渝东南地区断层封闭性与断控页岩气藏模式

高玉巧; 何贵松; 何希鹏; 万静雅; 李彦婧; 高全芳

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2502785

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (10) :4132-4147 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2502785

石油、天然气工业

渝东南地区断层封闭性与断控页岩气藏模式

高玉巧 ¹^,² ,
何贵松 ¹^,²^,^* ,
何希鹏 ²^,³ ,
万静雅 ¹^,² ,
李彦婧 ¹^,² ,
高全芳 ¹^,²

作者信息 +

Evaluation of Fault Sealing and Fault-controlled Shale Gas Reservoir Model in Southeast Chongqing

GAO Yu-qiao ¹^,² ,
HE Gui-song ¹^,²^,^* ,
HE Xi-peng ²^,³ ,
WAN Jing-ya ¹^,² ,
LI Yan-jing ¹^,² ,
GAO Quan-fang ¹^,²

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摘要

渝东南地区已成为中国页岩气储量和产量增长的重要阵地,但该区断层发育且封闭性差异较大制约了页岩气勘探开发。为了评价页岩层断层封闭性及其对页岩气富集高产的控制作用,以地震、钻井、测井、实验分析和试气等资料为基础,通过不同级别、不同性质断层解剖和封闭性评价,分析了断层发育特征,总结了断层对页岩气保存的差异性影响,建立了与断层相关的断控页岩气藏模式。研究结果表明:渝东南地区发育北东向、近南北向、北北西向3组3个级别断层,北东向逆冲断层最为发育,其次为近南北向走滑断层;受断层面正应力、断层上下盘对接关系、泥岩涂抹等因素控制,断层封闭性具有较大差异:挤压性三级断层总体封闭性较好;走滑性三级断层封闭性差异较大,断层封闭能力不足易导致高压转变为常压;四级和五级低级别断层封闭性较好,同时断裂伴生的天然裂缝发育,改善储层物性,利于页岩气富集成藏;渝东南地区发育断背斜型、反向逆断层遮挡型、断凹型3种断控页岩气藏模式,页岩气富集程度逐次降低,明确了不同模式页岩气富集高产规律与主控因素。研究成果深化了复杂构造区页岩气保存条件和富集规律认识,可以为页岩气高质量勘探提供依据和参考。

Abstract

Southeast Chongqing has become an important position for the growth of shale gas reserves and production in China, but the development of faults and the difference of fault sealing in this area restrict the exploration and development of shale gas. In order to evaluate the fault sealing of shale strata and its controlling effect on shale gas enrichment and high production, based on seismic, drilling, logging, experimental analysis and gas test data, the characteristics of fault development were analyzed through fault anatomy and sealing evaluation of different grades and properties, and the differential influence of faults on shale gas preservation was summarized. The fault-controlled shale gas reservoir models related to faults were established. The results show as follows. There are 3 groups and 3 grades of faults in the southeast Chongqing, which are NE-trending, near SN-trending and NNW trending. The NE-trending thrust faults are the most developed, followed by the near SN-trending strike-slip faults. Under the control of the normal stress of the fault plane, the connection between the hanging wall and footwall of the fault, and mudstone smearing, the fault sealing characteristics are different. Compressional grade III faults are generally well sealed. The sealing characteristics of strike-slip grade III faults are very different, and the lack of sealing ability of faults can easily lead to the transformation of high pressure into normal pressure. The low-grade faults of grade Ⅳ and Ⅴ are well sealed, and the natural fractures associated with the faults are developed, which improves reservoir physical properties and conductive to the accumulation of shale gas. Three fault-controlled shale gas reservoirs, such as fault-anticlinal type, reverse-reverse fault occlusion type and fault-concave type, are developed in southeast Chongqing, and the enrichment of shale gas decreases gradually. The law of enrichment and high yield and the main controlling factors of shale gas in different models are defined. It is concluded that the research results deepen the understanding of shale gas preservation conditions and enrichment laws in complex structural areas, and can provide basis and reference for high-quality shale gas exploration.

