川西南復雜構造區震旦系-寒武系油氣保存條件

曹虎威，祝海華，劉 競，梁 靜，舒曉燕，范存輝

(1.西南石油大學地球科學與技術學院，四川成都 610500；2.西南石油大學天然氣地質四川省重點實驗室，四川成都 610500；3.中國石油西南油氣田分公司勘探開發研究院，四川成都 610051；4.西南交通大學地球科學與環境工程學院，四川成都 611756)

四川盆地震旦系-寒武系發育多套烴源巖，資源潛力大，是油氣勘探的重點領域之一[1-3]。油氣保存條件是海相盆地復雜構造區勘探成敗的關鍵因素，此觀點已被眾多油氣勘探領域的學者重視[4]。四川盆地西南部(以下簡稱川西南)盆緣地帶地質歷史復雜，受構造運動影響大，在不同構造條件下，川西南震旦系-寒武系油氣的保存條件及富集程度存在明顯差異[5]。前人對油氣保存條件進行了廣泛研究，李明誠等強調斷層破壞、抬升剝蝕等構造作用是油氣保存條件定性研究的重點[6]；何登發等對封蓋層和斷層的封閉性能與封閉時間的匹配分析等方面進行研究，提出深大斷裂影響保存單元的分割，并進一步明確了油氣保存單元的概念[7]；馬永生等從后期構造作用強度、出露地層情況、蓋層和斷層的封閉性、水文地質條件和地下流體化學-動力學參數等進行解析，動態研究了中國南方海相地層的油氣保存條件[8-9]；李飛等認為構造作用、斷層分布、地層出露及蓋層封蓋性能、地下水化學特征、地層流體壓力等參數為油氣保存條件的主要影響因素[10]。本文以川西南為例，充分考慮該區實際地質條件及構造特征，優選構造形態及斷裂特征、地層出露情況、蓋層、典型井地層水化學性質、壓力系數等參數作為川西南油氣保存條件評價的標準，多角度評價了川西南復雜構造區震旦系-寒武系油氣保存條件，對油氣勘探與開發具有重要意義。

1 區域地質背景

川西南地區位于四川盆地西南緣，東北與華鎣山褶皺帶西傾伏段相接，南鄰婁山褶皺-沖斷帶，西鄰安寧河斷裂帶和康滇隆起帶(圖1)。自基底形成以來，經歷了多期次的構造、沉積作用，尤其是晚新生代以來的強烈再生前陸構造作用，造成川西南盆緣地帶地形地貌復雜化和地表沖斷結構[11]。因此，該地區處在不同構造帶相互疊加的區域，構造變形異常復雜。

2 油氣保存條件

2.1 構造形態及斷裂特征

構造運動引起的褶皺變形、斷裂切割、地層隆升、剝蝕、地表水下滲以及壓力體系的破壞等，是造成油氣藏破壞與散失的根本原因。通常情況下，區域構造變形越強烈，保存條件就越差，反之亦然[8]。構造變形通常伴生不同尺度的斷裂及破碎作用，特別是切穿整個基底-蓋層的深大斷裂，打破了原有的構造平衡，成為油氣散失的主要通道。此外，構造變形在蓋層中所產生的裂隙、微裂隙會破壞原封蓋層的整體塑性，使其封蓋性能大大降低，甚至失去封蓋作用[12]。

川西南地區受周邊不同構造單元的共同影響，發育了不同的構造形態及斷裂。西南部的康滇隆起帶、東南部的大婁山變形整體呈大型走滑斷裂帶的正花狀構造體系特征，其山前帶呈疊瓦式沖斷變形，且構造變形向盆內差異傳遞；往大婁山過渡位置主要發育寬緩褶皺，褶皺形態主要受往盆內方向傳播的正向逆沖斷層控制。西北部的川西低陡斷褶帶屬于龍門山前構造體系，構造軸線及斷層沿北東東-南西西向展布，油氣圈閉的發育與褶皺密切相關；中西部地區的峨眉-涼山斷塊帶屬于峨眉-瓦屋山構造體系，主要構造有周公山、漢王場等，構造軸線及斷層沿南北向展布，通天斷裂較發育，油氣保存條件較差(圖2)。

