四川盆地川中古隆起北斜坡震旦系走滑断裂分布及其勘探意义

2023-08-08邬光辉马兵山

天然气工业 2023年7期

邬光辉邹禺徐伟周刚钟原严威马兵山王剑

1.西南石油大学地球科学与技术学院 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地深层（大于4 500 m）震旦系—下古生界古老碳酸盐岩油气成藏条件与分布规律极为复杂，自威远气田发现后经历了60余年的艰辛勘探历程[1]。2011年以来，在德阳—安岳裂陷槽周缘深层震旦系—寒武系不断获得新发现，在川中古隆起高部位发现了安岳特大型气田，其中震旦系—寒武系碳酸盐岩探明天然气地质储量已超过1×1012m3。通过深化地质认识与技术攻关，建立了川中古隆起大型“相控”构造气藏模式，提出了“古裂陷、古隆起、古丘滩体、古侵蚀面”控藏的理论认识[1-4]，形成了储层地震精细描述、气层测井精细评价、复杂地层快速钻井、高温高压气层改造等配套技术[5-6]，川中古隆起成为四川盆地天然气增储上产的重点领域。同时，川中古隆起天然气勘探由高部位向北斜坡发展。震旦系灯影组丘滩体发育，经历了大气淡水岩溶作用，具有形成规模储层与大气田的地质条件[7-9]，生物丘滩体储层横向叠置可能形成连片分布的大型岩性气藏，并在JT1井获得重要新发现[8-9]，揭示了川中古隆起北斜坡巨大的勘探潜力。但是，随着川中古隆起北斜坡埋深快速增加，深层古老碳酸盐岩经过复杂的成岩演变，具有强烈的非均质性。

近期的研究在川中古隆起安岳气田发现了走滑断裂，主要分布在震旦系—二叠系，以小位移的斜列、雁列断裂为主，具有分层、分级、分类与分段的差异性，并起到了沟通源储、改善储层、富集高产的作用[10-11]，为深层走滑断裂带断控气藏的勘探提供了新思路。然而，川中古隆起北斜坡深层地震资料分辨率低且受三叠系盐膏层的褶皱变形与速度影响，走滑断裂解释的多解性强，是否发育大型走滑断裂及断控气藏还有待深入研究。

为此，笔者在四川盆地川中古隆起北斜坡新三维地震资料的基础上，开展了走滑断裂的识别与解释成图，分析了川中古隆起北斜坡走滑断裂的控藏作用，并沿走滑断裂带勘探部署取得了重要的发现，开拓了四川盆地走滑断控气藏勘探新领域，为超深层海相碳酸盐岩气藏勘探部署提供了新思路。

1 地质背景

四川盆地位于扬子板块的西北部，发育多期构造—沉积旋回，与原/新特提斯洋的开合密切相关，是多旋回演化的克拉通盆地[12]。四川盆地震旦系—第四系地层发育齐全，纵向上构成震旦系—志留系、石炭系—中三叠统、上三叠统—白垩系、新生界等多套构造层[12-13]。受多期构造作用影响，发育多期不同类型的不整合面，并在盆地边缘形成了一系列逆冲断裂，而在克拉通盆地中部则发育宽缓的川中古隆起（图1）。

