王洪宇,陳 沫,孟令東
(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司,北京 100007;3.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江大慶 163712)
塔木察格盆地位于蒙古國(guó)東部,是海拉爾-塔木察格盆地的二級(jí)構(gòu)造單元。自2005 年5 月大慶油田對(duì)該盆地開(kāi)展了一系列的勘探工作以來(lái),相繼鉆遇多口工業(yè)油流井,取得實(shí)質(zhì)性突破,證實(shí)該盆地是一個(gè)有利的含油盆地。近年來(lái),為推動(dòng)塔木察格盆地增儲(chǔ)上產(chǎn),持續(xù)開(kāi)展成藏規(guī)律研究。塔木察格盆地自下而上由斷陷構(gòu)造層、斷-坳轉(zhuǎn)換構(gòu)造層以及坳陷構(gòu)造層疊合而成,經(jīng)歷2 次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1-2],斷裂活動(dòng)貫穿其中,對(duì)盆地形成、沉積演化和成藏過(guò)程均有重要影響,也越來(lái)越受到專家和學(xué)者們的重視。反向斷層和反轉(zhuǎn)斷層是2類比較典型的控藏?cái)鄬樱谑澜绶秶鷥?nèi)的多個(gè)盆地均有研究。前人從封閉條件、控圈面積、優(yōu)勢(shì)運(yùn)移等角度進(jìn)行了大量研究[3-8],認(rèn)為與地層傾向相反的斷層更易形成封閉條件優(yōu)越的斷塊圈閉,反向斷層控圈面積和幅度明顯大于同向斷層,反轉(zhuǎn)斷層作為油氣運(yùn)移通道對(duì)次生油氣藏的形成具有重要作用,反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制著圈閉的形成和油氣的運(yùn)移及保存。塔木察格盆地發(fā)育大量的反向斷層和反轉(zhuǎn)斷層,與油氣分布關(guān)系密切,但控藏機(jī)理尚不明確。為此,通過(guò)對(duì)盆地構(gòu)造演化特征、生儲(chǔ)蓋配置關(guān)系、斷裂發(fā)育規(guī)律及油氣分布規(guī)律等方面的綜合研究,探討反向斷層和反轉(zhuǎn)斷層對(duì)盆地油氣成藏的控制作用,進(jìn)而總結(jié)其成藏模式,以期有效指導(dǎo)勘探。
塔木察格盆地中部斷陷帶包括南貝爾凹陷和塔南凹陷。南貝爾凹陷總體呈北東走向,為西斷東超的箕狀斷陷,可進(jìn)一步分為東次凹、西次凹2個(gè)含油氣構(gòu)造單元;塔南凹陷為典型的東斷西超復(fù)式箕狀斷陷,可進(jìn)一步劃分為西次凹、西部潛山斷裂帶、中部次凹和東次凹等構(gòu)造單元[1](圖1)。
圖1 塔木察格盆地構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Tectonic division in Tamtsag Basin
塔木察格盆地沉積地層年代主要是下白堊統(tǒng),自上而下劃分為青元崗組、伊敏組、大磨拐河組二段(大二段)、大磨拐河組一段(大一段)、南屯組二段(南二段)、南屯組一段(南一段)以及銅缽廟組[9-10],其中南一段可細(xì)分為上、中、下3 個(gè)亞段(圖2)。研究區(qū)主要發(fā)育南一段中和上亞段2套全區(qū)分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖[9],南一段下亞段烴源巖僅在局部地區(qū)發(fā)育。南一段中亞段為砂泥巖互層,整體沉積厚度不大,但互層狀分布使得油氣生成后易向外排烴,因此該套全區(qū)穩(wěn)定分布的烴源巖具有較高的排烴效率。研究區(qū)共發(fā)育南一段上亞段泥巖和大一段泥巖2 套區(qū)域性蓋層。根據(jù)烴源巖、儲(chǔ)層和蓋層的組合關(guān)系,以南一段頂面和大一段頂面為界,塔木察格盆地縱向上可分為上、中、下3 套含油氣系統(tǒng)[11-12]。南一段油藏為主的下部含油氣系統(tǒng)是盆地最重要的產(chǎn)油層系。
