逆沖斷褶帶大斷層下盤層間褶皺特征及油氣成藏
——以庫(kù)車克拉蘇構(gòu)造帶和龍門山構(gòu)造帶北段油氣勘探為例

梁順軍，段 杰，彭業(yè)君，鄧紹強(qiáng)，王中海，吳育林，游李偉，杜均國(guó)，孫 甫，龔富華

（1.中國(guó)石油東方地球物理勘探公司西南物探研究院，四川 成都 610213；2.中國(guó)石油東方地球物理勘探公司西南物探分公司,四川 成都 610213）

20世紀(jì)80年代以來(lái)，四川盆地周邊逆沖斷褶帶龍門山、米蒼山-大巴山前緣及川東高陡構(gòu)造，新疆天山北緣、南緣，昆侖山前緣，青海祁連山西北緣等進(jìn)行大規(guī)模油氣勘探，取得了油氣勘探發(fā)現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)油氣藏規(guī)模的大小、數(shù)量及勘探開發(fā)可持續(xù)時(shí)間大相徑庭，具有規(guī)模性的持續(xù)性的大發(fā)現(xiàn)為數(shù)不多，目前只有庫(kù)車前陸盆地克拉蘇構(gòu)造帶克深①號(hào)斷層下盤白堊系層間褶皺和龍門山構(gòu)造北段龍深①號(hào)斷層下盤棲霞組層間褶皺，發(fā)現(xiàn)了大中型氣田和氣田群［1-6］。其共同特點(diǎn)是具有5個(gè)區(qū)域性:1）區(qū)域性的大型層間褶皺構(gòu)造圈閉；2）區(qū)域性膏鹽層蓋層；3）區(qū)域性裂縫-孔隙型儲(chǔ)層；4）區(qū)域性的生油層；5）區(qū)域性的保存條件。

國(guó)內(nèi)石油風(fēng)險(xiǎn)探井成效表明［7-14］，當(dāng)沖斷褶皺帶局部構(gòu)造圈閉所在區(qū)域地質(zhì)背景具備這五個(gè)要素時(shí)，一口探井油氣發(fā)現(xiàn)后，會(huì)帶來(lái)后續(xù)區(qū)域性勘探開發(fā)的大好局面。例如，1998 年，庫(kù)車KL2 井在白堊系獲得油氣發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)了庫(kù)車淺層滑脫斷層下盤鹽下“鍋底背斜型”克拉2 氣田、大北1 氣田、大北3 氣田、迪那2 氣田的發(fā)現(xiàn)；2008 年，庫(kù)車KS2 井白堊系獲油氣發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了克深①號(hào)斷層下盤白堊系博孜-克深區(qū)帶整體含氣，眾多的局部構(gòu)造圈閉成為大中型氣田；2011 年，龍門山北段ST1 井獲得油氣發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)了龍深①號(hào)斷層下盤棲霞組白云巖雙魚石構(gòu)造區(qū)帶整體成藏。

而沖斷褶皺帶局部構(gòu)造所在區(qū)域地質(zhì)背景不具備這五個(gè)要素時(shí)，一口探井油氣發(fā)現(xiàn)后，其油氣田（藏）發(fā)現(xiàn)僅是低效的、零星的或局部的，不具有區(qū)域性和可持續(xù)勘探開發(fā)的特征，如準(zhǔn)南GT1 井，昆侖山前KD1 井，南天山西段AK1 井，庫(kù)車秋里塔格構(gòu)造帶ZQ1井和YN2井、烏什凹陷WC1井和SM1井等油氣發(fā)現(xiàn)井。解剖和分析庫(kù)車克拉蘇構(gòu)造帶和龍門山構(gòu)造帶北段層間褶皺油氣勘探成功范例，對(duì)其他地區(qū)逆沖斷褶帶油氣勘探，具有一定借鑒和指導(dǎo)作用。

1 層間褶皺構(gòu)造變形特征

1.1 區(qū)域沉積特征與軟硬地層組合

1.1.1 克拉蘇構(gòu)造帶

克拉蘇構(gòu)造帶位于庫(kù)車前陸盆地中部（圖1）。受印支運(yùn)動(dòng)和古生界古前陸盆地影響，庫(kù)車前陸盆地第四系、新近系、古近系及中生界地層基本齊全，主要為陸相沉積［1-2］。

