劉 鵬，吳佩津，彭鈺潔

(1. 中國石油東方地球物理勘探有限責任公司，四川 成都 610051；2.貴州建設職業(yè)技術學院，貴州 貴陽 551400)

0 引 言

頁巖氣的成藏作用受到多種地質因素的控制。近些年，學者從不同的角度對頁巖氣成藏展開了較為深入的研究[1-3]。對比北美頁巖氣地質條件，中國海相頁巖具有時代老、熱演化程度高、地質構造條件復雜等特殊性[4-5]。中國中上揚子地區(qū)海相頁巖廣泛發(fā)育，該地區(qū)頁巖層系經歷多期構造演化與長期隆升剝蝕[6]，這一地質條件決定了中上揚子地區(qū)頁巖氣保存條件的重要性。焦石壩地區(qū)作為目前中國海相頁巖氣成功開采的典型，前人對該地區(qū)的研究多將其劃分在川東進行整體研究。焦石壩背斜構造位于四川盆地東南緣，川東高陡褶皺帶的南段，萬縣復向斜、方斗山背斜和石柱復向斜構造的結合部位，整體為箱狀斷背斜，NE走向。受NE向和NNW向2組斷裂控制，變形較弱[7-9]。該文將其作為一個獨立的構造單元，通過顯微構造分析、平衡剖面技術，分析焦石壩在地質歷史時期應力方向、主要形變過程及形變時期，研究其構造特征及保存模式，對具有相同區(qū)域構造條件的四川盆地及其周緣頁巖氣勘探開發(fā)，具有重要的指導意義。

1 砂巖顯微構造特征

樣品采集點分布在焦石壩邊界斷層周緣，為獲得更好的鏡下效果，樣品均選取砂巖(表1)。

表1 樣品采集信息

1.1 顯微變形

鏡下觀察表明，各個樣品內都含有不同類型、不同規(guī)模、不同數量的顯微脆性變形和塑性變形(圖1)。顯微脆性變形以剪裂隙為主，進一步劃分為共軛剪裂隙和羽狀斜列式微裂隙，區(qū)內總體上延伸較短。顯微塑性變形種類較多，主要發(fā)育石英波狀消光、石英帶狀消光、變形紋、壓溶縫合線以及云母塑性變形等，其發(fā)育強度明顯變強，并呈現出明顯的分區(qū)性，其中，變形紋構造在不同構造位置差異最為明顯，在斷裂復雜地區(qū)變形紋構造明顯發(fā)育。具有應力指示意義的顯微裂隙、變形紋以及壓溶構造等顯微構造[10-11]，記錄了焦石壩在地質歷史時期NE—SW、NW—SE 2個應力方向。

圖1 焦石壩顯微變形特征

1.2 巖石組構分析

巖石組構是指礦物集合體內部的幾何形態(tài)和物理性質在空間上的分布規(guī)律，主要包括結構、構造和優(yōu)選方位[10]。利用費氏臺測定法對石英顆粒的光軸優(yōu)選方位進行了統(tǒng)計(表2)。

表2 砂巖樣品石英光軸方位等密圖特征

由表2可知，正常沉積，未受構造擾動變形的原始巖體的石英光軸方位在赤平投影面上應呈隨機均勻的分布趨勢[11]。5個焦石壩砂巖樣品中石英光軸等密度圖上皆表現出有多個主極密點與次極密點的特征，以單斜對稱為主，主極密點與次極密點形成不同方向的對稱，表明受不同方向構造運動的疊加作用(圖2)。

砂巖樣品巖組特征及反映的應力特征，表明研究區(qū)在地質歷史時期所經歷的最強變形作用主要來自于NW—SE向的擠壓應力，NE—SW向擠壓應力次之。擠壓應力在不同地區(qū)呈現不同的變化的趨勢，但其變化范圍主要集中在NWW—NNW向和NE—NEE向之間，這種應力場的旋轉變化可能在靠近斷裂帶地區(qū)促使巖體發(fā)生走滑剪切運動，應變速率發(fā)生變化，從而導致內部石英晶粒產生內部的滑移或旋轉等作用。

圖2 石英光軸方位等密線

2 平衡剖面特征及主要形變過程

平衡剖面指在遵循剖面層長或剖面面積守恒的原則下，將地質剖面恢復到原始沉積地層狀態(tài)的變形剖面[12]。王平等認為焦石壩主要隆升時間為晚白堊世晚期(約65～85 Ma)。選取垂直于焦石壩背斜軸的剖面，剖面長度為18.9 km，焦石壩地區(qū)在120 Ma之后，受構造擠壓作用，地層總縮短量為3.8 km，縮短率為16.7%(圖3)。

