通南巴構造帶裂縫成因研究

樊靖宇 秦啟榮 蘇培東

摘要：川東北通南巴構造帶是近年來四川盆地油氣勘探開發的重點區域，以詳細的野外地質調查、巖心觀察及測井解釋結果為基礎，分析了通南巴構造帶裂縫類型、裂縫發育特征及裂縫的分期配套關系，結合通南巴構造帶的主要構造形成期次以及相對應的應力場特征，研究了裂縫發育與構造運動期次以及構造應力場的關系，從而闡明通南巴構造帶裂縫發育成因。

關鍵詞：構造期次；裂縫類型；形成模式；通南巴構造帶；川東北

中圖分類號：TEl22.2文獻標識碼：A

引言

四川盆地川東北通南巴構造帶經過多年油氣勘探，已經發現多個儲層，其中以嘉二段和飛三段為主，儲層類型為裂縫一孔隙型，儲層發育程度依賴于裂縫的發育。由于目前通南巴構造帶鉆探程度還較低，通過充分利用野外地質調查、巖心觀察和測井資料，結合區域構造應力場演化特征，落實了區內裂縫發育成因機制，為裂縫發育及分布規律和儲層發育平面預測奠定了基礎，為通南巴構造帶油氣勘探提供了更多的關鍵資料。

1構造特征

通南巴構造帶位于四川盆地東北緣，是四川盆地內僅次于威遠背斜的第二大構造，被喻為四川盆地的“大慶長垣”。其北側為秦嶺造山帶南緣的米倉山沖斷構造帶，東北側為大巴山前緣弧形推覆構造帶，南鄰川中平緩構造帶，北西方向與米倉山前緣凹陷帶相接，東南與通江凹陷帶相連。通南巴構造帶由于處于米倉山沖斷構造帶與大巴山弧形沖斷構造帶的構造疊合區，構造格局既受控于四川盆地基底構造變形導致的通南巴背斜構造，同時也受到米倉山、巴山及沖斷構造變形的影響。

通南巴構造帶總體為一大型NEE轉NE向背斜構造，構造閉合面積為838 km2，閉合高度為1900m，構造帶軸長為90～100km，總體為北翼緩，南翼陡，被NW向斷裂切割形成多個構造高點。NE向剖面上，以母家梁高點西側斷層和馬路背東斷層為界，通南巴構造帶被分割為西段的南陽場構造帶，中段的涪陽壩構造帶和東段的黑池梁斷階帶；NW向剖面表現為典型彎曲褶皺。南陽場構造帶構造軸線走向為NEE向，涪陽壩構造帶為NE向，黑池梁斷階帶為NE—NNE向。通南巴構造帶構造形變程度平面分布不均，北東段強于南西段。

通南巴背斜構造帶由多期次、多方向構造疊加而成，并與四川盆地構造演化一致：①燕山運動晚期，在NW—SE向區域主壓應力作用下，通南巴構造帶在原印支低緩隆起基礎上再次低幅度褶曲，形成明顯的NE向構造主體；②喜山運動中期，受太平洋板塊NNW向俯沖影響，通南巴構造帶受SSE方向擠壓應力作用，加強或改造了早期NE向構造；③喜山運動晚期，通南巴構造帶受到由南秦嶺傳來的sN向擠壓應力在大巴山弧形構造帶發生偏轉而形成的NE—SW向擠壓應力場，使通南巴構造帶在NE向構造主體背景下形成了一系列疊加于NE向構造主體之上的NW向構造，從而使整個構造帶表現為主體NE向局部NW向的構造格局。

2裂縫類型

野外地質調查、巖心觀察及測井解釋綜合分析，通南巴地區構造裂縫系統主要形成于3個時期期，分別為燕山晚期、喜山中期和喜山晚期。根據裂縫性質的不同，可以將裂縫分為4類，分別為高角度平面“x”型共軛剪切縫、低角度剖面“x”型共軛剪切縫、縱張縫及橫張縫。

2.1高角度平面“x”型共軛剪切縫

通南巴構造帶主要發育2組高角度平面“x”型共軛剪切縫，一組為由NW向裂縫和近SN向裂縫組成的平面“x”型共軛剪切縫，主要形成于燕山晚期和喜山中期，為NW--SE向區域主壓應力產物；另一組為由近SN向裂縫和NEE向裂縫組成的平面“x”型共軛剪切縫，主要形成于喜山晚期，為NE—SW向擠壓應力作用早期產物。高角度平面“x”型共軛剪切縫裂縫壁平直，切穿層面，延伸長度一般為數十米，縫寬一般為3—5cm，最寬達50cm，裂縫間距一般為7—8m，個別裂縫間距可達4～5m，一般為白色方解石全充填。

