由若干个形态相似的三级构造组成的带状区,称作二级构造或二级构造带。
二级构造带不仅控制着三级构造的形态、规模、分布、发展史和力学机制,而且还控制着岩性及生、储、盖组合。因此,某些二级构造带往往是油气的聚集地区,反映控制油气的普遍规律,是石油地质工作的勘探重点。
二级构造带的种类很多,如牵引构造带、背斜带、斜坡带、地层尖灭带、超覆带、盐丘、礁块、披覆、嵌入带等。
油气田勘探对象是什么?
长期的勘探实践发现,油气在地壳中是受区域地质构造及岩性、岩相等地质条件的控制而成群、成带有规律出现的。油气藏只是地壳中油气聚集的最小单元。从小到大依次还有油气田、油气聚集带、含油气区和含油气盆地等。为了有效地进行油气田勘探工作,需要研究它们在地壳中的分布规律。
一、油气聚集单元1.构造单元划分一个沉积盆地的构造区划可进一步划分为三级:一级构造、二级构造和三级构造。
一级构造是指根据盆地基底的起伏情况划分的隆起、坳陷和边缘斜坡等。
坳陷是盆地主要发育时期的沉降中心或沉积中心。一般是盆地中沉积地层最全、地层最厚的地方,其中心是生油的有利地区。
隆起是盆地中相对于坳陷地势较高的地方。一般沉积地层不全,即某一时期的沉积地层缺失或被剥蚀,因而厚度不大,不利于生油。
边缘斜坡是盆地中从坳陷到边界的过渡地区。其沉积地层一般是由老到新,呈超覆的接触关系。超覆带往往是储集油气的有利地带。
二级构造是指在一级构造范围内进一步划分的凹陷、凸起、长垣、背斜带和阶地等。
凹陷是盆地中沉积地层最厚的地方,一般是有利的生油区。
凸起、长垣和背斜带都是相对于凹陷的正向构造。一般都是油气聚集的有利地带。
阶地一般是在坳陷与隆起或坳陷与斜坡之间,由阶梯状正断层所形成的平坦地带。有时它也是油气聚集的有利地区。
三级构造也叫局部构造。它是二级构造范围内的背斜、向斜和鼻状构造等。其中背斜和鼻状构造都是油气聚集的有利构造。
2.油气聚集单元1)油气藏油气在单个圈闭中具有统一压力系统的基本聚集称为油气藏。其中“基本聚集”的含义是油气聚集的数量足够大、具有开采价值。人们又把具有开采价值的油气藏称为“工业油气藏”。究竟聚集多大数量的油气才算有开采价值?这要根据当时的政治、经济和技术等各方面的条件和需要进行综合考虑。一般是把经济收益大于全部投资费用的油气藏定为具有开采价值的油气藏。
2)油气田油气田是指受同一局部构造面积控制的油气藏的总和。如果在这个局部构造范围内只有油藏,则称为油田;只有气藏则叫气田;既有油藏又有气藏的则为油气田。
油气田的全部含义,除上述地质学上的概念之外,还应理解为地理上包括一定范围、经济上是基本建设的独立投资核算单位。例如大庆油田的含义就相当广泛了。
3)油气聚集带油气聚集带是指同一个二级构造带中,互有成因联系的、位置邻近的、油气聚集条件相似的一系列油气田的总和。
从油气藏形成的全过程可知,油气运移是区域性的,即运移的主要指向是二级构造带。当二级构造带与生油凹陷连通较好或相距较近时,整个二级构造带各局部构造内的所有圈闭都有可能形成油气藏,致使油气田成群、成带出现而成为油气聚集带。因此,油气聚集带的形成是二级构造带与油源区和储集岩相带有利配合的结果。
4)含油气区含油气区是指在同一大地构造单元内,具有统一的地质发展历史和油气生成、运移及储集条件的地区,包括若干二级构造带和生油凹陷的沉积坳陷。
5)含油气盆地在起伏不平的地壳表面上,那些被山峦或丘陵所环绕的低洼地,地貌学术语称为盆地。
地壳表面上的低洼地(包括陆地上的湖泊和大洋中的海域),在漫长的地质历史过程中不断下沉、接受沉积物,如今已被沉积岩所充填,地质学术语称为沉积盆地。沉积盆地是石油地质勘探工作者首先调查研究的对象。
含油气盆地是指那些在地质历史上曾经发生过油气生成、运移和聚集的沉积盆地。或者说,在其中发现了具有工业价值的油气田的沉积盆地即可称为含油气盆地。也可以说,凡是地壳上具有统一的地质发展史,存在良好的生、储、盖组合和圈闭条件,并已发现油气田的沉积盆地均可称为含油气盆地。
