張經(jīng)國，陳 偉，孟立豐

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長寧地區(qū)地處四川盆地南緣，北與華鎣山褶皺帶西傾伏段相接，南毗鄰云貴高原，西鄰鮮水河大型走滑斷裂帶。因此，長寧地區(qū)處在不同構(gòu)造帶相互疊加、影響的區(qū)域，構(gòu)造變形異常復雜。長寧地區(qū)構(gòu)造存在兩個大的構(gòu)造帶，一是北西西走向的構(gòu)造帶，以長寧背斜及其東部區(qū)域以及北西區(qū)域的天宮堂構(gòu)造為代表；二是北東走向的構(gòu)造帶，主要分布在長寧頁巖氣勘探區(qū)塊的中部，為華鎣山褶皺帶西傾伏段的延伸，平面上呈線狀分布，前后翼傾角較大。北西向構(gòu)造帶則集中在探區(qū)的北西、南東兩側(cè)，構(gòu)造帶呈短軸狀，其形成受盆地西側(cè)鮮水河斷裂帶的控制。

長寧地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動，晉寧運動形成基底，隨后桐灣運動對燈影組地層有一定的抬升，但是整體仍處于伸展性的環(huán)境[1]。加里東運動發(fā)生，四川盆地整體出現(xiàn)大隆大坳的格局，而川南地區(qū)北部樂山-龍女寺開始隆起，南部產(chǎn)生黔中隆起，川黔凹陷，隨后海西運動興起，川南及大部分四川盆地都缺失石炭及泥盆的地層，到二疊紀才開始又接受地層沉積[2]。印支運動及燕山運動，川南地區(qū)東部華鎣山斷裂開始隆起，對川南地區(qū)有一定的影響。最后喜山期至今，變形強烈，尤其在川南地區(qū)，所有地層一起受到推覆變形，侏羅系以上的地層幾乎被完全剝蝕。

研究區(qū)內(nèi)部主要發(fā)育三個構(gòu)造單元，工區(qū)東南側(cè)的建武向斜以及工區(qū)西北側(cè)的羅場向斜及中間過渡的玉河背斜，其中建武向斜是與長寧背斜形成的同一期構(gòu)造，且位于大婁山前，呈現(xiàn)出一個走向呈北西-南東向的寬緩向斜。玉河背斜是一個走向呈NE-SW 的小背斜，但是地表出露較多斷層。羅場向斜位于玉河背斜北部，在更大的區(qū)域上被工區(qū)西部走向NE-SW 的燈桿壩背斜，北部的長寧背斜所包圍，軸跡保存了偏移的現(xiàn)象。工區(qū)地表出露的地層主要有二疊系、三疊系及侏羅系地層，由于工區(qū)區(qū)域主要位于向斜核部，因此地表出露的巖性以侏羅系紫紅色泥巖和灰紫色砂巖為主，三疊系地層以灰白色石灰?guī)r為主，二疊系地層巖性以砂巖及頁巖為主。地震剖面所揭示的反射層則比較完整，由老至新為：寒武系筇竹寺組（∈1q），奧陶系五峰組（O3w），二疊系梁山組（P1l），二疊系龍?zhí)督M（P2l），三疊系須家河組（T3x），其中須家河組地層部分保留部分缺失。

2 構(gòu)造樣式分析

本文利用三維工區(qū)內(nèi)的井資料的合成地震記錄對關鍵解釋層位進行標定。分析野外露頭觀察的地層產(chǎn)狀及變形樣式，然后根據(jù)多條封閉解釋的地震剖面資料對地震剖面進行斷層相關褶皺模型假設與斷層幾何形態(tài)正演。

通過井資料的合成地震記錄與相應位置的巖性分層，確保地層的相位保持一致，深度變化符合特征，與本文對寒武系筇竹寺組（∈1q），奧陶系五峰組（O3w），二疊系梁山組（P1l），二疊系龍?zhí)督M（P2l），三疊系須家河組（T3x）幾組的閉合解釋相匹配，而地表出露建武向斜兩翼的主要地層T3x，P2l，傾角分別為17°和19°左右，這也與地震剖面解釋的寬緩向斜相統(tǒng)一。此外在野外露頭中觀察到的建武向斜北部長寧背斜的地層的變化樣式，也表明斷層傳播褶皺是長寧地區(qū)變形的常見樣式（圖1）。

本次研究在對三維地震滿覆蓋地區(qū)的地震資料精細解釋的基礎上，建立其相應構(gòu)造模型，認為長寧地區(qū)深部（主要為筇竹寺組）與淺部（主要為五峰組和龍馬溪組等頁巖層）的構(gòu)造發(fā)育特征存在明顯不同。其中深部以發(fā)育近東西向和北東東向構(gòu)造為主，斷層的發(fā)育造成玉和背斜北西翼地層較陡、南東翼地層緩，其深部以基底卷入式逆沖斷層構(gòu)造發(fā)育為特征（圖2），其應為斷層傳播褶皺構(gòu)造樣式，指示其主要應力場為北西向擠壓，這與南部盆地邊緣區(qū)大婁山褶皺帶的主要構(gòu)造應力場方向基本一致，其形成跟研究區(qū)西北地區(qū)北東向構(gòu)造帶相聯(lián)系。而淺部頁巖層內(nèi)則表，差異明顯的構(gòu)造特征，從剖面上看，建武向斜區(qū)內(nèi)主要發(fā)育小型高陡逆斷層，斷層發(fā)育的上下界限多局限在五峰組地層附近。而在玉和背斜區(qū)則出現(xiàn)較多切穿五峰組至嘉陵江組斷層，且以北東向斷裂占主導（圖2）。從平面展布規(guī)律上分析，建武向斜區(qū)主要發(fā)育北東向和北西向兩組“共軛”斷裂體系，根據(jù)構(gòu)造地質(zhì)學基本原理，認為其主應力方向因大致處于共軛剪切角的銳角平分線位置，其方向大致與長寧背斜近乎垂直，表明該斷裂體系的很可能與長寧背斜形成于同一時期。從形成機制上分析認為，建武向斜區(qū)內(nèi)部的高陡小型斷裂體系與長寧背斜的主體形成密切相關，其受到近北北東向擠壓應力場的影響而造成五峰組和龍馬溪組頁巖層內(nèi)部的層間滑動而形成。而玉和背斜區(qū)不對稱構(gòu)造特征的形成則是受到深部斷層活動的影響而形成了斷層傳播褶皺的三角剪切區(qū)，局部突破并形成高角度的中大型斷裂體系。

