構(gòu)造反轉(zhuǎn)對西湖凹陷中部油氣成藏的控制作用

蘇 奧，賀 聰，陳紅漢2，，李春梅，嚴曉歡

(1.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072750；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074；3.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

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構(gòu)造反轉(zhuǎn)對西湖凹陷中部油氣成藏的控制作用

蘇 奧1，2，賀 聰3，陳紅漢2，3，李春梅1，嚴曉歡1

(1.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072750；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074；3.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

基于地震資料識別的反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征，利用流體包裹體和盆地模擬手段，結(jié)合天然氣氣樣的碳同位素分析測試結(jié)果，綜合研究了構(gòu)造反轉(zhuǎn)對東海盆地西湖凹陷中央背斜帶油氣成藏的控制作用。中央背斜帶經(jīng)歷了3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，分別發(fā)生在始新世末、漸新世末和中新統(tǒng)末，形成一系列如“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型等典型反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式，且在逆斷層上盤發(fā)育不同規(guī)模的擠壓背斜。第1期構(gòu)造反轉(zhuǎn)對油氣成藏影響甚微，第2、3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)為后期油氣運聚提供了背斜或斷背斜圈閉。另外，第3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)還為第2期原油運聚成藏提供了運移通道和動力，且對第3期油氣充注成藏起到較好的封堵遮擋作用。研究結(jié)果對東海盆地下一步油氣勘探目標的優(yōu)選具有重要的參考意義。

油氣成藏；流體包裹體；構(gòu)造反轉(zhuǎn)；中央背斜帶；西湖凹陷；東海盆地

0 引 言

近年來，在東海盆地西湖凹陷中央背斜帶中部天然氣勘探取得重大突破，顯示其極好的勘探前景[1]。中央背斜帶已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)氣藏以背斜、斷背斜圈閉為主，圈閉幅度大、面積廣，多個背斜圈閉呈縱向疊置分布的特點，類似“千層餅”狀[2-3]。西湖凹陷經(jīng)歷了先裂陷伸展后擠壓反轉(zhuǎn)的構(gòu)造演化過程。前人多定性描述該區(qū)構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動對背斜圈閉的形成作用[4-7]，但缺乏對油氣運聚在時空關(guān)系上的定量研究。利用天然氣碳同位素等資料判別氣源，采用盆地模擬和流體包裹體手段確定生烴史及成藏史，探討了西湖凹陷3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動對中央背斜帶油氣成藏期次的時空耦合關(guān)系，論述了3期反轉(zhuǎn)各自對油氣成藏的控制作用。

1 地質(zhì)背景

東海盆地位于中國大陸邊緣東部，是從晚白堊系以來形成的弧后裂谷盆地，也是近海面積最廣的含油氣盆地。西湖凹陷位于盆地東北部，平面上呈狹條狀，是盆地最重要的凹陷之一[8]。凹陷發(fā)育新生代沉積，厚度逾萬米，從下至上發(fā)育古新統(tǒng)(E1)，始新統(tǒng)平湖組(E2p)，漸新統(tǒng)花港組(E3h)，中新統(tǒng)龍井組(N11l)、玉泉組(N12y)和柳浪組(N13l)，上新統(tǒng)三潭組(N2s)及第四系東海群(Qd)組。西湖凹陷總體上共經(jīng)歷了3個構(gòu)造演化過程：裂陷階段、拗陷階段和區(qū)域沉降階段。拗陷期發(fā)育了3次構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，分別為玉泉、花港和龍井運動。目前，中央背斜帶已在南部發(fā)現(xiàn)一些油氣田，油氣主要儲存在花港組，部分在平湖組。

2 天然氣成因與氣源

西湖凹陷已鉆遇花港組和平湖組源巖2套有效烴源巖。其中，平湖組發(fā)育海陸過渡相煤系源巖，干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ型，有機質(zhì)豐度較高?；ǜ劢M也發(fā)育腐殖型源巖，但有機質(zhì)豐度和煤層厚度均沒有平湖組源巖條件好。另外，也有學(xué)者推測古新統(tǒng)可能發(fā)育腐泥型源巖[9-10]。鏡質(zhì)體反射率Ro顯示目前花港組源巖熱演化程度為低成熟—成熟階段，平湖組源巖則為成熟—高成熟階段。

中央背斜帶已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要儲存在花港組，部分在平湖組。以天然氣藏為主，還有少量的凝析油藏和輕質(zhì)油藏。天然氣主要以烴氣為主，非烴氣主要為氮氣和二氧化碳。利用天然氣的碳同位素及輕烴分析測試結(jié)果判別中央背斜帶天然氣成因[10]。從甲烷和乙烷碳同位素關(guān)系分析可知，研究區(qū)天然氣主要以腐殖氣為主。利用劉文匯[11]建立的煤型氣甲烷碳同位素的演化二階分餾公式，根據(jù)該區(qū)天然氣中甲烷穩(wěn)定碳同位素為換算得到Ro為0.82%～1.92%，源巖為成熟—高成熟階段。由凝析油的甲基菲指數(shù)計算得到的Ro為0.80%～1.10%，源巖為成熟階段。結(jié)合目前源巖熱演化程度，可認為該區(qū)天然氣和凝析油主要來自平湖組煤系源巖。

