四川盆地龍門山北段隱伏構造帶特征及其油氣勘探意義

楊躍明 陳 聰 文 龍 陳 驍 粱 瀚 劉 冉 關 旭 羅 冰 謝 忱

1. 中國石油西南油氣田公司 2. 中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

四川盆地北部（川西北）龍門山北段海相碳酸鹽巖油氣勘探歷史悠久，從20世紀勘探至今經歷了近50年的時間，早期發現了河灣場中二疊統茅口組和棲霞組石灰巖裂縫型氣藏。2003年，礦山梁構造K2井在棲霞組鉆遇厚層孔隙型白云巖儲層，產淡水，未能獲得工業性油氣流。2014年，中國石油天然氣集團公司針對川西北部二疊系臺緣帶白云巖儲層部署ST1井，發現了棲霞組孔隙型白云巖氣藏，隨后在雙魚石構造實施的ST3井在泥盆系觀霧山組、中二疊統棲霞組均鉆獲白云巖儲層并獲得工業氣流，發現了雙魚石上古生界氣藏。目前，已在雙魚石地區鉆獲多口高產工業氣井。近期又在推覆構造帶主體西側部署了ST9井，并針對該區整體構造特征，部署了3條線束三維地震以及7條重磁電測線。隨著勘探工作的穩步推進，深入開展龍門山逆沖推覆構造前鋒帶—山前帶構造特征研究，是認識該區上古生界氣藏整體特征、拓展勘探區帶的重要前提。

為此，筆者利用新的鉆探、地震和重磁電資料，研究了龍門山逆沖推覆構造前鋒帶—山前帶的構造特征，認為在該推覆構造前鋒帶①號斷裂之下發育大型隱伏構造帶，進而描述了其構造特征和分布范圍，指出該隱伏構造帶與雙魚石區塊有著相近的油氣成藏條件且儲層條件更為有利，是重要的油氣勘探有利區帶。研究成果可為龍門山逆沖推覆構造前鋒帶構造樣式、整體構造格局的研究及該區下一步的油氣勘探提供決策參考。

1 研究區地質背景

研究區位于川西北部龍門山北段。整體上，龍門山逆沖推覆構造帶呈北東向展布，長逾500 km，寬30～50 km，構成四川盆地西側的高山區，自北而南劃分為3段（圖1-a），安縣—北川以北為龍門山北段，都江堰以南為龍門山南段，都江堰—安縣之間為龍門山中段。自西向東，龍門山至盆地之間，形成了逆沖推覆構造帶和山前帶兩大構造帶。具體構造帶劃分以主干大斷裂為界（圖1）：青川—茂汶斷裂（F1）與北川—映秀斷裂（F2）之間為后山帶，北川—映秀斷裂（F2）與前鋒帶隱伏斷裂（F4）之間為前山帶，馬角壩斷裂（F3）—前鋒帶隱伏斷裂（F4）為前鋒帶，前鋒帶隱伏斷裂（F4）以東至川西坳陷為山前帶，在龍門山北段F4為本次研究識別的①號斷裂。在垂向上也具有分層的特征，根據構造特征全區分為下、中、上3個構造層，其中寒武系及其以下地層屬于下構造層，表現為弱變形特征，寒武系頂界以上至上三疊統須家河組為中構造層，表現為擠壓褶皺整體變形，須家河組以上地層為上構造層，表現為北東變形特征（圖1-c）。本次研究對象為前鋒帶隱伏斷裂下盤的隱伏構造帶。該隱伏斷裂帶東側由于受逆沖推覆擠壓作用產生整體褶皺變形，屬于山前帶的背沖背斜帶，目前發現的雙魚石上古生界氣藏就位于該背沖背斜帶中。其中泥盆系觀霧山組儲層以生物云巖為主，棲霞組儲層以殘余生屑云巖和晶粒云巖為主（圖1-b）。多期臺緣灘相疊置發育控制了上古生界白云巖儲層大面積連片分布。

