影響中國中西部油氣分布的主要因素分析

影響中國中西部油氣分布的主要因素分析

0不同前陸盆地油氣成藏特征中國中部阿魯盆盆地的構造特征與經(jīng)典阿魯盆盆地不同：盆地發(fā)育初期（p-t）是典型的前陸盆地，晚宋時期受到印度-西藏板塊高度變化的直接影響，形成了具有特殊構造背景和發(fā)展歷史的前陸盆地。由于晚期強烈的構造改造(以晚新生代以來的晚期成藏、晚期調整為主),中西部前陸盆地早期形成的油氣藏均遭受了不同程度的破壞并向上部儲蓋組合調整。由于各盆地經(jīng)歷的晚期構造疊加、改造強度有差異,不同前陸盆地的油氣成藏特征、成藏過程存在明顯差異。如庫車前陸盆地以喜馬拉雅晚期氣充注為主,早期充注的油氣受強烈改造;川西前陸盆地須家河組油氣充注主要發(fā)生在燕山期,喜馬拉雅期調整導致侏羅系次生油氣藏的形成,而準噶爾西北緣則以印支期—燕山期成藏為主,晚期構造改造、油氣調整明顯較弱。中西部前陸盆地油氣成藏地質條件和成藏特征研究、對比表明,前陸盆地演化、充填層序、構造疊加特征的差異決定了不同前陸盆地生儲蓋組合、成藏時期、成藏后改造作用以及油氣富集部位的差異。值得進一步關注的是,中西部前陸盆地復雜的構造與成藏演化使得不同類型前陸盆地、同一前陸盆地不同的構造單元、沖斷帶內部不同區(qū)帶的成藏特征及油氣分布均存在較大差異,這對不同前陸盆地、構造單元及沖斷帶內部的油氣勘探具有重要意義。1盆地類型與油氣分布1.14疊加型前陸盆地從構造演化史角度,中國中西部前陸盆地發(fā)育可分為兩期:①二疊紀—三疊紀,該時期形成了與國外前陸盆地特征相近的周緣前陸盆地和弧后前陸盆地,前者如庫車、準西北緣、準南,后者如楚雄等;②新近紀以來,主要受歐亞板塊南緣發(fā)生的印-藏板塊碰撞遠程效應的影響[2,4,5,14,15,16,17],形成了具有中國特色的前陸盆地[14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24],這類前陸盆地形成同期未發(fā)生碰撞或俯沖作用,因而缺乏同期巖漿弧或蛇綠混雜巖帶。有些學者參考A型、B型碰撞而稱之為C型碰撞,而有些學者認為這些盆地的形成與新特堤斯時期古特堤斯造山帶的復活有關,稱之為再生前陸盆地,類似于“中國型盆地”概念。由于上述兩期構造演化,中西部地區(qū)晚古生代以來兩期前陸盆地疊合,形成了早衰型、改造型、新生型和疊加型等4類前陸盆地(見圖1)。疊加型前陸盆地是指喜馬拉雅期再生前陸盆地疊加在晚海西—印支期前陸盆地之上,兩期前陸盆地保存都較好、結構完整,主要發(fā)育在天山造山帶兩側和昆侖山造山帶北側,如庫車、準南、塔西南。早衰型前陸盆地是指在晚海西—印支期前陸盆地形成之后,喜馬拉雅期沖斷變形影響很弱,早期前陸盆地結構特征較明顯,主要發(fā)育在準噶爾盆地的西北緣。新生型前陸盆地主要形成于喜馬拉雅期,晚海西—印支期的前陸盆地不發(fā)育或者從現(xiàn)有的資料還無法論證在印支期是否發(fā)育前陸盆地,新生型前陸盆地主要發(fā)育在青藏高原東北緣至祁連山造山帶的兩側,如酒西盆地和柴達木盆地北緣。改造型前陸盆地主要發(fā)育晚海西—印支期前陸盆地,經(jīng)歷喜馬拉雅期沖斷變形的改造,喜馬拉雅期前陸盆地欠發(fā)育,主要發(fā)育在四川盆地西緣、東北緣和鄂爾多斯盆地西緣。