汪新偉,沃玉進(jìn),周 雁,張榮強(qiáng),李雙建,袁玉松
(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
在油氣藏形成條件的評價中,生烴是基礎(chǔ)、圈閉是條件、保存是關(guān)鍵[1-4]。因此,保存條件的研究不論在理論上還是實(shí)際勘探中都具有重大意義,特別是像南方這樣被構(gòu)造運(yùn)動多次改造的海相地層的油氣勘探更是如此。如何把構(gòu)造作用與保存條件的研究相關(guān)聯(lián)起來,或者說構(gòu)造作用對油氣保存影響的研究思路如何展開,涉及到油氣保存條件研究的內(nèi)涵及對油氣保存的理解。李明誠等[5]系統(tǒng)地提出了把蓋層、斷層、抬升剝蝕、巖漿活動、生儲蓋組合的時空跨距、儲蓋層的巖石物性以及源巖的質(zhì)量等幾個方面作為一個聚油(氣)單元的油氣保存條件定性研究的主要內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)的是斷層破壞、抬升剝蝕、巖漿活動等構(gòu)造作用。何登發(fā)等[6]在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確了油氣保存單元的概念,將之定義為“盆地內(nèi)部三維空間上封閉流體的含油氣地質(zhì)單元”,可理解為原來完整的保存單元被縱向上的區(qū)域封蓋層分層、側(cè)向的深斷裂分帶,即所謂的“構(gòu)造砌塊”,該定義注重的是深斷裂對保存單元的分割。馬永生等[7]把中國南方海相地層油氣保存條件評價的技術(shù)體系歸納為條件性因素、成因性因素、判識性指標(biāo)等3個互為成因聯(lián)系的方面,即蓋層和斷層封閉性是直接因素,后期構(gòu)造運(yùn)動是影響保存條件的根本原因,水文地質(zhì)條件和地下流體化學(xué)—動力學(xué)參數(shù)是判識性指標(biāo)。該體系更側(cè)重斷層的性質(zhì)與后期構(gòu)造運(yùn)動的改造等構(gòu)造因素??傊酝鶎?gòu)造作用與油氣保存關(guān)系的研究多側(cè)重于構(gòu)造運(yùn)動對油氣保存的破壞作用,而忽視了其對油氣保存的建設(shè)作用。事物都是一分為二的,沒有構(gòu)造運(yùn)動就不會有油氣運(yùn)移和聚集的條件,因為構(gòu)造運(yùn)動提供了油氣運(yùn)移的動力與聚集的場所;但如果是構(gòu)造變動劇烈、油氣藏暴露地表或發(fā)育與其連通的通天(或稱散逸)斷層,會使油氣部分或全部散失。因此,本文擬以上揚(yáng)子地區(qū)(圖1)為例,從正、反兩方面入手來探討構(gòu)造運(yùn)動對油氣保存的建設(shè)與破壞作用,并從動態(tài)演化的角度來剖析斷層(對油氣運(yùn)聚)的性質(zhì)及其對油氣保存的影響。
沉積盆地的構(gòu)造—沉積旋回的更替控制著原型盆地的性質(zhì)及其形成和充填過程,從而控制著烴源巖、儲集巖和蓋層的分布和組合特征。上揚(yáng)子地區(qū)表現(xiàn)為一個早期海相克拉通盆地(Nh-T2)與后期陸相碎屑盆地(T3之后)疊合沉積的多旋回含油氣盆地。因盆地沉降時間長、接受的沉積物多,構(gòu)造活動頻繁,故烴源巖、多孔儲集巖和有效封隔層等因素及時匹配的機(jī)遇也越多,具有多種生儲蓋組合的特征。
圖1 上揚(yáng)子地區(qū)構(gòu)造綱要示意
Ⅰ.龍門山前陸褶皺—沖斷帶;Ⅱ.米倉山褶皺—沖斷帶;Ⅲ.大巴山褶皺—沖斷帶;Ⅳ.川東—鄂西—雪峰山基底拆離帶;Ⅴ.川南—黔中—黔南褶皺—沖斷帶;F1.青川—茂汶斷層;F2.北川—映秀斷層;F3.安縣—灌縣斷層;F4.廣元—大邑斷裂;F5.龍泉山斷層;F6.華瑩山斷層;F7.齊岳山斷層;F8.建始—彭水?dāng)鄬?;F9.來鳳—假浪口斷層;F10.慈利—大庸—保靖斷層;F11.桃源—辰溪—懷化斷層;F12.正源—朱家壩斷層;F13.米倉山南緣隱伏斷層;F14.城口—鐘寶斷層;F15.鎮(zhèn)巴斷層;F16.萬源—巫溪斷層;F17.鐵溪—固軍隱伏斷層;F18.遵義—貴陽斷層;F19.三都斷層;F20.埡都—紫云斷層
