移通道，油氣的保存條件較好。而且四川盆地川西北部①號(hào)斷層下盤(pán)隱伏構(gòu)造下二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)育準(zhǔn)原地構(gòu)造，有利區(qū)面積近 2000 km2，也可說(shuō)明該區(qū)域油氣保存條件較好。

圖4 過(guò)Hx1井、St9井構(gòu)造解釋剖面圖(測(cè)線(xiàn)位置見(jiàn)圖4AA’)

2.3 地層出露特征

蓋層是直接影響油氣保存條件優(yōu)劣的主控因素，其影響方式主要表現(xiàn)在宏觀和微觀兩方面。宏觀方面是指蓋層的厚度和分布的連續(xù)性直觀反映了封蓋條件，而封蓋條件是聚集油氣的主控因素；微觀方面是排替壓力對(duì)封蓋能力的影響，排替壓力越強(qiáng)，封蓋能力越強(qiáng)，反之則越弱[16]。

四川盆地西北地區(qū)主體位于龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造單元中北緣，米倉(cāng)山-大巴山逆沖推覆構(gòu)造單元南緣西段的南江橋亭一帶，地層出露較齊全，由前震旦紀(jì)基底雜巖至第四系全新統(tǒng)均有出露(圖1)。二疊系的蓋層主要為早中三疊世為海相沉積，晚三疊世—侏羅紀(jì)為陸相沉積[4]，但由于該地區(qū)在整個(gè)歷史發(fā)展過(guò)程中受到印支、燕山、喜馬拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地殼經(jīng)歷了多次沉降與隆升變遷。在地層發(fā)育過(guò)程中，由于多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的頻繁活動(dòng)和盆地的不斷演化，使得研究區(qū)由南向北，由東向西，沉積基底和古地貌有著很大的差異，各時(shí)代地層在橫向上沉積相類(lèi)型和主要巖性組合、生物組合各不相同，反映出的油氣保存特征也各不相同。

四川盆地西北地區(qū)自北西向至南東向，由盆地外至盆地內(nèi)，地層由老變新。主要表現(xiàn)在茂縣-汶川斷裂以西大面積出露寒武系、泥盆系和震旦系等基底地層，說(shuō)明地表風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，區(qū)域地層已經(jīng)完全喪失了封蓋能力，且鉆井?dāng)?shù)據(jù)顯示地層水型為Na2SO4，進(jìn)一步說(shuō)明地層封閉條件被破壞，油氣保存條件不佳；茂縣-汶川斷裂到前山隱伏斷裂地層新老交加，地表出露地層多為侏羅系白堊系或震旦系泥盆系等，存在泥盆系滑脫體系。勘探資料表明，地層深部多為二疊系和三疊系，上盤(pán)保存條件差下盤(pán)保存條件好；前山隱伏斷裂以東向盆內(nèi)方向，地層多為新生界地層或白堊系侏羅系，地表剝蝕不嚴(yán)重，有利于油氣儲(chǔ)存，盆地內(nèi)保存條件好。

龍門(mén)山自印支期以來(lái)向川西坳陷多次逆沖推覆，在產(chǎn)生區(qū)域斷裂的同時(shí)，也使盆山結(jié)合部位地層抬升剝蝕，蓋層遭到一定程度的破壞。

2.4 地層水化學(xué)特征

除了斷裂發(fā)育會(huì)對(duì)油氣保存條件造成直觀的影響以外，地層水化學(xué)特征也可以間接的反應(yīng)油氣保存條件的優(yōu)劣[4,17-19]。自1972年(H1井)以來(lái)，針對(duì)前山帶(盆地外圍區(qū))在河灣場(chǎng)、射箭河、礦山梁、天井山地區(qū)共部署21口鉆井。其中，鉆遇下二疊統(tǒng)井位總計(jì)15口。河灣場(chǎng)構(gòu)造20世紀(jì)80年代的鉆探顯示，茅口組為裂縫性灰?guī)r氣藏，HS1奧陶系產(chǎn)氣，H2、H3、H4井二疊系產(chǎn)氣，H2井壓力系數(shù)1.02，盆內(nèi)保存條件相對(duì)較好，具有一定的勘探潛力。礦山梁構(gòu)造在①號(hào)斷層下盤(pán)，K1茅口組產(chǎn)氣、K3棲霞組產(chǎn)微氣，實(shí)鉆壓力系數(shù)較高，保存條件較好；K2井棲霞組產(chǎn)淡水，而①號(hào)斷層上盤(pán)北部地表大范圍出露三疊系及更老地層，二疊系埋深淺，保存相對(duì)較差。詳見(jiàn)表1。

表1 川西北部分井鉆井情況表

根據(jù)10口井實(shí)際鉆井情況資料，發(fā)現(xiàn)靠近或遠(yuǎn)離斷裂發(fā)育區(qū)域，礦化度的數(shù)值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，為探究二者之間是否存在相關(guān)性，繪制回歸曲線(xiàn)分析二者之間的關(guān)系(圖5、圖6)。

