向 杰，陳尚斌，王 陽，蔣天國，薛曉輝，王笑奇，朱炎銘

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221008；2.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.云南煤層氣資源勘查開發(fā)有限公司，云南 昆明 650031)

近年來，隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及非常規(guī)油氣的興起[1-3]，我國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)發(fā)展迅速，四川盆地及其周緣的五峰—龍馬溪組是重點勘探地區(qū)和主要建產(chǎn)區(qū)域，已建成焦石壩、威遠(yuǎn)、長寧—昭通等國家級頁巖氣示范區(qū)[4-7]。我國南方海相頁巖氣具有形成時代老、熱演化程度高、構(gòu)造運動期次多、構(gòu)造變形復(fù)雜、保存條件差異大等特點[8]，不同地區(qū)的頁巖氣保存條件和含氣性具有較大差異。基于“二元富集”[9]、“三元富集”[10]、“構(gòu)造型甜點”和“連續(xù)型甜點”[7]等頁巖氣富集模式及理論，前人對頁巖氣保存條件及影響因素開展了較為系統(tǒng)的研究，并已證明斷裂是影響頁巖氣保存條件的關(guān)鍵因素之一[11-12]。王濡岳等[13]對黔北地區(qū)牛蹄塘組研究發(fā)現(xiàn)斷裂發(fā)育和地表剝蝕是引起頁巖氣散失的根本原因；趙文韜等[14]對渝東南地區(qū)皺褶、斷裂和裂縫的匹配研究認(rèn)為，褶皺變形程度和斷裂形態(tài)決定地層變形和裂縫發(fā)育，從而控制頁巖氣的保存和富集；余光春等[15]結(jié)合典型頁巖氣鉆井解剖及流體包裹體等探討了上揚子地區(qū)斷裂活動對頁巖氣保存的破壞作用。

四川盆地西南緣構(gòu)造復(fù)雜，勘探開發(fā)進(jìn)程相對滯后，目前，滇東北地區(qū)已實施了一系列調(diào)查井和參數(shù)井，并對五峰—龍馬溪組沉積環(huán)境、優(yōu)質(zhì)頁巖儲層特征等進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究[16-18]，建立了相應(yīng)的頁巖氣選區(qū)參數(shù)評價體系[19]。然而不同鉆井頁巖含氣性差異顯著，部分井微氣或無氣，顯示出頁巖氣保存條件的復(fù)雜性和重要性。滇東北地區(qū)受多期次構(gòu)造運動影響，屬復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，斷裂密集發(fā)育，性質(zhì)復(fù)雜，筆者采用地震解釋、鉆井裂縫統(tǒng)計、流體包裹體測試等手段，以滇東北地區(qū)五峰—龍馬溪組為例，探討斷裂體系對頁巖氣保存的影響作用和頁巖氣有利富集模式，為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣高效勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)主體位于滇東北地區(qū)、四川盆地西南緣，地處特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域的交接部位，包括一級構(gòu)造單元四川盆地、康滇隆起、滇黔北凹陷，呈現(xiàn)出復(fù)雜的構(gòu)造格架[20-21](圖1)。研究區(qū)具有多期構(gòu)造運動特征，形成多組明顯的構(gòu)造線理。整體來看，中—新代構(gòu)造變形決定現(xiàn)今區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架[22]。區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造形跡以NE向、NW向、近SN向為主；總體上背斜寬緩、核部出露下古生界寒武系—志留系，向斜狹長緊閉、核部出露新生界，構(gòu)造樣式為隔槽式褶皺及其組合；斷裂以逆沖走滑性質(zhì)為主，近平行發(fā)育，多期活動；具有構(gòu)造復(fù)雜、背斜區(qū)帶剝蝕強(qiáng)烈、斷裂密集發(fā)育的特征。

圖1 滇東北地區(qū)地質(zhì)簡圖與構(gòu)造單元劃分(據(jù)文獻(xiàn)[20-21]修改)Fig.1 Geological schematic map and tectonic unit division of Northeast Yunnan area[20-21]

