徐 敏，劉 建，林小云，熊 山，牛斌莉

(1.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；3.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；4.中石油長慶油田分公司 第一采油廠，陜西 延安 716000)

四川盆地位于古揚(yáng)子板塊西緣，屬于構(gòu)造復(fù)合改造型克拉通盆地，川西坳陷是四川盆地中西部自印支期以來受龍門山擠壓推覆作用形成的呈北東向展布的前陸盆地，是多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的共同產(chǎn)物，特別是喜山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造，使其構(gòu)造樣式與斷裂體系復(fù)雜化，對(duì)該區(qū)油氣成藏過程及成藏后的調(diào)整改造影響重大。川西坳陷東斜坡帶(以下簡稱“川西東坡”)侏羅系沙溪廟組目前發(fā)現(xiàn)的3個(gè)氣藏，集中位于中江、高廟子兩個(gè)含氣構(gòu)造，開發(fā)獲產(chǎn)的層系主要集中在Js3，其次是Js1，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)多期次性和儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)性引起含油氣飽和度的差異，是導(dǎo)致氣藏分布、氣藏產(chǎn)能差異大的主要原因。盡管前人對(duì)該區(qū)開展了構(gòu)造、地層層序、沉積、儲(chǔ)層、成藏規(guī)律的研究，取得了不少相關(guān)成果和認(rèn)識(shí)[1-9]，總結(jié)出川西地區(qū)具“源、相、位”三元控藏特點(diǎn)及“烴源斷層成藏”和“幕式成藏”兩種成藏模式，但構(gòu)造演化對(duì)氣藏后期調(diào)整改造的影響、成藏動(dòng)力演化及不同地區(qū)成藏演化模式及控制因素的差異性等問題尚不明確。本文從生烴期次、成藏動(dòng)力、氣水分布特征等分析出發(fā)，結(jié)合構(gòu)造演化、油氣充注期次等研究，對(duì)川西東坡沙溪廟組天然氣動(dòng)態(tài)成藏過程進(jìn)行綜合分析，明確了喜山運(yùn)動(dòng)將原始?xì)獠胤植几窬衷僬{(diào)整并定格為現(xiàn)今分布狀態(tài)，總結(jié)了高廟子和中江地區(qū)沙溪廟組氣藏動(dòng)態(tài)演化模式，以期對(duì)后續(xù)油氣勘探與開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)特征

川西坳陷平行于龍門山造山帶，西鄰龍門山推覆體，北接米倉山褶皺帶，東毗川中隆起帶，南至峨眉-瓦山斷隆帶，呈東緩西陡的不對(duì)稱箕形[10]。川西東坡包含3個(gè)構(gòu)造亞帶，即北部主要發(fā)育合興場(chǎng)、高廟子、豐谷構(gòu)造的孝泉-豐谷構(gòu)造帶，西部發(fā)育知新場(chǎng)、石泉場(chǎng)構(gòu)造的知新場(chǎng)-龍寶梁構(gòu)造帶及東部包括中江、回龍構(gòu)造及黃鹿向斜在內(nèi)的中江斜坡帶，工區(qū)總面積2 350 km2(圖1)。

圖1 川西東坡區(qū)域構(gòu)造簡圖(據(jù)姜在興等，2007[10]；魏民生，2017[11]，有修改)Fig.1 Regional structural map of the eastern slope of the Western Sichuan Depression

據(jù)前人研究[1-2,11-13]，川西坳陷于印支期初成型，燕山期得以發(fā)展，喜山期最終定型，是多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。印支運(yùn)動(dòng)中晚期安縣運(yùn)動(dòng)使松潘-甘孜一帶皺褶隆升，揚(yáng)子板塊西緣受強(qiáng)烈擠壓，龍門山向南東向逆沖推覆，川西坳陷應(yīng)運(yùn)而生，龍門山?jīng)_斷帶的發(fā)展直接控制著坳陷的形成與演化，二者之間的耦合關(guān)系貫穿始終。印支晚幕地層抬升剝蝕，形成侏羅系與下伏須五段地層之間明顯不整合接觸，早期斷裂再次活動(dòng)；燕山旋回期，龍門山逆沖推覆作用持續(xù)減弱，大巴山受擠壓應(yīng)力進(jìn)入逆沖推覆演化階段，米倉山-大巴山斷褶帶形成時(shí)產(chǎn)生南北向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力，造就了研究區(qū)北部孝泉-豐谷構(gòu)造帶并快速沉降。燕山早幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使知新場(chǎng)-石泉場(chǎng)滑脫地層受擠壓應(yīng)力形成一些斷層遮擋構(gòu)造，并發(fā)育一些“Y”字型斷層，進(jìn)而形成早期的斷背構(gòu)造圈閉；燕山中晚幕知新場(chǎng)-石泉場(chǎng)構(gòu)造形態(tài)較穩(wěn)定，沉積特征主要表現(xiàn)為填平補(bǔ)齊。喜山運(yùn)動(dòng)在研究區(qū)作用最為強(qiáng)烈[14]，大規(guī)模北西-南東向構(gòu)造應(yīng)力擠壓，使龍門山再次快速逆沖推覆，地層變形、錯(cuò)斷，知新場(chǎng)-石泉場(chǎng)內(nèi)形成大規(guī)模反沖斷裂帶，孝泉-豐谷構(gòu)造帶定型，中江-回龍構(gòu)造進(jìn)一步隆升，黃鹿向斜形成。該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使川西地區(qū)全面隆升剝蝕，最終定型為現(xiàn)今構(gòu)造格局。

