天山南、北沖斷-褶皺帶油氣成藏條件對比與評價(jià)

趙桂萍

(1.中國科學(xué)院計(jì)算地球動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100049; 2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049)

天山南、北沖斷-褶皺帶油氣成藏條件對比與評價(jià)

趙桂萍1,2

(1.中國科學(xué)院計(jì)算地球動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100049; 2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049)

天山南、北兩側(cè)的沖斷-褶皺帶是塔里木、準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。油氣成藏條件對比分析表明,兩側(cè)沖斷-褶皺帶在鄰近的生烴坳陷均發(fā)育以侏羅系煤系地層和湖相泥巖為主的烴源巖,均發(fā)育以陸相碎屑巖為主的儲集層系,圈閉類型多以斷層相關(guān)褶皺等構(gòu)造圈閉為主;但南側(cè)沖斷-褶皺帶侏羅系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和有機(jī)質(zhì)成熟度,碎屑巖儲層儲集物性、儲層厚度和展布范圍,以及圈閉完整性等油氣地質(zhì)條件均優(yōu)于北側(cè)?？刂七@種差異的主要因素是兩側(cè)盆地在二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)期間的盆地屬性及演化歷史、盆地與造山帶之間接觸的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、沉積埋藏及演化歷史、主要滑脫層的巖性和蓋層巖性及構(gòu)造活動性等保存條件的不同。

油氣成藏;勘探潛力;沖斷-褶皺帶;天山;塔里木盆地;準(zhǔn)噶爾盆地

天山造山帶南北兩側(cè)發(fā)育有典型的沖斷-褶皺帶,是塔里木、準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。天山南北兩側(cè)沖斷-褶皺帶在石油地質(zhì)條件上存在較大的相似性。如:均發(fā)育平行于天山造山帶成排成帶分布的局部構(gòu)造[1],鄰近的生烴坳陷均發(fā)育以侏羅系煤系地層和湖相泥巖為主的烴源巖,均發(fā)育陸相碎屑巖為主的儲集層系[2-3]。經(jīng)過對比研究認(rèn)為,準(zhǔn)噶爾盆地南緣與庫車坳陷除存在諸多相似之處外,也存在較大差異。主要差異表現(xiàn)在 3個(gè)方面:一是兩側(cè)已探明油氣儲量存在顯著的差異。在南側(cè)共探明油氣地質(zhì)儲量為 5.14×108t(油當(dāng)量),而在北側(cè)只探明油氣地質(zhì)儲量為 9 493.4×104t(油當(dāng)量),僅為南側(cè)沖斷-褶皺帶的的 18.5%。二是油氣田 (藏)的規(guī)模不同。在庫車坳陷最大的氣田為克拉 2氣田,探明天然氣儲量為 2 840.29×108m3。在準(zhǔn)南最大的氣田為呼圖壁氣田,探明天然氣地質(zhì)儲量為126.12×108m3,僅為克拉 2氣田的 4.44%。三是油氣資源結(jié)構(gòu)存在顯著差異。南側(cè)以氣為主,天然氣探明地質(zhì)儲量占整個(gè)探明儲量的 85.4%,北側(cè)以油為主,僅發(fā)現(xiàn)了呼圖壁一個(gè)氣田,油氣比為 3.76∶1。

1 油氣成藏條件差異性對比

1.1 烴源條件

天山南側(cè)沖斷-褶皺帶油氣主要來源于庫車坳陷,天山北側(cè)沖斷-褶皺帶油氣主要來源于北天山山前坳陷。從烴源巖發(fā)育的層位看,庫車坳陷和北天山山前坳陷均發(fā)育侏羅系煤系地層和湖相泥巖烴源巖,差異在于北天山山前坳陷還發(fā)育中二疊統(tǒng)蘆草溝組 (P2l)和紅雁池組 (P2h)烴源巖,庫車坳陷發(fā)育上三疊統(tǒng)塔里奇克組 (T3t)、黃山街組(T3h)湖相泥巖烴源巖。

