柴達(dá)木盆地西部構(gòu)造演化與差異變形特征及對油田水分布的控制

王琳霖，于冬冬，浮 昀，嚴(yán) 敏

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；3.中國石油 長慶油田 第八采油廠 采油工藝研究所，西安 710018；4.中國石油 華北油田 勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552)

柴達(dá)木盆地西部古近系—新近系是油氣和富含多礦物元素油田水的重要發(fā)育層位。新生代以來，柴西地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動和復(fù)雜的構(gòu)造變形，其構(gòu)造演化對區(qū)域流體聚集、調(diào)整的控制作用長期受地質(zhì)學(xué)者關(guān)注。前人針對柴西地區(qū)構(gòu)造作用對油氣藏的控制開展過相應(yīng)分析，認(rèn)為構(gòu)造運(yùn)動形成區(qū)域沉降與抬升差異，控制裂縫形成與演化、源儲組合樣式、圈閉規(guī)模與分布、晚期油氣運(yùn)移與輸導(dǎo)體系[1-7]，而針對構(gòu)造演化對油田水的形成與分布的控制作用缺乏研究。因此，本文在前人研究基礎(chǔ)上，分析構(gòu)造演化及差異構(gòu)造變形對柴西地區(qū)古近系—新近系油田水分布的影響，以期為高礦化度油田水富集規(guī)律和構(gòu)造對流體運(yùn)移、儲集、改造的進(jìn)一步認(rèn)識提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，盆地四周被阿爾金山、東昆侖山和祁連山所圍繞。柴西地區(qū)受阿爾金斷裂和東昆侖斷裂走滑逆沖的聯(lián)合控制，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，地貌形態(tài)復(fù)雜，以發(fā)育多個NW向的背斜和斷背斜構(gòu)造為主要特征[8-11]，地面海拔約2 900～3 900 m(圖1a)。在元古代結(jié)晶基底和古生代褶皺基底之上，柴西地區(qū)沉積了巨厚的中新生代地層，自下而上包括路樂河組、下干柴溝組下段、下干柴溝組上段、上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組和第四系[12-15](圖1b)。

2 柴西多期構(gòu)造演化背景

新生代以來，受青藏高原隆升影響，阿爾金斷裂和東昆侖斷裂相繼發(fā)生走滑擠壓運(yùn)動，柴西地區(qū)處于先拉張后擠壓的區(qū)域應(yīng)力背景下，呈現(xiàn)疊合盆地的特征[8]。不整合、生長地層等證據(jù)表明，柴西地區(qū)經(jīng)歷了喜馬拉雅早、中、晚3期構(gòu)造運(yùn)動，經(jīng)歷了3個演化階段，即：始新世—中新世早期斷陷階段、中新世中期—上新世早期拗陷階段和上新世晚期—第四紀(jì)隆升剝蝕階段。

古新世—始新世時期，青藏高原開始隆升，構(gòu)造應(yīng)力向北部傳遞，阿爾金斷裂發(fā)生左行走滑[15-17]，導(dǎo)致柴西地區(qū)向青藏高原北東方向逃逸，并于始新世末期發(fā)生走滑拉分作用。受拉張作用的影響，柴西地區(qū)在該時期發(fā)育斷陷湖盆，持續(xù)到中新世中期。昆北斷層和XI號斷層下降盤的古近系厚度比上升盤明顯增厚，呈現(xiàn)典型的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造形態(tài)，指示了伸展環(huán)境下的正斷層發(fā)育特征。

隨著青藏高原陸內(nèi)俯沖的加劇，中新世中期阿爾金斷裂開始大規(guī)模的走滑活動[15-17]。東昆侖山前生長地層表明，東昆侖山也在此時開始向北逆沖[18]，柴西地區(qū)由之前的拉張應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)镹E-SW向的擠壓應(yīng)力，早期正斷層在應(yīng)力反轉(zhuǎn)過程中發(fā)生逆沖斷層位移，前期形成的斷陷湖盆逐漸萎縮，進(jìn)入拗陷演化階段。

