斷層在油氣成藏中的控制作用
——以川西東坡地區須二段氣藏為例

馮英，鄧美洲，李亞晶，陳俊，畢有益，嚴煥榕

（中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川 成都 610100）

油氣藏形成和演化過程均伴有復雜的斷層活動。斷層活動不僅為油氣運移提供通道，為油氣聚集提供場所，與裂縫形成相關，還能對致密儲層進行改造。斷層的作用貫穿于油氣成藏的整個過程［1-2］，是油氣成藏的關鍵因素。川西地區須家河組須二段（T3x2）氣藏鉆探始于20世紀80年代，經歷了多輪次的勘探評價，目前在新場地區油氣勘探成果顯著，形成了“先成藏、后致密、晚期調整”的成藏富集模式及富集規律［3-16］等方面的認識。雖然先后在東坡地區T3x2氣藏的合興場、新盛、豐谷等構造獲得了一定的天然氣發現，但受多種因素影響，目前尚未大規模高效開發。筆者認為：制約東坡地區T3x2氣藏高效開發的主要因素為該區斷層較為發育，而目前對斷層展布規律、活動性及其對天然氣的控制作用等方面尚不明確；該氣藏為典型的特低孔超致密砂巖氣藏［10-12］（孔隙度 3.65%，滲透率0.098×10-3μm2），獲工業氣流井的產能與裂縫發育程度密切相關，但地球物理響應特征復雜，裂縫預測難度大。這些因素都制約著對東坡地區油氣富集規律的準確認識。為此，本文在系統總結前人工作的基礎上，首次對東坡地區T3x2進行斷層分級評價及活動性研究，從油氣輸導、裂縫形成、儲層改造等方面，系統分析了川西東坡地區T3x2斷層在油氣成藏中的控制作用，以期對該區T3x2氣藏下步的勘探開發提供技術支撐。

1 地質背景

川西坳陷位于四川盆地西部，北起米倉山-大巴山造山帶，南抵峨眉-瓦山斷塊，西鄰龍門山推覆構造帶，東接川中古隆起，為北東—南西向的長條形地帶。研究區位于川西坳陷東部斜坡區，地表為第四系覆蓋，鉆遇地層由下而上分別為三疊系的雷口坡組（T2l）、馬鞍塘組（T3m）、小塘子組（T3t）和須家河組（T3x），侏羅系的自流井組（J1z）、千佛崖組（J2q）、下沙溪廟組（J2x）、上沙溪廟組（J2s）、遂寧組（J3sn）和蓬萊鎮組（J3p），以及白堊系（K）。T3x埋深在 3 000～6 000 m，平均厚度 1 300 m左右， 自下而上劃分為 4 段 （T3x2，T3x3，T3x4，T3x5）；而T3x1在該區已抬升剝蝕。T3x2沉積期整體發育“三隆兩凹一斜坡”構造格局。其中：“三隆”為合興場-豐谷、知新場-石泉場及中江-回龍構造帶；“兩凹”為梓潼凹陷、黃鹿向斜；“一斜坡”為福興斜坡構造帶（見圖1）。

圖1 研究區構造位置及斷層分布

2 斷層發育特征

2.1 斷層分布

從區域地質事件、區域構造應力、形成時間等方面開展斷層成因機制研究，川西坳陷位于揚子地塊西北緣，長期的區域應力以擠壓為主。中生代以來可分為3個重要時期：一是印支早期，南秦嶺與秦嶺板塊沿勉略結合帶全面碰撞造山，東坡地區受南北向構造應力的作用，發育東西向區域性斷層，出現東西向構造雛形；二是燕山中晚期，龍門山（主要為中段）向東南逆沖推覆，東坡地區受北西—南東向構造應力的作用，發育北東—南西向斷層，并將早期定型的東西向主體構造帶調整為北東東—南西西向展布；三是喜山期，青藏高原向東擠壓，東坡地區受東西向構造應力作用，發育南北向斷層，且橫切主體構造部位，進一步改造局部構造。

綜合考慮斷層活動期次、規模（斷距大小、延伸長度、斷至深度）等因素［16-21］，區內斷層可劃分為：二級斷層1條，即龍泉山大斷層，該斷層控制龍泉山斷裂帶的走向、分布及規模；三級斷層9條，為控背斜斷層，分布于合興場-豐谷構造帶、知新場-石泉場構造帶上；四級斷層28條，控制局部圈閉，多為近南北斷層，橫切主體構造帶，規模適中，為主要控藏斷層；五級斷層73條，為伴生斷層及層間小斷層（見圖1）。

