影响中国中西部油气分布的主要因素分析

影响中国中西部油气分布的主要因素分析

0不同前陆盆地油气成藏特征中国中部阿鲁盆盆地的构造特征与经典阿鲁盆盆地不同：盆地发育初期（p-t）是典型的前陆盆地，晚宋时期受到印度-西藏板块高度变化的直接影响，形成了具有特殊构造背景和发展历史的前陆盆地。由于晚期强烈的构造改造(以晚新生代以来的晚期成藏、晚期调整为主),中西部前陆盆地早期形成的油气藏均遭受了不同程度的破坏并向上部储盖组合调整。由于各盆地经历的晚期构造叠加、改造强度有差异,不同前陆盆地的油气成藏特征、成藏过程存在明显差异。如库车前陆盆地以喜马拉雅晚期气充注为主,早期充注的油气受强烈改造;川西前陆盆地须家河组油气充注主要发生在燕山期,喜马拉雅期调整导致侏罗系次生油气藏的形成,而准噶尔西北缘则以印支期—燕山期成藏为主,晚期构造改造、油气调整明显较弱。中西部前陆盆地油气成藏地质条件和成藏特征研究、对比表明,前陆盆地演化、充填层序、构造叠加特征的差异决定了不同前陆盆地生储盖组合、成藏时期、成藏后改造作用以及油气富集部位的差异。值得进一步关注的是,中西部前陆盆地复杂的构造与成藏演化使得不同类型前陆盆地、同一前陆盆地不同的构造单元、冲断带内部不同区带的成藏特征及油气分布均存在较大差异,这对不同前陆盆地、构造单元及冲断带内部的油气勘探具有重要意义。1盆地类型与油气分布1.14叠加型前陆盆地从构造演化史角度,中国中西部前陆盆地发育可分为两期:①二叠纪—三叠纪,该时期形成了与国外前陆盆地特征相近的周缘前陆盆地和弧后前陆盆地,前者如库车、准西北缘、准南,后者如楚雄等;②新近纪以来,主要受欧亚板块南缘发生的印-藏板块碰撞远程效应的影响[2,4,5,14,15,16,17],形成了具有中国特色的前陆盆地[14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24],这类前陆盆地形成同期未发生碰撞或俯冲作用,因而缺乏同期岩浆弧或蛇绿混杂岩带。有些学者参考A型、B型碰撞而称之为C型碰撞,而有些学者认为这些盆地的形成与新特堤斯时期古特堤斯造山带的复活有关,称之为再生前陆盆地,类似于“中国型盆地”概念。由于上述两期构造演化,中西部地区晚古生代以来两期前陆盆地叠合,形成了早衰型、改造型、新生型和叠加型等4类前陆盆地(见图1)。叠加型前陆盆地是指喜马拉雅期再生前陆盆地叠加在晚海西—印支期前陆盆地之上,两期前陆盆地保存都较好、结构完整,主要发育在天山造山带两侧和昆仑山造山带北侧,如库车、准南、塔西南。早衰型前陆盆地是指在晚海西—印支期前陆盆地形成之后,喜马拉雅期冲断变形影响很弱,早期前陆盆地结构特征较明显,主要发育在准噶尔盆地的西北缘。新生型前陆盆地主要形成于喜马拉雅期,晚海西—印支期的前陆盆地不发育或者从现有的资料还无法论证在印支期是否发育前陆盆地,新生型前陆盆地主要发育在青藏高原东北缘至祁连山造山带的两侧,如酒西盆地和柴达木盆地北缘。改造型前陆盆地主要发育晚海西—印支期前陆盆地,经历喜马拉雅期冲断变形的改造,喜马拉雅期前陆盆地欠发育,主要发育在四川盆地西缘、东北缘和鄂尔多斯盆地西缘。