中國(guó)中西部前陸盆地的類型及演化特征

中國(guó)中西部前陸盆地的類型及演化特征

中國(guó)中部古生代盆地的許多中新世盆地具有獨(dú)特的構(gòu)造發(fā)育過程和構(gòu)造變形特征。Bally和Snelson(1980)稱之為獨(dú)特的“中國(guó)型”盆地,Graham和Hendrix等(1993)認(rèn)為是“碰撞繼承”盆地。而中國(guó)許多學(xué)者以“再生前陸盆地”[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12]、“類前陸盆地”、“陸內(nèi)前陸盆地”和“陸內(nèi)俯沖型前陸盆地”等命名。不管這些專家學(xué)者以怎樣的名稱來研究這些盆地,在盆地形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制上,學(xué)者們的意見是一致的,即這些盆地的構(gòu)造性質(zhì)與特提斯洋的演化有關(guān),這種大陸碰撞造成的應(yīng)力在青藏高原聯(lián)合地體之間傳遞,一直傳播到很遠(yuǎn)的大陸內(nèi)部,從而發(fā)育盆地特有的構(gòu)造變形特征,并在盆地的周緣地帶形成了典型的大規(guī)模沖斷帶。中國(guó)前陸盆地與世界典型周緣前陸盆地、弧后前陸盆地的地質(zhì)特征存在差異,中國(guó)中西部前陸盆地具有很好的油氣成藏地質(zhì)條件,如拉張構(gòu)造背景下沉積的有效烴源巖層系、擠壓背景下發(fā)育前陸逆沖帶、喜山期形成的成排成帶大型圈閉等,是中國(guó)油氣勘探的重要領(lǐng)域[8,10,11,21,22,23,24,25,26,27,28,29],并對(duì)中國(guó)中西部前陸盆地的成藏特征進(jìn)行了初步分析。本文以準(zhǔn)噶爾西北緣前陸盆地(早衰型)、川西前陸盆地(改造型)、柴北緣沖斷帶(新生型)和準(zhǔn)南緣前陸盆地(疊加型)為實(shí)例探討了4種組合類型前陸盆地成藏地質(zhì)條件的差異,這對(duì)深入認(rèn)識(shí)中國(guó)中西部前陸盆地的成藏模式和油氣富集規(guī)律具有重要的意義。14喜山期前陸盆地類型晚古生代以來,中國(guó)中西部地區(qū)主要發(fā)育2期前陸盆地。中國(guó)中西部前陸盆地主要是喜山期再生前陸盆地(沖斷帶)與海西晚期—印支期周緣、弧后前陸盆地組成的疊合式前陸盆地,其原型盆地包括海西—印支期周緣前陸盆地(如塔里木北部、川西、鄂爾多斯西緣等)、海西—印支期弧后前陸盆地(如塔里木南部等)、喜山期再生前陸盆地(如庫(kù)車、塔西南、準(zhǔn)南等)。上述3種原型盆地,加上喜山期沖斷隆升活動(dòng),形成4類復(fù)合型前陸盆地,即早衰型、改造型、新生型和疊加型。(1)早衰型前陸盆地,是指晚海西-印支期前陸盆地形成之后,其后主要經(jīng)歷伸展型的斷陷和區(qū)域性坳陷盆地,喜山期沖斷變形影響很弱,早期前陸盆地結(jié)構(gòu)特征較明顯,該類型主要發(fā)育在準(zhǔn)噶爾盆地的西部和東部。(2)改造型前陸盆地,是指晚海西—印支期前陸盆地經(jīng)歷喜山期沖斷變形的改造,早期前陸盆地的形態(tài)發(fā)生了一定的改變,喜山期前陸盆地不發(fā)育或很弱,該類前陸盆地主要發(fā)育在四川盆地西緣、東北緣和鄂爾多斯盆地西緣。