不同構造帶上斷層分布特征具有差異性（見圖2）。其中：合興場-高廟構造帶，早期近東西走向的三級斷層（F8，F9，F23）分布在構造帶南北兩翼，控制著構造帶展布，而內部晚期近南北走向的四級斷層（F1-2，F40，F43，f41，f42）規模中等，是主要的控藏斷層（見圖2a）；豐谷構造帶，斷層較少，發育1條三級斷層和2條四級斷層，三級斷層（F24）控制著豐谷鼻狀構造（見圖2b）；知新場構造帶，發育南北走向的三級斷層（F1，F2），規模較大，斷距大于200 m，延伸距離均大于20 km，構造帶為南北向展布的斷背斜（見圖2c）；中江-回龍構造帶，發育3條四級斷層及多條五級斷層，除F35斷層（斷距20～50 m）外，其余規模均較小，構造帶為北西西向傾沒的鼻狀隆起（見圖2d）；石泉場構造帶，發育1條二級斷層（F3）、1條三級斷層（F5）及多條四級斷層（F1-2，f2，f3，f5，f123），斷層規模較大，多數斷至淺層蓬萊鎮組，斷距在20～150 m，構造帶呈斷背斜特征（見圖 2e）。

圖2 不同構造帶地震剖面特征

2.2 斷層的活動性

強烈的斷層活動可導致原生氣藏的破壞，或保存條件變差。斷至淺地表或通天的斷層勢必會破壞早期氣藏，并使得天然氣散失；而適中的活動有助于天然氣的保存。通過對各斷層的精細描述及分級評價，不同級別斷層在不同區域向上斷至的層位不同。二級斷層斷距較大，平面延伸較長，向上斷至蓬萊鎮組；三級斷層向上斷穿T3x2，合興場-豐谷地區總體未斷出須家河組，知新場地區發育規模較大，斷至侏羅系甚至地表；四級斷層在合興場-豐谷地區總體向上延伸至T3x3內，部分斷至T3x4，知新場、石泉場地區可斷至侏羅系；五級、六級斷層斷距較小，集中分布在T3x2段內部。總體上，合興場-豐谷地區保存條件好于知新場、石泉場、中江-回龍地區。同一斷層在不同測線、不同沉積期，活動性存在差異。目前主要采用斷層生長指數、斷層落差和斷層活動速率3類參數來定量表征斷層活動性［13-14］。斷層活動速率為某一地質時期內的斷層落差與時間跨度的比值，該參數既保留了斷層落差的優點，又彌補了由于缺少時間概念所帶來的不足，能夠更好地反映斷層活動特點。因此，通過對研究區不同沉積期斷層活動速率的統計，可以直觀地反映不同斷層在縱向上及平面上的活動性變化（見圖3。圖中Cr，In分別表示聯絡線和主測線）。

從圖3可以看出，斷層中部活動性較強，末端活動性相對減弱。如T3x2沉積期，F14斷層在其北端主測線In1645上，斷層活動速率僅2.33 m/Ma；而在其中部主測線In1410上，斷層活動速率達20.67 m/Ma。由于受構造應力的作用，早期發育的近東西向斷層（F23，F8，F9，F43，F24，f118，F35 等）形成于印支晚期，發育時間較早，在T3x2，T3x3沉積期均有活動，但斷層活動速率逐漸減弱；晚期發育的近南北向斷層（F17，F40，F42等）在T3x2，T3x3沉積期也均有活動，但活動強度相對較強，為主要的控藏斷層。另外，知新場地區發育的南北向斷層（F1，F2），規模較大，各沉積期均有活動，斷層活動速率呈遞增趨勢，尤其是F2斷層活動性最強；知新場南部-龍泉山地區發育的F3，F5斷層，在J1z沉積期仍然活動性較強，這些斷層的持續活動使油氣的保存條件變差。

圖3 不同沉積時期的斷層活動速率

3 斷層對油氣的控制作用

3.1 斷層控制油氣的運移和聚集

在區域構造背景下，東坡地區二、三、四級斷層均斷至T3m（見圖2、圖3），溝通了下伏烴源巖，可作為天然氣垂向運移通道。五級斷層斷距較小，斷層集中在T3x2段內部，與四級斷層搭配，利于形成有效斷縫儲滲體［18］，有利于油氣沿斷層垂向運移后，沿斷縫儲滲體進一步運移與聚集。