晚奧陶世，本區(qū)沉積環(huán)境開始受古隆起控制，在西部康滇古陸、西北部川中古陸和東部黔中古陸之間形成“三隆夾一坳”的沉積格局[23]，受海侵影響，龍馬溪組早期，研究區(qū)自南西向北東水體逐漸加深，從潮坪相逐漸過渡為淺水陸棚—深水陸棚相沉積，結(jié)合前人研究及頁巖氣鉆井分析，大關(guān)縣—金陽縣以北，主要為淺水陸棚—深水陸棚相沉積，從含炭灰泥粉砂棚過渡為炭質(zhì)含粉砂泥棚，大部分位于富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積有利相帶中(圖2)。TOC含量>1%的頁巖厚度主體介于70～120 m，由北東向南西方向逐漸減薄，總有機(jī)碳含量平均2.99%～3.78%。晚二疊世期間的峨眉山地幔柱活動，造成峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)，從小江斷裂向東逐漸減薄，至珙縣一帶逐漸尖滅，雖然對五峰—龍馬溪組儲層無直接影響及改造作用，但其帶來的高地溫場，促使有機(jī)質(zhì)熱演化加快，有機(jī)質(zhì)成熟度Ro主體介于2.2%～2.7%，與鄰區(qū)相差不大，處于干氣生成階段。整體而言，本區(qū)具有良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)和潛力。

圖2 滇東北地區(qū)龍馬溪組早期巖相古地理圖(據(jù)文獻(xiàn)[19,23]修改)Fig.2 Lithofacies paleogeography map of early Longmaxi Formation in Northeast Yunnan Area[19,23]

2 斷裂發(fā)育特征

研究區(qū)存在多組不同方向的應(yīng)力，或不同區(qū)域在同組應(yīng)力場下受不同邊界效應(yīng)控制而展現(xiàn)不同的斷褶體系。區(qū)域早期深大斷裂作用控制全區(qū)的沉積—構(gòu)造演化，后期斷裂多期活動，復(fù)合、活化早期斷裂，形成復(fù)雜的斷裂組合[20]。研究區(qū)主要發(fā)育SN向、EW向、NE/NNE向和NW/NNW向4組規(guī)模不等的斷裂組合(圖3)。SN向斷裂主要分布于雷波—永善以西地區(qū)，在加里東期開始活動，早期為拉張性質(zhì)，后期受喜馬拉雅期EW向擠壓應(yīng)力作用發(fā)生走滑逆沖，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的擠壓特征，延伸距離遠(yuǎn)且穩(wěn)定，如峨邊—馬頸子斷裂、金陽斷裂等。EW向斷裂主要分布在鹽津—筠連一帶，為高角度逆沖斷層、伴有走滑性質(zhì)，延伸距離近，大致平行于盆緣，形成一系列傾向盆外的逆沖疊瓦構(gòu)造，為燕山早期近SN向應(yīng)力作用形成。NE/NNE向斷裂在研究區(qū)廣泛分布，斷面傾角大，延伸距離遠(yuǎn)，且擠壓走滑特征顯著，多期次活動；南部NE/NNE向斷裂主要受燕山晚期SE—NW向擠壓應(yīng)力控制，如小草壩斷裂、灑水河斷裂等；北部NE/NNE向斷裂，如蓮峰斷裂、頭坪斷裂等，則受燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造應(yīng)力共同影響。NW/NNW向斷裂主要分布在大關(guān)—昭通一帶，受紫云—羅甸斷裂帶控制[24]，NW向斷裂產(chǎn)生于加里東期、受海西期拉張作用影響，發(fā)生正斷活動，并在燕山期和喜馬拉雅期發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造反轉(zhuǎn)，形成一系列逆沖走滑斷裂。此外，部分?jǐn)嗔殉驶⌒巫呦?，顯示其受多期構(gòu)造應(yīng)力復(fù)合影響。二維地震資料(測線位置如圖3所示)也揭示小規(guī)模斷裂十分發(fā)育(圖4)，在構(gòu)造變形較弱的寬緩向斜如木桿向斜，向斜核部可見NNW向和NNE向斷裂密集發(fā)育，兩翼斷裂則發(fā)育較少。

圖3 滇東北地區(qū)斷裂分布Fig.3 Faults distribution of Northeast Yunnan area

圖4 木桿向斜LYEW2015-02地震測線構(gòu)造解譯Fig.4 Structural interpretation of seismic profile line LYEW2015-02 in Mugan syncline

