川西北地区双鱼石区块栖霞组膝折褶皱的发现及其油气意义

2020-01-02狄贵东王跃翔

天然气勘探与开发 2019年4期

梁瀚冉崎狄贵东曾鸣韩嵩王跃翔

中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院

0 引言

近年来四川盆地西北部龙门山前推覆体下盘构造带的中二叠统栖霞组地质认识和油气勘探取得重大发现[1-4]，在双鱼石构造钻探的ST1井栖霞组钻遇约60 m厚的亮晶生屑滩，白云化作用较强，发育厚度为15.3 m块状白云岩储层，测试获87.6 104m3/ d 高产工业气流[1]；通过对这套栖霞组储层的沉积类型和储层特征分析，发现栖霞组白云岩储层在川西北地区大面积分布[1-2]；随后ST3井在栖霞组钻遇22.8 m的滩体块状白云岩储层，测试获气41.86 104m3/ d，在中泥盆统观雾山组钻遇59.0 m 的厚层块状白云岩，测试获气11.6 104m3/ d[1]，更是显示了川西北部整个上古生界具备多层系立体勘探潜力。在ST1井背斜高带外围勘探的ST7、ST8、ST10等探井均获得工业气流，证实了川西北部栖霞组白云岩滩相储层大面积分布，并具备整体含气性的优势前景。目前双鱼石构造的栖霞组气藏已进入勘探开发一体化阶段，开发井SY001-1井栖霞组测试获得83.72 104m3/ d的工业气流，多口开发大斜度井和水平井也钻遇厚套白云岩储层，因此，川西北部推覆体下盘栖霞组成为四川盆地勘探开发领域的战略接替区。

虽然钻探成果显示了川西北部双鱼石区块栖霞组的巨大勘探开发潜力，但前期的构造解释方案将双鱼石构造带简单地解释为逆冲断块，并没有厘清整个构造带的构造变形特征，不能确定其栖霞组气藏类型，限制了栖霞组气藏的精细描述。

近年来为落实该地区的构造和储层的分布特征，部署了多块三维地震及加强参数的束线三维地震[5]，以“保真、保幅、构造成像”为处理原则，围绕“改善成像质量、提高分辨率”，开展高分辨地震精细成像攻关[6-7]，获得的叠前地震偏移成像处理成果对隐伏构造带的构造变形特征研究提供了很好的基础地震资料。因此，基于地震反射剖面的精细构造解释，利用新钻井资料去约束隐伏构造带内地震反射成像差的复杂构造变形区的构造变形特征，确定了隐伏构造带栖霞组气藏的构造特征，综合前期地质认识，认为隐伏构造带栖霞组气藏具备形成大型岩性—构造整装气藏的地质条件，具有很好的油气勘探前景。

1 地质背景

前人对龙门山前构造做了大量的研究工作，也取得了丰富的认识[8-12]，川西北地区龙门山前以马角坝断裂和①号断层为界，主要分为外来推覆体、叠瓦构造带、隐伏构造带3套构造体系（图1）[3]，其中①号断层也即前人提出的山前隐伏断层[12]，是叠瓦构造带与隐伏构造带的分界断层，隐伏构造带的栖霞组储层连片发育，主要位于天井山古隆起[8]。龙门山前北段从三叠纪以来主要发生了2期主要的逆冲推覆变形，为晚三叠世和新生代，叠瓦构造带在印支晚期发生构造变形后，到了喜山期再次活化，但隐伏构造带主要的构造变形期发生在喜山期，在印支晚期并没有明显构造活动[3]。

川西北地区发育了2套区域性滑脱层，分别是寒武系泥页岩和下三叠统嘉陵江组膏盐层，上古生界隐伏构造带受寒武系泥页岩和下三叠统嘉陵江组膏盐岩所控制，与上下地层之间形成分层构造变形特征[3]。

由于隐伏构造带深埋地下，因此针对隐伏构造带构造变形特征研究很少，早期构造解释主要认为双鱼石构造发育背冲背斜带，总体呈现为大型复式背斜高带[1]，隆凹相间结构发育高角度逆冲断层；背冲凸起构造内的地层（部分古生界和下三叠统）相对破碎、断块规模小。

川西北地区线束三维的地震成像攻关发现①号断层下盘发育上古生界隐伏构造带，并一直向北东盆地内延伸、包含了双鱼石区块[3-4]，①号断层下盘的栖霞组整体有利勘探面积超过3 000 km2[4]。

2 双鱼石区块膝折带变形特征

2.1 精细构造解析

双鱼石区块背冲背斜带模式所解释的高角度逆冲断层断距较大，垂直断距可达500 m（图2），整个隐伏构造带断层发育[4]，断层主要走向为北东—南西向，平面延伸长，可达33 km（图3）。

新近隐伏构造带内以双鱼石区块栖霞组为目的层的ST6井钻到了这种背冲背斜带构造模式的翼部（图2），钻到最陡达63°的高角度北西倾地层，该复杂带的地层倾角介于40°～60°，成像测井及倾角数据连续、清晰，地层连续，不发育断层和破碎带（图4-a）。

ST6井钻遇一个完整的北西倾的背斜翼部，基于其测井倾角数据建立了ST6井构造模式（图4-b），将这个翼部构造复原到剖面后，显示背斜与向斜以一套完整的地层相接，并没有被断层错断（图5-a）。

