川南Y202地区构造变形特征及其与页岩气保存条件关系

井翠 陈珂磷 邓夏 谢凌峰

1. 中国石油西南油气田分公司四川长宁天然气开发有限责任公司 四川 成都 610000

2. 西南石油大学地球科学与技术学院 四川 成都 610599

四川盆地南部海相奥陶系五峰组和志留系龙马溪组页岩是我国页岩气勘探开发的重点目标，经过多年勘探开发努力，现已建产长宁、威远、昭通等7个重点区域，但目前仅有长宁-威远实现了规模化有效开发，页岩气的勘探成果亟需进一步扩大[1]。Y202区块位于川南西缘，长宁页岩气建产区的西北侧，初步勘探结果显示区域内部具有良好的页岩气探勘潜力，是长宁页岩气示范区进一步扩展的重点有利区之一。但由于Y202区块地处四川盆地西南2个盆地边界位置，构造变形较为复杂，研究程度低，限制了页岩气勘探开发的进一步深入。本研究通过三维地震资料的解释分析，确立了Y202区域构造变形特征，分析了构造变形的主要形成时期，建立了区域的构造演化历史，并结合现有勘探数据分析了区域页岩气富集成藏的主控因素，为区块下一步勘探奠定了基础。

1 Y202 区块构造变形特征

Y202区块周边主要发育2个走向的构造体系：一是北西-南东走向的靛蓝坝向斜北端、五指山背斜南段、屏山向斜以及天宫堂背斜；二是北东东走向的构造，主要发育库场背斜、利店-新繁向斜、沐川背斜以及五指山背斜和天宫堂背斜南段。

五指山背斜为一基底逆冲断层形成的断层传播褶皱（图1a）。褶皱北段（剖面A-A’）整体呈褶皱轴面近直立的水平褶皱，存在一定的不对称性，褶皱北东翼部地层倾角相对略小且宽度略大，南西翼地层倾角略陡，宽度略小；南东翼转折端位置存在一轴面逆冲断层，传播至地表，将北东盘的侏罗系地层推覆至南西盘的白垩系地层之上，断层附近地震反射杂乱（图1a）。五指山背斜的主控断层为一倾向南西的基底逆冲断层，其活动造成的断层传播褶皱的形成，后期随挤压逆冲作用的增强，褶皱后翼位置，即南西翼位置轴面薄弱部位发育一突破断层，形成“Y”字型逆冲断层。褶皱南段南西翼轴面突破断层不发育，褶皱样式受南西倾断层控制，断层传播褶皱前翼陡短后翼长缓的构造特征更为明显。

图1 Y202井区格架地震剖面解释（地震剖面A-A’）及其平衡剖面恢复过程

天宫堂背斜为一宽缓的不对称褶皱，地层两翼倾角相较与五指山背斜小，构造展布范围则相较大，特别是后翼（屏山向斜区域）地层倾角基本在10°以内，但延伸宽度超过15km。天宫堂背斜的断层传播褶皱特征更为明显，同时其后翼地层相较于前翼水平地层所代表的初始沉积面高差显著，属于典型的基底卷入式构造。控制天宫堂背斜的主要断层为褶皱北东翼部中部位置的逆冲断层-“宫1号”断层。宫1号断层在天宫堂此处仅造成寒武系底界的明显错断，五峰组及其上部地层的错断不明显，因而整个褶皱形态仍然是相对完整的状态（图1a）。天宫堂背斜和五指山背斜具有类似的平面构造特征，北段东西向的沐川背斜和南段北西向的天宫堂背斜平面叠加成“锤”状，指示了区域受到北东-南西向和北西-南东向构造挤压应力的共同作用。北东东向构造变形特征和北西向构造基本一致，均为基底逆冲断裂造成的基底卷入式传播褶皱，且在后期挤压变形过程中断层在前翼或者后翼转折端位置发生突破向上传递至近地表。

