四川盆地中部地區走滑斷層的分布與天然氣勘探

焦方正 楊 雨 冉 崎 鄔光輝 梁 瀚

1.中國石油天然氣集團有限公司 2.中國石油西南油氣田公司 3.西南石油大學

0 引言

走滑（平移）斷層兩盤斷塊以相對水平運動為主，具有平直的斷線、陡立的斷面及狹長的斷裂帶等基本特征[1]。走滑斷層在自然界中廣泛分布[1-2]，而且與油氣關系密切，已在北美、東南亞、西西伯利亞等地區發現一系列與走滑斷層相關的大油氣田[1-5]。我國特殊的大地構造背景有利于走滑斷層發育，并已在郯廬斷裂帶、鶯歌海盆地、塔里木盆地和準噶爾盆地發現了與走滑斷層相關的油氣資源[6-10]。雖然板內走滑斷層少見，但近年來在塔里木盆地內發現了大規模的走滑斷層[11-12]，控制了逾10×108t油當量的走滑斷層斷控碳酸鹽巖特大型油氣田，開辟了板內斷控油氣勘探開發新領域。研究表明，走滑斷層不僅對油氣的運聚與圈閉形成具有重要的控制作用[5-8]，而且對深層儲層也具有重要的建設性作用[9,11,13-14]，并形成復雜的油氣分布[9,13,15-17]。因而引起了廣泛的關注。

對于四川盆地走滑構造的研究很少，近期的研究認為該盆地內可能發育張扭性走滑斷層[18-19]，與早加里東期及晚海西期的斜向拉張作用[18]或新生代的扭張應力有關[19]，并且有可能改善油氣儲層的儲集條件[18]。由于四川盆地深層地震資料分辨率低，加之受三疊系鹽膏層褶皺變形及其速度變化的影響，斷層解釋的多解性強，制約了走滑斷層的研究與評價。綜合分析認為，開展四川盆地走滑斷層斷控油氣藏勘探需要解決3個方面的問題：①厘定走滑斷層的有效判識方法，提高走滑斷層識別的精度；②開展連片地震解釋與成圖，查明走滑斷層的分布；③研究走滑斷層斷控氣藏模式，明確走滑斷層勘探的突破方向。

針對四川盆地是否發育大規模走滑斷層，如何開拓走滑斷層斷控天然氣藏勘探新領域的問題，本文基于川中走滑斷層地震—地質響應分析與連片地震解釋，判識走滑斷層并厘定其分布，探討其油氣成藏地質模式與勘探方向，以期為走滑斷層斷控油氣藏勘探部署提供依據。

1 地質背景

四川盆地位于揚子地臺西北側，震旦系—第四系地層發育較齊全，是一個典型的疊合盆地[20]（圖1）。四川盆地經歷多期構造—沉積旋回，與原—新特提斯洋的開合密切相關，形成震旦系—志留系海相克拉通斷陷盆地、石炭系—中三疊統海相克拉通坳陷盆地、晚三疊系—新生界前陸盆地等原型盆地的有序疊合[20-22]。在多期構造演變過程中，在盆地周緣形成了一系列斷裂構造，克拉通中部呈現寬緩的中央古隆起，具有明顯的平面構造分區、縱向構造分層特征。

圖1 四川盆地構造分區簡圖與綜合柱狀圖

四川盆地油氣成藏條件優越，具有大隆大坳的構造格局，發育上震旦統、下寒武統、下志留統、二疊系、上三疊統、下侏羅統等多套優質烴源層系，形成了震旦系、寒武系、石炭系、二疊系—三疊系碳酸鹽巖常規氣藏，以及志留系與寒武系頁巖氣、上三疊統須家河組致密氣、侏羅系致密油氣構成的多層系復式聚集[23]，是我國油氣勘探開發的重點領域。近年來，德陽—安岳裂陷槽周緣深層震旦系—寒武系不斷獲得新發現，目前探明天然氣地質儲量已超過1×1012m3，并揭示了深層海相碳酸鹽巖更大的勘探潛力。研究刻畫了震旦系—寒武系裂陷槽及其側翼臺緣帶，建立了“相控”氣藏模式，臺緣與臺內高能相帶碳酸鹽巖勘探開發不斷取得新突破[24]。

