摘　要：受差异构造边界的制约，四川盆地东南地区(简称川东南)中新生代发生差异构造变形，使得保。存条件成为控制该区下古生界页岩气富集的主要因素。为此，从制约保存条件的直接原因——构造作用出发，对该区页岩气保存条件进行了综合评价。首先以构造研究为先导，立足于中新生代差异构造变形方式和强度，将评价区划分为7个构造形变带，并对各构造形变带的断裂规模、断裂密度、顶底板岩性和厚度、目的层埋深、构造形态和裂缝间距指数等影响因素进行系统揭示，确立页岩气有效保存区的评价指标和标准，建立页岩气保存条件综合评价体系。在此基础上，依据该区页岩气保存条件最优评价参数标准，对7个构造形变带下志留统龙马溪组页岩气的保存条件进行了宏观评价。结果表明：齐岳山断裂以西地区的保存条件整体上好于东侧；齐岳山．断裂以东地区，以武隆断褶带的保存条件为最好，其次为彭水断褶带和黔江断褶带，道真叠加断褶带、务川I叠加断褶带和沿河叠加断褶带相对较差。

关键词：四川盆地  东南  页岩气  早志留世  保存条件  综合评价  差异构造变形  强度

Comprehensive evaluation of effective preservation zone of Longmaxi Formation shale gas in the Southeast Sichuan Basin

Abstract：Under the differential tectonic boundary constraints，the differential structural deformation occurred in Meso Cenozoic strata in the southeastern part of the Sichuan Basin，and the complex preservation conditions betame a major factor that controls the accumulation of shale gas within the Lower Paleozoic strata．Thus，based on tectonism which is considered a direct factor restricting the preservation condition，this paper provides an integrated evaluation of preservation conditions of shale gas in this area．First，the evaluation zone，led by structure，was divided into seven tectonic deformation belts，based on the mode and intensity of Meso-Cenozoic differential tectonic deformation．The influencing factors for each tectonic deformation belt，suc．h as fracture scale,fracture density，roof and bottom lithology and thickness，buried depth of target layer，structural feature and fracture spacing index，were systematically revealed．The criterion and standard for evaluating the effective preservation zone of shale gas were determined to construct an integrated evaluation system of shale gas preservation condition．Then，the preservation condition of the Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas were evaluated macroscopically concerning the seven tectonic deformation belts on the Basis of the optimal evaluation parameter standard for the preservation condition of shale gas in this area．The result suggests that，the preservation condition appears to be better in the region to the west of the Qiyueshan Fault than to the cast；and in the region to the cast，the Wulong Fault-fold Belt has the best preservation condition，followed by the Pengshui anal Qianjiang Fault-fold Belts，while tile Daozhen，Wuchuan and Yanhe superimposed fault fold belts have relatively worse conditions．

Keywords：Sichuan Basin；Southeast；Shale gas；Early Silurian；Preservation condition；Integrated evaluation；Differential tectonic deformation；Intensity

早志留世龙马溪期，四川盆地东南部(以下简称川东南)地区处于深水陆棚相，发育与北美克拉通页岩气富集条件极为相似的黑色页岩，为上扬子下古生界页岩气有利富集区之一^[1-11]。齐岳山断裂带东侧彭水地区桑柘坪构造，西侧涪陵地区焦石坝构造和富顺永川区块的勘探实践亦揭示川东南地区龙马溪组页岩气资源丰富。但受江南隆起的陆内造山以及太平洋构造域的伸展作用，川东南地区下古生界页岩自沉积、成岩、成气以来，发生多期强烈的断裂褶皱作用^[12-17]，隆升剥蚀强烈，断裂极其发育，致使游离气部分散失，吸附气部分被置换，使得页岩气富集具有与北美页岩气相异的个性特征^[3，18-19]，而页岩气保存这一特殊和复杂的地质条件亦成为川东南复杂构造变动区页岩气富集的主控因素^[20-24]。