圖1 庫(kù)車前陸盆地克拉蘇構(gòu)造帶區(qū)域位置

影響克拉蘇構(gòu)造帶逆沖斷褶帶縱向變異主要因素是區(qū)域滑脫層第1弱巖組下白堊統(tǒng)舒善河組—下侏羅統(tǒng)陽(yáng)霞組泥頁(yè)巖及煤層（表1、圖2），厚度800～2 200 m；第2 弱巖組古近系庫(kù)姆格列木組厚層膏鹽巖、膏質(zhì)泥巖，厚度200～1 800 m。其中，第1 弱巖組控制了第2 強(qiáng)巖組下白堊統(tǒng)巴什基奇克組+巴西改組和第1 強(qiáng)巖組下侏羅統(tǒng)阿合組—三疊系構(gòu)造形態(tài)；第2 弱巖組控制了第3 強(qiáng)巖組第四系—古近系蘇維依組形態(tài)；特別是第1、2 弱巖組共同控制了第2強(qiáng)巖組構(gòu)造形態(tài)。

圖2 庫(kù)車克拉蘇構(gòu)造帶典型剖面（位置見圖1）

表1 克拉蘇構(gòu)造帶地層強(qiáng)弱巖組劃分及構(gòu)造特征

1.1.2 龍門山構(gòu)造帶北段

龍門山構(gòu)造帶北段位于川西凹陷東北段（圖3）。因受桐灣運(yùn)動(dòng)和加里東古隆起運(yùn)動(dòng)影響，川西龍門山逆沖斷褶帶北段中生界、古生界和震旦系地層基本齊全［3-5］。

圖3 龍門山構(gòu)造帶北段區(qū)域位置

影響龍門山逆沖斷褶帶縱向變異的因素主要是區(qū)域滑脫層第1 弱巖組下寒武統(tǒng)泥頁(yè)巖和第2 弱巖組下三疊統(tǒng)膏鹽巖（表2、圖4）。龍門山構(gòu)造帶北段下三疊統(tǒng)嘉陵江組二段—五段為典型的海相瀉湖沉積，膏鹽、膏質(zhì)云鹽及鹽巖，累計(jì)鉆厚300～500 m。因受綿陽(yáng)-安岳-瀘州裂陷槽控制，龍門山逆沖斷褶帶北段志留系—下寒武統(tǒng)泥頁(yè)巖厚度大，為700～1 800 m。其中第1 弱巖組控制了第1、2 強(qiáng)巖組嘉一段—泥盆系和震旦系構(gòu)造形態(tài)，第2 弱巖組控制了第3 強(qiáng)巖組白堊系—中三疊統(tǒng)構(gòu)造形態(tài)，特別是第1，2 弱巖組共同控制了第2 強(qiáng)巖組構(gòu)造形態(tài)。

表2 龍門山構(gòu)造帶北段地層強(qiáng)弱巖組劃分及構(gòu)造特征

1.2 層間褶皺分布

盆地周緣逆沖斷褶帶的次一級(jí)構(gòu)造帶劃分，因?qū)W術(shù)觀點(diǎn)、構(gòu)造特征差異，有多種劃分方式，最常見的劃分為“后山帶-前山帶-前峰帶-山前帶-前陸凹陷”5個(gè)亞帶構(gòu)造模式［5、15］。作者從油氣勘探實(shí)際需求出發(fā)，依據(jù)地面構(gòu)造特征和縱向變異，認(rèn)為克拉蘇構(gòu)造帶和龍門山構(gòu)造帶北段構(gòu)造特征均有很大相似性和可比性，可劃分為4個(gè)區(qū)帶，即地面推覆疊瓦區(qū)、地面高陡-倒轉(zhuǎn)背斜區(qū)、山前潛伏背斜區(qū)及凹陷潛伏背斜區(qū)（圖3、圖4）。

圖4 龍門山構(gòu)造帶北段典型剖面（位置見圖2）

層間褶皺是潛伏背斜的特殊類型［16］?？v向上，層間褶皺一般位于逆沖大斷層下盤（圖3、圖4），分布在山前潛伏背斜區(qū)及凹陷潛伏背斜區(qū)，克拉蘇構(gòu)造帶克深①號(hào)斷層下盤白堊系，龍門山構(gòu)造帶北段龍深①號(hào)斷層下盤二疊系，分別發(fā)育大量層間褶皺。層間褶皺型潛伏背斜在平面上與斷層走向和地面背斜軸線平行，成排成帶分布，彼此獨(dú)立的多個(gè)局部潛伏背斜呈正鞍或斜鞍相接，串珠狀展布（圖1、圖2），為油田探井部署提供了十分豐富的局部構(gòu)造圈閉。

