孟憲武,劉 勇,石國山,陳 蘭,朱 蘭,蔡左花
(中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院,成都 610041)
四川盆地川西坳陷處于揚(yáng)子板塊西北緣,三疊系及以下地層埋藏深度大(超過6 000 m),油氣勘探一直未獲得較大突破,僅在1970—1980年代發(fā)現(xiàn)了中壩雷三氣藏[1](探明儲(chǔ)量約100×108m3),之后四川盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些小規(guī)模中三疊統(tǒng)雷口坡組氣藏(龍崗雷四氣藏,磨溪雷一氣藏等)[2-3]。從2014年開始,川西坳陷區(qū)域內(nèi)的新場(chǎng)構(gòu)造、金馬—鴨子河構(gòu)造、馬井構(gòu)造陸續(xù)測(cè)獲高產(chǎn)工業(yè)氣流;2020年,川西氣田(金馬—鴨子河構(gòu)造)雷口坡組提交探明儲(chǔ)量超過千億立方米,成為中國石化在四川盆地探明的第三個(gè)海相大氣田。雖然川西坳陷雷口坡組勘探取得了重大突破,但區(qū)內(nèi)構(gòu)造演化過程及雷口坡組油氣成藏配置關(guān)系還不明確。前人開展川西坳陷構(gòu)造特征及演化分析主要是針對(duì)區(qū)域的整體研究,或者是針對(duì)構(gòu)造特征及演化對(duì)陸相須家河組、侏羅系等油氣成藏的影響作用研究較多,認(rèn)為陸相層系成藏關(guān)鍵是受控于構(gòu)造演化過程中形成的通源斷層或者裂縫發(fā)育程度匹配于砂體的發(fā)育[4]。本文通過構(gòu)造演化、斷層特征、不整合面、古構(gòu)造分析,結(jié)合雷口坡組相關(guān)實(shí)驗(yàn)等資料的綜合分析[5],進(jìn)一步明確川西坳陷中段構(gòu)造演化過程及其對(duì)雷口坡組油氣聚集成藏的控制作用,以期為川西坳陷雷口坡組的進(jìn)一步勘探開發(fā)提供地質(zhì)支撐或借鑒。
川西地區(qū)可以劃分為3個(gè)構(gòu)造單元,即松潘—甘孜褶皺帶、龍門山?jīng)_斷帶(或逆沖推覆帶)和四川盆地西部(圖1)[6]。沿龍門山?jīng)_斷帶走向大致以臥龍—懷遠(yuǎn)、北川—安縣一線為界將其劃分為南、中、北三段;沿?cái)鄬觾A向,龍門山?jīng)_斷帶自西向東發(fā)育3條地表顯露的斷裂帶:茂汶斷裂(F1)、映秀斷裂(F2)和通濟(jì)場(chǎng)斷裂(F3)(圖1)。
印支期—喜馬拉雅期,川西地區(qū)經(jīng)歷了多期次、多方位遞進(jìn)擠壓變形。關(guān)口斷層以西為基底卷入式逆沖變形,多表現(xiàn)為斷塊特征;關(guān)口斷層以東的雷口坡組頂部構(gòu)造主要表現(xiàn)為背斜構(gòu)造帶和斜坡、凹陷帶相間的格局。雷口坡組頂部現(xiàn)今構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃椤皟陕砂純尚逼隆钡母窬諿7-8]:兩隆分別為龍門山前構(gòu)造帶、新場(chǎng)構(gòu)造帶;兩凹分別為成都凹陷、綿竹凹陷;兩斜坡分別為廣漢斜坡、綿陽斜坡。其中,隆起帶和斜坡帶是川西坳陷雷口坡組儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)。
1.3.1 金馬—鴨子河構(gòu)造
