1. 引言
具有成生联系的一系列构造要素组合,称之为构造体系 [1] 。油气藏的分布受不同级次、不同期次的构造系控制,研究构造体系有重要意义。但构造体系的研究通常针对较大级别的构造进行 [1] 。由于资料范围限制,油气勘探往往注重构造格局、甚至局部构造的研究,构造体系分析往往难以进行。其次,油气成藏多与早期构造——即古构造有关。如川西坳陷晚三叠统须家河组2段气藏(T3x2,简称须2段),该气藏为:“早期聚集,晚期活化” [2] [3] 。但古构造的研究,各种方法多有局限 [4] 。盆地经过多期次的叠加,早期构造、特别是构造幅度较小的古构造,有可能被后期构造淹没。实践表明:一般精度的构造图,无论是古构造、还是现今构造,低幅度的构造体系都难以表现,从而缺乏深入的研究。
研究表明:采用低角度逆光照射、三维可视化方法,可精细描述多期次、多方向的低幅度构造体系;依据构造形迹相互关系,结合区域构造动力,可描述构造期次;对于资料面积有限的区块,可用浅层构造与深层构造相对比,以此分析不同方向的构造期次;对形态复杂的碳酸盐岩剥蚀面,低角度逆光照射三维可视化具有较好预测效果。四川盆地为典型的多期次、多方向叠加盆地 [5] [6] [7] 。研究即以四川盆地为例。新发现的须2段印支期弧形构造体系,与油气高产井吻合较好;描述的下二叠统(阳新统)冲沟与断层的关系,也与工业气井分布吻合。
2. 低角度逆光照射三维可视化在川西坳陷的应用
2.1. 川西坳陷基本地质概况
川西坳陷位于四川盆地西部,为中新生代盆地 [3] [5] ;呈北东向展布(图1)。西邻龙门山造山带,北接秦岭东西向构造带,南抵康滇南北向构造带,东连川中隆起。盆地在不同时期、不同方向上叠加 [6] [7] ,与两个造山带关系密切:当龙门山强烈活动时,川西坳陷为龙门山推覆带的(类)前陆盆地;当秦岭及其南缘的大巴山强烈活动时,川西坳陷又表现为大巴山逆冲推覆的类前陆盆地。喜山期,南缘川滇构造带控制川西坳陷沉积和构造演化。
晚三叠世以后,川西坳陷盆地经历印支(晚三叠须家河组沉积期T3x)、燕山期(J-K)、喜山期(E-Q)三大构造运动旋回 [3] [5] (图1):
1) 印支期。盆地受控于龙门山造山带的逆冲推覆活动。龙门山北段与碧口地块碰撞,秦岭海关闭,龙门山由北向南大幅隆起(图1)。产生的应力场主要为西北向东南挤压。
2) 燕山期(J-K):龙门山在燕山期相对平静;秦岭造山带强烈向南逆冲挤压。川西坳陷总体上处于南北向挤压的构造背景 [3] [8] (图1)。
3) 喜马拉雅期(E-Q):晚白垩世初,龙门山南段开始活跃,在其前缘形成新的前渊。川西坳陷处于近东西向的挤压背景下 [3] [5] [8] (图1),由此形成北东、或者近南北向构造,主要的构造如龙泉山断褶带。
综上所述,川西坳陷处于多期次、多方向的构造动力背景。但应力方向总体是:印支期–燕山期,为由北向南挤压;喜山期为由西向东挤压(图1)。
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Figure 1. The structure outline and direction of structural dynamic sketch in western Sichuan depression (quoted from Zhiwu Li [8] ; derection of tectonic stress field mended by Keming Yang [3] 、Chuanbo Shen [7] 、Zhiwu Li [8] etc.)