川西坳陷主要經(jīng)歷了Z-T2海相碳酸鹽臺(tái)地相沉積和T3-E2陸相碎屑巖沉積兩個(gè)發(fā)展階段[15]，在海相碳酸鹽巖基底之上充填了巨厚的T3-N陸相地層，其中最重要的地層是T3-J。研究表明須家河組(T3x)為研究區(qū)主力烴源巖層系，沙溪廟組(二分為J2s和J2x)為主力產(chǎn)層。據(jù)研究需要又將其進(jìn)一步細(xì)分為Js1、Js2、Js3三個(gè)油層組，

J2s從上到下劃分為Js11—Js14、Js21—Js24(Js24又劃分為Js24-1、Js24-2)9個(gè)砂組；J2x從上到下劃分為Js31—Js33(Js31又劃分為Js31-1、Js31-2；Js33又劃分為Js33-1、Js33-2、Js33-3)6個(gè)砂組。沙溪廟組整體以紫紅色粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖，泥巖，灰、紫灰色厚層-塊狀粗、中-細(xì)粒長石石英砂巖，長石砂巖為主，砂、泥巖頻繁不等厚互層，通常底部砂巖多含礫石，厚度較大且層位較穩(wěn)定，層厚700～800 m。

2 東坡沙溪廟組氣藏成藏動(dòng)力特征

2.1 烴源巖生烴特征

早期勘探研究證實(shí)，濱海沼澤-湖泊環(huán)境下沉積的三疊系暗色含煤泥頁巖及侏羅系自流井組暗色泥巖是川西坳陷的主力烴源巖，而東坡地區(qū)自流井組主要為紅層，生烴能力差。T3x是一套沉積于碳酸鹽巖之上、底部為海陸過渡相沉積、主體為陸相以砂、泥巖互層的煤系沉積地層，呈東薄西厚箕狀展布[3]。前人[16]將川西地區(qū)T3x分為T3x1—T3x55個(gè)巖性段，馬鞍塘組(T3m)與小塘子組(T3t)并稱T3x1，其中T3x5為研究區(qū)沙溪廟組氣藏主力供氣巖層，其泥巖TOC含量為0.39%～16.33%，平均2.35%；煤層TOC值為27.14%～74.57%，平均60.72%；有機(jī)質(zhì)主要為Ⅱ-Ⅲ型(腐泥-腐殖型)；Ro值多在1.3%以上，絕大多數(shù)已達(dá)成熟-高成熟階段，少數(shù)過成熟。

圖2 川西東坡部分井烴源巖成熟史圖(據(jù)魏民生，2017[11]，有修改)Fig.2 Maturity history of the source rocks in the eastern slope of the Western Sichuan Depression

研究區(qū)單井熱成熟演化模擬結(jié)果表明(圖2)，T3x5烴源巖于150～140 Ma(J3)先后進(jìn)入生烴門限，南部中江地區(qū)川江566井、知新場(chǎng)地區(qū)川泉128井較早，北部豐谷地區(qū)川豐563井和高廟地區(qū)川高561井稍晚，整體呈“西南早、北東晚”的趨勢(shì)；大約在135～125 Ma(J3末—K1)進(jìn)入成熟早期；90～80 Ma(K2初)達(dá)到生烴高峰；72 Ma后(K2末)受喜山期構(gòu)造抬升作用影響，生烴停滯。研究區(qū)烴源巖生烴期次呈單峰狀，為持續(xù)埋藏生烴，持續(xù)生烴期為135～72 Ma(J3末—K2末)。