金馬—鴨子河構(gòu)造位于川西坳陷中段龍門山前構(gòu)造帶,主要受控于彭縣斷層和關(guān)口斷層(圖2),構(gòu)造變形具有典型的分層變形特征。從各主要構(gòu)造層斷層數(shù)量來看,以中、下三疊統(tǒng)膏鹽層為界,二疊系斷層數(shù)量要遠(yuǎn)多于三疊系斷層。中、下三疊統(tǒng)膏鹽層以上地層主要受控于關(guān)口斷層(F4)和彭縣斷層(f3),下三疊統(tǒng)膏鹽層以下地層主要受二疊系及以下f14和f18斷層控制,同時(shí)在這兩條主干斷層之間發(fā)育多條次級(jí)斷層。這些次級(jí)斷層主要為斷穿二疊系的背沖斷層,斷層上方終止于膏鹽層,平面上這些斷層主要走向?yàn)镹E向,表明這些斷層并非同期。除了大斷層外,區(qū)內(nèi)還發(fā)育一系列小斷層,在石羊鎮(zhèn)構(gòu)造和鴨子河構(gòu)造附近都發(fā)育了一系列NEE向的小斷層。
圖1 川西地區(qū)構(gòu)造單元與地層劃分
圖2 龍門山前金馬—鴨子河構(gòu)造地震剖面
1.3.2 新場(chǎng)構(gòu)造
新場(chǎng)構(gòu)造整體為NEE—SWW向展布,斷層并不發(fā)育,表現(xiàn)為一典型的膏鹽聚集增厚的滑脫背斜,背斜兩翼傾角較緩(圖3)。該構(gòu)造帶經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形,但是關(guān)于其形成時(shí)間和機(jī)制還存在較多爭(zhēng)議,部分學(xué)者認(rèn)為其主要形成于印支—燕山期[9];也有人認(rèn)為該構(gòu)造帶在印支期雷口坡組沉積末期就已經(jīng)具備了古隆起的雛形[10],其主要證據(jù)來自于新場(chǎng)構(gòu)造上、下構(gòu)造幅度變化規(guī)律和不同深度斷層方位規(guī)律的認(rèn)識(shí),即侏羅系及以上地層構(gòu)造幅度最大、須四—須五段構(gòu)造幅度最小,雷口坡組—須三段構(gòu)造幅度界于兩者之間。從構(gòu)造變形的角度分析,如果是一繼承性背斜,下部先期沉積地層遭受到的變形期次應(yīng)該更多,變形幅度應(yīng)該最大,而上部地層晚期沉積,無論是經(jīng)歷的構(gòu)造變形期次還是構(gòu)造變形幅度都應(yīng)該更少更小。新場(chǎng)背斜須家河組二段頂部存在地層對(duì)稱上超現(xiàn)象,表明早期該位置應(yīng)該處于構(gòu)造高部位,說明新場(chǎng)背斜至少在須家河組二段沉積末期就存在構(gòu)造隆升。
圖3 四川盆地川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造地震剖面
1.3.3 馬井構(gòu)造
馬井構(gòu)造平面上呈NE—SW向展布,背斜南部為斷層切割(圖4),是前緣擴(kuò)展變形帶應(yīng)力傳遞的結(jié)果;斷層下部震旦系—三疊系均卷入變形,向上斷層變形具有明顯的繼承性特征,背斜總體表現(xiàn)為后翼寬緩,前翼窄而陡,且前翼地層傾角從中三疊統(tǒng)雷口坡組四段向上傾角由近于直立到地表白堊系逐漸減小,前翼強(qiáng)變形帶表現(xiàn)為明顯的剪切特征。馬井構(gòu)造卷入變形的最新地層為第三系,表明斷層在新生代以來持續(xù)活動(dòng)。
SW—NE向斷層是川西坳陷發(fā)育最多、分布最廣的斷層。如關(guān)口斷裂、彭縣斷裂等,其成因均為龍門山前受來自于NW向構(gòu)造擠壓所形成的逆沖斷裂。
圖4 四川盆地川西坳陷馬井構(gòu)造地震剖面
