准噶尔盆地油气运聚规律与变形分析

准噶尔盆地油气运聚规律与变形分析

自20世纪80年代以来，对准噶尔盆地油气运集规律的研究取得了很大进展。先后提出了扇控论、梁聚论、单元论、油气系统论和断裂系统的油气运集控制法，取得了多项研究成果。1盆地底板沉降系统与油气运集规律1.1油气运移的构造背景陆梁隆起带由2套斜冲-走滑构造系统构成,即三个泉-石南-陆9井-玛东2井斜冲-走滑构造系统和滴水泉凸起-石西斜冲-走滑构造系统,上述每个系统均由多个北东-北东东向展布的次级弧形隆起带及相间的凹陷组成,三个泉和滴水泉右旋走滑断裂具有向北西逆冲和斜冲的运动学特征,自东向西形成了三个泉北东东向弧形逆冲-褶皱构造、石南北东向弧形逆冲-褶皱构造、基东北东向弧形逆冲-褶皱构造和玛东北东向弧形逆冲-褶皱构造(图1),这些背斜隆升幅度高、闭合度大,是油气储集的最佳位置。三个泉走滑断裂在基底和沉积盖层中构成树型花状构造的根部和树干,为高角度近直立断裂;滴水泉北西西向北倾逆冲断裂构成分支花状构造,盖层中的断裂构成树枝;三个泉走滑断裂深切岩石圈,不断提供深部热物质,对沉积盖层油气聚集起到了重要作用。北西向断裂形成于晚古生代早期,印支运动期与燕山运动早期主要表现为右行走滑-斜冲。北东向断裂规模小,表现为右行斜冲,沿北东向断裂的上盘形成一些呈右行展布的适于储集油气的小幅度褶皱构造。北东与北西向构造在平面上呈弧形组合。陆梁隆起带自东向西被南北向断裂分割为东高西低的阶梯状,玛东隆起为最深的隆起带;南北向断裂系统与斜冲走滑断裂的南侧端部往往为断裂相连,在区域上使昌吉-沙湾凹陷区和莫索湾斜坡带的油气沿南北向断裂向北运移,成为油气运移的“高速公路”。据南北向与斜冲-右旋走滑断裂系统的切割关系和油气向北的运移,石英滩南部构造也具勘探潜力(图2)。归纳起来,陆梁隆起带的油气运聚规律为:树型热动、南北运移和分段梁聚。1.2逆冲左行扭动断裂活动特点准东夹持在卡拉麦里断裂与博格达山前断裂间,奇台隆起横亘中间,两侧的凸起与凹陷呈北北东向相间排列,准东地区整体上表现为棋盘格状。博格达山前断裂主要呈东西向展布,具逆冲左行扭动特点,形成于石炭纪,新生代时活动强烈。卡拉麦里山前断裂也呈东西向展布,具逆冲左行扭动特点,形成于泥盆纪,以后均有不同程度的活动。准东处于顺时针挤压扭动背景中,当南北两侧断裂活动时,北东向基底断裂处于张应力作用状态,可成为良好的油气运移通道。由于沉积厚度小,已经切割基底的南北向断裂是一组良好的油气运移通道,北东向基底隆起构造可能构成油气圈闭(图2)。1.3西缘和北缘的多期弧形覆盖结构和油气运集规律(1)原油长距离输送规律西缘油气运聚模式为:多期烃源岩区、深部南北向断裂沟通多期油源、多期推覆叠加构造、盖层构造圈闭(图2)。1.4区域地质背景南缘西段指乌鲁木齐以西奎屯-昌吉以南的部分,沉积层具明显旋回性:每一套烃源岩沉积后,均发育有一套相对较好的储集层,其上又有一套细粒沉积作为盖层,生储盖在剖面上配置较好。其下部为上二叠统-三叠系、中部为侏罗系内部自生自储、上部为古近系安集海河组与新近系塔西河组等3套组合。北西西向的北天山山前断裂规模大,形成于石炭纪,中新生代均具有逆冲扭动的特征。中生代时侏罗系凹陷均呈菱形;新生代在乌鲁木齐以西发育4排由23个背斜组成的呈左行雁列排列的构造带。南缘基底中发育一组南北向断裂,对二叠纪、三叠纪、侏罗纪沉积中心有明显控制作用。深部南北向断裂具开启性,可成为有效的油气运移通道。南缘西段发育多排褶皱-逆断层构造,昌吉断裂带为推覆构造的根部断裂,向盆地方向,在中新生代软弱地层中发育低角度近东西走向逆掩断裂-前展构造,断层下往往形成背斜或前缘推覆背斜。