佘曉宇，陳 潔，張士萬(wàn)，舒志國(guó)，郁 飛，李冬冬，龔曉星

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100； 2.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中國(guó)石化 江漢油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢430223； 4. 成都理工大學(xué) 能源學(xué)院 四川 成都 610059)

焦石壩地區(qū)中、古生界構(gòu)造特征及其頁(yè)巖氣地質(zhì)意義

佘曉宇1,2，陳 潔1,2，張士萬(wàn)3，舒志國(guó)3，郁 飛3，李冬冬1,2，龔曉星4

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100； 2.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中國(guó)石化 江漢油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢430223； 4. 成都理工大學(xué) 能源學(xué)院 四川 成都 610059)

通過(guò)二維、三維地震剖面解釋和運(yùn)用平衡剖面技術(shù)觀點(diǎn)，對(duì)焦石壩地區(qū)基底結(jié)構(gòu)、中、古生界構(gòu)造特征及其構(gòu)造演化進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，該區(qū)存在著基底卷入和蓋層滑脫2種構(gòu)造類型?；拙砣胄陀斜硾_背斜、對(duì)沖向斜、疊瓦逆沖、正花狀扭動(dòng)和多字形扭動(dòng)5種構(gòu)造樣式。蓋層滑脫型有斷展或斷彎、斷滑、疊瓦逆沖、疊瓦反沖、沖斷楔5種構(gòu)造樣式和組合。燕山早、中期是該區(qū)的2個(gè)主要構(gòu)造變形期，在燕山早期，中、古生界與基底及其內(nèi)幕之間近水平向西拆離滑脫推覆，形成了侏羅山隔擋式背-向斜交替褶皺。方斗山斷裂與大天池背斜之間的焦石壩地區(qū)為擠壓寬緩復(fù)向斜背景；在燕山中期，受東鄰隔槽帶中、深層基底拆離向西強(qiáng)烈沖斷作用，焦石壩地區(qū)形成了仰沖-逆沖-掩沖構(gòu)造格局,經(jīng)歷基底疊瓦沖斷-蓋層滑脫-左行壓扭3個(gè)變形幕，形成了焦石壩雙層背沖背斜及翼部的斷褶帶。石門(mén)斷褶帶具有多層滑脫褶皺特征，烏江斷褶帶具有滑脫與左行壓扭的性質(zhì)。構(gòu)造變形性質(zhì)與類型、龍馬溪組-五峰組滑脫程度、層滑作用產(chǎn)生的構(gòu)造縫是該區(qū)形成大型頁(yè)巖氣田重要的構(gòu)造影響因素。

雙層背沖；多層滑脫；基底拆離；隔擋式褶皺；頁(yè)巖氣；焦石壩背斜及周緣；四川盆地

關(guān)于北美的頁(yè)巖氣分布，許多學(xué)者在研究原型沉積盆地相關(guān)的板塊構(gòu)造位置基礎(chǔ)上，認(rèn)為與后期逆沖褶皺斷裂帶有關(guān)，控制了頁(yè)巖層分布和保存條件[1-2]，提出了阿巴拉契亞斷褶帶中滑脫頁(yè)巖層變形(尤其是富含有機(jī)質(zhì))對(duì)頁(yè)巖氣聚集作用觀點(diǎn)[3]。隨著涪陵焦石壩頁(yè)巖氣勘探重大發(fā)現(xiàn)[4]，該區(qū)的構(gòu)造成因及其對(duì)頁(yè)巖氣田的控制作用一直存在爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，川東地區(qū)中、古生界構(gòu)造變形源于江南-雪峰陸內(nèi)基底拆離造山動(dòng)力學(xué)機(jī)制[5-7]，側(cè)向推擠造成塊體沿著基底內(nèi)深淺不同層次水平拆離滑脫面滑移推覆[8]，討論其變形時(shí)間及變形方式和規(guī)律，提出了揚(yáng)子板內(nèi)遞進(jìn)變形模式與構(gòu)造劃分方案[9]。但是，以往由于地震資料欠缺，涪陵焦石壩地區(qū)并未進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)造研究，在構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾蜆?gòu)造形成期次的認(rèn)識(shí)上存在著一定的難度和片面性。此次筆者通過(guò)對(duì)該區(qū)二維、三維地震連片解剖和中古生界構(gòu)造圖的編制，根據(jù)構(gòu)造變形變位規(guī)律，研究構(gòu)造演化及其構(gòu)造形成機(jī)制，探討焦石壩地區(qū)大型頁(yè)巖氣田形成的構(gòu)造條件。

1 構(gòu)造背景

川東地區(qū)形成的侏羅山式褶皺，以齊岳山斷褶帶為界，以東至張家界-花垣斷褶帶為隔槽式，以西至華鎣山斷褶帶為隔擋式褶皺，研究區(qū)處于齊岳山山前根部，隔擋式褶皺帶后緣，具有過(guò)渡變化的特點(diǎn)。