2.2低角度剖面“X”型共軛剪切縫

通南巴構造帶主要有2組低角度剖面“x”型共軛剪切縫，一組走向為NE向，由NW傾向裂縫和sE傾向裂縫組成，主要形成于燕山晚期和喜山中期；另一組走向為NW向，由NE傾向裂縫和SW傾向裂縫組成，主要形成于喜山晚期。裂縫壁平直，縫寬一般為1-5mm，白色方解石全充填，裂縫延伸較遠，一般為數米至十余米，切穿巖層。

2.3橫張縫

通南巴構造帶橫張縫集中分布于構造高點，根據裂縫走向可分為2組，一組為NW走向，另一組為NE走向。其中，走向為NW向的橫張縫主要形成于燕山晚期與喜山中期，裂縫走向與同時期主應力方向一致；走向為NE向的橫張縫主要形成于喜山晚期，裂縫走向與同時期主應力方向一致，并對產生于燕山晚期和喜山中期的走向為NE向的縱張裂縫有一定的改造作用，使早期形成的NE向縱張裂縫進一步加寬、加長。

2.4縱張縫

通南巴構造帶縱張縫主要分為2組，一組為NE走向，另一組為NW走向，均分布于構造高點。其中，NE向裂縫主要形成于燕山晚期與喜山中期，裂縫走向垂直于同時期主應力方向；NW向縱張縫主要形成于喜山晚期，裂縫走向垂直于主應力方向，并對形成于燕山晚期和喜山中期的NW向橫張縫具有一定的改造作用，使裂縫長度和寬度加大。

3裂縫成因

通南巴構造帶為多期構造作用產物，其裂縫系統的形成也具有多期性。但根據區域構造應力場演化特征及野外地質調查、巖心觀察及測井解釋綜合分析，通南巴地區裂縫系統主要形成于燕山運動晚期、喜山運動中期～晚期。

3.1燕山運動晚期

燕山運動晚期，在NW--SE向區域主壓應力作用下，通南巴地區形成軸向為NE向的通南巴構造帶雛形，構造形態為向SW傾伏的鼻狀凸起，總體隆起幅度不強。

燕山運動晚期的初期，在NW--SE向區域主壓應力作用下，在近水平產狀的巖層中首先發育一組區域性平面“x”型剪切縫。該期裂縫傾角與巖層面近于垂直，傾角一般為73～90°，走向分別為近SN向和NW向，構成平面“x”型剪切縫。

燕山運動晚期的中后期，隨著NW--SE向構造應力持續擠壓，巖層中形成NE走向裂縫。該期裂縫裂縫面與巖層面斜交，由于2組裂縫傾向不同，剖面上相交形成“x”型共軛。該類裂縫主要分布于構造高點及構造翼部，并在后期喜山運動中進一步被改造、擴大，最終沿一組貫通裂縫產生位移而形成斷層，通南巴構造兩翼NE向斷裂即為此成因。該階段，在NW--SE向擠壓應力作用下，通南巴地區巖層發生褶皺變形，隨著褶曲幅度加大，曲率較大的構造高點和翼部轉折端形成縱張裂縫和橫張裂縫。

3.2喜山運動中期

喜山運動中期，通南巴地區再次受到NW--SE向擠壓應力作用，對燕山運動晚期形成的NE向構造具有加強和改造作用，早期形成的裂縫系統也也

同樣被改造或加強。

喜山運動中期的早期，受NW--SE向擠壓應力作用，已經傾斜巖層中產生了一組與水平面近垂直的平面“x”型共軛剪切裂縫，裂縫走向分別為sN向和NW向。該期平面“x”型共軛剪切縫在不同構造部位的表現型式不同：構造高點及核部構造平緩，巖層產狀為近水平，剪切裂縫主要為沿燕山晚期形成的高角度裂縫產生滑移，極少形成新的裂縫；而構造翼部巖層由于發生褶皺傾斜，則形成少量新的平面“x”型共軛剪切縫。

喜山運動中期的中晚期，隨著NW--SE向擠壓作用的加強，燕山晚期形成的剖面“x”型共軛剪切縫開始重新活動，表現為低角度剪切縫沿走向繼續發育，部分該類型裂縫首尾相連，形成一條貫通的規模較大的裂縫，并在NW--SE向擠壓應力作用持續加強的情況下，沿貫通的低角度裂縫面發生位移形成斷層，通南巴構造帶翼部NE向斷層即為此成因。而沿貫通的低角度剪切縫則形成了NE向斷層，通南巴構造帶翼部北東向斷層即為此成因。