1.2上部远源他生成藏体系中国中西部发育两期前陆盆地,前陆层序与非前陆层序交叉叠置,两套区域性盖层的发育基本控制了油气的分布层位,其中的中生界煤系(烃源岩、盖层)将中西部前陆盆地多套成藏组合分割成两大成藏体系:下部“近源自生”和上部“远源他生”成藏体系(见图2)。以中生界煤系为界,之下发育晚二叠世—三叠纪早期前陆期和侏罗纪拗陷期两套主要烃源岩,形成了生储盖匹配较好的下部近源自生成藏体系(包括储盖组合Ⅰ和组合Ⅱ);之上为坳陷湖盆萎缩期沉积和再生前陆磨拉石沉积,砂体发育、储盖配合好,但烃源岩缺乏,喜马拉雅期再生前陆冲断活动使下部烃源岩晚期生烃,并由于烃源断裂发育而与上部有利储集层形成很好的匹配关系,构成了上部远源他生成藏体系(包括组合Ⅲ和组合Ⅳ)。上部远源他生成藏体系比下部近源自生成藏体系更为高效,占有70%以上的三级油气地质储量,如克拉2、新场、迪那和风城湖湾—五八区等一批大中型油气田都分布在上部成藏体系中。叠加型前陆盆地(库车、准南、塔西南、吐哈)主要发育中生界煤系烃源岩和二叠系烃源岩,准南还发育白垩系和古近系湖相烃源岩。叠加型前陆盆地往往发育完整的4套储盖组合:组合Ⅰ(二叠系、三叠系)、组合Ⅱ(侏罗系)、组合Ⅲ(白垩系、古近系)、组合Ⅳ(新近系),其中储盖组合Ⅲ是大型、特大型油气藏勘探的重点储盖组合(见图2)。早衰型前陆盆地(准噶尔西北缘)主要发育早期前陆期的二叠系烃源岩,主要分布于玛湖凹陷的风城组(P1f)和下乌尔禾组(P2w),主要发育组合Ⅰ(石炭系、二叠系)和组合Ⅱ(三叠系、侏罗系)2套储盖组合,是油气赋存的主要层位(见图2)。改造型前陆盆地(川西)主要发育早期前陆期的煤系烃源岩及前前陆期的下伏古生界被动大陆边缘海相烃源岩,主要发育下部成藏体系,上三叠统与侏罗系组合是油气勘探的重点储盖组合(见图2)。新生型前陆盆地(如柴北缘)主要发育中生代断(拗)陷期沉积的中下侏罗统(J1—2)湖沼相烃源岩(如柴北缘)或湖相烃源岩(酒西),主要发育组合Ⅱ(中下侏罗统)、组合Ⅲ(白垩系、古近系)和组合Ⅳ(新近系)(见图2),组合Ⅲ是油气勘探的重点。1.3下封区打造“多聚”模式中国中西部发育的叠加型、改造型、早衰型和新生型前陆盆地的地质特征决定了其烃源岩、储盖组合等成藏条件的差异,4类前陆盆地的油气成藏特征、油气聚集模式也存在差异(见图3)。叠加型前陆盆地主要发育早期前陆期古生界烃源岩和拗陷期中生界湖沼相烃源岩,具有在上、下部成藏体系的多套储集体中经历多期油气充注的“多聚”特征,大型油气田主要分布在上部成藏体系的断层相关褶皱圈闭中。该模式以库车、准南前陆盆地最为典型。改造型前陆盆地主要发育前陆期烃源岩和下伏古生界被动大陆边缘海相烃源岩,具有燕山晚期形成下部成藏体系原生油气藏、喜马拉雅晚期形成上部成藏体系次生油气藏的“早期聚集、后期调整”特征,坳陷带下部成藏体系中原生油气藏是大中型油气田的勘探方向。该模式以川西和鄂尔多斯西缘前陆盆地最为典型。早衰型前陆盆地主要发育前陆期古生界烃源岩,燕山期下部成藏体系原生油气藏具有“形成早、保存好”的特征,油气在下部成藏体系中的早期冲断带构造圈闭及上覆地层岩性圈闭中富集。该模式以准噶尔西北缘前陆盆地最为典型。新生型前陆盆地主要发育中生界湖沼相烃源岩,油气分布于上部古近系和新近系储盖组合中,表现为喜马拉雅期一次聚集成藏的特征。