構造斷裂導致油氣向上穿層運移

時間 2021-09-06 20:25:15

1樓:中地數媒

在世界穩定地台或後期構造活動輕微的地區,多數大型油氣盆地中,一般都是自生自儲或鄰儲,在乙個地層系統裡形成生、儲、蓋組合,油氣孔滲條件良好的儲層內或沿侵蝕面可進行較遠的側向運移,遇圈閉聚集成藏。這往往是特大型油氣田形成的基本方式,如中東、東歐、北非、北美等地台,都是如此。西西伯利亞盆地石油佔世界儲量10%,天然氣佔40%[195],它雖然是海西褶皺基礎上的年青地台,但後期構造相當穩定。

內部隆、坳起伏多與基底活動有關,盆地中以長垣、穹窿等區域性構造約1200個,一般傾角都小於5° ~6°。盆內斷層很少,平均100km2範圍內斷層長度不到0.43km。

各油氣組合基本都具自源特點。油氣在儲層中活動空間廣闊,極少有流體超高壓報道,缺少煙囪作用的動力。

中國陸塊原本較小,經歷多次縫合,相互干擾,特別是東部燕山運動和西部喜馬拉雅晚期運動的強力擠壓,和東部喜馬拉雅期的裂陷、斷層、裂縫發育。因此,除鄂爾多斯等相對穩定外,油氣煙囪作用很突出,油氣面貌經常被改變。出現他源、遠源、多源、混源油氣藏;油氣系統相互穿插,造成資源量計算和評價**的困難。

中國油氣藏跨層運移的複雜現象,在世界油氣區中表現非常突出。

(一)塔里木盆地

早在海西兩期的構造運動,盆內許多地區發生褶皺斷裂,此後地史時期內,經常見到є—o地層的油氣源垂向進入其上層系。其中最顯著有塔北三疊系油氣藏,主要是通過阿克庫木(輪南)y形斷裂,將є—o地層油氣通到披覆於斷隆上t砂岩中,再順坡向南運移(斷帶以北沒有工業油井),在平緩構造或岩性圈閉中,形成許多中、小油藏,總儲量超過1億t。在區域性有斷層通到侏羅系砂岩中,也可形成小油藏(圖58a)。

該區石炭系油氣藏也都是є—o地層烴源通過斷裂,垂直上移成藏,雅克拉本為晚海西期逆沖斷隆,但在中、新生界地層中發育有正斷層,油氣循斷裂而上,在j—k—e甚至n地層中都產油氣(圖58b)。塔中和瑪扎塔克(和田河)c地層油氣,也是由є—o地層通過斷層和侵蝕面上竄而成。喜馬拉雅運動活躍的地區,都能見到深部t—j或c地層油氣源進入淺層而成藏,而且能形成較大油氣藏。

如著名的克拉2、迪那等都是從深部侏羅系和三疊系烴源而來。該區構造非常複雜,疊瓦式斷層逆衝、滑脫,但由於e有優良的膏泥蓋層,氣藏充注時間還不久(n2後),氣藏壓力很高,地壓梯度達1.95~2.

2mpa/100m[144],可能煙囪作用仍在進行,還談不上破壞、散失問題。塔里木最早發現的柯克亞e—n地層大油氣田,主要是c地層或є—o地層油氣源通過斷層向上運移而成(圖58c)。最近在盆地西部發現的阿克莫木k1氣田[196],為過成熟幹氣,(δ13為-25%~22%)證明氣源主要來自j和c地層,而且也是喜馬拉雅晚期充注的。

在塔東鑽遇j和s的氣井,經地化對比,認為是燕山—喜馬拉雅期є—o地層的氣 「沿斷裂大規模轉移聚集」[197](圖58d)。

塔里木盆地新近系覆蓋很厚,大部分地區為3000~8000m,三套主烴源巖(є—o,c,t—j)埋藏都非常深,煙囪作用將很深處部分資源轉移到相對淺部,儘管破壞了一些油氣,也還算是立了功勞。它和古隆起成為塔盆兩大功臣,而古隆起實際上也是早期大煙囪。

