塔里木盆地塔西南前冲断带及前陆盆地系统油气勘探潜力分析

塔里木盆地塔西南前冲断带及前陆盆地系统油气勘探潜力分析

塔西南的后山冲断带及其前陆盆地系统是塔里木盆地的重要构造单元。该地区的一些气田，如科克亚凝析气田、巴什托普气田、雅松迪气田、鸟山气田和河塘气田，为该地区的油气勘探打开了广阔的前景。该冲断带及其前陆盆地系统是塔里木地块和西昆仑造山带从古生代以来相互作用的结果,中、新生代以来又间接地受到青藏高原和天山造山带的影响,致使其现今的构造面貌十分复杂,目前对其的研究程度和勘探程度都相对较低。塔西南地区是西昆仑山前冲断带及其前陆盆地冲断系统的一部分,其地质特征与构造特征均与加拿大阿尔伯达盆地西缘前陆冲断带极其相似,而后者是世界上研究和勘探程度相对较高的山前冲断带及其前陆盆地系统。充分认识阿尔伯达盆地西缘冲断带的地质特征并借鉴其油气勘探成功的经验,无疑对于塔西南地区的油气勘探可以起到他山之石的作用,对塔西南地区的油气勘探工作可以给予有益的启示。1塔西南和阿尔伯达盆地西缘的构造地质特征塔西南地区和阿尔伯达西缘地区都是山前冲断带及其前陆盆地冲断系统的一部分,它们具有相似的地质特征。1.1巴楚隆—塔西南地区构造地质特征概述塔西南地区在地质历史时期曾属塔里木地块的一部分,无论是地质构造背景还是沉积环境均与塔里木地块有着密切的联系,仅在侏罗纪以后才表现出相对独立的特征。现今的塔西南地区西北缘及西南缘分别被南天山山系和昆仑山系所围限,东北部以巴楚隆起与塔里木东部相隔。总体呈两端窄、中部宽的菱形,总面积约15×104km2。塔西南地区包括塔西南坳陷和西昆仑北缘冲断带。西昆仑北缘冲断带是本区油气勘探的重点部位,它自帕米尔前缘东段向E、SE呈NWW向延伸至乌依塔格附近,再转折向齐姆根—棋北呈NW—SE向延伸至叶城一带,再呈SEE或近EW向延伸至和田一带,为阿其克断裂和阿尔金断裂所截,总体呈一巨型反“S”型构造。这是一个经历了多期发育又以渐新世以来的构造变形最为强烈的前陆冲断推覆变形带,帕米尔弧对其构造变形与格局有重要影响。近半个世纪以来,该带一直是油气勘探的重点对象,开展了大量的油气勘探工作,但由于山前构造带变形太复杂,各段的含油气性与聚油规律不尽相同,到目前为止,勘探成效并不理想。1.2加拿大地盾前陆地盾阿尔伯达盆地位于加拿大地盾和落基山脉之间,是落基山造山带东侧的一个前陆盆地,面积170×104km2。盆地西部以落基山造山带为界,东部以前寒武北美地盾为界,前寒武基底向西延伸并插入盆地之下,到落基山前深达6000m以上。由于落基山脉新生代以来向盆地方向大规模冲断,盆地总体呈前陆冲断带的构造样式。前陆盆地沉积体东西向宽度600～1200km,向科迪勒拉造山带下急剧增厚,往地盾方向逐渐减薄,从暴露的加拿大地盾的边缘至前陆逆冲褶皱带的东北边缘厚度从零加厚到3～5km。该盆地资源量为108.3×108t,探明储量30.3×108t(截至2000年底),可见其油气资源潜力巨大。1.3冲断构造样式、构造演化及其阶段塔西南地区与阿尔伯达西部地区在大地构造位置、冲断构造样式、大地构造演化阶段、沉积层序和峰期冲断时间等构造地质特征方面具有一定的相似性和较好的可比性(表1)。