1.3 層間褶皺形成機(jī)理

關(guān)于前陸盆地或盆周逆沖斷褶帶形成機(jī)理和演化，已有大量的文獻(xiàn)做了描述［17-18］，也不是作者探討的對(duì)象。本篇以龍門山構(gòu)造帶北段為例，只探討與逆沖斷褶帶油氣成藏有關(guān)的層間褶皺形成機(jī)理，與以下三種構(gòu)造作用有密切關(guān)系。

1.3.1 壓扁作用

前人用壓扁作用解釋縱彎褶皺中層間褶皺的形成機(jī)制。在厚層韌性（塑性）巖層（如泥巖、膏鹽層）夾薄層強(qiáng)硬巖層（如砂巖、灰?guī)r或白云巖）組成的巖系（圖5a⑴）受到側(cè)向順層擠壓尚未發(fā)生褶皺時(shí)，巖系先整體平行主壓應(yīng)力方向壓縮，垂直主壓應(yīng)力方向伸長(zhǎng)使厚度略增（圖5a⑵）；在持續(xù)擠壓下，韌性厚巖層繼續(xù)壓縮，而其間的薄層強(qiáng)巖層則形成一系列褶皺以適應(yīng)壓縮；隨著整個(gè)巖系在縱彎褶皺作用下形成大型主褶皺，這時(shí)強(qiáng)硬薄巖層中的褶皺整體地也隨主褶皺而彎曲，這些褶皺在樞紐部位仍保持對(duì)稱式（M型），在兩翼則變?yōu)椴粚?duì)稱褶皺（左翼為Z型，右翼為S型）（圖5a⑶）。

圖5 龍門山構(gòu)造帶北段層間褶皺形成機(jī)理三種模式

龍門山構(gòu)造帶北段，過ST2井地震剖面上，夾持于下寒武統(tǒng)泥頁(yè)巖和下三疊統(tǒng)膏鹽層塑性層之間的嘉一段—泥盆系灰?guī)r、白云巖脆性層褶皺發(fā)育，構(gòu)成了金子山潛伏背斜帶，而淺層白堊系-須家河組強(qiáng)巖層形成了河灣場(chǎng)和射箭河高丘狀背斜（圖5b）。

1.3.2 剪切作用

當(dāng)兩個(gè)強(qiáng)硬巖層之間夾有層理發(fā)育的韌性巖層（含有硬巖層）時(shí)，巖層發(fā)生縱彎褶皺作用，則會(huì)在層間滑動(dòng)的剪切力偶的作用下，在韌性的薄巖層中產(chǎn)生層間褶皺。位于主褶皺的翼部，這些層間褶皺為不對(duì)稱褶皺， 層間褶皺的軸面與它們上、下相鄰的強(qiáng)硬巖層面所夾銳角的方向，指示其相鄰巖層的相對(duì)滑動(dòng)方向。

龍門山構(gòu)造帶北段，受上覆白堊系-須家河組強(qiáng)巖層和下伏震旦系強(qiáng)巖層滑移影響，夾持于上下塑性地層之間，嘉一段-泥盆系灰?guī)r、白云巖脆性巖層受到剪切力作用，產(chǎn)生層間不對(duì)稱褶皺，構(gòu)成雙魚石潛伏背斜帶，而淺層白堊系-須家河組強(qiáng)巖層為滑脫單斜地層（圖5c）。

1.3.3 重力作用

在盆周邊緣山前帶，因地層陡峭，塑性巖層由于受重力作用和層間差異流動(dòng)影響，塑性巖層所夾的脆性巖層可形成層間褶皺，層間褶皺的軸面與主褶皺翼部的銳夾角方向，指向兩翼巖層的傾斜方向。龍門山與米倉(cāng)山轉(zhuǎn)折端沖斷帶因基底隆起（圖5d），地層變陡峭。