但是，四川盆地深層震旦系—古生界碳酸鹽巖經歷強烈的埋藏成巖作用，以低孔低滲儲層為主，并且非均質性極強，勘探開發面臨低效井較多的難題。而斷裂不僅對碳酸鹽巖儲層具有改造作用，并且可能形成天然氣富集“甜點”區。因此開展四川盆地走滑斷層的地震識別與評價，對于開辟斷控型碳酸鹽巖氣藏天然氣勘探新領域，推進碳酸鹽巖氣藏高效勘探開發具有重要的意義。

2 走滑斷層的判識與分布

2.1 走滑斷層的判識

針對四川盆地走滑斷層規模小、斷層復雜、地震資料差的特點，在走滑斷層地震—地質響應特征分析基礎上，結合走滑斷層的典型標志[25-27]，排除三疊系鹽膏層與基底撓曲的影響，提出以平面資料為主、結合剖面資料綜合判識走滑斷層的方法。

1）斷至基底、上緩下陡。剖面上，走滑斷層高陡直立，發育直立面狀斷層（圖2），并向下斷至基底。此外，走滑斷層具有向上變緩的特征，呈現花狀構造（圖2-③），不同于正斷層與逆斷層上陡下緩的斷面特征。

2）斷層傾向改變、上下斷距變化。正斷層或逆斷層上下地層均沿同一傾向滑動，而高陡走滑斷層不同層位的斷面傾向可能發生改變（圖2-②）。同時，在不同層位的垂向斷距可能有較大變化（圖2-④），而且上下層段變形不一致（圖2-⑤），不同于同生正斷層。

圖2 川中地區走滑斷層地震剖面特征圖

3）雁列/斜列構造等典型走滑構造。通過地震平面屬性分析，川中發育雁列與斜列斷裂組成的線性走滑斷裂帶（圖3-a）。同時，沿走滑斷層走向上的垂向位移變化頻繁。通過構造解釋與成圖，發現沿走滑斷裂帶有條帶狀分布的短軸/穹隆背斜（圖3-b）。

4）地層的水平錯動。盡管四川盆地弱走滑斷層在地震剖面上響應不顯著，但在地震相干、曲率、振幅屬性、水平切片等技術應用基礎上，根據巖相、地層與構造在平面上的錯動可以有效判識走滑斷層。受走滑斷層作用，川中地區早期的臺緣相帶出現水平方向的錯動（圖3-a），水平位移達300 m。

圖3 寒武系底面雁列斷裂與震旦系臺緣帶錯斷相干平面圖及寒武系底面走滑斷裂帶短軸/穹隆背斜圖

綜上所述，通過平面上的典型走滑構造、地層水平錯動、構造與斷距突變等特征，并結合剖面上斷裂斷至基底且上緩下陡、傾向與位移變化等特征，可以綜合判識川中地區的走滑斷層。

2.2 走滑斷層的分布

在走滑斷層識別與典型走滑斷層構造建模基礎上，優選地震相干與振幅屬性等方法技術識別走滑斷層。在此基礎上，開展川中地區走滑斷層的地震識別與解釋。結果表明（圖4-a），川中地區發育8條北西西走向的大型走滑斷層，長度介于80～200 km，總長達1 280 km，多呈間距介于15～30 km的近平行分布。同時，還識別出多條次級走滑斷裂帶與數條北東向走滑斷裂帶。

通過三維地震精細解釋與成圖，高磨地區震旦系—寒武系走滑斷層發育，5條北西西向的主干大型走滑斷裂帶經過本區，并轉向呈近東西走向（圖4-b）。另有7條次級北西西向走滑斷裂帶與2條北東向走滑斷裂帶，其延伸長度較短、規模較小。在三維區內14條一、二級走滑斷裂帶長度介于16～112 km，總長達720 km。由于三維區外根據二維地震資料判別走滑斷層，其可靠程度有待進一步落實。此外，廣泛二維區可能還有一系列走滑斷層，有待于進一步的地震勘探與斷層識別。