1.2上部遠源他生成藏體系中國中西部發(fā)育兩期前陸盆地,前陸層序與非前陸層序交叉疊置,兩套區(qū)域性蓋層的發(fā)育基本控制了油氣的分布層位,其中的中生界煤系(烴源巖、蓋層)將中西部前陸盆地多套成藏組合分割成兩大成藏體系:下部“近源自生”和上部“遠源他生”成藏體系(見圖2)。以中生界煤系為界,之下發(fā)育晚二疊世—三疊紀早期前陸期和侏羅紀拗陷期兩套主要烴源巖,形成了生儲蓋匹配較好的下部近源自生成藏體系(包括儲蓋組合Ⅰ和組合Ⅱ);之上為坳陷湖盆萎縮期沉積和再生前陸磨拉石沉積,砂體發(fā)育、儲蓋配合好,但烴源巖缺乏,喜馬拉雅期再生前陸沖斷活動使下部烴源巖晚期生烴,并由于烴源斷裂發(fā)育而與上部有利儲集層形成很好的匹配關系,構成了上部遠源他生成藏體系(包括組合Ⅲ和組合Ⅳ)。上部遠源他生成藏體系比下部近源自生成藏體系更為高效,占有70%以上的三級油氣地質儲量,如克拉2、新場、迪那和風城湖灣—五八區(qū)等一批大中型油氣田都分布在上部成藏體系中。疊加型前陸盆地(庫車、準南、塔西南、吐哈)主要發(fā)育中生界煤系烴源巖和二疊系烴源巖,準南還發(fā)育白堊系和古近系湖相烴源巖。疊加型前陸盆地往往發(fā)育完整的4套儲蓋組合:組合Ⅰ(二疊系、三疊系)、組合Ⅱ(侏羅系)、組合Ⅲ(白堊系、古近系)、組合Ⅳ(新近系),其中儲蓋組合Ⅲ是大型、特大型油氣藏勘探的重點儲蓋組合(見圖2)。早衰型前陸盆地(準噶爾西北緣)主要發(fā)育早期前陸期的二疊系烴源巖,主要分布于瑪湖凹陷的風城組(P1f)和下烏爾禾組(P2w),主要發(fā)育組合Ⅰ(石炭系、二疊系)和組合Ⅱ(三疊系、侏羅系)2套儲蓋組合,是油氣賦存的主要層位(見圖2)。改造型前陸盆地(川西)主要發(fā)育早期前陸期的煤系烴源巖及前前陸期的下伏古生界被動大陸邊緣海相烴源巖,主要發(fā)育下部成藏體系,上三疊統(tǒng)與侏羅系組合是油氣勘探的重點儲蓋組合(見圖2)。新生型前陸盆地(如柴北緣)主要發(fā)育中生代斷(拗)陷期沉積的中下侏羅統(tǒng)(J1—2)湖沼相烴源巖(如柴北緣)或湖相烴源巖(酒西),主要發(fā)育組合Ⅱ(中下侏羅統(tǒng))、組合Ⅲ(白堊系、古近系)和組合Ⅳ(新近系)(見圖2),組合Ⅲ是油氣勘探的重點。1.3下封區(qū)打造“多聚”模式中國中西部發(fā)育的疊加型、改造型、早衰型和新生型前陸盆地的地質特征決定了其烴源巖、儲蓋組合等成藏條件的差異,4類前陸盆地的油氣成藏特征、油氣聚集模式也存在差異(見圖3)。疊加型前陸盆地主要發(fā)育早期前陸期古生界烴源巖和拗陷期中生界湖沼相烴源巖,具有在上、下部成藏體系的多套儲集體中經(jīng)歷多期油氣充注的“多聚”特征,大型油氣田主要分布在上部成藏體系的斷層相關褶皺圈閉中。該模式以庫車、準南前陸盆地最為典型。改造型前陸盆地主要發(fā)育前陸期烴源巖和下伏古生界被動大陸邊緣海相烴源巖,具有燕山晚期形成下部成藏體系原生油氣藏、喜馬拉雅晚期形成上部成藏體系次生油氣藏的“早期聚集、后期調整”特征,坳陷帶下部成藏體系中原生油氣藏是大中型油氣田的勘探方向。該模式以川西和鄂爾多斯西緣前陸盆地最為典型。早衰型前陸盆地主要發(fā)育前陸期古生界烴源巖,燕山期下部成藏體系原生油氣藏具有“形成早、保存好”的特征,油氣在下部成藏體系中的早期沖斷帶構造圈閉及上覆地層巖性圈閉中富集。該模式以準噶爾西北緣前陸盆地最為典型。新生型前陸盆地主要發(fā)育中生界湖沼相烴源巖,油氣分布于上部古近系和新近系儲蓋組合中,表現(xiàn)為喜馬拉雅期一次聚集成藏的特征。