馮英，鄧美洲，李亞晶，陳俊，畢有益，嚴(yán)煥榕

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610100）

油氣藏形成和演化過程均伴有復(fù)雜的斷層活動。斷層活動不僅為油氣運(yùn)移提供通道，為油氣聚集提供場所，與裂縫形成相關(guān)，還能對致密儲層進(jìn)行改造。斷層的作用貫穿于油氣成藏的整個過程［1-2］，是油氣成藏的關(guān)鍵因素。川西地區(qū)須家河組須二段（T3x2）氣藏鉆探始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了多輪次的勘探評價，目前在新場地區(qū)油氣勘探成果顯著，形成了“先成藏、后致密、晚期調(diào)整”的成藏富集模式及富集規(guī)律［3-16］等方面的認(rèn)識。雖然先后在東坡地區(qū)T3x2氣藏的合興場、新盛、豐谷等構(gòu)造獲得了一定的天然氣發(fā)現(xiàn)，但受多種因素影響，目前尚未大規(guī)模高效開發(fā)。筆者認(rèn)為：制約東坡地區(qū)T3x2氣藏高效開發(fā)的主要因素為該區(qū)斷層較為發(fā)育，而目前對斷層展布規(guī)律、活動性及其對天然氣的控制作用等方面尚不明確；該氣藏為典型的特低孔超致密砂巖氣藏［10-12］（孔隙度 3.65%，滲透率0.098×10-3μm2），獲工業(yè)氣流井的產(chǎn)能與裂縫發(fā)育程度密切相關(guān)，但地球物理響應(yīng)特征復(fù)雜，裂縫預(yù)測難度大。這些因素都制約著對東坡地區(qū)油氣富集規(guī)律的準(zhǔn)確認(rèn)識。為此，本文在系統(tǒng)總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，首次對東坡地區(qū)T3x2進(jìn)行斷層分級評價及活動性研究，從油氣輸導(dǎo)、裂縫形成、儲層改造等方面，系統(tǒng)分析了川西東坡地區(qū)T3x2斷層在油氣成藏中的控制作用，以期對該區(qū)T3x2氣藏下步的勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)背景

川西坳陷位于四川盆地西部，北起米倉山-大巴山造山帶，南抵峨眉-瓦山斷塊，西鄰龍門山推覆構(gòu)造帶，東接川中古隆起，為北東—南西向的長條形地帶。研究區(qū)位于川西坳陷東部斜坡區(qū)，地表為第四系覆蓋，鉆遇地層由下而上分別為三疊系的雷口坡組（T2l）、馬鞍塘組（T3m）、小塘子組（T3t）和須家河組（T3x），侏羅系的自流井組（J1z）、千佛崖組（J2q）、下沙溪廟組（J2x）、上沙溪廟組（J2s）、遂寧組（J3sn）和蓬萊鎮(zhèn)組（J3p），以及白堊系（K）。T3x埋深在 3 000～6 000 m，平均厚度 1 300 m左右， 自下而上劃分為 4 段 （T3x2，T3x3，T3x4，T3x5）；而T3x1在該區(qū)已抬升剝蝕。T3x2沉積期整體發(fā)育“三隆兩凹一斜坡”構(gòu)造格局。其中：“三隆”為合興場-豐谷、知新場-石泉場及中江-回龍構(gòu)造帶；“兩凹”為梓潼凹陷、黃鹿向斜；“一斜坡”為福興斜坡構(gòu)造帶（見圖1）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及斷層分布

2 斷層發(fā)育特征

2.1 斷層分布

從區(qū)域地質(zhì)事件、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、形成時間等方面開展斷層成因機(jī)制研究，川西坳陷位于揚(yáng)子地塊西北緣，長期的區(qū)域應(yīng)力以擠壓為主。中生代以來可分為3個重要時期：一是印支早期，南秦嶺與秦嶺板塊沿勉略結(jié)合帶全面碰撞造山，東坡地區(qū)受南北向構(gòu)造應(yīng)力的作用，發(fā)育東西向區(qū)域性斷層，出現(xiàn)東西向構(gòu)造雛形；二是燕山中晚期，龍門山（主要為中段）向東南逆沖推覆，東坡地區(qū)受北西—南東向構(gòu)造應(yīng)力的作用，發(fā)育北東—南西向斷層，并將早期定型的東西向主體構(gòu)造帶調(diào)整為北東東—南西西向展布；三是喜山期，青藏高原向東擠壓，東坡地區(qū)受東西向構(gòu)造應(yīng)力作用，發(fā)育南北向斷層，且橫切主體構(gòu)造部位，進(jìn)一步改造局部構(gòu)造。