(二)準噶爾盆地

基底相當活躍,盆內沉積和塊斷作用明顯,斷裂系統發育,中侏羅世以後相對穩定。盆地最主要烴源巖是二疊系,都已進入成熟階段;侏羅系烴源巖和砂岩組合均佳,但盆中及北部成熟度很低,而成熟度較高的准南(昌吉)坳陷埋藏過深,目前還難以直接勘探侏羅系及更老的原生油氣藏。盆地西北部和腹部發現許多侏羅系油藏,並不是侏羅系自身的烴源。

經過地化等多種對比,認為侏羅系油氣田大多是二疊系油源通過斷層運移上來的,有的還可以向上運移到白堊系成藏(圖59a,b)。楊文孝等[198]認為:「準噶爾盆地侏羅系油氣藏絕大多數是次生油氣藏,油氣源來自二疊系烴源巖,斷裂成為侏羅系油氣運移的主要通道」。

並說 「沒有斷裂就沒有侏羅系油氣藏。」 油源斷裂成為異層油氣運移的 「高速公路」,對盆地西北部和腹部都很重要。

圖58 塔里木盆地油氣垂向運移方式圖(據多種資料編繪)

圖59 準噶爾盆地(含吐哈)油氣垂向運移方式

准南侏羅系生氣強度非常高(圖60),坳陷中部已進入過成熟階段,可為北天山前三排構造淺、中層輸送氣源。已經得手的如呼圖壁等氣田,產層為紫泥泉子組;背斜深部為斷凸上拱形成的斷塊構造,由4條斷層組成花狀構造[199],向下通至八道灣組等氣源層。侏羅系本身埋藏幾近萬公尺,目前無法直接鑽達。

但喜馬拉雅晚期從天山向盆地逆衝推覆,形成幾排幅度高大的背斜構造;淺部e—n地層儲、蓋組合非常有利,紫泥泉子組三角洲砂體之上,沉積安集海組半深湖相泥岩,單層厚度可達百公尺,累計厚度約460m,分布範圍廣闊。只要與烴源斷裂配置得當,容易形成儲量較大的次生氣藏,這個領域有可能成為全盆增加天然氣儲量最現實的方向,近年來已頻頻得手。

圖60 準噶爾盆地j1b+j2x現今生氣強度圖[189]

綜上所述,可見煙囪作用在準噶爾盆地油氣成藏中的重要意義。

(三)西部其他與活動構造帶有關的盆地

吐哈盆地、柴達木北部、河西走廊等,油氣垂向運移作用都很明顯:吐哈盆地有多套垂向疊加儲集,如巴喀、神泉、連木沁等油田j、k、e地層的油藏均屬同一油源,油藏中油氣密度垂向分異性強,愈向上愈輕。每個油田伴有斷層向下通至油源層,往上斷層活動終止在有效蓋層之下[200](圖59d)。

柴達木北部j以來塊斷下陷和喜馬拉雅期受祁連山和阿爾金山聯合扭動,擠褶構造都比較顯著。北部e—n地層本不具備生油氣條件,n地層油氣藏主要來自下伏的j1、j2地層烴源,通過一系列不同性質的斷層運移至n地層圈閉中聚集成藏(參見圖57)。

祁連山北側構造活躍,斷裂發育,油氣垂向和側向運移規模都較大。主要烴源巖為j—k1地層。例如酒西地區 「青西凹陷下部生成的油,經牛溝斷層、509斷層進入第三系儲層;石北凹陷的油,通過白南斷裂進入北部單斜的第三系儲層中,第三系砂岩物性很好,橫向穩定,油氣在第三系可以較長距離運移,運移過程中富集於高點或其他圈閉中,形成酒西盆地諸油田[118]」。

**的羌塘地區在侏羅紀為相當規模的海相沉積區,烴源巖厚度大、品質高,曾為海內外專家所矚目,甚至與中東油區相比。但是有兩個嚴重問題:一是侏羅紀末怒江-班公湖板塊縫合後,區域上公升,沒有在廣大範圍繼續沉積k—e和n地層,有些後期遭剝蝕,缺少區域大被蓋;二是喜馬拉雅運動雖然形成許多大型構造圈閉,但區域再次抬公升,致使許多油層暴露,成為 「古油藏[201]」和眾多油苗,大量油氣被暴露,非常可惜!