圖4 川中地區震旦系主干走滑斷層綱要圖（a）與高磨三維區寒武系底面走滑斷層分布圖（b）

3 走滑斷層的特征與成因

3.1 走滑斷層的分層、分類與分段特征

川中走滑斷層縱向上分層特征明顯，主要分布在震旦系—下二疊統（圖2）。震旦系—寒武系碳酸鹽巖中走滑斷層發育（圖4），控制了走滑斷層系統的分布格局。震旦系走滑斷層規模大，兩盤高差達150 m。平面上大型斷裂帶延伸遠，長達200 km。走滑斷層位移小，平面一般低于500 m，垂向高差一般小于50 m。大多走滑斷裂帶向上終止于下二疊統下部，少量走滑斷層延伸至上二疊統，斷裂數量顯著減小、強度變弱（圖2）。局部繼承性走滑斷裂向上延伸至中新生界。

川中地區北西向走滑斷層位于克拉通盆地內部，根據板塊位置劃分屬于板內走滑斷層[1]（圖1）。這類走滑斷裂帶延伸長度大，分布范圍廣。但走滑位移量小，遠低于板塊邊緣相同長度走滑斷層的位移量[1-2]。地震構造建模表明（圖2），川中地區地震剖面上以近直立的面狀斷層為主，并發育負花狀構造及正花狀構造等多種類型斷裂構造。平面上以雁列、斜列斷層組合形成的線性構造為主（圖4-b），表明走滑斷層演化成熟度較低。在斷層尾端可能出現馬尾構造，在疊覆部位可能出現地壘與地塹。根據斷層兩側變形差異與水平錯動特征分析（圖3-a），川中走滑斷層以右行走滑為主，具有從西北向東南發育的特點。

走滑斷層多以一系列斜列/雁列斷裂組成孤立、軟連接的斷片組合（圖4-b）。震旦系—寒武系發育少量硬連接的疊覆段，局部發育辮狀構造，斷裂帶尾段發育馬尾與斜列斷裂。沿走滑斷裂帶走向上斷層的組合樣式與斷距變化大，呈現明顯的分段性。

3.2 走滑斷層的活動期次

走滑斷層形成時的垂向位移很小，而且不一定斷至地表，同時疊加多期斷裂活動的改造，導致斷裂形成時期判識困難。一般而言，根據斷裂向上終止的層位，以及斷裂分層特征的差異性劃分走滑斷層的活動期次。川中一系列走滑斷層向上終止于二疊系之下（圖2、5），推斷前二疊紀具有大規模的走滑斷層活動。少量走滑斷層斷至上二疊統，向下與早期走滑斷層合并，很可能是晚海西末期的繼承性活動。同時，個別走滑斷層向上發育至中新生界，表明晚期仍有較弱的繼承性活動。

值得注意的是，川中地區有一系列走滑斷層終止于震旦系頂—寒武系底，并具有較大的位移與變形（圖5）。同時，該層段多以張扭走滑斷層為主，與震旦紀伸展構造背景一致，但不同于二疊系之下的壓扭走滑斷層。此外，走滑斷層兩盤震旦系燈影組地層厚度出現突變（圖5），而且影響沉積微相的變化，可能存在震旦紀燈影組碳酸鹽巖沉積期的同生走滑斷層。

圖5 川中地區高磨三維區典型地震剖面指示多期走滑斷層圖

綜合分析，川中地區震旦紀晚期已發生走滑斷裂活動，在加里東晚期—海西期繼承性發育，個別斷裂帶在中新生代再次復活，形成多層花狀構造（圖2、5），代表多期走滑斷裂的疊加。