Graphical abstract

关键词

页岩气 / 断层封闭性 / 富集高产模式 / 渝东南地区 / 四川盆地

Key words

shale gas / fault sealing / enrichment and high-yield model / southeast Chongqing / Sichuan Basin

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高玉巧, 何贵松, 何希鹏, 万静雅, 李彦婧, 高全芳. 渝东南地区断层封闭性与断控页岩气藏模式[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(10): 4132-4147 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2502785

GAO Yu-qiao, HE Gui-song, HE Xi-peng, WAN Jing-ya, LI Yan-jing, GAO Quan-fang. Evaluation of Fault Sealing and Fault-controlled Shale Gas Reservoir Model in Southeast Chongqing[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(10): 4132-4147 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2502785

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近年来,中国页岩气产业发展迅速,继四川盆地志留系中深层页岩气实现规模商业开发后,志留系深层页岩气、浅层页岩气、寒武系海相页岩气、二叠系海相-海陆过渡相页岩气、侏罗系陆相页岩气相继取得重大突破^[1-3],展现了良好的勘探开发前景。

中国南方地区经历了多期次、高强度、长跨度的构造运动改造,褶皱系统异常复杂,断层体系异常发育,对页岩气保存和成藏造成了严重破坏^[4-5]。就算相对稳定的四川盆地,主要页岩气层也遭受了较为强烈的褶皱变形,保存条件变得差异悬殊。盆内相对稳定区,页岩及上覆地层发育齐全,构造相对宽缓,深大断裂发育较少,保存条件相对较好,压力系数可达1.5~2.2^[6]。盆缘及盆内相对复杂构造区,页岩及上覆地层遭受大幅度剥蚀,构造狭长窄陡,深大断裂及派生断层发育,保存条件较差,压力系数降至0.9~1.2^[7-9]。在控制页岩气保存条件和富集程度的众多因素中,断层的封闭性历来是业界研究的重点^[10-12],其封闭性的优劣决定了近断层区勘探潜力大小和单井产能高低,明确不同级别断层封闭性,对于断层发育区页岩气甜点优选和井位部署意义重大。

渝东南地区处于四川盆地东南部,受燕山期以来多期强烈构造运动影响,发育不同规模、不同级次、不同性质断裂系统^[13-14],断层的存在对页岩气保存构成了严峻挑战,也制约了该区页岩气勘探开发部署。为此,现以渝东南地区为例,通过不同级别、不同性质断层解剖和封闭性评价,总结断层对页岩气保存的差异性影响,建立与断层密切相关的断控页岩气藏富集模式,以期深化复杂构造区页岩气保存条件和富集规律认识,为页岩气高质量勘探提供依据和参考。

1 地质背景

渝东南地区构造上位于四川盆地东南缘与武陵褶皱带北部,在燕山期和喜山期分别受北东—南西向、近东西向应力作用,发生多期构造叠加,形成了盆缘转换带和盆外褶皱带两大构造带。受边界齐岳山断裂制约,盆外褶皱带前展式结构晚期改造弱,发育有武隆向斜、道真向斜、桑柘坪向斜、湾地向斜4个残留向斜(图1),以前寒武系为区域滑脱层,具逆冲滑脱特点。由东南向西北褶皱强度由大变小,隆升幅度由高变低,核部出露地层由老变新。盆缘转换带前展式结构晚期改造强烈,构造形态丰富,主构造体系存在北东向、近南北向以及少量的北北西向构造。主控构造变形滑脱层由前寒武系向寒武系转变,构造位移呈阶梯状向上传递,发育有阳春沟背斜构造带、神童坝向斜构造带、东胜-平桥复背斜构造带、石桥-白马向斜构造带4个构造单元(图1),每个构造单元均受2条边界断层控制。

研究区主要页岩气层为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组一段(以下简称五峰组-龙一段),具有良好的页岩气形成条件,但构造特征、保存条件、地应力场较为复杂^[15]。五峰组-龙一段厚100~130 m,其中深水陆棚相优质页岩厚24~35 m,总有机碳(total organic carbon, TOC)介于3.3%~4.0%,镜质体反射率(vitrinite reflectance, Ro)为2.4%~2.8%,孔隙度为3.2%~5.0%,石英含量为40%~65%,黏土含量为20%~40%。受多期构造作用差异性影响,构造特征、保存条件和地应力场具有明显分区性。盆外褶皱带的武隆—彭水地区自燕山早期开始抬升挤压变形,页岩遭受大面积剥蚀,主要分布于残留向斜,保存条件较差,压力系数0.9~1.1,含气量2.5~4.0 m³/t,两向应力差异系数较大,为0.22~0.56。盆缘转换带的南川地区中燕山期开始抬升褶皱,抬升剥蚀幅度相对较小,页岩大面积连片分布于“隆凹相间”的褶皱带中^[16],仅南部出露地表,保存条件相对较好,压力系数1.0~1.35,含气量3.5~5.5 m³/t,两向应力差异系数较小,为0.1~0.13。

