龍門山復雜構造帶紅星1井天然氣勘探突破及其油氣地質意義

楊躍明 白曉亮 易海永 劉 冉 馬華靈 韓 嵩閆 柯 彭思橋 陳延貴 王 尉 鐘佳倚

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 3.中國石油西南油氣田公司勘探事業部

0 引言

造山帶前緣前陸褶皺沖斷帶一直都是地質學家研究和油氣勘探的重點領域，在全球范圍內的褶皺沖斷帶已經發現了大量油氣田[1-8]，證實了造山帶前緣及其沖斷構造具備良好的油氣成藏條件。

位于四川盆地西部（以下簡稱川西）的龍門山山前復雜構造帶是該盆地油氣勘探的重點區帶，前人針對其構造變形特征，動力學機制[9-15]與沖斷帶斷裂期次及組合關系[16-17]，含油氣地質條件等開展了大量卓有成效的研究工作，有力地推動了該區的油氣勘探進程。相關工作主要包括4個階段：第一階段（1950—1970年），以地面構造和地面油氣苗顯示為依據，主要勘探方向為龍門山北段前緣，鉆探了海棠鋪構造和厚壩構造，為后續工作奠定了基礎；第二階段（1970—2000年），以中淺層構造圈閉為主要目標，“以中壩為模式，在龍門山前找油找氣”，在龍門山構造帶北段中壩構造中三疊統雷口坡組、上三疊統須家河組取得了油氣勘探重要突破，同期在龍門山構造帶南段也發現了平落壩等淺層構造型氣藏；第三階段（2000—2010年），油氣勘探目標由中淺層轉向深層、超深層、由陸相碎屑巖轉向海相碳酸鹽巖，在龍門山構造帶北段礦山梁構造礦2井中二疊統棲霞組發現厚層狀孔隙型白云巖儲層35 m；第四階段（2010—2023年），主要針對深層、超深層灘相孔隙型白云巖儲層開展工作，在龍門山構造北段雙魚石構造雙探1井棲霞組測試獲得高產工業氣流[18-28]，同期在龍門山構造帶南段平落壩構造平探1井棲霞組灘相孔隙型白云巖儲層測試也取得了油氣勘探重大突破[29]。

前期的勘探主要針對于山前帶，受制于地質認識不深及工程技術手段不適應，前山帶的油氣勘探遲遲未能獲得突破，此后，隨著對雙魚石含氣構造地質認識的深化和超深層鉆井技術的進步，勘探方向進一步向龍門山推覆帶前山帶推進，部署了以推覆體下盤原地隱伏構造棲霞組為目的層的風險探井——紅星1井，鉆探揭示了棲霞組具有良好的含氣性，經測試獲得12.66×104m3/d高產工業氣流，實現了龍門山推覆體下盤油氣勘探和復雜構造帶工程技術的歷史性雙突破。為此，本文探究了紅星1井天然氣勘探突破所蘊含的油氣地質意義，以期指導下一步在龍門山復雜構造帶尋找規模油氣增儲領域工作。

1 地質概況

龍門山推覆構造帶分布于四川盆地西緣，呈北東—南西向展布，長500 km，寬約30～50 km，夾于揚子準地臺和松潘—甘孜褶皺帶之間，其中主要發育4組大型斷裂帶——茂汶—汶川斷裂（F1）、北川—映秀斷裂（F2）、安縣—灌縣斷裂（F3）和廣元—大邑（隱伏）斷裂（F4），如圖1-a所示。受斷裂帶的控制，地表露頭情況、構造樣式差異大，自西向東具有分帶性：北川—映秀斷裂西北側為后山帶，北川—映秀斷裂與廣元—大邑斷裂之間則為前山帶，廣元—大邑斷裂以東南側為山前帶。構造走向上，根據構造變形差異，大致以北川—安縣一線和臥龍—懷遠一線為界將龍門山構造帶由北東向南西分為三段，即龍門山北段、中段和南段[30-32]（圖1-a）。

前期的研究成果認為，可以將川西北地區龍門山構造帶劃分為逆沖推覆構造帶、前陸滑脫拆離帶和川西前陸盆地3個構造單元[32-33]（圖1-b），F1斷層是疊瓦構造和隱伏構造的分界斷層，兩套構造體系構造變形差異明顯。印支期構造變形塑造了侏羅系與下伏地層的高角度、大面積角度不整合特征，雷口坡組—須家河組卷入構造變形中，下盤保存較完整的白堊系—寒武系，形成了良好的生儲蓋組合。隱伏構造指F1斷層下盤的原地構造，主要構造變形在喜馬拉雅期，被寒武系、下三疊統嘉陵江組兩套滑脫層系所夾持，逆沖斷層上至嘉陵江組—下三疊統飛仙關組膏巖鹽，下至寒武系泥頁巖，隱伏構造具備油氣成藏的保存條件。