(3)新生型前陸盆地,是指前陸盆地主要形成于喜山期,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,這類盆地組合主要發(fā)育在祁連山造山帶的兩側(cè),如酒泉盆地和柴達(dá)木盆地北緣。(4)疊加型前陸盆地,是指喜山期再生前陸盆地疊加在晚海西—印支期前陸盆地之上,2期前陸盆地都保存較好、結(jié)構(gòu)完整,該類盆地主要發(fā)育在天山造山帶的兩側(cè)和昆侖山造山帶的北側(cè),如庫(kù)車地區(qū)、準(zhǔn)南地區(qū)、塔西南地區(qū)。上述4種組合類型前陸盆地的發(fā)育部位、盆地基礎(chǔ)、充填層序、構(gòu)造疊加、盆山耦合形式、構(gòu)造應(yīng)力條件等均不相同,具有不同的結(jié)構(gòu)特征(表1),從而決定了其成藏地質(zhì)條件上的差異。24成藏儲(chǔ)蓋組合中西部前陸盆地在2期前陸及其之間坳陷盆地區(qū)域構(gòu)造背景下,沉積演化基本上有前前陸盆地克拉通沉積、早期前陸盆地沉積、中生代坳陷盆地沉積和新生代陸內(nèi)前陸沉積4個(gè)階段,考慮到中生界煤系地層在成藏過程中的重要性,可劃分為4套儲(chǔ)蓋組合。分別以準(zhǔn)西北緣(早衰型前陸盆地)、川西(改造型前陸盆地)、柴北緣(新生型前陸盆地)和準(zhǔn)南緣(疊加型前陸盆地)為例探討不同組合類型前陸盆地生儲(chǔ)蓋組合特征上的差異(圖1、圖2)。2.1準(zhǔn)西北緣的前陸盆地2.1.1干結(jié)構(gòu)巖體碳同位素主要發(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(fēng)城組(P1f)和下烏爾禾組(P2w)。風(fēng)城組(P1f)烴源巖厚度為50~200m,有機(jī)碳含量0.62%~4.01%,平均1.38%。烴源巖顯微組分、干酪根元素分析和干酪根碳同位素分析表明,風(fēng)城組(P1f)為Ⅰ-Ⅱ1型烴源巖,如干酪根H/C原子比平均1.17,IH主要集中在200~500之間1。下烏爾禾組(P2w)烴源巖厚度一般為100~300m,烴源巖有機(jī)碳含量變化較大,高者可達(dá)9.16%,平均1.73%。下烏爾禾組屬淡水湖泊相—河流沼澤相沉積,有機(jī)質(zhì)類型變化較大,以腐殖型為主,也有部分為混合型,如IH基本上低于2001。2.1.2中上二疊統(tǒng)儲(chǔ)層組合特征準(zhǔn)西北緣主要發(fā)育組合Ⅰ(石炭系、二疊系)和組合Ⅱ(三疊系和侏羅系)共2套儲(chǔ)蓋組合,并是現(xiàn)今油氣發(fā)現(xiàn)的主要場(chǎng)所(圖2)。組合Ⅰ為發(fā)育于石炭系-二疊系中的儲(chǔ)蓋組合,石炭系火山巖儲(chǔ)集層為一套中-低孔隙度、低-特低滲透率、非均質(zhì)性極強(qiáng)的儲(chǔ)集層,下二疊統(tǒng)佳木河組、風(fēng)城組以及中上二疊統(tǒng)的夏子街組、烏爾禾組屬于低-中孔滲儲(chǔ)層,上二疊統(tǒng)烏爾禾組泥巖是該套組合的區(qū)域蓋層。組合Ⅱ主要發(fā)育于三疊系-侏羅系層系,下白堊統(tǒng)吐谷魯泥巖構(gòu)成了該套儲(chǔ)蓋組合頂部的區(qū)域蓋層,并包括上三疊統(tǒng)白堿灘組(T3b)、下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)中部泥巖、早侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)上部泥巖和下白堊統(tǒng)吐谷魯組泥巖4套區(qū)域蓋層構(gòu)成的多套儲(chǔ)蓋組合。