張世華

(中國(guó)石化西南油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610041)

四川盆地是中國(guó)“盆山”構(gòu)造體系中最為典型的盆地之一，周緣“多山”特性造就了盆內(nèi)構(gòu)造、斷裂的多期、多方向復(fù)合與疊加[1-2]。上三疊統(tǒng)須家河組第二段(T3x2，簡(jiǎn)稱“須二段”)致密砂巖是四川盆地重要的勘探領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其開(kāi)展過(guò)大量研究工作，其中“斷層作為溝通烴源巖與儲(chǔ)層的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)聚通道，控制著油氣運(yùn)聚成藏”的觀點(diǎn)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)[3-9]。受盆緣“多山”的疊加推覆，使得斷層發(fā)育時(shí)期難以準(zhǔn)確厘定，制約著該層系的勘探。筆者通過(guò)梳理周緣山系的活動(dòng)特征，明確盆內(nèi)形變的外動(dòng)力條件，從幾何學(xué)上分序次理順同類走向斷裂的“父子、兄弟”等傳遞關(guān)系，建立起盆緣形變的外動(dòng)力與盆內(nèi)形變存在的可能對(duì)應(yīng)關(guān)系，并運(yùn)用多種方法聯(lián)合厘定各組斷裂在盆內(nèi)發(fā)育歷史；耦合其他油氣成藏控制因素，探討有利成藏模式。

1 盆緣動(dòng)力特征

川西前陸盆地是由來(lái)自龍門山造山帶及米倉(cāng)山-大巴山造山帶等方向的應(yīng)力共同上沖推覆控制下的中生代—新生代多旋回疊合盆地，其形成演化與周緣造山帶的構(gòu)造活動(dòng)有著密切聯(lián)系[1,10-12]。造山帶在時(shí)空上隆升變動(dòng)，擠壓形成盆內(nèi)具有不同結(jié)構(gòu)面的構(gòu)造，它們相互之間在時(shí)空上疊合形成現(xiàn)今構(gòu)造。

每一側(cè)造山方向的構(gòu)造變動(dòng)，它所產(chǎn)生的構(gòu)造都是相互聯(lián)系的，在空間上以一定方式組合，并相互配合排列出現(xiàn)。來(lái)自西側(cè)龍門山方向的造山擠壓運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造和斷層結(jié)構(gòu)面多呈NE-SW向，促使發(fā)生的盆緣動(dòng)力可能有：印支早中期的平武地塊與揚(yáng)子板塊碰撞，表現(xiàn)為龍門山北段開(kāi)始隆升上沖；印支晚期古特提斯洋萎縮，并向南閉合，表現(xiàn)為龍門山全面上沖造山運(yùn)動(dòng)及燕山晚期—喜馬拉雅早期的揚(yáng)子板塊向西俯沖，表現(xiàn)為龍門山全面的被動(dòng)造山。來(lái)自米倉(cāng)山—大巴山造山帶方向的造山擠壓運(yùn)動(dòng)形成的結(jié)構(gòu)面則多呈近EW向，促使其發(fā)生的動(dòng)力可能有：印支早中期的揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞,表現(xiàn)為南秦嶺造山并向南推覆；燕山期—喜馬拉雅期的特提斯洋閉合，太平洋板塊擴(kuò)張，表現(xiàn)為米倉(cāng)山-大巴山上沖造山推覆。來(lái)自青藏高原擠壓形成的結(jié)構(gòu)面多呈近SN向，促使其發(fā)生的動(dòng)力可能有：喜馬拉雅晚期新特提斯洋關(guān)閉、印度板塊與亞歐板塊碰撞，表現(xiàn)為青藏高原隆升推覆(圖1)。

2 斷裂特征分析

在盆緣“多山”上沖推覆的背景下，盆內(nèi)形成了各種不同性質(zhì)的斷裂組合。依據(jù)構(gòu)造形跡特征，把川西拗陷斷裂劃分為NE-SW向、EW向、SN向3組斷裂系統(tǒng)。

