梁 瀚 冉 崎 狄貴東 曾 鳴 韓 嵩 王躍翔

中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

近年來四川盆地西北部龍門山前推覆體下盤構造帶的中二疊統(tǒng)棲霞組地質(zhì)認識和油氣勘探取得重大發(fā)現(xiàn)[1-4]， 在雙魚石構造鉆探的ST1井棲霞組鉆遇約60 m厚的亮晶生屑灘，白云化作用較強，發(fā)育厚度為15.3 m塊狀白云巖儲層，測試獲87.6 104m3/ d 高產(chǎn)工業(yè)氣流[1]；通過對這套棲霞組儲層的沉積類型和儲層特征分析，發(fā)現(xiàn)棲霞組白云巖儲層在川西北地區(qū)大面積分布[1-2]；隨后ST3井在棲霞組鉆遇22.8 m的灘體塊狀白云巖儲層，測試獲氣41.86 104m3/ d，在中泥盆統(tǒng)觀霧山組鉆遇59.0 m 的厚層塊狀白云巖，測試獲氣11.6 104m3/ d[1]，更是顯示了川西北部整個上古生界具備多層系立體勘探潛力。在ST1井背斜高帶外圍勘探的ST7、ST8、ST10等探井均獲得工業(yè)氣流，證實了川西北部棲霞組白云巖灘相儲層大面積分布，并具備整體含氣性的優(yōu)勢前景。目前雙魚石構造的棲霞組氣藏已進入勘探開發(fā)一體化階段，開發(fā)井SY001-1井棲霞組測試獲得83.72 104m3/ d的工業(yè)氣流，多口開發(fā)大斜度井和水平井也鉆遇厚套白云巖儲層，因此，川西北部推覆體下盤棲霞組成為四川盆地勘探開發(fā)領域的戰(zhàn)略接替區(qū)。

雖然鉆探成果顯示了川西北部雙魚石區(qū)塊棲霞組的巨大勘探開發(fā)潛力，但前期的構造解釋方案將雙魚石構造帶簡單地解釋為逆沖斷塊，并沒有厘清整個構造帶的構造變形特征，不能確定其棲霞組氣藏類型，限制了棲霞組氣藏的精細描述。

近年來為落實該地區(qū)的構造和儲層的分布特征，部署了多塊三維地震及加強參數(shù)的束線三維地震[5]，以“保真、保幅、構造成像”為處理原則，圍繞“改善成像質(zhì)量、提高分辨率”，開展高分辨地震精細成像攻關[6-7]，獲得的疊前地震偏移成像處理成果對隱伏構造帶的構造變形特征研究提供了很好的基礎地震資料。因此，基于地震反射剖面的精細構造解釋，利用新鉆井資料去約束隱伏構造帶內(nèi)地震反射成像差的復雜構造變形區(qū)的構造變形特征，確定了隱伏構造帶棲霞組氣藏的構造特征，綜合前期地質(zhì)認識，認為隱伏構造帶棲霞組氣藏具備形成大型巖性—構造整裝氣藏的地質(zhì)條件，具有很好的油氣勘探前景。

1 地質(zhì)背景

前人對龍門山前構造做了大量的研究工作，也取得了豐富的認識[8-12]，川西北地區(qū)龍門山前以馬角壩斷裂和①號斷層為界，主要分為外來推覆體、疊瓦構造帶、隱伏構造帶3套構造體系（圖1）[3]，其中①號斷層也即前人提出的山前隱伏斷層[12]，是疊瓦構造帶與隱伏構造帶的分界斷層，隱伏構造帶的棲霞組儲層連片發(fā)育，主要位于天井山古隆起[8]。龍門山前北段從三疊紀以來主要發(fā)生了2期主要的逆沖推覆變形，為晚三疊世和新生代，疊瓦構造帶在印支晚期發(fā)生構造變形后，到了喜山期再次活化，但隱伏構造帶主要的構造變形期發(fā)生在喜山期，在印支晚期并沒有明顯構造活動[3]。

川西北地區(qū)發(fā)育了2套區(qū)域性滑脫層，分別是寒武系泥頁巖和下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽層，上古生界隱伏構造帶受寒武系泥頁巖和下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖所控制，與上下地層之間形成分層構造變形特征[3]。

由于隱伏構造帶深埋地下，因此針對隱伏構造帶構造變形特征研究很少，早期構造解釋主要認為雙魚石構造發(fā)育背沖背斜帶，總體呈現(xiàn)為大型復式背斜高帶[1]，隆凹相間結(jié)構發(fā)育高角度逆沖斷層；背沖凸起構造內(nèi)的地層（部分古生界和下三疊統(tǒng)）相對破碎、斷塊規(guī)模小。