渝东南地区是中国常压页岩气勘探开发的热点地区,历经十余年不断攻关,页岩气勘探开发取得积极进展^[17]。在盆缘转换带的南川地区实施页岩气探评井20余口,试获日产气7.1×10⁴~34.3×10⁴ m³,提交探明储量逾3 000×10⁸ m³,发现了南川常压页岩气田,建产能45×10⁸ m³,累产气超100×10⁸ m³;在盆外褶皱带的武隆-彭水地区实施页岩气探评井20余口,试获日产气3.5×10⁴~13×10⁴ m³,提交控制储量+预测储量逾3 000×10⁸ m³,落实了武隆向斜、道真向斜、老厂坪背斜等有利目标,累产气超3×10⁸ m³。

2 不同级别断层封闭性评价

2.1 断层发育特征

渝东南地区古生界断层多为逆断层,具有纵向分层和平面展布方向多的特点。地震剖面揭示,研究区纵向上发育有前震旦系基底滑脱层、中下寒武统膏盐岩、志留系泥页岩、下三叠统膏盐岩等多套滑脱层,构造变形主要受中下寒武统膏盐岩和下三叠统膏盐岩滑脱层影响,发育有上、中、下3套断裂系统(图2)。上部断裂主要断开下三叠统以上地层,断层发育较少,变形相对较弱;中部断裂主要断开三叠系—寒武系,表现为背冲式、对冲式的逆冲断层组合,向下滑脱于中下寒武统膏岩层,控制了目的层的构造形态;下部断裂在剖面上表现为一系列叠瓦状逆冲断层。平面上断层按照走向可分为北东向、近南北向、北北西走向3组,其中北东向断层数量最多,近南北向断层数量较少但普遍规模较大,达20 km以上。依据断层对构造单元的控制作用、断层规模和对保存条件的影响,结合渝东南地区的实际情况,将断层划分为5个级次。一级断层为控制盆地、坳陷或凹陷边界的断层;二级断层为控制二级构造带发育和形成的断层;三级断层为控制不同构造单元,断开多套地层、断距大于1 000 m的断层。研究区不发育一级和二级断层,发育三级断层10条,包括龙济桥断层、青龙乡断层、白沙断层等呈北东走向的断层4条,阳春沟断层、胡家园断层、茶园断层等呈南北走向的断层6条(图3),主要断层要素如表1所示。四级断层集中在主控断裂周围,断层延伸长度差别大,断距一般小于600 m,延伸长度大于5 km。五级断层表现为小断距,一般在5~30 m,地震资料识别难度大,在大断层附近交错发育,局部断层分布密集。

2.2 三级断层封闭性

2.2.1 挤压性断层封闭性

挤压性逆断层多发育于燕山中—晚期,延伸长度大,断面平缓,切割层位多。龙济桥断层为南川地区发育的典型逆冲断层,走向由北东向转南北向,延伸长度达37.8 km,断层由南东往北西逆冲,断开层位寒武系—二叠系。断距由北往南先减小后增大,直至上盘地层剥蚀殆尽。断层呈三段式分布:北段走向近北东向,倾向南东东115°,断面倾角约26°[图4(a)];中段往东南弧形突出,倾向南东东130°,上盘地层呈低幅度隆起,下盘地层呈单斜形态,断面倾角约36°,断层向上消失于中志留统,封盖条件并未破坏[图4(c)];南段断层走向转为近南北向,由两条分支断层组成,具有较宽阔的破碎带,整体活动较强[图4(e)]。蚂蚁体属性显示,由北往南裂缝发育程度增高,页岩气沿断裂带裂缝向上散失的可能性增大,如图4(b)、图4(d)和图4(f)所示。