研究認為，焦石壩在120 Ma之后主要經歷3個階段。

85～120 Ma階段(燕山晚期)，SE方向江南雪峰山擠壓應力傳遞到川東，該階段焦石壩東部的方斗山背斜開始快速隆升，焦石壩及西部萬縣復向斜區(qū)原始沉積地層也開始發(fā)生變形，受SE向擠壓作用，焦石壩地層主要沿基底發(fā)生順層滑脫，形成滑脫褶皺，上覆地層被動抬升，整體變形較弱，巖層未發(fā)生破裂。該階段的地層總縮短量為0.9 km，縮短率為4.0%。

65～85 Ma(燕山晚期)，為焦石壩背斜主要隆升階段，構造變形具有明顯的繼承性，這一時期又可進一步劃分為2個構造變形階段：①為褶皺隆升階段，前期形成的滑脫褶皺在持續(xù)擠壓應力作用下，進一步隆升，該階段萬縣復向斜以及焦石壩背斜構造雛形基本形成，在應力集中部位形成斷層并發(fā)生應力釋放，向上形成逆沖斷層，受下寒武統(tǒng)膏鹽層影響，該階段形成的斷層均發(fā)育于下寒武膏鹽層，而向上止于中—下志留統(tǒng)軟弱巖層，這一階段地層縮短了2.4 km，縮短率為10.6%；②快速隆升階段，該時期結束了焦石壩沿NW—SE向的快速縮短變形，前期止于中—下志留統(tǒng)軟弱層的逆沖斷層在該階段進一步逆沖突破，焦石壩背斜兩翼斷層向上逆沖明顯，止于中—下三疊統(tǒng)膏鹽層，其中，大耳山斷層、吊水斷層以及石門斷層等邊界斷層在這一時期基本形成，右翼逆沖斷層對焦石壩箱狀背斜的改造最大，五峰組—龍馬溪組變形嚴重。該階段的地層縮短量為3.4 km，縮短率為14.9%。

圖3 焦石壩背斜NW—SE平衡剖面

65 Ma之后(喜馬拉雅期)，焦石壩沿NW—SE向的擠壓變形微弱，直至喜馬拉雅晚期發(fā)生快速隆升，但這一次快速隆升在剖面上表現不明顯，僅導致上三疊統(tǒng)以上地層被剝蝕，局部殘留早—中侏羅世地層，焦石壩內部出露晚三疊世地層，這一階段為焦石壩背斜定型期，該階段的地層總縮短量為3.8 km，總縮短率為16.7%。

3 構造保存模式

焦石壩地區(qū)三疊系膏鹽層遭受剝蝕，但五峰組—龍馬溪組之上仍發(fā)育一套厚度較大、塑性較強、斷層或裂縫不發(fā)育的砂泥巖組合地層，即小河壩組—韓家店組，其下伏地層同樣為區(qū)域分布穩(wěn)定、滲透性低的一套巖層，即臨湘—寶塔組深灰色含泥瘤狀灰?guī)r、灰?guī)r。研究區(qū)在經歷了多期構造抬升之后，埋深仍超過2 000 m，頁巖氣層處于超壓狀態(tài)。

在具備構造變形弱、構造改造時間晚、斷層封堵好、良好的頂底板、較高的氣層壓力的條件下，形成了現今焦石壩頁巖氣高產的模式(圖4)。

圖4 焦石壩頁巖氣保存模式

4 結 論

(1) 焦石壩地區(qū)內砂巖脆性、塑性顯微構造發(fā)育，顯微運動學標志所指示的構造應力方向主要體現了NW—SE和NNE—SSW 2個方向的應力；巖石石英組構反映出研究區(qū)在地質歷史時期所經歷的最強變形作用主要來自于NW—SE向的擠壓應力。

(2) 平衡剖面結果表明，120 Ma之后，焦石壩受構造改造明顯，65～85 Ma(燕山晚期)為強烈改造期，繼喜馬拉雅期之后，焦石壩構造受構造擠壓作用，地層總縮短量為3.8 km，縮短率為16.7%。

(3) 焦石壩具有構造改造強度弱、改造時間晚、斷層封堵性好、埋深適中以及良好的頂底板巖性組合等有利保存條件，有利于頁巖氣富集成藏。

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