龙门山复杂构造带红星1井天然气勘探突破及其油气地质意义

2023-03-14杨跃明白晓亮易海永马华灵嵩闫彭思桥陈延贵钟佳倚

天然气工业 2023年2期

杨跃明白晓亮易海永刘冉马华灵韩嵩闫柯彭思桥陈延贵王尉钟佳倚

1.中国石油西南油气田公司 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 3.中国石油西南油气田公司勘探事业部

0 引言

造山带前缘前陆褶皱冲断带一直都是地质学家研究和油气勘探的重点领域，在全球范围内的褶皱冲断带已经发现了大量油气田[1-8]，证实了造山带前缘及其冲断构造具备良好的油气成藏条件。

位于四川盆地西部（以下简称川西）的龙门山山前复杂构造带是该盆地油气勘探的重点区带，前人针对其构造变形特征，动力学机制[9-15]与冲断带断裂期次及组合关系[16-17]，含油气地质条件等开展了大量卓有成效的研究工作，有力地推动了该区的油气勘探进程。相关工作主要包括4个阶段：第一阶段（1950—1970年），以地面构造和地面油气苗显示为依据，主要勘探方向为龙门山北段前缘，钻探了海棠铺构造和厚坝构造，为后续工作奠定了基础；第二阶段（1970—2000年），以中浅层构造圈闭为主要目标，“以中坝为模式，在龙门山前找油找气”，在龙门山构造带北段中坝构造中三叠统雷口坡组、上三叠统须家河组取得了油气勘探重要突破，同期在龙门山构造带南段也发现了平落坝等浅层构造型气藏；第三阶段（2000—2010年），油气勘探目标由中浅层转向深层、超深层、由陆相碎屑岩转向海相碳酸盐岩，在龙门山构造带北段矿山梁构造矿2井中二叠统栖霞组发现厚层状孔隙型白云岩储层35 m；第四阶段（2010—2023年），主要针对深层、超深层滩相孔隙型白云岩储层开展工作，在龙门山构造北段双鱼石构造双探1井栖霞组测试获得高产工业气流[18-28]，同期在龙门山构造带南段平落坝构造平探1井栖霞组滩相孔隙型白云岩储层测试也取得了油气勘探重大突破[29]。

前期的勘探主要针对于山前带，受制于地质认识不深及工程技术手段不适应，前山带的油气勘探迟迟未能获得突破，此后，随着对双鱼石含气构造地质认识的深化和超深层钻井技术的进步，勘探方向进一步向龙门山推覆带前山带推进，部署了以推覆体下盘原地隐伏构造栖霞组为目的层的风险探井——红星1井，钻探揭示了栖霞组具有良好的含气性，经测试获得12.66×104m3/d高产工业气流，实现了龙门山推覆体下盘油气勘探和复杂构造带工程技术的历史性双突破。为此，本文探究了红星1井天然气勘探突破所蕴含的油气地质意义，以期指导下一步在龙门山复杂构造带寻找规模油气增储领域工作。

1 地质概况

龙门山推覆构造带分布于四川盆地西缘，呈北东—南西向展布，长500 km，宽约30～50 km，夹于扬子准地台和松潘—甘孜褶皱带之间，其中主要发育4组大型断裂带——茂汶—汶川断裂（F1）、北川—映秀断裂（F2）、安县—灌县断裂（F3）和广元—大邑（隐伏）断裂（F4），如图1-a所示。受断裂带的控制，地表露头情况、构造样式差异大，自西向东具有分带性：北川—映秀断裂西北侧为后山带，北川—映秀断裂与广元—大邑断裂之间则为前山带，广元—大邑断裂以东南侧为山前带。构造走向上，根据构造变形差异，大致以北川—安县一线和卧龙—怀远一线为界将龙门山构造带由北东向南西分为三段，即龙门山北段、中段和南段[30-32]（图1-a）。

前期的研究成果认为，可以将川西北地区龙门山构造带划分为逆冲推覆构造带、前陆滑脱拆离带和川西前陆盆地3个构造单元[32-33]（图1-b），F1断层是叠瓦构造和隐伏构造的分界断层，两套构造体系构造变形差异明显。印支期构造变形塑造了侏罗系与下伏地层的高角度、大面积角度不整合特征，雷口坡组—须家河组卷入构造变形中，下盘保存较完整的白垩系—寒武系，形成了良好的生储盖组合。隐伏构造指F1断层下盘的原地构造，主要构造变形在喜马拉雅期，被寒武系、下三叠统嘉陵江组两套滑脱层系所夹持，逆冲断层上至嘉陵江组—下三叠统飞仙关组膏岩盐，下至寒武系泥页岩，隐伏构造具备油气成藏的保存条件。