涪陵及焦石壩地區(qū)位于四川盆地NE向弧形展布的川東褶皺帶東南部，齊岳山斷裂以西，為萬(wàn)縣復(fù)向斜內(nèi)的寬緩箱狀背斜。焦石壩背斜形態(tài)完整，上、下構(gòu)造層形態(tài)基本一致，東西兩翼受大耳山西、石門(mén)-山窩、天臺(tái)場(chǎng)、吊水巖、梓里場(chǎng)等兩組北東向和近南北向逆斷層夾持圍限，南翼被NW向展布的烏江斷層切割，與方斗山斷褶帶以斷隆、斷凹相隔(圖1)。

2 基底結(jié)構(gòu)與滑脫層系

研究區(qū)基底結(jié)構(gòu)屬于江南-雪峰構(gòu)造域西部，由太古代—古元古代中、深無(wú)序變質(zhì)巖系構(gòu)成的結(jié)晶基底和中、新元古代淺變質(zhì)巖系褶皺基底構(gòu)成，具有3層基底結(jié)構(gòu)、被2套基底拆離剪切帶分割[10]，根據(jù)近年研究成果和地球物理資料揭示，從SE向NW，江南-雪峰造山帶—齊岳山褶皺帶—華鎣山構(gòu)造帶，基底內(nèi)幕的剪切拆離面由深—中—淺梯級(jí)過(guò)渡。地震剖面揭示，在焦石壩至西北地區(qū)為新元古代淺褶皺基底與沉積層系之間的剪切滑脫推覆，滑脫變形強(qiáng)度向NW遞減，屬于“薄皮構(gòu)造”性質(zhì)，并受到逆沖斷層改造，主要滑脫層系有4套(圖2)。

圖1 焦石壩地區(qū)及周緣地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Jiaoshiba and its periphery

2.1 前震旦系板溪群與震旦系南沱組之間滑脫層( Ⅰ )

前震旦系板溪群與震旦系南沱組之間滑脫層(Ⅰ)為新元古代板溪群褶皺基底與沉積蓋層底部之間的滑脫層系，地震剖面揭示，時(shí)深轉(zhuǎn)換滑脫層系埋深約在6～8 km，為齊岳山至華鎣山中、古生界隔擋式背向斜褶皺底板的主要區(qū)域拆離滑脫層系。

2.2 震旦系陡山沱組下段滑脫層(Ⅱ)

陡山沱組以粉砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖為主，厚度在64～103 m，與基底面共同構(gòu)成了沉積蓋層底部的軟弱滑脫層系。地震剖面揭示(圖3)，由齊岳山至華鎣山，背斜底部地震反射往往平行或?qū)捑忨薨櫍瑫r(shí)深轉(zhuǎn)換滑脫層系埋深約在3.0～5.5 km，由東向西逐漸變深，大耳山西斷裂及以東，方斗山背斜帶、大天池背斜帶、華鎣山背斜帶的形成都與該滑脫層和基底頂部之間共同拆離滑脫有關(guān)。

2.3 奧陶系頂部—志留系底部滑脫層(Ⅲ)

上奧陶統(tǒng)五峰組巖性以黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖為主，下志留統(tǒng)龍馬溪組巖性以灰綠色砂質(zhì)水云母頁(yè)巖、灰黑色炭質(zhì)水云母頁(yè)巖為主，滑脫層厚度約為190 m，地震剖面揭示，時(shí)深轉(zhuǎn)換滑脫層埋深約在2～2.5 km，焦石壩背斜翼部、石門(mén)山窩構(gòu)造帶、烏江構(gòu)造帶北段均有分布。

2.4 下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組—上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組滑脫層(Ⅳ)

