羅 超,李金璽,李智武,張洞君,佟愷林,戴 赟,胡 曦,劉傲東, 葉玥豪, 鐘可塑, 楊雨然, 何一凡, 李 怡, 黃瑞廣, 公子龍

(1.中國石油西南油氣田公司 頁巖氣研究院，成都 610051；2.頁巖氣評價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610051；3.地球勘探與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；4.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；5.四川頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司，成都 610051)

四川盆地是中國首個(gè)萬億立方米儲量且建成百億立方米產(chǎn)能的頁巖氣產(chǎn)區(qū)，是中國頁巖氣儲量和產(chǎn)量的重要基地。川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖地質(zhì)條件得天獨(dú)厚，成為四川盆地頁巖氣最重要的勘探開發(fā)領(lǐng)域，Ⅰ+Ⅱ類儲集層厚度為20～80 m[1]，優(yōu)質(zhì)儲層連續(xù)穩(wěn)定分布，儲層關(guān)鍵參數(shù)穩(wěn)定，埋藏深度主要在2.0～4.5 km，壓力系數(shù)多為超壓，整體保存條件較好。隨著川南五峰組-龍馬溪組頁巖氣勘探不斷向深層和復(fù)雜地區(qū)推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)川南復(fù)雜的構(gòu)造特征制約著川南五峰組-龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)。

頁巖氣富集理論揭示了頁巖氣保存條件是頁巖氣高產(chǎn)的必要條件，構(gòu)造變形增加了頁巖儲層的微裂縫發(fā)育，破壞了頁巖內(nèi)吸附氣和游離氣初始平衡狀態(tài)，影響了頁巖自封閉性，表明構(gòu)造變形是頁巖氣保存條件的關(guān)鍵因素[1-5]。涪陵頁巖氣田勘探開發(fā)也揭示了不同構(gòu)造單元的構(gòu)造樣式及變形強(qiáng)度控制著氣田的頁巖含氣性和頁巖氣產(chǎn)量，構(gòu)造變形程度決定了頁巖氣保存條件的優(yōu)劣，影響頁巖氣井的產(chǎn)量和產(chǎn)能[6]。川南地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造的復(fù)合、聯(lián)合疊加構(gòu)造作用[7]，形成了多組多向的復(fù)雜構(gòu)造變形，這些構(gòu)造多發(fā)生于晚白堊世以來，同時(shí)疊加了新生代強(qiáng)烈隆升剝蝕，這些因素導(dǎo)致目前對川南構(gòu)造期次及序列的研究存在較大的爭議[7-14]。本文詳細(xì)解剖瀘州區(qū)塊的構(gòu)造特征，探討不同構(gòu)造期次的疊加關(guān)系和構(gòu)造序列，恢復(fù)瀘州地區(qū)的構(gòu)造形成過程，為科學(xué)評價(jià)構(gòu)造變形對頁巖氣保存條件提供約束，服務(wù)于川南深層頁巖氣的勘探開發(fā)。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景

瀘州區(qū)塊位于川南低陡構(gòu)造帶北部，夾持于齊岳山斷裂帶和華鎣山斷裂帶之間(圖1-A)。由于研究區(qū)位于川東高陡褶斷帶向南過渡為川南低陡褶皺帶的過渡部位，其構(gòu)造形跡發(fā)生了明顯的變化，由北東向近平行的高陡褶皺帶向南呈帚狀散開，發(fā)育為低陡褶皺帶，止于鹽津-古藺斷裂，形成了以3條基底斷層圍限成的川南直角三角帶的構(gòu)造格局[7]。

圖1 四川盆地東南地區(qū)構(gòu)造綱要圖與地質(zhì)剖面圖Fig.1 Tectonic outline map and geological profile of southeast Sichuan Basin (據(jù)S.A.Stewart[16])

