四川盆地中部地区走滑断层的分布与天然气勘探

焦方正 杨 雨 冉 崎 邬光辉 梁 瀚

1.中国石油天然气集团有限公司 2.中国石油西南油气田公司 3.西南石油大学

0 引言

走滑（平移）断层两盘断块以相对水平运动为主，具有平直的断线、陡立的断面及狭长的断裂带等基本特征[1]。走滑断层在自然界中广泛分布[1-2]，而且与油气关系密切，已在北美、东南亚、西西伯利亚等地区发现一系列与走滑断层相关的大油气田[1-5]。我国特殊的大地构造背景有利于走滑断层发育，并已在郯庐断裂带、莺歌海盆地、塔里木盆地和准噶尔盆地发现了与走滑断层相关的油气资源[6-10]。虽然板内走滑断层少见，但近年来在塔里木盆地内发现了大规模的走滑断层[11-12]，控制了逾10×108t油当量的走滑断层断控碳酸盐岩特大型油气田，开辟了板内断控油气勘探开发新领域。研究表明，走滑断层不仅对油气的运聚与圈闭形成具有重要的控制作用[5-8]，而且对深层储层也具有重要的建设性作用[9,11,13-14]，并形成复杂的油气分布[9,13,15-17]。因而引起了广泛的关注。

对于四川盆地走滑构造的研究很少，近期的研究认为该盆地内可能发育张扭性走滑断层[18-19]，与早加里东期及晚海西期的斜向拉张作用[18]或新生代的扭张应力有关[19]，并且有可能改善油气储层的储集条件[18]。由于四川盆地深层地震资料分辨率低，加之受三叠系盐膏层褶皱变形及其速度变化的影响，断层解释的多解性强，制约了走滑断层的研究与评价。综合分析认为，开展四川盆地走滑断层断控油气藏勘探需要解决3个方面的问题：①厘定走滑断层的有效判识方法，提高走滑断层识别的精度；②开展连片地震解释与成图，查明走滑断层的分布；③研究走滑断层断控气藏模式，明确走滑断层勘探的突破方向。

针对四川盆地是否发育大规模走滑断层，如何开拓走滑断层断控天然气藏勘探新领域的问题，本文基于川中走滑断层地震—地质响应分析与连片地震解释，判识走滑断层并厘定其分布，探讨其油气成藏地质模式与勘探方向，以期为走滑断层断控油气藏勘探部署提供依据。

1 地质背景

四川盆地位于扬子地台西北侧，震旦系—第四系地层发育较齐全，是一个典型的叠合盆地[20]（图1）。四川盆地经历多期构造—沉积旋回，与原—新特提斯洋的开合密切相关，形成震旦系—志留系海相克拉通断陷盆地、石炭系—中三叠统海相克拉通坳陷盆地、晚三叠系—新生界前陆盆地等原型盆地的有序叠合[20-22]。在多期构造演变过程中，在盆地周缘形成了一系列断裂构造，克拉通中部呈现宽缓的中央古隆起，具有明显的平面构造分区、纵向构造分层特征。

图1 四川盆地构造分区简图与综合柱状图

四川盆地油气成藏条件优越，具有大隆大坳的构造格局，发育上震旦统、下寒武统、下志留统、二叠系、上三叠统、下侏罗统等多套优质烃源层系，形成了震旦系、寒武系、石炭系、二叠系—三叠系碳酸盐岩常规气藏，以及志留系与寒武系页岩气、上三叠统须家河组致密气、侏罗系致密油气构成的多层系复式聚集[23]，是我国油气勘探开发的重点领域。近年来，德阳—安岳裂陷槽周缘深层震旦系—寒武系不断获得新发现，目前探明天然气地质储量已超过1×1012m3，并揭示了深层海相碳酸盐岩更大的勘探潜力。研究刻画了震旦系—寒武系裂陷槽及其侧翼台缘带，建立了“相控”气藏模式，台缘与台内高能相带碳酸盐岩勘探开发不断取得新突破[24]。

但是，四川盆地深层震旦系—古生界碳酸盐岩经历强烈的埋藏成岩作用，以低孔低渗储层为主，并且非均质性极强，勘探开发面临低效井较多的难题。而断裂不仅对碳酸盐岩储层具有改造作用，并且可能形成天然气富集“甜点”区。因此开展四川盆地走滑断层的地震识别与评价，对于开辟断控型碳酸盐岩气藏天然气勘探新领域，推进碳酸盐岩气藏高效勘探开发具有重要的意义。