图2 双鱼石区块A A 叠前偏移成像高角度逆冲断层解释方案的剖面图

早期川西北地区隐伏构造带栖霞组隆凹结构翼部的地震成像信噪比低，解释为高角度逆冲断层（图5-b），双鱼石区块ST6井钻到了这种高角度逆冲断层解释位置（图5-a），钻井证实隆凹结构翼部实际发育的是膝折带构造模式，并非是受高角度逆冲断层控制形成断块型背斜构造。

图3 川西北地区①号断层下盘隐伏构造带栖霞组顶界构造展布格局图（据杨跃明等[4]，2018）

图4 ST6井的井旁构造恢复剖面图

膝折带是层状地质体中较为常见的构造现象[13]，在石油工业地震数据的实际解剖中已有证实[14-15]，譬如墨西哥湾的Perdido褶皱带，早期的构造解释方案认为该地区同样以高角度的逆断层形成断块构造[16]，但通过地震资料的处理、解释攻关研究，Camerlo发现该褶皱带发育的是膝折褶皱，不是断块型的背冲构造模式[14]；在阿帕拉奇亚高原页岩气勘探开发过程中，大量的水平井更是钻穿了褶皱翼部的高角度膝折带，没有钻到高角度逆冲断层[15]。

因此，根据井旁构造恢复剖面和地震反射剖面，重新综合建立了川西北地区双鱼石区块的构造模式，该地区的栖霞组构造变形特征以膝折褶皱为主，隆凹结构之间发育膝折带，背斜和向斜之间直接以膝折带相连（图6）。

2.2 变形机理

断层相关褶皱理论将挤压构造分为3种基础褶皱模型，断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱，高角度膝折带发育在断层传播褶皱和滑脱褶皱中。断层传播褶皱在褶皱前翼形成高角度膝折带，并且膝折带的向斜轴面的末端处发育高角度断层（图7-a），但褶皱后翼沿断坡形成宽缓、相对前翼更长的翼部；滑脱褶皱的底部是强塑性滑脱层、上覆碳酸盐岩和碎屑岩刚性地层，滑脱层的塑性加厚引起上覆层状刚性地层折曲，在褶皱背斜两翼都发育陡立并且长度短的高角度膝折带，类似于共轭褶皱（图7-b）。

图5 双鱼石区块栖霞组隆凹结构翼部解释方案对比图

图6 双鱼石区块A A'叠前偏移成像地震数据栖霞组膝折褶皱解释方案的剖面图

图7 高角度膝折带的褶皱模型对比图

在川西北地区，寒武系泥页岩是一个区域滑脱层，隐伏构造带在喜山期受到南东指向的龙门山挤压而发生主要变形[3]，寒武系泥页岩在构造变形中形成塑性加厚、并导致上覆层状上古生界碳酸盐岩地层折曲，褶皱两翼发育高角度的共轭膝折带，栖霞组膝折褶皱不发育断层，因此川西北地区隐伏构造带的栖霞组构造变形主要是滑脱褶皱的基础褶皱模型。

膝褶带和膝折褶皱在油气勘探生产过程中，常常在地震剖面中被解释为“背冲背斜带”这种构造模式，这种模式也被称为 “两断夹一隆”，但这种被解释为高角度逆冲断层的褶皱翼部更可能是膝褶的枢纽带[13]。这是由于在地震反射剖面中，超过40以上的高角度地层由于地震波传播机制，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带或者杂乱反射区，而膝折带倾角往往可以达到甚至超过60°，所以膝折带不能正确成像而被解释为高角度逆冲断层。并且张波等[14]认为高角度逆冲断层的“两断”解释缺乏构造地质学的理论支持，根据地震资料解释的“陡倾逆冲断层”与断裂理论和岩石力学实验结果是不相容的。

2.3 油气关系

川西北地区双鱼石区块乃至整个隐伏构造带在早期构造模式中解释的高角度逆冲断层断距大，延伸远，这种构造模式下，断层上下盘栖霞组储层之间可能会形成断层封堵，因为栖霞组气藏被认为可能形成断块型气藏模式（图8-a），背斜断块上栖霞组储层为气层，但在向斜部位，栖霞组储层气水关系不清楚，这种气藏模式使得整个川西北隐伏构造带栖霞组气藏碎片化和复杂化，单个独立的断块气藏圈闭面积小，储量低，既限制了勘探领域的拓展，也限制了气藏开发动态的分析。

基于钻到高陡地层的实钻井数据分析建立了膝折带褶皱模型，①号断层下盘隐伏构造带栖霞组不发育断块型背斜构造，而是通过膝折带形成连续、整体较完整的背斜—向斜相接的构造模型（图8-b）。

膝褶带和膝折褶皱在形成发育期间，膝褶内、外岩层的弯曲与层间滑动是主要的变形方式，这种变形方式将在膝褶带内、外形成丰富的张性破裂（微裂缝）；特别在低孔隙度、低渗透率岩层中，膝褶带的发育将大大增强总储集渗透能力[13]。因此，膝折带构造模式的提出，对于川西北地区①号断层下盘隐伏构造带栖霞组勘探领域拓展和开发气藏认识具有重要意义：①栖霞组储层裂缝发育，是优质的油气储集空间；②膝褶带是背斜和向斜之间栖霞组储层的良好通道。结合连片分布的栖霞组白云岩储层[1-2]和气藏压力封存箱[17]的地质认识，认为川西北隐伏构造带栖霞组具备形成大型岩性—构造整装气藏的地质条件。潜在的①号断层下盘隐伏构造带栖霞组超过3 000 km2的有利勘探面积拓展了这种膝折型整装气藏的规模。