构造运聚模式为:多期烃源岩区、新生代由南向北挤压推覆、多排褶皱-冲断构造与超高压油气聚集(图2)。1.5盆地内部南北构造带盆地南部斜坡区内部和边界发育了若干条南北向基底断裂带,最显著的有三条:红车断裂带、中央南北向断裂带与帐北南北向断裂带,后二者主要发育在中、下地壳,组成物质具低速、中低密度、中低阻,具有塑性较强,刚性差的特性。地震层析成像探测与综合分析表明,在新生代至今的南北向挤压构造应力场作用下,南北向断裂带具有拉张和走滑的双重性质。陆梁隆起区每一斜冲-走滑体系斜冲弧形构造的南端与南北向分段断裂相连,自昌吉-沙湾凹陷向北部莫索湾环形构造区、中部斜坡区和陆梁隆起区,盆地内部南北向断裂带延伸距离比较远,由于其埋深大,当发生小幅度的起伏时,就会引起浅层地壳较大幅度的沉降或隆升,对于区域构造作用敏感性强,易复活,通常横向上贯通力强,因此,南北向构造带是准噶尔盆地下潜伏的“地震活动带”,构成了油气和深部热物质由南向北运移的“高速公路”(图2)。准噶尔盆地腹部沉积层巨厚,主力生烃层位深,下部断层向上的贯穿能力不强,但由于深部南北构造带活动,虽然不能象红车断裂那样引起上覆沉积层的明显错位,但可以使沉积层发生挠曲而形成微破裂带。这些微破裂带即是好的储集空间又是有效的运移路径。南北向构造带的不断活动,使邻近的岩相发生变化,可以形成多套生储盖组合。又由于其埋深大,地幔中的热物质容易进入,可以使得其地温梯度增高,进而影响到有机质的热演化程度,因此,南北向构造带理当是地温梯度异常带。1.6断裂性质的判断斜坡区构造特征不同于周缘,东西与南北向构造带控制了一系列沉积单元的形成、裂解和展布,其他方向的构造带发育在二者组成的方块体顶角,断裂性质有时不是太明显。斜坡区北侧的白家海基底隆起带、马桥隆起带在演化中由陆梁隆起带分离出来,受南北向、东西向断裂的切错,形成围绕莫索湾的多个构造隆起,这些构造隆起呈环状分布在斜坡区,控制了盖层隆起的发育,其中南北向断裂可能成为沟通昌吉和沙湾凹陷烃源岩区的有利通道,因此,斜坡带上基底隆起带及其控制的盖层构造、低幅度凸起以及南北向活动形成的挠曲部位是最有利的油气运聚部位(图2)。1.7叠纪-中侏罗世盆地基底断块至少在二叠纪沉积以前,在盆地中就发育了一系列东西向和南北向基底断裂,还有少量的北西向和北东向断裂。东西向断裂多为高角度南倾断裂,上部近基底面时倾角变陡。南北向断裂产状多直立,往往表现或强或弱的平拉开和挤压的特征,间或表现走滑运动。北西和北东向基底断裂产状近直立,多发育在东西和南北向断裂交接的方角区。基底受上述东西与南北向断裂的切割,使盆地基底成为一系列方形和矩形断块。二叠纪时期,基底断块既表现东西成排下降运动,也表现南北成行下降运动,盆地东北分区表现整体上升活动,构成二叠纪时期盆内呈现L型盆地的主控因素。三叠纪-中侏罗世时期,盆地沉积中心明显变化,但各沉积层厚度变化的陡变带仍与矩形基底断块升降组合的变化有关,同时也与边缘带的活动有关。盆地东半区此时期已表现为明显向南倾的大斜坡,但受基底断裂影响,由陆梁隆起断块向南,依次向南错落,表现3~4个斜坡带;在帐北地区表现出一些向南西倾没的鼻状凸起。盆地西半部依然保持南北纵贯的大凹陷形态,但其内部也表现出斜坡带、北西向与北东向的凹陷和鼻状构造(图2)。准噶尔盆地内存在以下地区的构造相似性:(1)北移斜带1.8玛湖-盆1井-西复合油气系统的演化以往的研究成果表明,准噶尔盆地分为4个复合含油气系统和16个油气系统,即以玛湖-盆1井西复合油气系统、昌吉复合油气系统、东道海子-大井复合油气系统和乌伦古复合油气系统。