川南及周緣地區(qū)出露地層主要有寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、侏羅系和白堊系。一些學(xué)者認(rèn)為川南地區(qū)中下三疊統(tǒng)膏巖層、志留系泥頁巖、中寒武統(tǒng)膏巖層對該區(qū)構(gòu)造特征及演化具有重要的控制作用[8-12,15-20]。

川南地表構(gòu)造以典型的滑脫褶皺構(gòu)造為主，局部發(fā)育少量上沖斷裂構(gòu)造，不同的構(gòu)造單元的構(gòu)造特征存在較明顯的差異(圖1-B)。川南地區(qū)發(fā)育多組構(gòu)造組合，主要有北東向、南北向和近東西向，在南側(cè)發(fā)育以長寧背斜為代表的北西向構(gòu)造。構(gòu)造走向呈現(xiàn)明顯的邊界斷層主控的構(gòu)造格局，北東向構(gòu)造受華鎣山斷裂影響，是川東和川南最發(fā)育的構(gòu)造組合；南北向構(gòu)造受控于南川-遵義斷裂，向西逐漸減弱；近東西向構(gòu)造從瀘州地區(qū)往南逐漸增強(qiáng)，揭示了鹽津-古藺斷裂對其具有控制作用。川南地區(qū)上白堊統(tǒng)夾關(guān)組蓋層已卷入了多期構(gòu)造變形，反映其主要形成于燕山期晚期和喜馬拉雅期[7,13-14]。

2 瀘州區(qū)塊構(gòu)造變形特征

瀘州區(qū)塊是由瀘州203井區(qū)、陽101井區(qū)和黃202井區(qū)組成，三維滿覆蓋面積共 1 495 km2。地表構(gòu)造走向以北東向?yàn)橹?，背斜核部出露上三疊統(tǒng)須家河組，向斜核部出露上侏羅統(tǒng)沙溪廟組，出露地層向南漸新，表明北東向構(gòu)造向南傾沒。地表斷裂不發(fā)育，主要在云頂場、古佛山和壇子壩等3個(gè)背斜的核部轉(zhuǎn)折端發(fā)育1～2條逆斷層。

2.1 褶皺特征

瀘州區(qū)塊五峰組底界面地震反射構(gòu)造圖顯示區(qū)內(nèi)發(fā)育多排褶皺帶(圖2)，比地表更發(fā)育，由西往東依次發(fā)育云頂場-螺觀山背斜帶、海潮-古佛山-新店子背斜帶、九奎山-龍洞坪-東山背斜帶、壇子壩-黃瓜山背斜帶，福集、德盛、來蘇等多個(gè)寬緩向斜依次分布于這些低陡背斜帶之間，褶皺構(gòu)造由北向南逐漸分叉散開(圖2)，呈帚狀展布，褶皺幅度向深部逐漸降低。

福集向斜核部發(fā)育3條逆斷層，傾向北西，向南東上沖，落差由北西向南東依次增大(圖3)；該向斜寬度6～10 km，為圓柱狀，五峰組-龍馬溪組傾角為0°～20°，縮短率約10%。德盛向斜被3條近南北向斷層分隔成3個(gè)次級向斜，寶藏向斜被內(nèi)部一條近南北向斷層一分為二(圖4)。德盛向斜寬度約7 km，呈圓柱狀，五峰組-龍馬溪組傾角為0°～20°，發(fā)育多條小斷裂，縮短率為11.6%～12.8%。云錦向斜寬度約10 km，呈箱狀；在向斜核部五峰組-龍馬溪組的產(chǎn)狀近水平，在兩翼其傾角為10°～12°，斷層不發(fā)育，縮短率為6.4%～8.3%。

圖3 瀘州區(qū)塊a-a’測線地震解釋剖面圖Fig.3 Seismic interpretation profile a-a’ in Luzhou Block (測線位置見圖2)

