平衡剖面技術(shù)對東海西湖凹陷正反轉(zhuǎn)構(gòu)造及其成藏控制的研究

胡望水 柴浩棟 李瑞升 徐 發(fā) 葛和平

摘要:利用平衡剖面技術(shù),對東海西湖凹陷第三系的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)育的期次、強弱進行了研究。把西湖凹陷劃分為早、中、晚3期反轉(zhuǎn)。其中,始新世末的早期反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在盆地的西斜坡帶,且研究區(qū)由南向北反轉(zhuǎn)強度增大;漸新世末的中期反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在盆地的東緣斷裂帶,且研究區(qū)由南向北反轉(zhuǎn)強度減弱;中中新世末的晚期反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在盆地的中央隆起帶,且研究區(qū)由南向北反轉(zhuǎn)強度增大;總體反轉(zhuǎn)作用由早到晚依次增強。反轉(zhuǎn)作用形成多種類型的構(gòu)造圈閉,具有面積較大、圈閉完整的特征,對油氣的運移聚集十分有利,同時對油氣的保存及儲層物性有改造作用。根據(jù)目前的勘探,西湖凹陷的3個構(gòu)造反轉(zhuǎn)帶是尋找油氣最有利的地區(qū)。

關(guān)鍵詞:平衡剖面技術(shù);東海西湖凹陷;正反轉(zhuǎn)構(gòu)造;構(gòu)造演化;圈閉;

中圖分類號:TE122文獻標(biāo)識碼:A

引 言

平衡剖面技術(shù)誕生于石油勘探的實踐,從Dahlstrom(1969)提出這一概念至今經(jīng)歷了30余年的時間。在此期間,該技術(shù)不斷得到完善,其在現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)、石油地質(zhì)與勘探以及盆地模擬應(yīng)用等方面,已被廣泛地作為一種重要的模型解釋工具[1-5]。在石油地震勘探中,剖面的平衡與否已成為檢驗構(gòu)造解釋是否正確合理的標(biāo)準,對含油氣盆地構(gòu)造特征進行定量分析,并快速、有效、合理地恢復(fù)盆地構(gòu)造演化歷史,為油氣勘探提供可靠的依據(jù)[6-8]。利用平衡剖面技術(shù)對東海西湖凹陷的正反構(gòu)造進行研究,分清盆地內(nèi)正反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)育演化的期次及強弱[4-5,9-10];在此基礎(chǔ)上,對反轉(zhuǎn)構(gòu)造與油氣成藏規(guī)律的關(guān)系進行研究,總結(jié)反轉(zhuǎn)構(gòu)造對油氣成藏的控制作用及規(guī)律[11-14],為該盆地進一步的油氣勘探奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 平衡剖面技術(shù)的原理

平衡剖面技術(shù)是為了建立合理的地質(zhì)橫剖面而提出的一種幾何學(xué)方法。所謂平衡剖面是指可以把剖面上的變形構(gòu)造通過幾何原理全部復(fù)原成合理的未變形狀態(tài)的剖面[14]。平衡的剖面是合理的,但不一定是真實的剖面,但不平衡的剖面一定是錯誤的。

建立平衡的地質(zhì)剖面通常需要遵循下列原則:①“體積不變原則”,變形前后的物質(zhì)守恒。即變形前后區(qū)域地層所占的體積不變;②“二維的面積不變原則”,在垂直構(gòu)造走向的剖面上的變形,通?？梢约僭O(shè)為平面應(yīng)變。因此這時的三維體積不變原則可以轉(zhuǎn)化為“二維的面積不變原則”;③“層長不變原則”,假設(shè)變形前后巖層厚度保持不變,當(dāng)各層間沒有不連續(xù)的滑脫斷層或底板斷層面時,則面積不變原則可以轉(zhuǎn)化為“層長不變原則”,即各地層恢復(fù)后的原始長度在同一剖面中應(yīng)當(dāng)一致;④斷層位移距守恒。即同一條斷層應(yīng)當(dāng)保持相同的位移量,如果斷層發(fā)生分叉,位移量分散到各小斷層之上;出現(xiàn)同生斷層,位移量被地層厚度差異彌補。