3.油气聚集单元与构造单元的对应关系油气聚集单元与构造单元的对应关系见表3-1。
1 油气聚集单元与构造单元对应关系表构造单元油气聚集单元沉积盆地含油气盆地一级坳陷隆起含油气区二级长垣、凸起背斜带、凹陷油气聚集带三级背斜鼻状构造油气田圈闭油气藏二、油气分布规律大量的勘探实践与科学研究证明,世界上99%的油气田都是在地壳上的沉积岩分布区发现的。因此,石油地质工作者总是把沉积盆地当作主要的勘探对象。如果在一个沉积盆地中发现了油气,其分布是有一定规律的。油气藏的形成与分布受多种因素控制。
1.盆地基底的起伏盆地基底的起伏控制着生油凹陷的形成与分布。在一个沉积盆地中,由于基底结构不同及升降运动的差异,致使有的地区隆起、有的地区沉陷,形成相对的隆起区、坳陷区和斜坡区。相对坳陷或凹陷的沉积中心常常发育着厚度较大的生油层,而成为有利的生油区。隆起和斜坡区因水体较浅,生油层不发育,但储集层相对发育—些。
2.地壳运动的周期性地壳运动的周期性控制着生、储、盖组合的形成与分布。在漫长的地质历史过程中,地壳的升降运动是持续不断的。地壳上某一地区从开始下降到上升结束称为一个周期。地壳运动的一个周期也就相应的形成了一个沉积旋回。一个周期大致可以分为初期下沉、相对稳定下沉、小幅度振荡运动和趋于上升四个阶段。在升降过程中,相应形成了一套由粗到细再到粗的沉积旋回。
一个地区的地壳运动往往是多周期性的,因而形成的沉积也具有多旋回性。一般来说,在每个周期的稳定下沉阶段,容易形成还原相的灰黑色泥岩沉积,是有利的生油岩沉积期。在每个周期从下降至上升的转折阶段,即振荡阶段,往往形成以砂岩为主的沉积,这是有利的储集层沉积期。也就是说,在每一个旋回的中部,生、储、盖组合最有利,含油也最为丰富。碎屑岩沉积是这样,碳酸盐岩沉积基本上也是如此。一般是旋回开始所形成的石灰岩有利于生油;旋回结束时所形成的蒸发岩,如石膏、盐岩等成为良好的盖层;而旋回中期形成的碎屑灰岩、白云岩等有利于储油。
3.岩相古地理条件岩相是在一定沉积环境中所形成的岩石组合。生、储、盖组合是一定沉积环境的产物。岩相古地理条件的变化,对生、储、盖组合的形成与分布有着重要的控制作用。对陆相碎屑岩发育区来说,湖相多为有利的生油区,而三角洲相多为有利的储集区。对海相碳酸盐岩发育区来说,适宜于生油层发育的相带是水体较深的、低能还原环境下形成的泥灰岩、石灰岩发育区。适宜于储集层发育的相带则是水体较浅的、高能氧化环境下形成的碎屑灰岩、介壳灰岩和鲕粒灰岩等发育区。
4.二级构造带综上所述,生、储、盖组合的形成取决于大地构造条件。而油气的富集则受二级构造带的控制。由于各地区地质背景不同,二级构造带的形成与发展也不一样。归结起来主要是继承性的二级构造带和非继承性的二级构造带两种类型。
继承性的二级构造带不仅与盆地坳陷中的生油凹陷相毗邻,而且更重要的是与生油凹陷同时形成并一起持续发育。因此,它也接受了与凹陷相同时期的沉积,仅在岩性和厚度等方面有所区别。凹陷具有良好的生油条件,而二级构造带则具备有利的储油条件。因此,它常常形成高丰度的油气聚集带。
非继承性的二级构造带是指由于受后期的侧压应力等构造运动而形成的二级构造,与古隆起的关系不大。分析非继承性二级构造带与油气聚集的关系时,应遵循的基本原则是:凡是在油气生成及最后一次运移之前或同时形成的二级构造,都有可能形成有利的油气聚集带;反之,则不利。
总之,与生油凹陷匹配的或在二次运移时形成的二级构造带,控制着油气区域性运移和富集。因此,有利的二级构造带是油气勘探的主要目标。
构造体系的划分
南岭地区构造,除以南岭纬向构造体系为主体外,尚有经向、华夏、新华夏等构造体系,以及北西向、华夏式、山字型等构造,构成一幅复杂的构造图案【1】(图1-1)。
(一)纬向构造体系