2 走滑断层的判识与分布

2.1 走滑断层的判识

针对四川盆地走滑断层规模小、断层复杂、地震资料差的特点，在走滑断层地震—地质响应特征分析基础上，结合走滑断层的典型标志[25-27]，排除三叠系盐膏层与基底挠曲的影响，提出以平面资料为主、结合剖面资料综合判识走滑断层的方法。

1）断至基底、上缓下陡。剖面上，走滑断层高陡直立，发育直立面状断层（图2），并向下断至基底。此外，走滑断层具有向上变缓的特征，呈现花状构造（图2-③），不同于正断层与逆断层上陡下缓的断面特征。

2）断层倾向改变、上下断距变化。正断层或逆断层上下地层均沿同一倾向滑动，而高陡走滑断层不同层位的断面倾向可能发生改变（图2-②）。同时，在不同层位的垂向断距可能有较大变化（图2-④），而且上下层段变形不一致（图2-⑤），不同于同生正断层。

图2 川中地区走滑断层地震剖面特征图

3）雁列/斜列构造等典型走滑构造。通过地震平面属性分析，川中发育雁列与斜列断裂组成的线性走滑断裂带（图3-a）。同时，沿走滑断层走向上的垂向位移变化频繁。通过构造解释与成图，发现沿走滑断裂带有条带状分布的短轴/穹隆背斜（图3-b）。

4）地层的水平错动。尽管四川盆地弱走滑断层在地震剖面上响应不显著，但在地震相干、曲率、振幅属性、水平切片等技术应用基础上，根据岩相、地层与构造在平面上的错动可以有效判识走滑断层。受走滑断层作用，川中地区早期的台缘相带出现水平方向的错动（图3-a），水平位移达300 m。

图3 寒武系底面雁列断裂与震旦系台缘带错断相干平面图及寒武系底面走滑断裂带短轴/穹隆背斜图

综上所述，通过平面上的典型走滑构造、地层水平错动、构造与断距突变等特征，并结合剖面上断裂断至基底且上缓下陡、倾向与位移变化等特征，可以综合判识川中地区的走滑断层。

2.2 走滑断层的分布

在走滑断层识别与典型走滑断层构造建模基础上，优选地震相干与振幅属性等方法技术识别走滑断层。在此基础上，开展川中地区走滑断层的地震识别与解释。结果表明（图4-a），川中地区发育8条北西西走向的大型走滑断层，长度介于80～200 km，总长达1 280 km，多呈间距介于15～30 km的近平行分布。同时，还识别出多条次级走滑断裂带与数条北东向走滑断裂带。

通过三维地震精细解释与成图，高磨地区震旦系—寒武系走滑断层发育，5条北西西向的主干大型走滑断裂带经过本区，并转向呈近东西走向（图4-b）。另有7条次级北西西向走滑断裂带与2条北东向走滑断裂带，其延伸长度较短、规模较小。在三维区内14条一、二级走滑断裂带长度介于16～112 km，总长达720 km。由于三维区外根据二维地震资料判别走滑断层，其可靠程度有待进一步落实。此外，广泛二维区可能还有一系列走滑断层，有待于进一步的地震勘探与断层识别。

图4 川中地区震旦系主干走滑断层纲要图（a）与高磨三维区寒武系底面走滑断层分布图（b）

3 走滑断层的特征与成因

3.1 走滑断层的分层、分类与分段特征

川中走滑断层纵向上分层特征明显，主要分布在震旦系—下二叠统（图2）。震旦系—寒武系碳酸盐岩中走滑断层发育（图4），控制了走滑断层系统的分布格局。震旦系走滑断层规模大，两盘高差达150 m。平面上大型断裂带延伸远，长达200 km。走滑断层位移小，平面一般低于500 m，垂向高差一般小于50 m。大多走滑断裂带向上终止于下二叠统下部，少量走滑断层延伸至上二叠统，断裂数量显著减小、强度变弱（图2）。局部继承性走滑断裂向上延伸至中新生界。