在大地构造位置方面,两地区都位于古老地块与相邻造山带的前缘,这导致它们都具有类似的“三层式”地层层序,即最下部的前寒武系结晶基底地层、其上的海相被动大陆边缘型台地相地层和最上部的海相—陆相前陆盆地型碎屑岩—碳酸盐岩地层,而后两个层序都是上述地区有利于生—储—盖组合发育的层序,都是油气勘探的重点领域。在冲断构造样式方面,塔西南与阿尔伯达西缘地区也有很大的相似性。它们除了表现为前陆冲断带一般的叠瓦式冲断构造样式之外,还突出地表现为都发育反冲断层,以及由反冲断层、叠瓦式冲断层构成的三角带构造。塔西南昆仑山北缘冲断带的三角带构造以桑株三角带构造最为典型[1～4](图1)。阿尔伯达前陆地区的三角带构造是经典的“三角带构造(trianglezone)”概念的发源地,那里发育大量的三角带构造,这些三角带构造与油气藏关系极为密切[5～7](图2)。在构造演化阶段方面,它们都具有复杂的构造演化阶段,都受到了相邻造山带构造演化的多期影响,表现为多期压扭作用与张扭作用阶段的交替。但作为前陆冲断带,最重要的前陆冲断活动都主要发生在新生代期间。2塔西南和阿尔伯达盆地西缘的石油地质特征塔西南地区与阿尔伯达地区具有类似的石油地质特征(表2)。2.1不同沉积型烃源岩的形成背景塔西南地区古生界—新生界沉积岩厚度达12000～16000m,其中发育多套烃源岩和储层,具有一定的油气生成与储存条件,迄今已发现了柯克亚凝析油气田、巴什托普油气田、雅松迪油气田、鸟山气田、和田河气田等,古生界的油气成藏条件被一些专家看好,具有良好的勘探前景。该地区的烃源岩明显受原型盆地特点及有机岩相带展布的控制,整个塔西南坳陷的烃源岩主要有寒武—奥陶系烃源岩和石炭—二叠系烃源岩,侏罗系煤系地层和第三系泥岩和碳酸盐岩是次要的烃源岩。中—下寒武统蒸发泻湖相烃源岩主要发育在麦盖提斜坡中北部,镜质组反射率为1.44%～2.06%,已处于高成熟—过成熟演化阶段,以生气为主。中—上奥陶统烃源岩发育在“和田古隆起”周缘地区,镜质组反射率为1.39%～1.51%,处于高成熟演化中晚期,也以生气为主。石炭—二叠系烃源岩也是该区较为重要的烃源岩。和参1井的资料表明,这个时期的烃源岩分别形成于晚石炭世—早二叠世早期的滨岸—碳酸盐台地混合环境和早二叠世晚期的河流—湖泊环境,镜质组反射率为0.65%～0.87%,目前处于低熟—成熟演化阶段,以生油为主,推测麦盖提斜坡中下斜坡部位的卡拉沙依组(C1-2k)烃源岩在新生代已进入生油高峰。对于昆仑山前冲断带上盘“外来推覆系统”的烃源岩西段较东段好一些,表现为西段(桑株—杜瓦地区)有杜瓦组(P2d)、塔哈奇组(C2t)、卡拉乌依组下部(C21k)、克孜里奇曼组中上部(P11-2k)等多套烃源岩,而东段(阿其克地区)仅有阿孜干组(C2a)、卡拉乌依组第二段(C22k)、克孜里奇曼组(P1k)等烃源岩。侏罗系烃源岩主要发育于塔西南地区的西南部,分布十分局限,对整个地区的贡献较小。上白垩统英吉莎群开阔台地相碳酸盐岩和下第三系碳酸盐岩、泥岩在塔西南坳陷的西部也可能构成烃源岩,但由于有限的埋藏深度和塔里木盆地较低的地温梯度,现今可能尚未大量生烃。以下第三系底部广泛分布的膏盐、膏泥岩和泥岩区域性盖层和二叠系普司格组泥岩盖层、石炭系巴楚组泥岩盖层为界,塔西南地区可划分出第三系和石炭—二叠系、寒武—奥陶系三大套储盖组合。2.1.1奥陶纪下泥岩储层和下泥岩段该组合主要为加里东中晚期发育的“塔西南古陆”和“和田古隆起”上的奥陶系碳酸盐岩古岩溶储层与上覆石炭系巴楚组下泥岩段构成的储盖组合。