綜合考慮斷層活動期次、規(guī)模（斷距大小、延伸長度、斷至深度）等因素［16-21］，區(qū)內(nèi)斷層可劃分為：二級斷層1條，即龍泉山大斷層，該斷層控制龍泉山斷裂帶的走向、分布及規(guī)模；三級斷層9條，為控背斜斷層，分布于合興場-豐谷構(gòu)造帶、知新場-石泉場構(gòu)造帶上；四級斷層28條，控制局部圈閉，多為近南北斷層，橫切主體構(gòu)造帶，規(guī)模適中，為主要控藏斷層；五級斷層73條，為伴生斷層及層間小斷層（見圖1）。

不同構(gòu)造帶上斷層分布特征具有差異性（見圖2）。其中：合興場-高廟構(gòu)造帶，早期近東西走向的三級斷層（F8，F(xiàn)9，F(xiàn)23）分布在構(gòu)造帶南北兩翼，控制著構(gòu)造帶展布，而內(nèi)部晚期近南北走向的四級斷層（F1-2，F(xiàn)40，F(xiàn)43，f41，f42）規(guī)模中等，是主要的控藏斷層（見圖2a）；豐谷構(gòu)造帶，斷層較少，發(fā)育1條三級斷層和2條四級斷層，三級斷層（F24）控制著豐谷鼻狀構(gòu)造（見圖2b）；知新場構(gòu)造帶，發(fā)育南北走向的三級斷層（F1，F(xiàn)2），規(guī)模較大，斷距大于200 m，延伸距離均大于20 km，構(gòu)造帶為南北向展布的斷背斜（見圖2c）；中江-回龍構(gòu)造帶，發(fā)育3條四級斷層及多條五級斷層，除F35斷層（斷距20～50 m）外，其余規(guī)模均較小，構(gòu)造帶為北西西向傾沒的鼻狀隆起（見圖2d）；石泉場構(gòu)造帶，發(fā)育1條二級斷層（F3）、1條三級斷層（F5）及多條四級斷層（F1-2，f2，f3，f5，f123），斷層規(guī)模較大，多數(shù)斷至淺層蓬萊鎮(zhèn)組，斷距在20～150 m，構(gòu)造帶呈斷背斜特征（見圖 2e）。

圖2 不同構(gòu)造帶地震剖面特征

2.2 斷層的活動性

強(qiáng)烈的斷層活動可導(dǎo)致原生氣藏的破壞，或保存條件變差。斷至淺地表或通天的斷層勢必會破壞早期氣藏，并使得天然氣散失；而適中的活動有助于天然氣的保存。通過對各斷層的精細(xì)描述及分級評價，不同級別斷層在不同區(qū)域向上斷至的層位不同。二級斷層斷距較大，平面延伸較長，向上斷至蓬萊鎮(zhèn)組；三級斷層向上斷穿T3x2，合興場-豐谷地區(qū)總體未斷出須家河組，知新場地區(qū)發(fā)育規(guī)模較大，斷至侏羅系甚至地表；四級斷層在合興場-豐谷地區(qū)總體向上延伸至T3x3內(nèi)，部分?jǐn)嘀罷3x4，知新場、石泉場地區(qū)可斷至侏羅系；五級、六級斷層斷距較小，集中分布在T3x2段內(nèi)部?？傮w上，合興場-豐谷地區(qū)保存條件好于知新場、石泉場、中江-回龍地區(qū)。同一斷層在不同測線、不同沉積期，活動性存在差異。目前主要采用斷層生長指數(shù)、斷層落差和斷層活動速率3類參數(shù)來定量表征斷層活動性［13-14］。斷層活動速率為某一地質(zhì)時期內(nèi)的斷層落差與時間跨度的比值，該參數(shù)既保留了斷層落差的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了由于缺少時間概念所帶來的不足，能夠更好地反映斷層活動特點(diǎn)。因此，通過對研究區(qū)不同沉積期斷層活動速率的統(tǒng)計，可以直觀地反映不同斷層在縱向上及平面上的活動性變化（見圖3。圖中Cr，In分別表示聯(lián)絡(luò)線和主測線）。