NE-SW向斷裂主要發(fā)育于龍門山前帶、前陸隆起帶和中部隆起帶，凹陷帶也有少許分布。其中山前帶的北段相對(duì)于中段、南段而言，相對(duì)不發(fā)育，這一特征在前陸隆起帶也如此。就斷層的活動(dòng)強(qiáng)度而言，北段都是微小斷裂，而中南段的山前帶發(fā)育斷距較大的斷層，以PXF、DaYF2為主斷裂。其中PXF延伸長(zhǎng)度大約200 km，斷距300～500 m；DaYF2延伸長(zhǎng)度大約25 km，斷距200～500 m。前陸隆起帶則以龍泉山F3、F5為主斷裂，其中F3斷層延伸長(zhǎng)度30 km，斷距20～300 m；F5斷層延伸長(zhǎng)度30 km，斷距100～200 m。中部隆起帶NE-SW向斷層成組出現(xiàn)，但規(guī)模較小，以X10F為例，延伸長(zhǎng)度為5 km，斷距75 m。就NE-SW向斷裂分布密度與強(qiáng)度差異而言，龍門山依次遞進(jìn)推覆造山，北弱南強(qiáng)(圖2、圖3-A、表1)。

SN向斷裂主要發(fā)育于中部隆起帶與前陸隆起帶的北端，山前帶、凹陷帶也有少許分布，其中NE-SW向斷層末端發(fā)育SN向斷層，例如DaYF2斷層。就斷層的活動(dòng)強(qiáng)度而言，中部隆起帶都是斷距相對(duì)較小的斷層，延伸長(zhǎng)度短，例如L150F，延伸距離4 km，斷距20～80 m。前陸隆起帶發(fā)育相對(duì)活動(dòng)較強(qiáng)的斷裂，以F8、F1-1為代表。其中F8延伸長(zhǎng)度大約38 km，斷距30～150 m；F1-1斷層延伸長(zhǎng)度34 km，斷距20～250 m。盆內(nèi)SN向斷裂分布密度與強(qiáng)度差異方面，前陸隆起帶依次由南向北遞進(jìn)，北弱南強(qiáng)(圖2、圖3-B、表1)。

EW向斷裂主要分布于中部隆起帶，斜坡帶有少許分布，以GMF1、GMF2、FGF1為代表。GMF1延伸長(zhǎng)度大約7.5 km，斷距25～50 m；GMF2、FGF1斷層延伸長(zhǎng)度5 km，斷距25～50 m(圖2、圖3-C、表1)。

表1 川西拗陷須二段主要斷裂特征Table 1 Characteristics of major faults in T3x2,western Sichuan Depression

從力學(xué)的角度而言，在同一應(yīng)力的作用下，低序級(jí)斷裂之間的方位被高序次位移所控制，低序次斷裂的應(yīng)力分布在高序次斷層可以找到起源，而從低序次斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、方位也可以找到高序次斷層的方位及其位移。這一特性在各組斷裂內(nèi)部之間體現(xiàn)較為明顯，例如PXF與DaYF2形成較小的斷裂與該主干斷層反沖等斷層組合，形成了“父子”關(guān)系。明確了上述3組主斷層的演化特征，也就明確了3組斷層可能的發(fā)育時(shí)期。3組方向各異的斷裂在空間上依次由南向北、由西向東出現(xiàn)，源于盆緣的“多山”推覆；因此3組斷裂內(nèi)部力學(xué)之間無(wú)相互依存，斷裂的出現(xiàn)是構(gòu)造復(fù)合，三者之間切割關(guān)系反映的是時(shí)序的前后聯(lián)系，而并非力學(xué)上的依存。從圖4-A、圖4-B關(guān)系看， EW斷裂被NE-SW、SN向斷裂所切割，說(shuō)明在發(fā)育的時(shí)序上應(yīng)該是EW向斷裂早于NE-SW、SN向斷裂；NE-SW向與SN向斷裂在空間上并無(wú)切割，縱向上存在繼承性發(fā)育，SN向斷裂晚于NE-SW向斷裂。

3 活動(dòng)期次及演化

利用現(xiàn)有的構(gòu)造解析模型[13-15]，在明確外部動(dòng)力環(huán)境的基礎(chǔ)上，綜合幾何分析的結(jié)果，解析其構(gòu)造形成、發(fā)展歷史是地質(zhì)分析的基礎(chǔ)。筆者運(yùn)用斷層活動(dòng)速率法，結(jié)合碳氧同位素測(cè)定裂縫方解石充填物流體法，對(duì)川西拗陷須二段3組斷裂進(jìn)行活動(dòng)期次厘定，明確其演化特征。

