逆沖斷褶帶大斷層下盤層間褶皺特征及油氣成藏
——以庫車克拉蘇構造帶和龍門山構造帶北段油氣勘探為例

梁順軍，段 杰，彭業君，鄧紹強，王中海，吳育林，游李偉，杜均國，孫 甫，龔富華

（1.中國石油東方地球物理勘探公司西南物探研究院，四川 成都 610213；2.中國石油東方地球物理勘探公司西南物探分公司,四川 成都 610213）

20世紀80年代以來，四川盆地周邊逆沖斷褶帶龍門山、米蒼山-大巴山前緣及川東高陡構造，新疆天山北緣、南緣，昆侖山前緣，青海祁連山西北緣等進行大規模油氣勘探，取得了油氣勘探發現，但發現油氣藏規模的大小、數量及勘探開發可持續時間大相徑庭，具有規模性的持續性的大發現為數不多，目前只有庫車前陸盆地克拉蘇構造帶克深①號斷層下盤白堊系層間褶皺和龍門山構造北段龍深①號斷層下盤棲霞組層間褶皺，發現了大中型氣田和氣田群［1-6］。其共同特點是具有5個區域性:1）區域性的大型層間褶皺構造圈閉；2）區域性膏鹽層蓋層；3）區域性裂縫-孔隙型儲層；4）區域性的生油層；5）區域性的保存條件。

國內石油風險探井成效表明［7-14］，當沖斷褶皺帶局部構造圈閉所在區域地質背景具備這五個要素時，一口探井油氣發現后，會帶來后續區域性勘探開發的大好局面。例如，1998 年，庫車KL2 井在白堊系獲得油氣發現，帶來了庫車淺層滑脫斷層下盤鹽下“鍋底背斜型”克拉2 氣田、大北1 氣田、大北3 氣田、迪那2 氣田的發現；2008 年，庫車KS2 井白堊系獲油氣發現帶來了克深①號斷層下盤白堊系博孜-克深區帶整體含氣，眾多的局部構造圈閉成為大中型氣田；2011 年，龍門山北段ST1 井獲得油氣發現，帶來了龍深①號斷層下盤棲霞組白云巖雙魚石構造區帶整體成藏。

而沖斷褶皺帶局部構造所在區域地質背景不具備這五個要素時，一口探井油氣發現后，其油氣田（藏）發現僅是低效的、零星的或局部的，不具有區域性和可持續勘探開發的特征，如準南GT1 井，昆侖山前KD1 井，南天山西段AK1 井，庫車秋里塔格構造帶ZQ1井和YN2井、烏什凹陷WC1井和SM1井等油氣發現井。解剖和分析庫車克拉蘇構造帶和龍門山構造帶北段層間褶皺油氣勘探成功范例，對其他地區逆沖斷褶帶油氣勘探，具有一定借鑒和指導作用。

1 層間褶皺構造變形特征

1.1 區域沉積特征與軟硬地層組合

1.1.1 克拉蘇構造帶

克拉蘇構造帶位于庫車前陸盆地中部（圖1）。受印支運動和古生界古前陸盆地影響，庫車前陸盆地第四系、新近系、古近系及中生界地層基本齊全，主要為陸相沉積［1-2］。

圖1 庫車前陸盆地克拉蘇構造帶區域位置

影響克拉蘇構造帶逆沖斷褶帶縱向變異主要因素是區域滑脫層第1弱巖組下白堊統舒善河組—下侏羅統陽霞組泥頁巖及煤層（表1、圖2），厚度800～2 200 m；第2 弱巖組古近系庫姆格列木組厚層膏鹽巖、膏質泥巖，厚度200～1 800 m。其中，第1 弱巖組控制了第2 強巖組下白堊統巴什基奇克組+巴西改組和第1 強巖組下侏羅統阿合組—三疊系構造形態；第2 弱巖組控制了第3 強巖組第四系—古近系蘇維依組形態；特別是第1、2 弱巖組共同控制了第2強巖組構造形態。

