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        渝東南-湘鄂西地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與下志留統(tǒng)頁巖氣勘探

        2013-11-22 05:26:30李倫炯成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院四川成都610059
        石油天然氣學(xué)報(bào) 2013年10期
        關(guān)鍵詞:印支東南燕山

        李倫炯(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059)

        楊飛(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)),湖北 武漢 430100)

        孫傳敏(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059)

        葉建中(中石化江漢油田分公司荊州采油廠,湖北 荊州 434020)

        裴振洪(中石化勘探南方分公司研究院,四川 成都 610041)

        渝東南-湘鄂西地區(qū)與美國東部地區(qū)頁巖氣發(fā)育盆地具有相似的地質(zhì)條件,均是古生代海相沉積背景下形成的,富含有機(jī)碳頁巖,后期構(gòu)造大幅度抬升,富含腐泥型干酪根的泥頁巖直接產(chǎn)氣,高演化程度下的原油裂解氣豐富,具有頁巖氣勘探的良好前景[1]。與北美地區(qū)不同的是,渝東南-湘鄂西地區(qū)經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[2],且在燕山晚期遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,形成了一系列北東向隔擋式皺褶,使得區(qū)域大部分常規(guī)油氣藏遭受毀滅性破壞。雖然頁巖氣具有一定的抗破壞能力,但是在對(duì)頁巖氣的勘探潛力評(píng)價(jià)中,不能不考慮斷裂發(fā)育程度、向斜的寬緩程度等構(gòu)造變形特征對(duì)頁巖氣勘探的影響[3]。

        1 地質(zhì)背景

        渝東南-湘鄂西地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)主要由黑色頁巖組成,底部為黑色碳質(zhì)頁巖,上部為深灰色黃褐色紋層狀粉砂質(zhì)頁巖,黑色灰綠色灰色碳質(zhì)頁巖,炭硅質(zhì)頁巖,粉砂質(zhì)頁巖,富含筆石化石(圖1),可見碳質(zhì)層與粉砂質(zhì)薄互層??傮w來講,龍馬溪頁巖均不同程度地含粉砂,對(duì)于頁巖氣的儲(chǔ)層來講是比較有利的。

        圖1 單筆石(重慶市綦江區(qū)崇溪河S1l炭質(zhì)頁巖)

        晚奧陶世-志留紀(jì),處在南擠北張動(dòng)力學(xué)環(huán)境中的上揚(yáng)子陸塊主體沉降結(jié)構(gòu)從南、北雙向外傾變?yōu)橄虮眱A斜的坳陷帶,沉積了東南物源區(qū)的上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)較深水炭硅質(zhì)頁巖和頁巖。該時(shí)期研究區(qū)表現(xiàn)為較深水-深水缺氧條件下的非補(bǔ)償性沉積,沉積地層包括上奧陶統(tǒng)五峰組(O3w)和S1l。O3w沉積厚度很小,一般為幾米至30m;S1l分布面廣,有機(jī)碳豐度高,是主要的區(qū)域性烴源巖。

        在平面上,上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)(O3w-S1l)主要分布于研究區(qū)西部及北部。受燕山擠壓運(yùn)動(dòng)的影響,除西北部斜坡區(qū)外,大部分地區(qū)發(fā)育隔擋式皺褶,并大量出露遭受剝蝕。在構(gòu)造上,研究區(qū)西北部為由東南向西北傾伏的斜坡,坡度較陡。由于燕山期擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,褶皺中背斜構(gòu)造均已剝蝕殆盡,O3w-S1l僅存在于各隔擋式向斜中,且地層陡峭。從渝東南-湘鄂西地區(qū)S1l厚度等值線圖(圖2)上看,總體上為西南薄東北厚;南部較薄部位厚度普遍在50~200m左右;在西北斜坡帶石柱-建南地區(qū)厚度較大,在300~600m;東部向斜區(qū)厚度大,部分地區(qū)厚度超過600m,最厚處可達(dá)900m。

        圖2 渝東南-湘鄂西地區(qū)S1l厚度等值線圖

        2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

        根據(jù)中國南方晉寧運(yùn)動(dòng)以后板塊活動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)方式和地層發(fā)育特點(diǎn),以區(qū)域性的地層間不整合或假整合接觸關(guān)系為依據(jù),認(rèn)為渝東南-湘鄂西地區(qū)主要經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等[4]。