Fig.1 Simplified structural map of upper Yangtze region
1.1.1 烴源巖
上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育了4套主力烴源巖,即-C1,S1,P2+3,T3,主要受原型盆地性質(zhì)所控制。烴源巖發(fā)育的主要盆地類型有:1)深水饑餓盆地。如早寒武世發(fā)育的牛蹄塘組烴源巖即是早寒武世早期海底擴(kuò)張、海平面快速上升時形成;下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁巖亦為海平面上升時的陸架邊緣沉積物[8];2)臺地海灣潟湖。在臺地上的海灣潟湖中心發(fā)育烴源巖,在其邊緣一般發(fā)育儲集層,如在早寒武世與早志留世可能存在臺地內(nèi)的海灣潟湖相烴源巖;3)淹沒臺地。上揚(yáng)子區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組烴源巖可能就是受中奧陶世末都勻運(yùn)動所產(chǎn)生的壓陷作用的影響[9],在該期海水快速上升、淹沒中奧陶世的碳酸鹽臺地(以寶塔組龜裂紋灰?guī)r為代表)的結(jié)果;4)寬廣緩坡海盆。中二疊世是中國南方晚古生代以來的最大一次海侵期,揚(yáng)子克拉通為寬廣的淺水緩坡沉積,發(fā)育了棲霞組和茅口組碳酸鹽巖烴源巖;5)殘留海盆、湖盆沼澤(或淺海沼澤)。最為典型的是上三疊統(tǒng)須家河組煤系與東吳運(yùn)動之后發(fā)育的龍?zhí)督M煤系。
1.1.2 儲層
儲層的分布主要受原型盆地所發(fā)育的沉積相帶所控制,具體到儲集層的發(fā)育類型,可以總結(jié)出以下5點(diǎn):1)臺地邊緣礁(丘)儲層。晚二疊世長興期是上揚(yáng)子區(qū)及其周緣的主要造礁期,發(fā)育了長興組生物灰?guī)r、礁灰?guī)r[10];2)臺地邊緣淺灘。如中—下三疊統(tǒng)淺灘相白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖[11];3)臺地內(nèi)潮坪與藻坪。如燈影組藻白云巖與川東中石炭統(tǒng)黃龍組潮坪白云巖[12];4)不整合下伏溶蝕孔洞。最典型的應(yīng)為東吳運(yùn)動面之下的、茅口組頂部的溶蝕孔洞與裂隙;5)斜坡帶深水碳酸鹽巖重力流儲層等。
1.1.3 蓋層
勘探實(shí)踐證明,3~5 m的硬石膏層與10 m以上的泥頁巖均可作為直接蓋層。上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育有2類區(qū)域蓋層,即:1)深水泥質(zhì)巖(包括烴源巖),如-C1,S1,T1和J1-2等;2)蒸發(fā)巖臺地發(fā)育的白云巖—膏巖層,如-C2-3與T1-2的膏巖層。
1.1.4 生儲蓋組合
上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺多旋回的盆地構(gòu)造演化控制了多旋回的沉積,沉積層序與巖性特征均具有明顯的旋回性。在每一套烴源巖沉積之后,都有一套低水位的碳酸鹽巖有利儲層發(fā)育,其上又有一套細(xì)粒沉積(即烴源巖)、或蒸發(fā)巖相沉積作為蓋層。因此生儲蓋組合在剖面上配置較好??偨Y(jié)前人的研究成果[13-14],可歸納出上揚(yáng)子地區(qū)至少發(fā)育了9套生儲蓋組合,即-C1-Z2--C1-2,S1-S2-S1,S1-C2-P2,P2-P2-P3,P3-P3-T1-2,P3-T1-2-T1-2,T3-T3-T3,T3-J1-J1-2,T3-J2-J2(圖2)。
沉積盆地的烴源巖在沉積后,隨著上覆沉積負(fù)荷加大、壓實(shí)作用及有機(jī)碳成熟度增加,油氣開始從烴源巖中排出、運(yùn)移。因此,烴源層在排烴過程中,古隆起是早期油氣運(yùn)移的主要動力與聚集的場所,并對后期氣藏的形成起著控制作用。當(dāng)然,要考慮古隆起形成的時間與剝蝕程度。如果古隆起形成的時間要早于成熟烴源巖大量排烴的時間或與之同期,古隆起核部的區(qū)域性蓋層未被剝光,則古隆起有利于早期油氣的聚集。