3.3 走滑斷層的成因

四川盆地經歷了復雜的構造演化，具有多階段俯沖—碰撞的板塊構造環境[20-22,28]。研究表明，震旦紀—奧陶紀揚子板塊位于岡瓦納超大陸外圍，并伴隨原特提斯洋的閉合向岡瓦納超大陸匯聚[28]，類似塔里木板塊的構造背景。值得注意的是，原特提斯洋俯沖—閉合期間揚子與塔里木板塊均出現順時針旋轉[28]，很可能具有斜向俯沖的大地動力學背景。在震旦紀斜向俯沖作用下，在揚子板塊內部形成了張扭構造背景，不僅產生了德陽—安岳被動裂谷，而且有利于發育走滑斷層。德陽—安岳震旦系裂陷槽受不均一伸展作用，沿臺緣帶拐彎部位可能發育起調節作用的走滑斷層（圖3-a）。同時，四川盆地存在北西西向基底薄弱帶[20-22]，有助于形成北西西向走滑斷層。在基底北西西向薄弱帶的基礎上，通過震旦紀斜向拉張作用，形成了調節德陽—安岳震旦系裂陷槽伸展變形的張扭型走滑斷層，并影響臺緣帶的走向與沉積變遷。

受控原—古特提斯洋開合的構造背景，晚加里東期—海西期均有來自西—西北方向的構造作用[20-22]。由于俯沖作用下缺少大規模的沖斷作用，或沖斷變形并沒有傳遞到四川克拉通內部，強硬基底沒有發生大規模逆沖斷裂活動。但在斜向伸展或擠壓作用下，造成多期走滑斷層的復活與繼承性發育，表明先期構造對后期斷裂活動具有重要的控制作用。中生代以后，川中地區基底—古生界以整體升降作用為主，僅有局部走滑斷裂復活。

綜上認為，四川盆地存在多期區域斜向俯沖的板塊構造背景，在北西西向基底結構的基礎上，震旦紀晚期已形成板內走滑斷層并發生多期繼承性活動。

4 斷控氣藏成藏模式與勘探方向

4.1 走滑斷層斷控油氣成藏系統

四川盆地震旦系—古生界發育多套優質烴源巖與多套碳酸鹽巖儲層[23,29-30]，縱向上通過走滑斷裂溝通深部油源與上覆碳酸鹽巖儲層，形成垂向運聚成藏體系（圖6）。震旦系—寒武系發育自生自儲的儲蓋組合，通過通源走滑斷裂運移形成近源斷控油氣藏。同時，部分繼承性發育的走滑斷裂向上繼承性發育至二疊系，形成溝通震旦系、下寒武統、奧陶系—志留系烴源巖與二疊系圈閉的遠源油氣藏，構成縱向上的多層段復式成藏組合。橫向上，北西西向走滑斷裂連通了德陽—安岳裂陷槽烴源中心與臺內灘體，有助于臺地內部的油氣運聚成藏與富集。由于走滑斷裂形成早、定型早，中新生代破壞作用弱，有利于天然氣的保存。通過對川中走滑斷層的油氣地質條件綜合分析，走滑斷層的控油氣作用主要表現在“溝通源儲、復式運聚”與“改善儲層、富集高產”，從而形成走滑斷層斷控復式油氣成藏系統（圖6）。

圖6 川中地區走滑斷層斷控型天然氣成藏系統模式圖

塔里木盆地中部走滑斷層斷控油氣藏的烴源巖主要位于下寒武統下部，儲層主要為中上奧陶統石灰巖[9,11,17,31]，走滑斷裂控制了儲層的發育與油氣的運聚，屬于斷裂輸導、遠源成藏系統。相對而言，川中地區烴源巖多、目的層段多，斷裂輸導作用更強、斷裂控儲作用較弱。其中二疊系碳酸鹽巖遠源斷控成藏體系與塔里木盆地類似，而震旦系—寒武系碳酸鹽巖近源斷控油氣成藏條件更優越。