在東海西湖凹陷的研究中,選取穿過研究區(qū)且垂直構(gòu)造走向,成像效果好,有典型的構(gòu)造,能夠覆蓋全區(qū)的10條時間地震剖面(圖1)。利用了平湖1、平湖5、寶云亭1、孔雀亭1等12口井,歸納出了研究區(qū)的時—深轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表,得到更為符合實際的地震地質(zhì)解釋剖面;從而進行平衡剖面恢復(fù),對區(qū)域反轉(zhuǎn)構(gòu)造進行定量化研究。

2 東海西湖凹陷區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷是東海陸架盆地中東部坳陷的一部分,東鄰釣魚島隆褶帶,西鄰海礁隆起,向北、南分別與福江凹陷和釣北凹陷相接,其地理位置在東經(jīng)124°27′至127°、北緯27°30′至30°59′之間,總體呈北東走向。西湖凹陷長400 km,寬100 km,總面積約4.7×104km²,是東海陸架盆地中規(guī)模較大的第三系含油氣盆地(圖1)。

西湖凹陷新生代沉積凹陷是在晚白堊世末期的構(gòu)造背景上發(fā)育起來的,研究區(qū)新生代地層自下而上主要由始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組、上新統(tǒng)三潭組及第四系東海群組成。其中烴源巖主要為平湖組暗色泥巖和煤,且成熟度高,主要處于生油帶和濕氣帶,儲集層為平湖組、花港組及龍井組砂巖,平湖組和花港組上部連續(xù)分布的厚層泥巖為區(qū)域性蓋層,龍井組泥巖可作為局部蓋層。在新生代,東海陸架盆地經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動,顯示出一定的階段性,主要經(jīng)歷了5個發(fā)展階段:①晚侏羅世—早白堊世熱隆—火山作用階段,熱隆背景上形成小型的裂陷盆地;②古新世至始新世盆地處于裂陷階段;③漸新世拗陷階段,這一階段盆地在熱冷卻的驅(qū)動下拗陷下沉;④中新世末至上新世早期,構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段;⑤上新世以來盆地進入了整體調(diào)整沉降階段。

盆地的演化具有多旋回分階段、過渡轉(zhuǎn)化、繼承性等特點。

3 各期反轉(zhuǎn)的特征及演化

反轉(zhuǎn)構(gòu)造又稱盆地反轉(zhuǎn)或構(gòu)造反轉(zhuǎn),是指構(gòu)造變形作用發(fā)生反向變化所產(chǎn)生的,與前期構(gòu)造性質(zhì)相反的一種疊加構(gòu)造,分為正反轉(zhuǎn)構(gòu)造和負反轉(zhuǎn)構(gòu)造。正反轉(zhuǎn)構(gòu)造是指早期受拉張下沉,晚期受擠壓上隆的一種反轉(zhuǎn)構(gòu)造(負反轉(zhuǎn)構(gòu)造與之相反)。近年來,反轉(zhuǎn)構(gòu)造研究進展很快,在理論與方法上都取得了很大的進展。根據(jù)正反轉(zhuǎn)構(gòu)造在盆地內(nèi)的帶狀分布,湖凹陷沿北北東走向自西向東劃分為西部斜坡斷裂帶、中央背斜隆起反轉(zhuǎn)帶、東緣斷裂帶3個構(gòu)造帶(圖1)。根據(jù)盆地反轉(zhuǎn)的期次,依次分為始新世末的早期反轉(zhuǎn),漸新世末的中期反轉(zhuǎn),中中新世末的晚期反轉(zhuǎn)[15-18]。盆地內(nèi)的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)育于各構(gòu)造帶中,其中,早期反轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在西部斜坡斷裂帶,中期反轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在東緣斷裂帶,晚期反轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在中央背斜隆起反轉(zhuǎn)帶。利用GEOSEC-2D軟件對凹陷內(nèi)所選的10條剖面進行平衡恢復(fù),得到反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)育史剖面圖(圖2)和各剖面在不同期次的反轉(zhuǎn)強弱直方圖。以下利用測線-03恢復(fù)的剖面概述各反轉(zhuǎn)期次的主要特征。

3.1 早期反轉(zhuǎn)