下三疊統(tǒng)為膏、鹽層與泥巖薄互層、上二疊統(tǒng)發(fā)育煤系地層，具有累計(jì)厚度大、單層薄的特點(diǎn)，由于埋藏淺，上覆地層多以疊瓦逆沖為主，其規(guī)模不大，為次要滑脫層系。4套滑脫層系有如下特點(diǎn)：①由新元古代褶皺基底剪切拆離，導(dǎo)致震旦系陡山沱組與下覆基底面強(qiáng)烈區(qū)域水平滑脫而形成斷滑褶皺，在方斗山以西、華鎣山以東產(chǎn)生了侏羅山隔擋式背-向斜交替，背-向斜主體上受到平緩底板的滑脫程度控制，背斜底部滑脫強(qiáng)度較大，而寬緩的向斜則滑脫距離則相對(duì)較小，滑脫距離的差異也導(dǎo)致了弧形背向斜帶規(guī)律性的展布，為該區(qū)最重要的區(qū)域滑脫層。②陡山沱組表現(xiàn)為下覆位移中協(xié)調(diào)滑脫層，主要分布于背斜翼部，上覆形成了豐富的雙重、斷展褶皺樣式，改變了同軸背斜形態(tài)，并使向斜帶復(fù)雜化。③奧陶系頂部—志留系底部滑脫層集中在石門(mén)斷褶帶、烏江背斜帶北段與梓里場(chǎng)背斜帶復(fù)合區(qū)，焦石壩背斜東西兩翼也見(jiàn)有輕微滑移。由于該層系為頁(yè)巖氣主要產(chǎn)層，滑脫程度、形態(tài)、方式，對(duì)頁(yè)巖氣富集與貧化顯得尤為重要。④飛仙關(guān)組-長(zhǎng)興組滑脫層主要集中在石門(mén)斷褶帶、烏江背斜帶北段與梓里場(chǎng)背斜帶復(fù)合區(qū)頂部，地震剖面揭示為多層系低角度疊瓦沖斷，向上形成盲逆沖出露地表，為本區(qū)的次級(jí)滑脫層系。

圖2 焦石壩地區(qū)地層綜合柱狀圖及主要滑脫層Fig.2 Stratigraphic column and main decollement systems in Jiaoshiba area

圖3 焦石壩地區(qū)A—A′測(cè)線構(gòu)造格架解釋(測(cè)線位置見(jiàn)圖1)Fig.3 Structure framework interpretation of Line A-A′ in Jiaoshiba area (location of the line is shown in Fig.1)

3 構(gòu)造格局與構(gòu)造樣式

3.1 構(gòu)造格局與構(gòu)造劃分

變形構(gòu)造單元?jiǎng)澐值幕驹瓌t主要從所處的大地構(gòu)造位置、基底卷入程度(厚、薄皮構(gòu)造)及其層次、構(gòu)造變形期次、斷裂與褶皺樣式及組合關(guān)系、成因關(guān)系、斷裂及褶皺規(guī)模等方面考慮。

區(qū)域地震剖面揭示(圖3)，由大耳山西斷裂至華鎣山背斜帶，具有侏羅山隔擋式褶皺受基底疊瓦逆沖斷裂改造為仰沖-逆沖-掩沖構(gòu)造組合的特征。大耳山西斷裂及方斗山褶皺帶為高角度沖斷強(qiáng)烈褶皺區(qū)，在涪陵焦石壩地區(qū)為逆沖斷展和反沖斷展、斷彎褶皺，義和場(chǎng)-長(zhǎng)壽地區(qū)則為低角度斷彎褶皺，在華鎣山地區(qū)為典型的隔擋式褶皺，區(qū)域上由東向西，具有隔槽式-隔擋改造式-隔擋式構(gòu)造格架特征，表現(xiàn)出基底剪切拆離-斷裂逆沖與蓋層多層滑脫推覆的特點(diǎn)，以及變形強(qiáng)度逐漸減弱的規(guī)律。

結(jié)合地質(zhì)平面圖揭示(圖1)，方斗山斷褶帶以西-華鎣山斷裂帶以東的隔擋區(qū)有兩組構(gòu)造線，一組為NE向平行直線性展布，屬于侏羅山式蓋層推覆褶皺，另一組為N、S兩段弧形構(gòu)造線，為擠壓應(yīng)力增強(qiáng)由遠(yuǎn)至近的強(qiáng)烈逆沖改造。構(gòu)造形成可以認(rèn)為兩期構(gòu)造變形疊加，第一期為侏羅山式褶皺形成，為東高西低同軸背斜與寬緩向斜交替，焦石壩主體為向斜，形成了基底滑脫縱彎褶皺背-向斜格局；第二期為中-淺地殼剪切拆離基底卷入疊瓦逆沖，焦石壩背斜受疊瓦沖斷夾持，強(qiáng)烈擠壓在向斜基礎(chǔ)上擠壓為背沖箱形背斜(圖4)。

圖4 川東隔擋式褶皺形成模式Fig.4 Formation pattern of the ejective fold in the eastern Sichuan Basin

涪陵及其焦石壩地區(qū)處于侏羅山式隔擋區(qū)后緣，具有基底沖斷改造帶及沉積蓋層滑脫變形特征。依據(jù)構(gòu)造變形性質(zhì)、類型、強(qiáng)度的不同，將焦石壩中、古生界變形構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃榻故瘔螌?duì)背沖褶皺區(qū)(Ⅰ)、烏江逆沖褶皺帶(Ⅱ)、梓里場(chǎng)逆-掩沖褶皺區(qū)(Ⅲ)，可進(jìn)一步劃分為9個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖5)。