從圖3可以看出，斷層中部活動性較強(qiáng)，末端活動性相對減弱。如T3x2沉積期，F(xiàn)14斷層在其北端主測線In1645上，斷層活動速率僅2.33 m/Ma；而在其中部主測線In1410上，斷層活動速率達(dá)20.67 m/Ma。由于受構(gòu)造應(yīng)力的作用，早期發(fā)育的近東西向斷層（F23，F(xiàn)8，F(xiàn)9，F(xiàn)43，F(xiàn)24，f118，F(xiàn)35 等）形成于印支晚期，發(fā)育時間較早，在T3x2，T3x3沉積期均有活動，但斷層活動速率逐漸減弱；晚期發(fā)育的近南北向斷層（F17，F(xiàn)40，F(xiàn)42等）在T3x2，T3x3沉積期也均有活動，但活動強(qiáng)度相對較強(qiáng)，為主要的控藏斷層。另外，知新場地區(qū)發(fā)育的南北向斷層（F1，F(xiàn)2），規(guī)模較大，各沉積期均有活動，斷層活動速率呈遞增趨勢，尤其是F2斷層活動性最強(qiáng)；知新場南部-龍泉山地區(qū)發(fā)育的F3，F(xiàn)5斷層，在J1z沉積期仍然活動性較強(qiáng)，這些斷層的持續(xù)活動使油氣的保存條件變差。

圖3 不同沉積時期的斷層活動速率

3 斷層對油氣的控制作用

3.1 斷層控制油氣的運(yùn)移和聚集

在區(qū)域構(gòu)造背景下，東坡地區(qū)二、三、四級斷層均斷至T3m（見圖2、圖3），溝通了下伏烴源巖，可作為天然氣垂向運(yùn)移通道。五級斷層斷距較小，斷層集中在T3x2段內(nèi)部，與四級斷層搭配，利于形成有效斷縫儲滲體［18］，有利于油氣沿斷層垂向運(yùn)移后，沿斷縫儲滲體進(jìn)一步運(yùn)移與聚集。

與此同時，不同構(gòu)造單元，其斷層組合樣式也是不盡相同，它們對天然氣運(yùn)聚的控制作用也各不相同。川西東坡地區(qū)T3x2氣藏主要有“Y”字形與反“Y”字形、疊瓦式、復(fù)合型等斷層組合樣式。其中，“Y”字形與反“Y”字形最為有利，疊瓦式次之。“Y”字形與反“Y”字形組合樣式多分布于合興場-高廟構(gòu)造帶和知新場構(gòu)造帶，如合新場-高廟構(gòu)造帶四級斷層F17及其伴生斷層f41與f42斷層（見圖2a）斷至T2l，有利于溝通下伏烴源巖。反“Y”字形構(gòu)造樣式利于雙向供烴，烴源充足；而知新場構(gòu)造帶三級斷層F1，F(xiàn)2剖面組合樣式雖呈反“Y”字形，但斷層規(guī)模較大，后期一直活動，向上斷至淺層或地表，對油氣聚集起到破環(huán)作用（見圖2c）。疊瓦式組合樣式多分布于豐谷構(gòu)造帶及中江-回龍構(gòu)造帶，如豐谷構(gòu)造帶的F24及f118斷層（見圖2b）、中江-回龍構(gòu)造帶的F35斷層及1條五級斷層（見圖2d），該組合樣式單向供烴，油氣聚集條件較為有利。復(fù)合型組合樣式分布于斷裂復(fù)雜帶，如石泉場構(gòu)造帶，斷層規(guī)模較大，活動劇烈，多數(shù)斷至淺層，影響油氣聚集（見圖 2e）。

