川西南復(fù)雜構(gòu)造區(qū)震旦系-寒武系油氣保存條件

曹虎威，祝海華，劉 競，梁 靜，舒曉燕，范存輝

(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.西南石油大學(xué)天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500；3.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610051；4.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 611756)

四川盆地震旦系-寒武系發(fā)育多套烴源巖，資源潛力大，是油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域之一[1-3]。油氣保存條件是海相盆地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)勘探成敗的關(guān)鍵因素，此觀點(diǎn)已被眾多油氣勘探領(lǐng)域的學(xué)者重視[4]。四川盆地西南部(以下簡稱川西南)盆緣地帶地質(zhì)歷史復(fù)雜，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響大，在不同構(gòu)造條件下，川西南震旦系-寒武系油氣的保存條件及富集程度存在明顯差異[5]。前人對(duì)油氣保存條件進(jìn)行了廣泛研究，李明誠等強(qiáng)調(diào)斷層破壞、抬升剝蝕等構(gòu)造作用是油氣保存條件定性研究的重點(diǎn)[6]；何登發(fā)等對(duì)封蓋層和斷層的封閉性能與封閉時(shí)間的匹配分析等方面進(jìn)行研究，提出深大斷裂影響保存單元的分割，并進(jìn)一步明確了油氣保存單元的概念[7]；馬永生等從后期構(gòu)造作用強(qiáng)度、出露地層情況、蓋層和斷層的封閉性、水文地質(zhì)條件和地下流體化學(xué)-動(dòng)力學(xué)參數(shù)等進(jìn)行解析，動(dòng)態(tài)研究了中國南方海相地層的油氣保存條件[8-9]；李飛等認(rèn)為構(gòu)造作用、斷層分布、地層出露及蓋層封蓋性能、地下水化學(xué)特征、地層流體壓力等參數(shù)為油氣保存條件的主要影響因素[10]。本文以川西南為例，充分考慮該區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件及構(gòu)造特征，優(yōu)選構(gòu)造形態(tài)及斷裂特征、地層出露情況、蓋層、典型井地層水化學(xué)性質(zhì)、壓力系數(shù)等參數(shù)作為川西南油氣保存條件評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，多角度評(píng)價(jià)了川西南復(fù)雜構(gòu)造區(qū)震旦系-寒武系油氣保存條件，對(duì)油氣勘探與開發(fā)具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川西南地區(qū)位于四川盆地西南緣，東北與華鎣山褶皺帶西傾伏段相接，南鄰?qiáng)渖今薨?沖斷帶，西鄰安寧河斷裂帶和康滇隆起帶(圖1)。自基底形成以來，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造、沉積作用，尤其是晚新生代以來的強(qiáng)烈再生前陸構(gòu)造作用，造成川西南盆緣地帶地形地貌復(fù)雜化和地表沖斷結(jié)構(gòu)[11]。因此，該地區(qū)處在不同構(gòu)造帶相互疊加的區(qū)域，構(gòu)造變形異常復(fù)雜。

2 油氣保存條件

2.1 構(gòu)造形態(tài)及斷裂特征

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的褶皺變形、斷裂切割、地層隆升、剝蝕、地表水下滲以及壓力體系的破壞等，是造成油氣藏破壞與散失的根本原因。通常情況下，區(qū)域構(gòu)造變形越強(qiáng)烈，保存條件就越差，反之亦然[8]。構(gòu)造變形通常伴生不同尺度的斷裂及破碎作用，特別是切穿整個(gè)基底-蓋層的深大斷裂，打破了原有的構(gòu)造平衡，成為油氣散失的主要通道。此外，構(gòu)造變形在蓋層中所產(chǎn)生的裂隙、微裂隙會(huì)破壞原封蓋層的整體塑性，使其封蓋性能大大降低，甚至失去封蓋作用[12]。

川西南地區(qū)受周邊不同構(gòu)造單元的共同影響，發(fā)育了不同的構(gòu)造形態(tài)及斷裂。西南部的康滇隆起帶、東南部的大婁山變形整體呈大型走滑斷裂帶的正花狀構(gòu)造體系特征，其山前帶呈疊瓦式?jīng)_斷變形，且構(gòu)造變形向盆內(nèi)差異傳遞；往大婁山過渡位置主要發(fā)育寬緩褶皺，褶皺形態(tài)主要受往盆內(nèi)方向傳播的正向逆沖斷層控制。西北部的川西低陡斷褶帶屬于龍門山前構(gòu)造體系，構(gòu)造軸線及斷層沿北東東-南西西向展布，油氣圈閉的發(fā)育與褶皺密切相關(guān)；中西部地區(qū)的峨眉-涼山斷塊帶屬于峨眉-瓦屋山構(gòu)造體系，主要構(gòu)造有周公山、漢王場等，構(gòu)造軸線及斷層沿南北向展布，通天斷裂較發(fā)育，油氣保存條件較差(圖2)。