不同層系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型不同。北天山山前坳陷中二疊統(tǒng)有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型-Ⅱ1型為主,主要生油。從博格達(dá)山前野外實(shí)測資料看,蘆草溝組有機(jī)碳含量為 4.48%～7.36%,紅雁池組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度為 0.41%～5.81%,平均為1.96%,屬較好-好烴源巖。庫車坳陷上三疊統(tǒng)泥質(zhì)烴源巖以 Ⅲ1型 -Ⅱ型為主,有機(jī)碳含量為0.41%～10.10%,屬中等豐度烴源巖。

從熱演化程度看,庫車坳陷侏羅系和三疊系烴源巖以生成高成熟度天然氣為主,侏羅系底部的Ro值現(xiàn)今已超過 2.5%。北天山山前坳陷烴源巖演化程度差異較大,就侏羅系烴源巖而言,東部熱演化程度較高、西部熱演化程度低,以生成低熟-成熟原油為主。如獨(dú)山子、西湖地區(qū)的侏羅系原油,表現(xiàn)為西油東氣。因此,北天山山前坳陷和庫車坳陷烴源巖的差異主要是前者發(fā)育中二疊統(tǒng)紅雁池組、蘆草溝組,有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型為主?？紤]到侏羅系烴源巖演化程度,不同層系烴源巖成熟度、演化歷史的差異較大,既生油、也生氣;后者發(fā)育三疊系泥質(zhì)烴源巖,有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ1型-Ⅱ型為主,主要生氣。如果考慮到中、下侏羅統(tǒng)烴源巖也主要生氣的情況,南側(cè)資源結(jié)構(gòu)以氣為主。

1.2 儲集條件

天山南北兩側(cè)沖斷-褶皺帶均發(fā)育以陸相碎屑巖儲集層系,但差異明顯。從克拉 2氣田、迪那 2氣田等油氣田的產(chǎn)出層位看,天山南側(cè)沖斷-褶皺帶白堊系和古近系為主要儲集層,砂體厚度較大、儲集性能良好,如克拉 2氣田巴什基奇克組砂體厚度可達(dá) 396.5 m,孔隙度為 13.6%～15.6%,滲透率為23.7×10-3～115.3×10-3μm2,且多個(gè)單砂體在縱向上切割疊置、橫向上頻繁遷移[4-5]。天山北側(cè)沖斷 -褶皺帶儲集層系較多,且東西有別。東段博格達(dá)山前儲層主要為二疊系、三疊系和侏羅系,中段和西段主要分布在侏羅系、白堊系和古近系。根據(jù)野外露頭和鉆井剖面樣品的物性分析,侏羅系儲層孔隙度變化范圍為 1.2%～26.3%,孔隙度大于10%的樣品僅占31%,大部分介于 5%～10%;水平滲透率變化范圍為 0.002×10-3～96.400×10-3μm2,滲透率大于 1×10-3μm2的樣品僅占 14%,絕大部分小于 1×10-3μm2,主要介于 0.01× 10-3～1.00×10-3μm2間,物性較差。

1.3 構(gòu)造和圈閉特征

從已有構(gòu)造變形特征看,天山南側(cè)沖斷-褶皺帶主要表現(xiàn)為沿古近系或新近系膏鹽層滑脫所造成的成排成帶分布的構(gòu)造,在其北部的單斜帶,雖然前中生代地層有不同程度的卷入,但強(qiáng)度不大。天山北側(cè)沖斷-褶皺帶既發(fā)育厚皮構(gòu)造,如山前推舉帶有顯著的基底卷入現(xiàn)象,也發(fā)育薄皮構(gòu)造,如霍爾果斯-瑪納斯-吐谷魯構(gòu)造帶和呼圖壁-安集海河構(gòu)造帶,反映出構(gòu)造活動性較強(qiáng)[6-7]。天山南側(cè)沖斷-褶皺帶背斜一般陡而窄且形態(tài)較為完整,而北側(cè)背斜相對寬緩且常有斷裂切過背斜核部(圖 1)。

