0 引言
四川盆地侏罗系是近期非常规油气勘探的重要领域，主要包括中侏罗统沙溪庙组致密砂岩气和中下侏罗统自流井组—凉高山组页岩油。其中致密砂岩气藏以沙溪庙组为主，目前以致密气效益勘探开发为核心，已经发现并建成孝泉—新场、金秋、白马庙、五宝场、八角场、中江等多个大中型气田［1-3］。核心建产区现阶段主要围绕须家河组生烃中心所在的川西坳陷以及前陆坳陷中逆断层发育区，勘探范围有待进一步扩展。断层是沙溪庙组致密气成藏的重要控制因素之一，前人基于勘探实践对川西坳陷地区致密砂岩油气富集规律进行分析，已经提出断层系统在断砂配置、天然气运移方面具有重要控制作用［4-7］。因此明确侏罗系断层发育特征，是明确成藏有利区带及拓展油气勘探范围的重要基础研究。
四川盆地中浅层的断层研究现阶段并不充分，从而制约了对成藏模式和有利勘探方向的认识。前人对盆地断层的研究主要集中于盆缘冲断带逆冲断层和盆地走滑断层。一方面通过大量研究刻画了受冲断带控制的逆断层，其自古生界或三叠系区域性滑脱层（嘉陵江组膏盐岩）等开始发育并上穿至浅层地层乃至地表，并在川西、川北地区广泛发育，如龙门山冲断带控制的逆冲断层与褶皱构造［8-11］和大巴山冲断带控制的逆断层［12-15］。另一方面近期新发现在四川盆地内部发育走滑断层，但就目前研究认识，其不主要发育在中浅层地层［16-18］。而对于侏罗系内发育的断层的研究，主要与须家河组和沙溪庙组的油气勘探和开发相关，集中于川西坳陷和川中低隆区的主要建产区，如对金秋、中江等重点区块断层刻画较为充分；但对断层的分组和成因研究仍不足，重点认识了与周缘冲断带相关的规模逆断层，而对其他方向断层并未有充分认识。并且前人研究鲜有提及四川盆地浅层（印支期以来）发育有正断层或张性构造，仅孟立丰等［19］在会议论文摘要中提及元坝地区中西部有侏罗系正断层发育，但在盆地范围内并没有刻画与分析。针对盆地内浅层断层研究相对薄弱的问题，需要针对重点层系进行断层组合的解剖，通过大量地震资料明确其特征及展布范围，结合已钻井地球化学资料进一步落实其对油气成藏的控制作用。
因此，本文研究基于大量二、三维地震资料解释以及三维相干体切片技术，新发现在川中北部地区侏罗系内广泛发育了一套正断层，并确定了其特征、展布范围，对比盆地内不同构造区提出盆地范围内侏罗系断层组合具有明显差异性分布，结合已钻井地球化学资料认为断层发育的差异控制了不同区块的成藏模式，并结合油气地质条件提出了沙溪庙组致密气的有利勘探方向。
1 研究区概况
四川盆地被围限在华北、扬子和羌塘三大陆块的拼贴构造之间，构造演化受到周缘冲断带演化的控制。对于本文研究所涉及的川中北部地区侏罗系研究，时间上主要介于晚三叠世的印支期构造运动与侏罗纪晚期—白垩纪早期的早燕山期构造运动之间。空间上西侧为龙门山冲断带及川西前陆坳陷、北侧受大巴山冲断带的控制（图1）。西侧的龙门山由于晚三叠世华北板块、华南板块和羌塘板块的聚合碰撞，古特提斯松潘洋和秦岭洋关闭，致使其自北西向南东逆冲推覆。新生代以来受印度板块和欧亚板块的持续碰撞影响，龙门山褶皱冲断带作为青藏高原东缘的边界，再次复活和发生剧烈的隆升，造成四川盆地西缘逆冲推覆构造以及川西坳陷的形成［20-22］。前人对于北侧大巴山变形时间的研究存在燕山期—新生代2期变形和印支期—燕山期—新生代3期变形2种认识，主要受印支期秦岭洋闭合、燕山期陆内造山和新生代青藏高原向东扩展三方面构造演化控制［23-25］。燕山期陆内造山和大巴山新生代的快速隆升是造成川北地区浅层地层变形的主要构造期次，形成了自北向南前展式的逆冲构造的发育。
