川南長(zhǎng)寧地區(qū)構(gòu)造變形特征及其與頁(yè)巖氣保存條件關(guān)系

文冉 衡德 陳偉 謝凌峰 廖梓翔

1. 四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 四川 成都 610000

2. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川 成都 610000

長(zhǎng)寧地區(qū)位于四川盆地南部，其下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣資源豐富，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層分布穩(wěn)定，被列為國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，具有良好的勘探開(kāi)發(fā)潛力[1]。長(zhǎng)寧地區(qū)位于川南低陡褶皺帶和婁山褶皺沖斷帶之間，受造受江南雪峰造山作用向北西方向遞進(jìn)擴(kuò)展的影響，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造樣式多樣，控制因素復(fù)雜[2]。頁(yè)巖氣的保存條件受褶皺斷層等構(gòu)造作用的強(qiáng)烈控制[3]。根據(jù)現(xiàn)有的勘探開(kāi)發(fā)成果優(yōu)選的勘探目標(biāo)生產(chǎn)產(chǎn)量差異巨大，表明長(zhǎng)寧地區(qū)的構(gòu)造變形的研究分析對(duì)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展有重要影響。但現(xiàn)今明確針對(duì)構(gòu)造變形與長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣關(guān)系的系統(tǒng)性研究較為缺乏[4]，因此本文以長(zhǎng)寧地區(qū)的地震、露頭以及鉆井資料為基礎(chǔ)，對(duì)區(qū)域內(nèi)發(fā)育的典型構(gòu)造進(jìn)行了幾何分析，并開(kāi)展了數(shù)值正演模擬，分析了構(gòu)造變形的運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)制和演化過(guò)程，最后結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，探討了構(gòu)造變形對(duì)頁(yè)巖氣保存的影響，為長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣下一步的勘探發(fā)育提供一定幫助。

1 長(zhǎng)寧構(gòu)造變形特征

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2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，包括燈桿壩背斜和賈村溪背斜為代表。

1.1 北西向構(gòu)造帶的變形特征

受印藏碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，漸新世晚期至今，大涼山構(gòu)造帶北東向擠壓變形逐漸增大，構(gòu)造應(yīng)力傳遞至盆內(nèi)，使得長(zhǎng)寧地區(qū)受到北西-南東向的擠壓作用，形成一系列北西走向褶皺構(gòu)造，主要發(fā)育長(zhǎng)寧背斜、建武向斜、羅場(chǎng)向斜以及天宮堂構(gòu)造等。

長(zhǎng)寧背斜為區(qū)域內(nèi)大型的主體構(gòu)造，其東南部較寬，向西北背斜寬度逐漸變窄。背斜的脊線呈北西-南東走向，在西北端發(fā)生弧形彎曲，背斜脊線轉(zhuǎn)為北東-南西走向，即燈桿壩背斜。研究人員發(fā)現(xiàn)背斜核部地區(qū)發(fā)育一系列逆沖斷層，但斷層規(guī)模小，長(zhǎng)度一般為5～8 km。

源自背斜南部山前的北東向擠壓使得深部涉及基底的斷裂以高角度向上逆沖，形成長(zhǎng)寧背斜，并在斷層前端誘發(fā)系列反向逆沖斷層，與逆沖主斷層組合成次級(jí)的“突發(fā)構(gòu)造”，使得在背斜東段的前翼（北翼）疊加了局部構(gòu)造變形。隨著北東向擠壓的持續(xù)，深部向上的逆沖斷層在寒武系下部的軟弱層轉(zhuǎn)入順層滑脫，使得擠壓應(yīng)力向北傳遞，并在北部區(qū)域發(fā)生逆沖，形成低幅度的東西向背斜構(gòu)造帶。

天宮堂構(gòu)造帶位于長(zhǎng)寧探區(qū)的西北端，核部出露三疊系須家河組地層，受北西向擠壓的影響，背斜的樞紐呈小的不規(guī)則彎曲，在背斜的北段，褶皺走向發(fā)生向西的轉(zhuǎn)折。從過(guò)背斜中段的地震剖面上看，天宮堂構(gòu)造是受深部逆沖斷層作用控制的逆沖推覆構(gòu)造，斷層從基底中低角度向北東推擠、滑脫、高角度逆沖，造成褶皺變形。天宮堂背斜南翼四級(jí)斷裂體系較為發(fā)育，斷距小，一般錯(cuò)斷1～2個(gè)相位，為加里東期形成的斷裂體系。