4.2 震旦系—寒武系斷控型氣藏

川中地區深層震旦系—寒武系白云巖儲層大多致密[23-24]，斷裂對次生孔洞的發育具有重要作用。位于臺緣帶的安岳大氣田碳酸鹽巖孔隙度介于2%～10%、滲透率介于1～5 mD。而臺內震旦系—寒武系碳酸鹽巖基質滲透率一般小于1 mD，與全球超深層致密儲層相近。統計分析表明，震旦系—寒武系碳酸鹽巖裂縫有效孔隙度低（小于0.2%），但有利于碳酸鹽巖次生溶蝕孔隙的發育，沿斷裂的溶蝕孔隙度的貢獻可能增加5%～20%。由于斷裂破碎帶裂縫發育，基質碳酸鹽巖的滲透率可能增加1～2個數量級。同時，走滑斷裂對震旦系—寒武系臺內灘的分布具有一定的控制作用，從而影響碳酸鹽巖的地層厚度及臺內灘發育的部位。地震儲層預測表明（圖7-a），沿走滑斷裂破碎帶2 km范圍內儲層發育，尤其是斷裂帶500 m范圍內更為顯著。

圖7 川中地區高石井區震旦系燈影組頂界對稱性地震屬性與天然氣產量距斷層距離圖

老井復查發現，川中地區臺內震旦系燈影組鉆井距走滑斷裂帶越近，其天然氣產量越高（圖7）。臺內高產井主要位于走滑斷層附近2 km范圍內的斷層破碎帶，天然氣高產明顯受斷裂控制。由此可見，川中地區在相控儲層的基礎上，通過斷層溝通油源與改善儲層的滲透性，可能形成走滑斷層與高能相帶共同控制的碳酸鹽巖氣藏與高產富集區塊。

4.3 二疊系斷控型氣藏

研究表明，川東東部地區中二疊統茅口組發育熱液白云巖儲層[32-33]，面孔率可達8%，比基質白云巖儲層滲透率高1～2個數量級，有效提高了碳酸鹽巖儲層的孔隙度與滲透率，可能與深部斷裂有關。分析表明，川東東部二疊系高產井主要沿走滑斷裂帶FI7東延區段分布，在基底也有近東西走向斷裂帶，熱液白云巖儲層的分布受控于走滑斷裂帶。

通過川中老井復查，該區二疊系儲層發育的鉆井主要沿FI3、FI4大型走滑斷裂帶呈條帶狀分布，而遠離走滑斷裂帶的鉆井大多儲層較差，表明二疊系儲層與走滑斷裂關系密切。巖心與FMI資料分析表明，沿走滑斷裂帶優質儲層井段裂縫發育，而且發育斷裂相關的溶蝕孔洞。值得注意的是，在走滑斷裂帶上同樣具有低產井，這與塔里木盆地斷控縫洞體儲層類似，表明沿走滑斷裂破碎帶儲層的非均質性極強。

目前二疊系氣井主要位于安岳裂陷槽之上，天然氣分布不受局部構造控制，在低部位的斷裂帶已獲得氣流，而古隆起高部位失利井多，表明溝通生烴中心的大型走滑斷裂帶更有利于油氣運聚與富集。同時，優質裂縫—孔洞“甜點”局部發育，可能形成類似塔里木盆地走滑斷層斷控的縫洞體油氣藏[11,13-17]。由此可見，走滑斷裂通源作用對上古生界碳酸鹽巖的油氣運聚成藏更重要，對優質儲層控制作用更顯著，可能形成與塔里木盆地類似的走滑斷層斷控油氣藏。

4.4 天然氣勘探方向

川中地區走滑斷層多分布在震旦系—古生界，沿走滑斷裂帶震旦系—古生界碳酸鹽巖天然氣成藏條件優越（圖6）。與塔里木盆地走滑斷層斷控油氣系統相似，走滑斷裂帶是縱向油氣優勢運移通道，在縱向上可溝通多套烴源巖、并有效改造碳酸鹽巖儲層，橫向上連通烴源巖發育的裂陷槽與臺內高能相帶，有利于形成天然氣富集區帶。