圖1 川西龍門山構造帶構造特征與單元區劃圖

2 紅星1井地質模型

紅星1井開口層位為中侏羅統千佛崖組—下侏羅統白田壩組，與四川盆地內巖性具有較好的可對比性，侏羅系底界為不整合界面。

侏羅系不整合界面以下，可以劃分出以下3套地質結構，如圖2所示。

圖2 紅星1井鉆井綜合柱狀圖與井旁構造恢復圖

1）淺層推覆體（深度介于0～3 990.0 m）：位于①號斷裂上盤，發育侏羅系—二疊系地層，包括3套推覆體斷片——第一套以侏羅系地層為主；第二套為飛仙關組和須家河組，巖性為殘余生物碎屑、砂屑灰質白云巖，含云、含灰泥巖，亮晶鮞粒石灰巖及巖屑砂巖；第三套為飛仙關組—中二疊統茅口組，F3斷層以下重復出現飛仙關組紫紅色地層，巖性以泥晶石灰巖、砂屑云質石灰巖（偶見鮞粒），自深度2 940 m開始，鈾（U）含量開始增高，二疊系生物出現，鏡下見泥晶生物碎屑石灰巖（紅藻、綠藻、有孔蟲、腕足、?，生物結構比較簡單），下伏地層見喇叭?（Codonofusiellasp.），為上二疊統吳家坪組標志生物，見茅口組泥晶生物碎屑石灰巖，生物碎屑密集。地層整體西傾，傾角在40°左右。

2）直立倒轉陡帶（深度介于3 990.0～6 660.0 m）：位于①號斷裂至F1斷裂之間，發育吳家坪組、上二疊統長興組、茅口組、棲霞組地層，倒轉陡帶以棲霞組為核部，?、厚壁蟲等古生物證據明顯，西翼傾角介于0°～20°，核部及東翼地層傾角介于60°～90°，上、下地層之間具有鏡像關系。

3）原地構造帶（深度介于6 660.0～7 631.5 m）：位于F1斷裂下盤，發育飛仙關組—棲霞組地層，為正常沉積序列，地層巖性由上到下依次為飛仙關組鮞粒石灰巖、長興組生物碎屑石灰巖、吳家坪組硅質泥巖、茅口組生物碎屑泥晶石灰巖及棲霞組晶粒白云巖，地層傾角介于0°～10°，地層層序恢復正常。

基于紅星1井地質模型，結合聲波測井及vSP速度，提高淺地表速度模型精度，約束建立了中深層符合地質認識的速度模型；基于小平滑基準面，消除由于地表劇烈起伏引起的走時誤差，保持波場運動學特征，融合建立了疊前深度偏移速度模型，有效地提高了速度模型精度（圖3）、大幅度提升了疊前深度偏移成像質量（圖4），為紅星1井區地質—地震建模研究奠定了基礎。

圖3 紅星1井約束線束三維地震速度模型示意圖

圖4 過紅星1井三維地震疊前深度偏移剖面效果對比圖

結合近地表地質露頭信息與鄰井井旁構造恢復成果，重新建立龍門山構造帶北段山前帶地震—地質解釋模型（圖5）。龍門山沖斷帶北段具有“異地推覆—前鋒疊瓦—原地沖起”三層地質結構，其中異地推覆帶位于馬角壩斷裂上盤，基底卷入沖斷，推覆距離超過100 km；前鋒疊瓦帶位于馬角壩斷裂下盤，為逆沖疊瓦構造，推覆距離介于20～50 km；原地沖起帶位于F1斷裂下盤，為原地—準原地大型斷層轉折褶皺，寬度介于15～30 km。

圖5 紅星1井區隱伏斷裂下盤大型斷層轉折褶皺地質模型圖

3 沉積儲層特征

川西龍門山地區受古特提斯洋影響，揚子地臺西緣晚古生代一直處于拉張構造背景，揚子地臺西側發育川西裂陷盆地，北部發育南秦嶺邊緣裂陷盆地，在樂山—龍女寺古隆起西南側發育黔桂邊緣裂陷盆地，在揚子地臺內部發育克拉通內部凹陷盆地[34-36]；二疊紀早期海水從四周向古隆起海侵，碳酸鹽巖沉積開始，地層逐漸超覆于古隆起之上，受加里東古隆起地貌控制的棲霞組發育北東—南西向臺緣帶，沉積了厚層大范圍臺緣灘體[37-38]。龍門山北段雙魚石構造、龍門山南段平落壩構造鉆遇厚層灘相孔隙型白云巖氣藏，勘探證實了川西龍門山山前帶發育臺緣灘[28-29]。