1.2 北東向構(gòu)造帶的變形特征

長(zhǎng)寧區(qū)域的北東向構(gòu)造帶屬于華鎣山褶皺帶西傾伏端，主要由南向北的逆沖推覆形成的隔檔式高陡褶皺帶組成（圖1）。擠壓源自長(zhǎng)寧背斜深部基底，斷層以高角度向上逆沖，在建武向斜西側(cè)形成北東向的短軸狀背斜。

圖1 長(zhǎng)寧背斜構(gòu)造變形樣式

受北東向擠壓的影響，南部山前涉及基底的高角度逆沖造成南部山前的構(gòu)造抬升，深部涉及基底的斷層在前陸北東方向出現(xiàn)逆沖推覆，形成長(zhǎng)寧背斜（斷層傳播褶皺），在北東方向上形成了向斜變形；在北西方向上，建武向斜西部和東部均存在基底卷入式逆沖斷層，向上的逆沖過(guò)程導(dǎo)致東西兩側(cè)的抬升，使得東西向上也出現(xiàn)向斜變形。

羅場(chǎng)向斜平面上近北東向展布，為一短軸狀構(gòu)造帶，長(zhǎng)短軸比約3∶1（圖1），北西方向上，向北西的擠壓導(dǎo)致建武向斜西側(cè)深部逆沖斷層的出現(xiàn)，造成向斜東翼的抬升。另外，大部分位移量沿寒武系底部的軟弱層向北西方向滑脫，在前方誘發(fā)反向逆沖推覆，形成燈桿壩背斜。由此可見(jiàn)，現(xiàn)今短軸狀的羅場(chǎng)向斜受北東向和北西向雙側(cè)擠壓應(yīng)力場(chǎng)控制。羅場(chǎng)向斜的北部區(qū)域?yàn)闊魲U壩背斜、長(zhǎng)寧背斜西傾伏段，兩者構(gòu)成了羅場(chǎng)向斜的北部邊界。受燈桿壩背斜向西傾伏的影響，羅場(chǎng)向斜往西兩翼傾角逐漸變小，向斜變形幅度變緩。羅場(chǎng)向斜東段，向斜形態(tài)逐漸變窄，受建武西段推覆構(gòu)造的影響，滑脫斷層在向斜逆沖，誘發(fā)“突發(fā)構(gòu)造”。燈桿壩背斜是由沿寒武系底部向北西擠壓的滑脫斷層向上逆沖所致，在燈桿壩背斜西段，向北西擠壓的滑脫斷層向地表逆沖，誘發(fā)次級(jí)反向逆沖斷層，導(dǎo)致“突發(fā)構(gòu)造”背斜變形，構(gòu)造活動(dòng)以正向逆沖為主。背斜北翼陡、南翼緩，呈不對(duì)稱形態(tài)。

綜上所述，長(zhǎng)寧地區(qū)主要發(fā)育長(zhǎng)寧現(xiàn)今的構(gòu)造樣式由北西向和北東向兩組構(gòu)造組成，分別由北東向和北西向兩期擠壓作用疊加形成。

2 長(zhǎng)寧地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)及其與頁(yè)巖氣保存條件關(guān)系

研究表明：頁(yè)巖氣的富集與保存評(píng)價(jià)是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中進(jìn)行甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)及有利區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。頁(yè)巖氣作為非常規(guī)氣與常規(guī)氣藏最大的不同使其氣藏類型屬于自生自儲(chǔ)型，在進(jìn)行保存條件研究時(shí)，不僅要考慮自身屬性的基本特征，而且后期的構(gòu)造演化過(guò)程及改造特征是影響頁(yè)巖氣保存條件的關(guān)鍵，構(gòu)造、斷裂發(fā)育特征及演化、地層傾角等以及頁(yè)巖裂縫發(fā)育情況，均對(duì)頁(yè)巖保存條件產(chǎn)生影響。構(gòu)造變形過(guò)程及其構(gòu)造樣式對(duì)決定了頁(yè)巖層的構(gòu)造保存條件，因此開(kāi)展構(gòu)造變形樣式認(rèn)識(shí)頁(yè)巖氣保存條件，判識(shí)氣藏破壞的關(guān)鍵構(gòu)造因素具有重要意義。