图1 四川盆地川中古隆起构造震旦系顶面构造形态与地层柱状图

川中古隆起又指“乐山—龙女寺古隆起”[1]，是川中地区下古生界碳酸盐岩组成的前新生界隆起区。川中古隆起发育震旦系—志留系古隆起构造层、二叠系—新生界差异沉降构造层，自周缘向古隆起核部逐渐缺失奥陶系—石炭系，具有明显的平面构造分区、纵向构造分层特征[12-13]。川中古隆起形成于加里东期，受区域挤压作用形成北东走向的褶皱型古隆起，之后继承性发育[1,12-14]。四川盆地发育贯穿川中地区的南北走向的德阳—安岳裂陷，构成了震旦系灯影组的台—槽结构，海槽内下寒武统筇竹寺组优质烃源岩厚度逾200 m，灯影组台地边缘与台内碳酸盐岩高能丘滩相发育[1-4]，构成了优质的生储盖组合。川中地区油气成藏主要发生在印支—燕山期，形成了广泛的油气充注与成藏，并经历了喜马拉雅期的调整改造[1-5,15-17]。中生代以来，由于川中古隆起稳定沉降，油气成藏条件优越。研究结果表明，灯影组储层受丘滩相带控制[18-19]，并发育桐湾期风化壳岩溶作用[20-21]，在丘滩体基础上发育广泛的溶蚀孔洞层[22-24]，形成“丘滩相＋岩溶”复合成因的大规模连片储集层。前人研究认为，川中古隆起北斜坡灯影组丘滩体发育，台缘带宽度与厚度均优于安岳气田[8-9]，发育多套叠置的规模优质滩相储层，具备保存早—晚原油裂解气的封闭条件[25]，推断发育斜坡背景下的大型岩性圈闭气藏，天然气勘探潜力巨大，成为四川盆地常规天然气勘探的重要战略新区带。

2 走滑断裂的分布特征

走滑断裂的断面难以成像，基底地震反射杂乱不清，一般通过高陡直立的褶曲判识走滑断裂[11]。川中古隆起北斜坡走滑断裂地震响应弱（图2），断面向下是否变陡往往难以判别。同时，受到基底褶曲、滑脱褶皱及盐膏层速度上拉等其他因素影响，高陡直立的线性构造难以作为走滑断裂识别的唯一标准。走滑断裂作用导致的地层、台缘相带与构造的水平方向错动，结合这些平面特征有利于判识走滑断裂。

结合川中古隆起北斜坡的地质背景，通过典型走滑断裂的地震响应特征分析，优选相干与对称性照明度等技术识别走滑断裂，并开展走滑断裂的地震解释与工业成图，查明了川中古隆起三维地震工区内走滑断裂的分布（图3）。在22 000 km2的三维地震工区内，发现并落实了一系列近东西走向及少量北东走向的走滑断裂，包括12条Ⅰ级走滑断裂带（长度大于50 km、最大垂向断距大于60 m）、23条Ⅱ级走滑断裂带（长度大于20 km、最大垂向断距大于40 m），总长度达1 480 km（图3）。其中北东向走滑断裂、FⅠ5走滑断裂带及其以北的走滑断裂为新发现的断裂。

图3 川中—川北地区三维地震工区震旦系顶面走滑断裂分布图

地震剖面显示，走滑断裂纵向上分层特征明显，主要分布在震旦系—寒武系与二叠系，局部可延伸至三叠系及其之上（图2），断裂发育程度向上逐渐减弱。川中古隆起北斜坡走滑断裂通常呈高陡直立的线性构造与花状构造，并出现上下断裂倾向的摆动与上下地层断距的复杂变化（图2）。震旦系、二叠系主要发育负花状走滑断裂，形态上表现为断层上盘下掉，表明具有张扭性质；二叠系之下正花状断裂发育，呈现挤压凸起的正向构造，具有压扭性质。这3套构造层呈现张扭—压扭—张扭断裂的叠加，为不同性质的3期断裂叠加（图2）。相对隆起区，北斜坡走滑断裂带断距较小，垂向断距一般小于80 m。走滑断裂具有继承性发育特征，上部走滑断裂的垂向断距较大，但在其发育过程中对深部走滑断裂的垂向断距影响较小，呈现显著的分层变形特征。

通过震旦系顶界、下二叠统底界和上二叠统底界走滑断裂的解释与成图，平面上走滑断裂构造样式及规模具有明显差异性。震旦系走滑断裂延伸较长，以线性、斜列构造为主，发育辫状、斜交及清晰的马尾构造（图3）。FⅠ1、FⅠ4等走滑断裂带出现向东撒开且宽阔的马尾构造，指示自西向东发育的过程。寒武系走滑断裂沿早期走滑断裂继承性发育，对早期走滑断裂改造弱。走滑断裂向上多断至二叠系的底部，并沿主干断裂向上断至二叠系内部，个别断裂断至三叠系（图2）。

