四川盆地川西坳陷中段构造演化对中三叠统雷口坡组油气成藏的控制作用

孟宪武，刘 勇，石国山，陈 兰，朱 兰，蔡左花

(中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041)

四川盆地川西坳陷处于扬子板块西北缘，三叠系及以下地层埋藏深度大(超过6 000 m)，油气勘探一直未获得较大突破，仅在1970—1980年代发现了中坝雷三气藏[1](探明储量约100×108m3)，之后四川盆地陆续发现了一些小规模中三叠统雷口坡组气藏(龙岗雷四气藏，磨溪雷一气藏等)[2-3]。从2014年开始，川西坳陷区域内的新场构造、金马—鸭子河构造、马井构造陆续测获高产工业气流；2020年，川西气田(金马—鸭子河构造)雷口坡组提交探明储量超过千亿立方米，成为中国石化在四川盆地探明的第三个海相大气田。虽然川西坳陷雷口坡组勘探取得了重大突破，但区内构造演化过程及雷口坡组油气成藏配置关系还不明确。前人开展川西坳陷构造特征及演化分析主要是针对区域的整体研究，或者是针对构造特征及演化对陆相须家河组、侏罗系等油气成藏的影响作用研究较多，认为陆相层系成藏关键是受控于构造演化过程中形成的通源断层或者裂缝发育程度匹配于砂体的发育[4]。本文通过构造演化、断层特征、不整合面、古构造分析，结合雷口坡组相关实验等资料的综合分析[5]，进一步明确川西坳陷中段构造演化过程及其对雷口坡组油气聚集成藏的控制作用，以期为川西坳陷雷口坡组的进一步勘探开发提供地质支撑或借鉴。

1 构造和断层特征

1.1 构造单元划分

川西地区可以划分为3个构造单元，即松潘—甘孜褶皱带、龙门山冲断带(或逆冲推覆带)和四川盆地西部(图1)[6]。沿龙门山冲断带走向大致以卧龙—怀远、北川—安县一线为界将其划分为南、中、北三段；沿断层倾向，龙门山冲断带自西向东发育3条地表显露的断裂带：茂汶断裂(F1)、映秀断裂(F2)和通济场断裂(F3)(图1)。

1.2 区域构造特征

印支期—喜马拉雅期，川西地区经历了多期次、多方位递进挤压变形。关口断层以西为基底卷入式逆冲变形，多表现为断块特征；关口断层以东的雷口坡组顶部构造主要表现为背斜构造带和斜坡、凹陷带相间的格局。雷口坡组顶部现今构造单元划分为“两隆两凹两斜坡”的格局[7-8]：两隆分别为龙门山前构造带、新场构造带；两凹分别为成都凹陷、绵竹凹陷；两斜坡分别为广汉斜坡、绵阳斜坡。其中，隆起带和斜坡带是川西坳陷雷口坡组储层发育的有利区。

1.3 重点局部构造、断裂特征

1.3.1 金马—鸭子河构造

金马—鸭子河构造位于川西坳陷中段龙门山前构造带，主要受控于彭县断层和关口断层(图2)，构造变形具有典型的分层变形特征。从各主要构造层断层数量来看，以中、下三叠统膏盐层为界，二叠系断层数量要远多于三叠系断层。中、下三叠统膏盐层以上地层主要受控于关口断层(F4)和彭县断层(f3)，下三叠统膏盐层以下地层主要受二叠系及以下f14和f18断层控制，同时在这两条主干断层之间发育多条次级断层。这些次级断层主要为断穿二叠系的背冲断层，断层上方终止于膏盐层，平面上这些断层主要走向为NE向，表明这些断层并非同期。除了大断层外，区内还发育一系列小断层，在石羊镇构造和鸭子河构造附近都发育了一系列NEE向的小断层。

图1 川西地区构造单元与地层划分

图2 龙门山前金马—鸭子河构造地震剖面

1.3.2 新场构造

新场构造整体为NEE—SWW向展布，断层并不发育，表现为一典型的膏盐聚集增厚的滑脱背斜，背斜两翼倾角较缓(图3)。该构造带经历了多期构造变形，但是关于其形成时间和机制还存在较多争议，部分学者认为其主要形成于印支—燕山期[9]；也有人认为该构造带在印支期雷口坡组沉积末期就已经具备了古隆起的雏形[10]，其主要证据来自于新场构造上、下构造幅度变化规律和不同深度断层方位规律的认识，即侏罗系及以上地层构造幅度最大、须四—须五段构造幅度最小，雷口坡组—须三段构造幅度界于两者之间。从构造变形的角度分析，如果是一继承性背斜，下部先期沉积地层遭受到的变形期次应该更多，变形幅度应该最大，而上部地层晚期沉积，无论是经历的构造变形期次还是构造变形幅度都应该更少更小。新场背斜须家河组二段顶部存在地层对称上超现象，表明早期该位置应该处于构造高部位，说明新场背斜至少在须家河组二段沉积末期就存在构造隆升。

