层间逆冲叠瓦构造-前陆冲断带大气区控藏模式.pdf
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1、书书书 年 月第 卷第 期西安石油大学学报(自然科学版)()收稿日期:基金项目:国家科技重大专项“大型气田成藏机制、富集规律与勘探新领域”()第一作者:易士威(),男,博士,教授级高级工程师,研究方向:油气地质与勘探。:中图分类号:文章编号:()文献标识码:层间逆冲叠瓦构造前陆冲断带大气区控藏模式易士威,郭绪杰,朱 明,李明鹏,杨 帆,杨海军,文 龙,孙瑞娜(中国石油勘探开发研究院,北京 ;中国石油勘探与生产分公司,北京 ;中国石油新疆油田 勘探开发研究院,新疆 克拉玛依 ;中国石油 塔里木油田,新疆 库尔勒 ;中国石油西南油气田 勘探开发研究院,四川 成都 )摘要:为了揭示中国中西部盆地前陆
2、冲断带大气藏(大气区)的控藏模式,综合运用地质、地震、钻井及测井等资料,精细断裂解释,研究构造样式,分析成藏条件,特别是通过解剖塔里木盆地库车、准噶尔盆地准南和四川盆地西缘前陆冲断带已发现的大气藏,构建了前陆冲断带大气区控藏模式,并取得以下认识:()根据逆冲断裂发育的几何性质、与盖层和烃源岩的关系,特别是对圈闭以及成藏的控制,将前陆冲断带逆冲构造分为层间逆冲、上下穿透型逆冲、上穿透型逆冲、下穿透型逆冲 种构造样式。()层间逆冲构造是控制形成大气藏的主要构造样式。层间逆冲断层向下断至烃源岩,在烃源岩内逆掩形成天然缝网系统,构成优势运移通道,向上断至盖层而未断穿,即沟通油气源又未破坏圈闭的有效性,
3、最有利于形成大气藏。()前陆冲断带往往发育成排成带层间逆冲断层相关背斜,具有相同的构造样式和成藏条件,从而形成连片分布的大气区。()大气藏(大气区)主要分布在前渊地区。关键词:前陆冲断带;构造样式;层间逆冲构造;塔里木盆地;准噶尔盆地;四川盆地 :,(,;,;,;,;,):(),:(),:,(),(),()():;易士威,郭绪杰,朱明,等 层间逆冲叠瓦构造:前陆冲断带大气区控藏模式 西安石油大学学报(自然科学版),():,:(),():西安石油大学学报(自然科学版)引言前陆盆地是世界上油气资源最丰富、发育大油气藏最多的盆地类型之一 。在中国中西部中新生代发育众多前陆盆地,具备油气成藏所需的各项
4、要素,为大气藏和大气区的形成提供了条件 。近年来在中国塔里木盆地、四川盆地和准噶尔盆地前陆冲断带不断取得重大突破,相继发现多个大气藏和大气区 。证实中国中西部前陆冲断带勘探潜力巨大,是实现天然气增储上产的最重要的战略领域之一 。前陆冲断带是前陆盆地最重要的油气富集带,因此,一直是石油地质学家关注的重点领域。近年来,在前陆冲断带构造、储层和成藏等方面的研究均取得进展 。通过构造解剖及构造建模,揭示了冲断带构造样式及构造变形方式;通过超深超压环境储层研究,揭示了超深层优质储层成因机制;通过对前陆区成藏研究,揭示了前陆冲断带的勘探潜力 。但由于三大盆地前陆区构造的复杂性和各自成藏条件的特殊性,缺乏对
5、不同盆地前陆冲断带构造和成藏的对比研究。因此,运用地震测井等资料,采取断裂精细解释,对比分析三大盆地前陆区构造特点,明确控制大气藏形成的主要构造样式,解剖大气藏(大气区)的相似性和差异性,揭示形成大气藏的主控要素,构建前陆冲断带大气区控藏模式。以此为指导,针对不同盆地前陆区成藏条件分析,预测了下步的勘探领域和突破方向。地质背景中、新生代以来,由于印度板块自南向北的不断挤压直至向欧亚板块俯冲,造就了环青藏高原的巨型盆山构造系统(图 ),在中国中西部形成了许多独具特色的陆内前陆盆地,而前陆冲断带就主要分布在环青藏高原盆山体系的盆山结合部位。受环青藏高原巨型盆山系统的控制,中部四川盆地在青藏高原向东