上新世晚期發(fā)生喜馬拉雅晚期運(yùn)動，此時阿爾金斷裂發(fā)生更加強(qiáng)烈左行走滑運(yùn)動，東昆侖山和祁連山向盆內(nèi)強(qiáng)烈逆沖，柴西地區(qū)受NE-SW向的擠壓應(yīng)力的控制[19]，前期斷裂逆沖作用明顯加強(qiáng)，形成了大量的NW-SE向背斜構(gòu)造，如南翼山、尖頂山、獅子溝、油砂山等[20]，擠壓和走滑疊加應(yīng)力導(dǎo)致柴西地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造格局。

圖1 柴達(dá)木盆地西部構(gòu)造分布(a)與新生界綜合地層柱狀圖(b)Fig.1 Tectonic units in western Qaidam Basin (a) and comprehensive stratigraphic column of Cenozoic (b)

3 差異構(gòu)造變形特征

3.1 分帶差異變形

受喜馬拉雅多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，柴西地區(qū)形成了數(shù)條NW-SE向大型逆沖斷裂帶，主要有昆北斷裂、XI號斷裂、英北斷裂等，它們控制了柴西地區(qū)的構(gòu)造格架[3,21]。從地貌形態(tài)和地下構(gòu)造樣式來看，柴西地區(qū)的構(gòu)造變形具有明顯的分帶特征，從南至北依次分為柴西南構(gòu)造帶、英雄嶺構(gòu)造帶和柴西北構(gòu)造帶(圖2)。

(1)柴西南構(gòu)造帶：該構(gòu)造帶南鄰祁漫塔格山，北部以XI號斷裂為界與英雄嶺構(gòu)造帶相隔，地表海拔2 900～3 500 m，第四系覆蓋嚴(yán)重，少見隆起構(gòu)造[22]。深部發(fā)育昆北斷裂、阿拉爾斷裂等多條大型斷裂，形成了典型的斷階構(gòu)造，上盤基底埋深800～2 600 m，下盤基底埋深4 000～6 000 m，并向盆內(nèi)逐漸變深[23]。該帶以擠壓構(gòu)造樣式為主，主要為基底卷入型逆沖斷層和相關(guān)褶皺。

(2)英雄嶺構(gòu)造帶：該構(gòu)造帶夾持于XI號斷裂和英北斷裂之間，整體為一大型隆起構(gòu)造，地表剝蝕較嚴(yán)重，下干柴溝組—第四系地層均有出露[22]，其中包括獅子溝、干柴溝、咸水泉、油砂山、油泉子、開特米里克等多個次級背斜構(gòu)造。該帶發(fā)育蓋層滑脫型和基底卷入型2大類擠壓構(gòu)造，靠近阿爾金山前發(fā)育正花狀構(gòu)造。

(3)柴西北構(gòu)造帶：該構(gòu)造帶位于英雄嶺北側(cè)，西北部為阿爾金斷裂，東部為一里坪凹陷，地面海拔相對較低，出露上油砂山組、獅子溝組和第四系地層[22]。與英雄嶺構(gòu)造帶相比，該帶變形程度較弱，發(fā)育高角度基底卷入型斷層，構(gòu)造樣式包括背沖斷塊、斷層轉(zhuǎn)折褶皺等，以多個雁列式排布的NW-SE向背斜和斷背斜構(gòu)造為主要特征。

圖2 柴達(dá)木盆地西部地質(zhì)簡圖(a)及分帶差異變形特征(b)Fig.2 Geological map (a) and zonal differential deformation (b) of western Qaidam Basin