2.2 斷裂特征

工區(qū)地腹斷裂構(gòu)造遠(yuǎn)比地表斷裂發(fā)育，斷層以上沖斷層為主，在背斜核部形成對沖和沖起構(gòu)造，呈“八”字形或“Y”字形(圖3、圖4)；斷層落差一般不大，大多數(shù)小于400 m。切割五峰組的斷層，向下止于中寒武統(tǒng)滑脫層，向上大多數(shù)消失于志留系內(nèi)部，少量切割二疊系和三疊系，與志留系貫通，但未出露地表。中寒武統(tǒng)滑脫層之下變形微弱，構(gòu)造不發(fā)育，偶爾發(fā)育小斷層，其斷距較小。

圖4 瀘州區(qū)塊b-b’測線地震解釋剖面圖Fig.4 Seismic interpretation profile b-b’ in Luzhou Block (測線位置見圖2)

3 構(gòu)造疊加關(guān)系

3.1 圣燈山構(gòu)造疊加關(guān)系

瀘州區(qū)塊西北圣燈山構(gòu)造，發(fā)育了近E-W和NE向兩組構(gòu)造，這兩組構(gòu)造存在明顯疊加關(guān)系(圖5)。褶皺①和②呈近E-W向，NE向斷層F1切割了褶皺②止于褶皺①，褶皺①和②限制了斷層F2。背斜③南段與背斜④斜跨疊加，北段被向斜①限制。背斜④西段E-W向展布，往東軸跡偏轉(zhuǎn)至NE走向，該背斜東段可能受到后期NE向構(gòu)造的利用改造。NE向斷層F3止于近E-W向斷層F4，反映斷層F4限制了斷層F3。以上圣燈山構(gòu)造切割關(guān)系反映E-W向構(gòu)造形成較早，并被后期NE向構(gòu)造疊加改造。

圖5 圣燈山構(gòu)造期次及切割關(guān)系Fig.5 Tectonic stages and cutting relationship in Shengdengshan 底圖為五峰組-龍馬溪組底界面地震反射構(gòu)造圖

3.2 宜定向斜疊加關(guān)系

宜定向斜構(gòu)造位于瀘州區(qū)塊南部L201井西部，該向斜的東西兩翼被兩條NNE向背沖型逆斷層F1和F4切割(圖6)。向斜核部發(fā)育次級褶皺和斷層，E-W向背斜①被NE向斷層切割，可能受到后期近E-W向擠壓，導(dǎo)致其樞紐高低起伏。E-W向向斜②被NNE向斷層F3切割，且在斷層上下盤分別發(fā)育了NNE向的向斜③和背斜④。這些疊加關(guān)系表明E-W向構(gòu)造發(fā)育最早，受到NE向和NNE向構(gòu)造切割。

圖6 宜定向斜構(gòu)造期次及切割關(guān)系Fig.6 Tectonic stages and cutting relationship of Yiding syncline底圖為五峰組-龍馬溪組底界面地震反射構(gòu)造圖

3.3 古佛山構(gòu)造疊加關(guān)系

古佛山構(gòu)造位于瀘州區(qū)塊中部，發(fā)育多個(gè)走向的褶皺和斷層(圖7)。NE向背斜①和斷層F2、F5被斷層F1從中間切割。NNE向背斜⑥被限制于NE向背斜①和②之間，斷層F6呈曲折形態(tài)，遷就和利用了NE向和NNE向斷裂貫通而成，并限制了NNE向斷層F10。NE向背斜⑦限制了NNE向斷層F3，但后者又一定程度地限制了NE向斷層F8。斷層F4南段利用了NE向的構(gòu)造向北延伸切割了斷層F5，向北走向變?yōu)榻麼-S向，被NE向斷層F9限制，表明斷層F4形成相對較晚，利用了NE向斷層且被NE向斷層限制。NE向向斜⑧止于近E-W向褶皺④，反映了二者限制關(guān)系。從古佛山構(gòu)造疊加關(guān)系可以看出，近E-W向構(gòu)造無疑是發(fā)育最早；雖然局部存在一定程度的NE向斷層被NNE向斷層限制，但NNE向構(gòu)造更多切割NE向構(gòu)造或被其限制，進(jìn)而推測NNE向構(gòu)造可能稍晚于NE向構(gòu)造。