H.C.Urey[16]首次應(yīng)用δ18O測(cè)定古海洋水的溫度，之后S.Epstein等[17]進(jìn)一步深化，C.Emiliani等[18]通過(guò)修改得出最終經(jīng)驗(yàn)公式

t=16.9-4.38×(δ18O-δ18Ow)+

0.1×(δ18O-δ18Ow)2

其中：δ18O為樣品碳酸鹽膠結(jié)物氧同位素值；δ18Ow為地層水氧同位素值，δ18Ow=-10‰。

可以看出δ18O與成巖強(qiáng)度之間的定性關(guān)系：成巖強(qiáng)度越大，δ18O值越低。學(xué)者[19-22]據(jù)此機(jī)理將測(cè)定構(gòu)造成因裂縫方解石充填物的δ18O值，利用上述公式可以求得方解石充填物形成時(shí)期的流體溫度，結(jié)合埋藏史來(lái)解析斷裂活動(dòng)特性與油氣充注時(shí)間。根據(jù)川西拗陷須二段的埋藏史(圖5)可知，印支晚期，埋藏較淺，溫度較低，裂縫充填物具有較高的氧同位素值(δ18O>-12‰)；燕山早中期，隨著埋深的增加，溫度升高，裂縫充填物氧同位素值降低(-15‰<δ18O<-12‰)；燕山晚期，埋深進(jìn)一步增大，溫度進(jìn)一步升高，裂縫充填物氧同位素值進(jìn)一步降低(δ18O<-15‰)；喜馬拉雅期，隨著構(gòu)造抬升，地層溫度降低，裂縫充填物氧同位素值增大(-15‰<δ18O<-12‰)。

斷層活動(dòng)速率原理是基于斷層活動(dòng)造成觀測(cè)到的斷層上盤(pán)與下盤(pán)巖層沉積厚度存在差異(圖6)，多期次、多方向應(yīng)力的作用下，斷層不可能處于某一種穩(wěn)定的姿態(tài)，而是會(huì)發(fā)生不共軸的旋轉(zhuǎn)、遞變等，因此該類情況也可以觀測(cè)到斷層上下盤(pán)厚度的變化，厚度的變化進(jìn)而影響到斷層斷距的變化。目前該方法在斷層與油氣運(yùn)移關(guān)系的研究領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，并取得了較好效果[23-25]。

斷層活動(dòng)速率法分析表明山前帶的NE-SW向PXF斷層存在3個(gè)活動(dòng)期次，分別為215 Ma B.P.、210 Ma B.P.和131 Ma B.P.之后；而DaYF2斷層存在2個(gè)活動(dòng)期次，為210 Ma B.P.和131 Ma B.P.之后。不同時(shí)期斷層不同部位表現(xiàn)出不同的活動(dòng)特征，215 Ma B.P.、210 Ma B.P.時(shí)，活動(dòng)強(qiáng)度為Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，PXF、DaYF2斷層表現(xiàn)為由北向南傳遞；131 Ma B.P.之后活動(dòng)強(qiáng)度則為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，斷層表現(xiàn)為由南向北傳遞。前陸隆起帶的F3、F5主要活動(dòng)期次為210 Ma B.P.與145 Ma B.P.之后，斷層活動(dòng)強(qiáng)度皆為：Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，由南向北傳遞生長(zhǎng)(圖7)；中部隆起帶的X10F斷層活動(dòng)期次與山前帶的斷裂活動(dòng)特征相類似。

NE-SW向斷層裂隙充填物方解石膠結(jié)物δ18O分析說(shuō)明最少存在2類(表2、圖8-A)，一類為δ18O<-15‰， 另一類為δ18O>-12‰，分別對(duì)應(yīng)印支晚期、燕山晚期之后。綜合區(qū)域資料，受地震資料影響，活動(dòng)速率法對(duì)于131 Ma B.P.之后無(wú)法精細(xì)劃分；但是一個(gè)沉積時(shí)間段內(nèi)，不能出現(xiàn)2種不同方向應(yīng)力，符合131 Ma B.P.由南向北傳遞生長(zhǎng)的活動(dòng)特征的斷層只有喜馬拉雅晚期的青藏高原向東擠應(yīng)力，這一點(diǎn)與幾何學(xué)上斷裂末端存有SN向的特征相互印證。而符合131 Ma B.P.之后產(chǎn)生北東向構(gòu)造及斷裂、由北向南活動(dòng)的只有晚燕山-喜馬拉雅早期龍門山向東部被動(dòng)上沖應(yīng)力；因此NE-SW向斷層活動(dòng)有3期，分別為晚印支期、晚燕山-喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期。