该模式以柴北缘冲断带和酒西前陆盆地最为典型,油气富集于冲断带下盘和凹中潜伏构造等构造活动相对稳定区域。2前陆盆地的构造单元和油气分布2.1不同构造带分布的影响前陆盆地是克拉通与造山带之间平行于造山带分布的沉积盆地,从造山带一侧向克拉通内部,前陆盆地依次可划分为冲断带、前渊、斜坡带和隆起带。不同构造单元构造变形强度不同,推覆强度、断裂作用、盖层的隔挡作用等因素控制成藏体系在不同构造带的分布(见图4)。冲断带由于推覆强烈、断裂发育,可发育多套成藏组合,以构造油气藏为主,多期成藏叠加、晚期调整,山前构造带往往由于强烈改造而破坏早期形成的油气藏。前渊带断裂发育较差,盖层的封隔作用较明显,主要发育上部成藏体系,油气主要来源于邻近的烃源岩,以晚期形成的天然气藏为主。斜坡带和前缘隆起带由于上部成藏体系埋藏浅,自身烃源岩不发育,又缺少沟通下部油气源的断裂,以发育上部成藏体系为主;岩性-地层圈闭发育,圈闭形成、油气成藏时间相对较早,以地层、岩性、构造复合油气藏为主。2.2不同构造单元油气圈闭类型及成藏组合由于前陆盆地不同构造单元在沉积构造特征、烃源岩发育程度、圈闭类型及形成时间、有利储集层埋深、油气运移和聚集方式、保存条件等方面存在差异,因而不同构造单元油气分布特征存在差异(见图5):前陆冲断带以发育构造油气藏为特征,空间上成排成带分布,以油藏或残余油藏为主;前渊坳陷以发育岩性、背斜-岩性油气藏为特征,主要为高—过成熟的天然气;斜坡带和前缘隆起带以发育地层、岩性和复合油气藏为特征,主要为油藏或凝析油气藏。前陆盆地不同构造单元的沉积层系厚度、褶皱断层发育程度及烃源岩分布有所差别,使得油气在不同构造单元亦呈现出不同相态,一般在前陆盆地造山带一侧的褶皱构造中存在改造后的残余油藏,甚至存在被彻底破坏的油气遗迹——油苗、油砂等,但同时在距离造山带一定距离的褶皱中形成高丰度的天然气藏,西部库车前陆盆地这一特征十分明显:前渊带一般聚集高成熟度的天然气,前陆斜坡、隆起带一般富集凝析油气藏,而前缘隆起带则发育常规油藏和凝析油藏(见图5)。不同构造单元的油气圈闭类型、油气成因类型也不相同(见图5),发育的成藏组合也存在较大差异。此外,由于各构造单元烃源岩演化、圈闭形成时间、油气成藏期存在差异,导致前陆盆地不同构造单元的成藏特征及油气分布规律亦存在明显差异。3期构造环境特征前陆冲断带是中西部前陆盆地油气富集的主要构造单元,冲断带大中型油气田形成的主控因素主要可以归结为3大方面:烃源岩与储盖组合、构造特征(断裂系统、分带特征、分段特征)及保存条件(晚期构造活动、盖层品质、生-运-聚匹配关系)等。在发育良好烃源岩及储盖组合的前陆冲断带,断裂(系统)及其与盖层的组合关系对油气运聚起着关键作用:断裂-盖层的时空耦合决定了油气运聚、赋存的主要层位,同时断裂系统的发育控制着前陆冲断带构造分带、分段特征,并且由于主滑脱层(区域性盖层)的存在,决定了冲断带油气分布的横向分段性与纵向分层富集的特征。3.1库车前陆冲断带前陆冲断带逆冲断裂十分发育,逆冲断裂宏观发育规律及微观结构特征决定逆冲断裂在油气成藏过程中起着侧向遮挡和作为油气输导散失通道的双重作用。