图3 四川盆地川西坳陷新场构造地震剖面

1.3.3 马井构造

马井构造平面上呈NE—SW向展布，背斜南部为断层切割(图4)，是前缘扩展变形带应力传递的结果；断层下部震旦系—三叠系均卷入变形，向上断层变形具有明显的继承性特征，背斜总体表现为后翼宽缓，前翼窄而陡，且前翼地层倾角从中三叠统雷口坡组四段向上倾角由近于直立到地表白垩系逐渐减小，前翼强变形带表现为明显的剪切特征。马井构造卷入变形的最新地层为第三系，表明断层在新生代以来持续活动。

2 川西坳陷中段构造演化

2.1 SW—NE向断层形成期分析

SW—NE向断层是川西坳陷发育最多、分布最广的断层。如关口断裂、彭县断裂等，其成因均为龙门山前受来自于NW向构造挤压所形成的逆冲断裂。

图4 四川盆地川西坳陷马井构造地震剖面

川西坳陷龙门山前中段和北段的二叠系露头样品镜质体反射率(Ro)介于0.70%～1.00%之间，根据埋藏史及热演化史分析，露头点该Ro值对应埋藏深度在2 000～3 000 m之间，初步分析认为川西坳陷中段关口断层带及其以西各大逆冲断层形成时间较早，最早可形成于印支早期，至少不晚于须家河组三段沉积末期的安县运动。大邑大飞水剖面露头样品Ro值与盆地内部二叠系样品(Ro值介于1.70%～4.80%)接近，推测川西坳陷龙门山南段抬升较晚，抬升时间大致为燕山—喜马拉雅期(表1)。

2.2 川西坳陷中段构造演化过程

利用断层相关褶皱理论，结合野外观测，将川西坳陷中段的龙门山前划分为3个构造变形带：北川—映秀断层上盘叠瓦逆冲推覆构造变形带；安县—灌县与关口之间的三角楔断块构造带；关口断层以东为山前隐伏带。本次研究以龙门山前隐伏带金马—鸭子河构造为例，综合分析认为川西坳陷中段经历了4个构造变形阶段(图5)。

2.2.1 印支早期

印支早期(中三叠世)川西地区属于克拉通盆地，自龙门山向东残余地层厚度减薄；自南西向北东方向残余地层厚度减薄，且越靠近龙门山减薄趋势越明显，反映了川西坳陷龙门山北段较中段抬升剥蚀强度更大。此时，雷口坡组顶部遭受弱暴露剥蚀。

2.2.2 印支晚期

印支晚期龙门山冲断变形向前陆传递，此时是印支期变形强度最大、波及范围最广的一期构造运动[12]，地震剖面显示构造变形特征明显。区内须家河组五段的部分地层被剥蚀，上覆侏罗系底部白田坝组不整合覆盖于须家河组五段之上，金马—鸭子河构造进一步形成。

2.2.3 燕山中—晚期

从雷口坡组上覆沉积地层厚度的变化看，侏罗系沉积前的地层西厚东薄，以须家河组三段沉积前最为明显，侏罗系以后的沉积地层西薄东厚，下侏罗统向北西方向超覆于须家河组之上；须家河组顶部及须三段分别遭受剥蚀，表明印支中幕(安县运动)和晚幕的两期构造抬升，使得龙门山前地层遭到强烈挤压抬升剥蚀。白垩系的厚度变化又可以细分为下白垩统天马山组和上白垩统灌口组沉积时期的生长地层特征，此时金马—鸭子河构造隆升幅度加大，关口断层、彭县断层开始形成。

2.2.4 喜马拉雅期

古近系与白垩系不整合接触的地层特征较为明显，说明川西坳陷中段龙门山前有强烈的冲断变形，在龙门山不断向东挤压作用下，导致紧靠山前表现为对冲构造，关口断层、彭县断层均变形强烈，构造挤压应力向川西坳陷内传递，构造持续调整并最终定型。