3 構(gòu)造反轉(zhuǎn)

在中生代末，印度板塊向北運動，由南向北擠壓歐亞板塊，使得板塊大陸邊緣向太平洋方向蠕散，產(chǎn)生近EW向的張應(yīng)力，導(dǎo)致西湖凹陷發(fā)生裂谷作用[12]，發(fā)育一系列北東向為主的正斷層，形成了西湖凹陷東斷西超的“不對稱”地塹結(jié)構(gòu)，盆地裂陷期一直持續(xù)至始新世末。在漸新世末，太平洋板塊開始向NW向俯沖，導(dǎo)致沖繩海槽拉開，向西湖凹陷西側(cè)提供了擠壓力，同時釣魚島隆起帶逐漸抬升，又給西湖凹陷東側(cè)提供推擠力，因此，在這2種擠壓應(yīng)力的共同作用下，引發(fā)了3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動。

第1期反轉(zhuǎn)發(fā)生在始新世末(35 Ma左右)，即玉泉運動引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，以T30構(gòu)造不整合界面為明顯特征。該不整合面是裂陷與拗陷期沉積的分界面，在地震界面顯示為區(qū)域不整合面，反射面上超下削明顯，是較為明顯的構(gòu)造轉(zhuǎn)換面，總體反轉(zhuǎn)強度較小。

第2期反轉(zhuǎn)發(fā)生在漸新世末(25 Ma左右)，即花港運動引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，以T20構(gòu)造不整合面為明顯特征。反轉(zhuǎn)使斷裂帶附近的地層發(fā)生褶皺、抬升及剝蝕，該次構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動未影響東部，導(dǎo)致原先“東深西淺”的構(gòu)造格局變?yōu)槠骄彿植?。地震反射面上可觀察T20界面存在明顯削蝕，該區(qū)反轉(zhuǎn)強度適中。

第3期反轉(zhuǎn)在中新統(tǒng)末(6 Ma左右)，即龍井運動引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，以T10構(gòu)造不整合面為明顯特征。該次是凹陷內(nèi)反轉(zhuǎn)強度最大、影響最廣的構(gòu)造運動，導(dǎo)致地層大幅抬升，剝蝕量較大，地震剖面可以明顯看出該期反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的地層褶皺和剝蝕，波及范圍也較廣，在中央背斜帶形成多套逆沖斷層和地層褶皺。 西湖凹陷在裂陷期形成了多條NE—NNE向拉張正斷層；在拗陷期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動的作用下，先期存在的張性斷層重新活動，因擠壓逆沖反轉(zhuǎn)而形成逆斷層，同時還伴生一些起調(diào)節(jié)作用的逆斷層。中央背斜帶從北到南反轉(zhuǎn)強度依次減弱，形成多種反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式，如典型的“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型。另外，在逆沖斷層上盤形成了一系列擠壓背斜圈閉，構(gòu)成了中央背斜帶主要的圈閉類型。綜上所述，凹陷經(jīng)歷了3期疊加的構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，共同造就了現(xiàn)今西湖凹陷大型的擠壓背斜形態(tài)。

4 生烴史和成藏歷史

4.1 生烴史

目前，中央背斜帶花港組油氣均來自于平湖組煤系烴源巖。利用BasinMod-1D對該區(qū)代表性單井進行生烴史模擬，以確定中央背斜帶油氣生烴高峰期。有機質(zhì)成熟度模擬選用Easy%Ro法；巖石TOC則由巖石熱解分析法獲得。

從中央背斜帶代表性單井CHX-1、DQ-1、YQ-1和HG-1井平湖組烴源巖的生烴史模擬曲線可以看出(圖1)，中央背斜帶多個區(qū)帶平湖組源巖大約從25 Ma(漸新世末期)開始進入生油(氣)窗，盡管各區(qū)帶的生烴率存在差別，但均表現(xiàn)出生氣量(HC為28～70 mg/g)明顯高于生油量(HC為11～30 mg/g)的特點，說明平湖組源巖以生氣為主，生油為輔。各井生烴曲線均顯示平湖組生烴高峰在中中新世—現(xiàn)今(圖1)。

4.2 成藏史

目前，流體包裹體是間接確定油氣成藏期次和時期最常見的手段之一[13]。主要依據(jù)烴類包裹體伴生的同期鹽水包裹體的均一溫度，代表烴類運聚時被捕獲的最小溫度；結(jié)合精細埋藏史圖可確定油氣成藏時間。文中采集中央背斜帶典型單井的巖樣進行流體包裹體系統(tǒng)測試。所用儀器為Nikon 80I雙通道熒光顯微鏡和Linkam THMS600冷熱臺。其中，紫外光激發(fā)波長為330～380 nm，冷熱臺溫度誤差為0.1 ℃。