构造作用是制约复杂构造变动区页岩气保存的关键因素和直接原因，笔者以构造变形为先导，建立起川东南地区断裂规模、断裂密度、顶底板岩性和厚度、目的层埋深、构造形态和裂缝间距指数等页岩气保存指标和标准，确立页岩气保存综合评价体系，以推动川东南地区下古生界页岩气的勘探，并将加深对中国复杂构造变动区页岩气聚集条件与富集机理的认识。

1　地质背景

川东南地区位于湘鄂西川东断裂褶皱带中南段，由一系列被断层切割的NE向复背斜和复向斜相间构成(图1)。受差异区域滑脱作用和构造边界条件的影响，齐岳山断裂(齐岳山断层在研究区内未出露，故未标注齐岳山断层)将该区分为东西2个小同构造形变区，其东侧湘鄂西断褶带以厚皮“隔槽式”结构为主，出露下占生界，西侧川东断褶带为薄皮“隔挡式”结构，以中生界出露为主。晚燕山期，受太平洋构造域作用，东侧湘鄂西断褶带部分逆断层在燕山晚期发生负反转成为正断层。

2　差异构造变形

川东南地区主体构造变形受江南隆起向北西方向递进扩展所控制，同时黔北地区遭受晚期近南北向构造叠加，不同的构造区具差异的构造变形强度和变形方式。

2．1　差异构造特征

2．1．1构造单元划分

以齐岳山断裂为界，将川东南地区分为2个一级构造单元：川东南褶皱带和湘鄂西黔东北断褶带。湘鄂西黔东北断褶带中依据NE向构造变形强度划分为武隆－道真构造带、彭水－务川构造带和黔江－沿河构造带等3个二级构造单元。再根据近南北向构造与NE向构造的叠加，将以上二级构造单元进行南北分段，其北段武隆断褶带、彭水断褶带、西阳断褶带断裂、背斜和向斜均为NNE向；南段则表现为NNE向和近SN向构造的叠加，并且断裂异常发育，不仅NE向断层发育，而且近SN向和NW向断层也发育，且NW向断层切割NE向断层(图1、表1)。

奥陶纪晚期－早志留世早期，为陆棚、盆地相沉积，暗色页岩发育。下志留统龙马溪组中生代中期成气后^[25]，受汀南隆起陆内造山的扩展作用，该区中生代中晚期发生强烈断裂褶皱作用^[16]，从而致使龙马溪组页岩保存条件复杂。

2．1．2差异构造特征

2．1．2．1川东南褶皱带

川东南褶皱带位于齐岳山断裂西侧，印支期以来持续收缩变形，构造样式为隔挡式褶皱，地表断裂不甚发育。褶皱多为倒转或斜歪褶皱，轴面倾向南东。

焦石坝构造为川东南褶皱带一个重要的含页岩气构造，为一箱状褶皱，转折端平缓，两翼为高角度，同时两翼中断层较为发育(图2)。

2．1．2．2湘鄂西黔东北断褶带

湘鄂西黔东北断褶带位于齐岳山断裂东侧，构造类型为隔槽式褶皱－槽挡转换带，断褶作用强烈。

1)武隆－道真构造带：①武隆断褶带，该构造带为槽挡转换带，整体构造呈NE向，局部存在近南北向构造，由石柱向斜、老厂坪背斜、牛岩铺向斜构成。断层性质多样，表现为逆断层和正断层，其中正断层多为早期逆冲断层在晚燕山－早喜马拉雅期的负反转所形成(图2)；②道真叠加断褶带，该构造带整体呈近南北向，由于受构造叠加影响，多成“S”形，由道真向斜、土城背斜、桃源向斜、三会背斜和青山向斜构成。断层性质为逆断层和正断层，其正断层既有早期逆冲断层在晚燕山－早喜马拉雅期的负反转所形成，也有后期伸展作用的产物。该构造带中断层走向空间多样化，呈近南北向、NE向和NW向，其中NW向断层切割NE向断层(图3)。