川中北部地区侏罗系以陆相沉积为主，主要包括河流相和湖泊相沉积，岩性组成包括砂岩、粉砂岩、页岩和泥岩（图2），陆源冲积扇及砾岩岩性则分布于盆地北缘。其中中侏罗统沙溪庙组为一套巨厚的泥岩夹河道砂体，为重要的储层段，发育河流—三角洲—湖泊沉积体系，河道砂体广泛发育，多期砂体叠置发育，储层物质基础好。中下侏罗统是烃源岩发育的层段，包括凉高山组、自流井组（包括大安寨段、东岳庙段），其本身也是页岩油气的重要勘探领域，其中凉高山组为三角洲—湖相沉积，富有机质页岩与三角洲前缘或浊流中薄层砂岩组合，东岳庙段与大安寨段为介壳滩—湖相沉积，半深湖富有机质页岩与浅湖薄层介壳灰岩组合。
2 正断层特征及展布
2.1 正断层特征
2.1.1 剖面特征
川中北部龙岗地区侏罗系内部正断层发育特征典型，三维地震工区资料清晰，本文研究以其为主要研究区进行断层特征剖析。如图3、图4所示，龙岗地区以侏罗系底界为界，侏罗系内部断层发育特征与中上三叠统内断层发育具有明显的差异。中下三叠统内主要发育了受大巴山方向挤压和嘉陵江组—雷口坡组膏盐岩滑脱层控制的逆断层，基本不上穿至侏罗系。侏罗系自流井组底界以上地层发育密集的正断层。该组断层以单条或者2条对倾的断层为主要特征，断层正断距清晰（图4），但断距较小，部分可见Y字型特征，未观察到明显的正/负花状构造。断层倾角基于地震剖面进行计算（测量剖面中水平方向距离、基于时间厚度和地层速度计算纵向距离）约为45°~60°，并且在平面展布上以断续的多条小断层组成（图5），未见连续且延伸较长的主断层带以及明显的伴生雁裂结构。断层贯穿地层主要为下侏罗统自流井组至上侏罗统遂宁组底界以下，部分向上贯穿遂宁组底界，受浅层地震成像质量限制断层是否延伸至蓬莱镇组及以上地层较难判断。断层少量切入下伏三叠系须家河组，但整体上在三叠系内并不明显发育。
图3 龙岗地区SE向三维测线断层解释结果Fig.3 Interpretation result of SE direction 3D seismic section in Longgang area |
图4 龙岗地区NE向三维测线断层解释结果Fig.4 Interpretation result of NE direction 3D seismic section in Longgang area |
2.1.2 平面特征
本文研究利用顺层相干体切片分析技术来确定正断层的平面展布特征。三维相干体技术是常用的断层检测方法，反映受构造影响而产生断层导致的原本连续的地层地震信号发生错断的现象，从而识别三维地震工区内的断层以详细分析其展布特征［16，27-29］。本文在完成龙岗三维地震沙溪庙组沙二2亚段底界层位解释基础上，在层位上下固定时窗范围内进行相干体计算并提取顺层切片，结果如图5所示（工区位置见图1）。相干体切片结果显示，区块内正断层以NEE向为主，其次发育NNE向和NW向断层，区域西部唯一NW向大断层为受嘉陵江组膏盐滑脱层控制的逆断层。正断层由多条不连续的小断层组成，单条断层延伸长度较短，长度范围约为1.7~4.4 km，且延伸相对弯曲，符合正断层平面特征。断层之间多以软连接为主，即断层间没有直接延伸相交［30］，而是端点间发育小断层，或在相干体切片结果显示断层间存在相对破碎带。
尽管切片显示正断层具有不同的延伸方向，但其NEE方向与NNE方向2组断层在剖面特征上比较一致。如图5所示，其中F1—F5为同一地震测线上的5条断层，其中F1、F2、F5为NNE走向断层，F3和F4为NEE向断层。在放大后的地震剖面中可见其断层倾角基本一致，正断距大小接近，贯穿地层均主要为中下侏罗统。从断层剖面特征上难以区分2组断层在特征和期次上的差异。平面上组断层延伸均较短，分布区域没有明显差异，呈现间隔发育特征，NEE向断层发育较为密集，NNE向断层数量较少且发育间距相对较远，因此认为NEE向断层为该组断层的主要方向。考虑到简单伸展作用形成的正断层一般是没有严格的方向性的（可以是多方向的断层发育），但龙岗地区正断层具有较为一致的走向，因此推测在该组正断层形成时可能具有斜向拉伸的应力背景。