逆冲断裂与其所控圈闭之间的配置关系控制着断裂输导油气的方向,使夹持圈闭的两条逆冲断裂在圈闭成藏过程中起着不同的作用:圈闭较缓一侧的逆冲断裂与该圈闭交切之处主要起侧向渗透或封堵作用,圈闭较陡一侧断裂以输导、散失油气为主。以库车为例,烃源岩主要位于中上三叠统、中下侏罗统,对于侏罗系以上的储盖组合,断裂是油气突破巨厚泥岩垂向运移的唯一通道(见图6)。大北—克拉苏构造带盐下主要发育前展叠瓦构造变形样式,受强烈的冲断作用和上覆盐层的共同控制,库车前陆冲断带盐下构造层以发育背斜、断背斜和断块圈闭类型为主,整体构造带主要由多个断块或断背斜构成,多个断块或断背斜向凹陷方向高程逐渐降低,形成库车特有的盐下“前展叠瓦式”构造油气富集带。断裂、构造形成的时间决定了山前冲断带至盆地内部的油气分布序列(见图6),山前冲断带构造改造强烈,断裂以输导、散失油气为主。随着变形向盆内方向传播,地层埋深不断加大,断裂对油气起输导作用的同时,其侧向封堵性明显增强,随着前展式构造依次形成,造就了冲断带不同“阶梯式”构造带的油气分布差异。盖层对于油气藏的保存十分重要,特别是逆冲断裂广泛发育的前陆冲断带天然气藏对盖层的要求尤为苛刻,稳定分布的区域盖层对大气田的分布具有明显控制作用。以库车前陆盆地为例,虽然上部发育新近系吉迪克组膏泥岩、膏岩优质盖层,但下部的库姆格列木群发育更为优质的区域性膏盐岩盖层,使下伏白垩系砂岩储集层成为该区主力勘探层系,已发现了克拉2、大北等大型气田(见图6)。3.2断层-盖层时空演化控制油气成藏特征研究表明,对于晚期构造活动较强的前陆冲断带而言,单一地评价断裂或盖层均不能很好地揭示现今复杂的油气水分布、评价不同构造部位的勘探潜力,断裂与盖层的时空耦合是决定冲断带油气成藏与油气保存的关键。从断裂、盖层组合及其与油气成藏关系来看,断裂系统、区域性盖层在时间、空间上的演化及差异决定了前陆冲断带不同构造部位油气成藏特征、油气分布及勘探潜力的差异。同一断层在不同的埋藏深度由于应力状态、断面压力、断裂岩及其胶结作用等不同,对油气的封堵性存在较大差异;而同样岩性的盖层在不同的埋藏深度由于塑性、异常压力发育程度等的差异,对油气的封盖能力也存在明显差异。断层与盖层的耦合关系基本控制了不同构造部位的油气成藏过程与油气水分布。一般地,冲断带近山前一侧断穿盖层的逆冲断层若早期发育并长期活动,油气多散失;而冲断带近凹一侧逆冲断层发育相对较晚,盖层埋深大、塑性强,断层很难突破盖层,对油气成藏则十分有利[25,26,27,28,29,30]。以下以库车大北地区为例详细分析断层-盖层时空演化对油气成藏特征与油气分布的控制。膏盐岩盖层的应力应变特征明显与碎屑岩不同,在不同温度下具有明显不同的脆性、塑性,一般随埋深或温度增加塑性增强。依据不同温度下盐岩三轴应力-应变实验数据,并以库车坳陷地热梯度2.5℃/100m、年地表温度15℃计算,库车坳陷膏盐层随埋深增加塑性逐渐增强,纵向上可大致划分为3个阶段:脆性阶段、过渡阶段和塑性阶段(见图7)。埋深2600m以浅,膏盐层以脆性为主,受力易破裂;3200m以深,膏盐层完全呈塑性,受力易流变,新生断层无法穿过;2600~3200m为过渡阶段,膏盐层处于半塑性状态,其内的断层会因膏盐岩受挤压流动而慢慢消失,为库车前陆盆地膏盐岩层断层开启与关闭的关键深度段。