南川地区构造样式及页岩气勘探潜力
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第44卷㊀第1-2期
2020年6月
地质学刊JournalofGeology
Vol.44No.1-2Jun.,2020
doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2020.h1.011
南川地区构造样式及页岩气勘探潜力
孙小琴
(中国石化华东油气分公司勘探开发研究院,江苏南京210011)
摘要:南川地区经历了多期构造运动影响,区内构造复杂,是页岩气勘探的有利区㊂根据区域构造背景和地震资料精细解释,结合其成因,将构造样式分为基底卷入型㊁盖层滑脱型和构造样式叠加3类,分析各构造样式及组合的典型剖面,探讨其形成时期和成因机制㊂南川地区动力机制来源于逆冲推覆构造作用,推覆应力来自东部雪峰陆内造山带,构造样式由青龙乡的基底断层逆冲过渡到平桥的断弯褶皱㊁叠瓦构造及其上变形层的背冲构造,再往北西变为东胜的断展褶皱及其上变形层的对冲构造㊁叠瓦构造,继续往西北形成南川断鼻斜坡带㊂在此基础上,将南川地区划分为东部冲断带㊁中部断褶带㊁西部斜坡带3个构造带,中部断褶带是页岩气勘探的有利目标㊂关键词:构造样式;页岩气;有利区带;南川地区
中图分类号:P618 130 2+6㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1674-3636(2020)01-0102-06
收稿日期:2019-05-20;修回日期:2019-07-22;编辑:陈露
基金项目:国家科技重大专项 彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程 (2016ZX05061)
作者简介:孙小琴(1983 ㊀),女,工程师,硕士,研究方向为地震解释和储层预测,E⁃mail:sxq-3033@163.com
0㊀引㊀言
南川区块处于川东南 湘鄂西 槽-挡 过渡带,地跨区内次级构造单元武陵褶皱带,构造由相对宽缓的向斜和背斜相间组成㊂区域露头揭示,南川地区基底为前震旦系板溪群浅变质岩,上覆盖层自下而上依次为震旦系㊁寒武系㊁奥陶系㊁下志留系㊁二叠系㊁三叠系和侏罗系,缺失泥盆系㊁石炭系㊁白垩系㊁古近系和新近系㊂南川区块经历过多次后期改造,断裂发育,构造相对复杂,研究总结南川地区地质构造样式及其分布规律,建立合理的构造解释模式,为寻找页岩气高产富集区提供参考㊂
1㊀区域地质概况
南川区块主要位于四川盆地以东的川东南高陡复杂褶皱带,其形成和演化是在元古代晋宁事件之前的前震旦系变质基底上发育起来的,主要经历了加里东运动㊁海西运动㊁印支运动㊁燕山运动及喜马拉雅运动㊂①加里东期 印支期:受区域构造的影响,研究区整体处于差异抬升阶段,部分区域的地层
遭受一定剥蚀,奠定了该区基本格架;②燕山期:为主要变形期,发生较强烈压扭性构造运动,使白垩纪以前的地层发生褶皱,且强挤压作用主体在燕山早期,该时期的构造运动对区域构造格架的形成具有关键作用;③喜马拉雅期:主要表现为对燕山运动形成的褶皱进行改造,且地层遭到大量剥蚀,最终形成了现今 川东南隔挡式 的构造形式(童崇光等,
图1㊀南川地区构造区划图
Fig.1㊀MapshowingstructuraldivisionofNanchuanarea
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㊀2㊀构造演化
在晋宁期形成的统一古陆的基础上,研究区经
历了加里东早期克拉通盆地㊁加里东晚期前陆盆地
与克拉通盆地并列㊁海西早期整体隆升㊁海西晚期
印支早期克拉通盆地㊁印支晚期 燕山早期类前陆
盆地共5个发展演化阶段(覃作鹏等,2013;邹玉涛
等,2016)(图2)㊂
2.1㊀加里东早期克拉通盆地
加里东早期,南川地区上扬子克拉通台地的东
南缘部分发育台地相碳酸盐岩沉积㊁陆棚相碎屑岩
系夹碳酸盐岩沉积2种组合;下震旦统陡山沱组下
部㊁下寒武统中上部㊁下奥陶统上部发育第二种沉积
组合㊂早寒武世牛蹄塘早期为一次最大的海侵期,
沉积一套广覆式硅质页岩㊁炭质页岩沉积,且分布
稳定㊂
2.2㊀加里东晚期前陆盆地与克拉通盆地并列