2 前鋒帶—山前帶構造特征

2.1 ST9井構造解剖

ST9井位于江油市東北部，構造上屬于龍門山前山帶的前鋒帶（圖1-a），主探棲霞組和茅口組，目前已鉆達茅口組，進深已超過7 600 m。鉆探結果表明，該井缺失須家河組，上覆地層依次發育中侏羅統沙溪廟組、下侏羅統自流井組、中三疊統雷口坡組和下三疊統嘉陵江組，鉆至垂深2 631 m嘉陵江組嘉一段均為正常層序，隨后進入以嘉陵江組為主的地層倒轉帶，其間地層連續在嘉陵江組內重復，至垂深3 995 m嘉四段開始進入正常地層層序，深部地層為嘉陵江組—棲霞組的正常層序地層（圖2-a）。

基于該井的鉆遇地層情況，結合傾角測井資料，對ST9井進行井旁構造恢復（圖2-a），該井鉆遇龍門山前鋒帶下的邊界隱伏斷裂，稱為①號斷裂，根據①號斷裂上下盤的構造特征，將ST9井地層結構分為4個部分：

1）①號斷裂上盤倒轉背斜西翼：鉆遇中侏羅統沙溪廟組—下三疊統嘉陵江組正常層序地層，為傾向北西向的高傾角地層，傾角60°～70°。

2）①號斷裂上盤倒轉背斜核部：鉆遇下三疊統嘉陵組及飛仙關組，地層傾向北東東向，傾角30°～ 45°。

3）①號斷裂上盤倒轉背斜東翼：鉆遇嘉陵組，地層傾角在20°～80°范圍內劇烈變化，判斷為地層倒轉、揉皺及破碎帶，在嘉四段底部地層南傾，傾角0°～10°，倒轉背斜整體結構在此結束，其下進入正常層序。

圖1 川西北部構造綱要與構造分區特征圖

4）①號斷裂帶下盤隱伏構造：自上而下層序正常，鉆遇嘉陵江組—棲霞組，嘉陵江組的地層傾向為北西向，受深部段壘構造影響，飛仙關組—棲霞組為南東向，傾角介于20°～40°，地層層序正常，根據傾角特征，可以判斷該部分嘉陵江組—中二疊統均被卷入擠壓褶皺，該褶皺即①號斷裂下盤隱伏構造。

ST9井鉆遇龍門山逆沖推覆構造前鋒帶的隱伏斷裂，該斷裂上盤表現為局部小斷裂錯斷的倒轉背斜，隱伏斷裂下盤發育隱伏構造，該隱伏構造自上而下層系正常，下三疊統嘉陵江組之下的地層均受到擠壓，表現為擠壓褶皺，褶皺隆起高度較大，是有利的構造圈閉。前人研究認為龍門山北段推覆作用形成于印支晚期[1-3]，但是推覆體地層發育情況并未得到證實，ST9井的鉆探表明，推覆作用始于雷口坡組沉積后，須家河組沉積前。前鋒帶隱伏斷裂下盤隱伏構造僅發育下三疊統以下的海相地層。

2.2 前鋒帶—山前帶構造特征

馬角壩斷裂上盤表現為唐王寨向斜主體的飛來峰構造，下盤為一系列逆掩推覆的正向沖斷構造，進而再向盆地延伸表現為大范圍的侏羅系沉積蓋層分布。前鋒帶發育一系列隱伏斷裂，其中①號斷裂是馬角壩斷裂東側距離最近的主干隱伏斷裂。在喜馬拉雅期大規模擠壓推覆作用時期，西部的青川大斷裂、北川—映秀斷裂和馬角壩斷裂是應力釋放和地層位移量的主要大斷裂。

圖2 過ST9井構造解釋剖面圖

利用ST9井井旁構造恢復，結合相鄰的雙魚石三維區井震層位標定，對2016cxb02線束（以下簡稱三維02線）進行構造解釋（圖2-c）。三維02線①號斷裂上盤嘉陵江組區域滑脫層之上地層發育倒轉背斜。在這套區域滑脫層之下，為①號斷裂下盤，構造形態整體為斷層轉折褶皺，褶皺前端構造形態受區域擠壓應力作用，上古生界表現為北東走向的背沖背斜形態特征，與上盤復雜的構造形態相比，縱向地層層序正常，構造形變相對簡單。整體上，自東向西，構造有逐漸抬升的趨勢，相對于目前正在勘探的雙魚石地區，該隱伏構造帶的隆起幅度更大、埋深更淺，是有利的油氣勘探目標區帶。