图1 川西龙门山构造带构造特征与单元区划图

2 红星1井地质模型

红星1井开口层位为中侏罗统千佛崖组—下侏罗统白田坝组，与四川盆地内岩性具有较好的可对比性，侏罗系底界为不整合界面。

侏罗系不整合界面以下，可以划分出以下3套地质结构，如图2所示。

图2 红星1井钻井综合柱状图与井旁构造恢复图

1）浅层推覆体（深度介于0～3 990.0 m）：位于①号断裂上盘，发育侏罗系—二叠系地层，包括3套推覆体断片——第一套以侏罗系地层为主；第二套为飞仙关组和须家河组，岩性为残余生物碎屑、砂屑灰质白云岩，含云、含灰泥岩，亮晶鲕粒石灰岩及岩屑砂岩；第三套为飞仙关组—中二叠统茅口组，F3断层以下重复出现飞仙关组紫红色地层，岩性以泥晶石灰岩、砂屑云质石灰岩（偶见鲕粒），自深度2 940 m开始，铀（U）含量开始增高，二叠系生物出现，镜下见泥晶生物碎屑石灰岩（红藻、绿藻、有孔虫、腕足、䗴，生物结构比较简单），下伏地层见喇叭䗴（Codonofusiellasp.），为上二叠统吴家坪组标志生物，见茅口组泥晶生物碎屑石灰岩，生物碎屑密集。地层整体西倾，倾角在40°左右。

2）直立倒转陡带（深度介于3 990.0～6 660.0 m）：位于①号断裂至F1断裂之间，发育吴家坪组、上二叠统长兴组、茅口组、栖霞组地层，倒转陡带以栖霞组为核部，䗴、厚壁虫等古生物证据明显，西翼倾角介于0°～20°，核部及东翼地层倾角介于60°～90°，上、下地层之间具有镜像关系。

3）原地构造带（深度介于6 660.0～7 631.5 m）：位于F1断裂下盘，发育飞仙关组—栖霞组地层，为正常沉积序列，地层岩性由上到下依次为飞仙关组鲕粒石灰岩、长兴组生物碎屑石灰岩、吴家坪组硅质泥岩、茅口组生物碎屑泥晶石灰岩及栖霞组晶粒白云岩，地层倾角介于0°～10°，地层层序恢复正常。

基于红星1井地质模型，结合声波测井及vSP速度，提高浅地表速度模型精度，约束建立了中深层符合地质认识的速度模型；基于小平滑基准面，消除由于地表剧烈起伏引起的走时误差，保持波场运动学特征，融合建立了叠前深度偏移速度模型，有效地提高了速度模型精度（图3）、大幅度提升了叠前深度偏移成像质量（图4），为红星1井区地质—地震建模研究奠定了基础。

图3 红星1井约束线束三维地震速度模型示意图

图4 过红星1井三维地震叠前深度偏移剖面效果对比图

结合近地表地质露头信息与邻井井旁构造恢复成果，重新建立龙门山构造带北段山前带地震—地质解释模型（图5）。龙门山冲断带北段具有“异地推覆—前锋叠瓦—原地冲起”三层地质结构，其中异地推覆带位于马角坝断裂上盘，基底卷入冲断，推覆距离超过100 km；前锋叠瓦带位于马角坝断裂下盘，为逆冲叠瓦构造，推覆距离介于20～50 km；原地冲起带位于F1断裂下盘，为原地—准原地大型断层转折褶皱，宽度介于15～30 km。

图5 红星1井区隐伏断裂下盘大型断层转折褶皱地质模型图

3 沉积储层特征

川西龙门山地区受古特提斯洋影响，扬子地台西缘晚古生代一直处于拉张构造背景，扬子地台西侧发育川西裂陷盆地，北部发育南秦岭边缘裂陷盆地，在乐山—龙女寺古隆起西南侧发育黔桂边缘裂陷盆地，在扬子地台内部发育克拉通内部凹陷盆地[34-36]；二叠纪早期海水从四周向古隆起海侵，碳酸盐岩沉积开始，地层逐渐超覆于古隆起之上，受加里东古隆起地貌控制的栖霞组发育北东—南西向台缘带，沉积了厚层大范围台缘滩体[37-38]。龙门山北段双鱼石构造、龙门山南段平落坝构造钻遇厚层滩相孔隙型白云岩气藏，勘探证实了川西龙门山山前带发育台缘滩[28-29]。

红星1井位于前山带龙门山推覆带下盘原地隐伏构造区域内，钻遇栖霞组地层，岩性组合为：下部深灰色、灰黑色生物碎屑泥晶石灰岩（井深7 730～7 776 m）；中部颗粒残影构造孔隙型白云岩（井深7 694～7 730 m），为台缘带特征；上部发育多套云质石灰岩与泥晶石灰岩互层（井深7 672～7 694 m）。由此说明了推覆带栖霞组台缘带与双鱼石主体区沉积规律具有一致性（图6）。红星1井钻遇厚层台缘滩，进一步证实了川西地区发育稳定台缘带，拓展了天然气勘探有利区的面积。

图6 红星1井栖霞组地层、岩性特征图

红星1井栖霞组中上部发育台缘滩相白云岩，岩性主要为浅褐灰色—灰白色颗粒残影构造孔隙型白云岩，主要为裂缝孔洞型储层，储集空间包括溶蚀孔洞、裂缝和晶间孔隙（图7），实测孔隙度范围介于1.86%～7.83%、平均孔隙度为2.58%，孔隙度大于2.00%的样品占比为49%，孔隙度大于4.00%的样品占比为12%；渗透率主要集中在0.01～1.00 mD（图8）。测井解释结果表明，红星1井储层厚度为26 m，平均孔隙度为2.9%。联井对比结果表明，川西北部栖霞组储层分布稳定，推测川西北地区龙门山前山带—山前带发育栖霞组台缘滩相，白云岩储层大面积连片展布，储层厚度较大（介于35～86 m），如图9、10所示。