地下膏盐层的流动除为现今地表特征所证实外,盐岩流体包裹体研究也提供了佐证,吐北1井库姆格列木群白色盐岩样品(4080.5m)显示,盐岩捕获的暗色天然气包裹体呈长条状、线型排列,显然是盐岩流动拉长的结果。以大北气田、大宛齐油田成藏过程为例,断裂与膏盐岩组合的动态演化控制着其油气成藏过程,主要经历了以下两个阶段:①库车组沉积早中期。大北古构造圈闭中早期聚集的油气(见图6c)随着圈闭的调整向北构造高点侧向运移,当膏盐岩盖层多数处于3200m之上时,吐孜玛扎断裂仍然保持完整,超出溢出点的油气沿吐孜玛扎断裂向上运移(见图6b),部分油气进入盐上新近系吉迪克组的底砂岩层,在膏泥岩、膏盐盖层约束下再侧向运移,在大宛齐早期背斜下部(吉迪克组)聚集成藏。②库车组沉积中晚期—第四纪。随着膏盐岩层埋藏深度的增大,其塑性也逐渐增强,一方面膏盐岩受南天山的挤压推覆作用和上覆负荷的重力作用向南部运移增厚,破坏了盐间断层;另一方面膏盐岩受岩石密度差作用沿先期盐上断层向上侵入,形成隐刺穿、刺穿或断层焊接,使盐间断层封闭:两种作用关闭了深层油气进一步向上运移、散失的通道(见图6a)。此后,盐下断层继续活动或形成新断层,断块、断背斜挤入塑性膏盐层内,形成大量有效圈闭,大规模高成熟煤成气在其中聚集成藏,早期原油仅以气溶油的形式少量保留,形成盐下干气气藏或含少量凝析油的气藏。盐上构造随着背斜的进一步发育,大宛齐背斜聚集的油气沿核部张性断裂或裂隙向上调整,于库车组成藏,大部分天然气散失,形成了大宛齐油田。3.3库车大北—冲断带构造分带、分段特征与油气分布勘探实践表明,中西部前陆冲断带构造圈闭发育、勘探潜力巨大。受构造形成时间、变形程度、调节构造和构造应力等因素的影响,前陆冲断带往往呈现构造分带、分段的特征,不同构造带、构造段在构造样式、构造变形机制及成藏特征上均表现出明显的差异性,空间上圈闭叠置复杂,加之圈闭调整、定型与断裂发育、演化等成藏要素存在时间匹配效应,造成油气分带、分段差异分布,油、气、水关系十分复杂,油气成藏的关键是烃源岩与圈闭之间断裂的有效输导与区域盖层的有效封挡。前陆冲断带构造的分段性、分带性决定了前陆盆地不同构造段、构造带油气成藏特征、油气分布规律及油气丰度的差异。冲断带发育的一级调节构造控制了冲断带的构造分段特征,中段油气往往相对富集,例如,库车冲断带按照冲断构造样式及动力学机制自西向东可以分为4个部分:喀什—阿克苏叠瓦冲断带、拜城—库车褶皱冲断带、库尔勒右滑转换带和罗布泊冲断带,以位于中段的拜城—库车冲断带油气最为富集;准噶尔西北缘也可分为红—车断裂带、克—百断裂带与乌—夏断裂带,中段的克—百断裂带是油气分布范围最大、富集程度最高的构造段。而在不同的构造段,次级调节构造控制着构造段内部的分段性,主要表现为断裂的走向、倾角等发生较大改变,在断裂走向发生较大变化的构造段,断裂控制着不同段油气性质、油气分布的差异。根据地面露头观察、地震构造解释、钻遇地层特征等分析,大北—克拉苏构造段自西向东又可进一步划分为阿瓦特、博孜、大北、克深5、克深1—2、克拉3等6个区块(见图8);自