由不同时期基底构造格架图可见,早二叠-中三叠世,由于达巴松凸起的长期隆起和隔挡作用,玛湖凹陷和盆1井凹陷没有联在一起,晚三叠世后两凹陷为统一的盆地,目前玛湖-盆1井西复合油气系统以早二叠-中三叠世含油气系统为主,本研究将玛湖-盆1井西复合油气系统改为玛湖复合油气系统,盆1井西复合油气系统归并到昌吉复合油气系统中;以往研究认为,自晚古生代至中生代,东道海子-大井复合油气系统为独立的油气系统,本研究表明,该油气系统在长期演化时期均与昌吉-沙湾凹陷连通,没有形成孤立的盆地,将东道海子-大井复合油气系统归并到昌吉复合油气系统中;乌伦古复合油气系统三叠纪以来一直为孤立的盆地,因而本研究将准噶尔盆地归并为三大复合油气系统,即玛湖复合油气系统、昌吉复合油气系统和乌伦古复合油气系统。2基于油气结构和油气区带的长期预测分析2.1原油含油气结构分析(1)油气全球分布规律2.2基底隆起带分布准噶尔盆地G界面控制了沉积盖层中的隆起带。结晶地壳的挠曲变形作用形成了3条北西西向隆起带和3条北北东向隆起带。北西西向隆起带包括北天山山前隆起带、盆内陆梁隆起带和北部索索泉隆起带;北北东向隆起带包括克拉玛依-车排子隆起带、石西-莫索湾中部隆起带和滴水泉-彩南-沙南隆起带。目前已发现的准噶尔盆地主要油气田均分布在这些基底相对隆起带上,即等深线为3~7km的褶皱基底面深度变化的陡坡带内(图2),因而可认为此带是准噶尔盆地寻找主力油气田的黄金地带。油气藏分布在深部隆起带背景中的一些局部构造隆起带上,其主要由深部结晶基底冲断层的分布位置决定,基底面上的冲断层都有一定的冲断幅度,它们在盖层中也形成一系列与之相应的构造带。盆缘逆冲断层在盖层中形成局部隆起带,可成为储藏油气资源的有利构造。因此,本区油气藏往往聚集在普遍隆起背景上且与基底冲断层局部构造有关的隆起上。基底断层逆冲产生的沉积盖层的隆起构造带都具有挤压性质,只有逆冲断裂与张剪性断裂构造相交的部位,才既具备油气运移通道,又具备储油气构造。准噶尔盆地褶皱基底中3条北北东向隆起带和3条北西西向隆起带是结晶地壳和基底发生拆离、冲断和上隆等构造活动的结果,因而也是基底构造活动最为强烈的区带,而其间的凹陷带则是相对的稳定区带,断裂少,构造活动也弱。基底隆起带顶部、内部及其两侧分布着大量的断裂,包括超壳断裂,岩层较为破碎,便于油气的向上运移并形成油气藏,尤其是在上述6条隆起带的交叉重叠地区是本地区基底相对隆起最高、基底构造活动最为强烈地区,在这些隆起带交叉重叠地带,各类不同方向、不同性质和不同规模的断裂最为集中,这里既有油气运移通道又有油气储构造,因而应成为准噶尔盆地最有远景的油气藏分布地区。这些地区包括克拉玛依周围的隆起带交汇区、石西周围的隆起带交汇区、彩南-沙丘河周围的隆起带交汇区、独山子周围的隆起带交汇区、呼图壁隆起带交汇区、博格达山北侧的隆起带交汇区,以及北面的索索泉隆起带交汇区和石英滩隆起带交汇区,这类地区应是准噶尔盆地油气资源勘探和开发的重点目标地区。经多年勘探,其中不少基底隆起交汇地区已证实是目前主要的油气产地。如克拉玛依、彩南、石西、独山子等地区。建议在这些重要远景区加强勘探。其中尤其是沿北西西向三个泉凸起带附近基底隆起带的交汇区是盆地内部基底构造活动强烈、且为不同方向和不同性质的基底断裂集中并交汇区,是很重要的油气远景区。北部沿石英滩-索索泉一线的隆起带交叉重叠地区也应是有希望的油气远景区。2.3油气区带景观预测分析(1)卢梁升降区(2)南坡带3西北缘保水构造区(1)几乎80%的已探明油气构造均分布在等深线为3~7km的褶皱基底面深度变化的陡坡带内,构成了准噶尔主要的油气聚集区。