图7 红星1井隐伏构造带栖霞组白云岩储层特征照片

图8 红星1井推覆体下盘栖霞组岩心物性直方图

图9 川西北地区栖霞组沉积相分布图

图10 川西北地区栖霞组沉积、储层联井对比图

4 油气成藏地质条件

龙门山复杂构造带北段下寒武统筇竹寺组发育一套优质烃源岩，其位于寒武纪绵阳—长宁裂陷槽北部的海槽沉积中心，沉积了巨厚的海相泥页岩，厚度可达600 m，有机碳含量平均为3.27%（图11）；茅口组一段（以下简称茅一段）烃源岩厚度介于60～160 m，有机碳含量平均为1.61%，空间上与栖霞组台缘带白云岩储层邻近，为一套较好的烃源岩（图12）。已发现气藏的气源分析结果显示，栖霞组的气源表现为以下寒武统烃源岩为主，混有二叠系烃源岩的特征[39-40]。因此，龙门山复杂构造带北段发育优越的烃源岩，二叠系发育优质滩相储集体，源储匹配关系好，为天然气成藏提供了有利的地质条件。

图11 四川盆地筇竹寺组烃源岩分布图

图12 四川盆地茅一段烃源岩分布图

龙门山构造带栖霞组具有优越的天然气成藏条件，普遍含气，成就了大面积含气的气藏特征，山前冲断带已发现双鱼石气藏，山前推覆带也发现了红星1井气藏。双鱼石气藏天然气相对密度为0.578 4，天然气组分中甲烷含量为96.87%、乙烷含量为0.10%、丙烷含量为0、硫化氢含量为0.41%、二氧化碳含量为1.80%、氮含量为0.80%、氦含量为0.02%，不含凝析油，为中含硫化氢、低含二氧化碳的干气气藏。红星1井气藏天然气相对密度为0.655 1，天然气组分中甲烷含量为88.94%、乙烷含量为0.11%、丙烷含量小于0.01%、硫化氢含量为0.36%、二氧化碳含量为9.92%、氮含量为0.57%、氦含量为0.09%、氢含量为0.01%，不含凝析油，为中含硫化氢、低含二氧化碳的干气气藏（图13）。结合龙门山区域地质、构造及烃源岩发育特征，以及天然气地球化学成分，推测上述二者天然气的来源与成藏条件有可能是一致的。

图13 双鱼石气藏与红星1井气藏天然气相对密度与成分对比柱状图

红星1井的钻探，证实了隐伏构造带具有良好的含气性，通过钻井测试发现红星1井区栖霞组含气底界海拔为－7 000 m，地层压力系数为1.21，双鱼石主体构造含气底界海拔为－6 865 m，地层压力系数超过1.32，不同的含气底界海拔和压力系数指示双鱼石主体构造和龙门山前隐伏构造带分别发育两个独立的构造—岩性气藏群。双鱼石气藏与红星1井气藏以F1断裂为边界，形成断裂封堵，东南受白云岩岩性封堵，形成了大型构造—岩性复合圈闭，圈闭面积可达5 000 km2，具有较大的天然气勘探潜力（图14）。

图14 红星1井—双鱼石气藏剖面图

龙门山北段发育大规模展布的栖霞组台缘滩相白云岩储层，储层品质好，受多期构造运动的影响，断裂普遍断至筇竹寺组，成为栖霞组优质储层的供烃通道。断裂顶部普遍集中在二叠系内部或飞仙关组内，多数未切穿下三叠统膏岩层，具备良好的保存条件。同时受构造挤压作用的影响，部分栖霞组储层与茅一段烃源岩侧向对接，天然气成藏有利条件匹配良好。因此龙门山北段栖霞组具有“多源供烃—断裂输导—侧向对接—隐伏保存”的天然气成藏条件（图5）。

总之，龙门山复杂构造带具有良好的天然气生、储、盖空间匹配关系，以及隐伏构造相对较弱的构造变形背景下的稳定保存条件，为形成大规模的天然气聚集提供了有利的地质条件。红星1井栖霞组气藏的发现，为上述油气成藏模式提供了实例支撑。古特提斯域控制古生代多期台缘滩带在扬子板块西北缘叠置发育，红星1井天然气勘探突破证实了龙门山前储层规模连片发育、整体含气的特点，是寻找四川盆地深层碳酸盐岩气藏的重要勘探领域，有望获得天然气规模储量。初步刻画龙门山构造带有利勘探面积达7 600 km2，天然气资源量规模超过1×1012m3，其中龙门山北段山前推覆区有利勘探面积为2 800 km2，已证实的含气面积就达480 km2，天然气资源量超过1 000×108m3，如图15、16所示。