3.2 斷層控制裂縫的形成與分布

通過巖心觀察、成像測井解釋等方法，發(fā)現(xiàn)東坡地區(qū)T3x2主要發(fā)育2種成因類型的裂縫，即構(gòu)造縫和層理縫（見圖4a。上圖為E2井T3x2巖心，下圖為C1井T3x2巖心）。其中：構(gòu)造縫以高角度裂縫為主；而層理縫以低角度裂縫為主。高角度裂縫主要發(fā)育在大斷層及其伴生斷層附近、褶皺彎曲部位。如C1井處近南北向斷層f41延伸長度0.03 km，根據(jù)高角度裂縫（傾角大于60°）玫瑰花圖統(tǒng)計結(jié)果，高角度裂縫走向近東西向，與f41斷層走向垂直，表明C1井附近高角度裂縫的形成與晚期（喜山期）的構(gòu)造活動有關(guān)。通過常規(guī)測井響應(yīng)特征分析，裂縫發(fā)育段表現(xiàn)為自然伽馬低—中值（50 API左右）、聲波時差顯著增大、中子有挖掘效應(yīng)、補(bǔ)償密度較低、電阻率中—高值（大于40 Ω·m）的特征，且電成像顯示裂縫段暗色正弦條紋發(fā)育，裂縫未充填，有效性好，為典型的構(gòu)造縫特征。應(yīng)用分頻相干、傾角、構(gòu)造熵、斷層因子等多種方法［14］，對 T3x2進(jìn)行裂縫預(yù)測，刻畫裂縫在平面上的展布規(guī)律。首先，通過分頻相干、傾角等屬性，沿不同方位和傾角濾波，沿著斷層面增強(qiáng)和細(xì)化地震屬性，實(shí)現(xiàn)不同尺度斷層面自動精細(xì)刻畫；其次，利用構(gòu)造熵、斷層因子等屬性，通過地震振幅三維空間變化梯度的差異，構(gòu)建反映地震信號雜亂程度的屬性（混沌），并根據(jù)成像測井解釋裂縫信息統(tǒng)計確定屬性門檻值，實(shí)現(xiàn)裂縫發(fā)育帶（破碎帶+誘導(dǎo)裂縫帶）刻畫。

綜合分析認(rèn)為，裂縫在近斷層附近尤其是晚期近南北向斷層附近最為發(fā)育（見圖4b—4d。圖4d中黑色虛線為A1井軌跡）。

圖4 東坡地區(qū)T3x2裂縫發(fā)育及分布

3.3 斷層控制儲層儲集性能的改造

由于晚期構(gòu)造活動形成的裂縫，改善了原先致密的孤立孔隙間的連通性，提高了原先已經(jīng)致密化的儲層的物性，特別是儲層的滲流能力，使得聚集在孤立孔隙中的天然氣發(fā)生流動、調(diào)整和聚集，形成了氣藏中高產(chǎn)的“甜點(diǎn)”。巖心CT檢測結(jié)果表明，孔隙連通體積越大，儲層儲集性能越好。例如：M1，M2井位于中江地區(qū)，孔隙度較大（4%），孔隙體積較多，但距斷層較遠(yuǎn)，分別為1.2，0.8 km，儲層受斷層影響小，儲層連通體積較小，分別為5.8%，5.6%。D1井位于豐谷地區(qū)，距F24斷層較遠(yuǎn)（2.8 km），E1井位于高廟子地區(qū)，距F23斷層較近 （0.05 km），雖然D1井儲層孔隙度較E1井要大，孔隙體積較多，但儲層受斷層影響小，儲層連通體積較小，儲層儲集性能要差于E1井。

3.4 斷層活動與油氣成藏關(guān)系

川西地區(qū)馬鞍塘組—小塘子組、T3x3暗色泥頁巖為主要烴源巖，T3x2砂巖為主要儲層，總體呈現(xiàn)出源儲互層的“三明治”式源儲配置特點(diǎn)。這種配置關(guān)系有利于對儲層的雙向供烴，同時上部的烴源巖層也構(gòu)成了下部儲層的區(qū)域蓋層，更有利于天然氣的保存。