3 斷裂與頁巖儲層含氣性

斷裂控制著裂縫發(fā)育，可能成為頁巖氣散失的通道，尤其是“通天”斷裂直接破壞頁巖氣藏[15,25]。斷裂的性質(zhì)、規(guī)模、組合方式、期次以及所派生構(gòu)造裂縫是影響頁巖氣層保存條件的重要因素[26-28]。

3.1 斷裂規(guī)模及組合方式

依據(jù)斷裂的延伸長度、斷距等可將四川盆地及周緣斷裂按照規(guī)模劃分為4類[29]，研究區(qū)斷裂可分為4級(圖3)。一級斷裂為控盆斷裂，是劃分一級構(gòu)造單元的重要依據(jù)，延伸一般大于100 km，斷距通常大于1 000 m，如本區(qū)內(nèi)蓮峰斷裂為一條區(qū)域性的斷裂，為華鎣山斷裂盆外延伸，在高橋鎮(zhèn)西南隱伏。二級斷裂一般控制二級構(gòu)造單元，延伸40～100 km，斷距一般500～1 000 m，如頭坪斷裂、大關(guān)口斷裂等，通常沿二級構(gòu)造界線分布。三級斷裂為控制局部構(gòu)造的斷裂，延伸20～40 km，斷距一般100～500 m，如控制高橋背斜的高橋斷裂等。四級斷裂為局部構(gòu)造內(nèi)部小斷裂，延伸一般小于20 km，斷距一般小于100 m，規(guī)模較小。斷裂組合方式包括斷裂的性質(zhì)組合，以及不同期次及級別的斷裂在空間上的疊置關(guān)系，可以一定程度上反映不同時期形成的斷層的構(gòu)造強(qiáng)度及復(fù)雜程度[15]。斷裂的組合方式對區(qū)域頁巖氣保存也產(chǎn)生一定影響。斷裂性質(zhì)包括逆斷層、正斷層和走滑斷層，空間組合上可以簡單分為平行、小角度相交和大角度相交，兩者組合常形成復(fù)雜的斷裂格局。鉆井揭示，五峰—龍馬溪組頁巖儲層厚度、TOC含量、Ro等物性良好，但含氣性差異明顯，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及二維地震資料認(rèn)為，斷裂是影響頁巖氣保存的主要因素之一。

從表1可知，一級斷裂和二級斷裂直接切穿目的層五峰—龍馬溪組，直達(dá)地表，對頁巖氣保存條件產(chǎn)生了極大的破壞，距離一級和二級斷裂5 km以內(nèi)的頁巖氣保存條件受到較大影響，如ZD1淺層頁巖氣井，基本上為常壓或者微含氣。三級斷裂盡管破壞作用相對有限，但通常為通天斷裂，距離三級斷裂3 km以內(nèi)頁巖氣的保存條件受到一定影響，如ZD2井，其含氣性減弱。四級斷裂對頁巖氣保存條件的影響相對復(fù)雜，當(dāng)四級斷裂以擠壓性質(zhì)為主，且未切穿地層到達(dá)地表時，對頁巖氣保存條件影響微弱；當(dāng)四級斷裂與通天斷裂溝通活化時，形成頁巖氣逸散通道，保存條件變差，因此井位距四級斷裂距離應(yīng)保持在1.5 km以上。昭通太陽背斜淺層頁巖氣井Y102井，盡管埋深只有700～800 m，也有較好的頁巖氣產(chǎn)量，其關(guān)鍵在于超壓封閉系統(tǒng)的維持，但同屬盆緣的本區(qū)，因構(gòu)造更加復(fù)雜，其淺層頁巖氣保存對斷裂性質(zhì)及距離的要求會更加苛刻。

表1 研究區(qū)五峰—龍馬溪組鉆井?dāng)嗔呀y(tǒng)計

除了不同規(guī)模的斷裂造成的影響范圍不同以外，斷裂組合方式也對頁巖氣保存條件具有重要影響。斷裂性質(zhì)單一、空間上組合越簡單，對頁巖氣保存的破壞性作用越弱。木桿向斜構(gòu)造中四級斷裂基本上呈平行狀態(tài)，組合簡單，位于斷裂間的XD2井、YDY1井等均顯示出良好的保存條件[19,23]。大關(guān)縣—昭通市一帶，斷裂性質(zhì)復(fù)雜，正斷層和逆斷層發(fā)育程度相當(dāng)，且NE向斷裂和EW向斷裂大角度近垂直相交，或者前期斷裂被后期斷裂切割，發(fā)生位移，反映該區(qū)受多期構(gòu)造運動疊合，頁巖氣保存條件受到較大影響。