另外,天山南側(cè)還發(fā)育鹽拱背斜等鹽相關(guān)構(gòu)造,并且以鹽為界限,可分為鹽上、鹽間和鹽下構(gòu)造層,其中鹽間構(gòu)造層主要發(fā)育鹽枕構(gòu)造、鹽間斷褶構(gòu)造和鹽焊接構(gòu)造等鹽相關(guān)構(gòu)造[8-9]。而在北側(cè)的沖斷-褶皺帶由于膏泥巖層只發(fā)育在西部的四棵樹凹陷、且厚度較小,因此只發(fā)育鹽丘等變形較弱的鹽相關(guān)構(gòu)造[7]。

圖1 天山南、北兩側(cè)構(gòu)造形態(tài)對比Fig.1 Comparison of structures on the south and north side of Tien Shan

2 油氣成藏差異性控制因素

2.1 盆地屬性及演化歷史的差異是控制烴源巖、儲集層發(fā)育的基礎(chǔ)條件

天山南、北兩側(cè)的庫車坳陷和北天山山前坳陷演化歷史的差異主要表現(xiàn)在二疊紀(jì)—侏羅紀(jì)期間。

庫車坳陷是在前中生界基底上發(fā)育起來的中、新生代盆地,二疊紀(jì)期間在庫車坳陷范圍內(nèi)并不存在有油氣勘探意義上的盆地。但對于準(zhǔn)噶爾盆地,(晚石炭世—)二疊紀(jì)期間經(jīng)歷了斷陷盆地向坳陷型盆地轉(zhuǎn)化的歷程。其中(晚石炭世—)早二疊世為斷陷盆地,主要沿瑪湖凹陷——盆 1井西凹陷-昌吉凹陷分布,沉積了厚度較大的 (上石炭統(tǒng)—)下二疊統(tǒng),并發(fā)育以蘆草溝組、紅雁池組等為主的烴源巖。

侏羅紀(jì)期間,庫車坳陷范圍內(nèi)發(fā)育以斷陷為主的盆地,沉積、沉降中心位于現(xiàn)今的拜城凹陷和陽霞凹陷,侏羅系自下而上為深湖相-半深湖相、濱淺湖相、辮狀河流相-河流、沼澤相 -干旱湖泊相沉積。在準(zhǔn)噶爾盆地南部,主要發(fā)育坳陷型盆地,盆地內(nèi)沉積了廣泛分布的侏羅紀(jì)地層,主要發(fā)育半深湖相、濱淺湖相、三角洲前緣、三角洲平原和辮狀河等沉積,具有多沉積、沉降中心的特點(diǎn)。因此,從侏羅紀(jì)期間的盆地屬性看,天山南側(cè)的庫車斷陷盆地發(fā)育深湖相-半深湖相沉積。更有利于作為烴源巖有機(jī)質(zhì)的沉積和保存,其烴源巖優(yōu)于北側(cè)烴源巖(圖 2)。

圖 2 天山南、北兩側(cè)侏羅系烴源巖生烴指標(biāo)對比Fig.2 Comparison of hydrocarbon index of the Jurassic source rocks on the south and north side of Tien Shan

2.2 盆山接觸關(guān)系上的差異是控制兩側(cè)沉積、構(gòu)造乃至油氣成藏的主要因素

從深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)看,天山南側(cè)的塔里木板塊以較緩的角度向北俯沖于天山之下,而北側(cè)準(zhǔn)噶爾板塊與天山之間卻以高角度斷層為界[10],這種接觸關(guān)系上的差異,加上滑脫層巖性的不同,造成了南側(cè)構(gòu)造幅度較大、但形態(tài)較為完整,而北側(cè)構(gòu)造寬緩、但有斷層切割背斜核部的特征(圖 1)。