龙岗地区以NEE向为主的侏罗系正断层［图6（a）］，三维区东南部地震质量较差导致相干体结果不清晰，未进行断层的矢量化］，与下伏地层中的断层方向具有明显差异。区域内下伏三叠系须家河组中断层主要为NW向逆断层［31-32］，其形成主要受大巴山逆冲推覆以及中下三叠统滑脱层控制。如图6（b）［33］所示，龙岗地区雷口坡组顶界（即须家河组底界）断层方向主要为NWW向，断层延伸长且均为逆断层，断层走向与性质与盆地北缘大巴山构造带形成的逆冲推覆构造相吻合。侏罗系和须家河组断层展布方向及性质的明显差异，一方面验证了图3中侏罗系底界上下断层特征不同、分属不同体系的认识；另一方面也反映侏罗系断层形成的机制与须家河组断层完全不同，并不是以往所认为的受大巴山或龙门山逆冲挤压的结果。
2.2 正断层展布范围
3 断层差异性展布及成藏模式
以上地震资料解释结果显示侏罗系正断层在川中北部地区广泛发育，但从盆地范围而言正断层并不全部发育，川西坳陷、川中低隆起地区、川中北部等地区受构造位置、滑脱层等因素控制断层组合具有明显差异，并与已经发现的侏罗系沙溪庙组致密气成藏模式具有较好的匹配性。
川西坳陷及川中低隆起地区是前期碎屑岩油气勘探以及现今致密气勘探的主要领域，已经发现了多个气田，前人大量研究深入探讨了这些地区断层特征展布特征及其控油气作用。其中川西坳陷主要发育大量逆冲断层（图9），断层走向以NE向及NNE向为主，主要受到了龙门山冲断带演化的控制［2-3，26，34-38］。逆断层主要发育自三叠系滑脱层，如川西南部大兴场构造等；部分来自更深地层，如周公山—汉王场构造等。逆断层能沟通三叠系须家河组优质烃源岩及侏罗系沙溪庙组，是有利的通源断层。川西地区沙溪庙组天然气地球化学特征也显示须家河组烃源岩是主要的气源。川西沙溪庙组天然气甲烷含量为91.6%~97.34%，乙烷含量为2.04%~5.75%，丙烷含量为0.27%~1.34%，总体上表现出重烃含量相对较低的特点，具有干气的特征；碳同位素以甲烷和乙烷碳同位素组成均较重为特征，反映了川西地区烃源岩热演化程度高的特点，其甲烷碳同位素组成变化范围相对较大分布在-38.48‰~-28.5‰之间；乙烷碳同位素值均高于-27‰，为典型的煤型气特征［39］。
川中低隆起地区则发育逆断层和侏罗系内部正断层（图9）。近期研究［26，38］认为该区域来自下伏三叠系的逆冲断层仅少量发育，且向上延伸较短，与川中低隆起地区逆冲变形较小有关。侏罗系内部正断层特征则与龙岗、公山庙等地区类似，向下延伸至中下侏罗统但不切入须家河组，向上多终止于侏罗系内部（前人研究尚未系统认识正断层体系，仅定义为次级断层），具有形成烃源断层的条件。此地区沙溪庙组气源较为复杂，据前人统计金秋气田天然组分及成因数据［26］，多数井位天然气均表现出煤型气特征，并且所伴生凝析油碳同位素值、轻烃分布特征与须家河组凝析油特征相近，其主要来源于须家河组烃源岩，油气通过发育自三叠系的逆冲断层向上运移至沙溪庙组砂体。另有部分井位呈现混源特征，如QL10井、J62-1井、J71H沙二段等。其中QL10 井天然气组分碳同位素值与碳数倒数呈非线性相关关系，表现出混合气的特征，其伴生凝析油轻烃化合物组分反映天然气母质类型偏腐泥型，为中下侏罗统大安寨段或凉高山组烃源岩输入［26］。考虑到在局部范围内烃源条件变化一般较小，该地区混源的天然气特征从2个方面反映了正断层对成藏模式的影响。一是该地区多数井位气源来自须家河组，而非中下侏罗统，反映中下侏罗统天然气垂向运移需要断层的疏导，中下侏罗统烃源与沙溪庙组的直接接触无法实现天然气大面积的垂向运移；二是正断层的发育能够使中下侏罗统生成的油气向上运移至沙溪庙组砂体，从而使部分井位天然气呈现混源的特征。