2)彭水－务川构造带：①彭水断褶带，该构造带为隔槽式褶皱带，整体构造呈NE向，其中南部呈近南北向，由锅场坝背斜、清水溪向斜、郁山背斜、桑柘坪向斜和筲箕滩背斜构成。断层性质多为正断层，其成因多为早期逆冲断层在晚燕山－早喜马拉雅期的负反转所形成(图2)；②务川叠加断褶带，该构造带整体构造呈近南北向，由于受构造叠加影响，多成弧形，由龚滩向斜、金鸡岭背斜、黄郎坪向斜和镇南背斜构成。断层性质多样，其正断层既有早期逆冲断层在晚燕山－早喜马拉雅期的负反转所形成，也有后期伸展作用的产物。同道真叠加断褶带，该构造带中断层走向亦空间多样化。

3)黔江沿河构造带：①黔江断褶带，该构造带为隔槽式褶皱带，整体构造呈NE向，且向NW方向呈弧形突出，由咸丰背斜、濯河坝向斜、天馆背斜构成。断层性质多为倾向NW的正断层，为早期逆冲断层在晚燕山－早喜屿拉雅期的负反转所形成；②沿河叠加断褶带，该构造带整体构造呈近南北向，由于受构造叠加影响，多成向SE方向突出的弧形，由铜西向斜、宜居背斜构成。以正断层为主，多为早期逆冲断层在晚燕山早喜马拉雅期的负反转所形成，断层走向主要为NE向。

2．2　中新生代构造演化

中生界的地层接触关系和构造年代学证据显示，川东南地区构造变形主要发生于晚侏罗世与白垩纪，即燕山期才发生强烈挤压褶皱变形^[16]。

2．2．1早燕山－晚燕山早期

早燕山期构造变形普遍表现为冲断－褶皱构造，川东南地区的构造变形为燕山期的产物，且具有递进变形的特点。早燕山期构造波及的范围主要是齐岳山断裂以东，北东向构造带形成于该时期；晚燕山早期构造运动前锋冲断褶皱构造影响到华蓥山一线，南部叠加的近东西向断褶是该时期的产物。

2．2．2晚燕山晚期  喜马拉雅期

晚白垩世开始，受中国东部区域范围内伸展作用的影响，川东南地区从压性环境慢慢转变为张性环境，逐渐在区内形成张性构造。由于张应力从南东向北西方向逐渐减弱，其正断层作用仅能断开至齐岳山，往北西再难形成正断层，只形成部分不同规模的张节理。

3　保存条件评价

保存条件是川东南地区页岩气富集的主控因素之一，而构造是引发差异保存条件的关键。以构造为先导，强调差异构造作用是致使保存条件复杂化的根本原因，也是进行页岩气保存条件评价思路的关键。

3．1　保存条件评价标准

为了更好地体现构造对页岩气保存的关键控制作用，在构造形变区的基础上，基于差异构造变形，对不同构造带的保存条件进行评价。关于页岩气保存条件评价的思路和方法是：整体构造框架下的宏观保存体系。整体构造框架强调构造运动是影响保存条件和页岩气散失的根本原因，保存条件的研究应首先从各期次的构造运动对保存条件所产生的影响开始。宏观保存体系指受宏观构造地质背景控制的区域盖层、断裂系统和构造形态所组成的立体封闭体系，断裂、盖层条件的好坏以及构造形态是页岩气得以富集和保存的最直接的因素。

构造引发页岩气的差异保存条件宏观上可从断层作用、页岩顶板厚度、上覆层厚度、构造形态等来评价。具体评价时采用综合指标量化加权评分排队的方法：第一步将参与评价的各保存条件评价参数的好坏进行次序排列，给每一个级次赋以评价值，即Ⅰ级＝1.00，Ⅱ级＝0.75，Ⅲ级＝0.5，Ⅳ级＝0.25，Ⅰ－Ⅱ级＝0.85，Ⅱ－IⅢ级＝0.60，Ⅲ－Ⅳ级＝0.35；第二步是将每一个评价参数的评价值与评价参数权系数相乘命名为评价参数指标，并将各评价参数指标值相加得综合评价指标；第二步是按综合评价指标值的大小进行顺序排列。评价参数设置、取值标准和权系数充分考虑研究区复杂的实际地质条件，并结合勘探成果和勘探实践经验而确定(表2)。