3.2 構(gòu)造樣式

將沉積蓋層的變形是否受基底卷入作為構(gòu)造類型劃分的主要標(biāo)志，研究區(qū)可劃分為基底卷入型和蓋層滑脫型兩種類型，并且根據(jù)構(gòu)造變形力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力傳遞方式和幾何樣式進(jìn)一步細(xì)分。

研究區(qū)基底深淺變質(zhì)巖之間存在著水平或相對(duì)低角度滑脫拆離和高角度沖斷褶皺兩種方式，這是由于持續(xù)擠壓蓋層整體滑脫推覆和基底拆離逆沖改造疊合的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，沉積蓋層多層滑脫褶皺形成了焦石壩背斜主體斷滑、斷展、斷彎褶皺及其組合和復(fù)合構(gòu)造樣式；就構(gòu)造成因而言，由于受江南-雪峰隆起區(qū)持續(xù)造山擠壓的影響，研究區(qū)表現(xiàn)為受擠壓(扭)和左行壓扭(走滑)兩種應(yīng)力體制控制，由此可以劃分基底卷入和蓋層滑脫兩大構(gòu)造類型、擠壓與壓扭兩種變形機(jī)制及其10種構(gòu)造樣式(圖6)。

圖5 焦石壩地區(qū)古生界構(gòu)造劃分Fig.5 Structure units of the Paleozoic in Jiaoshiba areaⅠ.焦石壩對(duì)背沖褶皺區(qū);Ⅰ1.焦石壩背沖背斜褶皺帶;Ⅰ2.復(fù)興場(chǎng)西對(duì)沖向斜褶皺帶;Ⅰ3.涪陵反沖斷展背斜褶皺帶;Ⅰ4.石門(mén)疊瓦反沖斷彎背斜褶皺帶；Ⅱ.烏江逆沖褶皺帶;Ⅱ1.北段斷展褶皺背向斜帶;Ⅱ2.中段斷展-斷彎疊加褶皺背斜帶;Ⅱ3.焦頁(yè)5井區(qū)扭動(dòng)褶皺背斜帶;Ⅲ.梓里場(chǎng)逆-掩沖褶皺區(qū);Ⅲ1.梓里場(chǎng)斷展褶皺背斜帶; Ⅲ2.梓里場(chǎng)南斷展褶皺后緣向斜帶

3.2.1 基底卷入型

基底卷入型表現(xiàn)為侏羅山式褶皺形成后，中-淺地殼剪切拆離基底卷入形成背沖、對(duì)沖、疊瓦逆沖、正花狀扭動(dòng)和多字形扭動(dòng)五種基本構(gòu)造樣式(表1)。

背沖斷裂主要控制焦石壩背斜主體，東西兩翼尤其明顯，由于擠壓作用強(qiáng)烈，焦石壩背斜多表現(xiàn)為雙層復(fù)式背沖的特點(diǎn)，下層消減于基底內(nèi)幕淺層拆離面中，而上層剪切位于上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖層系中，在臨近烏江斷層、石門(mén)斷裂帶有較為明顯剪切層系的特點(diǎn)，在擠壓應(yīng)力作用下，由早期NW向逆沖形成基底斷層后反沖形成背沖。對(duì)沖斷裂主要控制于吊水崖向斜，多以復(fù)式對(duì)沖樣式出現(xiàn)，總體為與疊瓦逆沖主斷裂與共軛對(duì)-反沖構(gòu)造組合，焦石壩背斜西翼淺層基底卷入形成對(duì)沖向斜。兩條或以上反向逆沖斷層向同一的構(gòu)造單元逆沖，形成共軛背形或?qū)_繞曲構(gòu)造。

疊瓦逆沖構(gòu)造是該區(qū)燕山早期形成隔擋式褶皺后，持續(xù)擠壓致使基底內(nèi)幕剪切帶進(jìn)一步拆離產(chǎn)生的逆沖構(gòu)造，由東向西減小的斷層組合，而派生出一系列的呈疊瓦狀排列不同級(jí)次的正、反沖疊瓦沖斷構(gòu)造，涪陵焦石壩地區(qū)尤其發(fā)育，至華鎣山褶皺帶逐漸減少，平面呈平行弧形展布。

“多”字形扭動(dòng)褶皺是烏江斷裂帶的主要類型，其南、北段表現(xiàn)顯著，主要由基底-震旦系至奧陶系頂及以上三層扭動(dòng)構(gòu)造組合，北段由于受梓里場(chǎng)斷裂復(fù)合疊加而顯得復(fù)雜，由于江南雪峰持續(xù)造山，擠壓應(yīng)力不斷遞進(jìn)的影響，對(duì)本區(qū)由擠壓逐漸轉(zhuǎn)換為左行剪切壓扭，造成烏江斷裂產(chǎn)生。地震剖面揭示，這種壓扭變形作用，還導(dǎo)致焦石壩背斜形成后，受壓扭作用而產(chǎn)生花狀扭裂構(gòu)造。

