余光春，魏祥峰，李 飛，劉珠江

(中國(guó)石油化工股份有限公司 勘探分公司，成都 610041)

斷裂活動(dòng)是造成油氣晚期散失的主要原因[1-4]，前期主要以斷距、斷裂充填性質(zhì)和斷面的緊閉程度等因素來(lái)開(kāi)展斷裂封閉性評(píng)價(jià)[5-7]，且主要以區(qū)域構(gòu)造分析和斷裂組合特征來(lái)判別斷裂的形成時(shí)期[8]。而對(duì)不同級(jí)別斷裂的空間疊置關(guān)系關(guān)注較少，同時(shí)對(duì)于斷裂形成期及其后主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期的活動(dòng)性缺乏定量的評(píng)價(jià)方法。斷層是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)積累的應(yīng)力釋放而破裂的結(jié)果，斷層與裂縫相伴而生，是頁(yè)巖氣散失的主要通道。“通天”斷層可斷穿上部區(qū)域蓋層，成為頁(yè)巖氣散失的通道，造成頁(yè)巖氣藏被破壞；而斷穿頁(yè)巖氣層的開(kāi)啟性斷層連通高滲透層，也會(huì)造成頁(yè)巖氣向外運(yùn)移而使得含氣量減少[9]。

近年來(lái)，四川盆地及周緣下組合頁(yè)巖氣勘探進(jìn)程不斷推進(jìn)，積累了豐富的實(shí)際地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)不同構(gòu)造特征的頁(yè)巖氣鉆井含氣性存在較大差異[10]。通過(guò)研究，初步明確了頂?shù)装鍡l件、頁(yè)巖自身封蓋作用是該區(qū)頁(yè)巖氣早期滯留的關(guān)鍵因素，而后期構(gòu)造改造強(qiáng)度與所持續(xù)的時(shí)間對(duì)頁(yè)巖氣藏的含氣豐度具有明顯的調(diào)整作用[11]。四川盆地及其周緣下古生界頁(yè)巖氣層一般經(jīng)歷了早期持續(xù)深埋和晚期持續(xù)抬升2個(gè)階段[12]。晚期持續(xù)抬升階段構(gòu)造作用強(qiáng)烈，是生烴停止、頁(yè)巖氣逸散的改造階段，頁(yè)巖氣逸散的強(qiáng)度和規(guī)模決定了頁(yè)巖氣層含氣性。除了由于上覆巖層遭受剝蝕造成的自身封蓋作用缺失而導(dǎo)致的頁(yè)巖氣散失外，抬升作用造成的缺失區(qū)、剝蝕區(qū)和開(kāi)啟性斷裂是頁(yè)巖氣散失的主要指向區(qū)。其中斷裂作用造成的頁(yè)巖氣散失在四川盆地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)更具有普遍性，是影響頁(yè)巖氣后期保存條件的關(guān)鍵因素。本文嘗試在斷裂活動(dòng)對(duì)于下古生界海相頁(yè)巖氣后期保存的破壞作用方面開(kāi)展定量評(píng)價(jià)，為該區(qū)下一步區(qū)帶及目標(biāo)評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 斷裂級(jí)別及展布方式

在地質(zhì)研究中，主要根據(jù)斷層對(duì)構(gòu)造、沉積的控制作用以及構(gòu)造發(fā)育史劃分?jǐn)嗔鸭?jí)別，低級(jí)別斷裂與高級(jí)別斷裂之間一般具有成因上的關(guān)系。而在油氣勘探中，主要是根據(jù)對(duì)不同級(jí)別油氣構(gòu)造的控制作用開(kāi)展斷裂級(jí)別的劃分。斷裂的疊置是指不同期次及級(jí)別的斷裂在空間上的組合關(guān)系。斷裂的疊置方式可以一定程度上反映不同時(shí)期形成的斷層的構(gòu)造強(qiáng)度及復(fù)雜程度。本文所論述的展布方式主要是指斷裂在平面上的相交關(guān)系，縱向上的組合關(guān)系不在討論范圍。

1.1 斷裂級(jí)別越高影響范圍越大

前人通過(guò)模擬計(jì)算認(rèn)為，大型斷裂帶油氣輸導(dǎo)能力遠(yuǎn)大于儲(chǔ)層。斷裂活動(dòng)期進(jìn)入“通天”大斷裂帶的油氣主要趨于散失；小斷裂由于儲(chǔ)層的分流作用，即使在活動(dòng)期，它作為油氣散失通道的作用也是有限的，其油氣的散失量可以忽略不計(jì)[13]。

