南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶油氣成藏過程分析

夏東領(lǐng)，尹 偉，李 治

(1.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；2.中國石油大學(xué)，北京 102220；3.北京能源之星科技有限公司，北京 100085)

泌陽凹陷是在東秦嶺褶皺帶上形成的一個(gè)中、新生代箕狀扇形斷陷盆地[1]，面積1 000 km2。凹陷的形成和發(fā)展受控于南部的唐河—栗園斷裂和東緣的栗園—泌陽斷裂[2]，沉積最厚處位于2組斷裂的交會(huì)處。沉積地層主要為新生界，最大厚度達(dá)8 000 m，主要勘探目的層系為古近系核桃園組，以較深湖相的泥巖、砂巖及白云巖沉積為主。根據(jù)凹陷的古構(gòu)造特征和現(xiàn)今構(gòu)造格局，自南向北可劃分為3個(gè)帶(圖1)，即南部陡坡帶、中部深凹帶和北部斜坡帶[3]。

圖1 南襄盆地泌陽凹陷構(gòu)造綱要

泌陽凹陷南部陡坡帶緊鄰生油中心，油源豐富?？拷吔绱髷嗔严陆当P一側(cè)發(fā)育多個(gè)鼻狀構(gòu)造和背斜構(gòu)造，是油氣運(yùn)移的主要指向區(qū)。南部物源砂礫巖體在陡坡帶復(fù)合連片呈裙邊狀展布，為油氣藏形成提供了良好的儲(chǔ)層條件。該區(qū)帶已發(fā)現(xiàn)雙河、趙凹、下二門等油田。近年來，油氣勘探再次向南部陡坡帶展開，在栗園地區(qū)淺層系(核桃園組核二段、核一段及廖莊組)發(fā)現(xiàn)了稠油藏，在梨樹凹地區(qū)核三段及核二段發(fā)現(xiàn)了巖性油藏，在陡坡邊緣帶發(fā)現(xiàn)了基巖油氣藏，充分說明南部陡坡帶仍具有較大的勘探潛力。為此，在前人相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[4-14]，通過對該區(qū)主力烴源巖生排烴史分析、已發(fā)現(xiàn)油氣藏的油源對比及油氣成藏期次、構(gòu)造演化史分析，剖析其油氣動(dòng)態(tài)成藏過程，指出油氣聚集成藏的有利位置，明確下一步勘探方向。

1 生烴史及油源分析

泌陽凹陷主要發(fā)育2套主力烴源巖;核三下亞段和核三上亞段。核桃園組烴源巖埋藏史與成熟演化史恢復(fù)結(jié)果表明;深凹區(qū)核三下亞段烴源巖在核三段沉積末期進(jìn)入成熟門限，在核二段沉積末期(36 Ma)已全部進(jìn)入生油窗，在核一段沉積末期(29 Ma)達(dá)到生排烴高峰，在廖莊組沉積中期(18 Ma)有部分烴源巖開始進(jìn)入高成熟演化階段；核三上亞段烴源巖在核二段沉積初期進(jìn)入成熟門限，在廖莊組沉積末期開始進(jìn)入成油高峰階段[4]。

前人在原油地球化學(xué)特征及油源對比方面做過比較系統(tǒng)的研究工作。王春江[15]通過系統(tǒng)油源對比，認(rèn)為南部陡坡帶雙河、趙凹及下二門地區(qū)核三段原油具有自生自儲(chǔ)特征，核三下亞段原油成熟度高，具有“伽馬蠟烷相對豐度高、三環(huán)萜烷相對豐度高及孕甾烷相對豐度高”的三高特征，來源于凹陷核三下亞段烴源巖；核三上亞段原油成熟度低，具有“伽馬蠟烷相對豐度低、三環(huán)萜烷相對豐度低及孕甾烷相對豐度低”的三低特征，來源于凹陷核三上亞段烴源巖。林社卿等[5]通過對雙河油田烴源巖地球化學(xué)特征及油源的對比研究，也得出了相同結(jié)論。在綜合歸納前人油源對比研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對南部陡坡帶基巖及栗園地區(qū)淺層系已發(fā)現(xiàn)油氣藏的油源進(jìn)行系統(tǒng)分析(圖2)，結(jié)果表明;基巖及栗園地區(qū)淺層系油氣藏的油氣來源于核三下亞段烴源巖；下二門地區(qū)淺層系油氣藏的油氣主要來源于核三上亞段烴源巖。