3.2.2 蓋層滑脫型

該區(qū)的斷彎褶皺是上覆地層沿著寒武系下段滑脫層和奧陶系頂部-志留系底部滑脫層形成臺(tái)階斷坡?tīng)顢鄬榆壽E發(fā)育的彎曲褶皺，前翼陡、窄，后翼寬、緩，背斜核部變形強(qiáng)烈形成復(fù)雜的內(nèi)幕次級(jí)斷褶。而本區(qū)斷展褶皺逆沖斷層向更高層位擴(kuò)展，在其峰端形成的褶皺，形成于斷坡上方的褶皺與斷坡同時(shí)或近于同時(shí)形成，沿?cái)嗥聫南禄搶酉蛏夏鏇_斷層滑距逐漸減小，烏江斷裂帶，梓里場(chǎng)、石門(mén)斷裂帶是主要發(fā)育區(qū)(表2)。

斷滑褶皺是沿奧陶系頂部-志留系底部、震旦系中段、沉積蓋層與基底平行層面的滑脫面或逆沖斷層的斷坪之上斷層褶皺，控制滑脫背斜的逆斷層只有斷坪而無(wú)斷坡，為一些兩翼基本對(duì)稱的寬緩背斜，滑脫褶皺通常具有底部發(fā)育軟弱層、褶皺核部地層加厚的特征。工區(qū)存在多個(gè)滑脫層系，多見(jiàn)斷滑褶皺，主要發(fā)育在大耳山西斷層、石門(mén)斷層、烏江斷層北段，而基底與沉積蓋層的滑脫作用則是形成區(qū)域性的隔擋式斷滑褶皺，主要形成期為燕山早、中期。后期持續(xù)強(qiáng)烈擠壓改造，與其他褶皺形式的疊加與復(fù)合，使得早期褶皺形跡復(fù)雜化，但在應(yīng)力較弱地區(qū)，褶皺形式還是能很好的保存下來(lái)。

疊瓦反沖斷塊多以?shī)W陶系頂部-志留系底部和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組-上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組滑脫層滑脫推覆與強(qiáng)烈逆沖，推覆體上盤(pán)鋒端地層向上抬升，伴生反向疊瓦逆沖調(diào)節(jié)，主要發(fā)育在石門(mén)斷褶構(gòu)造帶背斜頂部。在擠壓應(yīng)力作用下，鏟式逆斷層沿同一滑脫斷面底部前展或后延形成疊瓦扇，主要發(fā)育在烏江斷褶帶、梓里場(chǎng)斷褶帶上部，兩種構(gòu)造主要形成期較晚。

疊瓦沖斷楔表現(xiàn)為逆沖斷層呈前展式依次沖斷、楔入對(duì)沖斷層下降盤(pán)，形成楔狀沖斷體。石門(mén)斷層、烏江斷層北段沉積蓋層下部，大耳山西沖斷層前部也發(fā)育有該種類型構(gòu)造。

研究區(qū)基底卷入與蓋層滑脫造成了較為復(fù)雜的構(gòu)造組合與復(fù)合，反映了在江南-雪峰造山運(yùn)動(dòng)的相同區(qū)域應(yīng)力環(huán)境下的兩個(gè)不同期次，其局部構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度、性質(zhì)的改變，產(chǎn)生的不同構(gòu)造形式的疊加效應(yīng)，也揭示了該區(qū)構(gòu)造變形特征和變形過(guò)程，石門(mén)斷褶帶、烏江斷褶帶、梓里場(chǎng)褶皺帶內(nèi)幕均揭示出這一特點(diǎn)。同時(shí)，本區(qū)的構(gòu)造組合也反映了焦石壩主體與周緣斷褶帶之間的成因關(guān)系。

圖6 焦石壩地區(qū)地震剖面構(gòu)造解釋(測(cè)線位置見(jiàn)圖5)Fig.6 Structure interpretation of seismic profiles in Jiaoshiba area (location of the lines is shown in Fig.5)

表2 焦石壩地區(qū)構(gòu)造分類(蓋層滑脫)

4 構(gòu)造形成與演化

4.1 構(gòu)造演化

關(guān)于川東地區(qū)構(gòu)造演化，眾多學(xué)者進(jìn)行深入研究，鄒玉濤等[11]認(rèn)為在海西期處于拉張構(gòu)造環(huán)境，印支期進(jìn)入壓性構(gòu)造環(huán)境，而燕山期進(jìn)入推覆作用階段；丁道桂等[12]認(rèn)為褶皺變形時(shí)間為早白堊世末，強(qiáng)調(diào)向揚(yáng)子板內(nèi)遞進(jìn)變形時(shí)限過(guò)程；胡召齊等[13]認(rèn)為川東-湘鄂西褶皺變形發(fā)生在晚侏羅世末至早白堊世初。