断层封闭性直接影响油气藏的保存和分布,受断面紧闭程度、断层活动性、断层性质、埋深、断距、断层走向、断层倾角、断面两侧岩性对置、断层断错地层的砂地比、断层带泥岩涂抹、断层带成岩作用、泥岩流体压力等地质因素影响^[18]。利用渝东南地区钻井及物探资料,以龙济桥断层为例,重点分析断面两侧岩性对接关系、断层带泥岩涂抹、断面紧闭程度、断层性质和断距、断层走向等对页岩气保存的影响。

1)对接岩性

龙济桥断层断距300~800 m,由北向南先减小后增大。断层北段上盘目的层页岩对接地层为龙马溪组三段泥岩,南段上盘目的层页岩对接地层为小河坝组致密砂岩,下盘目的层页岩均对接奥陶系致密灰岩(图5),南川地区野外露头、钻井岩心实验分析及测井解释揭示,该区龙三段泥岩、小河坝组致密砂岩、奥陶系致密灰岩孔隙度分别为2.05%、2.51%、0.74%,较优质页岩物性差,因此龙济桥断层两侧对接地层均可对页岩气横向运移形成有效阻挡。

2)泥岩涂抹系数

综合封闭机理及前人研究成果,泥岩涂抹系数是目前国内外断层侧向封闭性定量评价的主要方法,断层岩泥质含量(shale gouge ratio, SGR)反映了断层断穿地层的岩性,其值越高,岩石孔渗性越差,越容易形成侧向封闭。断层岩泥质含量与已错断地层内泥岩层的累积厚度成正比,与断距大小成反比^[19]。龙济桥上盘由北向南泥岩涂抹系数由0.79变为到0.64,整体大于0.6,表明断层封闭性较好,同时北段断层封闭性优于南段。

3)断面正应力

由于断面受到区域构造应力与上覆地层负荷的联合作用,加载在断面上的正应力可以使断层带发生变形,并使断面处裂隙闭合,或造成断面物质压紧、研磨,从而有利于增强断层对油气的封闭作用^[20]。断面正压力越大,受压力作用更强,更易闭合,断层封闭能力越强。断面埋深、断层倾角、区域应力方向决定断面正应力的大小,其公式为

(1)P=ρZcosθ

式(1)中:P为断面所承受的正压力;ρ为上覆地层平均密度;Z为断点埋深;θ为断层倾角。

通过断面正应力求取方法[式(1)],明确龙济桥断面正应力为45~80 MPa(图6),汤济广等^[21]认为当断面正应力大于40 MPa时断层封闭性较好,表明龙济桥断面具有较好封闭性,油气不容易通过断层逸散。

4)最大主应力与断层走向夹角

综合前人关于应力方向对断层封闭效应研究成果,最大水平主压应力方向与断层走向的夹角可以反映断层的封闭性。夹角越大,越利于断层封堵油气,断层封闭性越好;夹角越小,断层封闭性变差^[22]。通常利用井壁崩落法测量现今最大水平主应力方向。但同一断层在不同部位走向会发生变化,应力作用方向也有所不同,因此需要对断层不同部位进行断层封闭性评价。

龙济桥断层呈S形展布,根据走向变化可划分为北段、中段、南段,北段走向为NE45°,中段为NE30°,南段为NE20°。断层北部最大水平主应力方向为164°,最大水平主应力与断层走向夹角120°,断层封闭性好(图7)。靠近断层北部的SY18-5HF井AB靶点位于龙济桥断层上盘,埋深3 598~3 815 m,水平段距离断层最近距离0.19 km,水平段长1 547 m,测试日产气25.2×10⁴ m³,反映保存条件好。断层中部最大水平主应力方向为75°,最大水平主应力与断层走向夹角约45°,断层封闭性较好。靠近断层中部的SY12-2HF井AB靶点位于龙济桥断层上盘,埋深3 099~3 265 m,水平段距离断层最近距离0.70 km,水平段长1 365 m,测试日产气10.2×10⁴ m³。断层南部最大水平主应力方向为60°,最大水平主应力与断层走向夹角约40°,断层封闭性较好。靠近断层南部的SY4-2HF井AB靶点位于龙济桥断层上盘,埋深1 813~2 287 m,水平段距离断层最近距离0.07 km,水平段长2 083 m,测试日产气7.1×10⁴ m³。