上揚(yáng)子地區(qū)海相烴源巖的成熟度普遍較高,Ro均在2%以上,以產(chǎn)氣態(tài)烴為主。在四川盆地不同時期古隆起與油氣田分布圖上可以看出(圖3):1)加里東期形成的樂山—龍女寺古隆起,核部地層二疊系與震旦—寒武系呈角度不整合接觸,表明古圈閉較高,壓差較大(剝蝕地層對比其隆起幅度達(dá)2 000 m以上),且隆起時間長(約120 Ma),在海西—印支早期的沉積埋藏中仍處于高位,屬繼承性古隆起,是加里東末期—海西期油氣運(yùn)移聚集的當(dāng)然場所,故在古隆起的高部位可能形成大面積的古氣藏,從而控制了下古生界氣藏的形成,如威遠(yuǎn)震旦系氣田即處在加里東期樂山—龍女寺古隆起的南翼斜坡上,是川南下寒武統(tǒng)烴源層生油時油氣運(yùn)移的指向區(qū),印支—燕山期也是二次生氣運(yùn)聚的場所[15];2)印支期形成的古隆起如天井山古隆起、瀘州—開江古隆起,其形成時間與成熟烴源巖大量排烴的時間同期或更早,且隆起核部的剝蝕量較小(約300 m),優(yōu)質(zhì)的區(qū)域性蓋層下—中三疊統(tǒng)膏巖層基本保留,是印支期油氣聚集的最佳場所,控制了上古生界—三疊系儲層中油氣的運(yùn)移與聚集,如川東地區(qū)印支期形成的瀘州—開江古隆起,控制了川東石炭系大中型氣田群地層—構(gòu)造復(fù)合型氣藏的分布,位于開江古隆起NW翼的普光大氣田亦與古隆起的油氣大量聚集密切相關(guān);3)燕山期形成的古隆起如江油—九龍山古隆起、孝泉—修場古隆起、邛崍古隆起,其形成時間與二疊系、上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)等烴源巖大量生烴時間基本同步,是該期油氣運(yùn)移的指向區(qū),控制了中生界和上古生界的油氣運(yùn)移與聚集,為喜馬拉雅期形成的構(gòu)造及裂縫圈閉提供烴源,如孝泉?dú)馓?、平落壩氣田分別與孝泉—修場古隆起和邛崍古隆起在燕山期的油氣聚集密切相關(guān)(圖3)。
圖2 上揚(yáng)子地區(qū)天然氣成藏組合關(guān)系
圖3 四川盆地不同時期古隆起與油氣田分布
印支—喜馬拉雅期的構(gòu)造運(yùn)動使上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,亦對古油氣藏圈閉的質(zhì)量和氣源再分配產(chǎn)生了決定性的影響。盡管有良好的烴源巖與適時的古隆起,但起決定作用的還是現(xiàn)今構(gòu)造[16]。構(gòu)造運(yùn)動對現(xiàn)今氣藏圈閉的促進(jìn)作用主要有:
1)構(gòu)造分帶中的變形強(qiáng)度決定了現(xiàn)今構(gòu)造圈閉的大小與隆起幅度。閉合面積大,表明可接納天然氣的范圍廣;隆起幅度高,致使裂縫發(fā)育,對改造溶蝕孔洞和氣水分異均有控制作用。如威遠(yuǎn)震旦系氣田,在加里東期處于樂山—龍女寺古隆起南翼斜坡帶,但到了喜馬拉雅期則演化為一個大型穹窿圈閉,隆起幅度高,有利于再分配氣源的聚集[17]。
2)構(gòu)造運(yùn)動形成的不整合面與斷層面是油氣運(yùn)移的通道[18]。不整合面是油氣側(cè)向二次運(yùn)移的重要途徑,而斷層面既是油氣運(yùn)移的垂直通道,也是遮擋層。在灰?guī)r、砂巖等脆性巖層中,構(gòu)造運(yùn)動形成的斷裂及裂縫帶常常是開啟的,可以形成有效的垂直運(yùn)移通道。在泥巖、膏巖等塑性巖層中,如果塑性泥巖層很厚,斷層活動造成的碎裂物—斷層泥涂抹于斷層壁上,斷層往往是不滲透的,形成封堵、遮擋層。這些均提高了氣藏圈閉的有效性。
3)構(gòu)造運(yùn)動形成的裂隙、微裂隙等有效地改善了儲層的物性及連通性。特別是對碳酸鹽巖儲層的改善與提高尤為重要。川東石炭系儲層中的裂隙與微裂隙極大地提高了儲層的孔隙率與連通性。