從地貌特征看,從北天山的依連哈比爾根山到獨(dú)山子,60 km內(nèi)地表高程下降了 3 000 m,地面坡度大致為 50.0 m/km;而在天山南側(cè),從科克特克山到庫車,90 km內(nèi)地表高程下降了 2 000 m,地面坡度為 22.2 m/km,北側(cè)的坡度明顯大于南側(cè)。雖然現(xiàn)今的地貌特征不能反映地質(zhì)歷史時(shí)期的地貌特征,但結(jié)合天山造山帶的構(gòu)造演化歷史,現(xiàn)今這種地貌特征也具有一定的借鑒意義,地貌上的差異造成了北側(cè)中、新生界沉積相帶相對較窄、且相變較快的特征,進(jìn)一步影響到該區(qū)儲層的特征及其空間展布。

2.3 沉積埋藏史是造成烴源巖成熟度及演化歷史、儲層物性差異的關(guān)鍵因素

天山南側(cè)沖斷-褶皺帶和山前坳陷總的埋藏特征是早期緩慢埋深,中、新世后快速埋藏;而北側(cè)沖斷-褶皺帶和山前坳陷則是持續(xù)快速埋深(圖 3)。

沉積埋藏演化歷史的差異導(dǎo)致了烴源巖成熟演化上的差異(圖 4),天山北側(cè)沖斷-褶皺帶和山前坳陷的中二疊統(tǒng)、中-下侏羅統(tǒng)進(jìn)入生油、生氣高峰期的時(shí)期明顯早于天山南側(cè)的沖斷-褶皺帶和山前坳陷烴源巖生油、生氣高峰期,而北側(cè)的古近系烴源巖雖然現(xiàn)今仍處于生油高峰,但因其分布局限而難以大規(guī)模供烴。這種生油、生氣高峰期上的差異對油氣藏的后期保存有明顯的影響。越晚生成的油氣聚集成藏越易于保存,這應(yīng)該是天山南側(cè)沖斷-褶皺帶和山前坳陷發(fā)現(xiàn)油氣儲量規(guī)模大于北側(cè)的一個(gè)主要原因。

沉積埋藏史的差異也造成了兩側(cè)儲層成巖作用存在差異、進(jìn)而對儲層物性也有顯著影響。天山南側(cè)的沖斷-褶皺帶和山前坳陷儲層物性明顯好于北側(cè)的一個(gè)主要原因在于北側(cè)經(jīng)歷了長期的深埋成巖作用 (圖 3),壓實(shí)作用強(qiáng)烈。而南側(cè)只是在后期、主要是中、新世以后經(jīng)歷了快速埋藏(圖 3),壓實(shí)作用相對較弱,因而得以保存較好的物性。

圖 3 天山南、北兩側(cè)山前坳陷沉積埋藏史對比Fig.3 Comparison of sedimentary-burial history of piedmont depressions on the south and north side of Tien Shan

圖 4 天山南、北兩側(cè)沖斷-褶皺帶主要烴源巖生烴演化對比Fig.4 Comparison of hydrocarbon-generation evolution of the main source rocks in the southern and northern Tien Shan thrust-fold belts

2.4 滑脫層巖性上的差異是控制構(gòu)造特征的關(guān)鍵因素

準(zhǔn)噶爾盆地南緣可能的滑脫層主要有侏羅系煤系地層和泥巖、吐谷魯群泥巖和安集海河組泥巖,以侏羅系煤系地層和泥巖分布廣泛,為一套區(qū)域性滑脫層。在庫車坳陷,主要發(fā)育侏羅系煤系地層和泥巖、第三系膏泥巖等滑脫面,以第三系膏泥巖或膏鹽巖滑脫層對坳陷內(nèi)部構(gòu)造特征影響最大,其中古近系是庫車前陸盆地中西部的主要區(qū)域性滑脫層。主要由泥巖、含膏泥巖、石膏層和鹽巖層組成,厚度巨大,具有區(qū)域分布特點(diǎn)。新近系吉迪克組是盆地東部主要滑脫層。