根據(jù)斷裂延伸長(zhǎng)度、斷距大小，可將四川盆地?cái)嗔寻凑找?guī)模劃分為四級(jí)[14]。一級(jí)斷裂為控盆斷裂，延伸一般大于100 km，斷距一般大于1 000 m，如川東南地區(qū)的控盆斷裂——齊岳山斷裂。二級(jí)斷裂為控制二級(jí)構(gòu)造單元的斷裂，延伸約40～100 km，斷距一般500～1 000 m，如烏江斷裂、大耳山西斷裂等。三級(jí)斷裂為控制局部構(gòu)造的斷裂，一般與二級(jí)斷裂具有成因關(guān)系，延伸約20～40 km，斷距一般100～500 m，如控制焦石壩主體背斜的山窩斷裂、吊水巖斷裂等。四級(jí)斷裂為局部構(gòu)造內(nèi)部小斷裂，延伸一般小于20 km，斷距一般小于100 m，如焦石壩主體背斜及白馬復(fù)向斜中發(fā)育的小斷裂(圖1)。

通過(guò)對(duì)四川盆地南部典型頁(yè)巖氣鉆井與不同級(jí)別斷裂之間的距離統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(表1)：一、二級(jí)斷裂對(duì)于頁(yè)巖氣保存具有直接的破壞作用，總體來(lái)看距離一級(jí)斷裂即控盆斷裂較近(約10 km以?xún)?nèi))的鉆井保存條件受到了較大的破壞，基本為微氣或常壓的狀態(tài)，典型鉆井如南天湖TY1井、丁山DY1井、DY3井等；距二級(jí)斷裂5 km以?xún)?nèi)的鉆井保存條件同樣也受到較大的影響，典型鉆井如焦石壩JY5井，基本為常壓或微含氣；三級(jí)斷裂破壞作用相對(duì)有限，距離三級(jí)斷裂2～3 km以?xún)?nèi)，頁(yè)巖氣保存條件受到了一定影響，地層壓力系數(shù)總體不超過(guò)1.5，典型鉆井如焦石壩南部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)JY6井、JY7井；四級(jí)斷裂破壞作用不明顯，焦石壩及平橋產(chǎn)能建設(shè)區(qū)多口鉆井鉆遇四級(jí)斷層，壓力系數(shù)和產(chǎn)量基本沒(méi)受影響。

圖1 川東南焦石壩地區(qū)斷裂分布

表1 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組重點(diǎn)頁(yè)巖氣鉆井井區(qū)斷裂統(tǒng)計(jì)

由于不同地區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造背景及改造程度有所不同，再加上不同鉆井埋深的差異造成封蓋條件的差異，以上統(tǒng)計(jì)僅具有一定的指示意義，并非具有完全的定量評(píng)價(jià)斷裂破壞作用的意義，且不同地區(qū)不同級(jí)別斷裂間的疊置方式也各有不同，因此需要全面考慮。

1.2 斷裂疊置越復(fù)雜破壞性越強(qiáng)

在四川盆地及周緣下組合海相頁(yè)巖氣的勘探實(shí)踐中，除了不同級(jí)別的斷裂造成的影響范圍不同以外，不同級(jí)別斷裂疊置方式也對(duì)井區(qū)頁(yè)巖氣保存條件具有重要的影響(表1)。不同斷裂之間在空間上的疊置關(guān)系可以簡(jiǎn)單地分為平行、小角度相交、大角度相交。顯然同一地區(qū)平行分布的斷裂一般其構(gòu)造應(yīng)力背景相對(duì)接近，而相交的斷層一般在構(gòu)造發(fā)育期次及應(yīng)力背景上有明顯的差異。

平橋斷背斜JY8井區(qū)(圖1)盡管距三、四級(jí)斷裂都比較近，且斷裂相對(duì)較多，但是該地區(qū)斷裂疊置方式相對(duì)簡(jiǎn)單，二、三、四級(jí)斷裂基本呈平行狀態(tài)，反映構(gòu)造期次相對(duì)較少，因此斷裂對(duì)保存條件的影響相對(duì)較小。焦石壩背斜南部JY5井區(qū)四級(jí)斷裂相對(duì)不發(fā)育，但是兩組二級(jí)斷裂呈相交的疊置方式，反映本區(qū)經(jīng)歷了不同期次的構(gòu)造疊加作用，頁(yè)巖氣保存條件受到較大的破壞。川西南地區(qū)屏邊斷背斜及南部的永善向斜，四級(jí)斷裂發(fā)育且與三級(jí)斷裂小角度相交，而三級(jí)斷裂又與二級(jí)斷裂近垂直相交(圖2)，這種復(fù)雜的疊置關(guān)系使得該地區(qū)頁(yè)巖氣后期散失嚴(yán)重，鉆井普遍含氣性差，MY1井、SY1井、YYY1井、YD1井等僅微含氣[15]。