3.2 局部分層差異變形

滑脫層的存在是造成分層差異構(gòu)造變形的主要因素，一般滑脫層由具有較強(qiáng)塑性的巖層構(gòu)成，例如鹽巖、膏巖、泥巖、泥灰?guī)r等。該類軟弱巖層受到構(gòu)造作用容易發(fā)生流動，造成滑脫層上下巖層表現(xiàn)出不同的變形特征[1,24]。地震資料證實，柴西地區(qū)并不存在區(qū)域性滑脫層，僅英雄嶺構(gòu)造帶的獅子溝、干柴溝和油砂山構(gòu)造受滑脫層影響，呈現(xiàn)分層差異構(gòu)造特征，而其他構(gòu)造變形無明顯的垂向分層現(xiàn)象。英雄嶺地區(qū)滑脫層為下干柴溝組上段地層，主要由膏巖和鹽巖構(gòu)成[25-26]。地震剖面顯示獅子溝、干柴溝和油砂山構(gòu)造淺部發(fā)育蓋層滑脫型構(gòu)造樣式，主要為背沖斷塊，主斷裂滑脫消失在下干柴溝組上段地層中，深部發(fā)育基底卷入型構(gòu)造，以正反轉(zhuǎn)構(gòu)造和花狀構(gòu)造為主(圖3)。

4 古近系—新近系油田水分布特征

巖心、薄片觀察結(jié)果顯示，柴西地區(qū)古近系—新近系油田水的儲集空間類型主要有孔隙型和裂隙型2種。裂隙型儲集層巖性以湖相細(xì)粒沉積物為主，包括碳酸鹽巖、泥巖和混積巖等，儲集空間主要為斷裂和褶皺形成的構(gòu)造裂縫。其中高角度裂縫占多數(shù)，儲集物性較差，屬于低孔低滲儲層，在英雄嶺和柴西北地區(qū)分布廣泛，如南翼山和獅子溝構(gòu)造下干柴溝組(圖4a-e)。孔隙型儲集層主要受沉積相控制，山前沖積扇、三角洲和濱淺湖灘壩砂巖、含礫砂巖和泥質(zhì)砂巖中孔隙較發(fā)育。儲集空間以粒間孔為主，其次為次生溶孔，儲集物性較好，是柴西南地區(qū)的主要儲集類型(圖4f)。

柴西地區(qū)多個次級構(gòu)造內(nèi)古近系—新近系發(fā)育豐富的油田水，不同構(gòu)造內(nèi)含水層位和水化學(xué)特征差別較大(表1)。柴西南構(gòu)造帶內(nèi)含水層主要為下干柴溝組下段，其次為上干柴溝組和下油砂山組，水化學(xué)類型多，礦化度分布在30.36～155.58 g/L之間。英雄嶺構(gòu)造帶內(nèi)油田水主要賦存在下干柴溝組下段、下干柴溝組上段、上干柴溝組和下油砂山組，油田水礦化度普遍較高，變化范圍在166.01～312.49 g/L之間。柴西北構(gòu)造帶也是油田水較為富集的區(qū)域，水型主要為CaCl2型，主力含水層為下干柴溝組上段、上干柴溝組、下油砂山組和上油砂山組。

5 構(gòu)造對油田水分布的控制

從古近系—新近系油田水的分布特征來看，不同構(gòu)造帶和層系內(nèi)油田水富集程度不同，與差異構(gòu)造變形具有耦合關(guān)系。其中，分層差異構(gòu)造變形導(dǎo)致古近系—新近系油田水垂向的差異分布。英雄嶺構(gòu)造帶的獅子溝和油砂山構(gòu)造下干柴溝組上段發(fā)育膏鹽巖層，其不僅可以充當(dāng)滑脫層來控制上下構(gòu)造形態(tài)，同時可以作為良好的蓋層，將油田水分隔為鹽下和鹽上兩套系統(tǒng)。而英雄嶺其他構(gòu)造由于缺乏膏鹽巖層的遮擋，深部地層水受壓力作用沿斷層上涌，在上干柴溝組、下油砂山組和上油砂山組地層中聚集。

圖3 柴達(dá)木盆地西部次級構(gòu)造變形特征剖面位置見圖2a。Fig.3 Characteristics of secondary tectonic deformation, western Qaidam Basin

圖4 柴達(dá)木盆地西部古近系—新近系油田水儲集空間特征

Fig.4 Characteristics of reservoir porosity in Neogene-Paleogene, western Qaidam Basin