早期反轉(zhuǎn)發(fā)生在始新世末,即平湖組沉積后,受玉泉運動的影響,具有弱的拉張到弱的擠壓性圖2 東海西湖凹陷反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化史剖面質(zhì),使盆地局部抬升反轉(zhuǎn),而收縮反轉(zhuǎn)相對不明顯,反轉(zhuǎn)強度小,反轉(zhuǎn)隆起造成的剝蝕量小。伴生構(gòu)造主要是繼承或強化早期滾動背斜所形成的簡單斷展型背斜。在斷階發(fā)育的部位形成簡單滑移反轉(zhuǎn)斷階組合,反轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在西部斜坡帶(圖2,表1早期反轉(zhuǎn))(圖3中的陰影部分表示每期反轉(zhuǎn)遭受剝蝕最大的部分),剝蝕作用主要發(fā)生在反轉(zhuǎn)帶的北端,最大可達800 m;反轉(zhuǎn)帶南部剝蝕量較小,一般在200～400 m之間,由南向北呈增大趨勢。東緣和中央構(gòu)造帶也有少量剝蝕,最大可達400 m。從整個西湖凹陷來看,始新統(tǒng)與漸新統(tǒng)間的不整合是玉泉運動的產(chǎn)物,其形成與裂后的構(gòu)造格局差異調(diào)整作用和熱隆起有關(guān),代表了盆地的初次反轉(zhuǎn)。這一期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在西斜坡區(qū),且研究區(qū)反轉(zhuǎn)強度由南向北逐漸增大(表1早期反轉(zhuǎn))。

3.2 中期反轉(zhuǎn)

中期反轉(zhuǎn)發(fā)生在漸新世末,即花港組沉積后,

受花港運動的影響,這次運動具有弱的拉張到較強的擠壓性質(zhì),抬升和收縮都有所表現(xiàn),構(gòu)造層收縮變形在盆地內(nèi)由東向西逐漸減弱,東部斷裂帶表現(xiàn)最為強烈(圖3b),反轉(zhuǎn)過程是沿著先存的西傾犁形大斷裂反轉(zhuǎn)逆沖,形成大型的反沖疊瓦式反轉(zhuǎn)構(gòu)造。斷裂上盤的滾動背斜被強化上沖,其高點與頂部的斷展背斜高點不一致。向盆內(nèi)一側(cè)為一淺的向斜構(gòu)造,向東發(fā)育一西傾斷裂,該斷裂近南北走向,呈復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造。該斷裂的反轉(zhuǎn)形成了低緩的反轉(zhuǎn)斷展背斜。這一構(gòu)造整體是由早期的次級小地塹兩側(cè)斷裂反轉(zhuǎn)逆沖的結(jié)果。地層抬升剝蝕,剝蝕主要分布在盆地東緣呈長條帶狀展布,最大可達1 500 m(圖2),由東向西剝蝕量逐漸減小。從整個西湖凹陷來看,漸新統(tǒng)與中新統(tǒng)間的不整合是花港運動的結(jié)果,是拗陷期盆地遭受強烈擠壓的產(chǎn)物,代表了盆地二次反轉(zhuǎn)。從平衡剖面統(tǒng)計的伸縮量、伸縮率直方圖來看,這一期的剝蝕量分布也表明構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在東部邊緣區(qū),且研究區(qū)反轉(zhuǎn)強度由北向南增大(表1中期反轉(zhuǎn))。

3.3 晚期反轉(zhuǎn)

晚期反轉(zhuǎn)發(fā)生在中中新世末,受龍井運動的影響,在陸架盆地的西湖凹陷表現(xiàn)為水平擠壓,使巨厚的地層褶皺、抬升和被剝蝕。數(shù)量眾多的局部構(gòu)造經(jīng)過這次運動得到加強和定型。強烈的收縮反轉(zhuǎn),在西湖凹陷都有所表現(xiàn),以中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶最為明顯(圖2)。形成規(guī)模宏大的中央背斜,背斜頂部遭受嚴重剝蝕,最大剝蝕量達1 000～1 400 m(圖3c)。從整個西湖凹陷來看,中新統(tǒng)與上新統(tǒng)間的不整合是龍井運動的結(jié)果,是盆地發(fā)生的第3次大規(guī)模構(gòu)造反轉(zhuǎn)。從平衡剖面統(tǒng)計的伸縮量、伸縮率直方圖來看,這一期的剝蝕量分布也反映了反轉(zhuǎn)