川中北部地区则如前文地震资料及分析所展示，逆断层相对不发育，在龙岗等地区逆断层并不上穿至侏罗系。侏罗系内部正断层则发育数量多、密度大。川中北部地区沙溪庙组天然气均属于干酪根降解气，天然气成熟度在1.0%左右，该区下侏罗统烃源岩镜质体反射率在1.1%左右；其甲烷含量低、具有湿气特征，天然气乙烷碳同位素值明显低于川西地区，且均低于-29‰，具典型的油型气特征［40］，显示其天然气主要来源为中下侏罗统烃源。三叠系逆断层不发育且须家河组各段烃源岩在川中北部厚度较小，导致须家河组无法为沙溪庙组供烃。而正断层成为成藏主控因素，沟通中下侏罗统烃源岩与沙溪庙组砂体，使其成为天然气主要来源。
4 有利勘探方向
4.1 龙岗地区中下侏罗统烃源岩发育
川中北部—川北地区是中下侏罗统优质烃源岩的发育区，主要包括自流井组和凉高山组，其中自流井组发育黑色页岩、介壳灰岩，有机质丰富。中下侏罗统烃源岩在川中北部地区烃源岩厚度较大，约为100~140 m，川西及川南地区厚度多小于20 m。中下侏罗统烃源岩在川中、川东地区TOC值为1%~2%，有机质丰度相对较高，川西地区则为0.2%~0.6%，川南地区为0.2%~0.4%。干酪根碳同位素值50%分布在-25.5‰~-22.5‰之间，50%分布在-28‰~-25.5‰之间；腐泥组组分含量很高，大部分达50%以上，最高达79%。中下侏罗统烃源岩整体已达成熟—高成熟，达到大量生烃阶段，R O值为0.6%~1.6%，其中川中北部地区热演化程度最高，R O值最大可达1.6%，其次为川东地区［39-41］。现有勘探结果及地球化学分析也表明沙溪庙组天然气在川中北部—川北地区主要来自于侏罗系湖相烃源岩［34-35，40］。其中龙岗地区中下侏罗统烃源岩厚度约为120~140 m，有机碳含量为1.2%~1.8%，镜质体反射率为1.1%~1.3%，具有较好生烃潜力。
4.2 正断层作为通源断层大量发育
龙岗地区具有较好的烃源条件，但中下侏罗统内部以及上、下沙溪庙组内部发育多层泥岩使得油气垂向扩散较为困难，需要断层沟通烃源。根据图3—图5地震剖面及沙二2亚段底界顺层相干体切片，龙岗地区侏罗系正断层能够沟通有利储层与下伏侏罗系内部烃源岩层，形成油气运移通道，且不切穿至地表破坏。前人通过示踪法也落实了烃源断层是沙溪庙组油气的运移通道［42-43］。成都凹陷马井地区沙溪庙组气藏特征显示该类正断层具有沟通烃源并控制成藏的作用［42］。因此在川中北部侏罗系正断层和中下侏罗统优质烃源岩的发育叠合区（图1），可以形成“中下侏罗统生烃—正断层沟通烃源—沙溪庙组砂体保存”的成藏模式（图10），从而将沙溪庙组致密气的勘探范围由川中—川西地区向川中北部地区扩展。
4.3 沙一段多期河道砂体叠加发育
龙岗地区沙一段发育多期河道，局部多期河道叠加发育，能够形成良好的储集体。四川盆地内沙溪庙组总体呈东北厚、西南薄的特征，川中北部沙一段、沙二段厚度相对较大。沙溪庙组盆地尺度河道砂体广泛分布，砂体单层厚度分布在5~50 m不等，单井钻遇大于10 m厚层砂2~9套。对于龙岗地区，沙溪庙组沙一段从沙一段底部向上200 m范围内，共发育5期河道，河道砂体横向展布变化频繁。河道砂体在中部较为发育，连通性较好；河道砂体在北西部发育程度中等，连通性中等；河道砂体在南东部发育程度较差，连通性较差。其中在龙岗中部地区，1~5期河道均有发育，上下叠置，是多期河道叠加继承性发育的主河道发育区［44］。
另外，以往研究强调断层发育有助于改善储集层物性，断层作用产生的裂缝有利于提高储集层渗透性，尤其对于本身较为致密的沙溪庙组优质储层分布具有控制作用。除此以外，该组断层在平面上呈现出由多条小断层组成的断层带，断层之间多为软连接，并未完全连通在一起，而是发育小断层或不发育断层。断层的端点一般为应力集中区，由于两条断层端点间应力集中，故裂缝等可能更为发育。四川盆地侏罗纪晚期之后经历了燕山期和新生代的强烈变形，先存断层的端点附近容易再次集中应力并产生裂缝，使得小断层之间地区储层裂缝更为发育。