塔木察格盆地總體走向呈北北東向,由中新生代3期不同性質(zhì)盆地疊合而成,分別為:銅缽廟組到南屯組為斷(裂)陷構(gòu)造層,大磨拐河組到伊敏組為斷-坳轉(zhuǎn)換構(gòu)造層,青元崗組到古近系為坳陷構(gòu)造層[13-15]。不同時(shí)期表現(xiàn)為不同的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
從動(dòng)力學(xué)角度看,引張作用導(dǎo)致地殼和巖石圈發(fā)生伸展變形。裂陷作用可理解為地殼和巖石圈受引張力作用,導(dǎo)致大規(guī)模開(kāi)裂和斷陷的地質(zhì)作用過(guò)程[16],其動(dòng)力學(xué)機(jī)制在不同階段表現(xiàn)不同。根據(jù)引張力發(fā)生的原因,SENGOR 等將巖石圈裂陷作用機(jī)制分為主動(dòng)和被動(dòng)裂陷作用2 種[17-18],塔木察格盆地同時(shí)存在2種動(dòng)力學(xué)機(jī)制(圖3)。
圖2 塔木察格盆地含油氣系統(tǒng)柱狀圖Fig.2 Histogram of hydrocarbon system in Tamtsag Basin
被動(dòng)裂陷作用由區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)引起,南一段中、下亞段沉積時(shí)期被動(dòng)裂陷機(jī)制作用于盆地,活動(dòng)的主干斷層在局部控制裂陷盆地的形成,伴生了大量與主干控陷斷層同向的次級(jí)斷層,同時(shí)地層在不斷發(fā)生掀斜翹傾,這些次級(jí)斷層與地層傾向相反,為反向斷層。以引張力為主,靠近控陷斷層方向的地層發(fā)生沉降,而遠(yuǎn)離控陷斷層方向的地層則發(fā)育掀斜隆起。南一段中和下亞段沉積末期均發(fā)生了斷裂活動(dòng),前者活動(dòng)強(qiáng)度大于后者。南一段下亞段沉積時(shí)期,盆地整體處于拉張環(huán)境,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度較弱,在局部區(qū)域發(fā)育與地層傾向相反的反向斷層,由于翹傾發(fā)生局部的剝蝕而形成不整合。南一段中亞段沉積末期,被動(dòng)裂陷作用再次引發(fā)構(gòu)造變形,與南一段下亞段沉積時(shí)期作用過(guò)程相似,但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)更加活躍,反向斷層形成數(shù)量更多、規(guī)模更大,伴隨著下盤(pán)的掀斜隆起,為不整合面的形成奠定了基礎(chǔ)。該時(shí)期盆地整體表現(xiàn)為振蕩沉降,水體分布范圍廣,砂泥互層普遍發(fā)育。