3 构造演化与油气成藏的关系

3.1 构造圈闭对成藏的控制

3.1.1 现今构造对油气富集具有控制作用

目前，川西坳陷所发现的雷口坡组气藏均发育在正向构造带上。现今构造圈闭的发育程度控制着气藏的分布与储量规模。通过钻探证实，金马—鸭子河构造和马井构造的雷口坡组气藏为构造气藏，新场构造的雷口坡组气藏为构造—地层气藏。

表1 川西地区二叠系露头样品镜质体反射率Ro测试数据统计

3.1.2 古构造对油气成藏控制作用

众多研究者对川西坳陷古隆起形成时间开展过研究，但在取得的认识方面难以达成一致，主要有三种观点：曹烈等[13]认为川西地区古隆起形成于燕山中晚期；杨克明等[10]认为该区古隆起形成于印支晚期须家河组五段沉积时，并存在一个雏形的持续、再到最终定型的过程，受须家河组三段沉积时印支运动的影响，在川西坳陷中段形成了孝泉—新场—丰谷近东西向的古隆起；袁晓宁等[14]、胡烨等[15]认为川西地区的古地貌可划分为高地残丘区和凹地，在新场地区表现为东西走向的古地貌高点，说明须家河组三段沉积时就开始发育古隆起的雏形。相比于周围的凹地，这些早期形成的古地貌高点，在后期演化过程中，构造高部位变化不大，控制着油气的富集。

本次研究认为，川西坳陷中段虽然在印支早期须家河组二段沉积时可能存在小幅度隆起，印支晚期古构造范围进一步增大，但起关键作用的构造时期还是早—中侏罗世。此时气藏主力烃源岩处于生气期，古构造分布控制着雷口坡组含气规模。通过沉积地层厚度印模法对晚侏罗世前川西地区雷口坡组顶古构造特征进行分析，发现晚三叠世—中侏罗世沉积地层厚度较薄的区域主要分布在大邑—石羊镇—彭州以及温江—广汉—罗江一带，为当时雷口坡组顶构造高部位(图6)，基本呈2个条带状分布，与现今大邑构造、金马—鸭子河构造、新场构造、马井构造、崇州构造分布一致，但相比现今构造面积更大。

图5 龙门山前金马—鸭子河构造演化过程

3.2 断层对油气输导的控制

3.2.1 烃源断层发育特征

目前发现的川西气田雷口坡组气藏、马井及新场雷口坡组气藏，在其圈闭周缘均发育深切至二叠系的断层，从而为这些气藏的成藏提供天然气运移通道。对于断层组成的油气运移通道，在川西地区通常有两种情况(图7)：一种是断层切穿雷口坡组及二叠系形成的直接供烃的烃源断层；另一种是切穿二叠系但未延伸至雷口坡组的断层与雷口坡组内部断层组成的“接力式”断层运移系统。第一种直接烃源断层在研究区数量较少，主要分布在大邑构造、马井构造、绵阳斜坡以及彭县断层中部地区。断层走向均为NE—SW向，断层性质均为逆断层。除彭县断层规模较大外，其余断层延伸不大，且大多断层发育于背斜构造两翼；至凹陷及斜坡区，除马井断层外，基本不发育直接烃源断层。第二种“接力式”断层运移系统在研究区相对较发育，但从平面上来看主要发育于龙门山前金马—鸭子河构造、新场构造、绵阳斜坡一带，断层规模较小，主要发育于背斜构造两翼。凹陷—斜坡区除马井断层外，能够直接沟通源储的烃源断层基本不发育。但雷口坡组内部小型断层却比较发育，深部断层与雷口坡组内幕断层可形成“接力式”油气运移通道，为凹陷—斜坡区雷口坡组成藏供烃。

图6 四川盆地川西坳陷晚三叠世—中侏罗世沉积地层厚度平面分布

图7 四川盆地川西坳陷雷口坡组气藏气源断层输导样式

无论是“接力式”油气运移还是侧向运移，其供烃能力、运移范围与直接沟通源储的烃源断层相比均存在着局限性和不确定性，这对于凹陷—斜坡区雷口坡组天然气成藏具有重要的影响。

3.2.2 深部流体沿断裂输导的证据

通过岩石薄片中热液矿物的识别鉴定以及稀土元素[16]等岩石地球化学分析，认为在川西地区雷口坡组成岩期后经受过热液的蚀变与改造。这说明深部热液不仅存在垂向上的运移，同时在横向上也存在运移。