地震剖面揭示，三疊系和侏羅系中主要為平行反射組，在大耳山西斷褶帶和梓里場(chǎng)斷褶帶頂部，上侏羅統(tǒng)反射層減薄或上超，而侏羅系沉積后為高陡剝蝕山地地形，因此，可以基本判定該區(qū)的主要斷褶產(chǎn)生和形成期為晚侏羅世末和早白堊世。通過(guò)構(gòu)造演化圖編制(圖7)，涪陵地區(qū)及以西，第一次為晚侏羅世末隔擋式褶皺形成期，同軸對(duì)稱背斜帶成排、成帶展布；第二次為早白堊世基底卷入逆沖斷裂，使早期同軸背斜切割并西傾偏轉(zhuǎn)改造。由此，根據(jù)斷裂褶皺疊合改造的先后次序，判定為燕山早期為侏羅山隔擋式形成期和燕山中期為蓋層沖斷-滑脫褶皺期，燕山中期可進(jìn)一步劃分由疊瓦沖斷—蓋層滑脫推覆—左行壓扭斷褶三幕構(gòu)造變形幕，而燕山晚期—喜馬拉雅期為剝蝕期。

圖7 齊岳山—華鎣山構(gòu)造演化剖面Fig.7 Tectonic evolution profile of Qiyueshan-Huayingshan

加里東運(yùn)動(dòng)期，川中、東及其本區(qū)表現(xiàn)為寒武系、奧陶系、志留系為連續(xù)沉積，加里東末期揚(yáng)子板塊與華夏板塊對(duì)接，揚(yáng)子板塊抬升遭受剝蝕，缺失了泥盆系和下石炭統(tǒng)。海西運(yùn)動(dòng)期，中石炭統(tǒng)海水自東向西侵入本區(qū)接受海相地層沉積，云南運(yùn)動(dòng)整體抬升使石炭系中統(tǒng)剝蝕殆盡。下二疊統(tǒng)發(fā)育開(kāi)闊海臺(tái)地相沉積，海西運(yùn)動(dòng)造成頂部出現(xiàn)沉積間斷，下三疊統(tǒng)在研究區(qū)厚度穩(wěn)定，為開(kāi)闊海臺(tái)地相沉積。本區(qū)處于克拉通拗陷及其斜坡背景，以升降運(yùn)動(dòng)為主。

印支運(yùn)動(dòng)期，古特提斯洋關(guān)閉，揚(yáng)子板塊受周緣擠壓與碰撞，使江南-雪峰板內(nèi)基底拆離，板內(nèi)褶皺變形區(qū)波及梵凈山-武陵山-大磨山。自此，本區(qū)處于受SE-NW方向擠壓構(gòu)造環(huán)境控制，而此時(shí)研究區(qū)褶皺變形甚微。

燕山運(yùn)動(dòng)早期，江南-雪峰造山運(yùn)動(dòng)的側(cè)向推擠使基底由深至淺多層從SE向NW滑移，產(chǎn)生完整的侏羅山式褶皺帶[11]。至川東地區(qū)及本區(qū)，由于淺層褶皺基底與震旦系強(qiáng)烈水平滑脫推覆，形成了方斗山-華鎣山成排弧形展布的背-向交替的隔擋式褶皺。此時(shí)，涪陵及焦石壩地區(qū)處于其后緣根部寬緩向斜，并具有高陡隔槽式向隔擋式過(guò)渡的特點(diǎn)。

燕山運(yùn)動(dòng)中期，隨著板內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)的水平推擠增強(qiáng)，川東地區(qū)蓋層與褶皺基底拆離由SE至NW形成仰沖-逆沖-掩沖疊瓦沖斷，致使蓋層中多滑脫層系滑脫推覆，產(chǎn)生焦石壩背斜，并在其東西兩翼形成斷展、斷滑、斷彎等多種斷褶及其復(fù)合構(gòu)造。由于持續(xù)擠壓作用逆沖逐漸增強(qiáng)，加之，本區(qū)處于主擠壓應(yīng)力南側(cè)，左行剪切壓扭致使焦石壩南翼烏江斷褶帶形成，北翼高陡南傾的特征，焦石壩背斜基本定型。

燕山運(yùn)動(dòng)晚期至喜馬拉雅期，受太平洋板塊和印度板塊對(duì)歐亞板塊先后雙重作用，研究區(qū)位于川西類前陸盆地前緣隆起后緣，而研究區(qū)東側(cè)江南雪峰造山帶張家界-花垣斷裂以西沉積了上白堊統(tǒng)，此時(shí)處于伸展構(gòu)造環(huán)境，但本區(qū)始終處于擠壓構(gòu)造環(huán)境，其構(gòu)造變形甚微，以緩慢隆升或穩(wěn)定環(huán)境，表現(xiàn)為剝蝕階段，為構(gòu)造定型期。