经初步分析,该组合是塔西南地区最重要的储盖组合。2.1.2储层组合组合该组合内部可依据普司格组(P1P)顶部泥岩段与下部泥岩段进一步划分为三套次级储盖组合,即:①普司格组下部泥岩段为盖层,石炭系卡拉乌依组砂岩和卡拉乌依组、阿孜干组、塔哈奇组及下二叠统克孜里奇曼组碳酸盐岩为储层的下储盖组合,这套组合是该地区最重要的储盖组合;②以普斯格组顶部泥岩段为封盖层,中部砂岩段为储层的中储盖组合;③以下第三系底部的膏盐、膏泥岩和泥岩为封盖层,杜瓦组(P2d)为储层的上储盖组合。2.1.3油气成藏模式该组合可进一步划分为两套次级储盖组合:①山前推覆体下第三系组合,位于皮牙曼—阿其克一带的和田冲断席上,储层为齐姆根组(E2q)碳酸盐岩,盖层是巴什布拉克组(E3b)中部泥岩和石膏层;②冲断带的前锋带上第三系组合,毗邻于前陆坳陷,储层为中新统含砾砂岩、岩屑砂岩,盖层是上新统阿图什组下部厚层泥岩、泥质粉砂岩。从柯克亚油气田的开发情况看,其上、下油组垂向封堵性很好,说明柯克亚油气田的油气并非沿构造高点垂向运移,而是侧向运移。因此,有理由认为深层逆冲楔入构造的断层面实现了深层油气向其上部柯克亚背斜构造底部的运移,柯克亚背斜北翼断层又实现了油气向上部中新统的调整运移。因此,西昆仑北缘冲断带对油气成藏的意义是非常重要的。塔西南坳陷及其前陆盆地系统有多种圈闭类型。昆仑山前冲断褶皱带以楔状体背斜(如桑株Ⅱ、Ⅲ号楔状体背斜,皮牙曼Ⅰ、Ⅱ号楔状体背斜)和挤压背斜(如柯克亚背斜)为主;在斜坡部位地层圈闭比较发育,如塔参2井所钻探的下第三系大型地层圈闭,同时也有构造圈闭;在麦盖提斜坡与巴楚隆起过渡的断裂带发育潜山断垒及与断层有关的构造圈闭。塔西南坳陷内油气的运移一聚集—成藏有两个趋势,一个是山前冲断带内的背斜构造,另一个是麦盖提斜坡和巴楚断隆上的背斜构造。与活动造山带相联系的前陆盆地中的油气聚集往往是分散运移系统。前渊凹陷中的油气一方面向冲断带运移,另一方面沿斜坡向前缘隆起运移。油气二次运移的模拟实验结果显示,如果油气沿倾角不大的斜坡进行长距离的侧向运移,其散失量是相当大的。因此,由前渊凹陷向前缘隆起的长距离油气侧向运移似乎不现实,但自麦盖提斜坡向上运移是有可能的。2.2阿尔伯达盆地西缘的石油地质特征2.2.1白垩系盆地的油气资源阿尔伯达盆地发育8套烃源岩,它们分别是:①中泥盆统Keg河/Winnipegosis组底部的海相纹层岩;②上泥盆统Duvernay和Majeau组海相页岩和泥灰岩;③上泥盆统Nisku群Cynthia段的底部纹层岩;④泥盆系的最上部和密西西比系的最下部Exshaw/Bakken组盆地范围发育的海相泥岩以及Lodgepole组局部发育的页岩;⑤中三叠统Doig组底部的海相磷酸盐质粉砂岩;⑥下侏罗统Fernie群“Nordegg”段的海相灰泥岩;⑦下白垩统Mannville群的陆相煤和钙质页岩;⑧上白垩统Colorado群的海相泥岩,主要是第一和第二白斑状页岩和FishScales带。其中中—上泥盆统和白垩系烃源岩是盆地的主要烃源岩。阿尔伯达盆地的储层主要有:①泥盆系—密西西比系(下石炭统)碳酸盐岩,该储层中发育大量的生物礁,储集性能良好;②三叠系—下侏罗统海相—滨海相砂岩;③白垩系前陆背景下的陆相砂岩。