2.2 成藏動(dòng)力演化

地層異常高壓作為研究區(qū)天然氣成藏動(dòng)力無論從烴源巖排烴動(dòng)力或是天然氣二次運(yùn)移還是氣藏后期調(diào)整改造并向中淺層轉(zhuǎn)移的過程來講，超壓都是天然氣成藏的必要條件。從生排烴期到成藏期以及后期調(diào)整改造，地層壓力的演變決定了成藏動(dòng)力的演化歷程。

川西東坡烴源巖持續(xù)埋藏生烴期間，T3x5泥頁巖普遍發(fā)育超壓[17-18]，為排烴提供動(dòng)力。流體包裹體PVT熱動(dòng)力學(xué)模擬軟件——VTFLINC模擬與烴類包裹體同期的鹽水包裹體的最小捕獲壓力從而預(yù)測(cè)成藏期古壓力[19]的結(jié)果顯示，川西東坡三期油氣充注[20-21]所對(duì)應(yīng)的古壓力分別為：第一期(141～128 Ma)壓力系數(shù)1.75～1.48，超壓狀態(tài)；第二期(105～88 Ma)壓力系數(shù)1.50～1.15，超壓-靜水壓力；第三期(83～68 Ma)壓力系數(shù)1.01～0.86，靜水壓力-低壓(表1)，說明在油氣間歇性通過烴源斷層排烴充注過程中地層壓力逐漸釋放，最終趨于常壓狀態(tài)。

現(xiàn)今，深層T3x和淺層J普遍存在超壓現(xiàn)象[17]，實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)表明，沙溪廟組1 700～3 100 m之間實(shí)測(cè)地層壓力值分布在30～60 MPa并隨著地層深度增加而增大，壓力系數(shù)多在1.5～2.0之間。平面上靠近斷層的區(qū)域壓力系數(shù)小于遠(yuǎn)離斷層的區(qū)域，斷層泄壓作用明顯；西南方向地層壓力最低往北東方向逐漸增高，北部地區(qū)壓力由西往東逐漸升高；知新場(chǎng)-中江地區(qū)壓力普遍較低，豐谷-永太地區(qū)壓力較高。說明后期調(diào)整改造作用尤其是喜山運(yùn)動(dòng)對(duì)地層壓力作用顯著，據(jù)異常壓力成因機(jī)制分析[17-18]，T3x超壓主要由欠壓實(shí)、黏土礦物脫水、構(gòu)造擠壓和生烴增壓作用所引起，而白堊紀(jì)以來的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所引起的傳遞超壓則是J異常高壓的主要成因。

綜上所述，從生排烴期到成藏期以及調(diào)整改造期川西東坡地層壓力經(jīng)歷了由超壓到常-低壓再到超壓的變化過程，即生排烴期地層超壓為源巖提供排烴動(dòng)力，源儲(chǔ)壓差大，斷層輸導(dǎo)，垂向運(yùn)移至儲(chǔ)層的過程中逐漸泄壓至成藏期古壓力狀態(tài)，后因喜山運(yùn)動(dòng)調(diào)整改造，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的傳遞超壓定格為現(xiàn)今地層壓力狀態(tài)，由于區(qū)域不均衡抬升導(dǎo)致地層壓力向斷層根部泄壓，從而形成壓力西南低北東高的分布格局(圖3)。

3 東坡沙溪廟組氣藏成藏演化特征

3.1 氣水分布特征

川西東坡高廟-豐谷、知新場(chǎng)-石泉場(chǎng)、中江-回龍和永太等多個(gè)勘探區(qū)塊中均有天然氣分布。平面上，沙溪廟組氣藏主要分布在高廟子、中江、合興場(chǎng)及回龍地區(qū)，目前的勘探現(xiàn)狀顯示高廟子和中江構(gòu)造是油氣聚集的有利區(qū)。

縱向上，川西東坡沙溪廟組氣藏在Js3—Js1均有分布，主要集中在Js3，其中，高廟子地區(qū)主力產(chǎn)層為Js33-2，其次是Js33-1和Js23，油氣顯示主要以氣層和含氣層為主，測(cè)試獲產(chǎn)層均處砂體較厚的三角洲前緣水下分流河道，且多呈帶狀展布；中江斜坡帶屬于繼承性構(gòu)造，古今均位于構(gòu)造高點(diǎn)，是油氣運(yùn)移的目標(biāo)指向，中江-回龍地區(qū)主要以氣層、含氣層為主，少量氣水同層，目前，Js11、Js14、Js24-1、Js33-2等層位已成為中江地區(qū)的主力開發(fā)層位。