6、推挤的作用下,呈现西降东隆的不对称构造格局。西部的塔里木盆地、准噶尔盆地在青藏高原向北推挤作用下,表现为克拉通边缘单边或双边的挤压沉降与冲断隆升等多种盆山耦合形式,准噶尔盆地表现为南沉北隆的构造格局,而塔里木盆地则表现为克拉通南北边缘沉降、中央隆起的构造格局。在青藏高原隆升的同时,强烈的挤压作用造成环青藏高原的盆山体系内部发生剧烈变形,并依次从造山带向克拉通内部拓展。在强烈的构造挤压下,在盆山结合部发育多种的构造样式十分复杂的前陆冲断带 。这些冲断带在空间上与不同时代的生烃中心互相叠置。如在塔里木盆地,库车前陆冲断带就叠置发育在中生界三叠系和侏罗系两套烃源层之上 ;在准噶尔盆地准南前陆冲断带发
7、育上古生界二叠系,中生界三叠系、侏罗系、白垩系等多套烃源岩 ,在四川盆地西缘龙门山前前陆冲断带发育寒武系筇竹寺组、龙马溪组、梁山组、龙潭组、须家河组等多套烃源岩 ,为前陆区成藏特别是大气区的形成提供了丰富的物质基础。前陆冲断活动使地层挤压褶皱产生了大量背斜构造,为油气提供了巨大的聚集空间。总之,中国中西部前陆区均发育多套优质烃源层,多套规模性储层,多套区域性盖层,多套良好的储盖组合,成排成带逆冲背斜圈闭,为大气区形成奠定了成藏所需的全部要素,形成了各具特色的前陆冲断带含油气系统。图 环青藏高原盆山构造系统 大气区构造特征前陆冲断带是前陆盆地主要的油气聚集带和富集带,而构造特别是断裂在冲断带的油
8、气成藏中发挥着重要的控制作用。因此,构造特征一直是前陆盆地研究的热点和重点。在前陆盆地系统盆山耦合及其对深层结构控制、前陆冲断带构造变形作用以及前陆冲断带复杂构造建模技术等领域的研究虽然取得了许多进展。但由于中国前陆冲断构造变形的多样性导致对其地质认识和勘探的难度增加,因此,有必要对前陆冲断带油气成藏,特别是从大气区和大气藏两个方面对构造控藏开展研究,揭示控制大气藏的主要构造样式。易士威等:层间逆冲叠瓦构造前陆冲断带大气区控藏模式 大气藏构造样式前陆冲断带构造的复杂性造就了多种多样的构造圈闭,但不是每一种构造都能形成圈闭,更不是每一种圈闭都能成藏,大气藏的形成具有独特又相似的构造样式。虽然这些
9、大气藏的成藏条件诸如烃源层、储层和盖层发育的时代及类型各有不同,但具备共同特点,就是每个气藏都是与逆冲断层相关的背斜构造,说明逆冲断层是油气成藏特别是规模性成藏的重要控制因素。根据逆冲断裂发育的几何性质、与盖层和烃源岩的关系、特别是对圈闭以及成藏的控制,将前陆冲断带逆冲构造分为 种构造样式(图 )。一是层间逆冲构造:逆冲断层发育在 套柔性地层之间,向下断至烃源岩并在烃源岩中逆掩滑脱,向上断至盖层但未断穿盖层(图 ();二是上下穿透型逆冲构造:逆冲断层向上断达地表,向下断达基底(图 ();三是上穿透型逆冲构造:逆冲断层向上断达地表,向下断至柔软层并在其内逆掩滑脱(图 ();四是下穿透型逆冲构造:
10、逆冲断层向下断达基底,向上断至柔软盖层且未断穿(图()。图 前陆冲断带大气藏构造样式 西安石油大学学报(自然科学版)层间逆冲叠瓦构造是最佳的构造样式,其次是下穿透型构造样式。这两种构造样式形成的逆冲断层相关背斜未破坏圈闭有效性,而其他两种构造样式虽然也形成背斜圈闭,但由于断层断穿盖层,破坏了盖层的完整性,造成圈闭封闭性消失。而层间逆冲构造和下穿透型逆冲构造的区别是层间逆冲构造由于断层在烃源岩中逆掩,造成断面在烃源岩中大面积展布,同时与断裂伴生的裂隙和断面在烃源岩中构成天然的立体缝网系统,大大提高油气运移的效率,造成高效输导和充注,对油气成藏更为有利。大气区构造特征中国前陆盆地前陆冲断带由于经历
11、了多期构造运动导致变形结构十分复杂,纵向上深中浅层构造变形不同,形成多层构造结构;沿应力方向构造样式不同,形成多种类型的复杂构造带;沿构造带方向断裂发育特征不同,各断裂带具有不同的组合关系。不同盆地的前陆冲断带是不同应力环境的产物,既具有分区分带分段分层分期性等相似性,也体现出各自不同的特殊性。塔里木盆地库车前陆大气区构造样式目前,在库车前陆区发现了克深、博孜和阿瓦特个大气区,个大气区均位于前渊,均受前展式逆冲叠瓦构造控制,但自东向西由克深到阿瓦特地区,构造表现出不同的特点,可分为横向叠瓦式、台阶状叠瓦式、垂向叠瓦式和双层楼叠瓦式四种类型。一是横向叠瓦式(图 ():库车坳陷克深大气区发育此类构