        2.1 加里東運(yùn)動(dòng)

        加里東運(yùn)動(dòng)雖然在華南地區(qū)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的褶皺造山運(yùn)動(dòng),但在渝東南-湘鄂西地區(qū)無造山作用,也沒有明顯的巖漿活動(dòng),構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱,均以隆升作用為主,形成大型的隆起和坳陷。加里東運(yùn)動(dòng)末期,S1l埋藏深度一般為500~1250m;在李1井-茅3井-大1井-張家界市一帶形成凹陷,最深處超過2000m,而在研究區(qū)的西南部遭受剝蝕(圖3)。

        2.2 印支運(yùn)動(dòng)

        印支運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在晚三疊世,該次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)沒有造成強(qiáng)烈的褶皺和斷裂變形,是古特提斯盆地向新特提斯構(gòu)造改造轉(zhuǎn)折時(shí)期。由于區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)空間、時(shí)間的不均一性,印支運(yùn)動(dòng)在各個(gè)地區(qū)的表現(xiàn)形式差異很大,主要表現(xiàn)為隆坳格局的差異。S1l總體表現(xiàn)為西部高、東部低,東部以咸2井和茅3井為中心形成大型坳陷,該坳陷占據(jù)整個(gè)湘鄂西及黔北地區(qū);東部下志留統(tǒng)頂面埋深3500~6000m;西部下志留統(tǒng)頂面總體埋深為2000~3500m,在恩施-宜昌一帶出現(xiàn)了一個(gè)北北東向的鼻狀隆起,下志留統(tǒng)頂面埋深2900~3300m;南部隆起(即黔中隆起,畢節(jié)至遵義一帶)缺失志留系(圖4)。

        圖3 渝東南-湘鄂西地區(qū)二疊紀(jì)沉積前S1l頂面構(gòu)造圖(加里東運(yùn)動(dòng)末期)

        圖4 渝東南-湘鄂西地區(qū)晚三疊世沉積前S1l頂面構(gòu)造圖(印支運(yùn)動(dòng))

        2.3 燕山運(yùn)動(dòng)

        晚三疊世開始,中、上揚(yáng)子地區(qū)受太平洋板塊和印支板塊向中國板塊斜向俯沖的影響,形成一次地殼上升運(yùn)動(dòng),徹底結(jié)束了渝東南-湘鄂西地區(qū)的海相沉積歷史,進(jìn)入內(nèi)陸湖盆沉積階段,并在侏羅紀(jì)時(shí)期形成內(nèi)陸大型坳陷湖盆。印支晚期-燕山早期是湘鄂西-渝東南地區(qū)志留系烴源巖被進(jìn)一步埋深的時(shí)期,也是烴源巖被埋藏最深的時(shí)期,巨大的埋藏深度造成了烴源巖的高演化程度。這一時(shí)期,研究區(qū)構(gòu)造面貌表現(xiàn)為東南高、西北低,東南部總體為一個(gè)從武陵山向北西傾斜的斜坡,斜坡上下志留統(tǒng)頂面埋深2400~5000m;主要坳陷位于涪陵-利川-恩施一帶,下志留統(tǒng)頂面埋深7000~8600m(圖5)。

        到燕山晚期,由于南北向左旋直扭性的斷塊構(gòu)造活動(dòng)日趨強(qiáng)烈,開始產(chǎn)生褶皺構(gòu)造活動(dòng),形成許多隔擋式褶皺構(gòu)造,使得前期深埋的下志留統(tǒng)頁巖層系在部分地區(qū)得以抬升隆起,進(jìn)入工業(yè)開采的經(jīng)濟(jì)深度范圍內(nèi)。

        圖5 渝東南-湘鄂西地區(qū)早白堊世沉積前S1l頂面構(gòu)造圖(燕山運(yùn)動(dòng))

        2.4 喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)

        喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)從晚白堊世開始,上揚(yáng)子陸塊處于三面擠壓的構(gòu)造環(huán)境中。該時(shí)期(喜山期)是中、上揚(yáng)子地區(qū)又一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方式的改變時(shí)期[5]。在渝東南-湘鄂西地區(qū),喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使晚燕山期形成的褶皺斷裂進(jìn)一步疊加改造。湘鄂西-渝東南地區(qū)喜山晚期運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為①明顯的隆升剝蝕,在湘鄂西乃至整個(gè)渝東南地區(qū),沒有發(fā)現(xiàn)漸新世、中新世的沉積,上三疊統(tǒng)、侏羅系、上白堊統(tǒng)亦被大量剝蝕(或缺失),僅在局部地方有少量殘存;②在渝黔地區(qū)形成強(qiáng)大的南北向構(gòu)造帶,渝黔南北向構(gòu)造帶幾乎切割、包容了前期的一切構(gòu)造形跡,其作用力顯示為東西向的擠壓、扭動(dòng);③形成一系列軸面向西的褶皺和斷裂,斷裂具逆沖或逆掩性質(zhì),褶皺具倒轉(zhuǎn)性質(zhì),顯示由西向東的強(qiáng)烈擠壓作用;④地殼持續(xù)抬升、掀斜、坳褶,遭受強(qiáng)烈的侵蝕作用,造成了下第四系更新統(tǒng)與新近系及其先期的地層呈不整合接觸。

        喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層遭到大量的剝蝕,渝東南-湘鄂西的齊曜山斷裂以東地區(qū)上三疊統(tǒng)和侏羅系已基本剝蝕殆盡,并缺失下白堊統(tǒng)。線狀褶皺和斷裂使古生代地層分割成北東向的條塊,向斜內(nèi)古生界得以保存,背斜上古生界亦遭到大量的剝蝕。

        3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)頁巖氣的控制

        加里東、印支和燕山早期運(yùn)動(dòng)對(duì)渝東南-湘鄂西地區(qū)的影響以隆升作用為主,沒有強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng),它們形成的大型隆起和坳陷使大部分地區(qū)烴源巖得到較好保存[6],僅局部地區(qū)(黔中隆起一帶)遭受破壞。印支晚期-燕山早期是湘鄂西-渝東南地區(qū)志留系烴源巖被進(jìn)一步埋深的時(shí)期,S1l頂面在坳陷內(nèi)埋深達(dá)到8000m,在隆起上的埋深亦超過3500m,這樣的埋藏深度使得烴源巖達(dá)到高演化程度[7]。

        晚燕山-喜山期,強(qiáng)烈的以褶皺、斷裂為主要特征的造山運(yùn)動(dòng),使得地殼持續(xù)抬升、掀斜、坳褶,遭受強(qiáng)烈的侵蝕作用[8],造成上三疊統(tǒng)和侏羅系基本剝蝕殆盡,并缺失下白堊統(tǒng)。一方面使得下志留統(tǒng)烴源巖抬升隆起,埋深變淺,達(dá)到頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)深度;另一方面,由于該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈,形成大量隆坳相間的高陡褶皺,既不利于頁巖氣的保存,也不利于頁巖氣的水平井開發(fā)。

        4 結(jié)語

        加里東至印支運(yùn)動(dòng)形成S1l烴源巖并保存較好,燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得烴源巖強(qiáng)烈褶皺達(dá)到成熟-高成熟演化階段;喜山期遭受構(gòu)造疊加改造,地層持續(xù)抬升掀斜,這既使烴源巖抬升,達(dá)到頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)濟(jì)深度,同時(shí)也給頁巖氣的保存與開采帶來不利影響。綜合分析認(rèn)為,頁巖氣開采的有利區(qū)應(yīng)為復(fù)背斜上的寬緩向斜或背斜,處于復(fù)背斜上的頁巖埋藏較淺,若其上的向斜或背斜較為寬緩,則利于開采頁巖氣的水平井施工。

        [1]張抗,譚云冬 .世界頁巖氣資源潛力和開采現(xiàn)狀及中國頁巖氣發(fā)展前景 [J].當(dāng)代石油化工,2009,17(3):9~18.

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        [3]程克明,王世謙,董大忠,等 .上揚(yáng)子區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣成藏條件 [J].天然氣工業(yè),2009,29(5):40~44.

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        [5]湯良杰,金文正,何春波,等 .疊合盆地關(guān)鍵構(gòu)造變革期與分期差異構(gòu)造變形 [J].新疆石油地質(zhì),2009,30(2):163~167.

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        [8]張金川,聶海寬,徐波,等 .四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件 [J].天然氣工業(yè),2008,28(2):151~156.

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