三疊系儲(chǔ)集層主要在中-下三疊統(tǒng),以粗碎屑巖為主的洪積相、河流相和三角洲相的砂礫巖為主,三疊統(tǒng)礫巖為中孔中滲的較差儲(chǔ)層,中三疊統(tǒng)礫巖則一般是中高孔-中高滲的較好儲(chǔ)層,如克-烏斷裂下盤的不等粒礫巖、砂質(zhì)礫巖的孔隙度為10.9%~22.3%。侏羅系陸相碎屑巖儲(chǔ)層的巖性差異較大,巖性對(duì)物性的控制作用明顯,主要巖性有礫巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖。值得注意的是,該套組合的上三疊統(tǒng)白堿灘組(T3b)區(qū)域蓋層之下控制了西北緣的80%左右的油氣分布。2.2西川前陸盆地2.2.1都里山下煤系烴源巖主要發(fā)育早期前陸期的下三疊統(tǒng)(T3)煤系烴源巖和之前及前前陸期的下伏古生界被動(dòng)大陸邊緣海相烴源巖,其中早期前陸期的下三疊統(tǒng)(T3)煤系烴源巖是川西前陸盆地最主要的烴源巖(圖1)。上三疊統(tǒng)須家河組須一、須三、須五段煤系烴源巖分布于整個(gè)川西前陸地區(qū)。泥質(zhì)烴源巖厚度自東向西逐漸增厚,川西坳陷中心厚度可達(dá)1400m。煤層在川西普遍發(fā)育,厚一般為2~10m,但在坳陷部位最厚,累計(jì)厚度達(dá)25m以上。泥巖有機(jī)碳含量多集中在0.5%~6.5%之間,絕大部分樣品大于1.0%,平均值為2.43%。2.2.2組合發(fā)育模式川西前陸盆地主要存在組合Ⅰ(中、下三疊統(tǒng))、組合Ⅱ(上三疊統(tǒng))和組合Ⅲ(侏羅系)共3套儲(chǔ)蓋組合,下部?jī)?chǔ)蓋組合(組合Ⅱ)和上部?jī)?chǔ)蓋組合(組合Ⅲ)是油氣勘探的重點(diǎn)儲(chǔ)蓋組合(圖2)。組合Ⅰ主要發(fā)育在中、下三疊統(tǒng)及以下層系,中、下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的孔滲小,如中三疊統(tǒng)雷口坡組平均孔隙度在5%左右,上三疊統(tǒng)煤系為區(qū)域蓋層。組合Ⅱ發(fā)育于三疊系-侏羅系,源巖、儲(chǔ)層均為上三疊統(tǒng),儲(chǔ)層屬于裂縫改造致密型,平均孔隙度一般為3%~8%,蓋層為上三疊統(tǒng)泥巖,如中壩上三疊統(tǒng)須二氣藏、平落壩上三疊統(tǒng)香三、四段氣藏。組合Ⅲ主要發(fā)育于侏羅系,烴源是上三疊統(tǒng)煤系,儲(chǔ)層是侏羅系寬淺湖相砂巖,儲(chǔ)層孔隙度比較好,平均孔隙度一般為5%~13%,儲(chǔ)層上覆的侏羅系泥巖為蓋層,如南部白馬廟、平落壩、新場(chǎng)侏羅系氣藏。2.3柴北緣前陸沖斷帶2.3.1中侏羅統(tǒng)烴源巖厚度由于早期前陸盆地剝蝕殆盡,新生型前陸主要發(fā)育前前陸期的斷(坳)陷沉積的中下侏羅統(tǒng)(J1-2)湖沼相烴源巖(圖1)。下侏羅統(tǒng)暗色泥巖厚度大,分布面積廣,如昆特依斷陷北部的鄂I號(hào)次凹和冷西次凹發(fā)育了巨厚的暗色泥巖,厚度達(dá)600~1200m,冷湖四、五號(hào)厚度也較大,為400~900m左右,冷湖六、七號(hào)為100~300m,鄂博梁Ⅰ號(hào)和葫蘆山地區(qū)100~200m,昆北斜坡100~200m左右,昆特依1號(hào)附近為200~400m左右(昆特依中部厚度多為200m),南部的伊北次凹厚度多為400~800m左右。