與此同時，不同構造單元，其斷層組合樣式也是不盡相同，它們對天然氣運聚的控制作用也各不相同。川西東坡地區T3x2氣藏主要有“Y”字形與反“Y”字形、疊瓦式、復合型等斷層組合樣式。其中，“Y”字形與反“Y”字形最為有利，疊瓦式次之。“Y”字形與反“Y”字形組合樣式多分布于合興場-高廟構造帶和知新場構造帶，如合新場-高廟構造帶四級斷層F17及其伴生斷層f41與f42斷層（見圖2a）斷至T2l，有利于溝通下伏烴源巖。反“Y”字形構造樣式利于雙向供烴，烴源充足；而知新場構造帶三級斷層F1，F2剖面組合樣式雖呈反“Y”字形，但斷層規模較大，后期一直活動，向上斷至淺層或地表，對油氣聚集起到破環作用（見圖2c）。疊瓦式組合樣式多分布于豐谷構造帶及中江-回龍構造帶，如豐谷構造帶的F24及f118斷層（見圖2b）、中江-回龍構造帶的F35斷層及1條五級斷層（見圖2d），該組合樣式單向供烴，油氣聚集條件較為有利。復合型組合樣式分布于斷裂復雜帶，如石泉場構造帶，斷層規模較大，活動劇烈，多數斷至淺層，影響油氣聚集（見圖 2e）。

3.2 斷層控制裂縫的形成與分布

通過巖心觀察、成像測井解釋等方法，發現東坡地區T3x2主要發育2種成因類型的裂縫，即構造縫和層理縫（見圖4a。上圖為E2井T3x2巖心，下圖為C1井T3x2巖心）。其中：構造縫以高角度裂縫為主；而層理縫以低角度裂縫為主。高角度裂縫主要發育在大斷層及其伴生斷層附近、褶皺彎曲部位。如C1井處近南北向斷層f41延伸長度0.03 km，根據高角度裂縫（傾角大于60°）玫瑰花圖統計結果，高角度裂縫走向近東西向，與f41斷層走向垂直，表明C1井附近高角度裂縫的形成與晚期（喜山期）的構造活動有關。通過常規測井響應特征分析，裂縫發育段表現為自然伽馬低—中值（50 API左右）、聲波時差顯著增大、中子有挖掘效應、補償密度較低、電阻率中—高值（大于40 Ω·m）的特征，且電成像顯示裂縫段暗色正弦條紋發育，裂縫未充填，有效性好，為典型的構造縫特征。應用分頻相干、傾角、構造熵、斷層因子等多種方法［14］，對 T3x2進行裂縫預測，刻畫裂縫在平面上的展布規律。首先，通過分頻相干、傾角等屬性，沿不同方位和傾角濾波，沿著斷層面增強和細化地震屬性，實現不同尺度斷層面自動精細刻畫；其次，利用構造熵、斷層因子等屬性，通過地震振幅三維空間變化梯度的差異，構建反映地震信號雜亂程度的屬性（混沌），并根據成像測井解釋裂縫信息統計確定屬性門檻值，實現裂縫發育帶（破碎帶+誘導裂縫帶）刻畫。

綜合分析認為，裂縫在近斷層附近尤其是晚期近南北向斷層附近最為發育（見圖4b—4d。圖4d中黑色虛線為A1井軌跡）。

圖4 東坡地區T3x2裂縫發育及分布

3.3 斷層控制儲層儲集性能的改造

由于晚期構造活動形成的裂縫，改善了原先致密的孤立孔隙間的連通性，提高了原先已經致密化的儲層的物性，特別是儲層的滲流能力，使得聚集在孤立孔隙中的天然氣發生流動、調整和聚集，形成了氣藏中高產的“甜點”。巖心CT檢測結果表明，孔隙連通體積越大，儲層儲集性能越好。例如：M1，M2井位于中江地區，孔隙度較大（4%），孔隙體積較多，但距斷層較遠，分別為1.2，0.8 km，儲層受斷層影響小，儲層連通體積較小，分別為5.8%，5.6%。D1井位于豐谷地區，距F24斷層較遠（2.8 km），E1井位于高廟子地區，距F23斷層較近 （0.05 km），雖然D1井儲層孔隙度較E1井要大，孔隙體積較多，但儲層受斷層影響小，儲層連通體積較小，儲層儲集性能要差于E1井。