活動(dòng)速率法分析表明前陸隆起帶的SN向斷層F1-1、F8斷層存在2個(gè)活動(dòng)期次，分別為210 Ma B.P.與145 Ma B.P.之后；不同時(shí)期斷層不同部位表現(xiàn)出相同的活動(dòng)特征(圖9-A、B、C)，就活動(dòng)強(qiáng)度而言Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，說(shuō)明SN向斷層由南向北傳遞生長(zhǎng)的活動(dòng)特征(圖8-A、B)；中部隆起帶的L150F斷層活動(dòng)特征與前陸隆起帶相類似。SN向斷層鄰近的裂隙充填物方解石膠結(jié)物δ18O分析說(shuō)明只有一類(表2、圖8-B)，為δ18O<-15‰，對(duì)應(yīng)于燕山晚期之后。綜合區(qū)域資料，活動(dòng)速率法對(duì)于145 Ma B.P.之后無(wú)法精細(xì)劃分，符合145 Ma B.P.由南向北傳遞生長(zhǎng)的活動(dòng)特征的斷層只有喜馬拉雅晚期的青藏高原向東擠壓應(yīng)力；而210 Ma B.P.斷層發(fā)育外部動(dòng)力來(lái)源于龍門山造山帶的上沖，其形成的斷裂走向?yàn)镹E-SW向，SN向斷層在該時(shí)期的活動(dòng)是NE-SW向斷層受其后期的繼承、改造所轉(zhuǎn)變形成，這也從幾何學(xué)上得到了驗(yàn)證(圖4-C)：因此SN向斷層活動(dòng)有2期，分別為晚印支期和喜馬拉雅晚期。

表2 川西拗陷須二段裂縫充填物方解石膠結(jié)物碳氧同位素特征Table 2 Carbon and oxygen isotopes of calcite cement in T3x2 fracture fillings of western Sichuan Depression

斷層活動(dòng)速率法分析表明中部隆起帶的EW向GaoF1、GMF2斷層存在多個(gè)活動(dòng)期次，就活動(dòng)強(qiáng)度而言Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，說(shuō)明EW向斷層正常生長(zhǎng)的活動(dòng)特征(圖9-D、E)。但是斷層鄰近的裂隙充填物方解石膠結(jié)物δ18O分析說(shuō)明有一類(表2、圖8-C)，為δ18O>-12‰，對(duì)應(yīng)于印支期。綜合區(qū)域資料，符合斷層活動(dòng)特征的只有印支早中期南秦嶺造山并向南推覆；因此EW向斷層活動(dòng)有印支早中期。

綜上所述，印支早期-中期，在下?lián)P子、華北板塊碰撞的大背景下，米倉(cāng)山-大巴山造山帶向南擠壓，在盆內(nèi)產(chǎn)生近南北向擠壓應(yīng)力，形成了一系列的EW向斷層；平武地塊與揚(yáng)子板塊的碰撞，形成了龍門山北段隆升并依次向南遞進(jìn)，促使中段山前帶發(fā)育NE-SW向斷層。印支晚期，龍門山全面造山，川西拗陷整體抬升，加劇盆內(nèi)NE-SW向斷層的發(fā)育程度，使得盆地山前帶、前陸隆起帶NE-SW向斷層開(kāi)始全面發(fā)育。早、中燕山期是斷裂活動(dòng)的平靜期，斷裂不發(fā)育。晚燕山—喜馬拉雅早期，太平洋板塊擴(kuò)張、米倉(cāng)山和大巴山上沖、龍門山被動(dòng)上沖造山，原有NE-SW、EW向斷層在此基礎(chǔ)上向上生長(zhǎng)發(fā)育。喜馬拉雅晚期，隨著印度板塊與亞歐板塊碰撞，青藏高原隆升推覆，龍門山整體由西向東推覆，造成了SN向斷層的生長(zhǎng)壯大，也使得NE-SW向斷層部分發(fā)生活動(dòng)特征的改變，此現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生至今。