主動(dòng)裂陷和被動(dòng)裂陷都是指巖石圈在水平引張力作用下的裂陷過(guò)程,兩者區(qū)別在于引張力的形成是否由熱隆起所引發(fā)[13,19-20]。南一段沉積晚期,主動(dòng)裂陷機(jī)制開(kāi)始主導(dǎo)盆地演化過(guò)程,巖石圈底下熱物質(zhì)上涌塑造了南東-北西方向的區(qū)域拉張應(yīng)力場(chǎng)。南二段沉積末期,盆地經(jīng)歷了第1 次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),地層掀斜翻轉(zhuǎn)活動(dòng)頻繁,為南二段頂部角度不整合的形成提供了條件,也形成了坳隆相間的構(gòu)造格局,為后續(xù)的沉積充填奠定了古地貌基礎(chǔ)。
圖3 巖石圈裂陷作用示意(引自Wiki百科)Fig.3 Schematic diagram of lithospheric rifting(Referred from Wikipedia)
進(jìn)入大磨拐河組沉積時(shí)期,主動(dòng)裂陷作用減弱,熱物質(zhì)停止上涌,構(gòu)造活動(dòng)恢復(fù)平靜,盆地進(jìn)入坳陷作用階段。伊敏組沉積時(shí)期,盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)由靜止逐漸加強(qiáng)。伊敏組二、三段沉積時(shí)期,盆地開(kāi)啟第2次強(qiáng)烈改造作用,不同于之前的拉張應(yīng)力場(chǎng),本次改造是右旋壓扭應(yīng)力場(chǎng)起主導(dǎo)作用,先期形成的南北向和北東向斷層及背斜發(fā)生強(qiáng)烈反轉(zhuǎn),盆地全面回返,正反轉(zhuǎn)斷層、反轉(zhuǎn)相關(guān)正斷層以及各種背斜構(gòu)造等多種類型的反轉(zhuǎn)構(gòu)造開(kāi)始形成,同時(shí)也在坳陷構(gòu)造層形成了大量密集分布的小斷層。
塔木察格盆地不同含油氣系統(tǒng)內(nèi)油藏類型存在很大的差異。下部含油氣系統(tǒng)油藏類型主要為反向斷層遮擋型油藏,該類油藏控制的石油地質(zhì)儲(chǔ)量占該系統(tǒng)總儲(chǔ)量約為90%。中部含油氣系統(tǒng)油藏類型以巖性-斷層和巖性上傾尖滅為主,上部含油氣系統(tǒng)以次生的巖性-斷層油藏為主。
反向斷層遮擋油藏多位于斷陷盆地緩坡帶的中下翹傾部位,側(cè)向靠斷層封堵[12,21-22],一般具有統(tǒng)一的油水界面,界面位置受斷層側(cè)向封閉能力控制;存在邊水和底水,通常在斷層附近的油井產(chǎn)量較高。
巖性-斷層油氣藏成藏規(guī)模較小,無(wú)統(tǒng)一的油水界面和邊底水,油水橫向變化快,巖性尖滅線和斷層控制油藏平面分布。砂體受斷層切割,形成巖性-斷層圈閉,成藏期斷層活動(dòng),油氣快速充注至圈閉成藏。
巖性上傾尖滅油氣藏,砂體上傾方向相變?yōu)槟鄮r或致密巖層,并被不滲透層包圍形成油氣藏,通常發(fā)育在緩坡帶的中下部,物源主要來(lái)自緩坡帶且伸向洼槽中心[8]。該油藏?zé)o統(tǒng)一的油水界面,巖性尖滅線控制油藏平面分布,油水橫向變化較快,砂體向上傾方向尖滅,洼槽中心厚層泥巖生成的油氣壓力較大,由于儲(chǔ)集體內(nèi)壓力較低,油氣充注到巖性上傾尖滅圈閉中成藏。
塔木察格盆地油氣分布在6 個(gè)構(gòu)造單元,其中南貝爾凹陷東次凹北洼槽和塔南凹陷中部次凹油氣最為富集,其次是南貝爾東次凹南洼槽和塔南凹陷東次凹,塔南凹陷西次凹油氣較少(圖1)。有效烴源巖范圍覆蓋全部?jī)?chǔ)量區(qū),且排烴強(qiáng)度越大的區(qū)域,已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量越多。南一段上亞段和大一段2 套區(qū)域性泥巖蓋層所封蓋的油氣儲(chǔ)量分別占總儲(chǔ)量的72.5%和20%。因此,烴源巖和蓋層對(duì)于塔木察格盆地的油氣分布具有普遍的控制作用。但斷層作為破壞蓋層有效性最主要的因素,對(duì)于油氣分布具有更加重要的意義。