各储层中的储量分别为:上泥盆统约2200×108m3,下白垩统约2000×108m3,上白垩统约1900×108m3,中泥盆统约800×108m3,石炭系约550×108m3,三叠系约450×108m3,侏罗系约200×108m3,二叠系约50×108m3,总量为8225.2×108m3。从上述储量可见,上泥盆统礁灰岩和白垩系砂岩是盆地中最重要的储层。泥盆系含油气系统包括三四套烃源岩,由于这些烃源岩生成的油气现在全部蕴藏在泥盆系储层中,因而这一含油气系统是“封闭”的。但亦存在短距离(<100km)和长距离(>100km)的油气运移事实,一些泥盆系的石油已运移到上覆的白垩系圈闭中。该含油气系统包括四套储层,油气藏的圈闭类型以地层—成岩复合圈闭为主。值得一提的是,白垩系储层中的原油以重油为主,阿尔伯达盆地白垩系重油储量居世界石油储量的首位,也就是说,其储量超过中东各国常规石油储量的总和。阿尔伯达盆地中的油气盖层主要是分布于各地层间的泥岩和页岩夹层。2.2.2伯达盆地被动大陆边缘层序阿尔伯达盆地被动大陆边缘层系主要由寒武—二叠系构成,岩性主要是台地相灰岩、泥灰岩和礁灰岩,夹少量碎屑岩,厚度在4000m之上。阿尔伯达盆地被动大陆边缘层系是盆地中油气生成与赋存的重要层位,盆地中约一半的油气生成并赋存于该被动大陆边缘层序中,其中上泥盆统Duvernay/Cynthia组烃源岩分别为上泥盆统和中泥盆统礁灰岩储层提供的原始油气资源量大于2000×108m3和500×108m3,下石炭统E×shaw组烃源岩分别为石炭系灰岩储层和下白垩统碎屑岩储层提供的原始油气资源量为500×108m3和600×108m3。2.2.3非背斜圈闭油气阿尔伯达盆地中的圈闭类型较多,在盆地西部边缘阿尔伯达山前以背斜和断层圈闭为主,其他地区则以地层圈闭为主。非背斜圈闭是阿尔伯达盆地重要的油气圈闭类型,背斜圈闭仅在山前冲断构造带前缘地区石炭—二叠系储层占有比较重要地位的油气田(藏)中具有一定的意义,在其他储层发育的油气田(藏)中相对不太重要(表3)。在阿尔伯达山前地带,三角带构造与油气藏的关系密切,许多油气田的油气产自逆冲断层的下盘,就像罗布气田那样(图2)。2.2.4油气运移规律阿尔伯达盆地的油气成藏模式有两个明显的趋势,一个是前陆前期地层段烃源岩生成的油气向前陆斜坡带的地层圈闭中运移;另一个是前陆地层段烃源岩生成的油气向前陆冲断段的构造—地层圈闭中运移(图3)。2.2.5被动大陆边缘层系与前陆盆地层系阿尔伯达盆地西缘与塔西南地区在油气地质特征方面具有较大的相似性(图4),主要表现在被动大陆边缘层系与前陆盆地层系都在油气勘探中占据重要地位。此外,它们在构造样式等方面的相似性又更进一步地促进了油气地质方面的相似性。3阿尔伯达盆地西缘前陆冲断带油气勘探表明，塔西南冲断带的勘探工作正在进行中阿尔伯达盆地西缘冲断带油气勘探的经验对塔西南地区的油气勘探有四点启示。3.1其他构造样式在塔西南地区的油气勘探工作中,除了加强对西昆仑北缘的几排背斜构造的研究与勘探之外,还需要进一步加强对其他构造样式的研究。西昆仑北缘冲断带由于受到众多不同方向断层的干扰,构造形态十分复杂,迫切需要在高精度山地地震和地面地质研究的基础上,查明其详细的构造形态。已有研究表明在桑株一带存在三角带构造,但需要查明是不是还存在别的三角带构造,因为阿尔伯达山前发育了众多的三角带构造,而其中大部分是含油气构造。3.2逆冲断层上盘法勘探在阿尔伯达盆地西缘