川中地区北西向走滑断层位于克拉通盆地内部，根据板块位置划分属于板内走滑断层[1]（图1）。这类走滑断裂带延伸长度大，分布范围广。但走滑位移量小，远低于板块边缘相同长度走滑断层的位移量[1-2]。地震构造建模表明（图2），川中地区地震剖面上以近直立的面状断层为主，并发育负花状构造及正花状构造等多种类型断裂构造。平面上以雁列、斜列断层组合形成的线性构造为主（图4-b），表明走滑断层演化成熟度较低。在断层尾端可能出现马尾构造，在叠覆部位可能出现地垒与地堑。根据断层两侧变形差异与水平错动特征分析（图3-a），川中走滑断层以右行走滑为主，具有从西北向东南发育的特点。

走滑断层多以一系列斜列/雁列断裂组成孤立、软连接的断片组合（图4-b）。震旦系—寒武系发育少量硬连接的叠覆段，局部发育辫状构造，断裂带尾段发育马尾与斜列断裂。沿走滑断裂带走向上断层的组合样式与断距变化大，呈现明显的分段性。

3.2 走滑断层的活动期次

走滑断层形成时的垂向位移很小，而且不一定断至地表，同时叠加多期断裂活动的改造，导致断裂形成时期判识困难。一般而言，根据断裂向上终止的层位，以及断裂分层特征的差异性划分走滑断层的活动期次。川中一系列走滑断层向上终止于二叠系之下（图2、5），推断前二叠纪具有大规模的走滑断层活动。少量走滑断层断至上二叠统，向下与早期走滑断层合并，很可能是晚海西末期的继承性活动。同时，个别走滑断层向上发育至中新生界，表明晚期仍有较弱的继承性活动。

值得注意的是，川中地区有一系列走滑断层终止于震旦系顶—寒武系底，并具有较大的位移与变形（图5）。同时，该层段多以张扭走滑断层为主，与震旦纪伸展构造背景一致，但不同于二叠系之下的压扭走滑断层。此外，走滑断层两盘震旦系灯影组地层厚度出现突变（图5），而且影响沉积微相的变化，可能存在震旦纪灯影组碳酸盐岩沉积期的同生走滑断层。

图5 川中地区高磨三维区典型地震剖面指示多期走滑断层图

综合分析，川中地区震旦纪晚期已发生走滑断裂活动，在加里东晚期—海西期继承性发育，个别断裂带在中新生代再次复活，形成多层花状构造（图2、5），代表多期走滑断裂的叠加。

3.3 走滑断层的成因

四川盆地经历了复杂的构造演化，具有多阶段俯冲—碰撞的板块构造环境[20-22,28]。研究表明，震旦纪—奥陶纪扬子板块位于冈瓦纳超大陆外围，并伴随原特提斯洋的闭合向冈瓦纳超大陆汇聚[28]，类似塔里木板块的构造背景。值得注意的是，原特提斯洋俯冲—闭合期间扬子与塔里木板块均出现顺时针旋转[28]，很可能具有斜向俯冲的大地动力学背景。在震旦纪斜向俯冲作用下，在扬子板块内部形成了张扭构造背景，不仅产生了德阳—安岳被动裂谷，而且有利于发育走滑断层。德阳—安岳震旦系裂陷槽受不均一伸展作用，沿台缘带拐弯部位可能发育起调节作用的走滑断层（图3-a）。同时，四川盆地存在北西西向基底薄弱带[20-22]，有助于形成北西西向走滑断层。在基底北西西向薄弱带的基础上，通过震旦纪斜向拉张作用，形成了调节德阳—安岳震旦系裂陷槽伸展变形的张扭型走滑断层，并影响台缘带的走向与沉积变迁。

受控原—古特提斯洋开合的构造背景，晚加里东期—海西期均有来自西—西北方向的构造作用[20-22]。由于俯冲作用下缺少大规模的冲断作用，或冲断变形并没有传递到四川克拉通内部，强硬基底没有发生大规模逆冲断裂活动。但在斜向伸展或挤压作用下，造成多期走滑断层的复活与继承性发育，表明先期构造对后期断裂活动具有重要的控制作用。中生代以后，川中地区基底—古生界以整体升降作用为主，仅有局部走滑断裂复活。