川西北部龍門山沖斷帶的形成和演化是一個構造正反轉過程[4]，分別經歷了從早期的拉張斷陷階段和晚期的逆沖推覆階段。古生代—早中三疊世時期，上揚子地臺西緣屬于被動大陸邊緣環境，拉張背景下龍門山地區發育多條同沉積正斷層。晚三疊世，古特提斯洋關閉，華北揚子和羌塘陸塊拼貼碰撞，最終導致龍門山自北西向南東逆沖推覆，伴有左行走滑[5-6]。從龍門山構造演化背景來看，晚期推覆作用的古應力方向為北西—南東向，造成區內整體表現出由北向南，由后陸往前陸方向變形逐漸減弱，卷入變形地層也逐漸變淺，沖斷帶主體由厚皮逆沖斷層(夾有少量薄皮逆沖斷層) 組成疊瓦構造[7]。

圖3 川西北部上古生界構造展布格局及特征圖（棲霞組頂界）

結合川西北部三維02、03線的最新成果及龍門山地區二維長線資料，從剖面可以看出（圖3），川西北部地區由南到北①號斷裂底部滑脫層位由淺變深，從南部的寒武系滑脫，向北部轉換為基底卷入，二疊系構造整體抬升約1 500 m。①號斷裂下盤隱伏構造的構造形態表現出南北差異，構造樣式為轉折褶皺構造，自南向北褶皺幅度增大，斷裂上下盤之間的位移距離增大，造成斷裂帶構造樣式南北差異主要原因在于古應力場的差異，古應力場以北西南東向為主，北面由于受到龍門山、米倉山等多應力作用，承受了更大的構造應力，所以北部的①號斷裂下盤隱伏構造表現出更大的抬升距離和隆起幅度。

利用地震資料，在前鋒帶識別出3條主干隱伏斷裂，自西向東分別是①號斷裂、②號斷裂和⑩號斷裂（圖3-c），其中①號斷裂貫穿南北，為北東走向，②號斷裂和⑩號斷裂近平行，走向北東東向，由北向南與①號斷裂之間寬度逐漸收窄，直至向南收斂在①號斷裂處。結合剖面圖3-a～d可見，龍門山中—北段構造帶內，由南到北，剖面逐漸穿過①號斷裂（剖面A—A'）、①＋⑩號斷裂（剖面B—B'）、①＋②＋⑩號斷裂（剖面C—C'），也證實了龍門山中—北段的斷層組合關系及構造格局。

3條主干斷裂之間夾持的褶皺背斜帶整體由東向西、由南向北海拔逐漸升高，表現出“三級臺階”的構造格局，北部最為明顯（圖3）。即①號斷裂與②號斷裂之間的背斜帶（即本文①號斷裂斷下盤隱伏構造）為第一級臺階；②號斷裂與⑩號斷裂之間的背斜帶為第二級臺階，分割背斜的小斷層相對較少，背斜相對完整；最東側的⑩號斷裂以東的背斜帶為第三級臺階，海拔最低，表現為多條斷層分割的背斜構造群；該構造帶相對海拔最高，背斜構造較為完整。整體上，第一級臺階①號斷裂北段的下盤隱伏構造的背斜圈閉幅度大、埋深最淺。

利用電法、地震綜合解釋對復雜構造區深部宏觀構造格局認識有重要價值[8-11]。研究區分別于2014年、2016年和2017年在楓順場地區實施7條電法測線。從電阻率剖面上可以看出（圖4），古近系—白堊系以及志留系—寒武系這2套地層為低阻層，電阻率介于0～10 Ω·m；白堊系—上三疊統須家河組為次高阻層，電阻率介于10～50 Ω·m；須家河組—泥盆系以及震旦系以下的基底為高阻層，電阻率大于150 Ω·m。剖面上高阻層夾2套低阻層可以明顯地反映西南部逆掩推覆規模大，向東北逐漸過渡為高角度逆沖的特征，但①號斷裂下盤均存在隱伏構造，剖面上表現為褶皺背斜，自西向東表現出“三級臺階”構造格局，與地震解釋的構造形態一致。