3.2 斷裂與儲層裂縫發(fā)育

頁巖地層天然裂縫發(fā)育程度主要與晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和規(guī)模有關(guān)，尤其與斷裂活動緊密聯(lián)系[28,30]。一方面，天然裂縫是頁巖氣的滲流通道和游離氣的賦存空間，由五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖滑脫作用形成的裂縫型氣藏在涪陵頁巖氣勘探實踐中已被證實是重要“甜點”[29-31]。另一方面，大規(guī)模發(fā)育的高角度穿層裂縫和順層剪切裂縫一定程度上破壞了儲層自封閉性，不利于頁巖氣保存[21,32]。

為研究斷裂與裂縫的關(guān)系，選取區(qū)內(nèi)ZD1井五峰—龍馬溪組下段巖心開展裂縫觀察分析，對ZY1井、ZD2井目的層巖心裂縫進(jìn)行觀察與統(tǒng)計。剔除頁巖構(gòu)造破碎位置及人工誘導(dǎo)縫，共觀測到ZY1井五峰組—龍馬溪組下段2 212.20～2 271.94 m巖心中695條裂縫，ZD2井五峰組—龍馬溪組下段1 369～1 473 m巖心中1 989條裂縫。這些裂縫可以分為層間縫和構(gòu)造縫兩大類[33]，構(gòu)造縫以高角度縫為主，多為剪切性質(zhì)，偶爾可見網(wǎng)狀縫和層間滑脫縫。

ZY1井位于木桿向斜西翼靠近核部的位置，五峰—龍馬溪組下段實測總含氣量介于1.68～9.52 cm3/g，氣體組分以CH4為主；巖心裂縫發(fā)育較多，共統(tǒng)計了59.76 m的鉆井巖心裂縫數(shù)據(jù)，其中裂縫以層間縫為主，共發(fā)育657條，構(gòu)造縫發(fā)育較少，共觀測到38條。結(jié)合有機(jī)地化和含氣量資料，繪制巖心裂縫統(tǒng)計圖(圖5)。層間縫線密度的變化趨勢與TOC含量變化趨勢大體一致，層間縫發(fā)育受巖相控制，炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、硅質(zhì)頁巖層間縫更發(fā)育。構(gòu)造縫發(fā)育較少，以高角度剪切裂縫為主，部分被方解石、石英充填，最遠(yuǎn)延伸約65 cm。龍馬溪組底部常見滑脫縫發(fā)育。頁巖含氣性變化與TOC含量變化趨勢吻合，反映頁巖儲層含氣量主要受TOC含量控制，表明ZY1井五峰—龍馬溪組儲層受構(gòu)造影響較小，其裂縫發(fā)育受斷裂作用影響微弱(圖5)。

圖5 ZY1井和ZD2井鉆井巖心裂縫統(tǒng)計Fig.5 Core fractures statistics of ZY1 and ZD2 well

ZD2井位于勺寨向斜北西翼復(fù)背斜中，北西翼接新場—丁木樹向斜(圖6)。對井深1 369～1 473 m，總計23段頁巖巖心樣品進(jìn)行含氣量測定，實測總含氣量平均為1.14 cm3/g，氣體組分主要為CH4和N2，含少量CO和C2H8。ZD2井主要受喜馬拉雅期斷裂F3和燕山期斷裂F4的影響。ZD2井頁巖巖心裂縫十分發(fā)育，共統(tǒng)計五峰—龍馬溪組下段154.89 m的巖心裂縫，裂縫以層間縫為主，發(fā)育1 496條，構(gòu)造縫發(fā)育較多，觀測到493條，繪制巖心裂縫統(tǒng)計圖(圖5)。與ZY1井明顯不同的是，ZD2井巖心層間縫線密度的變化趨勢與TOC含量變化趨勢不一致，呈現(xiàn)多峰變化特征，龍馬溪組底部至五峰組1 440～1 485 m層間縫線密度最低。構(gòu)造縫以高角度剪切裂縫為主(圖7)，總體上呈開啟狀態(tài)，造成巖心破碎，最遠(yuǎn)延伸約110 cm，低角度縫和滑脫縫也較常見，與層間縫類似，在1 440～1 485 m位置構(gòu)造縫發(fā)育較少。結(jié)合二維地震資料可知斷裂控制了儲層裂縫的發(fā)育，同時促進(jìn)了層間縫和構(gòu)造縫的發(fā)育，構(gòu)造縫的密集發(fā)育區(qū)對應(yīng)含氣量的低值區(qū)。