4.2 焦石壩背斜成因分析

根據(jù)解剖主干地震剖面和編制構(gòu)造演化剖面，燕山早、中期是焦石壩背斜及周緣夾持?jǐn)囫迬е饕纬善诓⒒径ㄐ?，燕山運(yùn)動(dòng)晚期至今，該區(qū)處于穩(wěn)定的剝蝕階段，其成因與形成過(guò)程如下(圖8)。

本區(qū)在侏羅山隔擋式褶皺形成的初期為大耳山西斷層、梓里場(chǎng)-吊水巖斷層夾持的寬緩向斜，隨著疊瓦逆沖斷層強(qiáng)烈擠壓和反沖斷層作用形成焦石壩背沖背斜，后強(qiáng)烈的左旋壓扭改造為由大耳山西、烏江、梓里場(chǎng)、吊水崖周緣斷層夾持的背斜地塊。背斜中北段，也可能是扭裂容易產(chǎn)生的地帶。

大耳山西斷層為基底卷入仰沖斷層，屬于方斗山斷褶帶，為隔擋式與隔槽式分界帶。地震剖面揭示，齊岳山隔槽帶中層基底拆離面向隔擋帶淺層基底拆離面過(guò)渡產(chǎn)生的卷入程度大的仰沖斷層，具有擠壓、壓扭和滑脫多重性質(zhì)，其形成時(shí)間早結(jié)束時(shí)間晚。梓里場(chǎng)斷層為淺層基底拆離卷入逆沖斷層，具有擠壓斷展褶皺變形特點(diǎn)，主要形成期為基底卷入疊瓦逆沖期。石門(mén)、山窩斷層、烏江與梓里場(chǎng)斷層構(gòu)造復(fù)合區(qū)為反沖的斷滑和斷彎褶皺構(gòu)成組合，具有蓋層多層滑脫推覆的特征。

烏江斷層特征各段變形有所不同，具有擠壓和壓扭雙重性質(zhì)，南段表現(xiàn)為多字形壓扭的特點(diǎn)，而北段則表現(xiàn)為斷展及盲沖構(gòu)造擠壓構(gòu)造特征，同時(shí)也表現(xiàn)出滑脫構(gòu)造性質(zhì)，其形成時(shí)間晚于上述斷褶帶形成期。

5 頁(yè)巖氣地質(zhì)意義

通過(guò)構(gòu)造變形特征、形成機(jī)制、裂縫預(yù)測(cè)與構(gòu)造變形相互關(guān)系研究，結(jié)合焦石壩頁(yè)巖氣地質(zhì)成果[14-17]，認(rèn)為構(gòu)造對(duì)頁(yè)巖氣富集起到了至關(guān)重要的控制作用，頁(yè)巖氣地質(zhì)意義主要體現(xiàn)兩個(gè)方面。

1) 斷裂、褶皺變形性質(zhì)與強(qiáng)度對(duì)頁(yè)巖氣富集與保存的控制作用。①燕山早期侏羅山隔擋式褶皺造就了寬緩的復(fù)向斜，燕山中期在此基礎(chǔ)上疊瓦逆沖-背沖形成背斜，為焦石壩地區(qū)中古生界五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖氣田提供了優(yōu)越的構(gòu)造背景條件。②龍馬溪-五峰組泥頁(yè)巖層產(chǎn)生強(qiáng)烈滑脫構(gòu)造的地區(qū)，其上覆逆沖斷裂發(fā)育，不利于頁(yè)巖氣成藏與保存。③在焦石壩背斜主體由壓扭褶皺變形形成的低序級(jí)裂隙，主要發(fā)育在五峰組-龍馬溪組及以下地層，改善了儲(chǔ)集空間，有利于頁(yè)巖氣富集成藏，而烏江斷裂帶由于具有強(qiáng)烈多字形壓扭斷裂褶皺貫穿中、古生界，則頁(yè)巖氣保存條件較差。

2) 縱彎褶皺中的層滑作用及其產(chǎn)生的各種類型的構(gòu)造縫對(duì)頁(yè)巖氣富集與保存產(chǎn)生了重要的影響并具有雙重作用。①在五峰組-龍馬溪組軟弱層滑形成的順層裂縫中，背斜或斷背斜翼部或曲率大部位的彎滑順層剪切縫及分布在背斜翼部軟弱層中剪切斜交縫，改善了儲(chǔ)集層系橫向孔滲性而有利于頁(yè)巖氣富集。②在強(qiáng)烈變形中地層增厚的地區(qū)和滑脫構(gòu)造發(fā)育區(qū)，產(chǎn)生的彎流虛脫縫和滑脫剪切縫，會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖氣逸散。石門(mén)斷裂帶兩側(cè)、烏江斷裂帶、焦石壩背斜西南翼，鉆井泥漿漏失，可能與虛脫現(xiàn)象有關(guān)。③本區(qū)發(fā)育的垂直裂縫因其所在構(gòu)造變形強(qiáng)度的不同，具有保存或逸散對(duì)應(yīng)關(guān)系。