2.1 褶皺變形與頁(yè)巖氣保存條件關(guān)系

長(zhǎng)寧地區(qū)主要的褶皺構(gòu)造，包括北西向的長(zhǎng)寧背斜、天宮堂構(gòu)造以及北東向的燈桿壩背斜、賈村溪背斜、雙河壩背斜等，具有相似的構(gòu)造幾何特征，包括褶皺前翼陡窄，后翼寬緩，而斷層表現(xiàn)為地表斷距較小，深部逐漸增大，均符合斷層傳播褶皺的一般特征。由于斷層傳播褶皺不同位置的運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)程、變形強(qiáng)度差異很大，因而不同部位對(duì)頁(yè)巖氣保存條件按的影響也不同。褶皺前翼位置，特別是位于斷層三角剪切帶內(nèi)區(qū)域，巖石受到強(qiáng)烈且復(fù)雜的擠壓和剪切作用，不僅可能造成上下貫通性的次級(jí)斷層裂隙，造成部分頁(yè)巖氣的逸散，同時(shí)而對(duì)先存的孔隙進(jìn)行改造壓實(shí)，進(jìn)一步破壞了頁(yè)巖氣保存條件。

2.2 主干斷裂與頁(yè)巖氣保存條件關(guān)系

分析來(lái)看，靠近主干斷層附近區(qū)域頁(yè)巖氣保存條件會(huì)受到較大影響，實(shí)際的勘探開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)也證實(shí)了這點(diǎn)，但這一結(jié)論反應(yīng)構(gòu)造對(duì)頁(yè)巖氣保存條件影響的分析并不全面。本研究為定量分析斷層相關(guān)要素與頁(yè)巖氣建產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)資料之間的關(guān)系，首先對(duì)建產(chǎn)區(qū)的斷層要素進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，斷層統(tǒng)計(jì)要素包括生產(chǎn)平臺(tái)與二級(jí)斷層、三級(jí)斷層的距離；生產(chǎn)平臺(tái)與最近斷層距離；生產(chǎn)平臺(tái)最近距離斷層的延伸長(zhǎng)度、斷距大小；生產(chǎn)平臺(tái)2km范圍內(nèi)的不同級(jí)別的斷層發(fā)育數(shù)量；生產(chǎn)平臺(tái)與其2km范圍內(nèi)發(fā)育斷層的平均距離；生產(chǎn)平臺(tái)與其2km范圍內(nèi)發(fā)育斷層的平均延伸長(zhǎng)度；生產(chǎn)平臺(tái)與其2km范圍內(nèi)發(fā)育斷層的平均斷距等要素。相關(guān)關(guān)系定量分析及相關(guān)性投圖分析結(jié)果均顯示，寧201井區(qū)-寧209井區(qū)內(nèi)最近二級(jí)斷層的距離與相應(yīng)平臺(tái)的產(chǎn)氣量在數(shù)量上呈大致負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.273，而一定范圍內(nèi)的斷層平均延伸長(zhǎng)度和斷層平均斷距，均與產(chǎn)氣量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.309及0.358，表明兩者可以作為頁(yè)巖氣保存條件評(píng)判的重要參數(shù)指標(biāo)。寧201-寧209井區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，產(chǎn)氣量和與附近二級(jí)斷層距離、斷層長(zhǎng)度和斷距的關(guān)系表明斷層對(duì)頁(yè)巖氣的保存起了正向作用。

3 結(jié)論

（1）長(zhǎng)寧現(xiàn)今的構(gòu)造樣式由北西向和北東向兩組構(gòu)造組成，分別由北東向和北西向兩期擠壓作用疊加形成。

（2）主干斷層附近、斷層傳播褶皺前翼剪切帶內(nèi)，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，對(duì)頁(yè)巖氣保存破壞作用明顯，距離大斷層距離近的氣藏受到強(qiáng)烈破壞。

（3）寧201-寧209井區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，鉆井產(chǎn)氣量和與附近二級(jí)斷層距離負(fù)相關(guān)，與斷層長(zhǎng)度和斷距呈正相關(guān)，表明斷層對(duì)一定范圍內(nèi)頁(yè)巖氣的保存起了正向作用，可能是相對(duì)微弱的變形產(chǎn)生了次級(jí)斷層和裂縫，改善了儲(chǔ)集空間。