4)構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的隆升作用有利于溶于水中的天然氣解壓、脫氣,轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氣,成為現(xiàn)今圈閉的有力氣源。如普光大型整裝氣田的氣源就有此種“隆升脫氣”的貢獻(xiàn)[19]。
5)構(gòu)造的抬升、剝蝕有利于頁巖中的吸附氣解壓、脫附,成為新的氣源。
構(gòu)造運(yùn)動所引起的抬升、剝蝕對油氣保存的破壞作用主要是針對區(qū)域蓋層的剝蝕狀況。當(dāng)區(qū)域蓋層被剝盡時,形成了剝蝕天窗,油氣絕大部分散失,對油氣保存起著致命的破壞作用。例如,上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育了2套良好—優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層,即下志留統(tǒng)泥巖層與中—下三疊統(tǒng)膏巖層,分別封蓋了下古生界、上古生界—下三疊統(tǒng)的成熟烴源巖所排出的液態(tài)烴。在龍門山、大巴山等造山帶及其邊緣,基底巖層多已被剝露,油氣早已不復(fù)保存;沿雪峰山西緣慈利—大庸—保靖斷裂所分布的眾多古油藏表明(圖1),構(gòu)造運(yùn)動所引起的剝蝕作用直接導(dǎo)致了早期油氣藏的破壞;在湘鄂西地區(qū),背斜核部多出露寒武系,表明形成了剝蝕天窗,油氣整體保存條件差。
構(gòu)造變形所產(chǎn)生的深斷裂及其破碎作用,切穿了整個基底—蓋層的所有層系,打破了原有的整體保存的平衡,成為油氣散失的主要通道。同時,構(gòu)造變形在蓋層中所產(chǎn)生的裂隙、微裂隙,破壞了原封蓋層的整體塑性,使其封蓋性能大大降低,甚至失去封蓋作用。總體來說,構(gòu)造變形越強(qiáng)烈,保存條件越差,反之亦然。如湘鄂西地區(qū)的主控斷層齊岳山斷層、建始-彭水?dāng)鄬印眸P—假浪口斷層均切穿了所有烴源巖—蓋層,而且形成了剝蝕天窗,故油氣保存條件差;龍門山前陸帶的北川—映秀斷層至灌縣—安縣斷層間的區(qū)域,構(gòu)造變形強(qiáng)烈,發(fā)育疊瓦狀沖斷席和緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺,保存條件差。
水文地質(zhì)條件是油氣保存條件的綜合反映,主要受蓋層條件、目的層埋深、斷裂等影響,其控制因素為構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的深斷裂及剝蝕作用。如位于來鳳—假浪口深斷裂上盤的宜都—鶴峰一帶,石牌組—水井沱組黑色頁巖鉆厚達(dá)471~678.5 m,但5口探井均產(chǎn)礦化度為 1 g/L的淡水,表明封蓋作用已失去,滲透水交替活躍,水文地質(zhì)開啟程度高。而位于齊岳山深斷裂下盤的建南氣田,侏羅系珍珠沖段—香溪群埋深800~1 200 m,地下水礦化度達(dá)130~200 g/L,屬于CaCl2型水,表明地層封蓋能力較強(qiáng),其封閉層是東岳廟—大安寨組黑色頁巖及珍珠沖組上部泥巖,因而形成了有效的油氣藏。
與構(gòu)造運(yùn)動伴生的巖漿活動對油氣的影響主要有2個方面,一是對烴源巖的增熟作用,二是對油氣的破壞作用,并以破壞作用為主。這主要決定于巖漿活動的時期與產(chǎn)狀。在油氣大量生成以前的巖漿熱事件能使未熟烴源巖加速形成成熟烴源巖;若巖漿活動發(fā)生在油氣大量生成之后,則要看其產(chǎn)狀分布,如與地層平行層狀分布的玄武巖除使烴源巖增熟或相態(tài)轉(zhuǎn)化外,對油氣保存的影響不大,但若火山巖直接穿過已聚集的油氣藏,直接的烘烤將使油氣變質(zhì)而遭破壞。另一方面巖漿體上侵產(chǎn)生巨大拱托,使蓋層處于拉張狀態(tài),產(chǎn)生一系列張性斷裂和裂縫,使蓋層封閉能力降低,甚至完全喪失封閉能力。如桂中坳陷大廠龍頭山生物礁古油藏被破壞最主要的原因就是巖漿活動[20]。大廠地區(qū)自泥盆紀(jì)以來,主要有2期巖漿活動:一期是華力西期的海底火山噴發(fā)、噴溢和熱水活動,推動油氣藏形成;第二期是燕山期的花崗巖漿的侵入活動,反映拉張的環(huán)境,導(dǎo)致油氣藏破壞。