紅星1井位于前山帶龍門山推覆帶下盤原地隱伏構造區域內，鉆遇棲霞組地層，巖性組合為：下部深灰色、灰黑色生物碎屑泥晶石灰巖（井深7 730～7 776 m）；中部顆粒殘影構造孔隙型白云巖（井深7 694～7 730 m），為臺緣帶特征；上部發育多套云質石灰巖與泥晶石灰巖互層（井深7 672～7 694 m）。由此說明了推覆帶棲霞組臺緣帶與雙魚石主體區沉積規律具有一致性（圖6）。紅星1井鉆遇厚層臺緣灘，進一步證實了川西地區發育穩定臺緣帶，拓展了天然氣勘探有利區的面積。

圖6 紅星1井棲霞組地層、巖性特征圖

紅星1井棲霞組中上部發育臺緣灘相白云巖，巖性主要為淺褐灰色—灰白色顆粒殘影構造孔隙型白云巖，主要為裂縫孔洞型儲層，儲集空間包括溶蝕孔洞、裂縫和晶間孔隙（圖7），實測孔隙度范圍介于1.86%～7.83%、平均孔隙度為2.58%，孔隙度大于2.00%的樣品占比為49%，孔隙度大于4.00%的樣品占比為12%；滲透率主要集中在0.01～1.00 mD（圖8）。測井解釋結果表明，紅星1井儲層厚度為26 m，平均孔隙度為2.9%。聯井對比結果表明，川西北部棲霞組儲層分布穩定，推測川西北地區龍門山前山帶—山前帶發育棲霞組臺緣灘相，白云巖儲層大面積連片展布，儲層厚度較大（介于35～86 m），如圖9、10所示。

圖7 紅星1井隱伏構造帶棲霞組白云巖儲層特征照片

圖8 紅星1井推覆體下盤棲霞組巖心物性直方圖

圖9 川西北地區棲霞組沉積相分布圖

圖10 川西北地區棲霞組沉積、儲層聯井對比圖

4 油氣成藏地質條件

龍門山復雜構造帶北段下寒武統筇竹寺組發育一套優質烴源巖，其位于寒武紀綿陽—長寧裂陷槽北部的海槽沉積中心，沉積了巨厚的海相泥頁巖，厚度可達600 m，有機碳含量平均為3.27%（圖11）；茅口組一段（以下簡稱茅一段）烴源巖厚度介于60～160 m，有機碳含量平均為1.61%，空間上與棲霞組臺緣帶白云巖儲層鄰近，為一套較好的烴源巖（圖12）。已發現氣藏的氣源分析結果顯示，棲霞組的氣源表現為以下寒武統烴源巖為主，混有二疊系烴源巖的特征[39-40]。因此，龍門山復雜構造帶北段發育優越的烴源巖，二疊系發育優質灘相儲集體，源儲匹配關系好，為天然氣成藏提供了有利的地質條件。

圖11 四川盆地筇竹寺組烴源巖分布圖

圖12 四川盆地茅一段烴源巖分布圖

龍門山構造帶棲霞組具有優越的天然氣成藏條件，普遍含氣，成就了大面積含氣的氣藏特征，山前沖斷帶已發現雙魚石氣藏，山前推覆帶也發現了紅星1井氣藏。雙魚石氣藏天然氣相對密度為0.578 4，天然氣組分中甲烷含量為96.87%、乙烷含量為0.10%、丙烷含量為0、硫化氫含量為0.41%、二氧化碳含量為1.80%、氮含量為0.80%、氦含量為0.02%，不含凝析油，為中含硫化氫、低含二氧化碳的干氣氣藏。紅星1井氣藏天然氣相對密度為0.655 1，天然氣組分中甲烷含量為88.94%、乙烷含量為0.11%、丙烷含量小于0.01%、硫化氫含量為0.36%、二氧化碳含量為9.92%、氮含量為0.57%、氦含量為0.09%、氫含量為0.01%，不含凝析油，為中含硫化氫、低含二氧化碳的干氣氣藏（圖13）。結合龍門山區域地質、構造及烴源巖發育特征，以及天然氣地球化學成分，推測上述二者天然氣的來源與成藏條件有可能是一致的。