ZD1井位于坪廠向斜南東翼，東接頭坪背斜，完鉆井深1 905 m，完鉆層位為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組，其中五峰—龍馬溪組井深310.90～726.15 m。對井深585～679 m的9個樣品測定含氣量，總含氣量為0.003～0.370 cm3/g，氣體組分主要為N2和CH4，CH4含量普遍很低，反映頁巖氣基本散失殆盡。五峰—龍馬溪組全段巖心較破碎，層間縫密集發(fā)育，頁巖成薄片狀，高角度裂縫發(fā)育，頁巖被切割為碎塊狀，層間揉褶及滑脫作用明顯，頁巖呈泥狀(圖7)，表明受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，結(jié)合井位所處構(gòu)造展布特征，可能為隱伏斷裂或喜馬拉雅期劇烈抬升至淺層，應(yīng)力快速釋放所致。

圖6 ZT2019-SN01二維地震構(gòu)造解釋Fig.6 Structural interpretation of seismic profile line ZT2019-SN01

圖7 ZD2井和ZD1井巖心照片F(xiàn)ig.7 Photos of fractures development of ZD2 and ZD1 well core

3.3 斷裂活動期次

裂縫中充填的方解石或石英脈體中的流體包裹體記錄了脈體形成時地層的原始信息[34-35]。研究頁巖儲層裂縫中流體包裹體，可以獲知斷裂的主要活動期次及持續(xù)性，追蹤、恢復(fù)頁巖氣成藏溫-壓演化過程[36-37]，反映頁巖氣保存條件[38]。

對ZD2井五峰—龍馬溪組下段3個方解石和石英脈體樣品包裹體觀察和均一溫度測量，氣-液兩相鹽水包裹體大部分分布于石英礦物中，約占包裹體總量的10%，包裹體大小為5～15 μm；形態(tài)呈橢圓形、圓形及不規(guī)則狀等，在石英或方解石礦物中或邊緣成群分布，常與單液相鹽水包裹體共同產(chǎn)出(圖8(a)，(b))，并可見少量單相液態(tài)烴類包裹體分布于礦物邊緣或裂縫中(圖8(c))，在熒光(UV)下顯示淺藍(lán)色，表面模糊，難以辨別形態(tài)(圖8(d))，反映前期生烴過程中液獲，后期包裹體遭受破壞。對尺寸較大且清晰的49個氣-液兩相鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度測試和鹽度計算，其均一溫度為90～252 ℃，由圖9可知，該井至少經(jīng)歷2期次熱流體活動，包裹體均一溫度在90～150 ℃和200～260 ℃集中分布，反映這2個期次流體活動持續(xù)性較強(qiáng)。

圖8 包裹體產(chǎn)出及形態(tài)特征Fig.8 Formation and morphological characteristics of gas-liquid saline inclusions

圖9 ZD2井流體包裹體均一溫度分布直方圖Fig.9 Histogram of homogeneous temperature distribution of fluid inclusions in ZD2 well

基于區(qū)域地質(zhì)資料、ZD2井鉆遇地層巖性及厚度資料，通過地層回剝法，推算出各地層在各個地質(zhì)時期的沉積厚度及剝蝕厚度，采用Easy%Ro模型，利用PetroMod軟件對ZD2井埋藏-熱演化史模擬重建。四川盆地及周緣下古生界海相頁巖經(jīng)歷了深埋藏(高演化)、強(qiáng)隆升改造過程[39]，但是抬升時間和強(qiáng)度存在時空差異。前人磷灰石裂變徑跡模擬研究表明，從盆地邊緣向盆地內(nèi)，抬升時間逐漸變晚[40-41]，長寧地區(qū)N209井抬升時間約45 Ma[12]，黃金壩地區(qū)抬升時間約85 Ma[42]，太陽背斜YS105井抬升時間約140 Ma[43]。ZD2井埋藏-熱演化史(圖10)表明：五峰—龍馬溪組分2次大的沉降—抬升過程，燕山期達(dá)到最大古埋深約6 300 m，末次抬升時間約為135 Ma，抬升速率較穩(wěn)定，與其西側(cè)大涼山地區(qū)相比，抬升更早。

