長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田建武向斜構(gòu)造解析及成因機(jī)制

張經(jīng)國(guó)，陳 偉，孟立豐

（西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長(zhǎng)寧地區(qū)地處四川盆地南緣，北與華鎣山褶皺帶西傾伏段相接，南毗鄰云貴高原，西鄰鮮水河大型走滑斷裂帶。因此，長(zhǎng)寧地區(qū)處在不同構(gòu)造帶相互疊加、影響的區(qū)域，構(gòu)造變形異常復(fù)雜。長(zhǎng)寧地區(qū)構(gòu)造存在兩個(gè)大的構(gòu)造帶，一是北西西走向的構(gòu)造帶，以長(zhǎng)寧背斜及其東部區(qū)域以及北西區(qū)域的天宮堂構(gòu)造為代表；二是北東走向的構(gòu)造帶，主要分布在長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣勘探區(qū)塊的中部，為華鎣山褶皺帶西傾伏段的延伸，平面上呈線狀分布，前后翼傾角較大。北西向構(gòu)造帶則集中在探區(qū)的北西、南東兩側(cè)，構(gòu)造帶呈短軸狀，其形成受盆地西側(cè)鮮水河斷裂帶的控制。

長(zhǎng)寧地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)，晉寧運(yùn)動(dòng)形成基底，隨后桐灣運(yùn)動(dòng)對(duì)燈影組地層有一定的抬升，但是整體仍處于伸展性的環(huán)境[1]。加里東運(yùn)動(dòng)發(fā)生，四川盆地整體出現(xiàn)大隆大坳的格局，而川南地區(qū)北部樂(lè)山-龍女寺開(kāi)始隆起，南部產(chǎn)生黔中隆起，川黔凹陷，隨后海西運(yùn)動(dòng)興起，川南及大部分四川盆地都缺失石炭及泥盆的地層，到二疊紀(jì)才開(kāi)始又接受地層沉積[2]。印支運(yùn)動(dòng)及燕山運(yùn)動(dòng)，川南地區(qū)東部華鎣山斷裂開(kāi)始隆起，對(duì)川南地區(qū)有一定的影響。最后喜山期至今，變形強(qiáng)烈，尤其在川南地區(qū)，所有地層一起受到推覆變形，侏羅系以上的地層幾乎被完全剝蝕。

研究區(qū)內(nèi)部主要發(fā)育三個(gè)構(gòu)造單元，工區(qū)東南側(cè)的建武向斜以及工區(qū)西北側(cè)的羅場(chǎng)向斜及中間過(guò)渡的玉河背斜，其中建武向斜是與長(zhǎng)寧背斜形成的同一期構(gòu)造，且位于大婁山前，呈現(xiàn)出一個(gè)走向呈北西-南東向的寬緩向斜。玉河背斜是一個(gè)走向呈NE-SW 的小背斜，但是地表出露較多斷層。羅場(chǎng)向斜位于玉河背斜北部，在更大的區(qū)域上被工區(qū)西部走向NE-SW 的燈桿壩背斜，北部的長(zhǎng)寧背斜所包圍，軸跡保存了偏移的現(xiàn)象。工區(qū)地表出露的地層主要有二疊系、三疊系及侏羅系地層，由于工區(qū)區(qū)域主要位于向斜核部，因此地表出露的巖性以侏羅系紫紅色泥巖和灰紫色砂巖為主，三疊系地層以灰白色石灰?guī)r為主，二疊系地層巖性以砂巖及頁(yè)巖為主。地震剖面所揭示的反射層則比較完整，由老至新為：寒武系筇竹寺組（∈1q），奧陶系五峰組（O3w），二疊系梁山組（P1l），二疊系龍?zhí)督M（P2l），三疊系須家河組（T3x），其中須家河組地層部分保留部分缺失。

2 構(gòu)造樣式分析

本文利用三維工區(qū)內(nèi)的井資料的合成地震記錄對(duì)關(guān)鍵解釋層位進(jìn)行標(biāo)定。分析野外露頭觀察的地層產(chǎn)狀及變形樣式，然后根據(jù)多條封閉解釋的地震剖面資料對(duì)地震剖面進(jìn)行斷層相關(guān)褶皺模型假設(shè)與斷層幾何形態(tài)正演。