該模式以柴北緣沖斷帶和酒西前陸盆地最為典型,油氣富集于沖斷帶下盤和凹中潛伏構造等構造活動相對穩(wěn)定區(qū)域。2前陸盆地的構造單元和油氣分布2.1不同構造帶分布的影響前陸盆地是克拉通與造山帶之間平行于造山帶分布的沉積盆地,從造山帶一側向克拉通內部,前陸盆地依次可劃分為沖斷帶、前淵、斜坡帶和隆起帶。不同構造單元構造變形強度不同,推覆強度、斷裂作用、蓋層的隔擋作用等因素控制成藏體系在不同構造帶的分布(見圖4)。沖斷帶由于推覆強烈、斷裂發(fā)育,可發(fā)育多套成藏組合,以構造油氣藏為主,多期成藏疊加、晚期調整,山前構造帶往往由于強烈改造而破壞早期形成的油氣藏。前淵帶斷裂發(fā)育較差,蓋層的封隔作用較明顯,主要發(fā)育上部成藏體系,油氣主要來源于鄰近的烴源巖,以晚期形成的天然氣藏為主。斜坡帶和前緣隆起帶由于上部成藏體系埋藏淺,自身烴源巖不發(fā)育,又缺少溝通下部油氣源的斷裂,以發(fā)育上部成藏體系為主;巖性-地層圈閉發(fā)育,圈閉形成、油氣成藏時間相對較早,以地層、巖性、構造復合油氣藏為主。2.2不同構造單元油氣圈閉類型及成藏組合由于前陸盆地不同構造單元在沉積構造特征、烴源巖發(fā)育程度、圈閉類型及形成時間、有利儲集層埋深、油氣運移和聚集方式、保存條件等方面存在差異,因而不同構造單元油氣分布特征存在差異(見圖5):前陸沖斷帶以發(fā)育構造油氣藏為特征,空間上成排成帶分布,以油藏或殘余油藏為主;前淵坳陷以發(fā)育巖性、背斜-巖性油氣藏為特征,主要為高—過成熟的天然氣;斜坡帶和前緣隆起帶以發(fā)育地層、巖性和復合油氣藏為特征,主要為油藏或凝析油氣藏。前陸盆地不同構造單元的沉積層系厚度、褶皺斷層發(fā)育程度及烴源巖分布有所差別,使得油氣在不同構造單元亦呈現(xiàn)出不同相態(tài),一般在前陸盆地造山帶一側的褶皺構造中存在改造后的殘余油藏,甚至存在被徹底破壞的油氣遺跡——油苗、油砂等,但同時在距離造山帶一定距離的褶皺中形成高豐度的天然氣藏,西部庫車前陸盆地這一特征十分明顯:前淵帶一般聚集高成熟度的天然氣,前陸斜坡、隆起帶一般富集凝析油氣藏,而前緣隆起帶則發(fā)育常規(guī)油藏和凝析油藏(見圖5)。不同構造單元的油氣圈閉類型、油氣成因類型也不相同(見圖5),發(fā)育的成藏組合也存在較大差異。此外,由于各構造單元烴源巖演化、圈閉形成時間、油氣成藏期存在差異,導致前陸盆地不同構造單元的成藏特征及油氣分布規(guī)律亦存在明顯差異。3期構造環(huán)境特征前陸沖斷帶是中西部前陸盆地油氣富集的主要構造單元,沖斷帶大中型油氣田形成的主控因素主要可以歸結為3大方面:烴源巖與儲蓋組合、構造特征(斷裂系統(tǒng)、分帶特征、分段特征)及保存條件(晚期構造活動、蓋層品質、生-運-聚匹配關系)等。在發(fā)育良好烴源巖及儲蓋組合的前陸沖斷帶,斷裂(系統(tǒng))及其與蓋層的組合關系對油氣運聚起著關鍵作用:斷裂-蓋層的時空耦合決定了油氣運聚、賦存的主要層位,同時斷裂系統(tǒng)的發(fā)育控制著前陸沖斷帶構造分帶、分段特征,并且由于主滑脫層(區(qū)域性蓋層)的存在,決定了沖斷帶油氣分布的橫向分段性與縱向分層富集的特征。3.1庫車前陸沖斷帶前陸沖斷帶逆沖斷裂十分發(fā)育,逆沖斷裂宏觀發(fā)育規(guī)律及微觀結構特征決定逆沖斷裂在油氣成藏過程中起著側向遮擋和作為油氣輸導散失通道的雙重作用。