中侏羅統(tǒng)烴源巖以魚卡坳陷暗色泥巖厚度最大,為200~500m,是中侏羅統(tǒng)主要的生油中心,賽什騰凹陷中部多為100~200m,南部綠南斷裂下盤為200m左右。下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)碳平均1.97%,中侏羅統(tǒng)有機(jī)碳平均為1.84%。2.3.2中、下侏羅統(tǒng)存在組合Ⅱ(中下侏羅統(tǒng))、組合Ⅲ(下第三系)和組合Ⅳ(上第三系)共3套儲(chǔ)蓋組合,上部?jī)?chǔ)蓋組合(組合Ⅲ)是油氣勘探的重點(diǎn)儲(chǔ)蓋組合,但是也要注意組合Ⅱ、組合Ⅳ的油氣勘探(圖2)。組合Ⅱ是柴北緣發(fā)育的一套以中、下侏羅統(tǒng)煤系為烴源巖,中、下侏羅統(tǒng)為儲(chǔ)蓋層的組合,如冷湖三號(hào)、冷湖四號(hào)侏羅系油藏。該組合主要位于沖斷帶靠山前,由于儲(chǔ)層的抬升改造,可具有較好的儲(chǔ)集條件,如冷湖三號(hào)下侏羅統(tǒng)儲(chǔ)層孔隙度一般在10%~20%之間。組合Ⅲ在柴北緣主要發(fā)育于下第三系,烴源巖為中、下侏羅統(tǒng)煤系,儲(chǔ)層為下干柴溝組下段,儲(chǔ)層物性較好,平均孔隙度一般為9%~14%,下干柴溝組上段為區(qū)域蓋層,如南八仙下第三系油氣藏、馬海氣田、馬北1下第三系油氣藏。組合Ⅳ在柴北緣發(fā)育于上干柴溝組及其以上層系,烴源巖為中、下侏羅統(tǒng)煤系,儲(chǔ)層為上干柴溝組和油砂山組,儲(chǔ)層物性很好,平均孔隙度一般為16%~23%,高者可達(dá)28%,下干柴溝組上段為區(qū)域蓋層,如南八仙上第三系油氣藏、冷湖四號(hào)、五號(hào)N1油藏。2.4準(zhǔn)南緣盆地2.4.1中下侏羅統(tǒng)變色巖及有機(jī)碳源巖主要發(fā)育晚期前陸盆地期前的中下侏羅統(tǒng)(J1-2)煤系地層烴源巖和早期前陸盆地期二疊系烴源巖,次要烴源巖為晚期前陸盆地期前的白堊系和下第三系湖相烴源巖(圖1)。中下侏羅統(tǒng)暗色泥巖主要分布在三工河組和西山窯組,厚度100~500m,自西向東逐漸增厚;中下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)碳平均值為1.7%。上二疊統(tǒng)烴源巖是一套咸化半深水湖相沉積,以灰黑色泥巖、頁(yè)巖、油頁(yè)巖為主,縱向上主要分布在蘆草溝組和紅雁池組,橫向上主要分布在南緣東部的博格達(dá)山前地帶,厚度由東向西減薄,昌吉附近暗色泥巖最大厚度為700m;蘆草溝組是盆地有機(jī)質(zhì)最豐富的地層,有機(jī)碳含量平均值為7.45%,紅雁池組有機(jī)碳含量平均值為1.96%。2.4.2油氣藏組合存在組合Ⅰ(二疊系、三疊系)、組合Ⅱ(侏羅系)、組合Ⅲ(白堊系、下第三系)和組合Ⅳ(上第三系)4套儲(chǔ)蓋組合,儲(chǔ)蓋組合Ⅲ是大型、特大型油氣藏勘探的重點(diǎn)儲(chǔ)蓋組合(圖2)。組合Ⅰ是一套以石炭系-下二疊統(tǒng)為烴源巖、二疊系-三疊系為主要儲(chǔ)層的自生自儲(chǔ)型生儲(chǔ)蓋組合,海相膏鹽巖或海陸交互相的泥質(zhì)巖為區(qū)域蓋層,如準(zhǔn)南前陸盆地東段的三臺(tái)、北三臺(tái)二疊系油氣藏。