湘中漣源凹陷油氣成藏與保存條件

周小康，郭建華

(1.中海油深圳分公司研究院，廣州510240;2.中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083)

1 研究區(qū)概況

漣源凹陷位于湘中坳陷北端，整體呈北西西向展布，區(qū)域構(gòu)造線呈北東—北北東向(見(jiàn)圖1)。凹陷內(nèi)根據(jù)變形特點(diǎn)可進(jìn)一步劃分為西部斷褶帶、中部褶斷復(fù)向斜帶和東部褶3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。凹陷基底為前泥盆系，淺變質(zhì)巖系，蓋層為上古生界和三疊系沉積巖，沉積厚度一般2000 ～9300 m［1］。

古生界油氣藏由于古埋藏深度大，存在多套烴源巖，演化程度高，又經(jīng)歷多期構(gòu)造變動(dòng)，蓋層多且封閉條件各異，造成其勘探規(guī)律復(fù)雜［2］。研究一個(gè)盆地的成藏條件，首先要搞清楚油氣成藏的時(shí)間和期次，其次要重點(diǎn)評(píng)估構(gòu)造活動(dòng)對(duì)圈閉形成和油氣藏改造的影響［2］。漣源凹陷屬于典型的改造型盆地［3］，由于經(jīng)歷多期復(fù)雜構(gòu)造活動(dòng)［4～5］，形成的油氣藏經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造調(diào)整，使得在凹陷的不同次級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)，油氣成藏存在明顯的差異性。受資料精度及認(rèn)識(shí)程度的限制，以往研究工作局限于區(qū)域構(gòu)造及基本石油地質(zhì)條件分析，對(duì)該凹陷天然氣成藏時(shí)間的高精度分析較少，結(jié)合構(gòu)造活動(dòng)樣式對(duì)油氣藏影響的模式研究也較少。本文利用地球化學(xué)資料對(duì)該區(qū)的油氣藏形成時(shí)間進(jìn)行了精細(xì)研究，結(jié)合構(gòu)造活動(dòng)期次研究，總結(jié)了油氣藏從形成到破壞、改造的樣式，提出了不同構(gòu)造單元內(nèi)油氣藏的差異保存條件及模式。

圖1 漣源凹陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 The tectonic map of Lianyuan sag

2 油氣藏形成時(shí)間

研究區(qū)存在3大烴源巖，即碳酸鹽巖類(lèi)烴源巖，泥質(zhì)巖類(lèi)烴源巖和煤層氣烴源巖。其中碳酸鹽巖廣泛發(fā)育于泥盆系、石炭系、二疊系和下三疊統(tǒng)之中，包括灰—灰黑暗色泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r等［5］。泥巖和煤巖分布比較局限，僅見(jiàn)于下石炭統(tǒng)測(cè)水組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)3個(gè)層位中。

漣源凹陷中泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)樣品熒光觀察結(jié)果顯示，絕大部分樣品未見(jiàn)任何油包裹體，但其中大多數(shù)樣品于裂縫或粒間或溶洞，見(jiàn)大量或少量不發(fā)熒光和少量發(fā)火紅色熒光的瀝青 (見(jiàn)圖2)，瀝青可能是早期充注的油氣遭降解氧化形成的。這些在泥盆系和石炭系中發(fā)現(xiàn)的瀝青，充分證明了漣源凹陷印支運(yùn)動(dòng)之前有過(guò)油藏的存在。從凹陷內(nèi)含瀝青樣品的分布圖 (見(jiàn)圖3)上看，西、中、東部構(gòu)造帶均有瀝青、含烴包裹體存在，說(shuō)明西、中、東部構(gòu)造帶均有油藏形成。這一現(xiàn)象與本區(qū)D2—C1烴源巖演化特征一致，全區(qū)主力烴源巖印支運(yùn)動(dòng)之前已經(jīng)達(dá)到生、排烴高峰期。

