川东北地区须家河组构造差异及其对天然气富集的影响

黎承银 李明阳

（中国石化勘探分公司物探研究院，四川 成都 610041）

0 引言

川东北地区是中国石油化工集团有限公司在四川盆地的重点勘探区域之一，上三叠统须家河组历经多年勘探，目前已有30余口井测试获得工业气流，成为继川中、川西地区之后四川盆地第3个致密砂岩大型含气区［1-2］。勘探实践表明，川东北地区构造复杂，燕山、喜马拉雅多期次、多方向的构造改造对天然气成储、成藏具有明显的控制作用，不同地区的主力勘探层系不明确，油气富集规律复杂。开展构造差异及其控储、控藏作用研究对寻找致密砂岩勘探有利区带及主力勘探层系，提高钻探成功率具有重要的意义。笔者综合各类地质、地球物理资料，在开展川东北地区东西部构造样式及构造演化研究的基础上，系统分析了构造差异对储层演化、天然气运移的影响，建立起不同区域的天然气成藏模式，以期为研究区的进一步勘探部署提供依据。

1 地质概况

川东北地区地处龙门山逆冲推覆带及米仓山—大巴山前陆冲断带的构造叠合区，经历了多期复杂的构造运动。印支期时北大巴山及山前带强烈隆升，向盆内逆冲推覆，海水退出，研究区沉积环境由海相转变为陆相［3］。燕山期、喜马拉雅期在环川东北造山带多方向的挤压下，形成了现今NE向背斜与NE、SN、NW向断层叠加的构造组合［4］。依据构造变形程度，研究区自西向东可以划分为元坝西部弱变形区，元坝中东部过渡变形区，通南巴海相断层、陆相断层叠加强变形区3个构造变形区。

须家河组纵向上可划分为须一段—须五段，主要发育辫状河三角洲—湖泊沉积体系，须二段、须四段以辫状河三角洲沉积为主，是主要的储集层段，须三段、须五段是主要的烃源岩层［5］。研究区须家河组现今储层孔隙度均在10%以下，渗透率多小于0.1 mD，是典型的致密砂岩储层［6-7］。

2 川东北地区东、西部的构造差异

基于三维地震资料的精细构造解释剖析了断层的产状、规模、组合样式，结合区域构造演化史，系统总结不同区域的基本构造特征及构造演化过程的差异。

2.1 结构差异

川东北地区须家河组具有自西向东构造变形程度逐渐加强，断层规模、数量逐渐增加的特点（图1）元坝西部为构造弱变形区，局部发育NE向断层，数量少，规模小，平均断距仅31 m，平面延伸长度较短，平均为0.95 km，为须家河组内部小断层。元坝中东部构造过渡变形区褶皱变形强度强于元坝西部，其断层走向与元坝西部略有不同，自西向东由SN向过渡为NW向，相比于元坝西部，断层数量增加、规模变大，平均断距可达128 m，平面延伸长度中等，平均为2.1 km，纵向上断层切割层位增加，可切割中三叠统雷口坡组至中侏罗统下沙溪庙组。通南巴地区为海陆叠加构造强变形区，整体表现为一个NEE向展布的背斜构造带，受大巴山强烈推覆作用，是研究区构造变形最为强烈的区域。该区域NW向断层密集发育，断层规模远大于元坝西部及中东部地区，断层平面延伸距离长，最长可超过20 km，平均断距为428 m，断层纵向切穿层位较多，发育切穿至二叠系海相烃源岩的深大断层（表1）。

图1 川东北地区须家河组断层发育特征图

表1 元坝—通南巴地区构造特征对比表

2.2 构造样式差异

川东北地区须家河组共发育6种典型的构造样式（图2）。元坝西部地区主要发育单一逆断层控制的局部褶皱构造，元坝中东部地区以由2条倾向相反的高角度逆断层组成的背冲、对冲断块为主，局部应力集中区还会出现对冲—背冲复合断块。通南巴地区须家河组地层发生强烈转折，断层数量最多，除双断背冲、对冲断块发育外，还发育由一系列倾向相同、规模相似的逆冲断层相互叠置形成的叠瓦状逆冲断层及深大断层与一系列倾向相反的小规模叠瓦状逆冲断层构成的叠瓦状对冲—背冲复合断块。勘探实践表明，由NW向断层组成的对冲—背冲复合断块能够有效增加储层裂缝的发育规模，该类构造背冲断块的冲起部位裂缝密集发育，天然气沿断层带周边规模网状缝孔储渗体成藏富集。

图2 川东北地区须家河组典型构造样式图

2.3 构造演化

中生代以来，四川盆地主要经历了燕山、喜马拉雅两个关键演化阶段。燕山早期四川盆地处于陆内造山阶段，挤压作用远大于印支期，造山带前缘发育大量与挤压作用有关的压性断块或逆冲褶皱构造，形成陆内挤压推覆构造带，九龙山强烈隆升，大巴山前缘表现为扩展褶皱—冲断作用［8］。燕山中—晚期继承了前期构造挤压作用，龙门山—米仓山NW向大规模构造挤压，形成了研究区NE向的九龙山背斜、通南巴背斜以及大量断层［9］，喜马拉雅运动以来，川东北地区持续遭受NE向构造挤压，形成了广泛发育的NW向新生代构造，对前期构造形态进一步改造，形成现今NW向断层叠加在NE向宽缓背斜之上的构造形态［10］（图3）。