(2)陆梁隆起区三个泉隆起带和滴水泉隆起带中由斜冲-走滑断裂系统形成的弧形构造隆起带与南北向断裂系统的交汇区域,南部斜坡带的莫索湾-马桥环形构造区、马桥-白家海斜坡区和中拐-达巴松基底隆起,西北缘弧形推覆构造前缘弧形推覆体上盘构造和弧形砂体共存区域、多期推覆构造复合区和前缘构造凸起区、西缘隆起区,帐北断褶带西侧斜坡区、吉木萨尔凹陷中东部、石树沟凹陷南部、火北断裂下盘和石钱滩凹陷南部,南缘推覆构造区反冲三角带和第二排推覆构造体的下背斜,乌伦古-红岩断阶带等是准噶尔盆地最有利的油气圈闭区。西缘推覆构造之下存在二叠系-下三叠统的烃源岩区,具有良好的深部潜在油气资源;西缘及西北缘存在近南北向的受岩石圈深断裂控制的地幔隆起带和壳内低速体,与西缘车红推覆断裂系统构成了深浅部构造的树型结构;在深部热作用的催化下,推覆体下盘二叠系-下三叠统烃源岩区的油气不断运聚到推覆体及其同构造圈闭中。西缘四棵树凹陷及其北天山前缘区形成上叠式的中新生代沉积盆地,分为天山北缘推覆构造型、加依尔斜坡区和盆地内的隆起带,上古生界构成上叠盆地的基底,基底南北向断裂可沟通早期推覆体之下的烃源岩区,使上部盖层聚集油气。(2)油气运聚与断阶关系主要发育北东向、北西向和南北向断裂。北东向克夏断裂倾向北西,倾角较小,形成于海西运动中期、印支运动期定型,燕山运动早期有继承性活动,为由深部逆冲断裂控制的大型推覆系统,推覆体之下可能掩埋了二叠纪的玛湖烃源岩凹陷区;推覆构造的典型特征是中三叠世末期的推覆系统被中侏罗世末期的推覆构造局部叠加,平面上呈现多级弧形构造,剖面上由多个次级弧形叠瓦状推覆构造组成,并对应多期次扇形前陆磨拉石堆积;因此油气运聚是前陆推覆构造多期活动并沟通二叠纪玛湖烃源岩区的结果(图2)。北西向横断裂如红2井断裂、红山嘴东侧断裂、大侏罗沟断裂、黄羊泉断裂、白杨河断裂、风城断裂以及和布克河断裂具有等间距分布特点,以张性为主,伴有左行走滑。北东向断裂表现为逆冲推覆,活动幅度大于北西向断裂。当北东向断裂斜冲时,会使北西向断裂的断面张开,成为油气横向运移的通道。北东向断裂的横向封闭性通常比北西向断裂好。若北西向断层南西倾,则易在北东与北西向断裂相交处聚集油气。若北西向断层北东倾,则北西向断裂封闭性较好,不利于油气运移。西北缘油气来源于玛湖凹陷与安集海北凹陷,二叠系源岩在三叠纪末进入排烃高峰期,此时正是克夏断阶带被北西向断裂分割程度最显著时期,由于北西向断裂角度大,处于开启状态,使油气从玛湖凹陷中运移到断阶带中。中拐凸起分割了西缘和西北缘,白杨河断裂分割了西北缘和哈拉阿拉特山前缘乌夏东西向构造带,构成西准噶尔多期次叠合推覆的三段式构造样式与油气构造分布的主体格局。西北缘油气聚集模式为:多期推覆弧形构造、多期前陆磨拉石冲积扇、多期活动断裂与分段断裂系统,壳内低速体热源。局部发育多个北东向的隆起和凹陷带,部分构成鼻状构造(如白家海凸起),其西侧为昌吉凹陷,东侧为帐北-准东隆起带。(2)陆梁西侧的倾斜区发育多个北东向的隆起和凹陷带,如石英滩隆起、玛东和基东隆起、石南、达巴松隆起及相间的凹陷,其西侧为玛湖凹陷,东侧为陆梁隆起带。(3)油气运移及沿西缘构造格架发育多个北西向隆起和凹陷带,如中拐隆起、安集海隆起及相间的凹陷,其东侧为沙湾凹陷,西侧为红车隆起带,该区与上述两区似呈镜相对称关系。准噶尔盆地油气勘探成果显示(图2),除克乌断裂带外,其余各处的油气田均沿南北向构造带(红车断裂带、玛纳斯-莫索湾-夏子街、北三台-火烧山)分布,这与南北向构造控制生烃凹陷是对应的。因此,盆地腹部南北向构造带两侧的隐伏油气藏将成为主要的勘探目标。(2)北西、北东向构造圈闭的地质意义单个油气藏的形成主要与北东、北西向构造有关。由于南北向构造直接控制生烃凹陷,因此与南北构造相交的北西、北东向构造带上的圈闭应当为最先的油气聚集部位。