川西北地區(qū)線束三維的地震成像攻關發(fā)現(xiàn)①號斷層下盤發(fā)育上古生界隱伏構造帶，并一直向北東盆地內(nèi)延伸、包含了雙魚石區(qū)塊[3-4]，①號斷層下盤的棲霞組整體有利勘探面積超過3 000 km2[4]。

2 雙魚石區(qū)塊膝折帶變形特征

2.1 精細構造解析

雙魚石區(qū)塊背沖背斜帶模式所解釋的高角度逆沖斷層斷距較大，垂直斷距可達500 m（圖2），整個隱伏構造帶斷層發(fā)育[4]，斷層主要走向為北東—南西向，平面延伸長，可達33 km（圖3）。

新近隱伏構造帶內(nèi)以雙魚石區(qū)塊棲霞組為目的層的ST6井鉆到了這種背沖背斜帶構造模式的翼部（圖2），鉆到最陡達63°的高角度北西傾地層，該復雜帶的地層傾角介于40°～60°，成像測井及傾角數(shù)據(jù)連續(xù)、清晰，地層連續(xù)，不發(fā)育斷層和破碎帶（圖4-a）。

ST6井鉆遇一個完整的北西傾的背斜翼部，基于其測井傾角數(shù)據(jù)建立了ST6井構造模式（圖4-b），將這個翼部構造復原到剖面后，顯示背斜與向斜以一套完整的地層相接，并沒有被斷層錯斷（圖5-a）。

圖2 雙魚石區(qū)塊A A 疊前偏移成像高角度逆沖斷層解釋方案的剖面圖

早期川西北地區(qū)隱伏構造帶棲霞組隆凹結(jié)構翼部的地震成像信噪比低，解釋為高角度逆沖斷層（圖5-b），雙魚石區(qū)塊ST6井鉆到了這種高角度逆沖斷層解釋位置（圖5-a），鉆井證實隆凹結(jié)構翼部實際發(fā)育的是膝折帶構造模式，并非是受高角度逆沖斷層控制形成斷塊型背斜構造。

圖3 川西北地區(qū)①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組頂界構造展布格局圖（據(jù)楊躍明等[4]，2018）

圖4 ST6井的井旁構造恢復剖面圖

膝折帶是層狀地質(zhì)體中較為常見的構造現(xiàn)象[13]，在石油工業(yè)地震數(shù)據(jù)的實際解剖中已有證實[14-15]，譬如墨西哥灣的Perdido褶皺帶，早期的構造解釋方案認為該地區(qū)同樣以高角度的逆斷層形成斷塊構造[16]，但通過地震資料的處理、解釋攻關研究，Camerlo發(fā)現(xiàn)該褶皺帶發(fā)育的是膝折褶皺，不是斷塊型的背沖構造模式[14]；在阿帕拉奇亞高原頁巖氣勘探開發(fā)過程中，大量的水平井更是鉆穿了褶皺翼部的高角度膝折帶，沒有鉆到高角度逆沖斷層[15]。

因此，根據(jù)井旁構造恢復剖面和地震反射剖面，重新綜合建立了川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊的構造模式，該地區(qū)的棲霞組構造變形特征以膝折褶皺為主，隆凹結(jié)構之間發(fā)育膝折帶，背斜和向斜之間直接以膝折帶相連（圖6）。

2.2 變形機理

斷層相關褶皺理論將擠壓構造分為3種基礎褶皺模型，斷層轉(zhuǎn)折褶皺、斷層傳播褶皺和滑脫褶皺，高角度膝折帶發(fā)育在斷層傳播褶皺和滑脫褶皺中。斷層傳播褶皺在褶皺前翼形成高角度膝折帶，并且膝折帶的向斜軸面的末端處發(fā)育高角度斷層（圖7-a），但褶皺后翼沿斷坡形成寬緩、相對前翼更長的翼部；滑脫褶皺的底部是強塑性滑脫層、上覆碳酸鹽巖和碎屑巖剛性地層，滑脫層的塑性加厚引起上覆層狀剛性地層折曲，在褶皺背斜兩翼都發(fā)育陡立并且長度短的高角度膝折帶，類似于共軛褶皺（圖7-b）。