综上认为，四川盆地存在多期区域斜向俯冲的板块构造背景，在北西西向基底结构的基础上，震旦纪晚期已形成板内走滑断层并发生多期继承性活动。

4 断控气藏成藏模式与勘探方向

4.1 走滑断层断控油气成藏系统

四川盆地震旦系—古生界发育多套优质烃源岩与多套碳酸盐岩储层[23,29-30]，纵向上通过走滑断裂沟通深部油源与上覆碳酸盐岩储层，形成垂向运聚成藏体系（图6）。震旦系—寒武系发育自生自储的储盖组合，通过通源走滑断裂运移形成近源断控油气藏。同时，部分继承性发育的走滑断裂向上继承性发育至二叠系，形成沟通震旦系、下寒武统、奥陶系—志留系烃源岩与二叠系圈闭的远源油气藏，构成纵向上的多层段复式成藏组合。横向上，北西西向走滑断裂连通了德阳—安岳裂陷槽烃源中心与台内滩体，有助于台地内部的油气运聚成藏与富集。由于走滑断裂形成早、定型早，中新生代破坏作用弱，有利于天然气的保存。通过对川中走滑断层的油气地质条件综合分析，走滑断层的控油气作用主要表现在“沟通源储、复式运聚”与“改善储层、富集高产”，从而形成走滑断层断控复式油气成藏系统（图6）。

图6 川中地区走滑断层断控型天然气成藏系统模式图

塔里木盆地中部走滑断层断控油气藏的烃源岩主要位于下寒武统下部，储层主要为中上奥陶统石灰岩[9,11,17,31]，走滑断裂控制了储层的发育与油气的运聚，属于断裂输导、远源成藏系统。相对而言，川中地区烃源岩多、目的层段多，断裂输导作用更强、断裂控储作用较弱。其中二叠系碳酸盐岩远源断控成藏体系与塔里木盆地类似，而震旦系—寒武系碳酸盐岩近源断控油气成藏条件更优越。

4.2 震旦系—寒武系断控型气藏

川中地区深层震旦系—寒武系白云岩储层大多致密[23-24]，断裂对次生孔洞的发育具有重要作用。位于台缘带的安岳大气田碳酸盐岩孔隙度介于2%～10%、渗透率介于1～5 mD。而台内震旦系—寒武系碳酸盐岩基质渗透率一般小于1 mD，与全球超深层致密储层相近。统计分析表明，震旦系—寒武系碳酸盐岩裂缝有效孔隙度低（小于0.2%），但有利于碳酸盐岩次生溶蚀孔隙的发育，沿断裂的溶蚀孔隙度的贡献可能增加5%～20%。由于断裂破碎带裂缝发育，基质碳酸盐岩的渗透率可能增加1～2个数量级。同时，走滑断裂对震旦系—寒武系台内滩的分布具有一定的控制作用，从而影响碳酸盐岩的地层厚度及台内滩发育的部位。地震储层预测表明（图7-a），沿走滑断裂破碎带2 km范围内储层发育，尤其是断裂带500 m范围内更为显著。

图7 川中地区高石井区震旦系灯影组顶界对称性地震属性与天然气产量距断层距离图

老井复查发现，川中地区台内震旦系灯影组钻井距走滑断裂带越近，其天然气产量越高（图7）。台内高产井主要位于走滑断层附近2 km范围内的断层破碎带，天然气高产明显受断裂控制。由此可见，川中地区在相控储层的基础上，通过断层沟通油源与改善储层的渗透性，可能形成走滑断层与高能相带共同控制的碳酸盐岩气藏与高产富集区块。

4.3 二叠系断控型气藏

研究表明，川东东部地区中二叠统茅口组发育热液白云岩储层[32-33]，面孔率可达8%，比基质白云岩储层渗透率高1～2个数量级，有效提高了碳酸盐岩储层的孔隙度与渗透率，可能与深部断裂有关。分析表明，川东东部二叠系高产井主要沿走滑断裂带FI7东延区段分布，在基底也有近东西走向断裂带，热液白云岩储层的分布受控于走滑断裂带。

通过川中老井复查，该区二叠系储层发育的钻井主要沿FI3、FI4大型走滑断裂带呈条带状分布，而远离走滑断裂带的钻井大多储层较差，表明二叠系储层与走滑断裂关系密切。岩心与FMI资料分析表明，沿走滑断裂带优质储层井段裂缝发育，而且发育断裂相关的溶蚀孔洞。值得注意的是，在走滑断裂带上同样具有低产井，这与塔里木盆地断控缝洞体储层类似，表明沿走滑断裂破碎带储层的非均质性极强。