5)横向封堵系数

横向封堵系数法是基于断层倾角和断距、地层倾角和厚度、盖层厚度等参数计算断层封闭性的一种方法^[23]。断层横向封堵系数反映了影响断层封闭性的各种因素对断层侧向封闭程度的影响^[24]。横向封堵系数越大,断层封闭能力越强,相关研究认为,当横向封堵系数大于15时断层封闭性较好^[25]。断层横向封堵系数F_横的计算公式为

(2)F_横=G(C+R)=G

$\left[\frac{H\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\varphi }{L\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\varphi +\alpha )}+\frac{L\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\varphi +\alpha )}{h\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\varphi }\right]$

式(2)中:G为岩性封堵系数,页岩取值为1;C为构造封堵系数;R为储集系数;ϕ为断层断面倾角;α为地层倾角;L为断层垂直断距;H为盖层厚度;h为优质页岩厚度。

通过计算龙济桥断层由北至南的横向封堵系数,北部横向封堵系数为23,中部横向封堵系数为44~59,南部横向封堵系数为22(图8),由此可见,龙济桥断层封闭性整体较好。

综上,龙济桥断层北部上盘目的层页岩对接龙马溪组三段泥岩,下盘对接奥陶系致密灰岩,泥岩涂抹系数0.79,断面正应力为80 MPa,应力夹角120°,横向封堵系数为23,断层封闭性好。断层中部上盘目的层页岩对接龙马溪组三段泥岩,下盘对接奥陶系致密灰岩,泥岩涂抹系数0.68,断面正应力为70 MPa,应力夹角45°,横向封堵系数为44~59,断层封闭性好。断层南部上盘目的层页岩对接小河坝组致密砂岩,下盘对接奥陶系致密灰岩,泥岩涂抹系数0.64,断面正应力为45 MPa,应力夹角40°,横向封堵系数为22,断层封闭性较好。结合勘探生产实践,单井产量是反映断层封闭性的一个实际指标,断层附近70~1 200 m范围内的水平井测试产量4.4×10⁴~25.2×10⁴m³(表2),表明油气在断层处得到有效封闭,进一步证实该断层具有较好封闭性。

2.2.2 走滑性断层封闭性

渝东南地区发育茶园断层、胡家园断层、阳春沟断层等走滑断层,走滑断层对于页岩气保存具有一定影响。以茶园断层为例,根据区域地质背景结合剖面断层特征,推断茶园断层在逆冲推覆的同时,伴随着左行走滑的性质。由于走滑断层垂向位移小,地震剖面上响应特征不明显,大多表现为逆冲性质。茶园断层总体走向为南北向,平面上北延至焦石坝背斜带,南延至道真向斜,全长30.7 km,与北东走向的白沙断层相互切割,呈不连续的分段形态。倾向东,向上断至中志留统—二叠系,向下滑脱于寒武系膏岩层。断层规模大,对构造控制作用明显。北段为焦石坝背斜带东部边界断层—大耳山断层,断面较为陡倾近直立,受控于强烈的冲起作用,上盘地层破碎,构造变形强烈。中段为老厂坪背斜西部边界断层,剖面上表现为上陡下缓的铲状形态,构造作用减弱,上盘地层被少量断层改造,背斜形态较为完整。南段为控制道真向斜东西分块的主要断层,断面较缓,发育次级反冲断层,剖面上呈Y形构造组合,形成背冲构造(图9)。

茶园断层不同段封闭性差异较大。茶园断层北段为大耳山断层[图9(b)],对于志留系龙马溪组页岩储层,大耳山断裂带封闭性相对较差^[26]。该断层切穿寒武系—三叠系的深大断层,断裂带附近派生小断层及高角度构造缝十分发育,地层破碎,小断层、裂缝与主断层相互沟通,形成缝网及空腔,导致断层封闭性较差,离断裂带越近,保存条件越差。其西侧为焦石坝构造,钻井揭示由构造稳定区向断裂带,压力系数由1.55降至0.97;其东侧包鸾地区为常压区,中石油实施的包201-H1井,距大耳山断裂1 400 m,压力系数1.13,测试产量微气、水,表明走滑断层不同段封闭性差异大。茶园断层中段在老厂坪地区封闭性相对较好[图9(c)],坪地1井位于茶园断层上盘,距断层4.5 km,页岩埋深979 m,测试日产气4.5×10⁴ m³,实现浅层常压页岩气重大突破。茶园断层南段在道真地区封闭性较好[图9(d)],洛浅1井位于茶园断层上盘,距断层2.5 km,页岩埋深700 m,含气量2.5 m³/t;真页1井位于茶园断层下盘,同时受沙坝子反向逆断层遮挡封闭性较好,测试日产气7.49×10⁴ m³,累产近3 000×10⁴ m³,真页1试验井组测试日产气7.8×10⁴~13.0×10⁴ m³,实现高产突破,揭示茶园断层整体保存较好。