表1 利用流體包裹體預(yù)測(cè)的成藏期古壓力

川西東坡氣水分布特征如下：(1)斷層對(duì)氣水分布具有重要的控制作用，一般來說斷層上盤較下盤天然氣充注效率較高，近烴源斷層附近由于后期泄壓作用導(dǎo)致含氣豐度降低，而遠(yuǎn)烴源斷層位置又因天然氣運(yùn)移距離較遠(yuǎn)從而含氣量較低；(2)區(qū)域構(gòu)造控制天然氣運(yùn)移方向，局部構(gòu)造高點(diǎn)是油氣聚集的有利位置；(3)儲(chǔ)層物性的差異影響天然氣的豐度和產(chǎn)能，斷層-構(gòu)造-物性的差異造成氣水分布的差異。中江-回龍地區(qū)斷層下盤易產(chǎn)水，構(gòu)造控藏作用沒有高廟子地區(qū)明顯，局部構(gòu)造高點(diǎn)和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是天然氣聚集的有利部位(圖4(a))；高廟子地區(qū)氣水分布受斷層影響較明顯，在局部構(gòu)造幅度發(fā)育的部位含氣量高；豐谷地區(qū)由于遠(yuǎn)離烴源斷層，供源條件不好加之儲(chǔ)層致密導(dǎo)致含氣性較差，以含氣、微含氣為主(圖4(b))；合興場(chǎng)地區(qū)位于南北構(gòu)造帶斷層夾持區(qū)，天然氣保存條件不好，極易逸散而產(chǎn)水。

3.2 氣藏成藏過程

川西東坡主要由須五段供烴，并由地層超壓提供排烴動(dòng)力和天然氣二次運(yùn)移動(dòng)力。結(jié)合須五段烴源巖持續(xù)生烴期和油氣充注期次考慮，確定沙溪廟組具3幕成藏特征，第一幕135～128 Ma(K1)，第二幕105～88 Ma(K1末—K2初)，第三幕83～68 Ma(K2末)。其中高廟-豐谷地區(qū)天然氣成藏時(shí)間主要集中在135～128 Ma和105～68 Ma，由西往東成藏時(shí)間漸晚；中江-回龍地區(qū)地層由下往上、由南往北天然氣成藏時(shí)間趨于變晚。以典型氣藏解剖為基礎(chǔ)，通過平衡剖面技術(shù)恢復(fù)各個(gè)成藏期的構(gòu)造演化史，結(jié)合烴源巖生排烴史和成藏動(dòng)力演化特征，重塑天然氣成藏演化史，明確沙溪廟組氣藏“燕山期三幕成藏，喜山期調(diào)整改造”的成藏特征。

構(gòu)造演化史表明研究區(qū)自中生代以來經(jīng)歷了印支旋回、燕山旋回及新生代喜馬拉雅旋回等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層屢次抬升剝蝕，形成了多套不整合面[22]。各期應(yīng)力作用一方面使研究區(qū)發(fā)育了諸多大大小小的斷裂，其中斷至沙溪廟組較大規(guī)模的斷層有至少21條(出露地表10條)，從而改善了儲(chǔ)層物性，或?yàn)榱黧w運(yùn)移提供了運(yùn)移通道；另一方面對(duì)氣藏早期分布和后期調(diào)整改造意義重大。通過研究區(qū)輸導(dǎo)格架樣式和斷砂匹配模式分析，成藏期發(fā)育的通源斷層在燕山運(yùn)動(dòng)的作用下大幅度開啟，成為天然氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道。

喜山運(yùn)動(dòng)對(duì)氣藏分布影響最為顯著，它是引起古、今氣藏分布差異的最直接原因，正是該期構(gòu)造抬升作用對(duì)原有氣藏的調(diào)整改造最終奠定了現(xiàn)今氣藏的分布格局。因此，通過喜山期的剝蝕厚度恢復(fù)，重塑氣藏成藏關(guān)鍵時(shí)刻古地貌[12,22-23]。利用聲波時(shí)差法對(duì)研究區(qū)72口井剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)，結(jié)果顯示喜山期該地區(qū)表現(xiàn)為整體抬升，剝蝕厚度普遍在1 000 m以上，從南西至北東方向剝蝕量逐漸減小(圖5)。喜山期研究區(qū)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，北部以高廟子為剝蝕中心，其剝蝕量大于豐谷地區(qū)，南部地區(qū)劇烈隆起，南北向構(gòu)造呈南高北低特征。石泉場(chǎng)靠近斷裂帶，其剝蝕厚度近1 500 m，中江斜坡帶剝蝕量相對(duì)較小，越靠近川中隆起帶剝蝕量增加。