上揚(yáng)子地區(qū)巖漿活動最為強(qiáng)烈的是早二疊世末—晚二疊世初的峨眉山玄武巖大噴發(fā),即東吳運(yùn)動。在滇東、黔西、川西南及川東華鎣山地表、井下見有玄武巖和輝綠巖發(fā)育于上二疊統(tǒng)底部。大面積覆蓋的峨眉山玄武巖所產(chǎn)生的巨大熱量,有力促進(jìn)了下古生界—下二疊統(tǒng)烴源巖的成熟,有利于油氣的生成;同時,東吳運(yùn)動使上揚(yáng)子區(qū)整體抬升,拉張引力形成的張性裂縫、裂隙,成為了成熟液態(tài)烴散失的通道。如在萬源縣白果鄉(xiāng)茅口組頂部的東吳剝蝕面上,可見眾多的各個方向的裂縫、微裂隙及溶孔,被瀝青和方解石脈充填,可能是該期油氣成熟、散失的痕跡。
此外,作為上升流體,地下熱液的運(yùn)移、聚集與油氣的運(yùn)移、聚集需要類似的地質(zhì)條件。熱液運(yùn)移的通道主要沿較大的斷裂上升,構(gòu)成熱液礦的導(dǎo)礦構(gòu)造,而熱液礦中含礦物質(zhì)的沉淀,以充填于次級小型斷裂、節(jié)理裂隙等為主。從油氣保存的角度來分析,能夠構(gòu)成熱液礦的導(dǎo)礦構(gòu)造的斷裂,反映它們具有較高的開啟程度。如湘鄂西—黔東—黔南地區(qū)熱液活動較為常見,沿斷裂及其附近的銅、鉛、鋅、汞等中、低溫?zé)嵋旱男⌒汀⒐铝?、分散的礦體或礦點(diǎn),以及螢石、石英、重晶石脈分布于寒武—二疊系地層中,這些地表熱液礦標(biāo)志著該地區(qū)的古生界地層保存系統(tǒng)曾經(jīng)被改造。
在油氣運(yùn)移過程中,構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的斷裂體系既可作為通道和遮擋,控制著有利構(gòu)造圈閉發(fā)育,也可以是油氣散失的主要因素,這并不取決于斷層性質(zhì)是正斷層還是逆斷層,而主要取決于斷層斷距是否大于蓋層厚度、蓋層遭破壞后的巖石物理性質(zhì)、斷層頂部封閉層是否存在以及斷層兩側(cè)不同巖性對置狀況等[21]。根據(jù)斷裂與油氣運(yùn)移、聚集和保存的關(guān)系,可將斷裂分為充注斷層、散逸斷層、遮擋斷層和無效斷層等4種類型[22]:1)充注斷層(或稱烴/氣源斷層):指下部斷到了源巖層,上部斷到了儲層,但并未斷開區(qū)域性蓋層。該類斷層可作為深部油氣向上運(yùn)移的通道,在有圈閉處聚集成藏。2)散逸斷層(或稱通天斷層):指斷開了源巖及上部的區(qū)域性蓋層。由于它破壞了區(qū)域蓋層的完整性,打破了蓋層下穩(wěn)定的壓力系統(tǒng),區(qū)域蓋層之下的超高壓流體大量上泄,分散、逸失。蓋層之上可形成次生油氣藏,蓋層之下為殘余油氣藏。3)遮擋斷層(或稱封堵斷層):當(dāng)斷層因斷距小而塑性泥巖層很厚或因斷層泥的涂抹作用而具有封堵、遮擋功能時,此類斷層能與反向地層形成反向遮擋圈閉。4)無效斷層:斷裂未斷到源巖層,多指以蓋層為滑脫面向上形成的滑脫斷層,因在蓋層之上形成的圈閉與油、氣源溝通不暢而成為無效圈閉,且蓋層之下形成的油氣藏亦與之無關(guān),故稱之為無效斷層。
當(dāng)然,構(gòu)造運(yùn)動所產(chǎn)生的斷裂體系對油氣成藏和保存的影響也需要用動態(tài)轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來分析,包括空間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化與時間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化,特別是在被多期構(gòu)造運(yùn)動改造的上揚(yáng)子地區(qū)尤為如此。