加里东晚期,随着扬子东南缘的陆块拼贴,江南
隆起㊁黔中隆起等一批加里东期古隆起开始形成,南
川地区位于前陆隆起与克拉通盆地的结合部位,总
体形成一套浅海陆棚-台地相沉积组合㊂奥陶纪晚
期 早志留世早期,研究区东部及南部均为隆升剥
蚀区,往西北方向水体变深,为陆棚㊁盆地相沉积㊂2.3㊀海西早期整体隆升
受加里东期末期广西构造运动的影响,扬子区发生构造抬升,海水退出,来自南部滇黔桂地区的海水受黔中隆起的阻隔未能进入其以北地区㊂2.4㊀海西晚期 印支早期克拉通盆地
二叠纪晚期,受南部古特堤斯强烈拉张影响,中国南方受海侵影响重新进入克拉通盆地发展阶段㊂2.5㊀印支晚期 燕山早期类前陆盆地
晚三叠世开始,四川盆地受围限挤压形成类前陆盆地,研究区属于该盆地的一部分㊂该区上三叠统须家河组假整合于中三叠统之上,为湖沼相的含煤碎屑岩系沉积㊂侏罗系为与四川盆地相似的滨浅湖相沉积㊂
3㊀构造样式类型
南川地区受多期次构造运动(燕山运动㊁喜山运动)影响,褶皱构造特征明显㊂
纵向构造具有分
图2㊀南川地区构造演化图
1⁃寒武系 中奥陶统;2⁃上奥陶 下志留统;3⁃中志留 下
二叠统;4⁃二叠 三叠统;5⁃侏罗系;6⁃下白垩统
Fig.2㊀Mapshowingstructuralevolutionof
Nanchuanarea
层特征,存在4套滑脱层(中下三叠统㊁志留系㊁中寒武统㊁基底变质岩):①上构造层以中下三叠统膏岩层㊁志留系泥岩为滑脱层,表现为对冲㊁背冲构造样式;②中构造层以中寒武统膏岩为滑脱层,地层褶皱变形强烈,表现为断展褶皱;③下构造层以基底变质岩为滑脱层,地层横向变化快,叠瓦状构造,表现为叠瓦状单冲构造样式㊂区内 层楼 模式明显,多
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层次滑脱作用呈 Y 字形,叠瓦逆冲㊁对冲㊁背冲㊁冲起㊁单冲断层(组合)样式(图3),发育北东向和近南北向2组断裂,均为逆断层,断距一般为300
图3㊀南川地区构造样式
Fig.3㊀TectonicstylesinNanchuanarea
根据研究区基底是否卷入,将构造样式分为基底卷入型㊁盖层滑脱型和构造样式叠加3类(李莉等,2007;郭峰等,2010),提出基底断层逆冲㊁扭动构造㊁断展褶皱㊁断弯褶皱㊁背冲构造㊁对冲构造㊁冲起构造㊁叠瓦构造㊁构造样式叠加9种局部构造类型㊂南川区块属江南雪峰构造体系,其动力机制来源于逆冲推覆构造作用,而推覆应力来自东部雪峰陆内造山带(王陆超等,2011)㊂由于同一构造条带南西部挤压应力比北东部强,燕山早期研究区受强烈北西向挤压应力,由南东到北西,随着北西向挤压应力的减弱,构造样式由青龙乡的基底断层逆冲过渡到平桥的断弯褶皱㊁叠瓦构造及其上变形层的背冲构造,再往北西变为东胜的断展褶皱及其上变形层的对冲构造㊁叠瓦构造,继续往西北向形成南川断
鼻斜坡带㊂
3.1㊀基底卷入型构造样式
基底卷入型是指切入基底㊁倾角较陡的一组断
裂构造组合㊂依据构造样式特征进一步划分为基底断层逆冲和扭动构造(图4)㊂
3.1.1㊀基底断层逆冲㊀受早期江南 雪峰造山运动产生的强烈北西向挤压应力而形成,断层向下断至前寒武系基底内部,向上发育至地表,断层浅部较陡,往深部逐渐变缓,表现出强烈的基底滑脱和冲断作用(图4a)㊂研究区南部和中部也发育小型逆冲断层,向下仅卷入基底浅层,向上断开至三叠系,且由南到北逐渐减弱㊂3.1.2㊀扭动构造㊀是地层在扭应力或剪切应力场
作用下产生的变形㊂对南川地区进行应力和几何形
态分析,发现区内仅发育轻微压扭构造,主要发育于盖层和基底浅层㊂地震剖面图显示,在平桥背斜东翼中段发育近于直立的断层(图4b)㊂
3.2㊀盖层滑脱型构造样式
区内主要发育志留系和寒武系2套滑脱层㊂由于这些断层不涉及基底变形,通常以低强度和高剪切应变为特征㊂
3.2.1㊀断展褶皱㊀在北西向挤压作用下,逆冲断层沿着断坡的位移逐渐消减以至停止,于断层前锋韧性缘内形成褶皱㊂区内分布较普遍,志留系和寒武系滑脱层内均有发育,典型构造为龙济桥断层北段与袁家沟断层夹持的平桥构造(图
5a)㊂图4㊀基底卷入型构造样式
Fig.4㊀Basementinvolvedtypesofthetectonicstyle