根據(jù)天然氣儲(chǔ)層中有機(jī)包裹體均一溫度確定氣藏的形成時(shí)間和期次目前已得到廣泛應(yīng)用。儲(chǔ)集層中與烴類(lèi)包裹體同期形成的鹽水包裹體均一溫度代表氣進(jìn)入儲(chǔ)集層時(shí)的溫度，根據(jù)此溫度以及盆地古地溫模式和儲(chǔ)集層埋藏歷史能確定包裹體形成時(shí)的地層埋深及對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代，應(yīng)用此方法就可以確定氣藏的形成時(shí)間和期次［6～7］。本文利用研究區(qū)含烴流體包裹體均一溫度，結(jié)合單井 (漣8井)埋藏史，確定了漣源凹陷天然氣充注時(shí)間在印支早期、印支晚期2期 (見(jiàn)圖4)。強(qiáng)烈的印支運(yùn)動(dòng)使得全區(qū)構(gòu)造圈閉大量形成，同時(shí)烴源巖達(dá)到過(guò)成熟階段，高成熟度天然氣大量形成，在西、中、東3個(gè)構(gòu)造帶的各類(lèi)構(gòu)造圈閉中聚集成藏。印支期是全區(qū)主要的構(gòu)造圈閉形成期，也是天然氣充注成藏期。

圖2 金竹山-1 C1 d2細(xì)砂巖 (粒間見(jiàn)大量不發(fā)熒光瀝青和發(fā)火紅色熒光瀝青)Fig.2 Finding lots of bitumen with no fluorescence or red fluorescence in the C1 d2 of Jinzhu Mountain

圖3 漣源凹陷石炭系瀝青及包裹體熒光特征分布圖Fig.3 Distribution of fluid inclusion samples with fluorescence and bitumen from Carboniferous，Lianyuan sag

3 構(gòu)造活動(dòng)史

漣源凹陷經(jīng)歷多期復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)才形成了目前的構(gòu)造格局與構(gòu)造樣式。總體來(lái)說(shuō)，漣源坳陷淺變質(zhì)基底形成后，主要經(jīng)歷了海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等4期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［8］。依據(jù)各個(gè)構(gòu)造層構(gòu)造形態(tài)、規(guī)模和樣式等，可以歸納為多個(gè)期次活動(dòng)。印支早期應(yīng)力方向?yàn)楸蔽鳌蠔|方向擠壓，形成了雪峰山東緣疊瓦狀沖斷帶、西部疊瓦狀逆沖斷裂帶和中部構(gòu)造帶的隔檔式褶皺系統(tǒng)及雙沖斷層系。印支中晚期，應(yīng)力方向轉(zhuǎn)為北東—南西向擠壓，構(gòu)造應(yīng)力較弱。印支末期—燕山初期，應(yīng)力方向?yàn)楸蔽鳌蠔|方向伸展，本區(qū)產(chǎn)生第一次大規(guī)模重力滑動(dòng)。燕山早期為北西—南東方向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)，致使上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)及其下伏地層發(fā)生褶皺，先期形成的斷層大多再次活動(dòng)，形成一些新生的切層逆沖斷裂，基本形成了現(xiàn)今的格局。其后，在燕山中期—喜馬拉雅期均發(fā)生過(guò)較弱的擠壓-拉伸轉(zhuǎn)換的應(yīng)力活動(dòng)，對(duì)早期構(gòu)造圈閉影響作用較弱。

圖4 漣源凹陷錫礦山C1 d1油氣注入期次 (埋藏史據(jù)漣8井)Fig.4 C1 d1 hydrocarbon charge in Shidengzi Formation in Xikuangshan，Lianyuan sag

印支運(yùn)動(dòng)期間是本區(qū)構(gòu)造油氣圈閉大規(guī)模形成時(shí)期，也是本區(qū)油氣大規(guī)模聚集成藏時(shí)期。油氣藏形成規(guī)模、形成位置在這個(gè)時(shí)期基本定型，燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)只是在此基礎(chǔ)上對(duì)油氣藏進(jìn)行的改造與再成藏。在印支運(yùn)動(dòng)之前形成的巖性圈閉對(duì)油氣保存也具有非常重要的意義。此時(shí)規(guī)模大的構(gòu)造圈閉還沒(méi)有形成，而油氣生成已經(jīng)開(kāi)始，所以此時(shí)形成的巖性圈閉意義就顯得尤為特殊 (見(jiàn)圖5)。