構(gòu)造作用對油氣保存的破壞與建設(shè)作用在空間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化主要是指在同一個造山系統(tǒng)中,沿逆沖方向從造山帶至前陸褶皺—沖斷帶,構(gòu)造變形對保存條件的影響具有由壞至好的轉(zhuǎn)化規(guī)律。從造山帶至前陸褶皺—沖斷帶的構(gòu)造變形具有分帶性,其結(jié)構(gòu)有時由單一的逆沖推覆構(gòu)造組成,有時由一系列的逆沖推覆構(gòu)造組成規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)[23]。盡管如此,人們?nèi)阅軓倪@種復(fù)雜的狀況中總結(jié)出分帶規(guī)律:1)從造山帶至前陸,變形減弱,由強(qiáng)烈發(fā)育的疊瓦式?jīng)_斷層趨向前陸逐漸減少,與斷層相關(guān)的褶皺趨向前陸逐漸變得簡單和平緩以至消失;2)由造山帶前緣基底卷入型逆沖斷層帶進(jìn)入蓋層滑脫型沖斷層帶,至前陸滑脫層消失;3)在很多地區(qū)可以見到造山帶與前陸褶皺沖斷帶之間和前陸褶皺沖斷帶內(nèi)部分布的被動雙重構(gòu)造以及前陸褶皺—沖斷層與前陸之間分布的三角帶[22]。將之應(yīng)用到保存條件的研究可以推斷出:大致以三角帶為界,靠近造山帶的區(qū)帶,或因抬升—剝蝕、或因斷層通天、或因褶皺變形強(qiáng)烈,前期具保存條件的成熟液態(tài)烴散逸出地表,保存條件遭到部分甚至完全破壞;而在三角帶及靠近前陸穩(wěn)定帶之間的區(qū)域,因變形較弱、斷距小,斷層多為充注斷層(或烴/氣源斷層),故形成的圈閉給油氣聚集提供了場所,對油氣保存起到建設(shè)作用;少數(shù)應(yīng)力集中變形區(qū),斷層沖出地表,成為油氣散失的通道,保存條件遭到了破壞。
在上揚(yáng)子西緣的龍門山前陸褶皺—沖斷帶可清楚反映出構(gòu)造變形的分帶性與油氣保存條件的對應(yīng)關(guān)系(圖4)[24]。在北川—映秀斷層以西的基底卷入帶,因抬升剝蝕強(qiáng)烈且?guī)r層已發(fā)生透入性變形,油氣的保存條件已被完全破壞;位于安縣—灌縣斷層和北川—映秀斷層之間的蓋層滑脫帶,逆沖垂直斷距大、水平縮短量多,表現(xiàn)為緊閉—倒轉(zhuǎn)褶皺發(fā)育,且主控斷層均斷開了所有的烴源巖與區(qū)域蓋層,成為油氣散失、外逸的主要通道,即基本上全為通天斷層(或散逸斷層),油氣保存條件基本被破壞;而在廣元—大邑斷層與安縣—灌縣斷層之間的蓋層滑脫帶,變形較弱,斷距小,逆斷層均未沖出地表,且均向深部斷到了烴源層,即表現(xiàn)為充注斷層(或烴源斷層)的性質(zhì),故其形成的圈閉給油氣聚集提供了場所,對油氣保存起到了建設(shè)作用。因此,由廣元—大邑隱伏斷裂帶所控制的構(gòu)造帶是川西一條重要的油氣聚集帶,沿該斷裂帶分布的孝泉?dú)馓?、中壩氣田和平洛壩氣田等即可佐證。
圖4 龍門山前陸安縣—遂寧地震地質(zhì)解釋剖面
前陸褶皺—沖斷帶除縱向分帶存在保存條件的巨大差異外,在變形相對較弱的蓋層滑脫帶,因受滑脫層的控制在垂向變形層上亦存在著保存條件的明顯不同。下面以通南巴構(gòu)造帶加以說明(圖5)。
通南巴構(gòu)造帶是在燕山期形成NEE向長軸背斜的基礎(chǔ)上,于喜馬拉雅期近垂直疊加上了NW向的構(gòu)造,屬南大巴山前陸褶皺—沖斷帶的蓋層滑脫帶[25]。受中三疊統(tǒng)雷口坡組膏巖和下志留統(tǒng)泥巖層2套區(qū)域性滑脫層的控制,構(gòu)造變形具3層結(jié)構(gòu),且具有上、中、下構(gòu)造的不協(xié)調(diào)性。上構(gòu)造層中三疊統(tǒng)—侏羅系的變形形態(tài)與地表構(gòu)造基本一致,發(fā)育多組NW向斷裂,斜切NEE向的背斜構(gòu)造,形成多個次級構(gòu)造高點(diǎn),褶皺類型以向東反沖的斷展褶皺和沖起構(gòu)造(pup-up)為主。中構(gòu)造層志留系-下三疊統(tǒng)內(nèi)發(fā)育一組向西逆沖、呈疊瓦狀排列的逆斷層系及其相關(guān)的斷展褶皺,亦形成多個構(gòu)造高點(diǎn),逆斷層系向上中止于嘉陵江—雷口坡組膏巖層、向下滑脫于志留系;大致以沖出地表的母家梁斷層為界,其西側(cè)的河壩場一帶變形較弱,且逆沖方向亦轉(zhuǎn)向向東反沖。下構(gòu)造層由奧陶系—寒武系及其以下的震旦系和基底地層組成,構(gòu)造平緩,變形微弱。