通過(guò)井資料的合成地震記錄與相應(yīng)位置的巖性分層，確保地層的相位保持一致，深度變化符合特征，與本文對(duì)寒武系筇竹寺組（∈1q），奧陶系五峰組（O3w），二疊系梁山組（P1l），二疊系龍?zhí)督M（P2l），三疊系須家河組（T3x）幾組的閉合解釋相匹配，而地表出露建武向斜兩翼的主要地層T3x，P2l，傾角分別為17°和19°左右，這也與地震剖面解釋的寬緩向斜相統(tǒng)一。此外在野外露頭中觀察到的建武向斜北部長(zhǎng)寧背斜的地層的變化樣式，也表明斷層傳播褶皺是長(zhǎng)寧地區(qū)變形的常見(jiàn)樣式（圖1）。

本次研究在對(duì)三維地震滿覆蓋地區(qū)的地震資料精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，建立其相應(yīng)構(gòu)造模型，認(rèn)為長(zhǎng)寧地區(qū)深部（主要為筇竹寺組）與淺部（主要為五峰組和龍馬溪組等頁(yè)巖層）的構(gòu)造發(fā)育特征存在明顯不同。其中深部以發(fā)育近東西向和北東東向構(gòu)造為主，斷層的發(fā)育造成玉和背斜北西翼地層較陡、南東翼地層緩，其深部以基底卷入式逆沖斷層構(gòu)造發(fā)育為特征（圖2），其應(yīng)為斷層傳播褶皺構(gòu)造樣式，指示其主要應(yīng)力場(chǎng)為北西向擠壓，這與南部盆地邊緣區(qū)大婁山褶皺帶的主要構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向基本一致，其形成跟研究區(qū)西北地區(qū)北東向構(gòu)造帶相聯(lián)系。而淺部頁(yè)巖層內(nèi)則表，差異明顯的構(gòu)造特征，從剖面上看，建武向斜區(qū)內(nèi)主要發(fā)育小型高陡逆斷層，斷層發(fā)育的上下界限多局限在五峰組地層附近。而在玉和背斜區(qū)則出現(xiàn)較多切穿五峰組至嘉陵江組斷層，且以北東向斷裂占主導(dǎo)（圖2）。從平面展布規(guī)律上分析，建武向斜區(qū)主要發(fā)育北東向和北西向兩組“共軛”斷裂體系，根據(jù)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本原理，認(rèn)為其主應(yīng)力方向因大致處于共軛剪切角的銳角平分線位置，其方向大致與長(zhǎng)寧背斜近乎垂直，表明該斷裂體系的很可能與長(zhǎng)寧背斜形成于同一時(shí)期。從形成機(jī)制上分析認(rèn)為，建武向斜區(qū)內(nèi)部的高陡小型斷裂體系與長(zhǎng)寧背斜的主體形成密切相關(guān)，其受到近北北東向擠壓應(yīng)力場(chǎng)的影響而造成五峰組和龍馬溪組頁(yè)巖層內(nèi)部的層間滑動(dòng)而形成。而玉和背斜區(qū)不對(duì)稱構(gòu)造特征的形成則是受到深部斷層活動(dòng)的影響而形成了斷層傳播褶皺的三角剪切區(qū)，局部突破并形成高角度的中大型斷裂體系。

圖1 地表發(fā)育的斷層傳播褶皺樣式圖

圖2 建武向斜區(qū)北西向測(cè)線構(gòu)造解釋

長(zhǎng)寧地區(qū)構(gòu)造定型時(shí)間主要在印支期以來(lái)，其變形樣式復(fù)雜，其中工區(qū)內(nèi)發(fā)育的北西-南東向構(gòu)造帶的變形樣式以典型的基底卷入式的斷層傳播褶皺樣式為主。該類型構(gòu)造以斷層很少到達(dá)地表并形成相應(yīng)的強(qiáng)烈變形褶皺，其前翼寬度窄而地層傾角較陡，局部近直立甚至倒轉(zhuǎn)，形成高陡構(gòu)造；褶皺后翼相對(duì)寬緩。這種斷層傳播褶皺形成的過(guò)程往往存在深部基底斷層的活動(dòng)，其在向上傳播進(jìn)入沉積蓋層時(shí)，由于兩者流變學(xué)性質(zhì)的差異，常表現(xiàn)為基底中的脆性強(qiáng)破裂變形帶被沉積蓋層中的一個(gè)向上變寬的三角形分布式變形帶替代，三角形頂點(diǎn)固定在斷層端點(diǎn)之上。隨著斷層端點(diǎn)的向前傳播，該三角形變形帶也不斷向前向上遷移（圖3）。