圖2 庫車克拉蘇構造帶典型剖面（位置見圖1）

表1 克拉蘇構造帶地層強弱巖組劃分及構造特征

1.1.2 龍門山構造帶北段

龍門山構造帶北段位于川西凹陷東北段（圖3）。因受桐灣運動和加里東古隆起運動影響，川西龍門山逆沖斷褶帶北段中生界、古生界和震旦系地層基本齊全［3-5］。

圖3 龍門山構造帶北段區域位置

影響龍門山逆沖斷褶帶縱向變異的因素主要是區域滑脫層第1 弱巖組下寒武統泥頁巖和第2 弱巖組下三疊統膏鹽巖（表2、圖4）。龍門山構造帶北段下三疊統嘉陵江組二段—五段為典型的海相瀉湖沉積，膏鹽、膏質云鹽及鹽巖，累計鉆厚300～500 m。因受綿陽-安岳-瀘州裂陷槽控制，龍門山逆沖斷褶帶北段志留系—下寒武統泥頁巖厚度大，為700～1 800 m。其中第1 弱巖組控制了第1、2 強巖組嘉一段—泥盆系和震旦系構造形態，第2 弱巖組控制了第3 強巖組白堊系—中三疊統構造形態，特別是第1，2 弱巖組共同控制了第2 強巖組構造形態。

表2 龍門山構造帶北段地層強弱巖組劃分及構造特征

1.2 層間褶皺分布

盆地周緣逆沖斷褶帶的次一級構造帶劃分，因學術觀點、構造特征差異，有多種劃分方式，最常見的劃分為“后山帶-前山帶-前峰帶-山前帶-前陸凹陷”5個亞帶構造模式［5、15］。作者從油氣勘探實際需求出發，依據地面構造特征和縱向變異，認為克拉蘇構造帶和龍門山構造帶北段構造特征均有很大相似性和可比性，可劃分為4個區帶，即地面推覆疊瓦區、地面高陡-倒轉背斜區、山前潛伏背斜區及凹陷潛伏背斜區（圖3、圖4）。

圖4 龍門山構造帶北段典型剖面（位置見圖2）

層間褶皺是潛伏背斜的特殊類型［16］?？v向上，層間褶皺一般位于逆沖大斷層下盤（圖3、圖4），分布在山前潛伏背斜區及凹陷潛伏背斜區，克拉蘇構造帶克深①號斷層下盤白堊系，龍門山構造帶北段龍深①號斷層下盤二疊系，分別發育大量層間褶皺。層間褶皺型潛伏背斜在平面上與斷層走向和地面背斜軸線平行，成排成帶分布，彼此獨立的多個局部潛伏背斜呈正鞍或斜鞍相接，串珠狀展布（圖1、圖2），為油田探井部署提供了十分豐富的局部構造圈閉。

1.3 層間褶皺形成機理

關于前陸盆地或盆周逆沖斷褶帶形成機理和演化，已有大量的文獻做了描述［17-18］，也不是作者探討的對象。本篇以龍門山構造帶北段為例，只探討與逆沖斷褶帶油氣成藏有關的層間褶皺形成機理，與以下三種構造作用有密切關系。

1.3.1 壓扁作用

前人用壓扁作用解釋縱彎褶皺中層間褶皺的形成機制。在厚層韌性（塑性）巖層（如泥巖、膏鹽層）夾薄層強硬巖層（如砂巖、灰巖或白云巖）組成的巖系（圖5a⑴）受到側向順層擠壓尚未發生褶皺時，巖系先整體平行主壓應力方向壓縮，垂直主壓應力方向伸長使厚度略增（圖5a⑵）；在持續擠壓下，韌性厚巖層繼續壓縮，而其間的薄層強巖層則形成一系列褶皺以適應壓縮；隨著整個巖系在縱彎褶皺作用下形成大型主褶皺，這時強硬薄巖層中的褶皺整體地也隨主褶皺而彎曲，這些褶皺在樞紐部位仍保持對稱式（M型），在兩翼則變為不對稱褶皺（左翼為Z型，右翼為S型）（圖5a⑶）。

圖5 龍門山構造帶北段層間褶皺形成機理三種模式

龍門山構造帶北段，過ST2井地震剖面上，夾持于下寒武統泥頁巖和下三疊統膏鹽層塑性層之間的嘉一段—泥盆系灰巖、白云巖脆性層褶皺發育，構成了金子山潛伏背斜帶，而淺層白堊系-須家河組強巖層形成了河灣場和射箭河高丘狀背斜（圖5b）。