4.4 沙一段油气显示丰富
龙岗地区以二叠系长兴组—三叠系飞仙关组为目的层已部署大批井位，其中数口井在中下侏罗统见油气显示，油气显示主要集中于沙溪庙组、凉上段、大安寨段以及珍珠冲段。本文研究对收集的55口已钻井资料的沙溪庙组油气显示进行复查［图5（b）］，部分井在龙岗三维地震工区以外（未全部显示），其中31口井沙二段见油气显示，主要为气测异常、井漏，1口井见气侵。46口井沙一段见油气显示，主要为油气侵、气测异常、井漏，其中14口井见气侵、油气侵，部分井过程中放喷点火火焰最高达5~6 m。可见龙岗地区沙一段砂体成藏潜力好，在进一步明确烃源断层和河道砂储集体展布的情况下，具有较好的勘探潜力。
5 讨论
本文研究利用地震资料对前人缺乏研究的侏罗系正断层进行了刻画，对于其成因机制推测有2种可能性。一种可能的机制是其形成于燕山期盆地周缘强烈挤压后的构造弱拉张背景。该套断层的正断距反映其形成于拉张环境，而断层贯穿的地层显示其至少形成于侏罗纪晚期及之后。前人研究对四川盆地侏罗纪之后的构造演化主要认识到了燕山期和喜马拉雅期的构造挤压，体现为盆地周缘冲断带的隆升发育，并未描绘到盆地内存在构造拉张事件。但在冲断带和前陆盆地演化过程中，强烈冲断作用挤压后存在松弛的弱拉张阶段，从而可能形成正断层。另一种可能的机制则是与四川盆地的盆内走滑变形相关。正断层的线性排布显示其可能形成于带有剪切性质的张扭环境，而近东西向的走向则与已经发现的中深层的走滑断层保持了高度的一致性。已有研究发现川中地区震旦系—二叠系走滑断层为近EW向［16-18］，嘉陵江组—雷口坡组滑脱层盐上、盐间以及盐下断层方向同样为近EW向［45］。盆地地层结构中侏罗系、三叠系、震旦系—二叠系不同深度地层近EW向断层的一致性，可能反映其为晚期盆地剪切变形过程中形成的统一断层系统，在盆地浅、中、深层中均有发育。否则在不同期次构造运动过程中（四川盆地海西期、印支期、燕山期盆地格局、变形动力学机制及方向差异巨大），难以形成相同方向的断层。
因此我们认为侏罗系的正断层可能并不是纯拉张条件下形成的正断层，而是具有一定剪切环境下的张扭性断层，其来源于盆地晚期的剪切变形。苏楠等［17］根据断层贯穿地层、走滑断层与倾斜地层的几何关系等认为盆地内走滑断层为晚期形成。结合前人［30］研究利用盐水包裹体均一温度对川中地区沙二段成藏过程的分析，其认为沙二段砂岩存在2期油气充注，一期为白垩纪中晚期（约88~68 Ma）；另一期为上新统明化镇组沉积末期（约47~38 Ma）。断层疏导是沙溪庙组油气运聚的主要控制因素，相对于主要控制川中地区沙溪庙组油气充注的三叠系逆断层，侏罗系正断层发育较晚，其形成与活动造成油气的调整运聚。对应的形成时间为上新世，即为喜马拉雅期的构造过程所致。
6 结论
（1）针对四川盆地侏罗系断层系统研究不充分的问题，本文研究新发现川中北部地区侏罗系内发育一套以NEE走向为主的正断层，方向和几何特征与周缘冲断带控制的逆冲断层和下伏三叠系中断层具有明显差异。正断层在川中北部地区具有广泛的发育，展布特征和几何特征显示其可能形成于张扭性的应力背景。
（2）侏罗系断层的组合形式在盆地范围内不同构造位置具有明显差异，并与已知的沙溪庙组成藏模式具有良好的匹配性。其中川西地区主要发育自下伏地层的规模逆断层，沙溪庙组气源为须家河组；川中低隆起区发育规模逆断层及正断层均发育，呈现中下侏罗统与须家河组混源特征；川中北部地区逆断层不发育，正断层发育密度大，中下侏罗统烃源岩为主要气源。
（3）正断层的发现进一步明确了不同区域沙溪庙组的成藏主控因素，其在川中北部地区可以形成“中下侏罗统供烃、正断层沟通”的成藏新模式。其中龙岗地区烃源条件好、正断层发育、多期河道叠加、沙一段油气显示频繁，靠近正断层的河道叠加发育区是沙溪庙组致密气的有利勘探方向。
甘公网安备 62010202000678号