受重力作用影響，嘉一段-奧陶系脆性地層沿著上、下滑脫層而滑動(dòng)，發(fā)生層間不對(duì)稱褶皺，構(gòu)成池溪潛伏背斜帶。

在國(guó)內(nèi)外強(qiáng)烈擠壓變形區(qū)地面露頭，無(wú)論是沉積巖還是變質(zhì)巖，都可以見到小型層間褶皺，為考察和認(rèn)識(shí)層間褶皺構(gòu)造特征、形成機(jī)理提供了良好的條件（圖6）。

圖6 地面露頭小型層間褶皺

2 層間褶皺油氣成藏特征

2.1 匹配良好的區(qū)域性生儲(chǔ)蓋組合

庫(kù)車前陸盆地發(fā)育三疊系和侏羅系兩套區(qū)域性展布烴源層，凹陷中心生烴強(qiáng)度高達(dá)（800～1 200）×104t/km2（圖7a）。

廣泛發(fā)育白堊系扇三角洲和辮狀河三角洲砂體，屬于裂縫-孔隙性儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間廣闊；發(fā)育新生界區(qū)域性展布膏鹽巖（圖7b），厚度200～1 800 m，封蓋條件優(yōu)越［1-2］。

圖7 克拉蘇構(gòu)造帶新生界膏鹽厚度與侏羅系+三疊系生烴強(qiáng)度

龍門山構(gòu)造帶北段位于綿陽(yáng)-安岳-瀘州裂陷槽北西段［4-5］，其北西段發(fā)育一套主要烴源層下寒武統(tǒng)邛竹寺組+麥地坪組黑色泥頁(yè)巖，生氣強(qiáng)度高達(dá)（60～140）×108m3/km2（圖8a）。

圖8 龍門山構(gòu)造帶北段下三疊統(tǒng)鹽層厚度與下寒武統(tǒng)生烴強(qiáng)度

發(fā)育三套次級(jí)源層震旦系陡山沱組、下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁(yè)巖與二疊系龍?zhí)督M煤系地層，油氣資源充足；發(fā)育二疊系棲霞組顆粒灘裂縫-孔隙性白云巖，儲(chǔ)集空間大；發(fā)育下三疊統(tǒng)嘉陵江組區(qū)域性展布膏鹽巖（圖8b），厚度為300～500 m，封蓋條件良好［3］。

2.2 良好的運(yùn)移及保存條件

強(qiáng)烈擠壓斷褶區(qū)烴源巖生成的油氣沒有發(fā)生大規(guī)模水平運(yùn)移，以垂向運(yùn)移為主，傳輸距離短，通過裂縫和斷層直接遷移到儲(chǔ)集層被蓋層封堵。例如，龍門山北段的雙魚石和金子山潛伏背斜帶中二疊統(tǒng)斷裂發(fā)育，向下深入到志留系—寒武系，所生成的油氣沿?cái)嗔严蛏现苯舆\(yùn)移到茅口組和棲霞組，被下三疊統(tǒng)膏鹽層封堵。

2.2.1 膏巖層封堵能力

據(jù)文獻(xiàn)［19］中的膏巖層封堵能力模擬實(shí)驗(yàn)，膏鹽巖的封堵能力是隨埋深變化和斷層發(fā)育程度變化，縱向上埋深小于2 600 m，膏鹽巖表現(xiàn)為脆性，受力易破裂，特別是強(qiáng)烈擠壓斷褶區(qū)（圖9）；縱向上埋深大于3 500 m，膏鹽巖表現(xiàn)為塑性，受力易流變，封蓋能力強(qiáng)。龍門山構(gòu)造帶北段逆沖斷褶帶嘉二段-嘉五段膏鹽層厚300～500 m，作為茅口組棲霞組區(qū)域蓋層，雙魚石潛伏背斜大氣區(qū)，膏鹽層埋深大于3 800 m，下三疊統(tǒng)塑性鹽巖封堵能力強(qiáng)；而河灣場(chǎng)地面背斜茅口組-棲霞組氣藏，下三疊統(tǒng)膏鹽層埋深小于2 200 m，脆性增加封堵能力減弱，為低效泄壓氣藏；而海棠鋪-天井山-礦山梁地面構(gòu)造帶地面斷層發(fā)育，下三疊統(tǒng)鹽巖層剝蝕，已喪失了油氣成藏的可能性，而地面油苗十分豐富，舉世聞名［16］。