本次研究对雷口坡组钻井岩心样品进行了扫描电镜和能谱分析，发现雷口坡组储层中发育有萤石、天青石、闪锌矿等热液成因的矿物(图8)。这些热液矿物的存在，反映了川西地区深部断层流体运移通道的存在，进一步表明雷口坡组与下伏层系烃源之间存在较好的油气输导条件。梁世友等[16]对四川盆地内钻井的雷口坡组稀土元素进行分析，发现稀土元素配分模式均出现Eu正异常，指示沿断裂矿物发生热蚀变，反映深部流体能够运移至雷口坡组。这也揭示了二叠系烃源岩生成的天然气能够运移至雷口坡组储层，可为雷口坡组天然气富集成藏提供丰富的烃源基础[17]。

3.3 构造演化对雷口坡组油气聚集成藏的控制作用

3.3.1 断层发育特征及形成演化

烃源断层直接控制着雷口坡组天然气成藏的物质来源，而断层后期的强烈活动则可以造成气藏的破坏，因此断裂活动对油气成藏具有重要的控制作用。

通过对彭县断层等典型烃源断层形成演化分析，印支晚幕形成鸭子河宽缓背斜，低幅度古构造形成；燕山期彭县断层开始形成，发育于下三叠统滑脱层之上的地层发生变形，下三叠统滑脱层之下，贯穿基底并向上收敛于下三叠统滑脱层和寒武系底滑脱层的断层开始形成；喜马拉雅期各主要断层位移进一步增大，龙门山迅速抬升，构造定型。

根据川西气田雷口坡组气藏成藏史分析，认为二叠系烃源岩早期生成的原油在燕山早期开始裂解成气，与构造、断层形成时期基本一致，彭县断层可作为良好的油气运移通道。

图8 四川盆地川西坳陷雷口坡组热液矿物扫描电镜及能谱分析

3.3.2 构造圈闭

川西坳陷发育雷口坡组古构造，其形成时间早于下伏海相层系及雷口坡组烃源岩的大规模生排烃期，有利于油气的早期聚集。目前，川西地区雷口坡组工业气井均分布在印支晚期古构造发育区，而且从雷口坡组顶面在不同构造期次的古构造及现今构造特征来看，印支晚期—燕山早期(气藏主力烃源岩生气期)构造运动对印支早期古构造进行调整改造，其中对川西坳陷斜坡区改造最为明显，多个古构造演化为马井地区一个小的局部构造，向东、向南斜坡特征更为明显；新场及金马—鸭子河古构造形态表现出与现今相似的特征。因此，适时形成的构造圈闭是雷口坡组规模成藏的基础。

3.3.3 成藏配置关系

根据大量储层流体包裹体测试数据统计分析，认为新场构造带与金马—鸭子河构造带雷口坡组主成藏期均为晚三叠世至早侏罗世(图9)，与构造演化分析结果一致。雷口坡组储层主要形成于准同生期，结合古构造及烃源断层形成及演化特征综合分析，认为构造圈闭、储层、运移输导等关键成藏要素配置关系良好(图5)，有利于早期油气聚集；后期受构造变形影响，除龙门山前大邑构造在断层通天影响下早期气藏遭到破坏以外，其他地区气藏局部受到调整改造，影响较小。因此，局部古构造高点与储层、输导系统等关键成藏要素配置关系良好且后期构造形变破坏较弱的地区，是川西坳陷雷口坡组最有利勘探区。

图9 川西地区新场、金马—鸭子河构造雷口坡组包裹体均一温度及主成藏期分布

4 结论

(1)川西坳陷中段局部构造最早形成于印支晚期，并且关口断层也已开始形成，印支晚期—燕山期构造形变作用控制古构造含气范围，燕山晚期—喜马拉雅期构造形变作用只是对古构造进行调整并最终定形；关口断层以西地区在燕山晚期—喜马拉雅期破坏严重。

(2)直接烃源断层或“接力式”断层运移系统可作为良好的天然气运移通道，有利于雷口坡组油气富集成藏，但后者在供烃能力、运移范围上可能存在局限性和不确定性。

(3)二叠系烃源岩早期生成的原油在燕山早期开始裂解成气，此时川西坳陷中段构造圈闭、储层、运移系统等关键成藏要素配置关系良好，金马—鸭子河、新场、马井等构造在构造演化过程中保存完整，具有规模含气特征。因此，局部古构造高点与储层、输导系统等关键成藏要素配置关系良好且后期构造形变破坏较弱的地区，是川西坳陷雷口坡组最有利的勘探区。