3．2　保存条件

3．2．1断裂作用

3．2．1．1主于断裂破坏

主干断裂一般指构造边界大断层和一些长期活动的深断裂，其对区内构造边界的形成、断褶构造的演化等都具有明显的控制作用，形成时间一般都较早，起始于印支期  早燕山期，并且后期多次活动，成为控制构造演化的重要因素。将延伸长度超过40km的断裂认定为主干断裂，整体北东向延伸。武隆断褶带中发育3条主干断裂：三岔正断层、火石垭逆断层、仙女山逆断层。道真叠加断褶带发育1条主干断裂：大矸坝断层。彭水断褶带发育1条主干断裂：彭水断层。务川叠加断褶带发育2条主干断裂：焦坝正断层、兴隆双龙厂走滑断层。黔江断褶带发育1条主干断裂：铜鼓逆断层(图4)。

除务川叠加断褶带中的兴隆－双龙厂走滑断层，各主干断层印支期早燕山期就开始发育，持续至早喜马拉雅期，且在晚燕山－早喜马拉雅期发生负反转。主干断裂的长期活动和分布程度反映了构造的多次活动及其强度，温泉也常沿着这些断裂分布。因此长期活动的主干断裂异常发育对油气的保存来说一般是不利的。

3．2．1．2断层密度

印支期至中燕山期川东南地区发生多期构造的联合与复合，其中道真叠加断褶带、务川叠加断褶带、沿河叠加断褶带不仅遭受SE－NW方向的挤压作用，同时还遭受SW－NE方向的应力作用，且燕山晚期－喜马拉雅早期，该区进入了中国东部的伸展作用阶段，发育大量的张性正断层。由于构造作用的差异性，断层的发育区块分布规律明显、强度也有稽可查。道真叠加断褶带、务川叠加断褶带、沿河叠加断褶带为NE和NW向构造叠合区，断裂密度大，而彭水断褶带和黔江断褶带断层密度较小，川东南褶皱带和武降断褶带中地表仪发育少量小规模断裂(图1)。

3．2．2顶底板有效性

川东南地区五峰组龙马溪组页岩气顶板为龙马溪组上哑段泥页岩、含砂泥页岩，底板为临湘组和宝塔组石灰岩，与Barnetl页岩及顶底板地层结构类似。其空间分布稳定，其中在桑柘坪向斜中厚度为90～130m，且垂向渗透率低^[26]，可构成有效封盖。底板为临湘组  宝塔组致密石灰岩，空间分布稳定，厚度范围为30～50m。

3．2．3上覆层厚度

上覆岩层厚度制约气体渗滤散失和阻止扩散速度。Leythaeuscr曾对荷兰哈林根气田统计分析发现，上覆岩层厚度减小100m，则天然气储量减少1／2的时间为40×10⁴a。齐岳山以西上覆层厚度最大，可达6050m。武隆向斜上覆岩层厚度可达4250m，其次为武隆的白马向斜，上覆岩层最厚为3650m，上覆岩层厚度最薄的是彭水桑拓坪向斜，厚度仅为2600m(图4)。整体上，晚白垩世以来川东南地区自南东向北西剥蚀强度逐渐减弱，上覆层厚度则逐渐增厚。

3．2．4构造形态

四川盆地及周缘地区白垩纪以来发生强烈隆升剥蚀作用，从而造成五峰组龙马溪组的地层埋藏深度变浅，地层压力减小，页岩吸附能力减弱，即大量吸附气转化为游离气。含气量测试显示，彭页l井含气页岩核心段游离气占总含气量的38.52％，焦页1井含气页岩核心段游离气超过总含气量的50％。

如若使得游离气有效聚集，需有类似于常规油气勘探中正向构造，只有这些正向构造的存在，才能不至于使得游离气被大量逸散。四川盆地的页岩气勘探亦昆示，宽缓型背斜和宽缓型向斜部位页岩气井产气量相对较高。焦石坝构造为箱状褶皱，富顺－永川区块的阳101井亦位于宽缓背斜之上，压裂日产气43×10⁴m³。齐岳山断裂以东由于晚白垩世以来的强烈隆升剥蚀，龙马溪组主要分布于向斜构造中，即齐岳山断裂以东页岩气富集的构造形态主要为向斜，而以西则为背斜。