对于陆梁隆起而言,由于其上的北西向边界断裂主要呈左行扭动,与北东向小断裂相伴生的背斜应是最有利的构造。而在帐北,基底南北向断裂作左行扭动,与北西向小断裂相伴生的背斜为有利的聚油构造。(3)索湾-夏子街双向构造带多层构造断裂叠合表明,海西运动期断裂活动在东西方向上无太大差别,但在印支运动与早燕山运动期,在玛纳斯-莫索湾-夏子街南北向构造带以西,除盆地边缘的红车断裂带、克乌断裂带活动外,其余部位断裂不很发育,因此,不利于油气的运移。但由于南北向断裂带的长期不断活动,靠近此带西侧,很容易造成岩相的多变,这样有利于形成好的岩性油气藏。在南北向构造带东侧,除白家海凸起上断裂发育且长期活动外,其余部位断裂活动不明显,其特征与西侧类同。(4)探测对象分析盆地东北缘的乌伦古凹陷在二叠纪时为隆起区,二叠系烃源岩缺乏,褶皱基底明显加厚,基底中有低阻体发育,深部构造热可能对油气运聚起重要作用。盆地南缘沉积厚度巨大,发育有3排背斜构造,烃源岩与圈闭构造均比较发育。但目前并没有发现大型油气田。南北向构造对南缘沉积具有控制作用。而中新生代的沉积厚度巨大,且其中发育有软弱层,可造成构造滑脱,使得软弱层上下构造变形不协调。南缘构造期次多,活动性比腹部大,油气运移的通道应当不缺乏,勘探的对象应当为相对稳定的构造带。三个泉隆起带中由斜冲-走滑系统形成的弧形构造隆起带与南北向断裂系统的交汇区域是最有利的油气圈闭区,如:玛东深隆起、基东隆起、陆9井隆起、石南隆起等,近年来的勘探成果也已证实了该构造圈闭模式(图3)。滴水泉隆起带中由斜冲-走滑系统形成的弧形构造隆起带与南北向断裂系统的交汇区域是最有利的油气圈闭区,如:滴北隆起、滴南隆起、莫北隆起、石西隆起等。石英滩和索索泉凹陷向北西与哈拉阿拉特山-德仑山山前断裂近直角相交,地震剖面揭示石英滩凸起呈鼻状倾覆于哈拉阿拉特山-德仑山山前断裂之下,加之多条南北向断裂带向北延至石英滩凸起并引起分段现象,石英滩凸起的一些局部地区也可能通过南北向断裂系统聚集了来自南部凹陷区的油气,因而也应引起足够的重视。据基底构造图,莫索湾-马桥地区长期存在一个环形的由6个局部凸起形成的环形隆起区,其明显由南北向、东西向、北东向和北西向断裂交汇切错而形成,已在马桥凸起中发现了2个高点,在莫北勘探成功;呈环形分布莫索湾-马桥环形基底凸起,可能成为油气的良好圈闭,需进一步复查6个基底凸起及其与盖层高点的位置,可能成为盆地腹部新的深部勘探突破区(图3)。马桥-白家海斜坡区经历了由陆梁隆起带分离的历史,白家海凸起是基底斜坡区上的隆起带,该斜坡区的局部构造可能成为勘探的新目标区。中拐-达巴松基底隆起带经历了长期的构造演化,由较宽的基底隆起带逐渐演变为较窄的隆起带,其分割了玛湖凹陷与盆1井-沙湾凹陷,是2个油气系统均可能会聚的有利聚集隆起带。(3)弧形砂体区域有利油气探区包括(图3):(1)前缘弧形推覆体上盘构造和弧形砂体共存区域;(2)多期弧形推覆构造和北西向断裂的复合地区,常形成“鱼鳞状”构造,成为许多“小而肥”的断块油气藏;(3)前缘构造凸起区,包括玛东弧形凸起带和玛北凸起。(4)边缘高度有利油气勘探区带(图3)包括红车断裂带上盘的基底隆起带、托斯台新生代前缘推覆构造带和卡6井北西西向隆起带。(5)有利勘探区预测(1)帐北断褶带西侧斜坡区有利油气区带:已探明的沙南-北三台油田的构造岩性圈闭主体呈南北向展布,表明帐北断褶带西侧南北向基底断裂带影响区域可能是大中型油气田分布的有利区域;已勘探的北27井-阜5井-阜8井有一系列岩性圈闭,构成了南北向岩性圈闭带;阜2井和阜11井的勘探结果已证实,北27井-阜5井-阜8井以西区域有可能发育南北向岩性圈闭带;斜坡带向南与阜康断裂带和向北与