同時，隨著通南巴構造褶曲幅度的加大，燕山期形成的縱張裂縫和橫張裂縫也再次活動，裂縫被拉開，裂縫寬度加大，長度加長。

3.3喜山運動晚期

喜山運動晚期，由南秦嶺傳來的SN向擠壓應力在大巴山弧形構造帶發生偏轉，形成NE--SW向擠壓，在通南巴地區形成了一系列NW向構造，也形成了與之配套的新的裂縫系統。

喜山運動晚期的初期，受NE--SW向擠壓應力作用，產生了一組與水平面近于垂直的平面“x”型共軛剪切裂縫，一組裂縫走向為近sN向，另一組為NEE向。其中，近SN向裂縫主要是早期形成的近SN向裂縫產生滑移，使裂縫顯著加長，個別貫通形成近SN向斷層。由NE向NW，隨著大巴山弧形構造帶構造擠壓應力作用的減弱，喜山晚期形成的平面“x”型共軛剪切裂縫沿黑池梁至河壩場一線，裂縫分布數量及規模均呈遞減趨勢。

喜山運動晚期的中后期，隨著NE--SW向擠壓作用的持續，通南巴地區產生并發育了1套NW向剖面“x”共軛低角度剪切縫。裂縫走向與喜山運動晚期區域主應力方向垂直，一組裂縫傾向NE，另一組裂縫傾向SW。

隨著NE--SW向擠壓作用的加強，通南巴構造帶(特別是中段)產生了一系列NW向構造高點，高點部位和鞍部均產生了橫張與縱張裂縫。由于部分橫張縫追蹤早期的縱張縫發育，而部分縱張縫追蹤早期的橫張縫發育，使早期張性裂縫加寬、加長。從黑池梁到河壩場由北向南，隨著大巴山弧形構造作用的減弱，上述改造作用強度也逐漸減弱。

4裂縫與油氣關系

通南巴構造帶探勘實踐證明，區內產層主要位于嘉二段和飛三段，儲層類型為裂縫一孔隙型，產層滲透率普遍較低，一般小于0.05×10^{-3μm2，但當有裂縫匹配時，儲層滲透率可提高2—3個數量級。鉆井過程中，河壩1井與川涪82井嘉陵江組和飛仙關組發生裂縫性井漏，試油結果表明裂縫性井漏段均有較好的油氣顯示。巖心觀察證實：嘉二段、飛三段儲層構造裂縫發育程度較高，裂縫類型主要為垂直縫及不同角度的斜交縫，水平縫相對較少；裂縫寬度一般為0.5～4.0mm；裂縫密度一般為25～71條／m，局部可達100條／m；裂縫被充填程度高，主要為次生方解石充填，按充填程度可分為全充填裂縫和半充填裂縫；儲層發育的有效構造裂縫主要為未被充填的裂縫和在晚期構造應力作用下重新張開的早期被充填裂縫。有效構造縫在儲集體中既起到溝通孔隙、利于滲濾的作用，又可以作為很好的儲集空間。另外，巖心鏡下觀察證實儲層發育大量微裂縫，較大程度上改善了儲層滲流條件。河壩1井與川涪82井的成功鉆探也證明通南巴構造帶上裂縫發育有利區成藏條件較好。}

綜合分析認為，通南巴構造帶裂縫發育與構造部位密切相關，構造高點、翼部轉折端及鞍部等構造曲率較大的部位構造變形強，構造應力作用明顯，各類型、各期次裂縫相互疊加強，是通南巴構造帶裂縫發育區，也是通南巴構造帶油氣勘探的重點區域。

5結論

(1)通南巴構造帶現今的裂縫系統是多期構造作用形成的結果，是多期裂縫發育相互疊加的結果，其主要裂縫類型有高角度平面“x”型共軛剪切縫、低角度剖面“x”型共軛剪切縫、橫張縫和縱張縫。

(2)通南巴構造帶的裂縫系統主要形成于燕山運動晚期、喜山運動中期和晚期，不同時期所形成的裂縫的發育模式、發育規模和產狀都等不盡相同，其發育特征主要受構造應力場和構造部位的影響。

(3)通南巴構造帶裂縫發育程度一定程度上控制儲層發育，構造裂縫發育區可以作為通南巴構造帶油氣勘探的重點區域。

參考文獻：

[1]郭正吾，等，四川盆地形成與演化[M]，北京：地質出版社，1996：89～162.

[2]汪澤成，等，四川盆地構造層序與天然氣勘探[M]，北京：地質出版社，2002：76—285.

[3]許效松，等，中國西部大型盆地分析及地球動力學[M]，北京：地質出版社，1997：16—38.

[4]肖樹芳，等，巖體力學[M]，北京：地質出版社。1987：5～89.

[5]徐開禮，等，構造地質學[M]，北京：地質出版社，1993 125-207.

[6]秦啟榮，構造裂縫類型劃分[J]，天然氣工業，2006，26(10)：33-36.