圖5 重點(diǎn)井礦化度趨勢(shì)線(xiàn)圖

圖6 重點(diǎn)井壓力系數(shù)趨勢(shì)圖

結(jié)果表明，相關(guān)系數(shù)趨近于1，二者之間呈正相關(guān)關(guān)系，即井位與通天斷裂的距離越遠(yuǎn)，水型多顯示為CaCl2，礦化度也顯示較高的數(shù)值，說(shuō)明地層封閉性好，油氣儲(chǔ)集空間未被破壞；而距離通天斷裂越近的井，水型顯示多為Na2SO4、NaHCO3等，礦化度數(shù)值也較低，說(shuō)明可能由于地層抬升剝蝕，地層處于半封閉或開(kāi)啟的狀態(tài)，油氣保存條件被破壞不利于氣藏的保存。此外，壓力系數(shù)也顯示出相似的特征。

3 油氣保存條件評(píng)價(jià)

3.1 油氣保存評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過(guò)研究四川盆地西部龍門(mén)山斷裂帶與油氣保存的關(guān)系認(rèn)為，影響研究區(qū)油氣藏保存條件的主要因素是大規(guī)模的斷裂對(duì)蓋層的破壞程度，以及由此而產(chǎn)生的水化學(xué)、水動(dòng)力條件的優(yōu)劣[20-29]。綜合考慮這些影響因素，建立油氣保存條件評(píng)價(jià)體系(表2)，對(duì)研究區(qū)油氣保存條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)級(jí)結(jié)果表明研究區(qū)可劃分出保存有利區(qū)、保存一般區(qū)和保存不利區(qū)等三類(lèi)油氣保存區(qū)(圖7)。

圖7 川西北部油氣保存區(qū)帶劃分圖

表2 川西北油氣保存條件評(píng)價(jià)表

3.2 油氣保存評(píng)價(jià)結(jié)果

保存有利區(qū)：位于盆地內(nèi)部，遠(yuǎn)離龍門(mén)山斷裂帶，主要分布在河灣場(chǎng)、雙魚(yú)石等擁有良好含氣性構(gòu)造區(qū)域。構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈，多處發(fā)育小斷層，地表出露新生代地層，有良好的封蓋條件，地層水水型主要為CaCl2型，地層處于封閉狀態(tài)，為油氣保存條件好的有利區(qū)帶。

保存一般區(qū)：位于龍門(mén)山前鋒推覆帶及部分盆內(nèi)區(qū)域，靠近前山隱伏斷裂，地表出露上三疊系須家河組三段，有一定的封蓋條件，發(fā)育多期臺(tái)緣帶，背斜構(gòu)造輪廓清晰、構(gòu)造規(guī)模大,具有一定的勘探潛力，但地層水型顯示為MgCl2、Na2SO4等，地層處于半封閉或開(kāi)啟狀態(tài)，圈閉條件在一定程度上被破壞，保存條件一般。

保存不利區(qū)：前山隱伏斷裂以西，斷層發(fā)育，多處產(chǎn)生逆沖推覆構(gòu)造，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，以飛來(lái)峰為代表，存在志留系滑脫體系，斷裂多斷至地表。地層出露泥盆系、志留系等基底地層，蓋層被嚴(yán)重剝蝕，基本無(wú)封蓋條件及儲(chǔ)集條件，油氣保存條件差。

4 結(jié)論

1)四川盆地西北部油氣藏的保存條件主要影響因素是龍門(mén)山斷裂帶對(duì)蓋層的破壞程度，由此產(chǎn)生了一系列圈閉條件、儲(chǔ)集空間、地層水化學(xué)條件的變化，地層壓力環(huán)境的改變，從而進(jìn)一步改變油氣藏的成藏、儲(chǔ)集、運(yùn)移條件。其中，隱伏構(gòu)造帶具有優(yōu)越的天然氣成藏條件。

2)總體上，川西北部地區(qū)橫向上隨著向盆地內(nèi)靠近的方向，斷層發(fā)育程度就越來(lái)越小，構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈，遠(yuǎn)離斷裂發(fā)育地區(qū)油氣保存條件逐漸變好；縱向上隨著埋深的增加，油氣保存條件復(fù)雜，存在深部斷層不發(fā)育，保存條件向深部逐漸變好的情況。

3)龍門(mén)山前山帶北段受多次構(gòu)造活動(dòng)抬升，地表剝蝕嚴(yán)重，斷裂發(fā)育，棲霞-茅口組鉆井顯示水型多為NaHCO3、Na2SO4，表明地層處于開(kāi)啟或半封閉狀態(tài)，油氣藏遭到破壞;山前帶斷裂隱伏于地下，構(gòu)造變形相對(duì)減弱，鉆井顯示水型多為CaCl2，對(duì)油氣保存條件未產(chǎn)生強(qiáng)烈破壞，油氣保存條件相對(duì)較好。