2.2.1 油氣縱向上呈互補(bǔ)分布
塔木察格盆地已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量縱向分布極不均衡,按石油地質(zhì)探明儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì),下部含油氣系統(tǒng)約占總儲(chǔ)量的70%,中部含油氣系統(tǒng)約占20%,而上部含油氣系統(tǒng)僅占10%左右(圖2)。統(tǒng)計(jì)不同層位油氣顯示,上部次生含油氣系統(tǒng)與下部原生含油氣系統(tǒng)縱向上呈互補(bǔ)分布。南貝爾東次凹南洼槽多層位含油,下部含油氣系統(tǒng)為工業(yè)油流的井,在上部往往未見(jiàn)顯示;而上、中部含油氣系統(tǒng)見(jiàn)工業(yè)油流的井,往往在下部含油氣系統(tǒng)是差油層或不含油。統(tǒng)計(jì)塔南凹陷3 個(gè)構(gòu)造單元的油氣生產(chǎn)情況,發(fā)現(xiàn)縱向上也呈互補(bǔ)分布的特點(diǎn)(圖4)。西次凹和西部潛山斷裂帶有16 口工業(yè)或低產(chǎn)油流井均分布在下部含油氣系統(tǒng),在上、中部含油氣系統(tǒng)未見(jiàn)油;而在中部次凹的24口井中,油氣分布相對(duì)復(fù)雜,8口井僅在下部含油氣系統(tǒng)見(jiàn)工業(yè)或低產(chǎn)油流,11 口井僅在上部含油氣系統(tǒng)獲工業(yè)或低產(chǎn)油流,1 口井下部獲工業(yè)油流、上部獲低產(chǎn)油流,1 口井下部獲低產(chǎn)油流、上部獲工業(yè)油流,僅塔52-斜1 和塔69 井在上、下含油氣系統(tǒng)均產(chǎn)工業(yè)油流。
圖4 塔木察格盆地塔南凹陷油氣縱向分布統(tǒng)計(jì)Fig.4 Vertical distribution of oil and gas in Tanan Sag,Tamtsag Basin
2.2.2 油氣平面上呈條帶分布
銅缽廟-南屯組沉積過(guò)程中,經(jīng)歷2次弱的構(gòu)造活動(dòng)形成了大量的反向斷層,總體呈北東向展布,大部分在下部含油氣系統(tǒng)中發(fā)育。南貝爾凹陷東次凹北洼槽南一段是勘探重點(diǎn)層位,已發(fā)現(xiàn)油藏相態(tài)為上油下水,發(fā)育一系列東傾的反向斷層,南一段上亞段泥巖為反向斷層西側(cè)儲(chǔ)層提供了良好的封堵條件,形成具有基本統(tǒng)一油水界面的反向斷層遮擋油藏,沿反向斷層呈北東向條帶狀展布。塔南凹陷中部次凹北洼槽為東段西超的箕狀斷陷,南一段發(fā)育一系列反向斷層,形成多級(jí)斷階帶,油氣從洼槽中心向上傾方向運(yùn)移,形成反向斷塊遮擋油藏,展布方向與反向斷層一致(圖1)。南貝爾凹陷東次凹南洼槽及塔南凹陷西部潛山斷裂帶、中部次凹和東次凹下部含油氣系統(tǒng)均發(fā)育反向斷層控制的油氣富集帶。
上部含油氣系統(tǒng)獲工業(yè)油流井較少,多分布在塔南凹陷中部次凹(圖1),南貝爾凹陷東次凹北洼槽也有少量油氣顯示,大磨拐河組為主力目的層,工業(yè)油流井大多靠近反轉(zhuǎn)斷層分布,在反轉(zhuǎn)斷層切割砂體部位形成巖性-斷層油氣藏,并隨砂體形態(tài)沿反轉(zhuǎn)斷層展布。