2 油氣成藏期次分析

鑒于目前各種成藏期次確定方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文采用宏觀與微觀、定性與定量相結(jié)合的分析方法，開展油氣成藏期次綜合分析。

2.1 圈閉形成時(shí)間法

泌陽凹陷南部陡坡帶主要發(fā)育砂巖上傾尖滅、斷鼻及背斜圈閉[16]。沉積及構(gòu)造發(fā)育史研究表明，核三段沉積末期，雙河、趙凹等鼻狀構(gòu)造初具雛形，至核一段沉積末形成了現(xiàn)今西北部為單斜抬起、東南部為鼻狀構(gòu)造的形態(tài)。在此期間，因凹陷北部抬升幅度漸趨增強(qiáng)，沉積時(shí)北西向下傾的平氏、栗園等扇三角洲砂體前緣逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯蟽A，形成了多層幅度不等、面積不等的砂巖上傾尖滅圈閉[16]；同時(shí)凹陷東緣泌陽—栗園邊界斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)也引起上盤構(gòu)造變形，形成下二門滾動(dòng)背斜[17]。廖莊組沉積末期，大規(guī)模的差異構(gòu)造抬升使早期形成的砂巖上傾尖滅圈閉幅度急劇增大，下二門背斜隆起幅度增大，同時(shí)在南部陡坡帶栗園等地區(qū)形成小型反轉(zhuǎn)構(gòu)造。據(jù)此推斷，凹陷油氣最早成藏時(shí)間為核三段沉積末期，大規(guī)模油氣成藏應(yīng)發(fā)生在廖莊沉積末構(gòu)造抬升期或其之后。

圖2 南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶烴源巖、原油的甾萜烷分布對比

2.2 生排烴史分析法

根據(jù)主力烴源巖生排烴史分析，深凹區(qū)核三下亞段烴源巖在核三段沉積末期開始生烴，至核一段沉積末期達(dá)到生排烴高峰；核三上亞段烴源巖在核一段沉積末期開始生烴，至廖莊組沉積末期達(dá)到生排烴高峰。結(jié)合油源對比結(jié)果，認(rèn)為南部陡坡帶在核一段沉積之前可能存在小規(guī)模的油氣成藏，其大規(guī)模的油氣成藏可能發(fā)生在核一段沉積末期—廖莊組沉積期(漸新世晚期)及廖莊組沉積末差異抬升期(中新世—上新世早期)。

2.3 流體包裹體分析法

根據(jù)包裹體內(nèi)液態(tài)烴顏色、膠結(jié)物期次及均一化溫度資料，將包裹體分為早、中、晚3 期(表1)。早期與中期、中期與晚期之間的均一化溫度差均為10 ℃左右，說明中、晚期成藏是在構(gòu)造抬升背景下進(jìn)行的[4]。結(jié)合單井熱史、埋藏史模擬結(jié)果，認(rèn)為南部陡坡帶存在3期成藏(圖3);早期油氣成藏發(fā)生在核二段沉積末期—核一段沉積末期，成藏規(guī)模較??；中期油氣成藏發(fā)生在廖莊組沉積末構(gòu)造抬升期，是形成大規(guī)模油氣藏的主要時(shí)期；晚期油氣成藏主要發(fā)生在新近系鳳凰鎮(zhèn)組沉積末期[18]。

表1 南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶烴類包裹體特征

圖3 南襄盆地泌陽凹陷下21 井埋藏史及包裹體均一化溫度分布

綜合上述分析結(jié)果，認(rèn)為南部陡坡帶存在以下3個(gè)成藏期次;核二段沉積末期—核一段沉積末期、廖莊組沉積末構(gòu)造抬升期以及新近系鳳凰鎮(zhèn)組沉積末期。