圖5 雙魚石區(qū)塊棲霞組隆凹結(jié)構翼部解釋方案對比圖

圖6 雙魚石區(qū)塊A A'疊前偏移成像地震數(shù)據(jù)棲霞組膝折褶皺解釋方案的剖面圖

圖7 高角度膝折帶的褶皺模型對比圖

在川西北地區(qū)，寒武系泥頁巖是一個區(qū)域滑脫層，隱伏構造帶在喜山期受到南東指向的龍門山擠壓而發(fā)生主要變形[3]，寒武系泥頁巖在構造變形中形成塑性加厚、并導致上覆層狀上古生界碳酸鹽巖地層折曲，褶皺兩翼發(fā)育高角度的共軛膝折帶，棲霞組膝折褶皺不發(fā)育斷層，因此川西北地區(qū)隱伏構造帶的棲霞組構造變形主要是滑脫褶皺的基礎褶皺模型。

膝褶帶和膝折褶皺在油氣勘探生產(chǎn)過程中，常常在地震剖面中被解釋為“背沖背斜帶”這種構造模式，這種模式也被稱為 “兩斷夾一隆”，但這種被解釋為高角度逆沖斷層的褶皺翼部更可能是膝褶的樞紐帶[13]。這是由于在地震反射剖面中，超過40以上的高角度地層由于地震波傳播機制，不能接收到有效地震反射信息，形成信噪比低的地震反射空白帶或者雜亂反射區(qū)，而膝折帶傾角往往可以達到甚至超過60°，所以膝折帶不能正確成像而被解釋為高角度逆沖斷層。并且張波等[14]認為高角度逆沖斷層的“兩斷”解釋缺乏構造地質(zhì)學的理論支持，根據(jù)地震資料解釋的“陡傾逆沖斷層”與斷裂理論和巖石力學實驗結(jié)果是不相容的。

2.3 油氣關系

川西北地區(qū)雙魚石區(qū)塊乃至整個隱伏構造帶在早期構造模式中解釋的高角度逆沖斷層斷距大，延伸遠，這種構造模式下，斷層上下盤棲霞組儲層之間可能會形成斷層封堵，因為棲霞組氣藏被認為可能形成斷塊型氣藏模式（圖8-a），背斜斷塊上棲霞組儲層為氣層，但在向斜部位，棲霞組儲層氣水關系不清楚，這種氣藏模式使得整個川西北隱伏構造帶棲霞組氣藏碎片化和復雜化，單個獨立的斷塊氣藏圈閉面積小，儲量低，既限制了勘探領域的拓展，也限制了氣藏開發(fā)動態(tài)的分析。

基于鉆到高陡地層的實鉆井數(shù)據(jù)分析建立了膝折帶褶皺模型，①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組不發(fā)育斷塊型背斜構造，而是通過膝折帶形成連續(xù)、整體較完整的背斜—向斜相接的構造模型（圖8-b）。

膝褶帶和膝折褶皺在形成發(fā)育期間，膝褶內(nèi)、外巖層的彎曲與層間滑動是主要的變形方式，這種變形方式將在膝褶帶內(nèi)、外形成豐富的張性破裂（微裂縫）；特別在低孔隙度、低滲透率巖層中，膝褶帶的發(fā)育將大大增強總儲集滲透能力[13]。因此，膝折帶構造模式的提出，對于川西北地區(qū)①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組勘探領域拓展和開發(fā)氣藏認識具有重要意義：①棲霞組儲層裂縫發(fā)育，是優(yōu)質(zhì)的油氣儲集空間；②膝褶帶是背斜和向斜之間棲霞組儲層的良好通道。結(jié)合連片分布的棲霞組白云巖儲層[1-2]和氣藏壓力封存箱[17]的地質(zhì)認識，認為川西北隱伏構造帶棲霞組具備形成大型巖性—構造整裝氣藏的地質(zhì)條件。潛在的①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組超過3 000 km2的有利勘探面積拓展了這種膝折型整裝氣藏的規(guī)模。

圖8 氣藏模式對比圖

3 結(jié)論

1）川西北地區(qū)①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組發(fā)育高角度膝折帶形成膝折褶皺構造模式，不發(fā)育高角度逆沖斷層形成的斷塊型背斜構造模式；

2）膝折帶為構造剪切帶，膝折帶內(nèi)的儲層裂縫發(fā)育，連通性強，是背斜和向斜的棲霞組儲層的良好溝通渠道，同時也是優(yōu)質(zhì)儲層，因此膝折褶皺構造模式的背斜和向斜之間具備很好的連通性。

3）根據(jù)雙魚石區(qū)塊棲霞組膝折褶皺構造模式，并結(jié)合①號斷層下盤隱伏構造帶棲霞組儲層在該地區(qū)連片分布的地址認識，認為川西北隱伏構造帶棲霞組具備形成大型巖性—構造整裝氣藏的地質(zhì)條件。