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㊀
图5㊀盖层滑脱型构造样式
Fig.5㊀Sealdecollementtypesofthetectonicstyle
3.2.2㊀断弯褶皱㊀形态为宽缓的背斜,轴面在褶皱发展过程中有迁移㊂逆冲断层滑动弯曲,在断坡和上断坪处造成地层弯曲褶皱,形态一般不对称,前翼较陡,后翼较缓,背斜核部变形强烈(佘晓宇等,2016)㊂在区内主要发育于寒武系滑脱层,典型构造为东胜构造(图5b)㊂
3.2.3㊀背冲构造㊀由2条或以上相向倾斜的断层反向逆冲形成,背冲断层向上延伸较远,切割地层较多,向下终止于志留系滑脱层,褶皱隆起幅度较高,背斜褶皱轴面倾角较大㊂在区内主要发育于志留系滑脱层,典型构造为平桥背斜上变形层(图5c)㊂
3.2.4㊀对冲构造㊀对冲构造是一种逆断层的组合型式,由2组呈共轭的逆断层相背倾斜㊁相对上冲,中间有一个共同的下降盘㊂对冲式逆冲断层常与向斜伴生㊂在区内主要发生在志留系滑脱层,典型构造为袁家沟向斜上变形层(图5d)㊂3.2.5㊀冲起构造㊀是挤压应力下逆冲断层与其反冲断层所围限部位形成的一种隆起构造,因强烈挤
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压而上冲㊁变形,主要表现为断层切割岩层扭曲的背斜形式㊂在区内分布较普遍,志留系和寒武系滑脱层均有发育,较典型的为平桥背斜的南段下变形层部位(图5e)㊂
3.2.6㊀叠瓦冲断构造㊀产状基本一致的若干条逆掩断层上盘依次逆冲,呈叠瓦状堆叠排列㊂区内主要发生在寒武系滑脱层,典型构造为平桥背斜东翼(图5f),寒武系膏盐层塑性滑动形成底板断层,在其前端产生更低缓的前展断层,形成前展式组合,同时在底板断层后端发育次级角度较高陡的冲断层,形成后展式组合(图5f)㊂
3.3㊀构造样式叠加在江南雪峰造山带的陆内扩展作用下,南川地区首先发育了北东向构造,随后受近东西向的挤压作用,相应发生北北西向的断褶作用,从而在早期的北东向构造之上叠加了晚期近南北向构造,如阳春沟断层及其断展褶皱(图6)㊂
4㊀构造特征与页岩气勘探潜力分析
南川地区现今构造格局定型于燕山期,走向以北东向为主,形成 三隆三凹 的构造格局㊂综合分析南川地区构造样式的发育类型㊁构造变形特点及差异性,将南川地区划分为东部冲断带㊁中部断褶带和西部斜坡带(图7)㊂其中,中部断褶带发育北东向背斜构造,受北东向断层封堵,同时发育反向逆断层,断层上盘有利于页岩气成藏㊂
4.1㊀东部冲断带
燕山早期,在江南 雪峰造山运动产生的强烈
北西向挤压应力下,南川地区东部地层抬升严重,发生冲断作用,发育大型基底逆冲断层㊂构造运动强烈,地层抬升剥蚀,不利于页岩气的保存(杨淑雯,
2015)㊂
4.2㊀中部断褶带
随着挤压应力的传递,平桥北部地区由于逆冲
断层滑动弯曲,形成断弯褶皱及叠瓦构造,中部变形层由于2组断层反向逆冲形成背冲背斜,例如平桥背斜,该背斜是受平桥西断层与平桥东2号断层夹持的北东走向狭长断背斜,平面上从北到南逐渐变窄,平桥南区宽3.7 5.0km;随后挤压应力向西北逐渐衰减,在推覆前锋东胜北部地区形成断展褶皱,例如东胜背斜,该背斜是受龙济桥与平桥西断层夹持的北东走向狭长断背斜,形态不对称,前翼较陡,后翼较缓,背斜核部变形强烈,平面上中间狭窄,往南北变宽缓,背斜宽2.6 6.5km㊂
断展褶皱特点:受龙济桥断层扩展作用,背斜高点自上而下呈现往背斜后翼袁家沟向斜迁移的趋势,背斜储层中的页岩气往往处于异常高压状态,有利于页岩气成藏㊂
4.3㊀西部斜坡带随着挤压应力往西北逐渐衰减,南川断鼻处发
育叠瓦状构造,其西北外缘带发育斜坡㊂西部斜坡带构造埋深较大㊁构造改造较弱㊁保存条件好,随着页岩气勘探开发工艺的提高,可作为下一步勘探的地区㊂
5㊀结㊀论
(1)南川地区经历了加里东早期克拉通盆地㊁
加里东晚期前陆盆地与克拉通盆地并列㊁海西早期整体隆升㊁海西晚期 印支早期克拉通盆地㊁印支晚期 燕山早期类前陆盆地5个发展演化阶段㊂
(2)受多期构造运动改造,区内构造复杂,根据区域构造背景和地震资料精细解释,结合其成因,将构造样式分为基底卷入型㊁盖层滑脱型和构造样式叠加3类
㊂
图6㊀构造样式叠加