3 構(gòu)造演化史分析

泌陽凹陷新生代構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷期、反轉(zhuǎn)期和反轉(zhuǎn)期后三大發(fā)展階段[19]。古近紀(jì)快速和穩(wěn)定斷陷期，在北東—南西向伸展應(yīng)力場的作用下，兼具左旋走滑性質(zhì)的南部邊界唐河—栗園斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)[20]，形成與邊界斷裂呈銳角關(guān)系的同沉積構(gòu)造，如雙河、安棚鼻狀構(gòu)造等。這些局部構(gòu)造自核三上亞段沉積時(shí)開始顯現(xiàn)出背斜或鼻狀構(gòu)造雛形，此后構(gòu)造幅度進(jìn)一步加大(圖4)。

古近紀(jì)低速斷陷期，在北西—南東向伸展應(yīng)力場的作用下，兼具右旋走滑性質(zhì)的東部邊界泌陽—栗園斷裂開始強(qiáng)烈活動(dòng)，引起上盤構(gòu)造變形，形成下二門滾動(dòng)背斜。

圖4 南襄盆地泌陽凹陷構(gòu)造演化史剖面位置見圖1。

古近系廖莊組沉積末期，區(qū)域性的隆升作用使構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生轉(zhuǎn)變，由伸展轉(zhuǎn)為擠壓。南部陡坡帶在北西—南東向擠壓應(yīng)力場的作用下，進(jìn)一步加劇了早期構(gòu)造的隆起幅度，同時(shí)沿邊界斷裂形成一系列后期反轉(zhuǎn)構(gòu)造，如栗園、梨樹凹、老高店鼻狀構(gòu)造等。與前述同沉積構(gòu)造相比，此類構(gòu)造規(guī)模較小，且主要發(fā)育在核二段以上地層[16]。

泌陽凹陷的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了南部陡坡帶多種類型的局部構(gòu)造，是油氣運(yùn)移的最有利指向區(qū)?？碧綄?shí)踐表明，上述局部構(gòu)造是油氣富集的主要部位。

4 油氣成藏過程分析

油氣成藏過程取決于凹陷內(nèi)主力烴源巖大量生排烴期及其后的構(gòu)造演化歷史。根據(jù)生烴史及油源對比、油氣成藏期次和構(gòu)造演化史的綜合分析，認(rèn)為泌陽凹陷南部陡坡帶經(jīng)歷了3期油氣充注成藏過程(圖5)。

圖5 南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶油氣成藏過程

4.1 第一期小規(guī)模油氣充注成藏

核二段沉積期—核一段沉積末期，核三下亞段烴源巖開始生油、排烴并逐漸達(dá)到生排烴高峰階段，為此時(shí)油氣成藏提供了一定規(guī)模的烴類。受南部邊界斷裂活動(dòng)影響，雙河鼻狀構(gòu)造、安棚鼻狀構(gòu)造及下二門背斜已經(jīng)初具規(guī)模，與之相關(guān)的砂巖上傾尖滅圈閉及低幅度背斜圈閉形成，為油氣聚集成藏提供了有利的構(gòu)造背景及聚集空間。油氣以砂體為輸導(dǎo)體向構(gòu)造高部位側(cè)向運(yùn)移聚集，形成了早期的小規(guī)模古油藏。另外，該時(shí)期南部邊界唐河—栗園斷裂活動(dòng)逐漸減弱[20]，為基巖油氣藏的形成提供了圈閉條件，推測該時(shí)期可能是基巖油氣藏的成藏期，這也與前述基巖油氣藏油氣來源于核三下亞段烴源巖的認(rèn)識(shí)相吻合。