當然侏羅系內部蓋層還可能遮擋一部分油氣,作為今後勘探目標。

由此看來,煙囪作用三個基本組成部分:下部的烴灶,中間的烴源斷層,上部的覆蓋和圈閉,三者缺一不行,屬於數學上的乘法規則。羌塘正是缺失上部覆蓋和圈閉,不易出現煙囪作用形成的次生油氣藏。

(四)四川盆地

四川盆地中部構造穩定區,油氣藏多為自生自儲或鄰儲。例如湖相生油的大安寨段(j14)和涼高山段(j1)大多如此,鑽達油氣層之前顯示較少,煙囪作用微弱。但區域性斷裂發育區,大、涼油層可以通過斷層運移至上覆沙溪廟組形成如公山廟油藏。

謝繼容等[202]認為,「構造發育及相干分析、地層傾角分析均表明:本區斷裂發育,為油氣運移提供了重要的通道。」大、涼油層至華鎣山附近,煙囪作用就非常明顯了。

例如,緊靠華鎣山的廣安背斜,是nne和nee兩組構造線交會而成,斷裂發育。下部油氣穿層向上運移達一千多公尺,在紅層沙溪廟組(j2+32)多套砂岩含油,其中有七層分布很廣,有的砂岩含油面積達40km2以上。許多淺鑽試出日產1m3以上**,廣104井日間歇初噴油30多立方公尺。

但砂岩總體物性偏低,區域性靠裂縫才能產出。

龍門山前著名的厚壩油砂岩,也屬紅層沙溪廟組,地表綿延近百公里,地下傾斜深達千公尺仍有油顯示,而且向北翻越老地層(t1f)已出露的高背斜後,向斜中仍有多層厚大沙溪廟組砂岩含油,早年手搖鑽取出岩心,**可滴。江油一帶石板路和家用石器多為油飽和度較低的砂岩。以 「江油」命名的縣城,不但江中多處流油,其實到處都有油的蹤跡。

龍門山及其山前,印支及喜馬拉雅晚期構造、沉積都較活躍,深部十分豐富的海相油氣通過斷裂向上運移,在上覆紅層砂岩圈閉中曾經普遍成藏。但本區喜馬拉雅晚期運動強烈,逆衝、褶皺、抬公升,油層多所暴露。

圖61 川西坳陷油氣垂直運移及次生聚集示意圖

川西坳陷以須家河組(t3)ⅲ型乾酪根為主的豐富氣源,通過斷裂系統向上部紅層砂岩輸送天然氣,已形成一大批次生氣藏,成為近年四川找氣的熱點之一(圖61)。據地史分析:燕山期在印支運動nee向構造格架基礎上發展隆坳構造帶,加上t3地層、岩性圈閉,此時正值晚三疊世生烴高峰期,儲層物性較好。

因此,燕山期是須家河組常規油氣聚集的**階段。在隨後砂岩緻密化過程中,生排烴作用在繼續,川西坳陷具有形成大面積深盆氣的有利條件。但由於繼續長時期深埋壓實,超緻密化導致天然氣藏僵滯。

強烈的喜馬拉雅運動使龍門山和部分前山早期油氣遭到一定破壞,但對於坳陷區長期深埋僵滯的儲層使之重新活躍,則是大有利的好事。從龍門山至龍泉山,構造相對活躍。喜馬拉雅晚期在川西坳陷形成幾十個高低不一的背斜構造和斷層、裂縫網路。

須家河組儲層中的壓縮氣,循裂縫系統向晚期構造高部位重新聚集成藏。同時在超高壓和斷裂發育條件下,天然氣勢必多途上竄,煙囪作用空前顯著。部分達地表成為眾多氣苗,但由於上覆厚大紅層砂岩層多、物性好、圈閉多、泥質巖多套蓋層,有利於形成次生氣藏。