走滑断层不同段的封闭性之所以不同,主要受断层在不同位置所受的应力状态、构造变形特征、围岩性质等因素影响。走滑断层的顺直段构造变形相对简单,主要以剪切滑动为主,易形成摩擦镜面或泥岩涂抹,足以形成良好的侧向封闭性^[27]。增压或释压弯曲段构造变形较复杂,增压弯曲段由于挤压应力的作用,可能伴随岩石破碎、重结晶等现象,释压弯曲段可能出现微裂缝等现象,这些构造变形与应力特征都影响断层封闭性。围岩的岩性、强度、孔隙度等性质也会影响断层的封闭性^[28-30]。

2.3 低级别断层封闭性

研究区复杂的断裂体系中,四级、五级等低级别断层最为常见,其中,四级断层控制了局部构造形态,断距相对较大,延伸长度较长;五级断层为伴生断层、小断层,断距和延伸长度均较小。低级别断层不仅改变了构造面貌和页岩分布的连续性,也深刻影响着页岩气的赋存条件。下文以低级别断层最为发育的阳春沟南斜坡、平桥南斜坡为例,对低级别断层封闭性进行评价。

2.3.1 阳春沟南斜坡低级别断层封闭性

阳春沟南斜坡构造较复杂,在三级边界断层夹持下,发育多条低级别断层,呈雁列式分段排列,断距较小,延伸距离较短。共发育有四级断层3条,五级断层11条,分布较为密集。断层走向与区域构造走向呈一定角度斜交,表现为以北东向为主,将阳春沟南斜坡分为2个断块。选取四级断层F1、五级断层f10作为对象,进行断层描述。F1断层是燕山中晚期形成的逆断层,走向北东向,倾向南东。断面倾角在20°~30°,延伸长度5.1 km,断距150~450 m,断距中间大,南北两端小,断开地层为寒武系—志留系中下部。f10断层位于F1断层以东,为逆冲过程中形成的反冲断层,总体走向为北东向,延伸长度12.3 km,断距小于300 m,与F1断层共同控制阳春沟南斜坡东部断块,地层平缓,变形幅度弱,构造保存较好,如图10(a)和图10(b)所示。蚂蚁体属性显示F1、f10断层破碎带宽度小,附近天然裂缝较为发育,如图10(b)和图10(d)所示。

随着断层规模的减小,断层的封闭性也将随之增强。断层的发育导致了地应力释放,同等埋深条件下施工压力比东胜低10~20 MPa,同时四级、五级断层在断裂带附近形成大量伴生裂缝,岩心观察显示阳春沟南斜坡五峰-龙马溪组①~⑥小层裂缝密度2~8.2条/m,较邻区东胜构造带高0.4~5.5条/m;不同构造位置及埋深条件下,裂缝特征有所差异,离主控断裂越近裂缝密度越高。伴生裂缝十分发育提高了储层物性和气体流动性,利于富集成藏。实钻井资料揭示,SY5井组YY5-2HF井距四级断层F1断层0.4 km,测试日产气10.7×10⁴ m³,YY5-1HF井距五级断层f10断层0.7 km,测试日产气9.8×10⁴ m³。阳春沟南斜坡四级、五级断层封闭性均较好,低序级断层主要影响水平井部署和穿行,不破坏保存,断层附近的18口井均获得了工业气流,测试日产气4.4×10⁴~18.6×10⁴m³(表3)。

2.3.2 平桥南斜坡低级别断层封闭性

平桥南斜坡构造上位于东胜平桥复背斜带南部,地层向北东倾没,往南西方向抬升直至出露。发育四级断层1条,五级断层4条。断层走向较为一致,呈北东、北东东走向,平面上平行或相交分布,断距一般在20~300 m。南部近剥蚀区发育的龙凤场断层是该区重要的控藏断层。龙凤场断层形成于燕山晚期,是呈北东东走向的逆冲断层,与构造走向基本一致。延伸长度8.2 km,距剥蚀边界最近距离为0.5 km。倾向南南东,与地层倾向相反,为反向断层。地震剖面显示,该断层规模小,断距在50~100 m,对地层的破坏作用较弱[图11(a)和图11(c)]。蚂蚁体属性显示龙凤场断层附近天然裂缝欠发育[图11(b)和图11(d)]。