1.3.2 剪切作用

當兩個強硬巖層之間夾有層理發育的韌性巖層（含有硬巖層）時，巖層發生縱彎褶皺作用，則會在層間滑動的剪切力偶的作用下，在韌性的薄巖層中產生層間褶皺。位于主褶皺的翼部，這些層間褶皺為不對稱褶皺， 層間褶皺的軸面與它們上、下相鄰的強硬巖層面所夾銳角的方向，指示其相鄰巖層的相對滑動方向。

龍門山構造帶北段，受上覆白堊系-須家河組強巖層和下伏震旦系強巖層滑移影響，夾持于上下塑性地層之間，嘉一段-泥盆系灰巖、白云巖脆性巖層受到剪切力作用，產生層間不對稱褶皺，構成雙魚石潛伏背斜帶，而淺層白堊系-須家河組強巖層為滑脫單斜地層（圖5c）。

1.3.3 重力作用

在盆周邊緣山前帶，因地層陡峭，塑性巖層由于受重力作用和層間差異流動影響，塑性巖層所夾的脆性巖層可形成層間褶皺，層間褶皺的軸面與主褶皺翼部的銳夾角方向，指向兩翼巖層的傾斜方向。龍門山與米倉山轉折端沖斷帶因基底隆起（圖5d），地層變陡峭。

受重力作用影響，嘉一段-奧陶系脆性地層沿著上、下滑脫層而滑動，發生層間不對稱褶皺，構成池溪潛伏背斜帶。

在國內外強烈擠壓變形區地面露頭，無論是沉積巖還是變質巖，都可以見到小型層間褶皺，為考察和認識層間褶皺構造特征、形成機理提供了良好的條件（圖6）。

圖6 地面露頭小型層間褶皺

2 層間褶皺油氣成藏特征

2.1 匹配良好的區域性生儲蓋組合

庫車前陸盆地發育三疊系和侏羅系兩套區域性展布烴源層，凹陷中心生烴強度高達（800～1 200）×104t/km2（圖7a）。

廣泛發育白堊系扇三角洲和辮狀河三角洲砂體，屬于裂縫-孔隙性儲層，儲集空間廣闊；發育新生界區域性展布膏鹽巖（圖7b），厚度200～1 800 m，封蓋條件優越［1-2］。

圖7 克拉蘇構造帶新生界膏鹽厚度與侏羅系+三疊系生烴強度

龍門山構造帶北段位于綿陽-安岳-瀘州裂陷槽北西段［4-5］，其北西段發育一套主要烴源層下寒武統邛竹寺組+麥地坪組黑色泥頁巖，生氣強度高達（60～140）×108m3/km2（圖8a）。

圖8 龍門山構造帶北段下三疊統鹽層厚度與下寒武統生烴強度

發育三套次級源層震旦系陡山沱組、下志留統龍馬溪組泥頁巖與二疊系龍潭組煤系地層，油氣資源充足；發育二疊系棲霞組顆粒灘裂縫-孔隙性白云巖，儲集空間大；發育下三疊統嘉陵江組區域性展布膏鹽巖（圖8b），厚度為300～500 m，封蓋條件良好［3］。

2.2 良好的運移及保存條件

強烈擠壓斷褶區烴源巖生成的油氣沒有發生大規模水平運移，以垂向運移為主，傳輸距離短，通過裂縫和斷層直接遷移到儲集層被蓋層封堵。例如，龍門山北段的雙魚石和金子山潛伏背斜帶中二疊統斷裂發育，向下深入到志留系—寒武系，所生成的油氣沿斷裂向上直接運移到茅口組和棲霞組，被下三疊統膏鹽層封堵。