焦方正[11]報道的塔里木盆地18條走滑斷裂帶的總長度超過1 200 km，油氣資源量規模達17×108t油當量。楊海軍等[31]報道北部坳陷內走滑斷裂帶長度為1 090 km，預測油氣資源量約為10×108t油當量。與塔里木盆地走滑斷裂帶的成藏地質條件相似，但四川盆地震旦系—古生界白云巖基質儲層物性更好，而且烴源巖更發育，資源豐度高于塔里木盆地。因此估算，川中地區比較落實的總長度超1 000 km的大型走滑斷裂帶也可能具有1×1012m3天然氣資源量，具有尋找斷控型大氣田的資源基礎。

川中地區走滑斷裂具有顯著的控儲控藏作用，在不同層位、不同區段表現有差異，形成震旦系—寒武系與石炭系—二疊系兩套碳酸鹽巖氣藏勘探層系。震旦系燈影組、寒武系龍王廟組臺緣帶與臺內灘碳酸鹽巖受走滑斷裂的改造，形成斷裂疊加臺緣灘體、臺內灘及斷控裂縫—孔洞型儲層組成的多種類型的斷控天然氣藏（圖6）。通過地震儲層預測，川中三維地震區走滑斷裂破碎帶有利勘探面積達2 000 km2，大型走滑斷裂與震旦系—寒武系臺緣帶、臺內灘疊合部位是勘探的主攻方向。走滑斷裂不僅對二疊系碳酸鹽巖儲層具有重要的控制作用，而且其通源作用更為顯著。在溝通生烴中心的大型走滑斷裂帶上，油氣的輸導條件更優越，是尋找類似塔里木盆地走滑斷層斷控氣藏的有利方向。

5 結論與建議

1）川中地區發育大型走滑斷層，地震剖面上斷層高陡直立、斷至基底，花狀構造發育，上下變形差異大；平面上的雁列構造等典型走滑構造發育，沿走向構造與高差變化大。根據這些典型特征形成以平面標志為主結合剖面標志綜合判識走滑斷層的方法。

2）通過地震解釋與工業成圖，在川中地區發現與落實8條總長達1 280 km的大型走滑斷裂帶。走滑斷層具有分層、分類與分段的差異性，主要分布在震旦系—二疊系，具有多期繼承性活動，形成弱走滑斜列/雁列構造組成孤立、軟連接為主的分段特征。

3）受控于原特提斯洋斜向俯沖作用，在北西向基底薄弱帶基礎上，川中走滑斷層形成于早加里東期，并存在晚加里東期—海西期的多期繼承性活動。

4）川中地區走滑斷層系統橫向溝通安岳裂陷槽與臺內的源—儲組合、縱向溝通震旦系—二疊系生儲蓋組合，與震旦系—古生界多套源—儲組合構成斷控垂向運聚的復式成藏系統，并對深層致密儲層具有重要建設性作用，可能形成震旦系—寒武系與石炭系—二疊系兩套碳酸鹽巖層系的斷控氣藏。

5）川中地區溝通生烴中心的大型走滑斷裂帶有利油氣富集，其震旦系—寒武系與二疊系碳酸鹽巖斷裂破碎帶是斷控天然氣藏的有利勘探方向。

6）綜上所述，四川盆地存在大規模走滑斷層系統，具有形成斷控大氣田的基本地質條件。針對四川盆地存在多種類型的復雜走滑斷層，需要進一步開展全盆地走滑構造的搜索與解釋，查明走滑斷裂帶的分布，并系統開展走滑斷層的幾何學、運動學與動力學研究。通過斷控天然氣藏勘探的思路，集成創新適用于四川盆地走滑斷層斷控油氣藏勘探的理論與技術體系，以川中地區位于生烴中心的大型走滑斷裂帶為重點，進行整體評價、重點突破，引領深層—超深層油氣勘探領域的更大突破。