12、造样式,主控断层是坡坪式逆掩断层,每个次级断层向下收敛于主断层断坪段,向上消失于塑性膏盐岩层内,控制的每个逆冲席形成断层相关褶皱背斜,成排成带连片分布。二是垂向叠瓦式(图():主控断层为基底卷入式高角度逆冲断层,每个次级断层向主断层收敛,呈弯曲喇叭口状向远离主断层方向发散,次级断层控制形成的断层相关背斜在垂向上互相叠置,这种构造样式一般发育在叠瓦构造的后端靠近基底卷入主断裂的位置。三是台阶叠瓦式(图 ():是介于横向和垂向叠瓦之间的构造样式,以博孜构造带最为典型。受基底卷入式高角度逆冲断层和坡坪式逆掩冲断层共同控制,发育在这两条主断层之间的次级断层向下收敛于逆掩断层,次级断层控制形成的背斜向高
13、角度主断层方向呈台阶状升高。四是双层楼叠瓦式(图():发育在库车西部博孜 阿瓦特地区。两层逆冲叠瓦构造垂向上下叠置。四川盆地龙门山前陆大气区构造样式四川盆地川西北龙门山前陆区发现了双鱼石大气区,也是位于前渊区。受前展式坡坪逆掩断层控制,在前渊区形成多排层间逆冲构造(图 ),逆掩段在寒武系筇竹寺组厚层泥页岩发育,一系列北东向逆冲断层向下收敛于逆掩断层,向上消失在嘉陵江图 库车前陆冲断带大气区构造样式 易士威等:层间逆冲叠瓦构造前陆冲断带大气区控藏模式图 川西北前陆冲断带大气区构造样式 组膏盐岩地层中,控制形成成排成带连片分布的背斜、断背斜群 。与各具特色的塔里木盆地库车三个大气区构造相比,川西北
14、前渊区变形较弱,特别是盐上地层,表现为自西向东倾的单斜,大气区构造样式自北向南变化不大,具有相似性,此外,各冲断席也没有像库车前陆区那样形成叠瓦构造。准噶尔盆地准南前陆大气区构造样式与塔里木盆地库车前陆区和四川盆地龙门山前陆区构造相比,准噶尔盆地准南前陆区具有自己的特点 。一是自南向北由山前到盆地发育近东西向展布的多排逆冲构造带(图 ),各构造带之间相隔较远,形成背斜带和向斜带相间分布格局。二是新生代逆冲构造由南向北扩展,具有构造变形由老到新、由强变弱、由复杂到简单、由多层到单层的特点。三是纵向上多层滑脱,横向上分段滑脱。古近系安集海河组泥岩层、白垩系吐谷鲁群泥岩层和侏罗系八道湾组煤系地层既是
15、区域盖层,也是区域性构造滑脱层,在三套滑脱层上下发育期次不同、样式各异、上下叠置的逆冲构造,形成纵向上多层构造叠置,横向上多排构造并列的构造格局。但与其他两个前陆区相同的是,控制大气藏的构造样式同样是层间逆冲构造。图 准噶尔盆地准南前陆冲断带构造样式 控藏模式大气藏受逆冲构造控制显著,前陆冲断带发育众多逆冲构造,在其他成藏条件相同的情况下,不是每种逆冲构造都能形成大气藏。虽然各盆地大气藏各有不同,同一盆地不同构造带大气藏也有差异,但有共同特点。通过解剖三个盆地前陆区大气藏和大气区,发现具有许多共同特征,这些共同的特点就构成了前陆冲断带大气藏的成藏模式。西安石油大学学报(自然科学版)库车前陆冲断
16、带成藏模式库车前陆区中新生界以陆相碎屑岩沉积为主,三叠系及侏罗系沼泽相、湖相泥岩和煤系地层是主力烃源岩。侏罗系煤系烃源岩厚度大,有机质类型为腐殖型,丰度高,多处在高过成熟阶段,以生气为主,为库车前陆冲断带大气区的形成奠定了丰富的资源基础。三叠系新近系扇三角洲、辫状河三角洲等砂岩、砂砾岩是其主要储层类型 ,其中,白垩系巴什基奇克组厚层砂岩与古近系膏盐岩盖层是主要的成藏组合和含气层系。岩性主要为辫状三角洲相长石质岩屑砂岩,以中孔中渗和中低孔低渗为主,大面积分布 。发育新近系和古近系膏盐岩、膏泥岩和侏罗系煤系 套区域性盖层。其中,古近系库姆格列木群和新近系吉迪克组湖相盐岩及泥岩是重要的区域性优质盖层
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