圖5 通南巴構(gòu)造NEE向三維連井地震剖面地質(zhì)解釋
通南巴地區(qū)在垂向上的3個構(gòu)造變形層在油氣保存條件上有明顯差異。淺層構(gòu)造保存的對象為陸相地層,因蓋層(J1-2)剝蝕嚴(yán)重、且斷層“通天”,保存條件較差;中層構(gòu)造沿上、下滑脫面(即T1-2和S1)滑脫,封蓋性好,且斷層均溝通了烴源巖,故保存條件良好,是油氣勘探的有利構(gòu)造帶;下層構(gòu)造平緩,其上的滑脫層(S1)封蓋性能好,但斷層不很發(fā)育,油(氣)源溝通可能不暢,且圈閉幅度低,故保存條件較好,是油氣勘探的較有利區(qū)帶。該區(qū)川付85井錄井顯示,中侏羅統(tǒng)涼高山組和下侏羅統(tǒng)大安寨組陸相地層中的Cl-濃度不足100 mg/L,反映了陸相地層中水動力環(huán)境活躍,受滲流淡化作用明顯;而滑脫層中三疊統(tǒng)雷口坡組的地層水為礦化度達(dá)206.93~255.84 g/L、變質(zhì)系數(shù)為0.81~0.93、脫硫系數(shù)為0.45~0.81的CaCl2型水,表明交替阻滯帶向下延伸不超過雷口坡組,滑脫層之下的油氣保存條件良好,如河壩1井的嘉二、飛三段氣藏。
構(gòu)造作用對油氣保存的建設(shè)與破壞作用在時間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化是指在多期構(gòu)造作用改造的地區(qū),隨著前陸褶皺—沖斷帶的前鋒斷裂在多期構(gòu)造運(yùn)動的影響下不斷向盆地內(nèi)擴(kuò)展,早期為溝通油源的充注斷層因逆沖作用增強(qiáng)而沖出地表,演化為通天斷層,使油氣大量散失。反之亦然,早期的構(gòu)造變形中斷層為控制古隆起的通天斷層,在隨后的沉積、埋藏中繼續(xù)處于地勢高位而有利于油氣的聚集,后期的構(gòu)造變形活動量小,從而演化為充注斷層。下面分別以丁山構(gòu)造(丁山1井)與中壩氣田為例來舉證。
丁山構(gòu)造位于四川盆地川東南構(gòu)造區(qū)東部林灘場—丁山區(qū)帶,屬酒店埡背斜北西翼的一個潛高點(diǎn),處于NE向的齊岳山斷裂與近SN向的遵義斷裂的交接部位(圖1),走向北東,北西翼陡傾并與向斜相連;地面出露三疊系,完鉆于震旦系燈影組,缺失泥盆系—石炭系。馬永生等[7]根據(jù)丁山1井震旦系儲層瀝青來自寒武系牛蹄塘組泥巖把震旦系成藏模式歸納為5個演化階段,即:加里東期形成低隆,初始成藏;泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)長時間的隆升、剝蝕,早期破壞;二疊紀(jì)—早中侏羅世持續(xù)埋藏,二次成藏;中晚侏羅世至早白堊世隨著埋深增加、溫度和壓力增大,油—?dú)廪D(zhuǎn)化;燕山晚期—喜馬拉雅期強(qiáng)烈的抬升剝蝕、斷層通天,晚期破壞。丁山1井二疊系—寒武系多層微含氣及殘存瀝青亦說明了控制丁山構(gòu)造形成的主控斷層在燕山早期為充注斷層,在燕山晚期—喜馬拉雅期逐步演化為散逸斷層。從丁山構(gòu)造TTB03-64地震地質(zhì)解釋剖面的演化圖(圖6)中可以看出:1)丁山構(gòu)造上的侏羅系厚度明顯要小于坳陷區(qū)的厚度,說明該構(gòu)造在晚侏羅世末已具雛型,受早燕山運(yùn)動的影響,晚侏羅世的沉積具生長地層特征,此時背斜寬緩,主控斷層為充注斷層,有利于油氣的聚集(圖6a);2)白堊系卷入變形、且發(fā)育等厚褶皺,表明其強(qiáng)烈隆升、剝蝕的起始時間為燕山晚期,即齊岳山反沖斷層開始強(qiáng)烈活動的時間,反沖斷層向下滑脫于寒武系底部的泥巖層,形成雙層結(jié)構(gòu),上層為斷彎背斜、下層為被動頂板雙重構(gòu)造(passive-floor duplex),主控斷層仍具充注斷層性質(zhì)(圖6b),只是該期生烴中心因埋深增加而以生氣為主,故主控斷層主要表現(xiàn)為氣源斷層性質(zhì);3)喜馬拉雅期,隨著構(gòu)造運(yùn)動的持續(xù)擠壓、地殼淺部縮短量增大,深層雙重構(gòu)造的逆沖斷片沖出地表,主控斷層演化為通天斷層;同時,地殼整體強(qiáng)烈抬升、剝蝕,致使油氣藏開始散失、氧化,遭到破壞(圖6c)。本文測試的屬同一構(gòu)造帶的桐梓坡渡剖面上樣品的磷灰石裂變徑跡年齡主要有兩組:(60±5) Ma與30~40 Ma,亦反映了這2期主要的構(gòu)造變形時間。
