川南長寧地區構造變形特征及其與頁巖氣保存條件關系

文冉 衡德 陳偉 謝凌峰 廖梓翔

1. 四川長寧天然氣開發有限責任公司 四川 成都 610000

2. 西南石油大學地球科學與技術學院 四川 成都 610000

長寧地區位于四川盆地南部，其下志留統龍馬溪組頁巖氣資源豐富，優質頁巖儲層分布穩定，被列為國家級頁巖氣示范區，具有良好的勘探開發潛力[1]。長寧地區位于川南低陡褶皺帶和婁山褶皺沖斷帶之間，受造受江南雪峰造山作用向北西方向遞進擴展的影響，區域內構造樣式多樣，控制因素復雜[2]。頁巖氣的保存條件受褶皺斷層等構造作用的強烈控制[3]。根據現有的勘探開發成果優選的勘探目標生產產量差異巨大，表明長寧地區的構造變形的研究分析對頁巖氣勘探開發的進一步發展有重要影響。但現今明確針對構造變形與長寧頁巖氣關系的系統性研究較為缺乏[4]，因此本文以長寧地區的地震、露頭以及鉆井資料為基礎，對區域內發育的典型構造進行了幾何分析，并開展了數值正演模擬，分析了構造變形的運動學機制和演化過程，最后結合現有的生產數據，探討了構造變形對頁巖氣保存的影響，為長寧頁巖氣下一步的勘探發育提供一定幫助。

1 長寧構造變形特征

長寧地區地處四川盆地南緣，北與華鎣山褶皺帶西傾伏段相接，南毗鄰云貴高原，西鄰鮮水河大型走滑斷裂帶。因此，長寧地區處在不同構造帶相互疊加、影響的區域，構造變形異常復雜。長寧地區構造存在2個大的構造帶，一是北西西走向的構造帶，以長寧背斜及其東部區域以及北西區域的天宮堂構造為代表；二是北東走向的構造帶，主要分布在長寧頁巖氣勘探區塊的中部，為華鎣山褶皺帶西傾伏段的延伸，平面上呈線狀分布，包括燈桿壩背斜和賈村溪背斜為代表。

1.1 北西向構造帶的變形特征

受印藏碰撞的遠程效應影響，漸新世晚期至今，大涼山構造帶北東向擠壓變形逐漸增大，構造應力傳遞至盆內，使得長寧地區受到北西-南東向的擠壓作用，形成一系列北西走向褶皺構造，主要發育長寧背斜、建武向斜、羅場向斜以及天宮堂構造等。

長寧背斜為區域內大型的主體構造，其東南部較寬，向西北背斜寬度逐漸變窄。背斜的脊線呈北西-南東走向，在西北端發生弧形彎曲，背斜脊線轉為北東-南西走向，即燈桿壩背斜。研究人員發現背斜核部地區發育一系列逆沖斷層，但斷層規模小，長度一般為5～8 km。

源自背斜南部山前的北東向擠壓使得深部涉及基底的斷裂以高角度向上逆沖，形成長寧背斜，并在斷層前端誘發系列反向逆沖斷層，與逆沖主斷層組合成次級的“突發構造”，使得在背斜東段的前翼（北翼）疊加了局部構造變形。隨著北東向擠壓的持續，深部向上的逆沖斷層在寒武系下部的軟弱層轉入順層滑脫，使得擠壓應力向北傳遞，并在北部區域發生逆沖，形成低幅度的東西向背斜構造帶。

天宮堂構造帶位于長寧探區的西北端，核部出露三疊系須家河組地層，受北西向擠壓的影響，背斜的樞紐呈小的不規則彎曲，在背斜的北段，褶皺走向發生向西的轉折。從過背斜中段的地震剖面上看，天宮堂構造是受深部逆沖斷層作用控制的逆沖推覆構造，斷層從基底中低角度向北東推擠、滑脫、高角度逆沖，造成褶皺變形。天宮堂背斜南翼四級斷裂體系較為發育，斷距小，一般錯斷1～2個相位，為加里東期形成的斷裂體系。

1.2 北東向構造帶的變形特征

長寧區域的北東向構造帶屬于華鎣山褶皺帶西傾伏端，主要由南向北的逆沖推覆形成的隔檔式高陡褶皺帶組成（圖1）。擠壓源自長寧背斜深部基底，斷層以高角度向上逆沖，在建武向斜西側形成北東向的短軸狀背斜。

圖1 長寧背斜構造變形樣式

受北東向擠壓的影響，南部山前涉及基底的高角度逆沖造成南部山前的構造抬升，深部涉及基底的斷層在前陸北東方向出現逆沖推覆，形成長寧背斜（斷層傳播褶皺），在北東方向上形成了向斜變形；在北西方向上，建武向斜西部和東部均存在基底卷入式逆沖斷層，向上的逆沖過程導致東西兩側的抬升，使得東西向上也出現向斜變形。