圖5 漣源凹陷油氣成藏事件圖Fig.5 Hydrocarbon accumulation event chart of Lianyuan sag

4 油氣藏保存條件

油氣藏形成條件的評(píng)價(jià)中，生烴是基礎(chǔ)，圈閉是條件，而保存則是關(guān)鍵。在眾多影響油氣藏保存條件的因素中，地殼抬升剝蝕、斷裂發(fā)育情況對(duì)油氣藏的影響尤為重要［9］。由于本區(qū)構(gòu)造演化史的特殊性，這些斷裂發(fā)育區(qū)塊同時(shí)又是構(gòu)造圈閉發(fā)育的區(qū)塊，從斷裂對(duì)油氣藏破壞作用的大小來(lái)看，有的斷裂對(duì)油氣藏破壞不大，只是對(duì)油氣藏的重新改造和調(diào)整，有的甚至因?yàn)閿嗔训姆忾]性好，使油氣聚集 (見(jiàn)表1，D型模式)。由于后期斷裂發(fā)育，斷層溝通原有多個(gè)油藏形成統(tǒng)一的新油藏，油氣發(fā)生再分配再聚集過(guò)程。更多的情況是，斷裂發(fā)育或者構(gòu)造活動(dòng)造成斷裂再次活動(dòng)，使得油氣藏保存變差，從而導(dǎo)致油氣逸散 (見(jiàn)表1)。

表1 漣源凹陷斷裂破壞油氣藏形式Table 1 The models of breaking the hydrocarbon reservoirs by faults in the Lianyuan sag

從根本原因上看，構(gòu)造活動(dòng)從抬升剝蝕蓋層、斷裂破壞兩個(gè)方面來(lái)影響油氣藏的保存條件。蓋層抬升剝蝕使得漣源凹陷測(cè)水組蓋層厚度減小，封蓋能力變差。本區(qū)存在下石炭統(tǒng)測(cè)水煤系 (C1d2)區(qū)域性蓋層，由于構(gòu)造多期活動(dòng)，漣源凹陷3個(gè)構(gòu)造帶內(nèi)保存條件的差異性較大，在向斜區(qū)與背斜區(qū)保存條件的差異更大。從圖6中可以看出，向斜區(qū)內(nèi)測(cè)水組蓋層沒(méi)有被剝蝕，保存條件最好，高陡背斜區(qū)尤其是出露了泥盆系的地區(qū)，保存條件最差。

圖6 漣源凹陷下石炭統(tǒng)測(cè)水組蓋層分布圖Fig.6 Seals distribution map of the Lower Carboniferous Ceshui Formation

斷裂破壞油氣藏保存條件，具有多期次疊加的影響效果，與構(gòu)造活動(dòng)的步調(diào)一致。凹陷在形成構(gòu)造圈閉的同時(shí)已經(jīng)開(kāi)始形成斷裂，另外，絕大多數(shù)斷裂在燕山期形成。從構(gòu)造形跡、構(gòu)造斷裂形成期次來(lái)看，漣源凹陷印支期、燕山期形成的斷裂對(duì)油氣藏的破壞有多種形式。3個(gè)構(gòu)造帶在印支期、燕山期斷裂破壞油氣藏的形式各不相同。西部構(gòu)造帶在印支期以A型 (擠壓型切穿蓋層斷裂破壞油氣藏)為主要破壞形式，而在燕山期以A型和G型 (構(gòu)造活動(dòng)使得前期斷裂重新活動(dòng)從而破壞油氣藏)為主要破壞形式;中部構(gòu)造帶在印支期以A型、E型和F型為主要破壞形式，而在燕山期以B型和G型為主要破壞形式;東部構(gòu)造帶在印支期以A型、C型和D型為主要破壞形式，而在燕山期以B型、E型、F型和G型為主要破壞形式。