結(jié)合包裹體分析結(jié)果，第1期次流體充注發(fā)生在燕山中—晚期(130～100 Ma)，此時受雪峰山基底隆起逆沖復(fù)活向四川盆地擠壓應(yīng)力場的控制，五峰—龍馬溪組開始抬升，地層發(fā)生褶皺變形及錯斷，裂縫發(fā)育，流體活動強(qiáng)烈，裂縫充填脈體中捕獲大量包裹體；第2期次流體充注發(fā)生在喜馬拉雅早—中期(80～60 Ma)，受印-亞板塊碰撞遠(yuǎn)程響應(yīng)及大陸構(gòu)造逃逸作用影響，在本區(qū)形成近EW向擠壓褶皺變形，形成近SN向褶皺及走滑逆沖斷裂，伴隨流體活動。因此，該區(qū)燕山中—晚期和喜馬拉雅早—中期斷裂持續(xù)活動。

圖10 ZD2井五峰—龍馬溪組埋藏-熱演化史Fig.10 Burial and thermal evolution history of the Wufeng-Longmaxi Formation in ZD2 Well

現(xiàn)代海水的平均鹽度為3.3%，小于3.3%的為半咸水—淡水，通常為大氣水，根據(jù)包裹體鹽度大小，可判斷古流體來源[38]，反映頁巖氣保存條件及其演化過程。頁巖氣保存條件良好的井位(如涪陵地區(qū)JY-A井、NY-A井、PY-A井)其流體包裹體鹽度介于4%～12%，大多數(shù)介于8%～12%[35—36]。根據(jù)冰點溫度計算出的ZD2井氣-液兩相包裹體鹽度介于1.39%～8.13%，集中在1%～3%和5%～8%。由圖11可知，氣-液兩相包裹體鹽度隨著均一溫度的降低呈先降低后增高再降低的趨勢，表明區(qū)域應(yīng)力場變化下，大氣水介入的程度變化，反映出斷層封閉性經(jīng)歷了好—差—好—差的演化過程。

圖11 ZD2井包裹體均一溫度與鹽度關(guān)系Fig.11 Relationship of homogeneous temperature vs salinity of inclusions in ZD2 well

4 討 論

四川盆地內(nèi)以超高壓頁巖氣藏為主，具有構(gòu)造簡單、地層壓力系數(shù)大、儲層物性好、易改造等特征，而盆外以常壓頁巖氣藏為主[44]。常壓頁巖氣藏的地層壓力系數(shù)介于0.8～1.2，其富集高產(chǎn)受到沉積相帶、保存條件和地應(yīng)力場控制，構(gòu)造運動導(dǎo)致保存條件受到一定程度破壞，天然氣逸散，地層壓力系數(shù)降低，從超壓變?yōu)槌篬45-47]。常壓氣藏可分為優(yōu)質(zhì)頁巖缺失/減薄型、早期逸散型、斷裂破壞型和殘留向斜型4類[48]，有利于常壓頁巖氣保存的構(gòu)造樣式包括復(fù)向斜構(gòu)造內(nèi)“洼中隆”斷背斜、寬緩殘留向斜中心、逆斷層側(cè)向遮擋向斜等3種[49]。滇東北地區(qū)位于四川盆地西南緣，受多期次構(gòu)造作用影響，構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜，頁巖氣保存受到極大考驗。強(qiáng)構(gòu)造改造下，頁巖下伏地層與上覆地層破壞、封蓋性能減弱，是影響頁巖氣保存的重要因素之一，研究區(qū)五峰—龍馬溪組下伏地層為上奧陶統(tǒng)澗草溝組或中奧陶統(tǒng)寶塔組，巖性以灰色瘤狀灰?guī)r為主，局部為灰色至灰綠色頁巖與灰?guī)r互層，巖性較為致密，裂縫發(fā)育較少；上覆地層為志留系泥頁巖巖層，ZD1井鉆遇志留系110 m，ZD2井鉆遇志留系厚度349 m，XD2井鉆遇志留系厚度達(dá)936 m，總體而言，區(qū)內(nèi)蓋層發(fā)育穩(wěn)定，封蓋性好，斷裂是影響頁巖儲層自封閉性的主要因素。