分析下部含油氣系統(tǒng)的油藏類型和油氣分布規(guī)律,認(rèn)為反向斷層在塔木察格盆地油氣成藏過(guò)程中具有重要作用。被動(dòng)裂陷階段盆地以伸展構(gòu)造為主,主干控陷斷層活動(dòng)過(guò)程中,下降盤(pán)地層發(fā)生掀斜變形,同時(shí)形成了大量與控陷斷層傾向相同、與地層傾向相反的反向斷層,由此形成反向斷層背靠低幅度隆起的構(gòu)造模式??拷叵輸鄬拥陌枷莶课怀掷m(xù)沉降,而在遠(yuǎn)離控陷斷裂的緩坡部位則表現(xiàn)為持續(xù)抬升。反向斷層圈閉臨近生烴凹陷,排烴后運(yùn)移距離短,且處于油氣運(yùn)移的上傾方向,反向斷層側(cè)向封閉,油氣在低隆起帶上傾方向聚集成藏。解剖下部含油氣系統(tǒng)油藏,認(rèn)為反向斷層遮擋型油藏是南貝爾凹陷東次凹北洼槽及塔南凹陷中部次凹北洼槽、中部次凹和西部潛山斷裂帶下部含油氣系統(tǒng)的主要油藏類型,也控制了下部含油氣系統(tǒng)大部分的儲(chǔ)量。
反向斷層遮擋圈閉能夠成藏主要有2 方面原因。首先,反向斷層能夠保持封閉狀態(tài),使圈閉完整性得以保存[16]。塔木察格盆地南一段中、下亞段以砂泥互層為主,地層斷裂的過(guò)程中并未發(fā)生剛性錯(cuò)段,而形成了泥巖涂抹型斷層核,使斷裂帶具備了封閉能力,隨后期沉積充填過(guò)程的演化,不斷壓實(shí)埋深,斷裂帶的封閉能力逐漸增強(qiáng)。由于南一段上亞段和南二段區(qū)域塑性泥巖層的緩沖,在強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期,斷至泥巖層內(nèi)的三、四級(jí)反向控藏?cái)鄬游窗l(fā)生明顯活動(dòng),避免了油氣沿?cái)鄬觽?cè)向或垂向逸散。如塔19-34 油藏,位于塔南凹陷西部潛山斷裂帶,受TX22 反向斷層遮擋,形成具有油水界面的典型構(gòu)造油藏,斷層封閉性決定了烴柱高度。通過(guò)控藏?cái)鄬拥姆忾]性評(píng)價(jià),TX22 斷層具有較強(qiáng)封閉性,油藏未被后期構(gòu)造活動(dòng)破壞。其次,拉張環(huán)境下的控陷斷層活動(dòng)使斷塊發(fā)生掀斜旋轉(zhuǎn),遠(yuǎn)離控陷斷層方向的地層翹傾隆起,受大氣水淋濾和剝蝕形成了大量次生孔隙,成為反向斷層背靠低幅度隆起的主要儲(chǔ)集體[13,23-24]。
塔木察格盆地油氣成藏主要有2 個(gè)階段。第1階段為伊敏組沉積中期,南一段中和上亞段烴源巖大量生排烴,是中、下部含油氣系統(tǒng)原生油藏的成藏關(guān)鍵時(shí)刻,斷裂活動(dòng)并不明顯。第2 階段是伊敏組末期至青元崗組沉積時(shí)期[25],盆地回返,開(kāi)始形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造,在青元崗組沉積末期壓扭作用進(jìn)一步增強(qiáng),盆地內(nèi)數(shù)條斷至基底的早期伸展斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn),向上斷穿至青元崗組,斷層原有的封閉性被破壞,成為油氣二次運(yùn)移的通道,將下部含油氣系統(tǒng)原生油氣藏的油氣向上運(yùn)移至上部含油氣系統(tǒng)的巖性-斷層圈閉內(nèi)。分析油源[26-27],發(fā)現(xiàn)塔南凹陷上部次生油藏中的油氣與下部原生油藏中的油氣具有較強(qiáng)相關(guān)性。而且上部含油氣系統(tǒng)的油氣多分布在早伸中扭晚反轉(zhuǎn)斷層附近,與反轉(zhuǎn)期時(shí)間上的匹配以及儲(chǔ)集體與反轉(zhuǎn)斷層空間上的匹配共同控制了上部含油氣系統(tǒng)的油氣聚集部位,形成南貝爾東次凹南洼槽塔19-67—塔19-69 和塔南凹陷中部次凹大磨拐河組油氣聚集帶(圖5)。南貝爾凹陷東次凹北洼槽未發(fā)生反轉(zhuǎn)[28-29],下部油氣藏得以很好的保存。