逆沖斷裂與其所控圈閉之間的配置關系控制著斷裂輸導油氣的方向,使夾持圈閉的兩條逆沖斷裂在圈閉成藏過程中起著不同的作用:圈閉較緩一側的逆沖斷裂與該圈閉交切之處主要起側向滲透或封堵作用,圈閉較陡一側斷裂以輸導、散失油氣為主。以庫車為例,烴源巖主要位于中上三疊統(tǒng)、中下侏羅統(tǒng),對于侏羅系以上的儲蓋組合,斷裂是油氣突破巨厚泥巖垂向運移的唯一通道(見圖6)。大北—克拉蘇構造帶鹽下主要發(fā)育前展疊瓦構造變形樣式,受強烈的沖斷作用和上覆鹽層的共同控制,庫車前陸沖斷帶鹽下構造層以發(fā)育背斜、斷背斜和斷塊圈閉類型為主,整體構造帶主要由多個斷塊或斷背斜構成,多個斷塊或斷背斜向凹陷方向高程逐漸降低,形成庫車特有的鹽下“前展疊瓦式”構造油氣富集帶。斷裂、構造形成的時間決定了山前沖斷帶至盆地內部的油氣分布序列(見圖6),山前沖斷帶構造改造強烈,斷裂以輸導、散失油氣為主。隨著變形向盆內方向傳播,地層埋深不斷加大,斷裂對油氣起輸導作用的同時,其側向封堵性明顯增強,隨著前展式構造依次形成,造就了沖斷帶不同“階梯式”構造帶的油氣分布差異。蓋層對于油氣藏的保存十分重要,特別是逆沖斷裂廣泛發(fā)育的前陸沖斷帶天然氣藏對蓋層的要求尤為苛刻,穩(wěn)定分布的區(qū)域蓋層對大氣田的分布具有明顯控制作用。以庫車前陸盆地為例,雖然上部發(fā)育新近系吉迪克組膏泥巖、膏巖優(yōu)質蓋層,但下部的庫姆格列木群發(fā)育更為優(yōu)質的區(qū)域性膏鹽巖蓋層,使下伏白堊系砂巖儲集層成為該區(qū)主力勘探層系,已發(fā)現(xiàn)了克拉2、大北等大型氣田(見圖6)。3.2斷層-蓋層時空演化控制油氣成藏特征研究表明,對于晚期構造活動較強的前陸沖斷帶而言,單一地評價斷裂或蓋層均不能很好地揭示現(xiàn)今復雜的油氣水分布、評價不同構造部位的勘探潛力,斷裂與蓋層的時空耦合是決定沖斷帶油氣成藏與油氣保存的關鍵。從斷裂、蓋層組合及其與油氣成藏關系來看,斷裂系統(tǒng)、區(qū)域性蓋層在時間、空間上的演化及差異決定了前陸沖斷帶不同構造部位油氣成藏特征、油氣分布及勘探潛力的差異。同一斷層在不同的埋藏深度由于應力狀態(tài)、斷面壓力、斷裂巖及其膠結作用等不同,對油氣的封堵性存在較大差異;而同樣巖性的蓋層在不同的埋藏深度由于塑性、異常壓力發(fā)育程度等的差異,對油氣的封蓋能力也存在明顯差異。斷層與蓋層的耦合關系基本控制了不同構造部位的油氣成藏過程與油氣水分布。一般地,沖斷帶近山前一側斷穿蓋層的逆沖斷層若早期發(fā)育并長期活動,油氣多散失;而沖斷帶近凹一側逆沖斷層發(fā)育相對較晚,蓋層埋深大、塑性強,斷層很難突破蓋層,對油氣成藏則十分有利[25,26,27,28,29,30]。以下以庫車大北地區(qū)為例詳細分析斷層-蓋層時空演化對油氣成藏特征與油氣分布的控制。膏鹽巖蓋層的應力應變特征明顯與碎屑巖不同,在不同溫度下具有明顯不同的脆性、塑性,一般隨埋深或溫度增加塑性增強。依據(jù)不同溫度下鹽巖三軸應力-應變實驗數(shù)據(jù),并以庫車坳陷地熱梯度2.5℃/100m、年地表溫度15℃計算,庫車坳陷膏鹽層隨埋深增加塑性逐漸增強,縱向上可大致劃分為3個階段:脆性階段、過渡階段和塑性階段(見圖7)。埋深2600m以淺,膏鹽層以脆性為主,受力易破裂;3200m以深,膏鹽層完全呈塑性,受力易流變,新生斷層無法穿過;2600~3200m為過渡階段,膏鹽層處于半塑性狀態(tài),其內的斷層會因膏鹽巖受擠壓流動而慢慢消失,為庫車前陸盆地膏鹽巖層斷層開啟與關閉的關鍵深度段。