川西坳陷龍門山前中段和北段的二疊系露頭樣品鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于0.70%~1.00%之間,根據(jù)埋藏史及熱演化史分析,露頭點(diǎn)該Ro值對(duì)應(yīng)埋藏深度在2 000~3 000 m之間,初步分析認(rèn)為川西坳陷中段關(guān)口斷層帶及其以西各大逆沖斷層形成時(shí)間較早,最早可形成于印支早期,至少不晚于須家河組三段沉積末期的安縣運(yùn)動(dòng)。大邑大飛水剖面露頭樣品Ro值與盆地內(nèi)部二疊系樣品(Ro值介于1.70%~4.80%)接近,推測(cè)川西坳陷龍門山南段抬升較晚,抬升時(shí)間大致為燕山—喜馬拉雅期(表1)。
利用斷層相關(guān)褶皺理論,結(jié)合野外觀測(cè),將川西坳陷中段的龍門山前劃分為3個(gè)構(gòu)造變形帶:北川—映秀斷層上盤疊瓦逆沖推覆構(gòu)造變形帶;安縣—灌縣與關(guān)口之間的三角楔斷塊構(gòu)造帶;關(guān)口斷層以東為山前隱伏帶。本次研究以龍門山前隱伏帶金馬—鴨子河構(gòu)造為例,綜合分析認(rèn)為川西坳陷中段經(jīng)歷了4個(gè)構(gòu)造變形階段(圖5)。
2.2.1 印支早期
印支早期(中三疊世)川西地區(qū)屬于克拉通盆地,自龍門山向東殘余地層厚度減?。蛔阅衔飨虮睎|方向殘余地層厚度減薄,且越靠近龍門山減薄趨勢(shì)越明顯,反映了川西坳陷龍門山北段較中段抬升剝蝕強(qiáng)度更大。此時(shí),雷口坡組頂部遭受弱暴露剝蝕。
2.2.2 印支晚期
印支晚期龍門山?jīng)_斷變形向前陸傳遞,此時(shí)是印支期變形強(qiáng)度最大、波及范圍最廣的一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[12],地震剖面顯示構(gòu)造變形特征明顯。區(qū)內(nèi)須家河組五段的部分地層被剝蝕,上覆侏羅系底部白田壩組不整合覆蓋于須家河組五段之上,金馬—鴨子河構(gòu)造進(jìn)一步形成。
2.2.3 燕山中—晚期
從雷口坡組上覆沉積地層厚度的變化看,侏羅系沉積前的地層西厚東薄,以須家河組三段沉積前最為明顯,侏羅系以后的沉積地層西薄東厚,下侏羅統(tǒng)向北西方向超覆于須家河組之上;須家河組頂部及須三段分別遭受剝蝕,表明印支中幕(安縣運(yùn)動(dòng))和晚幕的兩期構(gòu)造抬升,使得龍門山前地層遭到強(qiáng)烈擠壓抬升剝蝕。白堊系的厚度變化又可以細(xì)分為下白堊統(tǒng)天馬山組和上白堊統(tǒng)灌口組沉積時(shí)期的生長地層特征,此時(shí)金馬—鴨子河構(gòu)造隆升幅度加大,關(guān)口斷層、彭縣斷層開始形成。
2.2.4 喜馬拉雅期
古近系與白堊系不整合接觸的地層特征較為明顯,說明川西坳陷中段龍門山前有強(qiáng)烈的沖斷變形,在龍門山不斷向東擠壓作用下,導(dǎo)致緊靠山前表現(xiàn)為對(duì)沖構(gòu)造,關(guān)口斷層、彭縣斷層均變形強(qiáng)烈,構(gòu)造擠壓應(yīng)力向川西坳陷內(nèi)傳遞,構(gòu)造持續(xù)調(diào)整并最終定型。
3.1.1 現(xiàn)今構(gòu)造對(duì)油氣富集具有控制作用
目前,川西坳陷所發(fā)現(xiàn)的雷口坡組氣藏均發(fā)育在正向構(gòu)造帶上。現(xiàn)今構(gòu)造圈閉的發(fā)育程度控制著氣藏的分布與儲(chǔ)量規(guī)模。通過鉆探證實(shí),金馬—鴨子河構(gòu)造和馬井構(gòu)造的雷口坡組氣藏為構(gòu)造氣藏,新場(chǎng)構(gòu)造的雷口坡組氣藏為構(gòu)造—地層氣藏。