圖13 雙魚石氣藏與紅星1井氣藏天然氣相對密度與成分對比柱狀圖

紅星1井的鉆探，證實了隱伏構造帶具有良好的含氣性，通過鉆井測試發現紅星1井區棲霞組含氣底界海拔為－7 000 m，地層壓力系數為1.21，雙魚石主體構造含氣底界海拔為－6 865 m，地層壓力系數超過1.32，不同的含氣底界海拔和壓力系數指示雙魚石主體構造和龍門山前隱伏構造帶分別發育兩個獨立的構造—巖性氣藏群。雙魚石氣藏與紅星1井氣藏以F1斷裂為邊界，形成斷裂封堵，東南受白云巖巖性封堵，形成了大型構造—巖性復合圈閉，圈閉面積可達5 000 km2，具有較大的天然氣勘探潛力（圖14）。

圖14 紅星1井—雙魚石氣藏剖面圖

龍門山北段發育大規模展布的棲霞組臺緣灘相白云巖儲層，儲層品質好，受多期構造運動的影響，斷裂普遍斷至筇竹寺組，成為棲霞組優質儲層的供烴通道。斷裂頂部普遍集中在二疊系內部或飛仙關組內，多數未切穿下三疊統膏巖層，具備良好的保存條件。同時受構造擠壓作用的影響，部分棲霞組儲層與茅一段烴源巖側向對接，天然氣成藏有利條件匹配良好。因此龍門山北段棲霞組具有“多源供烴—斷裂輸導—側向對接—隱伏保存”的天然氣成藏條件（圖5）。

總之，龍門山復雜構造帶具有良好的天然氣生、儲、蓋空間匹配關系，以及隱伏構造相對較弱的構造變形背景下的穩定保存條件，為形成大規模的天然氣聚集提供了有利的地質條件。紅星1井棲霞組氣藏的發現，為上述油氣成藏模式提供了實例支撐。古特提斯域控制古生代多期臺緣灘帶在揚子板塊西北緣疊置發育，紅星1井天然氣勘探突破證實了龍門山前儲層規模連片發育、整體含氣的特點，是尋找四川盆地深層碳酸鹽巖氣藏的重要勘探領域，有望獲得天然氣規模儲量。初步刻畫龍門山構造帶有利勘探面積達7 600 km2，天然氣資源量規模超過1×1012m3，其中龍門山北段山前推覆區有利勘探面積為2 800 km2，已證實的含氣面積就達480 km2，天然氣資源量超過1 000×108m3，如圖15、16所示。

圖15 川西北部地區棲霞組有利勘探區帶分布圖

圖16 川西南部地區棲霞組有利勘探區帶分布圖

5 結論

1）八開八完超深紅星1 井自上而下鉆遇多條北東向逆掩斷層、地層多次重復，通過初步研究，建立了龍門山山前推覆體地質結構模型，將復雜推覆構造帶清晰地劃分為淺層推覆片、直立倒轉片和原地弱變形構造帶，提供了上揚子地臺海相克拉通沉積西延的有力證據。

2）山前帶推覆體下盤原地弱變形帶二疊系棲霞組發育與四川盆地內一致的灘相沉積，形成了物性良好的孔隙型白云巖儲層，并且具有大面積展布的特點。

3）實鉆和測試結果均表明，龍門山復雜構造帶具有“多源供烴—斷裂輸導—側向對接—隱伏保存”的天然氣成藏條件；紅星1井獲得天然氣勘探重大突破，展示推覆體下盤構造帶二疊系具備良好的油氣成藏條件，隱伏構造帶具備形成大規模天然氣聚集的有利條件，天然氣保存條件最好的是推覆體下盤原地弱變形帶。

4）紅星1 井在龍門山復雜推覆體下盤測試獲得工業氣流，實現了龍門山推覆體下盤天然氣勘探的歷史性突破，推動了復雜構造帶鉆井工程技術的進步，展現了該區天然氣規模勘探的新場面，突破了龍門山推覆體的含氣領域。

5）龍門山復雜構造帶油氣勘探前景廣闊，同時也面臨著地質認識深化和工程技術的挑戰，必須強化油氣成藏機理的基礎研究，雙復雜區的地震技術攻關以及鉆井工程技術適應性的提升以滿足優快鉆井的需求，加快龍門山推覆構造帶油氣勘探的大發現。