目前二叠系气井主要位于安岳裂陷槽之上，天然气分布不受局部构造控制，在低部位的断裂带已获得气流，而古隆起高部位失利井多，表明沟通生烃中心的大型走滑断裂带更有利于油气运聚与富集。同时，优质裂缝—孔洞“甜点”局部发育，可能形成类似塔里木盆地走滑断层断控的缝洞体油气藏[11,13-17]。由此可见，走滑断裂通源作用对上古生界碳酸盐岩的油气运聚成藏更重要，对优质储层控制作用更显著，可能形成与塔里木盆地类似的走滑断层断控油气藏。

4.4 天然气勘探方向

川中地区走滑断层多分布在震旦系—古生界，沿走滑断裂带震旦系—古生界碳酸盐岩天然气成藏条件优越（图6）。与塔里木盆地走滑断层断控油气系统相似，走滑断裂带是纵向油气优势运移通道，在纵向上可沟通多套烃源岩、并有效改造碳酸盐岩储层，横向上连通烃源岩发育的裂陷槽与台内高能相带，有利于形成天然气富集区带。

焦方正[11]报道的塔里木盆地18条走滑断裂带的总长度超过1 200 km，油气资源量规模达17×108t油当量。杨海军等[31]报道北部坳陷内走滑断裂带长度为1 090 km，预测油气资源量约为10×108t油当量。与塔里木盆地走滑断裂带的成藏地质条件相似，但四川盆地震旦系—古生界白云岩基质储层物性更好，而且烃源岩更发育，资源丰度高于塔里木盆地。因此估算，川中地区比较落实的总长度超1 000 km的大型走滑断裂带也可能具有1×1012m3天然气资源量，具有寻找断控型大气田的资源基础。

川中地区走滑断裂具有显著的控储控藏作用，在不同层位、不同区段表现有差异，形成震旦系—寒武系与石炭系—二叠系两套碳酸盐岩气藏勘探层系。震旦系灯影组、寒武系龙王庙组台缘带与台内滩碳酸盐岩受走滑断裂的改造，形成断裂叠加台缘滩体、台内滩及断控裂缝—孔洞型储层组成的多种类型的断控天然气藏（图6）。通过地震储层预测，川中三维地震区走滑断裂破碎带有利勘探面积达2 000 km2，大型走滑断裂与震旦系—寒武系台缘带、台内滩叠合部位是勘探的主攻方向。走滑断裂不仅对二叠系碳酸盐岩储层具有重要的控制作用，而且其通源作用更为显著。在沟通生烃中心的大型走滑断裂带上，油气的输导条件更优越，是寻找类似塔里木盆地走滑断层断控气藏的有利方向。

5 结论与建议

1）川中地区发育大型走滑断层，地震剖面上断层高陡直立、断至基底，花状构造发育，上下变形差异大；平面上的雁列构造等典型走滑构造发育，沿走向构造与高差变化大。根据这些典型特征形成以平面标志为主结合剖面标志综合判识走滑断层的方法。

2）通过地震解释与工业成图，在川中地区发现与落实8条总长达1 280 km的大型走滑断裂带。走滑断层具有分层、分类与分段的差异性，主要分布在震旦系—二叠系，具有多期继承性活动，形成弱走滑斜列/雁列构造组成孤立、软连接为主的分段特征。

3）受控于原特提斯洋斜向俯冲作用，在北西向基底薄弱带基础上，川中走滑断层形成于早加里东期，并存在晚加里东期—海西期的多期继承性活动。

4）川中地区走滑断层系统横向沟通安岳裂陷槽与台内的源—储组合、纵向沟通震旦系—二叠系生储盖组合，与震旦系—古生界多套源—储组合构成断控垂向运聚的复式成藏系统，并对深层致密储层具有重要建设性作用，可能形成震旦系—寒武系与石炭系—二叠系两套碳酸盐岩层系的断控气藏。

5）川中地区沟通生烃中心的大型走滑断裂带有利油气富集，其震旦系—寒武系与二叠系碳酸盐岩断裂破碎带是断控天然气藏的有利勘探方向。

6）综上所述，四川盆地存在大规模走滑断层系统，具有形成断控大气田的基本地质条件。针对四川盆地存在多种类型的复杂走滑断层，需要进一步开展全盆地走滑构造的搜索与解释，查明走滑断裂带的分布，并系统开展走滑断层的几何学、运动学与动力学研究。通过断控天然气藏勘探的思路，集成创新适用于四川盆地走滑断层断控油气藏勘探的理论与技术体系，以川中地区位于生烃中心的大型走滑断裂带为重点，进行整体评价、重点突破，引领深层—超深层油气勘探领域的更大突破。