中壩氣田的形成則反映了其主控斷層由早期的散逸斷層轉(zhuǎn)化為晚期的充注斷層的歷程。
圖6 川東南丁山構(gòu)造TTB03-64測線剖面演化
中壩氣田位于龍門山前陸褶皺—沖帶的中部,屬蓋層滑脫帶中雙層疊加結(jié)構(gòu)的隱伏構(gòu)造帶,主要由上三疊統(tǒng)須二段和中三疊統(tǒng)雷三段氣藏組成(圖7)。須二段氣藏為煤成氣,來自須一段煤系烴源巖;雷三段氣藏為油型氣,氣源主要來自下伏的碳酸鹽巖。其形成演化可歸納為以下3個階段:1)印支末期的構(gòu)造運(yùn)動形成古低隆,背斜核部T3x3-5被剝蝕,但區(qū)域蓋層保存完好,有利于油氣聚集,但因此時的主控斷層已沖出地表,為散逸斷層,故在斷層上盤形成殘余油藏(圖7a),早期生成的油藏遭到嚴(yán)重的生物降解,并破壞殆盡,留下一些儲層瀝青[26];2)燕山期深埋,生烴中心的烴源巖由生油轉(zhuǎn)為生氣,沿斷層向此古低隆運(yùn)移、聚集(圖7b);3)喜馬拉雅期的構(gòu)造運(yùn)動對該斷裂影響較弱,因逆沖斷距小、并未沖出地表,且斷層兩側(cè)巖性的巖性對接仍為中—下侏羅統(tǒng)泥質(zhì)巖,斷層封堵性好,故此時該斷層為充注斷層或氣源斷層(圖7c)。簡而言之,中壩氣田的主控斷層由印支末期的散逸斷層轉(zhuǎn)化為喜馬拉雅期的充注斷層。
圖7 中壩氣田須二段與雷三段氣藏成藏模式
1)構(gòu)造運(yùn)動對油氣保存的建設(shè)作用主要表現(xiàn)在構(gòu)造—沉積旋回控制著生儲蓋組合特征、構(gòu)造運(yùn)動形成的古隆起控制著早期油氣聚集以及構(gòu)造運(yùn)動控制著現(xiàn)今氣藏圈閉的有效性等3個方面。
2)構(gòu)造運(yùn)動對油氣保存的破壞作用主要表現(xiàn)為區(qū)域蓋層的剝蝕、深斷裂與褶皺作用對封蓋性能的破壞、巖漿活動的破壞以及受深斷裂控制的水文地質(zhì)開啟程度等4個方面。
3)構(gòu)造作用對油氣保存的破壞與建設(shè)作用在空間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)在沿逆沖方向從造山帶至蓋層滑脫帶,保存條件具有由壞至好的轉(zhuǎn)化規(guī)律;而在蓋層滑脫帶,深層構(gòu)造的保存條件要優(yōu)于淺層構(gòu)造。
4)構(gòu)造作用對油氣保存的建設(shè)與破壞作用在時間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化是指在多期構(gòu)造作用改造的地區(qū),控制圈閉的主控斷層具有充注斷層與散逸斷層相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。
需要說明的是,構(gòu)造作用對油氣保存條件影響是一個非常綜合而又復(fù)雜的研究課題。因構(gòu)造單元位置、構(gòu)造變形分帶、構(gòu)造變形分層以及構(gòu)造變形期次的不同,構(gòu)造作用對油氣保存影響的主控因素均存在較大差異,且保存條件的優(yōu)劣亦是諸多相關(guān)因素綜合作用的體現(xiàn),故在工作中應(yīng)采取構(gòu)造作用對油氣保存的建設(shè)作用、破壞作用及其二者在空間與時間上的動態(tài)轉(zhuǎn)化的研究思路來進(jìn)行具體分析。
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