圖1 地表發(fā)育的斷層傳播褶皺樣式圖

圖2 建武向斜區(qū)北西向測線構(gòu)造解釋

長寧地區(qū)構(gòu)造定型時間主要在印支期以來，其變形樣式復雜，其中工區(qū)內(nèi)發(fā)育的北西-南東向構(gòu)造帶的變形樣式以典型的基底卷入式的斷層傳播褶皺樣式為主。該類型構(gòu)造以斷層很少到達地表并形成相應的強烈變形褶皺，其前翼寬度窄而地層傾角較陡，局部近直立甚至倒轉(zhuǎn)，形成高陡構(gòu)造；褶皺后翼相對寬緩。這種斷層傳播褶皺形成的過程往往存在深部基底斷層的活動，其在向上傳播進入沉積蓋層時，由于兩者流變學性質(zhì)的差異，常表現(xiàn)為基底中的脆性強破裂變形帶被沉積蓋層中的一個向上變寬的三角形分布式變形帶替代，三角形頂點固定在斷層端點之上。隨著斷層端點的向前傳播，該三角形變形帶也不斷向前向上遷移（圖3）。

3 構(gòu)造樣式與頁巖氣保存關系

頁巖氣形成后，后期的抬升時間和抬升程度是頁巖氣保存的關鍵，地層抬升后遭受風化剝蝕，上覆地層壓力減小，一方面原有的地層壓力與孔隙壓力兩者的平衡關系發(fā)生破壞，深埋于地下的裂縫由原先的閉合狀態(tài)過渡到開啟的狀態(tài)，另一方面，地層的溫度圍壓降低，巖石脆性升高，如后期再次遭受構(gòu)造擠壓作用，巖石極易產(chǎn)生破裂，且破裂模式更為復雜，在上述雙重作用的影響下，地層抬升強度越大的區(qū)域，裂縫發(fā)育程度越高，頁巖氣逸散強度越強，頁巖氣藏則存在“泄壓”的可能；構(gòu)造抬升程度較弱的區(qū)域，地層仍處于較大的埋深范圍，裂縫發(fā)育程度低，巖石表現(xiàn)為一種“裂而不破”的狀態(tài)，一定程度上可維持頁巖氣藏的超壓。

長寧地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖層早期經(jīng)歷了持續(xù)的埋藏階段及隆凹格局置換以及晚期特別是喜山期以來的快速抬升。早期的持續(xù)深埋促使頁巖氣形成，而晚期的構(gòu)造演化則控制著頁巖氣逸散強度和規(guī)模。地層抬升后，原來的烴源巖生烴作用停止，抬升時間的早晚決定著頁巖氣散失量，抬升時間越早，意味著頁巖氣層遭受后期改造時間越長，裂縫越發(fā)育。有研究表明，長寧地區(qū)整體的快速抬升時間與同處川東南隔擋式構(gòu)造區(qū)的川東地區(qū)相比晚，長寧地區(qū)的最晚一期的快速抬升時期是在ca.45Ma，工區(qū)東部地區(qū)在ca.35Ma，如此短時間的快速抬升一方面可能會導致裂縫連接錯動形成斷層，部分大幅度的構(gòu)造抬升同樣也會導致保存條件的破壞而導致頁巖氣的散失。

本文認為羅場向斜東南翼北部構(gòu)造樣式為典型受主干斷裂活動控制而形成的斷層傳播褶皺變，其表現(xiàn)為褶皺前翼陡傾，核部及后翼相對較緩，其為典型的低傳播比條件下形成的構(gòu)造，表現(xiàn)為褶皺作用強烈，變形幅度較大，造成頁巖層的地層傾角相對較大，對頁巖氣的保存不利。而南部受構(gòu)造活動幅度的減弱的作用，傳播比有所增大，整體褶皺變形幅度較緩，相對平緩的地層傾角有利于頁巖氣的保存。

圖3 長寧地區(qū)典型斷層傳播褶皺三角剪切破壞區(qū)發(fā)育過程示意圖

4 結(jié)束語

近期的玉和背斜構(gòu)造帶頁巖氣井普遍遇到的地阻和低排氣現(xiàn)象，很可能與其位于斷層傳播褶皺的三角剪切區(qū)有關，根據(jù)斷層相關褶皺理論，三角剪切區(qū)內(nèi)屬于整個變形帶內(nèi)的強應變區(qū)，地層破壞強烈使得頁巖氣的保存條件遭受破壞，不僅如此，破碎帶的出現(xiàn)更容易受到流體的注入，因此本研究認為建武向斜區(qū)不同時期形成的構(gòu)造帶的存在是造成其在玉和背斜帶頁巖氣開發(fā)的失利的重要原因。