6 結(jié)論

1) 通過(guò)地震剖面解釋，完整地揭示了侏羅山隔擋式同軸褶皺受三組疊瓦沖斷改造，形成基底卷入型與蓋層滑脫型褶皺為主要構(gòu)造類型，變形層由下至上、由老到新，變形程度和規(guī)模也逐次遞減。

2) 陡山沱組、龍馬溪組-五峰組、飛仙關(guān)組-長(zhǎng)興組滑脫導(dǎo)致擠壓褶皺變形，集中于烏江斷褶帶、石門(mén)斷褶帶和大耳山西斷褶帶北部，而焦石壩背斜變形相對(duì)較弱，燕山早、中期是本區(qū)主要的構(gòu)造變形期。

3) 本區(qū)燕山早期形成的侏羅山隔擋式背、向斜區(qū)，在燕山中期改造較弱的背斜、斷背斜和斜坡有利于頁(yè)巖氣保存。龍馬溪組-五峰組頁(yè)巖目的層是重要的滑脫層系，其滑脫程度、滑脫方式及上覆滑脫褶皺類型、性質(zhì)、褶皺樣式是頁(yè)巖氣聚集與逸散的重要因素。焦石壩雙層背沖的上層翼部輕微滑脫與背斜東高西低特征是構(gòu)成兩翼頁(yè)巖氣富集與貧化的重要原因。

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(編輯 張亞雄)

Tectonic characteristics and their shale gas geological significance of the Mesozoic-Paleozoic in Jiaoshiba area,the Sichuan Basin

She Xiaoyu1,2,Chen Jie1,2,Zhang Shiwan3,Shu Zhiguo3,Yu Fei3,Li Dongdong1,2,Gong Xiaoxing4

(1. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China;2.SchoolofGeophysicsandOilResources,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,JianghanOilfieldCompany,SINOPEC,Wuhan,Hubei430223,China;4.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

Through 2D and 3D seismic interpretation and application of balanced cross section technique,basement structure,and tectonic characteristics and its evolution of the Mesozoic-Paleozoic of Jiaoshiba area,the Sichuan Basin are analyzed in this study.The results show that there are two types of structures in the study area.The first type is basement-involved structure,which is characterized by five structural patterns and assemblages,including back thrust anticlines,ramp syncline,imbricate thrusting,positive flower wrench and “多”-shaped wrench.The other type is cap detachment structure,which is characterized by five structural patterns and assemblages,including fault-propagation or fault-bend,fault-slipping,imbricate thrusting,imbricate ramp and thrust wedge.Additionally,the Early and Middle Yanshanian period are two major tectonic deformation periods.During the Early Yanshanian period,the nearly horizontal westwards detachment and decollement-nappe structures occurred along the interface between the Mesozoic-Paleozoic and the basement and the interfaces within the basement,resulting in the anticline-syncline alternating Zhuluoshan fold.The Jiaoshiba area between Fangdoushan fault and Datianchi anticline is within a broad compressional synclinorium structural background.During the Middle Yanshanian period,the detachment of the middle-deep burial basement in the eastern trough-like fold belt caused intensive westward thrusting,and then led to the formation of the tectonic framework of obduction-thrust-overthrust in the Jiaoshiba area.The double-layer back-thrusting anticline and faulted fold belt in the flanks were formed in Jiaoshiba area after three deformation episodes,including basement-involved imbricate thrusting-cap rock decollement-left-lateral transpression.Furthermore,Shimen faulted fold belt is characterized by multi-layer detachment folding structure and Wujiang fault-fold belt is characterized by detachment and left-lateral transpression structure.The tectonic deformation properties and types,decollement degree of the Longmaxi and Wufeng Formations,and layer-slipping structural fractures are the major tectonic factors controlling the shale gas play.

double-layer back thrusting,multi-layer decollement,basement detachment,ejective folding,shale gas,Jiaoshiba anticline and its periphery，Sichuan Basin

2016-06-23;

2016-11-03。

佘曉宇(1963—)，男，博士、副教授，礦產(chǎn)普查與勘探。E-mail:shexiaoyu2000@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)青年基金(41402098)。

0253-9985(2016)06-0828-10

10.11743/ogg20160604

TE121.1

A