圖7 古佛山構(gòu)造切割關(guān)系Fig.7 Tectonic cutting relationship of Gufoshan structure底圖為五峰組-龍馬溪組底界面地震反射構(gòu)造圖

3.4 新店子和龍洞坪構(gòu)造疊加關(guān)系

新店子和龍洞坪構(gòu)造位于瀘州區(qū)塊中部，NE向和近N-S向構(gòu)造形成疊加構(gòu)造(圖8)。斷層F1和F2南段可能是利用早期NE向斷層在近E-W向擠壓作用下向北擴(kuò)展形成了NNE向斷層。NNE向斷層F7和F8的形成機(jī)制可能類似，二者北端均止于NE向斷層F5。NE向向斜④被NNE向斷層F6、F7、F8和F9切割形成了NNE向次級向斜⑤和⑥，且向斜④的樞紐明顯發(fā)生了彎曲，這均反映NNE向構(gòu)造形成晚于NE向構(gòu)造。龍洞坪構(gòu)造的背斜⑨和斷層F11的中北段夾持于NNE向背斜⑧和⑩之間，背斜⑨的樞紐和斷層F11的形跡發(fā)生了明顯彎曲，反映二者后期又發(fā)生了近E-W向構(gòu)造擠壓，早期NE向的構(gòu)造發(fā)生一定程度構(gòu)造疊加變形。這些疊加構(gòu)造反映NE向構(gòu)造的形成可能早于NNE向構(gòu)造。

圖8 新店子和龍洞坪構(gòu)造切割關(guān)系Fig.8 Tectonic cutting relationship of Xindianzi and Longdongping structure底圖為五峰組-龍馬溪組底界面地震反射構(gòu)造圖

4 瀘州地區(qū)構(gòu)造演化歷史

瀘州地區(qū)斷裂構(gòu)造主要有NE向、NNE向和近E-W向(圖2)。筆者根據(jù)研究區(qū)的構(gòu)造發(fā)育特征、構(gòu)造疊加關(guān)系以及卷入變形的地層，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，建立了瀘州區(qū)塊構(gòu)造期次及序列。

第一期構(gòu)造變形為近N-S向的擠壓，形成了E-W向構(gòu)造(圖9和圖10-A)。該組構(gòu)造在瀘州工區(qū)不發(fā)育，主要是北部圣燈山褶皺和斷裂構(gòu)造(圖9-A)，以及南部陽高寺構(gòu)造兩側(cè)零星斷裂，如海6、海16和陽18斷層(圖9-B)。目前對該期構(gòu)造變形機(jī)制主要存在兩種認(rèn)識：一種觀點(diǎn)認(rèn)為是與盆地北緣米倉山隆起有關(guān)，磷灰石裂變徑跡反映早白堊世米倉山隆起發(fā)生了快速隆升冷卻事件[21-22]；另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為與南緣的大婁山構(gòu)造帶由南而北的遞進(jìn)變形有關(guān)[14]，在盆內(nèi)發(fā)育了一系列近E-W向構(gòu)造，如高木頂背斜、長垣壩背斜和納西構(gòu)造。從瀘州區(qū)塊內(nèi)的E-W向構(gòu)造變形強(qiáng)度來看，圣燈山發(fā)育的斷層規(guī)模和褶皺幅度(圖9-A中h1)都遠(yuǎn)強(qiáng)于海6、海16、陽18等斷層及背斜構(gòu)造(圖9-B中h2)，反映了構(gòu)造變形由北而南減弱。盆地南緣的大婁山構(gòu)造帶活動時(shí)間相對較晚些，對盆內(nèi)構(gòu)造影響可能止于納西隱伏構(gòu)造帶，抑或?qū)o州區(qū)塊E-W向構(gòu)造進(jìn)行一定程度的疊加，但其作用非常有限，目前難以區(qū)分。因此，我們認(rèn)為瀘州區(qū)塊E-W向構(gòu)造與盆地北緣米倉山隆起向南逆沖推覆的關(guān)系似乎更為密切。