組合Ⅱ也是一套以自生自儲(chǔ)組合為主要特點(diǎn)的生儲(chǔ)蓋組合,其中以中-下侏羅統(tǒng)煤系為烴源巖,其間的砂巖為儲(chǔ)層,侏羅系八道灣組為蓋層,如齊古油氣田侏羅系油藏。該組合油氣藏一般發(fā)育于前陸沖斷帶推覆強(qiáng)烈構(gòu)造帶或前緣隆起帶,如齊古油氣田發(fā)育于準(zhǔn)南前陸沖斷帶的第一排構(gòu)造帶。組合Ⅲ主要發(fā)育于白堊系-下第三系,準(zhǔn)南前陸中下侏羅統(tǒng)為烴源巖,白堊系、下第三系為儲(chǔ)層,平均孔隙度為10%~17%,下第三系安集海河組為區(qū)域蓋層,呼圖壁紫泥泉子組氣藏、吐谷魯下第三系油藏屬該組合油氣藏。該組合可發(fā)育于前陸沖斷帶、前陸坳陷帶、斜坡帶和隆起帶。組合Ⅳ主要分布于上第三系,儲(chǔ)層為上第三系沙灣組和塔西河組,儲(chǔ)層物性好,平均孔隙度10%~22%,蓋層為塔西河組泥巖,獨(dú)山子沙灣組油藏屬該組合。3主要泉巖的熱演化圖33.1成熟-高成熟階段主要生烴期為二疊系烴源巖的印支期和燕山早期。風(fēng)城組烴源巖主要在印支期處于生油氣高峰的成熟-高成熟階段,下烏爾禾組烴源巖主要在印支晚期處于成熟階段;燕山早期風(fēng)城組烴源巖和下烏爾禾組烴源巖處于高-過成熟階段,以生成凝析油氣和天然氣為主;燕山晚期-喜山期,由于喜山期再生前陸不發(fā)育,生烴停滯。3.2對(duì)第三系沉積的控制主要生烴期為二疊系烴源巖的印支晚期、上三疊統(tǒng)烴源巖的燕山早期和燕山晚期。改造型前陸盆地由于再生前陸發(fā)育不明顯,第三系沉積厚度不大,烴源巖受第三系沉積影響不大,主要受侏羅系和白堊系沉積的影響。生烴事件發(fā)生較早,三疊系須家河組烴源巖大部分是在侏羅紀(jì)開始成熟生烴,在白堊紀(jì)晚期進(jìn)入生氣高峰期。3.3晚三系晚期沉積期烴源巖的發(fā)育模式主要生烴期為喜山期(主要是喜山晚期)。中生代末期,中、下侏羅統(tǒng)(J1-2)煤系烴源巖尚未成熟,在第三系晚期沉積的時(shí)候,侏羅系烴源巖處于低-成熟階段,隨著晚第三系沉積地層的增加,在喜山晚期侏羅系烴源巖才進(jìn)入了高、過成熟階段。3.4中下侏羅統(tǒng)成巖期主要生烴期為印支晚期-燕山早期、燕山晚期和喜山晚期。早期前陸期發(fā)育的烴源巖(P、T),由于時(shí)代較早,烴源巖埋深較大,生烴演化作用發(fā)生較早,在凹陷部位演化程度已達(dá)很高。中下侏羅統(tǒng)烴源巖一般在白堊系末進(jìn)入成熟階段,在N2末由于巨厚的第三系沉積,侏羅系大部分處于高、過成熟階段,以生成大量的干氣為主。同樣白堊系湖相烴源巖也是由于晚期前陸發(fā)育達(dá)到成熟生油階段的。可見,晚期前陸盆地發(fā)育對(duì)新生型和疊加型前陸盆地主要烴源巖的成熟度影響較大,而對(duì)改造型前陸盆地則沒有影響。4改造型、疊加型前陸盆地準(zhǔn)南緣(1)中國(guó)中西部喜山期再生前陸盆地(即沖斷帶)與海西晚期-印支期周緣、弧后前陸盆地組成的疊合式前陸盆地的疊合形成了早衰型、改造型、新生型和疊加型4種組合類型前陸盆地。(2)中國(guó)中西部4種組合類型前陸盆地的主要烴源巖發(fā)育層位有差異:早衰型(準(zhǔn)西北緣)主要發(fā)育早期前陸烴源巖(P1+2);改造型(川西)主要發(fā)育早期前陸烴源巖(T3)和之前的被動(dòng)陸緣烴源巖(上、下古生界);新生型(柴北緣)主要發(fā)育晚期前陸期前的斷(坳)陷烴源巖(J1+2);疊加型(準(zhǔn)南)主要發(fā)育早期前陸烴源巖(P2)和2期前陸之間的坳陷烴源巖(J