羅場向斜平面上近北東向展布，為一短軸狀構造帶，長短軸比約3∶1（圖1），北西方向上，向北西的擠壓導致建武向斜西側深部逆沖斷層的出現，造成向斜東翼的抬升。另外，大部分位移量沿寒武系底部的軟弱層向北西方向滑脫，在前方誘發反向逆沖推覆，形成燈桿壩背斜。由此可見，現今短軸狀的羅場向斜受北東向和北西向雙側擠壓應力場控制。羅場向斜的北部區域為燈桿壩背斜、長寧背斜西傾伏段，兩者構成了羅場向斜的北部邊界。受燈桿壩背斜向西傾伏的影響，羅場向斜往西兩翼傾角逐漸變小，向斜變形幅度變緩。羅場向斜東段，向斜形態逐漸變窄，受建武西段推覆構造的影響，滑脫斷層在向斜逆沖，誘發“突發構造”。燈桿壩背斜是由沿寒武系底部向北西擠壓的滑脫斷層向上逆沖所致，在燈桿壩背斜西段，向北西擠壓的滑脫斷層向地表逆沖，誘發次級反向逆沖斷層，導致“突發構造”背斜變形，構造活動以正向逆沖為主。背斜北翼陡、南翼緩，呈不對稱形態。

綜上所述，長寧地區主要發育長寧現今的構造樣式由北西向和北東向兩組構造組成，分別由北東向和北西向兩期擠壓作用疊加形成。

2 長寧地區構造運動學及其與頁巖氣保存條件關系

研究表明：頁巖氣的富集與保存評價是頁巖氣勘探開發中進行甜點區預測及有利區優選評價的關鍵。頁巖氣作為非常規氣與常規氣藏最大的不同使其氣藏類型屬于自生自儲型，在進行保存條件研究時，不僅要考慮自身屬性的基本特征，而且后期的構造演化過程及改造特征是影響頁巖氣保存條件的關鍵，構造、斷裂發育特征及演化、地層傾角等以及頁巖裂縫發育情況，均對頁巖保存條件產生影響。構造變形過程及其構造樣式對決定了頁巖層的構造保存條件，因此開展構造變形樣式認識頁巖氣保存條件，判識氣藏破壞的關鍵構造因素具有重要意義。

2.1 褶皺變形與頁巖氣保存條件關系

長寧地區主要的褶皺構造，包括北西向的長寧背斜、天宮堂構造以及北東向的燈桿壩背斜、賈村溪背斜、雙河壩背斜等，具有相似的構造幾何特征，包括褶皺前翼陡窄，后翼寬緩，而斷層表現為地表斷距較小，深部逐漸增大，均符合斷層傳播褶皺的一般特征。由于斷層傳播褶皺不同位置的運動學過程、變形強度差異很大，因而不同部位對頁巖氣保存條件按的影響也不同。褶皺前翼位置，特別是位于斷層三角剪切帶內區域，巖石受到強烈且復雜的擠壓和剪切作用，不僅可能造成上下貫通性的次級斷層裂隙，造成部分頁巖氣的逸散，同時而對先存的孔隙進行改造壓實，進一步破壞了頁巖氣保存條件。

2.2 主干斷裂與頁巖氣保存條件關系

分析來看，靠近主干斷層附近區域頁巖氣保存條件會受到較大影響，實際的勘探開發數據也證實了這點，但這一結論反應構造對頁巖氣保存條件影響的分析并不全面。本研究為定量分析斷層相關要素與頁巖氣建產區生產資料之間的關系，首先對建產區的斷層要素進行詳細統計，斷層統計要素包括生產平臺與二級斷層、三級斷層的距離；生產平臺與最近斷層距離；生產平臺最近距離斷層的延伸長度、斷距大小；生產平臺2km范圍內的不同級別的斷層發育數量；生產平臺與其2km范圍內發育斷層的平均距離；生產平臺與其2km范圍內發育斷層的平均延伸長度；生產平臺與其2km范圍內發育斷層的平均斷距等要素。相關關系定量分析及相關性投圖分析結果均顯示，寧201井區-寧209井區內最近二級斷層的距離與相應平臺的產氣量在數量上呈大致負相關關系，相關系數為-0.273，而一定范圍內的斷層平均延伸長度和斷層平均斷距，均與產氣量呈正相關關系，相關系數分別為0.309及0.358，表明兩者可以作為頁巖氣保存條件評判的重要參數指標。寧201-寧209井區統計結果顯示，產氣量和與附近二級斷層距離、斷層長度和斷距的關系表明斷層對頁巖氣的保存起了正向作用。

3 結論

（1）長寧現今的構造樣式由北西向和北東向兩組構造組成，分別由北東向和北西向兩期擠壓作用疊加形成。

（2）主干斷層附近、斷層傳播褶皺前翼剪切帶內，構造變形強烈，對頁巖氣保存破壞作用明顯，距離大斷層距離近的氣藏受到強烈破壞。

（3）寧201-寧209井區統計結果顯示，鉆井產氣量和與附近二級斷層距離負相關，與斷層長度和斷距呈正相關，表明斷層對一定范圍內頁巖氣的保存起了正向作用，可能是相對微弱的變形產生了次級斷層和裂縫，改善了儲集空間。