依據(jù)包裹體、自生伊利石K-Ar同位素年齡、烴源巖數(shù)值模擬、磷灰石裂變徑跡年齡等資料，可以確定東坡地區(qū)T3x2主成藏期在晚侏羅世早期—早白堊世中期（150～125 Ma）。 結(jié)合 T3x2埋藏史，儲層發(fā)生致密化（孔隙度為10%）的深度在4 500～4 700 m，對應(yīng)的地質(zhì)時期約為130 Ma，晚于天然氣大規(guī)模成藏時間（150 Ma），T3x2氣藏具有“先成藏、后致密”的特點(diǎn)。根據(jù)不同走向斷層之間的切割關(guān)系，并結(jié)合不同構(gòu)造時期區(qū)域應(yīng)力場的分布，研究認(rèn)為：印支晚期由于北側(cè)米倉山向南逆沖推覆，發(fā)育東西向區(qū)域性斷層，控制著主體構(gòu)造帶的形成，主成藏期天然氣開始大規(guī)模充注，儲層尚未致密，油氣在浮力作用下向構(gòu)造高部位聚集成藏；氣藏形成之后，隨著埋深的進(jìn)一步增加，天然氣繼續(xù)發(fā)生充注，成巖作用進(jìn)一步增強(qiáng)，在整體致密背景下發(fā)育相對優(yōu)質(zhì)的儲層，為天然氣富集提供了儲集空間；隨著燕山晚期—喜山期構(gòu)造活動，區(qū)域整體隆升，局部地區(qū)發(fā)生了構(gòu)造調(diào)整和反轉(zhuǎn)；同時，晚期構(gòu)造活動使得斷層和與褶皺伴生的高角度裂縫對致密儲層進(jìn)行了改造，增強(qiáng)了孤立孔隙之間的連通性，增加了儲層的滲流能力，斷層和褶皺附近的儲層成為了“甜點(diǎn)”。因此，T3x2氣藏呈“晚期調(diào)整控富、有效裂縫控產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)儲層控效”的特點(diǎn)［9-18］。

4 斷層主控下的成藏模式

通過斷層分級評價、斷層活動性及組合樣式等綜合分析認(rèn)為，斷層在油氣成藏中對油氣輸導(dǎo)、裂縫形成、儲層改造等方面具有控制作用。即：1）晚期形成的南北走向斷層［5-19］對先期形成的氣藏進(jìn)行局部的調(diào)整和改造，油氣富集于晚期斷層發(fā)育的構(gòu)造高部位；2）現(xiàn)今有效的構(gòu)造縫主要為喜山晚期斷層和褶皺所形成的裂縫，改善了儲層的物性及滲流能力，天然裂縫越發(fā)育，氣井產(chǎn)能越高；3）儲層品質(zhì)是氣井穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)儲層厚度越大，物性越好，氣井產(chǎn)能越好［19］。通過斷控成藏理論認(rèn)識的突破，建立了“晚期調(diào)整控富、有效裂縫控產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)儲層控效”成藏模式［20-21］。目前合興場-高廟地區(qū)存在多個潛力區(qū)尚未鉆探，參考上述斷控成藏模式，該潛力區(qū)位于構(gòu)造高部位，處于油氣運(yùn)移指向上，且該區(qū)五級斷層發(fā)育，斷層斷距較小、集中分布在T3x2內(nèi)部，與晚期發(fā)育的南北向四級斷層搭配，利于形成有效斷縫儲滲體。尤其是F42，F(xiàn)40，f41，f42斷層附近區(qū)域，可作為下步評價有利區(qū)。

5 結(jié)論

1）二、三、四級斷層溝通了下伏馬鞍塘組—小塘子組烴源巖，可作為天然氣垂向運(yùn)移通道?！癥”字形與反“Y”字形斷層組合樣式，雙向供烴，油氣運(yùn)聚條件最為有利。

2）現(xiàn)今有效的構(gòu)造縫主要為晚期斷層和褶皺所形成的裂縫。通過“分頻相干+構(gòu)造熵+斷層因子”等多屬性融合裂縫預(yù)測技術(shù)，明確了裂縫在晚期發(fā)育的近南北向斷層附近最為發(fā)育。

3）晚期構(gòu)造活動形成的四級斷層與五級斷層搭配，有利于形成有效斷縫儲滲體，改善了原先致密的孤立孔隙間的連通性，提高了儲層的物性及滲流能力，形成了中高產(chǎn)的“甜點(diǎn)”。通過斷控成藏理論認(rèn)識的突破，建立了“晚期調(diào)整控富、有效裂縫控產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)儲層控效”成藏模式，優(yōu)選合興場-高廟地區(qū)為評價潛力區(qū)，支撐了東坡地區(qū)T3x2氣藏評價。