川东南涪陵地区基底断裂特征与油气成藏

2020-09-14徐祖新李让彬邹玉涛

特种油气藏 2020年4期

潘磊，徐祖新，李让彬，邹玉涛

(中国石化勘探分公司，四川成都 610041)

0 引言

四川盆地基底断裂广泛发育，前期围绕基底断裂部署了多口钻井，多数钻井在二叠系钻遇白云岩储层，双鱼石、卧龙河等构造的多口钻井测试获工业气流，展现了该领域广阔的勘探前景[1-4]。川东南涪陵地区先后部署了TL6、TL7、TL601井，3口井均成功钻遇茅口组热液白云岩储层，其中，TL6井酸化压裂测试获得11.08×104m3/d的工业气流，实现了该区茅口组勘探由岩溶缝洞灰岩气藏向层状白云岩岩性气藏的转变。

前人关于四川盆地基底断裂特征的研究主要集中在2个方面：一是讨论了龙门山断裂、华蓥山断裂、七曜山断裂等深大基底断裂活动对盆地的影响，认为这些基底断裂控制了盆地的构造轮廓及构造分区，并且影响了不同时代的岩相等[5-6]；二是重点研究了盆地内次一级基底断裂对储层发育的控制作用[7-8]，但并未涉及基底断裂与油气聚集的关系。谭秀成等[9]从基底断裂展布特征入手，探讨了基底断裂分布与长兴组生物礁发育的关系；陈轩等[10]通过岩石学及碳、氧同位素分析测试等手段，认为川中地区茅口组白云岩属于构造-热液成因，且基底断裂控制了白云岩的发育和分布。近年来，川西双鱼石地区、川中广安和南充地区的勘探研究表明，油气富集与基底断裂的分布密切相关。然而，前期针对涪陵地区茅口组热液白云岩的研究主要集中在储层基本特征、储层成因及天然气来源上[11-13]，对于该区基底断裂与油气富集成藏的关系尚无系统的报道。

基于上述分析，由基底断裂发育特征着手，从储层发育和油气运移特征等多个角度探讨了基底断裂与油气成藏的关系，并建立了涪陵地区茅口组油气成藏模式，以期进一步指导该地区白云岩气藏勘探。

1 地质背景

涪陵地区构造上属于川东高陡褶皱带，位于四川盆地东部，包括苟家场和黄泥塘高陡构造及东西两侧的向斜区[12]。研究区紧邻15号基底断裂带南北两侧，地理位置位于梁平—涪陵一带(图1)。涪陵地区由于受到兴凯地裂运动和峨眉地裂运动的影响，地温梯度呈现出正异常[14]，形成一系列北西—南东向展布的基底断裂。基底断裂纵向上断穿多套海相烃源岩层系，有利于油气运移成藏。

图1 研究区构造位置

2 基底断裂发育特征

2.1 剖面特征

研究区基底断裂的断距普遍较小，断开地震同相轴的幅度较小，但在纵向上的规模大，上下延伸长，断开层位较多。研究区识别出“Y”字形与反“Y”字形、“花状”构造、直立状3种基底断裂样式(图2)：①“Y”字形(图2a)与反“Y”字形(图2b)基底断裂在研究区最为常见，剖面上主要由倾向相反的2条断裂组成；②研究区的“花状”构造可细分为“负花状”构造(图2c)和“半花状”构造(图2d)，基底断裂在志留系及以上地层扩展形成“花状”或“半花状”结构；③直立状断裂较难识别，其在纵向上近于直立，在地震剖面上表现为无褶皱，对地层也无明显错断(图2e)。

2.2 平面展布特征

根据上二叠统吴家坪组(龙潭组)底界高精度相干切片(图3a)，分析了研究区基底断裂的平面分布特征。

研究区高精度相干切片研究表明，二叠系主要发育2个方向的断裂，即北东—南西向和北西—南东向，2个方向的断裂近垂直相交。平面上，北东—南西向断裂主要为深大构造断裂，其方向与研究区黄泥塘、苟家场和大池干构造的展布方向一致；而北西—南东向断裂为基底断裂，这与前人研究的基底断裂展布方向一致[7]。基底断裂在研究区南部相对发育，整体具有南多北少的特点。