3 走滑断裂控储作用

前期研究结果表明，川中古隆起北斜坡灯影组二段、四段（以下简称灯二段、灯四段）碳酸盐岩台地发育，两期台缘带在平面上发生迁移，台缘带的宽度与厚度均高于高磨地区[8-9]。通过新井分析与钻井复查，北斜坡台缘带灯影组厚度大、丘滩体发育广、分布广，但储层厚度薄、纵横向变化大，大多丘滩为非储层。岩心薄片分析与测井储层解释成果表明，灯四段上部储层较发育，单井储层总厚度介于50～130 m，但储层段多达5～10层，单层储层厚度薄（大多介于1～5 m），横向追踪可对比性差，非均质性强。此外，北斜坡灯四段以低孔、低渗储层为主。根据单井储层发育段岩心全直径分析结果，DB1井全直径孔隙度介于2.33%～5.46%、平均值为3.65%，渗透率介于0.17～1.52 mD；PS2井孔隙度介于2.20%～7.64%，平均值为4.67%，渗透率介于0.018～2.9 mD。值得注意的是，产气层段以薄层溶蚀孔洞层为主（图4）。岩心薄片观察结果表明，岩心致密，颗粒白云石以面接触为主，孔隙不发育。其中储集性能最好的微生物白云岩岩性致密，所见孔隙几乎都是次生溶蚀孔隙。由此可见，川中古隆起北斜坡震旦系白云岩以次生溶蚀孔隙为主。统计分析结果表明，岩心孔洞层厚度所占比率仅约20%，其孔隙度一般大于5%，而溶蚀孔洞欠发育的储层段孔隙度小于3%。排除裂缝影响的层段后，测井解释灯四段白云岩基质储层段渗透率大多小于0.5 mD（图5、6），与全球深层致密储层相当[19,22]。由此可见，川中古隆起北斜坡超深层震旦系碳酸盐岩致密，丘滩体及其控制的有效储层横向变化大，沿断裂带丘滩体溶蚀孔洞发育。

图4 川中古隆起北斜坡灯影组白云岩储层特征图

图5 MX8井区灯影组测井解释孔隙度、渗透率与距走滑断层距离关系图

震旦系古老碳酸盐岩经历了漫长成岩作用，原生孔隙几乎消失殆尽，以次生溶蚀孔洞为主，在高能相带的基础上准同生期及表生期岩溶是优质储层发育的主控因素[18-24]。通过单井分析，发现在高能相带、岩溶基础上，裂缝、断裂对次生孔洞的发育具有重要控制作用。白云岩储层中裂缝有效孔隙度低（小于0.1%），但裂缝发育部位有利于碳酸盐岩次生溶蚀孔隙的发育，有效孔隙度增幅超过20%，渗透率可能增加1～2个数量级（图5）。远离断裂破碎带以外的相控储层含裂缝极少，以孔隙—孔洞型储层为主，孔隙度一般小于3%，渗透率一般小于1.0 mD。断裂破碎带的裂缝—孔洞型、缝洞型及裂缝型储层发育，储层段孔隙度多大于4%，渗透率高达1.0～10.0 mD。值得注意的是，川中古隆起北斜坡近期新钻井灯影组基质渗透率更低，缺少裂缝的储层段渗透率小于0.5 mD，甚至低于0.1 mD（图6）。统计分析结果表明，灯影组基质储层的渗透率从古隆起高部位向斜坡区具有降低趋势，更接近致密储层，其中断裂作用对储层的发育更为重要，对形成次生缝洞“甜点”储层具有重要控制作用。当然，沿走滑断裂带还存在一系列的低孔、低渗储层，甚至比围岩物性更差的致密层段，这可能与裂缝充填有关。