重要的如新場、白馬廟、洛帶、平落壩、馬井等,有些已達大、中型氣藏標準。

圖62 黃驊坳陷及下遼河坳陷曙光地區油氣垂向運移示意圖[120,127]

煙囪作用的次生氣藏一般都具超壓特徵。以新場為例,不充氣砂岩多為常壓,總趨勢從下至上氣層壓力梯度逐步減小。由於遂寧組(j3)泥質巖很厚,是區域性蓋層,深部烴源斷層或裂縫組系多越不過此套地層。

其下氣層壓力梯度高(1.5~1.9mpa/100m),其上蓬萊鎮組(j3)和白堊系氣層壓力梯度下降為1.

3~1.5mpa/100m。j2以下地層天然氣芳烴含量高[203],具水相運移特徵或混相湧流。

而遂寧組泥岩以上的j3或k地層砂岩,氣藏芳烴含量普遍很低,川西坳陷南段,喜馬拉雅運動更為強烈,深部斷層直通蓬萊鎮組,如白馬廟構造大興斷層,縱切構造軸部,斷距60~170m,向上消失於蓬萊組內部。

(五)中國東部斷陷盆地中,油氣循伸展斷層和侵蝕面,向上覆新層位垂向運移而成藏

這是濟陽等坳陷內重要的成油組合之一(參見圖53)。不生油的館陶組中所找到的石油地質儲量佔總儲量的24.8%,加上部分東營組則佔32.

2%[204]。一般斷層連通到哪個層位,油氣就能運移到哪個層位。在不開闊的、分隔性強的箕狀凹陷內,這種垂向跨層運移佔重要地位,因此特別強調 「複式油藏」。

例如著名的孤島、孤東、埕東、陳家莊等新近系油藏,皆屬此類。黃驊和下遼河坳陷,油氣通過斷層由e地層生油巖垂向運移至n或e地層上部成藏的形式見圖62,蘇北各凹陷中油氣更以垂向運移為主。南海北部盆地 「陸生海儲」,表明垂向運移的主導作用。

東部斷陷盆地除上述古近系、新近系之間斷裂垂向運移外,許多地區與中、古生界基底斷裂連線,形成多源、混源複雜油氣運聚系統。

(六)松遼盆地三肇地區松花江群以下,侏羅系斷陷ⅲ型乾酪根為主的烴源豐富,成熟度很高(r=2.5%~6%),煙囪作用很突出

通過斷層,向其上或周圍白堊系儲層運移,垂向距離達幾千公尺。而登婁庫組成熟度僅為r=1.3%~2%,泉頭組及以上更低,芳3、芳4井都呈明顯的混源現象。

許多專家[191,205,206]對這一地區地質現象進行了深入研究,特別是有關烴源的詳細對比,肯定了許多白堊系氣藏來自於深部侏羅系斷陷。圖63a表示三肇斷陷北部昇平站地區侏羅系的氣通過一系列斷層進入上部形成的次生氣藏,而圖63b則是表現徐家圍子斷陷西部昌德一帶,侏羅系過成熟氣,通過斷陷(向斜)與隆起之間的主斷層,輸送至隆起上登婁庫組形成次生氣藏,與原地高成熟油氣有區別。

圖63 松遼盆地三肇地區垂向運移次生氣藏模式

松遼盆地東南隆起區在侏羅紀為裂陷帶,含煤系沉積很廣、很厚,氣源豐富。但松遼盆地從白堊紀進入大型坳陷沉積以來,此區缺乏深水湖相生油巖,以近陸源碎屑為主,k2和e—n地層缺失。本區大型背斜及斷裂發育,氣藏及氣顯示都與侏羅系氣源有關[188,207]。

萬金塔和幹安地區co2氣藏,明顯由深部通過斷裂上移次生而成。東南隆起區尋找煙囪作用的氣藏,前景較為廣闊。

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