縱觀全區(qū)，西部構(gòu)造帶應(yīng)力最強(qiáng)，保存條件最差，中部較好，東部保存條件最好。同時(shí)在中部構(gòu)造帶的局部應(yīng)力集中地區(qū)，由于多期斷裂破壞作用，保存條件變得極差，往往使得油氣藏全部被破壞。例如在車(chē)田江向斜和橋頭河向斜中間的安坪背斜油氣圈閉，由于受到印支運(yùn)動(dòng)的擠壓、燕山運(yùn)動(dòng)的擠壓、拉張作用，斷裂異常發(fā)育，致使天然氣藏被破壞殆盡。可以說(shuō)，燕山期是構(gòu)造斷裂破壞油氣藏的主要時(shí)期。

5 油氣藏的破壞、保存樣式

綜上所述，漣源凹陷存在4種油氣藏破壞、保存樣式:①原生油氣藏后期無(wú)改造、破壞樣式;②原生油氣藏后期簡(jiǎn)單改造、破壞樣式;③原生油氣藏后期多期次改造、破壞樣式;④原生油氣藏后期完全破壞樣式。

樣式①主要存在于向斜低突起或局部應(yīng)力不發(fā)育地區(qū)，如大塘灣隱伏低突起，溫塘背斜。樣式②和樣式③是凹陷內(nèi)最為廣泛發(fā)育的形式，如邵5井揭示的背斜油氣圈閉，早期油氣成藏充注于此圈閉中，后期由于受到燕山運(yùn)動(dòng)的局部改造作用，使得油氣發(fā)生了一定散失(見(jiàn)圖7)。漣源凹陷也存在著樣式④的油氣藏破壞形式，如安坪背斜油氣圈閉。油氣于印支早期充注到安坪背斜圈閉之中，由于后期處于構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)，受到印支晚期和燕山期強(qiáng)烈的構(gòu)造破壞作用，使得圈閉破壞嚴(yán)重。安1井鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn)有瀝青和天然氣的弱顯示，充分說(shuō)明是由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞圈閉，進(jìn)而使得油氣散失殆盡。

圖7 漣源凹陷油氣藏破壞、改造、保存樣式Fig.7 Destruction，transformation and preservation models of hydrocarbon reservoirs in the Lianyuan sag

6 結(jié)論

野外標(biāo)本電鏡掃描觀察到石炭系存在大量瀝青，說(shuō)明漣源凹陷有過(guò)油藏的保存，只是由于保存條件較差，油藏被破壞和改造。

對(duì)野外標(biāo)本包裹體均一溫度進(jìn)行分析，結(jié)合單井埋藏史，發(fā)現(xiàn)漣源凹陷在印支早期和晚期各有一次天然氣充注過(guò)程。油氣多期充注是本區(qū)油氣成藏的最有利條件，下一步應(yīng)圍繞油氣成藏期次多的區(qū)域積極開(kāi)展油氣勘探。

分析了漣源凹陷西部、中部和東部3個(gè)構(gòu)造帶的圈閉保存條件，總結(jié)了印支期和燕山期各個(gè)構(gòu)造帶不同的斷裂破壞樣式。認(rèn)為全區(qū)西部構(gòu)造應(yīng)力最強(qiáng)，保存條件最差;中部次之;東部保存條件最好。

本區(qū)存在4種油氣藏破壞、保存樣式，即原生油氣藏后期無(wú)改造、破壞樣式，原生油氣藏后期簡(jiǎn)單改造、破壞樣式，原生油氣藏后期多期次改造、破壞樣式，原生油氣藏后期完全破壞樣式。

油氣藏保存的影響因素極其復(fù)雜，下一步應(yīng)針對(duì)重點(diǎn)油氣保存單元，結(jié)合地下水動(dòng)力勢(shì)等資料進(jìn)行更全面的研究。

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