圖1 中央背斜帶代表性單井的生烴史模擬

顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，中央背斜帶花港組儲層存在發(fā)橙黃色、藍綠色和藍白色熒光油包裹體，代表3種不同成熟度的原油充注，成熟度依次變高，此外還常見不發(fā)熒光的純氣包裹體，說明還存在1期天然氣充注。除了橙黃色熒光油包裹體外，其余油包裹體和氣包裹體多發(fā)育在穿石英顆粒裂紋中，說明總體充注時間可能較晚(圖2)。根據(jù)測定同期鹽水包裹體均一溫度測試結(jié)果投入埋藏史圖，統(tǒng)一到同一時間軸可確定油氣充注期次(圖3)。由圖3可知，中央背斜帶花港組存在3期油氣充注，第1期為橙黃色熒光油，充注時間為21.0～16.2 Ma，第2期為藍綠色熒光油，充注時間為10.4～6.1 Ma，第3期為藍白色熒光油和天然氣，充注時間為2.2～0.0 Ma。

圖2 中央背斜帶油氣包裹體的顯微照片

油氣充注儲層后會抑制自生伊利石的生長，由此可以測定儲層中自生伊利石的最小年齡，反映油氣充注最早時間。根據(jù)收集的中央背斜帶3口單井的K-Ar自生伊利石同位素顯示，油氣最早充注時間為漸新世末—中新世早期，該時間略早于第1期油氣充注時間，表明兩者具有較好的吻合性。

5 構(gòu)造反轉(zhuǎn)對常規(guī)油氣的控制作用

平湖組源巖從中新世早期開始生烴，與流體包裹體確定的油氣充注時期相對應(yīng)，說明該成藏時間具有可靠性。在始新世末(約35.0 Ma左右)，凹陷發(fā)生了第1期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動。此時，平湖組源巖還未規(guī)模生烴，第1期構(gòu)造反轉(zhuǎn)對油氣富集幾乎沒有影響。在漸新世末(25.0 Ma左右)，西湖凹陷發(fā)生了第2期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，強度適中，此時，平湖組源巖剛進入生烴窗，第2期構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要為后期油氣運聚提供了背斜或斷背斜圈閉；在10.4～6.1 Ma發(fā)生了第2期原油連續(xù)充注；大約在7.0 Ma，西湖凹陷發(fā)生了規(guī)模最大的第3期反轉(zhuǎn)運動，該次反轉(zhuǎn)運動不僅為油氣運聚提供了擠壓背斜圈閉，而且構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動導(dǎo)致原先存在的斷裂活化，為第2期原油充注提供了較好的輸導(dǎo)體系。同時，地層大幅度抬升，使得平湖組源巖發(fā)生大幅度泄壓，為原油運移提供了運移動力(圖4)。西湖凹陷在2.2～0.0 Ma發(fā)生了第3期天然氣和藍白色原油充注，構(gòu)造反轉(zhuǎn)使得早期張性斷層變?yōu)閴号鄬樱瑪鄬右苑舛聻橹?，為?期油氣充注提供了封堵作用(圖4)。因此，3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)對3期油氣充注有著不同的影響，總體上油氣聚集分布與反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式有關(guān)。

圖3 中央背斜帶花港組儲層油氣成藏期次與時間

圖4 中央背斜帶3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)與3期油氣充注的耦合關(guān)系

6 結(jié) 論

(1) 中央背斜帶天然氣為煤型氣，成熟度為成熟—高成熟階段；油氣來源于下部平湖組煤系源巖。平湖組源巖生烴高峰為中中新世—現(xiàn)今，流體包裹體檢測到花港組儲層存在3期油氣充注。

(2) 中央背斜帶發(fā)育了3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，分別發(fā)生在始新世末、漸新世末和中新統(tǒng)末，構(gòu)造反轉(zhuǎn)的強度和范圍依次增加，形成一系列如“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型等典型的反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式，且在逆斷層上盤發(fā)育擠壓背斜。

(3) 第1期構(gòu)造反轉(zhuǎn)對油氣成藏影響甚微，第2期和第3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)為后期油氣運聚提供了背斜或斷背圈閉。另外，第3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)還為第2期原油運聚成藏提供了運移通道和動力，且對第3期油氣充注成藏起到較好的封堵遮擋作用。

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編輯 黃華彪

20151210；改回日期：20160230

國家科技重大專項“中國近海新生代盆地演化及油氣富集機理”(2011ZX05023-004-010)

蘇奧(1989-)，男，助理工程師，2011年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)石油工程專業(yè)，2014年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事盆地流體地質(zhì)、油氣成藏、地球化學(xué)及地震解釋等研究工作。

賀聰(1988-)，男，2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)為中國科學(xué)院大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)在讀博士研究生，主要從事石油地質(zhì)與地球化學(xué)研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.017

TE122.3

A

1006-6535(2016)03-0075-04