圖9 瀘州區(qū)塊東西向構(gòu)造對比Fig.9 The E-W trending structure correlation between the northern and southern Luzhou Block 測線位置見圖2

第二期構(gòu)造變形為NW-SE向和近E-W向聯(lián)合擠壓(圖10-B)，形成了NE向和NNE向的聯(lián)合構(gòu)造。從區(qū)域構(gòu)造形跡來看，瀘州區(qū)塊東部近N-S向構(gòu)造更為發(fā)育，明顯受到南川-遵義斷裂作用影響，指示近E-W向擠壓；而區(qū)塊西部NE向構(gòu)造相對發(fā)育，明顯受到華鎣山斷裂作用影響，反映NW-SW向擠壓。區(qū)內(nèi)NE向構(gòu)造和NNE向構(gòu)造之間存在相互切割和限制的關(guān)系，但總體來說，NNE向構(gòu)造切割NE向構(gòu)造更為普遍，為主要構(gòu)造疊加關(guān)系，可能暗示NE向構(gòu)造略早，為早幕，如螺觀山構(gòu)造、古佛山構(gòu)造、新店子構(gòu)造和龍洞坪構(gòu)造等(圖2)；NNE向構(gòu)造形成稍晚，為晚幕，如云頂場構(gòu)造、海潮構(gòu)造、陽高寺構(gòu)造、壇子壩構(gòu)造和黃瓜山構(gòu)造(圖2)。

圖10 瀘州區(qū)塊五峰組-龍馬溪組中新生代以來斷裂構(gòu)造演化過程Fig.10 Fault evolution process in Wufeng Longmaxi Formation since middle Cenozoic in Luzhou Block

構(gòu)造物理模擬也揭示了在川南直角三角形斷裂主控的構(gòu)造格局下，其內(nèi)部構(gòu)造越靠近邊界主控?cái)鄬樱艿竭吔鐢鄬佑绊懺矫黠@[7]。結(jié)合盆地及周緣造山帶的區(qū)域構(gòu)造研究，認(rèn)為始新世中期四川盆地西邊受到青藏高原向東擴(kuò)展形成了NW-SE向擠壓，東部受到太平洋板塊向西俯沖形成了近E-W向擠壓，二者發(fā)生了構(gòu)造聯(lián)合作用，導(dǎo)致夾持于華鎣山斷裂和南川-遵義斷裂之間的瀘州地區(qū)發(fā)育NE向和NNE向構(gòu)造。

5 結(jié) 論

中寒武統(tǒng)膏巖層是瀘州區(qū)塊主要滑脫層，上構(gòu)造層發(fā)育斷滑褶皺和斷展褶皺，形成了緊閉相似背斜和寬緩平行向斜，地腹低緩構(gòu)造向上遞變?yōu)榈乇淼投笜?gòu)造，逆斷層集中發(fā)育于背斜兩翼和核部，斷距多數(shù)小于400 m，切割五峰組-龍馬溪組頁巖的斷層主要尖滅于志留系內(nèi)部；下構(gòu)造層構(gòu)造變形微弱，不發(fā)育斷層和褶皺，與上構(gòu)造層發(fā)育明顯的構(gòu)造變形解耦。

瀘州區(qū)塊五峰組-龍馬溪組晚白堊世以來至少經(jīng)歷了兩期三幕構(gòu)造變形，早期受到近N-S向擠壓形成近E-W向構(gòu)造，動力來源可能與盆地北緣的米倉山隆起向南逆沖推覆有關(guān)；晚期受到近E-W向和NW向聯(lián)合擠壓，分別與太平洋板塊向西俯沖和青藏高原東擴(kuò)有關(guān)，形成了早幕NE向和晚幕NNE向的聯(lián)合構(gòu)造。