4.1 斷裂與頁巖儲層自封閉性

斷裂對頁巖儲層自封閉性的破壞一方面體現(xiàn)在“通天”斷裂切穿蓋層斷裂形成頁巖氣直接逸散通道；另一方面斷裂控制儲層裂縫的發(fā)育，斷裂造成的目的層應(yīng)力釋放，促進(jìn)了層間縫和構(gòu)造縫發(fā)育，層間縫的發(fā)育大大增加了頁巖的水平滲透率，高角度構(gòu)造縫的發(fā)育破壞了頁巖垂向上的封閉性，兩者形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)。一般而言，裂縫網(wǎng)絡(luò)可以增大頁巖氣儲集空間，增強(qiáng)儲層滲透性[50]，美國Marcellus、Haynesville、Woodford頁巖氣田和我國涪陵頁巖氣田開發(fā)實踐均證實，高豐度裂縫性頁巖氣藏具有更高的單井產(chǎn)量和單井EUR[30]。但研究區(qū)斷裂復(fù)雜密集發(fā)育，其控制下的構(gòu)造縫以高角度穿層裂縫為主，降低了頁巖氣封蓋能力，形成的斷裂-裂縫通道容易造成頁巖氣逸散，N2等大氣成分進(jìn)入頁巖儲層。

此外，斷裂的活動時間和封閉性也對頁巖儲層自封閉性產(chǎn)生重要影響，ZD2井流體包裹體信息揭示本區(qū)斷裂活動為燕山中—晚期和喜馬拉雅早—中期斷裂持續(xù)活動型，燕山期斷裂對研究區(qū)頁巖氣保存條件具有重要影響，在燕山期SE—NW構(gòu)造應(yīng)力控制下，形成一系列左旋逆沖走滑變形[51]，燕山期NE向斷裂具有明顯的走滑特征，斷層封閉性差，破壞頁巖氣保存完整性，造成頁巖氣逸散，大氣水介入，流體包裹體鹽度逐漸降低。喜馬拉雅早期，受近EW向擠壓應(yīng)力影響，產(chǎn)生一系列逆沖推覆構(gòu)造，喜馬拉雅期斷裂以擠壓性質(zhì)為主，斷層封閉性好，流體包裹體鹽度基本大于6.5%，與焦石壩地區(qū)相當(dāng)；喜馬拉雅中期，中—西部斷層走滑性質(zhì)增強(qiáng)，封閉性變?nèi)酰}度降低；喜馬拉雅晚期，西部SN向大型走滑斷裂活動性增強(qiáng)，如峨邊—馬頸子斷裂、大渡河—小江斷裂等，中—東部的斷裂活動減弱。

4.2 頁巖氣富集保存有利構(gòu)造樣式

研究區(qū)背斜抬升剝蝕嚴(yán)重，五峰—龍馬溪組在背斜區(qū)埋深較淺或遭受剝蝕，淺層頁巖氣雖然在四川盆地外太陽背斜取得產(chǎn)量突破[43]，但本區(qū)受喜馬拉雅期構(gòu)造強(qiáng)烈抬升和斷裂影響，淺層頁巖氣保存條件不佳。對于研究區(qū)而言，正向構(gòu)造不是最佳的勘探目標(biāo)，埋深適中的穩(wěn)定向斜區(qū)才是勘探首選方向[19]。研究區(qū)褶皺以隔槽式-微隔槽式組合為主，往四川盆地內(nèi)逐漸過渡為隔擋式組合，隔槽式組合中向斜緊閉，五峰—龍馬溪組埋深大于3 000 m，兩翼地層變形程度大，如新場—丁木樹向斜，其核部轉(zhuǎn)折端是斷裂和高角度構(gòu)造縫的密集發(fā)育區(qū)，不利于頁巖氣保存。本區(qū)中—北部較寬緩向斜，五峰—龍馬溪組頁巖儲層物性良好，埋深適中，地層變形程度較弱，儲層裂縫以層間縫為主，兩翼斷裂近平行發(fā)育，且數(shù)量較少；喜馬拉雅期走滑應(yīng)力沿西部近SN向大型斷裂釋放，故喜馬拉雅期斷裂封閉性較好，結(jié)合五峰—龍馬溪組埋深和地層傾角等地質(zhì)特征，提出逆斷層側(cè)向遮擋寬緩向斜翼部和逆沖斷層間傳播褶皺高位2種有利于頁巖氣富集保存的構(gòu)造樣式(圖12)，是本區(qū)頁巖氣勘探的重點方向。