2 斷裂活動(dòng)期次及持續(xù)性

四川盆地自早古生代以來(lái)，經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造旋回，構(gòu)造動(dòng)力學(xué)環(huán)境也經(jīng)歷了拉張—過(guò)渡—擠壓的轉(zhuǎn)變[16]。自晚燕山期以來(lái)，盆地一直處于構(gòu)造擠壓抬升的狀態(tài)[17-18]，也是現(xiàn)今活動(dòng)性斷裂主要發(fā)育時(shí)期。隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的演化和地應(yīng)力場(chǎng)的變化，斷裂的活動(dòng)性會(huì)發(fā)生周期性的變化，盆地中斷裂活動(dòng)的周期性與斷裂封閉及開(kāi)啟密切相關(guān)，對(duì)油氣的多期成藏及破壞具有重要影響[19]。油氣不僅可以沿靜止期斷裂穿過(guò)泥巖蓋層滲濾散失，更多的情況下是沿著活動(dòng)期斷裂穿過(guò)泥巖蓋層滲濾散失[20]。下組合頁(yè)巖氣沿靜止期斷裂穿過(guò)泥巖蓋層散失的主要通道是孔隙，通過(guò)擴(kuò)散作用散失[21]；而沿活動(dòng)期斷裂散失通道則是斷裂和誘導(dǎo)裂縫，通過(guò)滲流及擴(kuò)散等多種方式散失。顯然通過(guò)活動(dòng)期斷裂頁(yè)巖氣的散失方式更加多樣化，其散失破壞作用比靜止期斷裂更加強(qiáng)烈，對(duì)后期頁(yè)巖氣的保存往往更具有破壞性影響。因此，斷裂活動(dòng)期次和活動(dòng)的持續(xù)性也是評(píng)價(jià)斷裂破壞作用的重要參數(shù)。

圖2 川西南地區(qū)志留系斷裂分布

斷裂活動(dòng)往往伴生開(kāi)啟性裂縫，裂縫的發(fā)育程度側(cè)面上反映了斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度，而裂縫所充填的脈體則記錄了斷裂活動(dòng)時(shí)期的流體信息，尤其是脈體中的流體包裹體記錄了脈體形成時(shí)地層的原始信息[22-24]。本次研究嘗試運(yùn)用五峰組—龍馬溪組裂縫充填方解石脈中的流體包裹體資料來(lái)恢復(fù)斷裂的主要活動(dòng)期次及持續(xù)性，共對(duì)焦石壩主體構(gòu)造、焦石壩南部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)、平橋斷背斜、丁山地區(qū)、南天湖地區(qū)、川西南屏邊地區(qū)等6個(gè)地區(qū)11口鉆井47個(gè)五峰組—龍馬溪組樣品開(kāi)展了包裹體觀察和均一溫度測(cè)量。共觀測(cè)到包裹體測(cè)點(diǎn)434個(gè)，包裹體鏡下鑒定皆為氣—液兩相鹽水包裹體，液相為無(wú)色透明，見(jiàn)氣泡，無(wú)熒光特征，未發(fā)現(xiàn)其他相態(tài)包裹體，其中方解石鹽水包裹體303個(gè)，石英鹽水包裹體131個(gè)。這種氣—液兩相的鹽水包裹體在地層中分布較為廣泛，可用于均一溫度測(cè)定，是研究盆地?zé)嵫莼返幕A(chǔ)資料[25-26]。本次研究鏡下觀察的鹽水包裹體大部分呈現(xiàn)出沿裂隙成群分布的特征，推斷為主要斷裂活動(dòng)時(shí)期沿裂縫充填方解石脈體所捕獲，在不受下部熱液流體影響的情況下，其均一溫度大致反映了主要斷裂活動(dòng)時(shí)期地層的溫度。而根據(jù)地層埋藏史所恢復(fù)的地層不同時(shí)期的溫度可以恢復(fù)相應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代，從而獲得主要斷裂的活動(dòng)時(shí)期。根據(jù)現(xiàn)有鉆井包裹體均一溫度測(cè)試資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化及地層埋藏史資料，四川盆地周緣主要井區(qū)斷裂活動(dòng)期次及其連續(xù)性可以劃分為4種類(lèi)型，不同活動(dòng)期次及類(lèi)型的斷裂對(duì)于頁(yè)巖氣后期保存具有不同程度的影響。