3.4 斷層活動與油氣成藏關系

川西地區馬鞍塘組—小塘子組、T3x3暗色泥頁巖為主要烴源巖，T3x2砂巖為主要儲層，總體呈現出源儲互層的“三明治”式源儲配置特點。這種配置關系有利于對儲層的雙向供烴，同時上部的烴源巖層也構成了下部儲層的區域蓋層，更有利于天然氣的保存。

依據包裹體、自生伊利石K-Ar同位素年齡、烴源巖數值模擬、磷灰石裂變徑跡年齡等資料，可以確定東坡地區T3x2主成藏期在晚侏羅世早期—早白堊世中期（150～125 Ma）。 結合 T3x2埋藏史，儲層發生致密化（孔隙度為10%）的深度在4 500～4 700 m，對應的地質時期約為130 Ma，晚于天然氣大規模成藏時間（150 Ma），T3x2氣藏具有“先成藏、后致密”的特點。根據不同走向斷層之間的切割關系，并結合不同構造時期區域應力場的分布，研究認為：印支晚期由于北側米倉山向南逆沖推覆，發育東西向區域性斷層，控制著主體構造帶的形成，主成藏期天然氣開始大規模充注，儲層尚未致密，油氣在浮力作用下向構造高部位聚集成藏；氣藏形成之后，隨著埋深的進一步增加，天然氣繼續發生充注，成巖作用進一步增強，在整體致密背景下發育相對優質的儲層，為天然氣富集提供了儲集空間；隨著燕山晚期—喜山期構造活動，區域整體隆升，局部地區發生了構造調整和反轉；同時，晚期構造活動使得斷層和與褶皺伴生的高角度裂縫對致密儲層進行了改造，增強了孤立孔隙之間的連通性，增加了儲層的滲流能力，斷層和褶皺附近的儲層成為了“甜點”。因此，T3x2氣藏呈“晚期調整控富、有效裂縫控產、優質儲層控效”的特點［9-18］。

4 斷層主控下的成藏模式

通過斷層分級評價、斷層活動性及組合樣式等綜合分析認為，斷層在油氣成藏中對油氣輸導、裂縫形成、儲層改造等方面具有控制作用。即：1）晚期形成的南北走向斷層［5-19］對先期形成的氣藏進行局部的調整和改造，油氣富集于晚期斷層發育的構造高部位；2）現今有效的構造縫主要為喜山晚期斷層和褶皺所形成的裂縫，改善了儲層的物性及滲流能力，天然裂縫越發育，氣井產能越高；3）儲層品質是氣井穩產的基礎，優質儲層厚度越大，物性越好，氣井產能越好［19］。通過斷控成藏理論認識的突破，建立了“晚期調整控富、有效裂縫控產、優質儲層控效”成藏模式［20-21］。目前合興場-高廟地區存在多個潛力區尚未鉆探，參考上述斷控成藏模式，該潛力區位于構造高部位，處于油氣運移指向上，且該區五級斷層發育，斷層斷距較小、集中分布在T3x2內部，與晚期發育的南北向四級斷層搭配，利于形成有效斷縫儲滲體。尤其是F42，F40，f41，f42斷層附近區域，可作為下步評價有利區。

5 結論

1）二、三、四級斷層溝通了下伏馬鞍塘組—小塘子組烴源巖，可作為天然氣垂向運移通道。“Y”字形與反“Y”字形斷層組合樣式，雙向供烴，油氣運聚條件最為有利。

2）現今有效的構造縫主要為晚期斷層和褶皺所形成的裂縫。通過“分頻相干+構造熵+斷層因子”等多屬性融合裂縫預測技術，明確了裂縫在晚期發育的近南北向斷層附近最為發育。

3）晚期構造活動形成的四級斷層與五級斷層搭配，有利于形成有效斷縫儲滲體，改善了原先致密的孤立孔隙間的連通性，提高了儲層的物性及滲流能力，形成了中高產的“甜點”。通過斷控成藏理論認識的突破，建立了“晚期調整控富、有效裂縫控產、優質儲層控效”成藏模式，優選合興場-高廟地區為評價潛力區，支撐了東坡地區T3x2氣藏評價。