圖12 頁巖氣富集保存有利構(gòu)造樣式Fig.12 Favorable tectonic style of shale gas enrichment and preservation

4.2.1逆斷層側(cè)向遮擋寬緩向斜翼部

逆斷層側(cè)向遮擋寬緩向斜主要發(fā)育于研究區(qū)中北部，五峰—龍馬溪組下段以深水陸棚沉積為主，優(yōu)質(zhì)頁巖(TOC含量>2%)厚度主體介于40～80 m，具有良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)和潛力。同時，構(gòu)造變形較弱、地層平緩、埋深主體介于2 000～2 500 m,距離露頭距離遠(yuǎn)；距離一級、二級斷裂距離大于5 km，距離三級斷裂大于3 km，雖然核部和構(gòu)造形跡轉(zhuǎn)折端仍然可見復(fù)雜斷裂發(fā)育，但是向斜兩翼斷裂發(fā)育較少，多數(shù)為四級斷裂，且以逆沖性質(zhì)為主，斷裂組合相對簡單，井位選擇應(yīng)距1.5 km以上。XD2井和YDY1井位于木桿向斜東翼對沖構(gòu)造中，兩側(cè)為喜馬拉雅期近SN向斷裂，斷裂封閉性好，巖心浸水試驗氣泡顯示強(qiáng)烈，頁巖含氣量高，頁巖氣保存條件優(yōu)異，為頁巖氣富集保存有利構(gòu)造樣式(圖12(a))。

4.2.2逆沖斷層間傳播褶皺高位

逆沖斷層間傳播褶皺常見于中部勺寨復(fù)向斜兩翼，五峰—龍馬溪組下段同樣以深水陸棚沉積為主，優(yōu)質(zhì)頁巖(TOC含量>2%)厚度主體介于40～60 m。地層平緩，變形程度較弱，埋深主體介于1 500～2 000 m，在燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造作用影響下，形成一系列逆沖疊瓦構(gòu)造，以三級和四級斷裂為主，斷裂間可見傳播褶皺發(fā)育。傳播褶皺高位距斷裂距離較遠(yuǎn)，同時多期層滑形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)頁巖氣側(cè)向運移并在高位富集，可能存在儲層超壓，與涪陵礁石壩構(gòu)造、綦江丁山構(gòu)造和五角堡背斜構(gòu)造具有一定的相似性。因此逆沖斷層間傳播褶皺高位也為頁巖氣富集保存有利構(gòu)造樣式(圖12(b))。

5 結(jié) 論

(1)四川盆地西南緣滇東北地區(qū)受到多期構(gòu)造運動影響，斷裂以逆沖走滑性質(zhì)為主，近平行發(fā)育，多期活動；具有構(gòu)造復(fù)雜、背斜區(qū)帶剝蝕強(qiáng)烈、斷裂密集發(fā)育等特征。

(2)在距一級和二級斷裂距離大于5 km、距三級斷裂距離大于3 km，距四級斷裂距離大于1.5 km和相對簡單的斷裂組合下，頁巖氣保存條件受斷裂影響較小；多期斷裂復(fù)合、活化，形成斷裂網(wǎng)絡(luò)，溝通地表，形成頁巖氣逸散通道，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣井含氣量低的主要原因。

(3)斷裂控制儲層裂縫發(fā)育，并促進(jìn)層間縫和構(gòu)造縫的發(fā)育；構(gòu)造縫以高角度剪切裂縫為主，造成巖石破碎，頁巖儲層自封閉性破壞，形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，不利于頁巖氣保存。本區(qū)斷裂活動為燕山中—晚期和喜馬拉雅早—中期持續(xù)活動型，隨著燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造應(yīng)力場變化，斷裂的封閉性呈現(xiàn)從好—差—好—差的演化過程。

(4)基于研究區(qū)斷裂發(fā)育特征、構(gòu)造樣式、五峰—龍馬溪組埋深、傾角等地質(zhì)控制因素，指出逆斷層側(cè)向遮擋寬緩向斜翼部和逆沖斷層間傳播褶皺高位兩種頁巖氣富集保存有利構(gòu)造樣式，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探的首選方向。