3 油氣地質意義及勘探前景

圖4 川西北部地區電法解釋剖面圖

龍門山推覆構造帶具有有利的含油氣地質條件，推覆構造帶的演化為該區油氣聚集提供了有利的構造背景[12-15]。山前帶雙魚石地區棲霞組儲層壓力基本相同，具有大面積含氣的基本特征。筆者認為，①號斷裂帶下盤隱伏構造與雙魚石探區的構造結構和成藏條件相似：均在印支期擠壓背景之下形成了大面積的背斜圈閉；具有下寒武統泥頁巖、二疊系泥灰巖、志留系泥頁巖等多套優質烴源巖供烴[16]，烴源條件優越；處于上古生界多期臺緣帶疊合區，多套白云巖儲層發育；具有上覆茅口組一段致密泥灰巖作為直接蓋層，上覆三疊系雷口坡組和嘉陵江組巨厚膏鹽層作為區域蓋層，油氣保存條件好。

與雙魚石探區相比，①號斷裂下盤隱伏構造具有更優越的成藏條件，主要表現在以下幾點：

1）靠近①號斷裂，主力烴源巖下寒武統泥巖和中二疊統泥灰巖生烴高峰在印支期，該時期推覆構造開始形成雛形，逐步向上抬升，作為邊界斷層的①號斷裂的處于活動狀態，斷層開啟，①號斷裂活動時期與主力烴源巖排烴期匹配關系良好，由于①號斷裂的活動形成了下伏烴源巖向淺層排烴的通道，①號斷裂附近下盤隱伏構造棲霞組儲層中更容易接收到下伏寒武系優質烴源巖供給的油氣，源儲配置更為有利。

2）處于更有利的相帶，川西北部地區棲霞組和觀霧山組整體發育臺緣灘相地層，實鉆井和野外露頭資料表明，棲霞組和觀霧山組儲層具有向西變好變厚的趨勢（圖3、5），西側臺緣帶離川西古海槽更近，更發育厚層的臺緣灘相地層，顆粒含量高，更容易接受白云巖化改造，形成優質儲層。

圖5 川西北部地區棲霞組白云巖厚度對比圖

3）處于構造相對高部位，通過本次刻畫發現，①號斷裂下盤隱伏構造圈閉比雙魚石探區構造圈閉海拔位置相對較高，兩者相差200～300 m，利于油氣運移，含油氣性更好。

從①號斷裂下盤隱伏構造特征來看，北部烴源斷裂屬于基底斷裂更有利于溝通下伏深層優質烴源巖；另外北部隱伏構造的圈閉海拔高于南部，一方面更有利于油氣運移聚集，另一方面，鉆井深度相對較淺，勘探風險相對較低，北部隱伏構造背斜圈閉的幅度也比南部更大，有利于聚集更大規模的油氣，但需要深入研究北部地區儲層展布規律，進一步明確有利勘探區帶和目標。①號斷裂下盤隱伏構帶面積約1 800 km2，加上已獲得突破的雙魚石地區，該區上古生界累計有利油氣勘探面積超過3 000 km2，是川西北部地區深層海相層系勘探拓展尋找規模新突破的重要有利區帶。

4 結論

1）龍門山推覆構造前鋒帶發育一系列隱伏斷裂，其中①號斷裂是西側邊界斷裂，其上盤與馬角壩斷裂之間表現為多個斷層傳播褶皺疊加，形成一系列逆掩推覆的正向沖斷構造，并在前鋒構造帶的斷層傳播褶皺南東翼發生地層倒轉。①號斷裂下盤發育大型隱伏構造帶，縱向地層層序正常，表現為擠壓褶皺。

2）隱伏構造帶由南到北①號斷裂底部滑脫層位由淺變深，從南部的寒武系滑脫，向北部轉換為基底卷入，二疊系構造整體抬升約為1 500 m。由東向西、由南向北海拔逐漸升高，整個背斜構造表現出“三級臺階”的構造格局。

3）隱伏構造帶具有優越的天然氣成藏條件。靠近①號斷裂，斷裂活動期與烴源生排烴高峰期吻合度高，源儲配置關系良好，上古生界多套白云巖儲層具有向西變好變厚的趨勢，圈閉幅度較大、埋藏深度較淺，保存條件好，是川西北部地區深層海相層系勘探拓展、尋找規模新突破的重要有利區帶。