2.1 晚燕山期短期活動(dòng)型

頁(yè)巖裂縫內(nèi)方解石脈包裹體均一溫度普遍為高值且分布范圍集中，總體反映流體充注時(shí)間相對(duì)較早、晚期構(gòu)造活動(dòng)影響相對(duì)較弱的特點(diǎn)。典型地區(qū)為丁山深埋緩坡區(qū)的DY2井，該井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖裂縫內(nèi)包裹體均一溫度顯示至少存在1期的熱流體活動(dòng)，對(duì)應(yīng)的流體充注時(shí)間為晚燕山期85～65 Ma的構(gòu)造抬升時(shí)期(圖3)。因此可推斷該地區(qū)主要斷裂活動(dòng)期為晚燕山期，而后進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期。總體顯示斷裂活動(dòng)期相對(duì)較早且持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，同時(shí)由于活動(dòng)期頁(yè)巖氣層總體埋藏較深，封蓋條件總體相對(duì)較好，因而斷裂活動(dòng)對(duì)頁(yè)巖氣層保存條件影響較小。

圖3 川東南丁山地區(qū)DY2井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

2.2 燕山期—早喜馬拉雅期斷續(xù)活動(dòng)型

頁(yè)巖裂縫內(nèi)方解石脈包裹體均一溫度分布范圍相對(duì)較廣，大體上可以劃分為2期：晚燕山期及早喜馬拉雅期，按照斷裂活動(dòng)的持續(xù)性可劃分為以下2種類(lèi)型。

(1)斷裂活動(dòng)持續(xù)性較弱型，典型地區(qū)為焦石壩主體區(qū)及平橋地區(qū)。其中焦石壩主體區(qū)的JY2井包裹體均一溫度為90～180 ℃，但是溫度主峰具有明顯的間斷，顯示了斷裂在2個(gè)主要的活動(dòng)期之間存在著相對(duì)的穩(wěn)定期。而頁(yè)巖氣的散失主要發(fā)生在斷裂活動(dòng)期，穩(wěn)定期所占的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)頁(yè)巖氣后期保存越有利(圖4)。

(2)斷裂活動(dòng)持續(xù)較強(qiáng)型，典型地區(qū)為焦石壩主體構(gòu)造南部鴨江斷鼻(JY5井區(qū))。JY5井包裹體樣品顯示至少存在1期3幕連續(xù)的熱流體活動(dòng)，顯示了井區(qū)在晚燕山期—喜馬拉雅期(82～19 Ma)基本都屬于斷裂活動(dòng)期(圖5)。盡管晚喜馬拉雅期斷裂活動(dòng)不明顯，但是頁(yè)巖氣保存條件仍然受到了較大的破壞，JY5井顯示常壓狀態(tài)也印證了這一點(diǎn)。

2.3 晚燕山期以來(lái)持續(xù)活動(dòng)型

頁(yè)巖裂縫內(nèi)方解石脈包裹體均一溫度分布連續(xù)且不集中，總體反映出斷裂活動(dòng)持續(xù)性強(qiáng)、分期性不明顯的特征。典型地區(qū)如南天湖地區(qū)TY1井區(qū)，該井龍馬溪組頁(yè)巖包裹體樣品均一溫度分布在90～170 ℃(圖6)，顯示井區(qū)至少存在1期3幕的熱流體充注，對(duì)應(yīng)流體的充注期次自晚燕山期開(kāi)始(75 Ma)且持續(xù)至今，顯示了井區(qū)附近的控盆斷裂——齊岳山斷裂及其次級(jí)斷裂自晚燕山期以來(lái)具有持續(xù)的活動(dòng)性，對(duì)頁(yè)巖氣后期的保存造成了破壞性的影響。

2.4 喜馬拉雅期以來(lái)持續(xù)活動(dòng)型

頁(yè)巖裂縫內(nèi)方解石脈包裹體均一溫度相對(duì)較低，主要受喜馬拉雅期斷裂影響且持續(xù)至今。按照起始活動(dòng)時(shí)間，可以劃分為早喜馬拉雅期以來(lái)持續(xù)型及晚喜馬拉雅期持續(xù)型。