圖2 川西南寒武系地層底界斷裂分布

從不同構(gòu)造單元的構(gòu)造保存條件看，川西南盆緣構(gòu)造發(fā)育具有明顯的上下分層特征(圖3)。上構(gòu)造層以中三疊統(tǒng)為滑脫斷層及派生的逆沖斷層為主，下構(gòu)造層以基底滑脫斷層及派生的反沖斷層構(gòu)成隱伏構(gòu)造，保存條件相對(duì)上構(gòu)造層好。其中周公1井、漢深1井皆位于川西南古隆起的構(gòu)造高部位(圖3)，但由于附近發(fā)生了強(qiáng)烈的沖斷疊加褶皺變形，周公山及南部地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，構(gòu)造頂部產(chǎn)生通天斷層，油氣保存條件差。威遠(yuǎn)氣田發(fā)育區(qū)受威遠(yuǎn)古隆起的影響，震旦系-寒武系地層皆隆起于構(gòu)造高部位，未見深大斷裂，僅發(fā)育一些小型的隱伏斷裂，有利于油氣的聚集成藏，保存條件好。

圖3 川西南過周公山-威遠(yuǎn)構(gòu)造解釋剖面

2.2 地層水與油氣保存

川西南盆緣寒武系地層底界斷裂復(fù)雜，主要沿南西西向、近南北向展布，具有斷裂分布廣、斷穿層位多、密度大、斷距大等特征(圖2)。一般而言，大斷裂往往是油氣運(yùn)移的指向帶，不僅能成為油氣散失的主要通道，也會(huì)造成地層水與地表水互通，從而影響巖層的礦化度和水化學(xué)性質(zhì)。分析表明，水型、地層水礦化度是油氣保存評(píng)價(jià)的重要因素。礦化度高，水型為CaCl2，表明地層封蓋能力較強(qiáng)，油氣保存條件好；礦化度低，水型為NaHCO3或Na2SO4，說明油氣散逸通道被打開，大氣水進(jìn)入儲(chǔ)層，油氣保存條件差[13]。

依據(jù)川西南盆緣地區(qū)重點(diǎn)井?dāng)?shù)據(jù)(表1)，宮深1井燈四段礦化度74.10 g/L，水型為CaCl2，地層水礦化度高，油氣保存條件相對(duì)較好；周公1井、漢深1井震旦系測(cè)試產(chǎn)水，水型為NaHCO3、Na2SO4型，保存條件差；窩深1井震旦系燈影組水型為NaHCO3，燈四段測(cè)得礦化度為0.41 g/L，說明有地表水滲入，震旦系上統(tǒng)及以上地層油氣保存條件可能已經(jīng)遭到破壞。由此可知，周公山、老龍壩-大窩頂以及漢王場周邊震旦系-寒武系地層油氣保存條件差，不利于勘探。通過重點(diǎn)井礦化度曲線散點(diǎn)圖可知(圖4)，井位離主控?cái)嗔言竭h(yuǎn)，礦化度越高。距主控?cái)嗔?.5 km范圍內(nèi)，礦化度小于15.00 g/L，水型為NaHCO3，保存條件較差；在1.5～3.0 km范圍內(nèi)，礦化度逐步上升，保存條件一般；在大于3.0 km之外的井，礦化度大于40.00 g/L，水型為CaCl2，保存條件好。

圖4 川西南地區(qū)重點(diǎn)井礦化度曲線

2.3 地層出露與油氣保存

地表出露地層與油氣保存條件的關(guān)系十分密切，一般來說，地表出露中三疊統(tǒng)及以上地層，為地層出露較新的區(qū)域，則說明上古生界及以下地層的保存條件較好。若地表出露志留系-奧陶系及以下地層，說明地層已經(jīng)受到嚴(yán)重的剝蝕，保存條件可能已經(jīng)被破壞[9]，不利于油氣勘探與開發(fā)。川西南地層出露情況表明(圖5)，川西南盆緣出露了大規(guī)模不連續(xù)的古生界以及前寒武系地層[11]，如峨眉-瓦屋山構(gòu)造區(qū)域，出露了大規(guī)模的寒武系、奧陶系地層，以及少部分震旦系基底地層，說明該區(qū)蓋層遭受到了嚴(yán)重的剝蝕以及推覆、擠壓與隆升，保存條件較差。盆地內(nèi)部以新生界和中生界地層居多，如大興場構(gòu)造區(qū)地表出露侏羅系以上地層，盆地內(nèi)部地層剝蝕及構(gòu)造作用弱，相比盆地外緣地層出露新，保存條件較好?？傮w來看，川西南地表出露地層由盆外到盆內(nèi)由老變新，保存條件依次變好。