综合高精度相干切片，平面上识别出15、15-1、16号3条基底断裂。15号基底断裂连续分布，整体延伸较远，15-1号基底断裂在研究区内延伸较短；而北部地区16号基底断裂断续分布。纵向上，15、15-1号基底断裂中、上构造层断裂发育程度优于16号基底断裂，表明两者断裂活动性要强于16号基底断裂。高精度相干切片研究表明，平面上15号基底断裂西段破碎带宽度大于中段和东段，表明其西段活动性强于中段和东段(图3b)。

2.3 基底断裂的形成与演化

前人对四川盆地基底断裂的形成与演化进行了一定研究，普遍认为基底断裂在加里东期开始活动，至晚海西期基底断裂再活化[15-16]。限于文章篇幅，不对其形成及演化进行详细分析，仅就晚期构造运动对于先期形成的基底断裂造成的影响作初步探讨。

早加里东期，兴凯地裂运动拉张形成了早期基底构造薄弱带。基底断裂在震旦系和奥陶系多呈直立状分布；晚海西期，峨眉地裂运动使得早期基底断裂再次活化，基底断裂多呈“负花状”或“半花状”。该期基底断裂控制了茅口组的沉积，进而影响了茅口组热液白云岩的形成和分布；研究区在印支期以拉张作用为主，此时基底断裂处于开启状态，对油气的垂向运移和富集成藏有利；而中晚燕山期和喜山期的构造运动使得油气发生调整再富集。

3 基底断裂对油气成藏的控制作用

3.1 基底断裂对储层发育的控制作用

通过统计已钻井白云岩储层厚度及其与基底断裂距离的关系，发现基底断裂对白云岩的厚度和平面展布具有一定的控制作用，但两者相关性关系并不是绝对正相关，表明研究区白云岩储层的形成还受到其他因素的控制(表1)。

研究表明，浅滩沉积微相是白云岩储层发育的基础[11]。随着海平面逐渐下降，研究区浅滩沉积由南向北逐渐迁移，TL6井处于多期浅滩叠合发育区，发育厚度达23.1 m的厚层白云岩。分段性(指同一条基底断裂带的不同位置)和阶段性(指不同的时期,主要是海西期)活动是基底断裂最显著的特征。

在基底断裂活动性强的地区浅滩叠置发育，且深部富镁热液流体易沿着基底断裂向上运移，使颗粒灰岩发生似层状白云石化，如15号基底断裂带附近的TL6井；而同期活动性较弱的地区，深部富镁热液流体对颗粒灰岩的白云岩化程度较弱，如16号基底断裂带附近的PS1井。同一条基底断裂带不同位置，白云岩厚度也有所差异，如TL6井和C4井均紧邻15号基底断裂带，但两者白云岩储层厚度相差9.0 m左右。这种基底断裂差异性、分段性活动特征造成了不同断裂带白云岩发育程度的差异，研究区15号基底断裂带附近钻井的白云岩储层厚度明显大于16号基底断裂带附近的钻井，涪陵地区茅口组热液白云岩发育和分布表现为“南厚北薄”的特点。

表1 涪陵地区茅口组白云岩储层厚度、测试产能与基底断裂关系统计Table 1 Statistical relationship between the Maokou Formation dolomite thickness, testing productivity and basement fault in Fuling

3.2 基底断裂对油气运移的控制作用

涪陵地区基底断裂纵向上断穿多套海相烃源岩层系，但筇竹寺组有效烃源岩厚度小(JS1井为20 m)，对茅口组成藏贡献较小。天然气成因研究表明，研究区茅口组天然气以油型气为主[12]，而吴家坪组(龙潭组)烃源岩以生成腐殖型天然气为主，且其位于茅口组储层上部，对茅口组油气成藏的贡献很小。研究区茅口组储层下部主要发育栖霞组—茅口组、龙马溪组2套区域性烃源岩[12]。因此，基于烃源岩纵向发育层位和生烃特征分析，茅口组天然气最有可能来自下二叠统和下志留统烃源岩。