4.2 第二期大規(guī)模油氣充注成藏

廖莊組沉積末期，核三上亞段烴源巖及核三下亞段烴源巖均處于大量生排烴階段。受盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，泌陽凹陷發(fā)生大規(guī)模的向北抬升的掀斜運(yùn)動(dòng)，差異構(gòu)造抬升使早期圈閉幅度急劇增加并定型，為油氣大規(guī)模聚集成藏提供了大量儲(chǔ)集空間；同時(shí)也導(dǎo)致了鼻狀或背斜構(gòu)造與源巖區(qū)之間勢能差的急劇增加，大量油氣在強(qiáng)大勢能差的作用下以砂體為輸導(dǎo)體系向陡坡帶圈閉運(yùn)移聚集成藏。該期油氣充注是南部陡坡帶核三段原生油氣藏的主要成藏期，同時(shí)也奠定了晚期油氣藏調(diào)整的基礎(chǔ)。

4.3 第三期淺層次生油氣充注成藏

新近系鳳凰鎮(zhèn)組沉積末期，晚喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致泌陽凹陷大規(guī)模斷裂活動(dòng)，形成多條北東、北東東向張性斷裂，這些斷裂一般規(guī)模較大，向下切入核三下亞段，使部分早、中期原生油氣藏遭受破壞與調(diào)整，大量油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，遇遮擋在核二段、核一段甚至廖莊組聚集形成次生油氣藏[18]。該時(shí)期東部邊界斷裂的活動(dòng)也直接導(dǎo)致了古油藏的破壞與調(diào)整，栗園地區(qū)地面露頭油苗就是一個(gè)佐證。油氣在沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移的同時(shí)，深凹區(qū)生成的高成熟油氣也沿砂體側(cè)向運(yùn)移進(jìn)行補(bǔ)給，從而促使了南部陡坡帶下二門、栗園等地區(qū)現(xiàn)今淺層次生油氣藏的形成。

泌陽凹陷南部陡坡帶的油氣成藏受構(gòu)造形成演化的控制，區(qū)帶上發(fā)育的一系列鼻狀構(gòu)造、背斜和斷鼻成為油氣的富集區(qū)。目前，南部陡坡帶規(guī)模較大的隆起構(gòu)造均已發(fā)現(xiàn)油田，而規(guī)模較小的栗園、梨樹凹和老高店等鼻狀構(gòu)造也逐漸引起重視，這些構(gòu)造多是反轉(zhuǎn)期形成的反轉(zhuǎn)構(gòu)造，規(guī)模較小且主要發(fā)育在淺層系，是次生油氣藏發(fā)育的有利場所。近期在栗園構(gòu)造淺層系發(fā)現(xiàn)大套稠油藏，油氣勘探已經(jīng)取得新突破。另外，大型隆起構(gòu)造翼部發(fā)育的巖性圈閉及基巖裂縫型圈閉，也是下一步油氣勘探值得重視的目標(biāo)。

5 結(jié)論

受烴源巖演化和構(gòu)造演化歷史的控制，泌陽凹陷南部陡坡帶經(jīng)歷了3期油氣充注成藏過程;核二段沉積期—核一段沉積末期，油氣小規(guī)模充注，形成早期小規(guī)模古油藏；廖莊組沉積末構(gòu)造抬升期，油氣大規(guī)模充注，形成中期南部陡坡油氣聚集帶，是南部陡坡帶核三段原生油氣藏的主要成藏期；新近系鳳凰鎮(zhèn)組沉積末期，部分早、中期古油藏遭受破壞與調(diào)整，是形成淺層次生油氣藏的時(shí)期。

構(gòu)造形成演化控制了泌陽凹陷南部陡坡帶的油氣成藏與分布，總體而言，早、中期(核二段沉積期—廖莊組沉積末期)隆起背景控制南部陡坡帶的油氣富集，晚期(新近系鳳凰鎮(zhèn)組沉積末期)構(gòu)造調(diào)整決定了南部陡坡帶的油氣分布。

泌陽凹陷南部陡坡帶油氣資源豐富，淺層系發(fā)育的小規(guī)模隆起構(gòu)造、大型隆起構(gòu)造翼部發(fā)育的巖性圈閉及基巖裂縫型圈閉，是下一步油氣勘探的有利目標(biāo)。

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