表1 柴達(dá)木盆地西部古近系—新近系不同構(gòu)造帶油田水分布特征

分帶差異變形控制了油田水儲集類型、礦化度和水化學(xué)類型的分布。柴西南受昆北斷裂、阿拉爾斷裂等大型斷裂控制形成斷階構(gòu)造，在河流—三角洲沉積背景下，斷層控制的斷背斜、斷鼻構(gòu)造以及沉積砂體形成了眾多巖性圈閉、巖性—構(gòu)造復(fù)合圈閉，以孔隙型儲層相對發(fā)育為主要特征[23]。同時，受盆地邊緣構(gòu)造位置和多條斷至地表的深大斷裂影響，大氣降水對油田水形成混合稀釋，因此柴西南構(gòu)造帶內(nèi)古近系—新近系油田水礦化度相對較低、水化學(xué)類型復(fù)雜(表1)。英雄嶺構(gòu)造帶和柴西北構(gòu)造帶受擠壓作用影響，在喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動晚期形成多個次級背斜構(gòu)造、斷背斜構(gòu)造，發(fā)育大型構(gòu)造圈閉和大量的裂縫型儲層，為油田水匯聚提供了有利的儲集條件。此外，構(gòu)造位置上靠近湖盆中心，大量的蒸發(fā)鹽和泥質(zhì)巖沉積也為油田水進(jìn)一步封閉演化提供了條件。

新生代以來不同構(gòu)造演化階段對柴西地區(qū)古近系—新近系油田水的分布格局具有重要作用。喜馬拉雅早期運(yùn)動在柴西地區(qū)產(chǎn)生拉張應(yīng)力，受數(shù)條正斷層控制，柴西地區(qū)的英雄嶺一帶發(fā)育斷陷湖盆，形成了有利的蓄水構(gòu)造。同時正斷層通常為溝通基底的深大斷裂，作為深部富含多礦物元素的熱水上涌的通道，為油田水的匯聚與運(yùn)移創(chuàng)造了條件。喜馬拉雅中期運(yùn)動導(dǎo)致擠壓應(yīng)力在柴西地區(qū)占據(jù)主導(dǎo)，開始進(jìn)入弱擠壓演化階段，沉積中心向北東方向遷移，為前期地層水提供了封閉的演化環(huán)境。喜馬拉雅晚期運(yùn)動對柴西地區(qū)的重大影響不僅體現(xiàn)在構(gòu)造變形上，對油田水的富集成藏也具有深遠(yuǎn)影響。該時期強(qiáng)烈的擠壓作用造成柴西地區(qū)快速隆升，背斜和斷裂進(jìn)一步發(fā)育并最終定型。此過程中伴生了大量構(gòu)造裂縫，已經(jīng)封存的原始油田水在壓力作用下通過斷裂向構(gòu)造高部位的裂縫中運(yùn)移。

6 結(jié)論

柴西地區(qū)受喜馬拉雅早、中、晚3期構(gòu)造運(yùn)動影響，經(jīng)歷了始新世—中新世早期斷陷階段、中新世中期—上新世早期拗陷階段和上新世晚期—第四紀(jì)隆升剝蝕階段3個構(gòu)造演化階段?？傮w呈現(xiàn)南北分帶、局部分層的差異構(gòu)造變形特征，古近系—新近系油田水分布與差異構(gòu)造變形具有良好的耦合關(guān)系。英雄嶺和柴西北構(gòu)造帶晚期形成的構(gòu)造裂縫為油田水富集提供了空間；膏鹽巖層的存在控制了油田水的垂向差異分布；多期構(gòu)造演化是控制柴西地區(qū)油田水差異分布的主要因素。喜馬拉雅早期運(yùn)動形成的有利蓄水構(gòu)造和溝通基底的深大斷裂，為油田水的匯聚和進(jìn)一步演化提供了條件；晚期構(gòu)造運(yùn)動增加了裂縫儲集空間，控制了油田水進(jìn)一步富集和調(diào)整。