作用主要發(fā)生在盆地中央,且研究區(qū)反轉(zhuǎn)強度北部比南部大(表1)。

從始新世末到中新世末,西湖凹陷各期反轉(zhuǎn)的形成與盆地演化的各階段中各種地質(zhì)事件和過程密切相關(guān)。剝蝕嚴重的3個主要構(gòu)造不整合面都是盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)的結(jié)果,反轉(zhuǎn)越強,剝蝕量越大。從整個盆地來看,發(fā)生在盆地中央構(gòu)造帶的晚期反轉(zhuǎn)造成的剝蝕量最大、分布最廣,這一期的反轉(zhuǎn)作用也最強烈,規(guī)模最大。

4 反轉(zhuǎn)構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系

研究表明,盆地內(nèi)正反轉(zhuǎn)構(gòu)造能否形成油氣藏,關(guān)鍵在于反轉(zhuǎn)期(圈閉的形成時間)與油氣運移聚集相匹配。反轉(zhuǎn)構(gòu)造形成早于油氣運移期是最有利的形成油氣藏的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。相反,反轉(zhuǎn)構(gòu)造形成晚于油氣運移期不利于油氣藏的形成。

西湖凹陷在發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)之前,已經(jīng)經(jīng)歷了裂陷到坳陷的發(fā)展階段,沉積了比較厚的生、儲、蓋層,構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成的背斜直接蓋在生油層之上。因此,在油氣的生成、運移、聚集條件的空間配置關(guān)系上可謂得天獨厚。其中發(fā)生于始新世末的早期反轉(zhuǎn)僅對古新統(tǒng)烴源巖生成的油氣運聚有一定的影響作用,而對其他源巖生成油氣的運聚作用影響微弱,因為此時僅古新統(tǒng)源巖進入了成烴階段,其他源巖均未成熟;發(fā)生于漸新世末的中期反轉(zhuǎn)對古新統(tǒng)源巖所生成油氣的運聚具有較重要的影響作用,此時該套烴源巖正好處于生排烴高峰期,但對凹陷主力烴源巖平湖組有關(guān)的油氣運聚影響不大,因為其大部分尚未進入生排烴高峰期,該期構(gòu)造反轉(zhuǎn)對凹陷油氣成藏所起的主要作用在于為后期的油氣聚集提供了有利的圈閉構(gòu)造;發(fā)生于中中新世末的晚期反轉(zhuǎn)是西湖凹陷最重要的圈閉形成與定型期,也是凹陷內(nèi)規(guī)模最大、對油氣運聚影響最為深刻的時期,此時凹陷主力烴源巖平湖組已達到生排烴高峰期,擠壓反轉(zhuǎn)使原始地層發(fā)生傾斜、褶皺甚至斷裂,使油氣在浮力、水動力等作用下發(fā)生大規(guī)模運移,并在局部低勢區(qū)聚集成藏。因此,晚期反轉(zhuǎn)是西湖凹陷油氣運聚最重要的時期,反轉(zhuǎn)作用形成的背斜、被斷層封堵的單斜以及其他類型的流體低勢區(qū)對凹陷內(nèi)油氣的運移聚集具有明顯的控制作用;從含油氣系統(tǒng)演化角度出發(fā),應(yīng)是西湖凹陷油氣系統(tǒng)形成的關(guān)鍵時期。

5 結(jié) 論

(1) 平衡剖面技術(shù)不僅可以用于評價和修正地震解釋,還可以更合理地解釋盆地的構(gòu)造樣式和構(gòu)造變形的過程,為盆地的形成演化研究提供依據(jù),其次,正確進行構(gòu)造剖面的復(fù)原,由平衡剖面反演制作的演化剖面可以合理的解釋盆地的形成過程和埋藏歷史,為油氣的生成、運移和成藏過程研究提供依據(jù)。

(2) 反轉(zhuǎn)構(gòu)造可以形成有利的構(gòu)造圈閉,構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用強,可以形成大面積的構(gòu)造圈閉,提供油氣充注的空間。西湖凹陷的幾期構(gòu)造反轉(zhuǎn),使原盆地疊加改造,發(fā)育了多種類型的構(gòu)造圈閉,有斷層圈閉、背斜圈閉、斷背斜圈閉等。