3 構(gòu)造樣式與頁(yè)巖氣保存關(guān)系

頁(yè)巖氣形成后，后期的抬升時(shí)間和抬升程度是頁(yè)巖氣保存的關(guān)鍵，地層抬升后遭受風(fēng)化剝蝕，上覆地層壓力減小，一方面原有的地層壓力與孔隙壓力兩者的平衡關(guān)系發(fā)生破壞，深埋于地下的裂縫由原先的閉合狀態(tài)過(guò)渡到開(kāi)啟的狀態(tài)，另一方面，地層的溫度圍壓降低，巖石脆性升高，如后期再次遭受構(gòu)造擠壓作用，巖石極易產(chǎn)生破裂，且破裂模式更為復(fù)雜，在上述雙重作用的影響下，地層抬升強(qiáng)度越大的區(qū)域，裂縫發(fā)育程度越高，頁(yè)巖氣逸散強(qiáng)度越強(qiáng)，頁(yè)巖氣藏則存在“泄壓”的可能；構(gòu)造抬升程度較弱的區(qū)域，地層仍處于較大的埋深范圍，裂縫發(fā)育程度低，巖石表現(xiàn)為一種“裂而不破”的狀態(tài)，一定程度上可維持頁(yè)巖氣藏的超壓。

長(zhǎng)寧地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖層早期經(jīng)歷了持續(xù)的埋藏階段及隆凹格局置換以及晚期特別是喜山期以來(lái)的快速抬升。早期的持續(xù)深埋促使頁(yè)巖氣形成，而晚期的構(gòu)造演化則控制著頁(yè)巖氣逸散強(qiáng)度和規(guī)模。地層抬升后，原來(lái)的烴源巖生烴作用停止，抬升時(shí)間的早晚決定著頁(yè)巖氣散失量，抬升時(shí)間越早，意味著頁(yè)巖氣層遭受后期改造時(shí)間越長(zhǎng)，裂縫越發(fā)育。有研究表明，長(zhǎng)寧地區(qū)整體的快速抬升時(shí)間與同處川東南隔擋式構(gòu)造區(qū)的川東地區(qū)相比晚，長(zhǎng)寧地區(qū)的最晚一期的快速抬升時(shí)期是在ca.45Ma，工區(qū)東部地區(qū)在ca.35Ma，如此短時(shí)間的快速抬升一方面可能會(huì)導(dǎo)致裂縫連接錯(cuò)動(dòng)形成斷層，部分大幅度的構(gòu)造抬升同樣也會(huì)導(dǎo)致保存條件的破壞而導(dǎo)致頁(yè)巖氣的散失。

本文認(rèn)為羅場(chǎng)向斜東南翼北部構(gòu)造樣式為典型受主干斷裂活動(dòng)控制而形成的斷層傳播褶皺變，其表現(xiàn)為褶皺前翼陡傾，核部及后翼相對(duì)較緩，其為典型的低傳播比條件下形成的構(gòu)造，表現(xiàn)為褶皺作用強(qiáng)烈，變形幅度較大，造成頁(yè)巖層的地層傾角相對(duì)較大，對(duì)頁(yè)巖氣的保存不利。而南部受構(gòu)造活動(dòng)幅度的減弱的作用，傳播比有所增大，整體褶皺變形幅度較緩，相對(duì)平緩的地層傾角有利于頁(yè)巖氣的保存。

圖3 長(zhǎng)寧地區(qū)典型斷層傳播褶皺三角剪切破壞區(qū)發(fā)育過(guò)程示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

近期的玉和背斜構(gòu)造帶頁(yè)巖氣井普遍遇到的地阻和低排氣現(xiàn)象，很可能與其位于斷層傳播褶皺的三角剪切區(qū)有關(guān)，根據(jù)斷層相關(guān)褶皺理論，三角剪切區(qū)內(nèi)屬于整個(gè)變形帶內(nèi)的強(qiáng)應(yīng)變區(qū)，地層破壞強(qiáng)烈使得頁(yè)巖氣的保存條件遭受破壞，不僅如此，破碎帶的出現(xiàn)更容易受到流體的注入，因此本研究認(rèn)為建武向斜區(qū)不同時(shí)期形成的構(gòu)造帶的存在是造成其在玉和背斜帶頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的失利的重要原因。