表1 川西地區(qū)二疊系露頭樣品鏡質(zhì)體反射率Ro測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
3.1.2 古構(gòu)造對(duì)油氣成藏控制作用
眾多研究者對(duì)川西坳陷古隆起形成時(shí)間開展過研究,但在取得的認(rèn)識(shí)方面難以達(dá)成一致,主要有三種觀點(diǎn):曹烈等[13]認(rèn)為川西地區(qū)古隆起形成于燕山中晚期;楊克明等[10]認(rèn)為該區(qū)古隆起形成于印支晚期須家河組五段沉積時(shí),并存在一個(gè)雛形的持續(xù)、再到最終定型的過程,受須家河組三段沉積時(shí)印支運(yùn)動(dòng)的影響,在川西坳陷中段形成了孝泉—新場(chǎng)—豐谷近東西向的古隆起;袁曉寧等[14]、胡燁等[15]認(rèn)為川西地區(qū)的古地貌可劃分為高地殘丘區(qū)和凹地,在新場(chǎng)地區(qū)表現(xiàn)為東西走向的古地貌高點(diǎn),說明須家河組三段沉積時(shí)就開始發(fā)育古隆起的雛形。相比于周圍的凹地,這些早期形成的古地貌高點(diǎn),在后期演化過程中,構(gòu)造高部位變化不大,控制著油氣的富集。
本次研究認(rèn)為,川西坳陷中段雖然在印支早期須家河組二段沉積時(shí)可能存在小幅度隆起,印支晚期古構(gòu)造范圍進(jìn)一步增大,但起關(guān)鍵作用的構(gòu)造時(shí)期還是早—中侏羅世。此時(shí)氣藏主力烴源巖處于生氣期,古構(gòu)造分布控制著雷口坡組含氣規(guī)模。通過沉積地層厚度印模法對(duì)晚侏羅世前川西地區(qū)雷口坡組頂古構(gòu)造特征進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)晚三疊世—中侏羅世沉積地層厚度較薄的區(qū)域主要分布在大邑—石羊鎮(zhèn)—彭州以及溫江—廣漢—羅江一帶,為當(dāng)時(shí)雷口坡組頂構(gòu)造高部位(圖6),基本呈2個(gè)條帶狀分布,與現(xiàn)今大邑構(gòu)造、金馬—鴨子河構(gòu)造、新場(chǎng)構(gòu)造、馬井構(gòu)造、崇州構(gòu)造分布一致,但相比現(xiàn)今構(gòu)造面積更大。
圖5 龍門山前金馬—鴨子河構(gòu)造演化過程
3.2.1 烴源斷層發(fā)育特征
目前發(fā)現(xiàn)的川西氣田雷口坡組氣藏、馬井及新場(chǎng)雷口坡組氣藏,在其圈閉周緣均發(fā)育深切至二疊系的斷層,從而為這些氣藏的成藏提供天然氣運(yùn)移通道。對(duì)于斷層組成的油氣運(yùn)移通道,在川西地區(qū)通常有兩種情況(圖7):一種是斷層切穿雷口坡組及二疊系形成的直接供烴的烴源斷層;另一種是切穿二疊系但未延伸至雷口坡組的斷層與雷口坡組內(nèi)部斷層組成的“接力式”斷層運(yùn)移系統(tǒng)。第一種直接烴源斷層在研究區(qū)數(shù)量較少,主要分布在大邑構(gòu)造、馬井構(gòu)造、綿陽斜坡以及彭縣斷層中部地區(qū)。斷層走向均為NE—SW向,斷層性質(zhì)均為逆斷層。除彭縣斷層規(guī)模較大外,其余斷層延伸不大,且大多斷層發(fā)育于背斜構(gòu)造兩翼;至凹陷及斜坡區(qū),除馬井?dāng)鄬油?,基本不發(fā)育直接烴源斷層。