图1. 川西坳陷构造纲要及各期构造动力方向示意图(转引自李智武 [8] ;构造应力场方向依据杨克明 [3] 、沈传波 [7] 、李智武 [8] 等修改)
2.2. 川西坳陷构造体系特征
川西坳陷中部,发育一个大型构造:孝泉-新场-合兴场构造带(简称;孝新合构造带) (图1和图2)。中三叠统须2段为主力气藏,对该构造和断层都有详细描述 [3] [8] 。但对构造之间的联系缺乏分析,很多低幅度构造未能发现。采用低角度逆光照射三维可视化,可清晰表述川西坳陷构造体系(图2和图3)。川西坳陷须2段发育4~5个方向的构造体系:
1) 近东西走向弧形构造体系。该构造体系由5个以上的弧形构造构成,弧形构造的走向基本一致、基本平行。依据弧形构造上钻井的位置分布,由北向南分别命名为:
①梓潼弧;②851弧(其上851井,工业气藏发现井);③100弧(其上100井,第一口工业气藏发现井);④137弧(其上137井,工业气井);⑤566弧(其上566井,低产稳产工业井)。
851弧位于孝新合构造带上。除851弧构造幅度较大,其余弧形构造幅度较小,这些较小的弧形构造在以往都未能发现。
2) NE走向线性构造体系。
有5-6条之多,构造与安县山前推覆带完全平行,是安县运动形成的一个构造体系。
3) NNE-近SN向密集小断层弧形带。逆光由西北低角度照射,局部放大(图3)。这个构造体系构造
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Figure 2. The botton structure of second section of Xu and distribution of industrial gas well in western Sichuan depression (north light source)
图2. 川西坳陷须家河组2段(T3x2)底构造及工业气井分布图(正北逆光)
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Figure 3. The botton structure of second section of Xu and distribution of dry well and water well in western Sichuan depression (northwest light source)
图3. 川西坳陷须家河组二段(T3x2)底构造及干井–水井分布图(西北逆光)
幅度非常小、且非常密集,仅三维可视化才能表现。这个构造体系走向与鸭子河构造、彭县断层平行(图2)。因此,与鸭子河构造、彭县断层同属一个构造体系。
龙泉山断褶带是喜山期形成的大型构造带 [3] [5] ,这里不详细论证。
4) 近NS向龙泉山断褶带。这条端是一条向西凸起的大型弧形构造带 [3] [5] 。
2.3. 川西坳陷构造体系期次确定
采用如下三种方式,可以准确的确定上述三个方向的构造体系的期次。
1) 层拉平
拉平对应的某一个层位,就是对应的某一期构造运动之前的古构造。该方法是地震解释常规手段,这里简述层拉平结果:
拉平须家河组3段顶(T3x3),对应安县运动 [3] 。须2段内,近EW走向的5条弧形构造、NE向多条线性构造,均已存在。分别拉平须家河组顶、侏罗系蓬莱镇组底。近EW走向的5条弧形构造、NE向多条线性构造同样存在,构造幅度略有增加。喜山期,即为现今构造。鸭子河构造大幅度隆起 [3] [5] ,形成NE-NNE走向的构造,叠加、并改造孝新合构造带(图3)。由此表明:须2段近EW走向5条弧形构造、NE向多条线性构造为印支期–燕山期的古构造。
2) 依据区域构造动力方向确认构造体系期次
盆地边缘的造山带在隆起,其动力向盆地内传递,在盆地内形成平行构造推覆带的构造形迹(图1、图2、图3):
近EW走向弧形构造体系。其走向和秦岭海东西走向一致 [7] 。因此,这个弧形构造体系是秦岭海关闭时期,也即印支期早期形成。NE向多条线性构造体系。与安县山前推覆带平行,为印支期中期--安县运动过程中形成。NNE向密集小断层弧形构造带。构造走向与鸭子河构造平行(图2),而鸭子河构造主要形成期是喜山期 [3] [5] 。NNE向密集小断层弧形构造带为喜山期产物。
3) 构造的相互限制和切割关系确认构造体系期次
依据地质力学原理:被限制的构造晚,被切割的构造早。如图2、图3所示:
NE走向的线性构造:均终止在EW走向的弧形构造带上,表明NE走向的线性构造被EW走向的弧形构造带限制。因此,EW走向的弧形构造带体系早于NE走向的线性构造;NNE密集小断层带:近EW走向弧形构造体系,以及NE走向的线性构造,均被它切割。因此,NNE密集小断层带是最晚的一期构造运动。
综上所述:孝新合构造带,以及4条近EW走向的弧形构造,属同一个构造体系;NE走向的线性构造属一个构造体系;都是印支期形成,燕山期继承性发展,喜山期定型。
2.4. 构造体系与油气富集带关系研究
须2段气藏与早期古构造有关 [2] [3] ,以此论述须2段气藏工业气井(图2)、干井-水井的分布(图3),有较好规律:
1) 印支期–燕山期构造与喜山期断层带的交汇点,即为须2段气藏富集带(图2)。如图2所示:851高产井是印支期弧形构造与喜山期密集断层带的交汇点;工业气井100井、137井,是印支期弧形构造与喜山期龙泉山断褶带的交汇点。
2) 古构造低部位是油气富集不利区(图3)。如图3所示,两口水井-560、565位于印支期弧形构造的向斜内;干井,如GM3、GM4,位于印支期弧形构造的向斜内。
3) 喜山期构造是无效圈闭,典型的是孝泉构造(图3)。如图3所示,孝泉构造为一个NNE走向的弧形构造,属喜山期构造体系。93井、12、13是依据构造高部位、结合裂缝预测,近几年部署的钻井,仍然是干井。
川西坳陷有大量针对须2段气藏的钻井,依据以上述思路分析,基本上都能吻合。详细成果将另文叙述。
3. 低角度逆光照射三维可视化在川南地区的应用
震旦系灯影组–下古生界,简称为“下组合”。海相下组合层系经历的构造运动较多 [6] ,形成的构造体系更为复杂。研究以川南地区一块较小的三维资料为例。该区靠近川中古隆起,构造动力弱,构造幅度小、断层断距小。采用低角度逆光照射、不同层系之间对比,可识别低幅度构造体系相互关系(图4)。如图4所示:
1) 侏罗系底构造:其上的构造,只能为燕山期–喜山期构造运动产物(图4(a))。形成的构造形迹方向为NEE、NNW两个方向。
2) 上二叠统底的构造:为海西期以来的构造运动产物(图4(b))。燕山期–喜山期形成的是NEE、NNW两个方向的构造(图4(a));上二叠统底还发育NW方向的构造,而在侏罗系底构造上并无NW方向构造。因此:NW方向的构造就是东吴期的古构造(因川中古隆起阻挡,印支期龙门山对川南影响小)。
3) 寒武系底构造:为加里东以后的构造产物(图4(c))。与上二叠统底构造对比,除有NEE、NNW、NW方向的构造,还发育有NNE方向构造。NNE方向这一方向的构造只存在寒武系底,所以这一方向的构造是加里东期构造。
(a)
(b)
(c)
Figure 4. The comparison of tectonic system in southern Sichuan basin. (a) Jurassic botton; (b) Upper Permian botton; (c) Cambrian botton
图4. 川南某区构造体系对比图。(a)侏罗系底;(b)上二叠统底;(c)寒武系底
4) 构造的继承性:主要表现在深部构造(寒武系底)构造幅度相对较大,浅层(侏罗系)构造幅度相对较小。
上述构造体系的研究对油气勘探有重要意义。震旦系–下寒武统龙王庙组气藏主控因素为 [9] :古隆起高部位;近源的古今构造叠合区。下二叠统(阳新统)气藏主控因素为:东吴期沿着裂缝和层面的暴露岩溶作用,形成的缝洞型气藏。这两个气藏均与古构造、古断层有关。
4. 低角度逆光照射用于碳酸盐岩剥蚀面描述
碳酸盐岩剥蚀面上发育大量冲沟–残丘。冲沟–残丘也可视为小幅度的构造,但形态复杂。采用低角度逆光照射方式较为有效(图5)。研究区位于川南,该区也发育多方向的构造体系。构造体系的期次采用前述方法确定。该区已经发现下二叠统(阳新统)气藏:WY61和WY1井测试产气。图5是该区下叠统顶构造图:
1) 发育大量落水洞,以北部的落水洞规模最大;
2) 发育大量冲沟。其中一条冲沟规模较大,由西北向东南发展,西北角较窄、东南变宽,表明这条冲沟的水流是由西北向东南流动。两口工业气井均位于冲沟附近,表明冲沟是下二叠统储层的主控因素。其次,冲沟基本上沿着东吴期断层发育,表明东吴期断层是冲沟形成的主控因素。
这一预测成果有助于下二叠统的油气勘探和开发。
研究表明:只要是低幅度的构造体系,都可以用低角度逆光照射来突出显示。如有需要,可增加相干、曲率等地震属性参数融合显示。有些岩性组合形成的构造非常复杂,如膏岩–白云岩互层,因两种岩性的强度差异非常大,在白云岩地体周围,膏岩很容易形成明显的揉皱带。这样的揉皱带用低角度逆光照射描述,具有非常好的效果。在雷口坡组储层预测中 [10] ,预测的膏岩揉皱带、以及白云岩发育带,均得到钻井证实。
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Figure 5. The top construction of lower Permian in southern Sichuan basin
图5. 川南某区下二叠统顶(阳新统顶)构造图
5. 结束语
1) 低角度逆光照射三维可视化,是描述多期次、多方向低幅度构造形迹的有效方法。
2) 构造期次的确定,可依据区域构造动力、构造形迹之间的关系,结合层拉平技术确认;浅层构造与深层构造对比,也可确认构造体系期次。
3) 碳酸盐岩发育大量冲沟-残丘,且与断层有关。采用低角度逆光照射三维可视化,是简洁有效的方法。
4) 川西坳陷内,近EW走向的5条弧形构造、NE向多条线性构造,是印支期-燕山期古构造;川南地区沿着东吴期断层发育的冲沟、落水洞边缘,也是孔洞缝发育带。这些部位可能是油气富集带。