龙凤场断层为一条离出露区较近的反向逆断层,对于页岩气藏的形成和保存至关重要。该断层下盘目的层页岩对接地层为奥陶系致密灰岩,上盘目的层页岩对接地层为龙三段泥岩及小河坝组致密砂岩,从对接关系来看,龙凤场断层对页岩气的横向运移形成了有效的封堵。断面正应力较大、涂抹系数较高,也是龙凤场断层具有良好封闭性的重要证据^[31-34]。逆断层的遮挡作用,有效阻止单斜区页岩气向出露区运移,有利于页岩气的保存。实钻井资料揭示,JY10-10井距离龙凤场断层2.5 km,测试日产气9.0×10⁴ m³,龙凤场断层附近的14口井均获得了工业气流,测试产量3.3×10⁴~19.6×10⁴ m³(表4)。表明在龙凤场断层附近页岩储层具备较好的保存条件,证实反向逆断层型的低序级断层能阻挡页岩气逸散,利于单斜构造页岩气滞留成藏。

3 断控页岩气藏富集高产模式

渝东南地区历经多期构造运动,显著影响了该区域的构造格局、地层的抬升剥蚀及强度、页岩气的聚集与逸散。基于复杂的地质作用,渝东南地区发育多样化的页岩气藏类型,不同类型页岩气藏富集规律上具有显著差异性^[35-36]。通过典型井解剖,结合勘探实践,依据页岩气聚集、逸散特点和构造样式等,建立了反向逆断层遮挡型、断背斜型、断凹型3种断控页岩气藏模式。

3.1 反向逆断层遮挡型页岩气藏

反向逆断层遮挡型页岩气藏在四川盆地盆缘与盆外残留向斜均发育。受反向逆断层侧向封堵作用,阻挡页岩气的垂向逸散,使页岩气滞留于断下盘,有利于页岩气保存和聚集,保存条件较好,含气量较高。渝东南盆缘转换带的逆断层断下盘经历燕山早期NW-SE向挤压和燕山晚期SN向走滑作用,在构造运动作用下,天然微裂缝发育,微裂缝增加了页岩的储集空间,提高了渗流能力^[37-38];形成多期天然缝网交切切割,发育“X”形剪节理,压裂易形成复杂缝网,改造体积大。

阳春沟南斜坡东侧属反向逆断层遮挡型页岩气藏(图12),页岩埋深介于2 000~3 500 m,受龙济桥反向逆断层遮挡,页岩气横向运移减弱,滞留成藏,具有较好的页岩气富集高产地质特征,地层压力系数1.1~1.2。钻井表明,SY4井距离龙济桥断层0.9 km、距剥蚀区仅1.5 km,受断层遮挡,井区保存条件较好,优质页岩总含气量达6.1 m³/t,压裂表现为破裂压力高(平均值为82.0 MPa)、施工压力高(平均值为84.5 MPa)、停泵压力低(26.1~61.6 MPa)的特征,体积改造充分,形成了复杂缝网,单井测试日产气量为10×10⁴ m³。渝东南地区反向逆断层遮挡型发育平桥南斜坡断下盘、东胜南斜坡断下盘、阳春沟南斜坡断下盘、道真向斜沙坝子断下盘等目标,面积783 km²,资源量4 321×10⁸ m³。

3.2 断背斜型页岩气藏

断背斜型页岩气藏主要分布在四川盆地内,盆外背斜顶部多被剥蚀,仅留下残留向斜构造,页岩埋深介于2 000~5 000 m。背斜两翼被断层所切割,核部相对完整,构造形态有利于页岩气运聚成藏,保存条件较好,压力系数高^[39-41]。在断背斜的构造应力作用下,天然裂缝发育,页岩中的裂缝、孔隙显著提高页岩气的储集能力和渗透率。背斜轴部受纵弯作用影响,发育向上开口V形劈理缝,物性较好,地应力集中,压裂时人造缝纵向延伸大,横向延伸范围小,体积改造难度大。