圖2 川西南寒武系地層底界斷裂分布

從不同構造單元的構造保存條件看，川西南盆緣構造發育具有明顯的上下分層特征(圖3)。上構造層以中三疊統為滑脫斷層及派生的逆沖斷層為主，下構造層以基底滑脫斷層及派生的反沖斷層構成隱伏構造，保存條件相對上構造層好。其中周公1井、漢深1井皆位于川西南古隆起的構造高部位(圖3)，但由于附近發生了強烈的沖斷疊加褶皺變形，周公山及南部地區構造變形強烈，構造頂部產生通天斷層，油氣保存條件差。威遠氣田發育區受威遠古隆起的影響，震旦系-寒武系地層皆隆起于構造高部位，未見深大斷裂，僅發育一些小型的隱伏斷裂，有利于油氣的聚集成藏，保存條件好。

圖3 川西南過周公山-威遠構造解釋剖面

2.2 地層水與油氣保存

川西南盆緣寒武系地層底界斷裂復雜，主要沿南西西向、近南北向展布，具有斷裂分布廣、斷穿層位多、密度大、斷距大等特征(圖2)。一般而言，大斷裂往往是油氣運移的指向帶，不僅能成為油氣散失的主要通道，也會造成地層水與地表水互通，從而影響巖層的礦化度和水化學性質。分析表明，水型、地層水礦化度是油氣保存評價的重要因素。礦化度高，水型為CaCl2，表明地層封蓋能力較強，油氣保存條件好；礦化度低，水型為NaHCO3或Na2SO4，說明油氣散逸通道被打開，大氣水進入儲層，油氣保存條件差[13]。

依據川西南盆緣地區重點井數據(表1)，宮深1井燈四段礦化度74.10 g/L，水型為CaCl2，地層水礦化度高，油氣保存條件相對較好；周公1井、漢深1井震旦系測試產水，水型為NaHCO3、Na2SO4型，保存條件差；窩深1井震旦系燈影組水型為NaHCO3，燈四段測得礦化度為0.41 g/L，說明有地表水滲入，震旦系上統及以上地層油氣保存條件可能已經遭到破壞。由此可知，周公山、老龍壩-大窩頂以及漢王場周邊震旦系-寒武系地層油氣保存條件差，不利于勘探。通過重點井礦化度曲線散點圖可知(圖4)，井位離主控斷裂越遠，礦化度越高。距主控斷裂1.5 km范圍內，礦化度小于15.00 g/L，水型為NaHCO3，保存條件較差；在1.5～3.0 km范圍內，礦化度逐步上升，保存條件一般；在大于3.0 km之外的井，礦化度大于40.00 g/L，水型為CaCl2，保存條件好。

圖4 川西南地區重點井礦化度曲線

2.3 地層出露與油氣保存

地表出露地層與油氣保存條件的關系十分密切，一般來說，地表出露中三疊統及以上地層，為地層出露較新的區域，則說明上古生界及以下地層的保存條件較好。若地表出露志留系-奧陶系及以下地層，說明地層已經受到嚴重的剝蝕，保存條件可能已經被破壞[9]，不利于油氣勘探與開發。川西南地層出露情況表明(圖5)，川西南盆緣出露了大規模不連續的古生界以及前寒武系地層[11]，如峨眉-瓦屋山構造區域，出露了大規模的寒武系、奧陶系地層，以及少部分震旦系基底地層，說明該區蓋層遭受到了嚴重的剝蝕以及推覆、擠壓與隆升，保存條件較差。盆地內部以新生界和中生界地層居多，如大興場構造區地表出露侏羅系以上地層，盆地內部地層剝蝕及構造作用弱，相比盆地外緣地層出露新，保存條件較好。總體來看，川西南地表出露地層由盆外到盆內由老變新，保存條件依次變好。