3．2．5裂缝间距指数

岩石断裂变形过程中不仅形成断层，同时还发育大量裂缝，而裂缝的密度以及破裂深度直接反应岩层破裂程度。含气页岩上覆岩层破裂发育程度越高，则对下伏岩层的封存能力也就越弱。Ruf评价宾夕法尼亚Huntingdon的Broadtop向斜中泥盆系Brallicr组岩层的破裂发育程度时，提出了FSI指数法皑^[27]。FSI指数是依据破裂间距和破裂切层深度做出的相关系数，FSI指数越大，表示裂缝密度越大，破裂穿切岩层的厚度也就越大，那么岩层破碎程度越高，封存能力也随之减弱。

野外裂缝实测数据显示：涪陵地区FSI指数为1.2536、武隆地区FSI指数为3.2679、彭水地区FSI指数为5.3955、道真地区FSI指数为9.4767(图5)。从计算结果来看，FSI指数存在较大的差异，靠近四川盆地最近的区域涪陵最小，其次是武隆地区、彭水地区，最大的是靠近金佛山菱形构造区域顶端部位的道真地区。数据的差异也说明了各个区域破裂发育程度也是不尽相同。其次涪陵裂缝多为小型层内裂缝，穿切岩层厚度不大，道真则多见“通天”破裂。

依据Ruf的观点，道真区域破裂发育程度最高，其次为彭水和武隆区域，上覆岩层完整程度最好的是涪陵地区。就破裂程度来看，全区由南至北、由东至西破裂发育程度逐渐减弱，上覆盖层的封盖性也相对变好。

3．3　保存条件综合评价

从断裂作用、顶底板有效性、上覆层厚度、构造形态以及裂缝间距指数等方面来揭示川东南地区的各构造形变区页岩气宏观保存条件。评价结果显示各构造形变区宏观页岩气保存条件综合评价指标值介于0.4250～0.7875。其中川东南褶皱带综合评价指标最高，为0.7875，其次为武隆断褶带0.5875，再次为彭水断褶带和黔江断褶带，综合评价指标为0.525，最后为道真叠加断褶带、务川叠加断褶带和沿河叠加断褶带，综合评价指标为0.425(表3)。

空间上齐岳山断裂以东整体封闭保存条件都不是十分的理想，而且武隆－彭水一线以南构造叠加带保存条件最差。

4　结论

1)以齐岳山断裂为界，将川东南地区分为川东南褶皱带和湘鄂西黔东北断褶带2个一级构造单元。其中湘鄂西黔东北断褶带可划分出武隆－道真构造带、彭水－务川构造带和黔江  沿河构造带等3个二级构造单元，再根据构造叠加特征，将以上二级构造单元进一步划分为6个三级构造单元。

2)川东南褶皱带以褶皱作用为主，变形较弱。武隆断褶带、彭水断褶带和黔江断褶带早燕山期断裂褶皱作用强烈，地层剥蚀强度大。道真叠加断褶带、务川叠加断褶带和沿河叠加断褶带燕山南北向构造与北东向构造叠加，加之晚燕山至早喜马拉雅期的伸展作用，断层密度大，构造变形复杂。

3)立足于构造作用对页岩气保存的直接制约，从断层作用、页岩顶板厚度、上覆层厚度、构造形态和裂缝间距指数等建立起综合评价指标，各指标的相应权重为0.25、0.25、0.2、0.2和0.1。同时各保存条件评价参数划分4个等级，并赋以评价值，即Ⅰ级＝1.00，Ⅱ级＝0.75，Ⅲ级＝0.5，IV级＝0.25。

4)保存条件评价结果显示，川东南褶皱带宏观保存条件最好，其次为武隆断褶带，再次为彭水断褶带和黔江断褶带，最后为道真叠加断褶带、务川叠加断褶带和沿河叠加断褶带。

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本文作者：汤济广  李豫  汪凯明  齐泽宇

作者单位：长江大学地球科学学院

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