东胜背斜属断背斜型页岩气藏(图13),为北东向断背斜构造,西翼地层高陡,地层倾角34°~65°,东翼地层平缓,发育局部隆起,微幅构造较多。受两期构造应力叠加,地应力呈北东向。受断层、埋深、局部微幅构造影响,地应力大小平面非均质性强,最大水平主应力较高(75~95 MPa),两向应力差异系数0.09~0.17,压裂形成复杂缝网难度大。东胜背斜实施钻井36口,埋深3 000~4 700 m,压力系数1.30~1.35,单井测试产量4.1×10⁴~25.2×10⁴ m³。渝东南地区断背斜型发育平桥背斜、东胜背斜、阳春沟断背斜、石门断背斜等目标,面积180 km²,资源量1 974×10⁸ m³。

3.3 断凹型页岩气藏

断凹型页岩气藏受断层夹持滞留成藏,内部断裂发育较少,构造较简单,地层平缓,保存条件较好,有利于浅层页岩气富集^[42-47]。页岩埋深500~3 000 m,含气量一般2~3 m³/t;气层压力系数总体为1.0~1.1。

石桥断凹属断凹型页岩气藏(图14),介于平桥背斜与白马向斜之间,受青龙乡断层和大千断层两条三级断层夹持,北部窄陡且断层发育,南部宽缓呈扇形^[48-52]。石桥断凹内部发育北东向和近南北向两组断层,共计13条,其中三级断层2条,四级断层2条,五级断层9条。三级断层为青龙乡断层和大千断层,青龙乡断层为石桥断凹西边界主控断层,走向北东,倾向南东,延伸长度16.6 km,最大断距2 800 m,断开地表-寒武系地层,断距由北向南逐渐增大;大千断层为石桥断凹东边界主控断层,走向近南北转南东,倾向东转北东,延伸长度9.3 km,断距北大南小,最大断距2 000 m,断开地表-寒武系地层,断距由北往南逐渐减小。四级和五级断层断距较小,多数小于100 m;断层分布密度不均,石桥断凹北部发育断层程度高于南部。石桥断凹南部离剥蚀区较近,页岩埋深500~2 000 m,压力系数0.9~1.0,SQ1井页岩埋深1 825 m,含气量4.12 m³/t,游离气占比36.4%,主要以吸附气为主。北部埋深增加,离剥蚀区距离增大,保存条件变好,压力系数1.0~1.1,游离气和总含气量增高,更有利于高产。渝东南地区断凹型发育石桥断凹等目标,面积66 km²,资源量668×10⁸ m³。

4 结论

(1)渝东南地区构造作用复杂,发育北东向、近南北向、北北西走向3组3个级别断层,以北东向挤压性逆断层最为发育,其次为近南北向走滑性断层,北北西向逆断层规模和数量较小。

(2)受断层面正应力、断层上下盘对接关系、泥岩涂抹等控制,渝东南地区断层封闭性具有较大差异。挤压性三级断层以北东走向为主,最大水平主应力与断面呈大角度相交,断层正应力较大,上下盘页岩层与致密地层对接,泥岩涂抹系数大,总体封闭性较好,断层上下盘单井产量较高也证实具有较好封闭性。低级别断层也以北东向为主,断层封闭性较好,同时断裂伴生的天然裂缝发育,一定程度上改善了储层物性,更利于页岩气富集;单斜区反向逆断层可以阻止或减缓页岩气逸散,利于断下盘页岩气保存。走滑性三级断层封闭性差异较大,高压区储层压力较大,突破断层封闭能力,导致断层附近气体逸散,压力降低;常压区储层压力较低,断层封闭能力足以阻止气体逸散,断层封闭性较好。

(3)渝东南地区发育反向逆断层遮挡型、断背斜型、断凹型3种断控页岩气藏模式。断背斜型具有整体富集成藏特征,页岩气富集条件最优越,地应力与天然裂缝是控制富集高产的主要因素;反向逆断层遮挡型具有断层遮挡成藏特征,页岩气富集条件较优越,断层封闭性是控制富集高产的主要因素;断凹型具有逸散滞留成藏特征,页岩气富集条件相对较差,页岩自封闭性是控制富集高产的主要因素。

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