地下膏鹽層的流動除為現(xiàn)今地表特征所證實外,鹽巖流體包裹體研究也提供了佐證,吐北1井庫姆格列木群白色鹽巖樣品(4080.5m)顯示,鹽巖捕獲的暗色天然氣包裹體呈長條狀、線型排列,顯然是鹽巖流動拉長的結果。以大北氣田、大宛齊油田成藏過程為例,斷裂與膏鹽巖組合的動態(tài)演化控制著其油氣成藏過程,主要經(jīng)歷了以下兩個階段:①庫車組沉積早中期。大北古構造圈閉中早期聚集的油氣(見圖6c)隨著圈閉的調整向北構造高點側向運移,當膏鹽巖蓋層多數(shù)處于3200m之上時,吐孜瑪扎斷裂仍然保持完整,超出溢出點的油氣沿吐孜瑪扎斷裂向上運移(見圖6b),部分油氣進入鹽上新近系吉迪克組的底砂巖層,在膏泥巖、膏鹽蓋層約束下再側向運移,在大宛齊早期背斜下部(吉迪克組)聚集成藏。②庫車組沉積中晚期—第四紀。隨著膏鹽巖層埋藏深度的增大,其塑性也逐漸增強,一方面膏鹽巖受南天山的擠壓推覆作用和上覆負荷的重力作用向南部運移增厚,破壞了鹽間斷層;另一方面膏鹽巖受巖石密度差作用沿先期鹽上斷層向上侵入,形成隱刺穿、刺穿或斷層焊接,使鹽間斷層封閉:兩種作用關閉了深層油氣進一步向上運移、散失的通道(見圖6a)。此后,鹽下斷層繼續(xù)活動或形成新斷層,斷塊、斷背斜擠入塑性膏鹽層內,形成大量有效圈閉,大規(guī)模高成熟煤成氣在其中聚集成藏,早期原油僅以氣溶油的形式少量保留,形成鹽下干氣氣藏或含少量凝析油的氣藏。鹽上構造隨著背斜的進一步發(fā)育,大宛齊背斜聚集的油氣沿核部張性斷裂或裂隙向上調整,于庫車組成藏,大部分天然氣散失,形成了大宛齊油田。3.3庫車大北—沖斷帶構造分帶、分段特征與油氣分布勘探實踐表明,中西部前陸沖斷帶構造圈閉發(fā)育、勘探潛力巨大。受構造形成時間、變形程度、調節(jié)構造和構造應力等因素的影響,前陸沖斷帶往往呈現(xiàn)構造分帶、分段的特征,不同構造帶、構造段在構造樣式、構造變形機制及成藏特征上均表現(xiàn)出明顯的差異性,空間上圈閉疊置復雜,加之圈閉調整、定型與斷裂發(fā)育、演化等成藏要素存在時間匹配效應,造成油氣分帶、分段差異分布,油、氣、水關系十分復雜,油氣成藏的關鍵是烴源巖與圈閉之間斷裂的有效輸導與區(qū)域蓋層的有效封擋。前陸沖斷帶構造的分段性、分帶性決定了前陸盆地不同構造段、構造帶油氣成藏特征、油氣分布規(guī)律及油氣豐度的差異。沖斷帶發(fā)育的一級調節(jié)構造控制了沖斷帶的構造分段特征,中段油氣往往相對富集,例如,庫車沖斷帶按照沖斷構造樣式及動力學機制自西向東可以分為4個部分:喀什—阿克蘇疊瓦沖斷帶、拜城—庫車褶皺沖斷帶、庫爾勒右滑轉換帶和羅布泊沖斷帶,以位于中段的拜城—庫車沖斷帶油氣最為富集;準噶爾西北緣也可分為紅—車斷裂帶、克—百斷裂帶與烏—夏斷裂帶,中段的克—百斷裂帶是油氣分布范圍最大、富集程度最高的構造段。而在不同的構造段,次級調節(jié)構造控制著構造段內部的分段性,主要表現(xiàn)為斷裂的走向、傾角等發(fā)生較大改變,在斷裂走向發(fā)生較大變化的構造段,斷裂控制著不同段油氣性質、油氣分布的差異。根據(jù)地面露頭觀察、地震構造解釋、鉆遇地層特征等分析,大北—克拉蘇構造段自西向東又可進一步劃分為阿瓦特、博孜、大北、克深5、克深1—2、克拉3等6個區(qū)塊(見圖8);自