圖5 川西南地層出露情況

2.4 蓋層與油氣保存

良好的區域蓋層決定油氣的保存程度[6]，即蓋層厚度越大，油氣保存封閉性就越好。研究區有效區域蓋層主要是須家河組底部的泥質巖、中下三疊統膏鹽巖和下寒武統泥質巖，這三套蓋層發育廣、厚度大、封蓋性好[14]。川西南盆地內部區域蓋層較為完整、厚度大、封閉性好，油氣保存條件好，如盆內大興場構造區；然而，盆地外緣受強烈的構造活動影響，蓋層剝蝕嚴重，厚度小，特別是盆緣造山帶伴有通天斷裂，油氣保存條件差，如龍門山前構造帶及峨眉-瓦屋山構造，地表出露大量前震旦基底地層，形成剝蝕天窗，油氣絕大部分散失。整體來看，川西南蓋層條件由盆外造山帶至盆內構造穩定區逐漸變好。

2.5 壓力系數與油氣保存

壓力系數是判別地層流體壓力的一個指標，一般來講，超高壓(壓力系數大于1.20～1.50)的情況下，流體封閉性及保存條件較好；低壓或常壓(小于1.10)下，地層封堵性差，油氣保存條件差[15-16]。測試資料顯示，窩深1井寒武系地層壓力系數為0.90，為低壓區，說明大窩頂構造區及周邊區域蓋層遭到破壞，不能形成有效封堵，油氣保存條件差，局部區域油氣可能會散失；宮深1井在寒武系地層壓力系數為1.15，為正常壓力系統，油氣的保存條件相對好一些，封蓋保存能力一般。整體來說，川西南盆地周緣寒武系-震旦系地層壓力被低壓-常壓區覆蓋，壓力封堵性能整體表現為盆緣差、盆內好。

3 油氣保存條件評價

3.1 評價指標

根據上述對川西南復雜構造區震旦系-寒武系油氣保存條件的分析，結合前人研究成果，建立川西南油氣保存條件評價指標(表3)。

表3 川西南油氣保存條件評價指標

3.2 評價結果

川西南地區盆內地層出露較新，蓋層條件好，斷裂不發育，是油氣勘探的重點區域；其中，大興場、威遠區域深層發育碳酸鹽巖構造層，斷裂少，出露地層較新，多為三疊系以上地層，且地層水礦化度高、水型為CaCl2，為油氣保存有利區；油氣保存一般區多位于峨眉-瓦屋山構造體系東南部，多在盆地邊緣，該地區出露二疊系-泥盆系地層，構造變形適中，發育一些小規模斷層，且地層水礦化度較高，水型常見MgCl2、Na2SO4，具有一定的勘探潛力；油氣保存不利區多位于盆地外造山帶，如周公山、漢王場構造，出露地層以志留系、寒武系及奧陶系為主，構造活動頻繁，斷裂分布密集并伴有通天大斷裂，且周公1井、漢深1井震旦系產淡水，油氣保存條件差；老龍壩構造區壓力系數偏低，出現局部低壓，蓋層封堵性能差，油氣保存條件遭到破壞，不利于油氣勘探。

圖6 川西南油氣保存條件結果劃分

4 結論

(1)通過分析川西南地區震旦系-寒武系構造作用強度、出露地層及蓋層，結合地層水化學性質、壓力系數等，建立川西南地區油氣保存條件評價體系，并將研究區劃分為油氣保存有利區、一般區、不利區三類。

(2)川西南地區經歷了多次構造隆升，盆緣造山帶大規模出露基底，風化剝蝕嚴重，震旦系-寒武系受到地表水的沖洗，地層水水型多為NaHCO3、Na2SO4，油氣散逸通道被打開，對油氣的保存造成強烈破壞。

(3)川西南地區經歷了較為復雜的構造變形，構造的復雜性和斷層的活動性決定了油氣成藏的復雜性，盆緣造山帶構造變形強烈，深大斷裂發育，對油氣保存條件影響大；盆內受構造活動影響較小，不發育深大斷裂或距離深大斷裂較遠，對油氣保存條件影響較小。整體上看，油氣保存條件由盆外至盆內逐漸變好。