第二種“接力式”斷層運(yùn)移系統(tǒng)在研究區(qū)相對(duì)較發(fā)育,但從平面上來看主要發(fā)育于龍門山前金馬—鴨子河構(gòu)造、新場(chǎng)構(gòu)造、綿陽斜坡一帶,斷層規(guī)模較小,主要發(fā)育于背斜構(gòu)造兩翼。凹陷—斜坡區(qū)除馬井?dāng)鄬油?,能夠直接溝通源?chǔ)的烴源斷層基本不發(fā)育。但雷口坡組內(nèi)部小型斷層卻比較發(fā)育,深部斷層與雷口坡組內(nèi)幕斷層可形成“接力式”油氣運(yùn)移通道,為凹陷—斜坡區(qū)雷口坡組成藏供烴。
圖6 四川盆地川西坳陷晚三疊世—中侏羅世沉積地層厚度平面分布
圖7 四川盆地川西坳陷雷口坡組氣藏氣源斷層輸導(dǎo)樣式
無論是“接力式”油氣運(yùn)移還是側(cè)向運(yùn)移,其供烴能力、運(yùn)移范圍與直接溝通源儲(chǔ)的烴源斷層相比均存在著局限性和不確定性,這對(duì)于凹陷—斜坡區(qū)雷口坡組天然氣成藏具有重要的影響。
3.2.2 深部流體沿?cái)嗔演攲?dǎo)的證據(jù)
通過巖石薄片中熱液礦物的識(shí)別鑒定以及稀土元素[16]等巖石地球化學(xué)分析,認(rèn)為在川西地區(qū)雷口坡組成巖期后經(jīng)受過熱液的蝕變與改造。這說明深部熱液不僅存在垂向上的運(yùn)移,同時(shí)在橫向上也存在運(yùn)移。
本次研究對(duì)雷口坡組鉆井巖心樣品進(jìn)行了掃描電鏡和能譜分析,發(fā)現(xiàn)雷口坡組儲(chǔ)層中發(fā)育有螢石、天青石、閃鋅礦等熱液成因的礦物(圖8)。這些熱液礦物的存在,反映了川西地區(qū)深部斷層流體運(yùn)移通道的存在,進(jìn)一步表明雷口坡組與下伏層系烴源之間存在較好的油氣輸導(dǎo)條件。梁世友等[16]對(duì)四川盆地內(nèi)鉆井的雷口坡組稀土元素進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)稀土元素配分模式均出現(xiàn)Eu正異常,指示沿?cái)嗔训V物發(fā)生熱蝕變,反映深部流體能夠運(yùn)移至雷口坡組。這也揭示了二疊系烴源巖生成的天然氣能夠運(yùn)移至雷口坡組儲(chǔ)層,可為雷口坡組天然氣富集成藏提供豐富的烴源基礎(chǔ)[17]。
3.3.1 斷層發(fā)育特征及形成演化
烴源斷層直接控制著雷口坡組天然氣成藏的物質(zhì)來源,而斷層后期的強(qiáng)烈活動(dòng)則可以造成氣藏的破壞,因此斷裂活動(dòng)對(duì)油氣成藏具有重要的控制作用。
通過對(duì)彭縣斷層等典型烴源斷層形成演化分析,印支晚幕形成鴨子河寬緩背斜,低幅度古構(gòu)造形成;燕山期彭縣斷層開始形成,發(fā)育于下三疊統(tǒng)滑脫層之上的地層發(fā)生變形,下三疊統(tǒng)滑脫層之下,貫穿基底并向上收斂于下三疊統(tǒng)滑脫層和寒武系底滑脫層的斷層開始形成;喜馬拉雅期各主要斷層位移進(jìn)一步增大,龍門山迅速抬升,構(gòu)造定型。
根據(jù)川西氣田雷口坡組氣藏成藏史分析,認(rèn)為二疊系烴源巖早期生成的原油在燕山早期開始裂解成氣,與構(gòu)造、斷層形成時(shí)期基本一致,彭縣斷層可作為良好的油氣運(yùn)移通道。
圖8 四川盆地川西坳陷雷口坡組熱液礦物掃描電鏡及能譜分析
3.3.2 構(gòu)造圈閉