图3 川东北地区现今构造形态图

3 川东北地区东、西部构造差异对天然气成藏富集的影响

褶皱及断层发育对致密砂岩储层具有显著的改造作用，控制着优质储层的形成与分布，断层还可

以作为垂向输导通道，控制天然气运移。元坝—通南巴地区构造特征具有显著差异，是造成天然气差异富集的重要因素。

3.1 东、西部构造差异影响储集条件

元坝西部构造弱变形区断层发育程度相对有限。受龙门山北段二叠系、三叠系碳酸盐岩物源的影响，须三段发育辫状河三角洲沉积，岩石类型为钙屑砂砾岩、钙屑砂岩［11］。根据元坝西部地区须三段116块储层段岩心实测物性显示，储层平均孔隙度为3.01%，平均渗透率为0.015 mD，储集空间主要包括钙屑颗粒重结晶形成的晶间微孔、微裂缝及次生溶蚀孔隙［12］。裂缝以低角度缝为主，除切穿矿物颗粒的构造缝外，还发育粒缘缝。物源及沉积微相控制着元坝西部须三段钙屑砂岩甜点的分布（图4a）。元坝中东部构造过渡变形区断层、褶皱发育，受大巴山物源的影响，主力产层须四段主要发育一套辫状河三角洲前缘水下分流河道微相的长石岩屑砂岩。岩心实测物性显示储层平均孔隙度为3.71%，平均渗透率为0.061 mD。储集空间主要为长石和易溶岩屑的粒间、粒内溶孔及构造微裂缝，压实作用是导致该类储层减孔的主要原因，溶蚀作用及构造破裂控制着优质储层发育。NW向背冲断层控制的裂缝发育带与易溶长石岩屑砂岩发育带的叠合区是须四段甜点的有利分布区。通南巴海陆叠加构造强变形区地层褶皱强烈，深大断层发育，须家河组储层表现出明显的缝控特征，岩心实测物性显示孔隙度分布在0.5%～4.1%，渗透率主要分布在0.001～0.100 mD。储集空间类型为裂缝及次生溶蚀孔隙。对冲—背冲复合断块及叠瓦状逆冲断层等多断层组合的构造样式伴生大量构造缝，裂缝的发育沟通了细小的孤立孔隙，改善了储层的渗流能力。同时，当深大断层沟通下伏海相烃源岩层时，断层及裂缝可以作为深部热液流体的运移通道，使得须家河组内部易溶组分的进一步溶蚀，从而扩大储层的储集空间［13］。因此，通南巴NW向构造强变形区“断缝体”甜点主要受控于强烈的断裂、褶皱作用，平面上沿气源断层成“带状”分布［14］（图4b）。

图4 构造差异控储作用图

3.2 东、西部构造差异影响输导条件

砂体、断层及裂缝是须家河组天然气输导主要的通道，元坝西部构造弱变形区断层均为须家河组内部断层，天然气跨层系运移难以实现。须三段天然气主要来自于本层段烃源岩，暗色泥岩与钙屑砂岩不等厚互层分布，当烃源岩大量生烃时，强烈的生烃增压作用导致超压缝的发育，同时，储层中发育一定数量的成岩低角度裂缝及褶皱成因的构造裂缝，裂缝可以作为天然气初次运移的输导通道［15］，在断层不发育的情况下，烃源岩生成的天然气运移至内部钙屑砂岩储层中富集（图5a）。元坝中东部构造过渡变形区与元坝西部相比，断层、裂缝较为发育，断层以NW向为主。断层向下可断至嘉陵江组—雷口坡组，但未切穿至海相烃源岩层，须三段为元坝中东部地区的主力生烃层系，须四段是主要储集层，该区域天然气既可以通过源储接触向须四段底部砂体充注，又可以通过断层带的纵向输导进入须四段储层中，再向“甜点”区富集（图5b）。通南巴海陆叠加构造强变形区深大断层发育，向下断穿海相二叠系吴家坪组。通南巴地区仅依靠须家河组自身的烃源岩难以形成大中型油气田，但海相二叠系吴家坪组烃源岩厚度大，生烃强度为（40～70）×108m3／km2。该区须家河组天然气碳同位素不同于其他地区须家河组陆相煤型气的碳同位素，具有海、陆混源的特征［16］，证明该区发育的深大断层能够有效沟通海相烃源岩和须家河组储集体，天然气跨层系运移，聚集在须家河组“断缝体”甜点中（图5c）。