2.2.1 膏巖層封堵能力

據文獻［19］中的膏巖層封堵能力模擬實驗，膏鹽巖的封堵能力是隨埋深變化和斷層發育程度變化，縱向上埋深小于2 600 m，膏鹽巖表現為脆性，受力易破裂，特別是強烈擠壓斷褶區（圖9）；縱向上埋深大于3 500 m，膏鹽巖表現為塑性，受力易流變，封蓋能力強。龍門山構造帶北段逆沖斷褶帶嘉二段-嘉五段膏鹽層厚300～500 m，作為茅口組棲霞組區域蓋層，雙魚石潛伏背斜大氣區，膏鹽層埋深大于3 800 m，下三疊統塑性鹽巖封堵能力強；而河灣場地面背斜茅口組-棲霞組氣藏，下三疊統膏鹽層埋深小于2 200 m，脆性增加封堵能力減弱，為低效泄壓氣藏；而海棠鋪-天井山-礦山梁地面構造帶地面斷層發育，下三疊統鹽巖層剝蝕，已喪失了油氣成藏的可能性，而地面油苗十分豐富，舉世聞名［16］。

圖9 龍門山構造帶北段下三疊統膏鹽巖脆-塑轉換模式（參考文獻［19］，有改動）

2.2.2 地表水活躍度及地層水礦化度分布特征

地層水性質是反映地下水動力條件的重要指標，研究地層水性質對于分析油氣保存條件具有重要意義。一般而言，一個地區地層水礦化度越高說明所處水動力環境越封閉，與外界或淺處水的交替作用就越弱，油氣保存條件就越好［20-21］。

以龍門山構造帶北段為例，龍深①號斷層上盤，地面推覆疊瓦區、地面高陡-倒轉背斜區始于印支期，從印支期、燕山期到喜山期，形成大量通天逆沖斷層，成為地表水下滲的有利通道和宏大的供水區，給中二疊統油氣成藏帶來了巨大的負面影響，地面構造油氣鉆探效果差；龍深①號斷層下盤，山前潛伏背斜區及凹陷潛伏背斜區形成于燕山期至喜山期，其地表水的負面影響逐漸降低，礦化度逐漸提高，油氣保存條件提升，中二疊統油氣成藏條件變好，層間褶皺潛伏構造油氣鉆探效果良好。

2.2.3 天然地震分布對油氣保存條件的影響

盆地周緣逆沖斷褶帶天然地震通常發育，特別是龍門山、昆侖山、阿爾金山及天山常是地震活動帶。地震活動強度依次由后山帶→前山帶→前峰帶→山前帶→前陸凹陷帶方向逐漸降低。以龍門山構造北段斷裂帶為例，受“5.12”汶川MS 8.0 地震影響（圖10），沿汶川-茂縣、北川-映秀斷裂及都江堰-馬角壩斷裂帶三條斷層，深部都發生了錯動［22］。北川-映秀斷裂在深度為15.5 km 處錯動最大，達到12.49 m；在深度為3.6 km 和10.3 km 處最大錯距分別為10.43 m 和12.00 m，而且在滑動量集中區域破裂面可貫穿地表；都江堰-馬角壩斷裂在深度為9.1 km 處錯動達到5.16 m。北川-映秀斷裂及都江堰-馬角壩斷裂帶兩條斷裂帶交匯處，是震源分布最集中處。

圖10 汶川地震震源分布對龍門山北段油氣保存條件影響（震源數據，據參考文獻［20］）

龍門山構造帶北段斷裂帶縱向上震源集中分布在10～20 km，距主震越近，震源分布密度更大。都江堰-馬角壩斷裂作為現今四川盆地的西部邊界，其上盤震源分布集中且震動頻率高、斷裂分布密集、地震強度大，油氣保存條件差；而下盤余震減少、震源點零星分布、斷層位移量減小、地震強度小、背斜破壞強度減弱，油氣保存條件逐漸變好。進入川西凹陷之后（龍深①號隱伏斷裂以東），余震消失，地震強度由造山帶向川西凹陷遞減，能量逐漸消失，層間褶皺潛伏背斜油氣保存條件也相應變好，可謂“獨善其身”。

3 結論

逆沖斷褶帶下盤鹽下層間褶皺，局部構造圈閉十分發育，且位于生油凹陷中心、烴源巖發育、油氣資源充足、保存條件優越，只要有圈閉就能形成油氣藏。層間褶皺某一局部圈閉的探井獲得油氣大發現后，后續的油氣勘探開發具有規模性、可持續性的特點。因此，層間褶皺是逆沖斷褶帶大油氣區的最主要、也是最重要的圈閉類型。