在上述分析基础上，进一步开展气源对比分析。研究结果表明，泰来地区茅口组天然气δ13C2值为-29.5‰～-28.1‰，卧龙河、大池干、相国寺地区茅口组δ13C2值为-35.8‰～-32.3‰。茅口组天然气δ13C2值普遍高于茅一段和石炭系天然气δ13C2值，但其δ13C2值又存在一定的重叠[12]。同时，涪陵地区茅口组天然气δ13C2值与下二叠统及志留系烃源岩干酪根δ13C值更接近。因此，下二叠统和下志留统烃源岩对研究区茅口组热液白云岩均有气源贡献。

研究区志留系(韩家店组和小河坝组)泥岩厚度大，是一套良好的区域盖层。志留系烃源岩生成的油气若想向上运移，必须要有良好的运移通道。因此，有必要分析基底断裂开启期与烃源岩成烃演化期的时空匹配关系。

在早海西期，龙马溪组烃源岩开始生烃，但该时期基底断裂活动性并不强，受到韩家店组和小河坝组泥岩的封堵，不利于油气垂向运移。至晚海西期—印支期，基底断裂再次活动，一方面影响了茅口组热液白云岩的发育和分布，另一方面为油气高效垂向运移提供了通道，此时下二叠统烃源岩也开始生烃，同时龙马溪组烃源岩已处于大量生成油气的阶段(图4)。上述的基底断裂形成与演化分析表明，TL6井紧邻15号基底断裂，且该断裂在主成藏期开启性较好，可对茅口组热液白云岩储集体实现高效充注。

图4 涪陵地区茅口组热液白云岩成藏演化

3.3 基底断裂对油气产量的控制作用

涪陵及周边地区茅口组勘探开发实践表明，基底断裂带附近白云岩储层发育，同时基底断裂向下断穿多套优质烃源岩，热液白云岩的高产富集区也多分布在基底断裂带附近。一般来说，距离基底断裂越近，含气性越好，钻井测试产量也越高[17-18]。然而由于燕山晚期—喜山期构造运动，使得局部地区构造高部位保存条件受到一定影响。如位于苟家场高陡构造的G2井，其茅口组发育厚度为10.0 m白云岩储层，但由于保存条件差，测试仅获得0.32×104m3/d的产气量。

研究区茅口组热液白云岩气藏具有“整体含气，局部富集”的特征。大面积分布的白云岩储层控制着热液白云岩气藏“整体含气”的特征，而基底断裂带不同段的差异活动性和构造背景则控制着热液白云岩气藏“局部富集”的特征。总体而言，涪陵地区15号基底断裂带附近茅口组油气富集程度高于16号基底断裂带。

4 油气成藏模式

综合研究区基底断裂分布和储层发育特征等，建立了“下生上储、双源供烃”型成藏模式(图5)。整体来看，研究区15、15-1号基底断裂带活动性强于16号基底断裂带，目前其钻遇的白云岩厚度相对较大，是油气高产富集的有利区带。

热液白云岩成藏主控因素主要有3个方面：①优质白云岩储层的分布是油气成藏的基础，而白云岩储层的分布与规模明显受到基底断裂和高能浅滩的控制；②烃源岩成烃演化期与基底断裂开启期良好的时空匹配关系是气藏高产的关键；③晚期构造控制了油气的富集，茅口组热液白云岩表现为不同缝洞体独立成藏。在晚燕山期—早喜山期，受构造运动影响气藏调整富集，处于构造高部位的钻井相对于构造低部位的钻井含气性普遍较好，如卧龙河构造高部位的W67井日产天然气为50.2×104m3/d。