4 與油氣關(guān)系分析

川西拗陷須二段儲(chǔ)層致密化時(shí)間為中侏羅世末期[1-2]。在印支期之后，川西拗陷普遍經(jīng)歷了燕山早期的構(gòu)造平靜期，斷層都不活動(dòng)；燕山中期之后，周緣山系一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的持續(xù)造山過(guò)程，這也是導(dǎo)致斷層持續(xù)活動(dòng)的主要因素。須二段的3類斷層既有早生成、晚持續(xù)活動(dòng)型的NE-SW向斷層，也有早生成、早封閉的EW向斷層，還有晚生成、晚溝通的特征SN向斷層。3類斷層活動(dòng)特征與油氣大規(guī)模生排烴期耦合形成了多期活動(dòng)持續(xù)充注、早期活動(dòng)封閉、晚期活動(dòng)一次充注等3種油氣充注的成藏模式(圖10)。

NE-SW向斷層——多期活動(dòng)持續(xù)充注成藏模式：在該成藏過(guò)程中，斷層持續(xù)活動(dòng)，須二段儲(chǔ)層尚未致密化，整體為開(kāi)放流體動(dòng)力場(chǎng)，水溶氣沿?cái)鄬酉蛏夏皇竭\(yùn)移，進(jìn)入砂體后繼續(xù)向構(gòu)造高部位作側(cè)向運(yùn)移；運(yùn)移過(guò)程中減壓脫溶、氣水分異，并于構(gòu)造高部位聚集成藏。如X10井區(qū)，X10F斷層為晚印支期、晚燕山-喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期多期活動(dòng)的斷層，持續(xù)的活動(dòng)溝通，使得水溶氣運(yùn)移順暢，X10井鉆獲多套含氣砂體。

SN向斷層——晚期活動(dòng)一次充注：在該成藏過(guò)程中，須二段儲(chǔ)層已經(jīng)致密，整體處于局限流體動(dòng)力場(chǎng)，早期形成的常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)變成致密油氣藏，浮力作用受限，晚期斷層的發(fā)生使得早期的油藏發(fā)生調(diào)整或改造，于斷裂破碎帶內(nèi)發(fā)生快速分異或減壓脫溶，重新于斷裂帶附近等低勢(shì)區(qū)形成富集。例如L150井區(qū)，L150F斷層活動(dòng)期次為晚印支期和喜馬拉雅晚期，在喜馬拉雅晚期活動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)層已經(jīng)致密化，于斷層附近形成通道調(diào)整或改造原有油藏，使L150井鉆遇的砂體呈上氣下水。

EW向斷層：在該成藏過(guò)程中，由于斷層早期活動(dòng)后封閉，天然氣生烴增壓過(guò)程中，只能在泥頁(yè)巖接觸面附近形成小規(guī)模的生烴增壓裂縫，因斷層周邊裂縫分布有限，不能形成良好的通道而聚集成藏。例如GM2井區(qū)，GMF2斷層活動(dòng)時(shí)間為印支早中期，烴源大規(guī)模排烴期時(shí)斷層已經(jīng)封閉，不能形成有效通道，使得GM2井鉆遇的砂體呈氣水同層。

綜上所述，多期活動(dòng)持續(xù)充注與晚期活動(dòng)一次充注是有利成藏模式(圖11)。

5 結(jié) 論

a.川西拗陷的周緣山系活動(dòng)特征形成了盆內(nèi)走向分別為NE-SW、SN、EW向的3組斷裂。其中NE-SW向斷裂具有由北向南、由南向北傳遞的特征，SN向斷裂具有由南向北傳遞的特征，而EW向斷裂為正?；顒?dòng)特征。

b.川西拗陷NE-SW、SN、EW向3組斷裂的活動(dòng)時(shí)期各異。NE-SW向斷裂活動(dòng)時(shí)間有3期，分別為晚印支期、晚燕山-喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期；SN向斷裂活動(dòng)時(shí)間為喜馬拉雅晚期；EW向斷裂活動(dòng)時(shí)間為印支早中期。

c.川西拗陷NE-SW、SN、EW向3組活動(dòng)時(shí)期各異的斷裂形成了3類不同的成藏模式。NE-SW向斷裂形成了多期持續(xù)充注模式；SN向斷裂形成了晚期一次充注模式；EW向斷裂形成了早期封閉模式。其中多期持續(xù)充注模式與晚期一次充注模式為有利成藏模式。