2 Y202 区域构造变形时限与演化

构造分析显示Y202主体构造形成于新生代。结合地表和地震剖面地质特征，五指山背斜和天宫堂背斜的构造几何形态自下部寒武系地层向上直至白垩系地层基本一致（图1b-f），即上下变形耦合，表明主体的断层和褶皱作用在白垩系地层沉积之后发生，上下协同变形，从而形成几近一致的构造样式。五指山背斜、天宫堂背斜受控于西侧大凉山块体向东的挤压应力传递，但由于区域缺少新生界，四川盆地西南盆-山结构的构建时代具有较大的争议。现有野外和井下岩石样品开展的的低温热年代学年龄具有较好的一致性，基本认识为川西南大规模造山抬升始于始新世（50～40Ma），且在中新世（～10 Ma）以来开始快速抬升[2]。

三维地震资料显示Y202区域内加里东末期存在一定的构造活动。二叠系底界去褶皱拉平后显示五峰组残余厚度存在明显差异，且残余厚度差异五峰组内部的次级断裂和这些断裂形成的次级断层相关褶皱对应，属于这些次级断裂活动的生长地层，同时表明这些断裂的初始活动时期在加里东末期。Y202区域主要构造变形由加里东末期和喜山期形成，海西、印支期变形不明显。研究通过平衡剖面技术建立了Y202主体构造变形的演化序列。加里东末期，Y202区域收到较为微弱的构造挤压应力，志留系及下部地层被小规模断裂错断，并形成小规模的褶皱形态。其后直至白垩纪维持相对稳定的构造环境。新生代印度板块和欧亚板块发生强烈碰撞，其远程效应传递至川滇块体，四川盆地西侧大凉山块体由西向东运动，挤压应力由造山带前缘向四川盆地传递，西倾的基底卷入断层发育逐渐形成五指山背斜；随挤压作用的持续增强，五指山背斜变形幅度逐渐增大，背斜形态逐渐变得更为紧闭，造山隆升作用也增强；褶皱后翼位置开始发育一条向东倾的反冲断层，并逐渐向上传播突破后翼地层；与此同时，挤压应力逐渐向东传播，另外一条西倾的基底卷入断层开始形成，并逐渐造成上方地层褶皱变形，天宫堂背斜逐渐发育抬升（图1b-f）。

3 Y202 区域构造对页岩气成藏福集的控制因素

3.1 中大规模的断裂对页岩气富集成藏的负面作用

Y202井位于天宫塘背斜北部近东西走向的沐川背斜的核部位置，整体保存条件较好，井位附近没有大规模的断层分布，南侧1.6km位置为沐川背斜的前翼转折端，但由于背斜变形不剧烈，背斜构造样式较为宽缓，位于深部的成褶皱断层并没有在前翼位置强烈突破，仅有非常小的位移量向上传播，造成了寒底的错断，但向上传递至五峰组基本没有明显断距，保存条件较好。试油结果和分析结果基本一致，宜205井直改平测试日产量21.51×104m3，是较为有利的勘探部位。Y202所处的构造部位和宜205基本一致，但Y202井直改平测试日产量只有6.46×104m3，相较宜205差许多。分析两者的构造样式区别在于该区域沐川背斜北翼的完整性相较差很多。Y205井区域背斜北翼发育的断层纵向延伸极短，未传递至五峰组及上部地层；而Y202井区域背斜北翼发育了弥散的高角度贯通断层，基本错断了五峰组，甚至部分断层向上延伸至近地表，虽然整体断距都很小，但是构造顶板的完整性已经被破坏，整个北西翼部的气可能散失严重。这些断层距Y202超过1km，对Y202附近的完整性影响不大，但这些气体向背斜核部高部位运移的路径已经被破坏，对Y202区域页岩气富集成藏是不利的。此外，在Y202井点附近存在一条自二叠系贯穿到近地表的逆冲断层，虽未见向下延伸至五峰组，但志留系顶部的错断依稀可见，这条断层有可能也会产生负面影响。