图6 川中古隆起北斜坡灯影组裂缝不发育储层段的孔渗关系图

综上所述，走滑断裂有利于丘滩体储层的改造，并形成局部高孔、高渗的“甜点”储层，是高产井位优选的有利目标区。

4 走滑断裂相关的“甜点”勘探

德阳—安岳裂陷筇竹寺组—麦地坪组优质烃源岩厚逾400 m，其厚度在台地快速减薄至100 m以内[1-3]。因此，通过储层近源侧向运移在紧邻的震旦系—寒武系台缘带成藏与富集，形成海槽东侧古隆起高部位台地边缘的安岳背斜气田[1-5]。川中古隆起北斜坡震旦系台缘带储集体紧邻裂陷槽优质烃源岩发育区，也可能形成同样的近源侧向运聚成藏模式。在致密超深层古老地层中，走滑断裂的渗透率是基质孔隙的1～3个数量级，是优势油气侧向运移通道[11]。此外，灯一段与灯三段发育烃源岩[15]。在灯四段碳酸盐岩台地，由于走滑断裂带的垂向沟通，下部烃源岩生成的油气容易沿走滑断裂带优势通道向上运移进入碳酸盐岩圈闭成藏，形成近源垂向输导成藏模式（图7）。在晚三叠世—侏罗纪原油裂解期，走滑断裂基本停止活动，有利于原地裂解天然气的保存。沿走滑断裂带缺乏圈闭时，油气可能沿走滑断裂带或储集层顶面侧向运移，在走滑断裂带上倾方向的圈闭中聚集成藏。同时，油气沿震旦系顶界不整合面运移时，也容易沿走滑断裂带发生侧向运移。受控于走滑断裂与烃源岩及圈闭的时空配置，走滑断裂可能形成多种类型的运聚成藏模式[26]，构成源—断—相耦合成藏的走滑断裂断控油气系统。

图7 川中古隆起北斜坡灯四段天然气藏模式图

川中古隆起北斜坡灯四段丘滩体发育，与上覆筇竹寺组页岩组成优质的生储盖组合，并形成大型的丘滩体岩性圈闭[9]（图7）。通过近期钻探结果分析，川中古隆起北斜坡丘滩体虽然叠置大面积分布，但纵横向变化大，存在渗透率低于0.1 mD的致密层（图6）。结合川中古隆起北斜坡丘滩体的分布特征与地震储层预测，推断斜坡背景上发育一系列走滑断裂改造的丘滩体储层[27]（图7）。除相控丘滩体外，走滑断裂对丘滩体的储层改造及天然气的运聚有重要控制作用，可能形成断裂—丘滩复合富气区。走滑断裂不仅是天然气运移的优势通道，还可能改造碳酸盐岩储层，形成高孔、高渗储集体，并通过断裂输导形成富集“甜点”区。根据川中古隆起区岩心与地震资料分析，大型张扭断层核的裂缝容易被筇竹寺组泥岩充填，或通过断距与筇竹寺组泥岩对接，推断具有较强的侧向断层封闭性[28]。此外，部分断层核与裂缝带也容易为泥岩充填或方解石胶结，形成低渗透的致密区段，也可能具有一定的封闭性，并为钻至断层核的GS118等井所证实。尽管走滑断裂相关的“甜点”范围较小、内部结构复杂，但裂缝发育，储层物性好、连通性较好，天然气产量高，构成断—相复合型富集高产区，是有利的钻探方向。

近期在川中古隆起北斜坡走滑断裂带的勘探获得突破。其中，JT1井位于FⅠ1走滑断裂带中部的断垒部位，走滑断裂发育，通源作用强，发现灯四段、沧浪铺组与茅口组3套含气层，揭示了走滑断裂带复式成藏、立体勘探的巨大潜力。沿FⅠ7走滑断裂带钻探的PT1井钻遇灯二段获得日产气量为122×104m3，该井气层底界（－5 540 m）较构造圈闭最低海拔线（－5 320 m）低220 m。沿FⅠ3走滑断裂带次级断裂部署的DB1井在灯四段钻遇裂缝带，并沿裂缝发育溶蚀孔洞，测试日产气量为8.26×104m3，揭示小型走滑断裂带也对储层具有较好的建设性作用。DB1井气水界面明显低于南部的MX52井区，与南部的MX52井不是同一台缘带岩性圈闭，其间有FⅠ4走滑断裂带分隔，证实走滑断裂带具有分隔作用。因此，尽管北斜坡超深层古老碳酸盐岩趋向致密，但可能发育断裂改造的丘滩体储层“甜点”，勘探前景广阔。