圖5 川西南地層出露情況

2.4 蓋層與油氣保存

良好的區(qū)域蓋層決定油氣的保存程度[6]，即蓋層厚度越大，油氣保存封閉性就越好。研究區(qū)有效區(qū)域蓋層主要是須家河組底部的泥質(zhì)巖、中下三疊統(tǒng)膏鹽巖和下寒武統(tǒng)泥質(zhì)巖，這三套蓋層發(fā)育廣、厚度大、封蓋性好[14]。川西南盆地內(nèi)部區(qū)域蓋層較為完整、厚度大、封閉性好，油氣保存條件好，如盆內(nèi)大興場構(gòu)造區(qū)；然而，盆地外緣受強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)影響，蓋層剝蝕嚴(yán)重，厚度小，特別是盆緣造山帶伴有通天斷裂，油氣保存條件差，如龍門山前構(gòu)造帶及峨眉-瓦屋山構(gòu)造，地表出露大量前震旦基底地層，形成剝蝕天窗，油氣絕大部分散失。整體來看，川西南蓋層條件由盆外造山帶至盆內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)逐漸變好。

2.5 壓力系數(shù)與油氣保存

壓力系數(shù)是判別地層流體壓力的一個(gè)指標(biāo)，一般來講，超高壓(壓力系數(shù)大于1.20～1.50)的情況下，流體封閉性及保存條件較好；低壓或常壓(小于1.10)下，地層封堵性差，油氣保存條件差[15-16]。測(cè)試資料顯示，窩深1井寒武系地層壓力系數(shù)為0.90，為低壓區(qū)，說明大窩頂構(gòu)造區(qū)及周邊區(qū)域蓋層遭到破壞，不能形成有效封堵，油氣保存條件差，局部區(qū)域油氣可能會(huì)散失；宮深1井在寒武系地層壓力系數(shù)為1.15，為正常壓力系統(tǒng)，油氣的保存條件相對(duì)好一些，封蓋保存能力一般。整體來說，川西南盆地周緣寒武系-震旦系地層壓力被低壓-常壓區(qū)覆蓋，壓力封堵性能整體表現(xiàn)為盆緣差、盆內(nèi)好。

3 油氣保存條件評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)上述對(duì)川西南復(fù)雜構(gòu)造區(qū)震旦系-寒武系油氣保存條件的分析，結(jié)合前人研究成果，建立川西南油氣保存條件評(píng)價(jià)指標(biāo)(表3)。

表3 川西南油氣保存條件評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

川西南地區(qū)盆內(nèi)地層出露較新，蓋層條件好，斷裂不發(fā)育，是油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域；其中，大興場、威遠(yuǎn)區(qū)域深層發(fā)育碳酸鹽巖構(gòu)造層，斷裂少，出露地層較新，多為三疊系以上地層，且地層水礦化度高、水型為CaCl2，為油氣保存有利區(qū)；油氣保存一般區(qū)多位于峨眉-瓦屋山構(gòu)造體系東南部，多在盆地邊緣，該地區(qū)出露二疊系-泥盆系地層，構(gòu)造變形適中，發(fā)育一些小規(guī)模斷層，且地層水礦化度較高，水型常見MgCl2、Na2SO4，具有一定的勘探潛力；油氣保存不利區(qū)多位于盆地外造山帶，如周公山、漢王場構(gòu)造，出露地層以志留系、寒武系及奧陶系為主，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，斷裂分布密集并伴有通天大斷裂，且周公1井、漢深1井震旦系產(chǎn)淡水，油氣保存條件差；老龍壩構(gòu)造區(qū)壓力系數(shù)偏低，出現(xiàn)局部低壓，蓋層封堵性能差，油氣保存條件遭到破壞，不利于油氣勘探。

圖6 川西南油氣保存條件結(jié)果劃分

4 結(jié)論

(1)通過分析川西南地區(qū)震旦系-寒武系構(gòu)造作用強(qiáng)度、出露地層及蓋層，結(jié)合地層水化學(xué)性質(zhì)、壓力系數(shù)等，建立川西南地區(qū)油氣保存條件評(píng)價(jià)體系，并將研究區(qū)劃分為油氣保存有利區(qū)、一般區(qū)、不利區(qū)三類。

(2)川西南地區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造隆升，盆緣造山帶大規(guī)模出露基底，風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，震旦系-寒武系受到地表水的沖洗，地層水水型多為NaHCO3、Na2SO4，油氣散逸通道被打開，對(duì)油氣的保存造成強(qiáng)烈破壞。

(3)川西南地區(qū)經(jīng)歷了較為復(fù)雜的構(gòu)造變形，構(gòu)造的復(fù)雜性和斷層的活動(dòng)性決定了油氣成藏的復(fù)雜性，盆緣造山帶構(gòu)造變形強(qiáng)烈，深大斷裂發(fā)育，對(duì)油氣保存條件影響大；盆內(nèi)受構(gòu)造活動(dòng)影響較小，不發(fā)育深大斷裂或距離深大斷裂較遠(yuǎn)，對(duì)油氣保存條件影響較小。整體上看，油氣保存條件由盆外至盆內(nèi)逐漸變好。