(1)早喜馬拉雅晚期以來(lái)持續(xù)型，典型地區(qū)如丁山斷鼻帶淺埋藏區(qū)DY1井區(qū)。該井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖包裹體樣品均一溫度顯示至少存在2期5幕次的熱流體活動(dòng)(圖7)，對(duì)應(yīng)的流體充注期次為晚燕山—早喜馬拉雅期(88～73 Ma)和晚喜馬拉雅期(16～4 Ma)的構(gòu)造抬升時(shí)期。顯示丁山地區(qū)靠近盆地邊界斷裂地區(qū)受喜馬拉雅期以來(lái)構(gòu)造抬升影響較大，頁(yè)巖氣保存條件受到了影響，DY1井及DY3井都顯示常壓特征。

圖4 川東南焦石壩地區(qū)JY2井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

圖5 川東南焦石壩地區(qū)JY5井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

圖6 川東南南天湖地區(qū)TY1井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

(2)晚喜馬拉雅期以來(lái)持續(xù)型，典型地區(qū)如川西南屏邊斷背斜MY1井。該井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖包裹體樣品顯示至少存在1期3幕次的熱流體活動(dòng)(圖8)，流體充注主要發(fā)生在晚喜馬拉雅期(6～0 Ma)，顯示斷裂活動(dòng)時(shí)間較晚、分期性不明顯，這與川西南屏邊斷背斜地區(qū)晚喜馬拉雅期快速抬升的構(gòu)造背景相吻合[27]。屏邊斷背斜及南部永善向斜鉆井含氣性差，顯示了這種持續(xù)性的斷裂活動(dòng)對(duì)頁(yè)巖氣保存條件造成了破壞性影響。

圖7 川東南丁山地區(qū)DY1井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

圖8 川西南屏邊地區(qū)MY1井龍馬溪組埋藏史(a)及流體包裹體均一溫度分布(b)

通過(guò)以上4種斷裂活動(dòng)期次、持續(xù)性及其對(duì)頁(yè)巖氣保存條件影響類(lèi)型的劃分及描述，可以推斷出斷裂活動(dòng)期次越多、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)頁(yè)巖氣后期保存的破壞作用越強(qiáng)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造位置及斷裂級(jí)別，可初步得出以下認(rèn)識(shí)：(1)盆內(nèi)遠(yuǎn)離一、二級(jí)斷裂的深埋平緩區(qū)，斷裂主要為晚燕山期短期活動(dòng)，加之后期抬升幅度較小，保存條件影響較?。?2)盆內(nèi)及盆緣距二、三級(jí)斷裂較近的中、淺埋藏區(qū)，斷裂大部分為燕山期—早喜馬拉雅期斷續(xù)活動(dòng)，后期抬升幅度相對(duì)較大，保存條件受一定影響；(3)緊鄰一級(jí)斷裂的盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，尤其是川東南緊鄰齊岳山斷層地區(qū)，斷裂自晚燕山期以來(lái)持續(xù)活動(dòng)，保存條件破壞嚴(yán)重；(4)川東南盆緣靠近一、二級(jí)斷裂的淺埋藏地區(qū)及川西南地區(qū)，主體斷裂自喜馬拉雅期以來(lái)持續(xù)活動(dòng)，由于抬升幅度或抬升強(qiáng)度大，保存條件受影響較大。

3 結(jié)論

(1)斷裂的級(jí)別總體反映了斷裂作用的強(qiáng)弱，斷裂級(jí)別越高其影響范圍越大。從四川盆地下組合斷裂及頁(yè)巖氣鉆井的實(shí)鉆效果來(lái)看，距離一級(jí)斷裂即控盆斷裂較近(約10 km以?xún)?nèi))，對(duì)保存條件破壞較大；距離二級(jí)斷裂5 km以?xún)?nèi)頁(yè)巖氣保存條件受影響較大，鉆井基本呈現(xiàn)常壓狀態(tài)；距離三級(jí)斷裂2～3 km以?xún)?nèi)，頁(yè)巖氣保存條件受一定影響，壓力系數(shù)總體不超過(guò)1.5；四級(jí)斷裂影響相對(duì)較小，頁(yè)巖氣保存條件基本不受影響。

(2)不同級(jí)別的斷層在空間上的疊置對(duì)頁(yè)巖氣保存條件具有一定的影響。主要體現(xiàn)在斷層相交在空間上為頁(yè)巖氣的后期散失提供了更好的通道，在井區(qū)斷裂密度相似的前提下，斷裂從平行到小角度相交再到大角度相交，對(duì)頁(yè)巖氣保存的破壞作用逐漸增強(qiáng)。

(3)斷裂活動(dòng)期次越多、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)頁(yè)巖氣后期保存的破壞作用越強(qiáng)，尤其是晚期(15 Ma以來(lái))、伴隨快速抬升連續(xù)性活動(dòng)的斷裂，對(duì)下古生界頁(yè)巖氣保存具有破壞性作用。