(3) 正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的發(fā)育時期和構(gòu)造反轉(zhuǎn)強度對油氣的運移、聚集至關(guān)重要,構(gòu)造反轉(zhuǎn)期早于油氣大量的運移時期是最有利的。西湖凹陷內(nèi)反轉(zhuǎn)強度相對小的早期反轉(zhuǎn)主要發(fā)生在盆地西斜坡帶,反轉(zhuǎn)強化了前存的滾動背斜,為油氣運移提供了有利通道,形成了盆內(nèi)極其重要的含油氣圈閉,這一部位也是地壘、旋轉(zhuǎn)斷塊等基底隆起上的披覆背斜發(fā)育的有利地帶。晚期反轉(zhuǎn)的作用最強烈,規(guī)模最大。形成了盆地中央連續(xù)分布的背斜隆起,一方面給油氣聚集和圈閉提供了有利空間,另一方面由于背斜頂部地層的嚴重剝蝕,將造成油氣的逸散。這一帶南部的地層抬升適度,剝蝕量不大,有利于油氣的運移和聚集;而北部地層強烈剝蝕,造成大量的油氣泄露,含油性相對不好。

(4) 反轉(zhuǎn)構(gòu)造對油氣的保存、儲層的物性有改造作用。西湖凹陷在其形成與發(fā)展過程中歷經(jīng)的每期的構(gòu)造反轉(zhuǎn),都形成一個不整合面,為油氣保存形成了良好的蓋層。同時,在沉積間斷、抬升剝蝕期間,不整合面之下的地層通常受到地表風(fēng)化、地表水淋濾和地下水溶蝕作用的改造,從而改善了其巖石物性,提高了巖石儲集性能,同時也可作為有利的油氣運移通道。

參考文獻:

[1] 張明山,陳發(fā)景.平衡剖面技術(shù)應(yīng)用的條件及實例分析[J].石油地球物理勘探,1998,33(4):532-540.

[2] 梁順軍.平衡觀點與地震觀點的解釋效果分析與評價[J].石油物探,2002,41(3):377-384.

[3] 梁慧社,張建珍.平衡剖面技術(shù)及其在油氣勘探中的應(yīng)用[M].北京:地震出版社,2002:1-24.

[4] 張世奇,等.平衡剖面分析技術(shù)在松遼盆地構(gòu)造演化恢復(fù)中的應(yīng)用[J].新疆地質(zhì),2003,21(4):489-498.

[5] 劉景彥,姜亮.東海西湖凹陷第三系主要不整合面的特征、剝蝕量的分布及其意義[J].現(xiàn)代地質(zhì),1999,13(4):432-438.

[6] Dahlstrom C D A.Balanced cross section[J].Canadian Journal of Earth Sciences,1969,36(6):743-759.

[7] Gibbs A D.Balanced cross section construction from seismic sections in ares of extensional tectonics[J].Journal of Structural Geology,1983,5(2):153-160.

[8] Jone P B.Quantitative geometry of thrst and fold belt structures: method in exploration series [C].AAPG,1987,9(6):1-26.

[9] 張明利,王震.東海西湖凹陷構(gòu)造應(yīng)力場與油氣運聚探討[J].中國海上油氣:地質(zhì),2003,17(1):51-56.

[10] 肖國林,周才凡.論東海陸架盆地玉泉運動[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,1995,25(4):488-494.

[11] 周平.東海西湖凹陷始新統(tǒng)沉積環(huán)境及含油氣性[J].上海地質(zhì),1994,50(2):19-25.

[12] 胡芬,葉加仁,劉俊海,等.東海西湖凹陷平湖構(gòu)造帶油氣運聚特征[J].海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì),2003,23(1):95-102.

[13] 顧惠榮,賈健誼,吳偉力,等.東海平湖油氣田下第三系平湖組儲層評價[J].海洋石油, 2002,20(2):1-7.

[14] Elliot D.The construction of balanced cross-section[J].Journal of Structural Gdology,1983,38(5):101-136.

[15] 胡望水,等.塔里木盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造與油氣聚集[J].新疆石油地質(zhì),1995,16(2):89-95.

[16] 胡望水,等.松遼盆地北部反轉(zhuǎn)構(gòu)造與油氣聚集[J].天然氣工業(yè),1996,16(5):20-24.

[17] 胡望水,周延軍,劉學(xué)鋒.正反轉(zhuǎn)構(gòu)造綜合分析原理和方法[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:1-22.

[18] 胡望水,李瑞升,李濤.正反轉(zhuǎn)構(gòu)造動力學(xué)成因探討[J].石油天然氣學(xué)報,2007,100(29):23-27.

編輯 林樹龍