川西坳陷發(fā)育雷口坡組古構(gòu)造,其形成時(shí)間早于下伏海相層系及雷口坡組烴源巖的大規(guī)模生排烴期,有利于油氣的早期聚集。目前,川西地區(qū)雷口坡組工業(yè)氣井均分布在印支晚期古構(gòu)造發(fā)育區(qū),而且從雷口坡組頂面在不同構(gòu)造期次的古構(gòu)造及現(xiàn)今構(gòu)造特征來看,印支晚期—燕山早期(氣藏主力烴源巖生氣期)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)印支早期古構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整改造,其中對(duì)川西坳陷斜坡區(qū)改造最為明顯,多個(gè)古構(gòu)造演化為馬井地區(qū)一個(gè)小的局部構(gòu)造,向東、向南斜坡特征更為明顯;新場(chǎng)及金馬—鴨子河古構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)出與現(xiàn)今相似的特征。因此,適時(shí)形成的構(gòu)造圈閉是雷口坡組規(guī)模成藏的基礎(chǔ)。
3.3.3 成藏配置關(guān)系
根據(jù)大量儲(chǔ)層流體包裹體測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,認(rèn)為新場(chǎng)構(gòu)造帶與金馬—鴨子河構(gòu)造帶雷口坡組主成藏期均為晚三疊世至早侏羅世(圖9),與構(gòu)造演化分析結(jié)果一致。雷口坡組儲(chǔ)層主要形成于準(zhǔn)同生期,結(jié)合古構(gòu)造及烴源斷層形成及演化特征綜合分析,認(rèn)為構(gòu)造圈閉、儲(chǔ)層、運(yùn)移輸導(dǎo)等關(guān)鍵成藏要素配置關(guān)系良好(圖5),有利于早期油氣聚集;后期受構(gòu)造變形影響,除龍門山前大邑構(gòu)造在斷層通天影響下早期氣藏遭到破壞以外,其他地區(qū)氣藏局部受到調(diào)整改造,影響較小。因此,局部古構(gòu)造高點(diǎn)與儲(chǔ)層、輸導(dǎo)系統(tǒng)等關(guān)鍵成藏要素配置關(guān)系良好且后期構(gòu)造形變破壞較弱的地區(qū),是川西坳陷雷口坡組最有利勘探區(qū)。
圖9 川西地區(qū)新場(chǎng)、金馬—鴨子河構(gòu)造雷口坡組包裹體均一溫度及主成藏期分布
(1)川西坳陷中段局部構(gòu)造最早形成于印支晚期,并且關(guān)口斷層也已開始形成,印支晚期—燕山期構(gòu)造形變作用控制古構(gòu)造含氣范圍,燕山晚期—喜馬拉雅期構(gòu)造形變作用只是對(duì)古構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整并最終定形;關(guān)口斷層以西地區(qū)在燕山晚期—喜馬拉雅期破壞嚴(yán)重。
(2)直接烴源斷層或“接力式”斷層運(yùn)移系統(tǒng)可作為良好的天然氣運(yùn)移通道,有利于雷口坡組油氣富集成藏,但后者在供烴能力、運(yùn)移范圍上可能存在局限性和不確定性。
(3)二疊系烴源巖早期生成的原油在燕山早期開始裂解成氣,此時(shí)川西坳陷中段構(gòu)造圈閉、儲(chǔ)層、運(yùn)移系統(tǒng)等關(guān)鍵成藏要素配置關(guān)系良好,金馬—鴨子河、新場(chǎng)、馬井等構(gòu)造在構(gòu)造演化過程中保存完整,具有規(guī)模含氣特征。因此,局部古構(gòu)造高點(diǎn)與儲(chǔ)層、輸導(dǎo)系統(tǒng)等關(guān)鍵成藏要素配置關(guān)系良好且后期構(gòu)造形變破壞較弱的地區(qū),是川西坳陷雷口坡組最有利的勘探區(qū)。