圖5 塔南凹陷塔19-20—塔97井油藏剖面Fig.5 Wells Ta19-20-Ta97 hydrocarbon accumulations profile in Tanan Sag
該成藏模式可以概括為“三期造儲(chǔ)”、“三面組合”[15,22]?!叭谠靸?chǔ)”是相互匹配的3 個(gè)時(shí)間要素,即反向斷層掀斜變形、下盤(pán)翹傾抬升及大氣水淋濾剝蝕相繼發(fā)生,為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成提供了條件[30-33]?!叭娼M合”是指相互匹配的3 個(gè)空間要素,反向斷層提供側(cè)向封閉條件,不整合面提供油氣運(yùn)移通道[24],區(qū)域性蓋層提供垂向上的封蓋條件,3 個(gè)空間要素的結(jié)合使油藏得以完整保存。
該成藏模式主要發(fā)育在下部含油氣系統(tǒng),伊敏組沉積中期是成藏的關(guān)鍵時(shí)刻。烴源巖生烴后先經(jīng)過(guò)短距離側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入臨近砂體,大量的油氣通過(guò)不整合面或開(kāi)啟的斷層運(yùn)移,或在斷層兩盤(pán)源儲(chǔ)對(duì)接處發(fā)生側(cè)向運(yùn)移。由于大氣水淋濾、剝蝕等作用,使研究區(qū)儲(chǔ)層次生孔隙較為發(fā)育,反向斷層在側(cè)向起到封閉遮擋作用,不整合在垂向上同樣具有一定遮擋作用,區(qū)域性蓋層為上覆的南一段上部泥巖層。油藏大多靠近生烴凹陷或位于生烴凹陷內(nèi),油氣短距離初次運(yùn)移或沿低隆起不整合面運(yùn)移,遇到反向斷層遮擋圈閉聚集成藏,斷層側(cè)向封閉能力控制油水界面(圖6)。
塔木察格盆地上部含油氣系統(tǒng)儲(chǔ)量規(guī)模小,以反轉(zhuǎn)斷層控制的次生油氣藏為主。油氣主要來(lái)自于下部原生古油藏破壞后的二次運(yùn)移,反轉(zhuǎn)期斷裂活動(dòng)破壞古油藏,油氣沿反轉(zhuǎn)斷層向上運(yùn)移。大磨拐河組辮狀河三角洲沉積為油氣藏提供了儲(chǔ)集條件。大磨拐河組泥地比很高,屬于自蓋型。圈閉多為斷層切割扇體形成的斷層-巖性復(fù)合圈閉,反轉(zhuǎn)斷層-砂體構(gòu)成了傘形輸導(dǎo)體系(圖6)。
塔木察格盆地主要發(fā)育反向斷層遮擋、巖性-斷層復(fù)合油氣藏及巖性上傾尖滅3 種油氣藏類型,油氣縱向具有互補(bǔ)分布的特點(diǎn),反向斷層和反轉(zhuǎn)斷層分別控制下部和上部含油氣系統(tǒng),使其油氣呈條帶狀分布。
圖6 塔木察格盆地油氣成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation mode of Tamtsag Basin
塔木察格盆地發(fā)育反向斷層背靠低隆起和反轉(zhuǎn)斷層控制次生油氣成藏2種模式。反向斷層背靠低隆起是指通過(guò)掀斜變形期、下盤(pán)抬升期和淋濾剝蝕期的時(shí)間匹配,以及反向斷層、不整合面和區(qū)域蓋層的空間配置,造就了這種下部含油氣系統(tǒng)的典型成藏模式,控制了下部含油氣系統(tǒng)大部分的儲(chǔ)量。反轉(zhuǎn)斷層控制油氣次生成藏是指反轉(zhuǎn)斷層破壞下部原生古油藏,油氣向上二次運(yùn)移至巖性-斷層圈閉中聚集成藏,是上部含油氣系統(tǒng)油氣成藏的主要類型。