圖9 龍門山構(gòu)造帶北段下三疊統(tǒng)膏鹽巖脆-塑轉(zhuǎn)換模式（參考文獻(xiàn)［19］，有改動(dòng)）

2.2.2 地表水活躍度及地層水礦化度分布特征

地層水性質(zhì)是反映地下水動(dòng)力條件的重要指標(biāo)，研究地層水性質(zhì)對(duì)于分析油氣保存條件具有重要意義。一般而言，一個(gè)地區(qū)地層水礦化度越高說(shuō)明所處水動(dòng)力環(huán)境越封閉，與外界或淺處水的交替作用就越弱，油氣保存條件就越好［20-21］。

以龍門山構(gòu)造帶北段為例，龍深①號(hào)斷層上盤，地面推覆疊瓦區(qū)、地面高陡-倒轉(zhuǎn)背斜區(qū)始于印支期，從印支期、燕山期到喜山期，形成大量通天逆沖斷層，成為地表水下滲的有利通道和宏大的供水區(qū)，給中二疊統(tǒng)油氣成藏帶來(lái)了巨大的負(fù)面影響，地面構(gòu)造油氣鉆探效果差；龍深①號(hào)斷層下盤，山前潛伏背斜區(qū)及凹陷潛伏背斜區(qū)形成于燕山期至喜山期，其地表水的負(fù)面影響逐漸降低，礦化度逐漸提高，油氣保存條件提升，中二疊統(tǒng)油氣成藏條件變好，層間褶皺潛伏構(gòu)造油氣鉆探效果良好。

2.2.3 天然地震分布對(duì)油氣保存條件的影響

盆地周緣逆沖斷褶帶天然地震通常發(fā)育，特別是龍門山、昆侖山、阿爾金山及天山常是地震活動(dòng)帶。地震活動(dòng)強(qiáng)度依次由后山帶→前山帶→前峰帶→山前帶→前陸凹陷帶方向逐漸降低。以龍門山構(gòu)造北段斷裂帶為例，受“5.12”汶川MS 8.0 地震影響（圖10），沿汶川-茂縣、北川-映秀斷裂及都江堰-馬角壩斷裂帶三條斷層，深部都發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)［22］。北川-映秀斷裂在深度為15.5 km 處錯(cuò)動(dòng)最大，達(dá)到12.49 m；在深度為3.6 km 和10.3 km 處最大錯(cuò)距分別為10.43 m 和12.00 m，而且在滑動(dòng)量集中區(qū)域破裂面可貫穿地表；都江堰-馬角壩斷裂在深度為9.1 km 處錯(cuò)動(dòng)達(dá)到5.16 m。北川-映秀斷裂及都江堰-馬角壩斷裂帶兩條斷裂帶交匯處，是震源分布最集中處。

圖10 汶川地震震源分布對(duì)龍門山北段油氣保存條件影響（震源數(shù)據(jù)，據(jù)參考文獻(xiàn)［20］）

龍門山構(gòu)造帶北段斷裂帶縱向上震源集中分布在10～20 km，距主震越近，震源分布密度更大。都江堰-馬角壩斷裂作為現(xiàn)今四川盆地的西部邊界，其上盤震源分布集中且震動(dòng)頻率高、斷裂分布密集、地震強(qiáng)度大，油氣保存條件差；而下盤余震減少、震源點(diǎn)零星分布、斷層位移量減小、地震強(qiáng)度小、背斜破壞強(qiáng)度減弱，油氣保存條件逐漸變好。進(jìn)入川西凹陷之后（龍深①號(hào)隱伏斷裂以東），余震消失，地震強(qiáng)度由造山帶向川西凹陷遞減，能量逐漸消失，層間褶皺潛伏背斜油氣保存條件也相應(yīng)變好，可謂“獨(dú)善其身”。

3 結(jié)論

逆沖斷褶帶下盤鹽下層間褶皺，局部構(gòu)造圈閉十分發(fā)育，且位于生油凹陷中心、烴源巖發(fā)育、油氣資源充足、保存條件優(yōu)越，只要有圈閉就能形成油氣藏。層間褶皺某一局部圈閉的探井獲得油氣大發(fā)現(xiàn)后，后續(xù)的油氣勘探開發(fā)具有規(guī)模性、可持續(xù)性的特點(diǎn)。因此，層間褶皺是逆沖斷褶帶大油氣區(qū)的最主要、也是最重要的圈閉類型。