图5 川东北地区天然气输导方式图

3.3 东、西部构造差异影响天然气成藏富集模式

受东西部构造变形程度差异的影响，川东北地区须家河组致密砂岩气藏在天然气来源、储层性质、天然气输导体系等方面均存在明显差异，建立了3类天然气成藏模式（图6）。

图6 川东北地区须家河组天然气成藏模式图

1）元坝西部构造弱变形区致密气源内聚集模式

元坝西部须三段气藏具有源储共生、源内成藏的特点，储集层岩性为钙屑砂岩，主要储集空间为晶间微孔及微裂缝。“甜点”发育主要受控于物源及沉积相，须三段内部形成了钙屑砂岩与暗色泥岩紧邻、叠置的互层组合。元坝地区断层均为须家河组内部断层，天然气主要来源于须三段烃源岩，后期构造运动对于天然气成藏的影响不大。须三段烃源岩在中侏罗世中期开始生气，至早白垩世达到生烃高峰。在生烃增压的驱动下，天然气以源储压差为主要动力经初次运移进入钙屑砂岩储层中大面积分布，沿局部渗透性砂体向甜点区聚集，天然气运移距离短。以元坝西部地区YL12井须三段为例，常规测试日产气量为77.17×104m3，累产气量近9 000×104m3，须三段钙屑砂岩成藏效率高，是元坝西部构造弱变形区最有利的勘探目标。

2）元坝中东部构造过渡变形区致密气近源聚集模式

元坝中东部须四段气藏具有断砂输导、近源成藏的特点，天然气主要富集于须四段长石岩屑砂岩储层中。由于储层演化时长石等易溶组分可发生溶蚀，该类储层的储集空间主要为粒内、粒间溶孔及断层伴生的构造裂缝，“甜点”发育主要受控于成岩作用及断层。须三段生成的天然气经断层运移至须四段储层中，沿溶蚀作用及裂缝改造的致密砂岩储层侧向运移，局部富集。元坝中东部地区YL171井须四段加砂压裂测试日产气量为18.77×104m3，须四段长石岩屑砂岩是元坝中东部构造过渡变形区的主力勘探目标。

3）通南巴NW向构造强变形区致密气双源聚集模式

通南巴地区须家河组天然气碳同位素δ13C1值介于-33.70‰～-28.60‰，δ13C2值介于-36.40‰～-28.90‰，具有δ13C1＞δ13C2＞δ13C3的倒转分布特征，表现出海相上二叠统与陆相须家河组“双源供烃”的特点［17-18］。该地区发育受强烈断层、褶皱作用控制的缝控型甜点，简称为“断缝体“甜点”［19］，对冲—背冲复合断块的冲起部位是“断缝体”的有利分布区。天然气多富集在断层、褶皱叠合的强构造变形区，沿深大断层成“条带状”分布。二叠系海相烃源岩生成的天然气沿通源断裂垂向运移至须家河组储层中，与须家河组煤型气混合，在“断缝体”储层富集，表现出“双源供烃、立体输导、断缝富集”的特点［20］。通南巴地区M101井附近发育通源断层，须二段累产气量已超过3.2×108m3，通南巴海相断层、陆相断层叠加构造强变形区，具备“双源供烃”条件的区域是最有利的勘探目标。

4 结论

1）川东北地区自西向东构造变形强度逐渐增强，元坝西部为弱变形区，主要发育NE向断层，数量少，规模小，平面延伸距离短，构造样式以单断褶皱为主；元坝中东部为过渡变形区，断层走向自西向东由SN向过渡为NW向，断层数量增加、规模变大，输导体系发育，断层多切穿整个须家河组，向下断至雷口坡组膏岩，向上断至千佛崖组，构造样式以对冲—背冲复合断块为主；通南巴地区为海相断层、陆相断层叠加构造强变形区，NW向断层密集发育，深大断层发育，部分断层切穿二叠系海相烃源岩，构造样式多为叠瓦状逆冲断层及叠瓦状对冲—背冲复合断块等。

2）构造演化差异是造成须家河组致密砂岩气成藏模式、富集规律差异的主要因素。元坝西部构造弱变形区输导条件不利，须三段烃源条件好，近距离源内充注是有利的成藏模式。元坝中东部地区输导条件好，近源充注是有利的成藏模式。通南巴海相断层、陆相断层叠加构造强变形区深大断层发育，陆相烃源岩条件不利，海相烃源岩、陆相烃源岩双源充注是有利的成藏模式。

3）明确了川东北不同地区须家河组的勘探方向。须三段钙屑砂岩具有“源内成藏”的优势，源储配置关系好，是元坝西部构造弱变形区的主要勘探目标。元坝中东部构造过渡变形区输导体系发育，须四段气藏具有断砂输导、近源成藏的特点，是该区的主力勘探目标。通南巴海相断层、陆相断层叠加构造强变形区沟通海相烃源岩的深大断层发育，深大断层及其规模裂缝共同构成立体输导网络，沿深大断层成“条带状”分布，具备“海陆双源供烃”条件的区域是最有利的油气勘探目标区。