褶皱核部和翼部的页岩气富集成藏的构造主控因素是断裂对顶板封闭作用破坏的影响。Y202区块内部没有直接通天的中大规模断裂，但次级的断裂系统也造成了顶板的破坏作用。区内大部分断层并没有向上穿透的五峰组，这些断层对页岩气成藏的影响不是很大，可以不纳入考虑。对于断层造成五峰组地层错断的这些小规模断层则需要分开进行讨论：断层上方以及邻近区域内二叠系及其以上地层构造完整性良好，可以认为其顶板封盖没有被破坏，甚至如长宁建产区分析，这些断层上盘由于构造运动产生的次级裂缝较为发育，其开发效果可能由于断层的下盘；而对于断裂附近存在二叠系及上部断裂组合的位置则值得进一步研究，从Y202等井位的勘探结果显示这些相对次级的断裂组合极有可能贯穿成一个破坏体系，造成了构造高部位的页岩气漏失，在下一步的勘探开发中应暂时避开这些区域。

3.2 次级断裂及褶皱变形对页岩气成藏富集的正面作用

特别是断层相关褶皱理论指出断层活动的过程中会导致地层以不同的形式发生褶皱形变，形成断层转折褶皱、断层传播褶皱、滑脱褶皱等多种褶皱类型。深部断层的活动可能没有向上传播至目的层，造成目的层为产生直接错断，但其引发的褶皱作用会同时作用于断层上盘位置的所有地层，使得目的层发生变形。

岩石经历褶皱作用宏观上仍然保持着连续性，但由于经历剪切变形作用，微观角度看，岩石内部在部分构造位置发育次级的裂缝体系，尤其是褶皱转折端等几何曲率大的位置，变形过程中应力较为集中，构造裂缝较为发育。页岩储层发生褶皱变形的过程中，微裂隙和微通道仅能增强页岩储层局部的储集性和渗透性，但并不会使页岩气发生长距离运移和逸散，因此这样的孔隙结构变化有利于页岩气的赋存和富集。褶皱核部和翼部构造完整区域勘探目标的优选着重2个方面，一是向上只贯穿五峰组的断层上盘位置，二是次级小褶皱位置造成的形变，这些位置经历了一定强度的构造变形，有利于大尺度的裂缝发育，改善储集条件，但又不至于达到破坏成藏的变形强度，如Y205井等区域是更为有利的开发区域。

3.3 现今地貌对页岩含气性的影响

现有钻探资料显示含气饱和度与五峰组层底海拔呈明显正相关，Y209区块的含气饱和度是现有勘探井中最低的。研究表明为主的页岩气会在浮力等因素的影响下由低部位向高部位发生聚集，从而导致背斜翼部斜坡和核部高部位区的含气性优于向斜低部位区[2]。Y209完全位于向斜区，构造平缓完整性良好，无明显的破环作用。测井显示Y209的含气饱和度低，为51.9%，低于长宁地区含气饱和度具备工业气流含气饱和度窗口60%。分析其构造因素影响可能是其北部和东部存在2个正向构造，低部位的游离气有较好的侧向运移趋势，气体向沐川背斜和天宫堂背斜的核部高部位方向运移导致含气性变差。

和常规油气不同，页岩气的侧向运移需要一个较为长期的过程。长宁Y202区块在白垩纪大量裂解生气，其后始新世（50～40Ma）川西南大规模造山抬升，距今已经经历了较长的地质历史时期，为页岩气较为长距离的侧向运移提供了时间。因此，研究认为下一步勘探的重点区域应暂时侧重与沐川背斜和天宫堂背斜的核部和两翼位置，远离规模化断层，目的曾存在次级小断裂和褶皱是综合最为有利的页岩气勘探区域。

4 结论

（1）Y202区块主要受北东-南西向和北西-南东向的挤压应力场作用，形成以基底卷入式为主的褶皱冲断样式。

（2）Y202区块主要经历加里东末期的微弱变形，以及新生代以来的强烈构造变形。

（3）Y202区块页岩气富集成藏主要受控于规模化顶板断裂破坏、次级断裂褶皱物性改善以及高程对含气性的影响。