Fig.6㊀Tectonicsuperpositionofthetectonicstyle
第44卷㊀第1-2期孙小琴:南川地区构造样式及页岩气勘探潜力107
㊀
图7㊀南川地区构造解释模式图
(剖面位置见图1)
1⁃寒武系;2⁃上寒武 上奥陶统;3⁃上奥陶 中志留统;4⁃中志留 中二叠统;5⁃中二叠统 三叠系;6⁃侏罗系
Fig.7㊀Structuralinterpretationmodelof
Nanchuanarea
(sectionlocationshowninFig.1)
㊀㊀(3)南川地区可划分为东部冲断带㊁中部断褶带和西部斜坡带3个构造带,其中中部断褶带受构造改造较弱,断弯褶皱和断展褶皱形成的背斜带有利于页岩气成藏,是页岩气勘探的有利目标㊂
参考文献
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AnalysisoftectonicstyleandshalegasexplorationpotentialinNanchuanarea
SunXiaoqin
(PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SinopecEastChinaOilandGasCompany,
Nanjing210011,Jiangsu,China)
Abstract:TheexperienceofmultipleperiodsoftectonicmovementanditscomplexstructuralcharacteristicsmakeNanchuanareaafavorableareaforshalegasexploration.Accordingtotheregionaltectonicbackgroundanddetailedinterpretationofseismicdataanditsgenesis,thetectonicstylesaredividedinto3typesofbasementinvolvedtype,sealdecollementtypeandtectonicstylesuperpositiontype.Thispaperanalyzedthetypicalprofilesofvariousstructuralstylesandtheirassemblages,andstudiedtheirformationperiodandgeneticmechanism.Thedynamicmechanismofthisregionwasderivedfromthethrustnappestructure,andthethruststresscamefromtheeasternXuefengintracontinentalorogenicbelt.ThetectonicstylesstartedfromthebasementfaultthrustinQinglongxiang,tothefault⁃bendingfoldandimbricatedstructureandthebackthrustofitsupperdeformationlayerinPingqiao,andmovednorthwestwardstofaultpropagationfoldandtherampstructureandimbricatedstructureofitsupperdeformationlayerinDongsheng,finallywentnorth⁃westwardstoformtheNanchuanfaultnoseslopebelt.Accordingly,Nanchuanareaisdividedinto3tectonicbelts:theeasternthrustbelt,thecentralfault⁃foldbeltandthewesternslopebelt.Itispointedoutthatthecentralfault⁃foldbeltisafavorablezoneforshalegasexploration.
Keywords:tectonicstyle;shalegas;favorablezone;Nanchuanarea。