因此,能夠真正影響到沉積蓋層構(gòu)造變形的滑脫層在天山南側(cè)沖斷-褶皺帶為膏泥巖或膏鹽巖,在天山北側(cè)沖斷-褶皺帶為侏羅系煤系地層或泥巖,二者存在較大差異。從巖石物性來講,膏泥巖或膏鹽巖塑性更強(qiáng)、更易于變形,能夠形成較大距離的推覆,進(jìn)而形成變形強(qiáng)度較大、但形態(tài)相對較為完整的構(gòu)造,并能夠發(fā)生局部蠕變形成各種鹽相關(guān)構(gòu)造[11-12]。

2.5 保存條件的不同是控制油氣藏規(guī)模的關(guān)鍵因素

保存條件主要包括蓋層封閉性和后期構(gòu)造活動性對油氣藏的改造作用。

從巖性上講,雖然膏鹽巖、膏泥巖和泥巖都能夠作為油氣藏的封閉層,但相比來說,由于具有更高的可塑性,膏鹽巖、膏泥巖的封閉能力要更強(qiáng)一些,而且不管膏鹽巖、膏泥巖的厚度多大,只要分布普遍、連續(xù)性好,都具有良好的封閉能力。因此,庫車坳陷普遍發(fā)育的古近系膏鹽巖、膏泥巖為油氣的聚集成藏提供了良好的蓋層。迪那 2氣田、克拉 2氣田的發(fā)現(xiàn)與其封閉能力不無關(guān)系。而準(zhǔn)噶爾盆地南緣蓋層以泥巖為主,缺乏膏鹽巖、膏泥巖,因此其封蓋能力相對來說要差一些。這從天山南側(cè)沖斷-褶皺帶廣泛發(fā)育異常高壓而北側(cè)沖斷-褶皺帶異常高壓不太發(fā)育也可以反映出來[13-14]。

構(gòu)造活動性是影響油氣保存條件的另一重要因素,準(zhǔn)噶爾盆地西北緣前陸沖斷-褶皺帶發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的油氣儲量與后期構(gòu)造活動性較弱、保存條件有關(guān)[15]。從前面構(gòu)造特征的對比分析可知,天山南側(cè)沖斷-褶皺帶的構(gòu)造活動性要弱于北側(cè)的構(gòu)造活動性,加上南側(cè)第三系厚層膏鹽巖或膏泥巖的封閉作用,使其保存條件優(yōu)于北側(cè)。

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Comparison and evaluation of hydrocarbon accumulation conditions between the southern and northern Tien Shan thrust-fold belts

Zhao Guiping1,2

(1.Key Laboratory of Com putational Geodynam ics,Chinese Academ y of Sciences,Beijing100049,China;2.Graduate School,Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)

The fold-thrust belts on the southern and northern sides of Tien Shan are among the most important target areas for oil and gas exploration.According to the preserve condition analyses for oil and gas,there are some similarities between these two side fold-thrust belts like in the aspects of source rock features,reservoir characters,structures and traps.However,the petroleum geology on the southern side of Tien Shan is better than that on the northern side of Tien Shan,such as the content of organic of source rocks,the characteristics and thickness of reservoirs,structure styles and trap characters.The main factors for these differences are various basin attributions/evolution history,basin-mountain contact relationships,sediment burial history,the lithology of the detachment zone and preserve conditions.

hydrocarbon accumulation,exploration potential,thrust-fold belt,Tien Shan,Tarim Basin,Junggar Basin

TE122.1

A

0253-9985(2011)06-0903-06

2009-09-15。

趙桂萍(1972—),女,博士、副教授,構(gòu)造地質(zhì)、顯微構(gòu)造。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目天山造山帶中段新近紀(jì)隆升演化過程及數(shù)值模擬分析(40772136)。

(編輯 高 巖)