圖4 川西東坡沙溪廟組氣水分布剖面圖Fig.4 Cross section of gas-water distribution in the Shaximiao Formation,eastern slope of the Western Sichuan Depression

圖5 川西東坡喜山期剝蝕厚度等值線圖Fig.5 Denudation thickness contour during the Himalayan Orogeny,eastern slope of the Western Sichuan Depression

在喜山期剝蝕厚度恢復(fù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合烴源巖生烴特征和成藏動(dòng)力演化特征分析，川西東坡T3x5烴源巖在超壓的排烴動(dòng)力作用下脫氣以斷層為主要運(yùn)移通道快速向上幕式排烴；垂向運(yùn)移過程中地層逐漸泄壓，天然氣在斷砂匹配優(yōu)良且儲(chǔ)集物性較好的砂體中由浮力驅(qū)動(dòng)，橫向運(yùn)移至構(gòu)造高點(diǎn)聚集成藏，但在運(yùn)移至遠(yuǎn)源砂體的過程中，由于動(dòng)力不足，導(dǎo)致遠(yuǎn)源儲(chǔ)層內(nèi)充氣度較低，無法達(dá)到溢出點(diǎn)；直至喜山期，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使研究區(qū)整體遭受不均衡抬升剝蝕，部分?jǐn)鄬泳植块_啟或“通天”，地層向其根部泄壓，原始?xì)獠卦诹黧w勢(shì)的作用下向斷層根部運(yùn)移“泄氣”，隨后沿?cái)鄬永^續(xù)向上運(yùn)移，或二次成藏，或通天逸散，而遠(yuǎn)源氣藏同樣因動(dòng)力不足的原因無法向斷層根部大量運(yùn)移，從而在現(xiàn)今氣藏剖面中遠(yuǎn)源氣藏內(nèi)還殘存一定量天然氣(圖6)。

3.3 氣藏成藏演化模式

川西東坡沙溪廟組天然氣富集受適時(shí)古隆起控制圈閉類型主要為“古構(gòu)造+巖性”型[24]。通過對(duì)沙溪廟組成藏控制因素的綜合分析，認(rèn)為烴源斷層搭配構(gòu)造高點(diǎn)或優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布，是天然氣成藏的有效配置，水動(dòng)力、儲(chǔ)層物性控制含氣豐度，良好的斷砂配置形成的天然氣運(yùn)聚優(yōu)勢(shì)通道控制氣藏運(yùn)移方向，原有氣藏經(jīng)喜山運(yùn)動(dòng)調(diào)整改造，最終定格為現(xiàn)今氣藏分布格局。所不同的是高廟子地區(qū)古構(gòu)造的控制作用較中江地區(qū)更為明顯，天然氣多在構(gòu)造高點(diǎn)富集成藏(圖6(a))；而中江地區(qū)巖性控制作用占主導(dǎo)，但由于該區(qū)砂體非均質(zhì)性強(qiáng)[6]，連通性一般，所以天然氣富集區(qū)常呈“香腸狀”展布(圖6(b))。另外，較之高廟地區(qū)，中江地區(qū)的油藏剖面顯示一個(gè)共同特征即斷裂上盤的天然氣充注效率相對(duì)較高，含氣性較好，而下盤易形成破碎帶，天然氣充注效率較低，含氣性較差，易產(chǎn)水。綜上所述，將沙溪廟組氣藏演化模式一言以蔽為“構(gòu)造控向、斷砂控運(yùn)、儲(chǔ)層控藏、演化控調(diào)”。

4 結(jié) 論

(1)從生排烴期到成藏期以及后期調(diào)整改造，從地層壓力的演化角度闡明了超壓無論是作為烴源巖排烴或天然氣二次運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)還是氣藏后期調(diào)整改造并向中淺層轉(zhuǎn)移的動(dòng)力，對(duì)沙溪廟組天然氣成藏的重要性。

(2)在總結(jié)沙溪廟組氣藏主要受構(gòu)造古隆起、斷砂配置、儲(chǔ)層物性、構(gòu)造演化控制的基礎(chǔ)上建立了“構(gòu)造控向，斷砂控運(yùn)，儲(chǔ)層控藏，演化控調(diào)”的成藏演化模式，分析了不同地區(qū)主控因素差異性，高廟子地區(qū)古構(gòu)造的控制作用更為明顯，而中江地區(qū)巖性控制作用占主導(dǎo)，其成藏過程可概括為“燕山期三幕成藏，喜山期調(diào)整改造”。