南岭纬向构造带横贯全区,李四光教授提出:南岭纬向构造带属全球性的巨型纬向构造带,它的主体大致位于北纬23°30′~25°30′之间,在个别地区可以散布到北纬26°左右。在我国西起西南“三江”(金沙江、怒江、澜沧江),中经云南昆明、鹤庆、安宁,横贯广西中部河池、宜山、富川、贺县,都夹有东西向构造形迹的片断。往东入南岭(都庞岭、萌渚岭、越城岭、骑田岭、大庾岭),在湘南、赣南及闽西南以至台湾北部都有比较强大的形迹显现。由于东经107°以西构造形迹零星,本书不予追述外,主要将东经107°以东至东南沿海、北纬23°30′~26°左右范围内加以叙述之。
从邻区的区域构造发展历史,以及本区康氏面、莫氏面等深度图反映(图1-2、图1-3):即广州以北至韶关之间,存在着一条向北倾的近东西向重力梯度带。它较严格地受寻乌—连山东西向深断裂与河源—梧州近东西向深断裂所夹持,它常限制了南北向、北东向、北西向构造或为其所重叠来看,南岭纬向构造带应起源于雪峰期。根据现有资料综合分析,由北往南可以划分四个二级东西向构造带,即:
1.塔山—石城东西向构造带
该带分布于北纬26°~26°20′之间,西起苗儿山,跨过桂湘边境的越城岭,向东经塔山、大义山、彭公山、桂东、石城到福州及其以东海域,断续长达900余公里,构造带的主体在桂东以西主要以海西—印支期和燕山期花岗岩体呈东西分布明显表现出来。桂东以东则以褶皱断裂形式断续展现,大多数褶皱断裂被新华夏系断裂割切或包容,它的形成时间,溯源到海西期以前,至新生代尚有构造形迹显示。
2.九峰—仙游东西向构造带
该带位于北纬25°~25°30′之间,沿湘粤边境东经赣粤边境之大庾岭,向东入赣南,再向东至福建仙游一带,断续延长约600km。其中以西段约180km较为连续,以东西走向之九嶷山复式花岗岩体和九峰复式花岗岩为主体,包括岩体内部及其两侧之冲断裂(破碎带)、褶皱、隆起带、坳陷带所组成;向东经大庾—信丰至福建漳平、仙游及至沿海。燕山期花岗岩断续呈东西向分布,一些冲断裂、褶皱带等亦时有见及,有的被新华夏系构造所包容。在一些背斜轴部尚见有前寒武系或寒武系分布,两翼分布有上古生代地层。
图1-1 南岭及其邻区构造体系分布略图
构造体系名称
Ⅰ纬向构造体系;
Ⅰ1塔山—石城东西向构造带;
Ⅰ2九峰—仙游东西向构造带;
Ⅰ3贵东—蕉岭东西向构造带;
Ⅰ4佛冈—丰良东西向构造带;
Ⅱ经向构造体系;
Ⅱ1新宁—恭城南北向构造带;
Ⅱ2连县—新兴南北向构造带;
Ⅱ3诸广山—热水南北向构造带;
Ⅱ4兴国—安远南北向构造带;
Ⅱ5龙岩南北向构造带;
Ⅱ6浦城—泉州南北向构造带;
Ⅲ华夏构造体系;
Ⅲ1武夷山脉隆起带;
Ⅲ2都昌—江华隆起带;
Ⅲ3雪峰山隆起带;
Ⅳ新华夏构造体系;
Ⅳ1第一沉降带;
Ⅳ2第二隆起带;
Ⅳ3第二沉降带;
Ⅳ4第三隆起带;
Ⅴ山字型构造;
Ⅴ1广西山字型;
Ⅴ2粤北山字型;
Ⅴ3梅县山字型;
Ⅴ4龙岩山字型;
Ⅴ5祁阳山字型;
Ⅵ深大断裂(莫氏面);
Ⅵ1寻乌—连山深大断裂;
Ⅵ2河源—梧州深大断裂
图1-2 粤桂湘康氏面等深度图
图1-3 粤桂湘莫氏面等深度图
3.贵东—蕉岭东西向构造带
该带跨越于北纬24°30′~24°50′之间,西起广西钟山,向东经广东连山、连县、乳源、曲江、江西三南(龙南、定南、全南)到平远蕉岭至福建长泰,断续延长约700km。以东西向分布的燕山期花岗岩为主体,岩体内部及其旁侧发育的褶皱、冲断裂、隆起带、坳陷带及航磁异常推断的深部断裂为其主要组成部分。此带东西向展布的复式花岗岩体极为明显,从西向东为花山、姑婆山、太保(禾洞)、大东山、贵东、九连山,以东至长泰县燕山期花岗岩体断续呈东西向展现。一些背斜轴部出露有东西向震旦系—寒武系地层,沿带控制侏罗、白垩纪盆地。从太保花岗岩体中加里东期花岗岩残余悬垂体呈东西向表明,本构造带发生在加里东运动或其以前,及至新生代尚有活动。
4.佛冈—丰良东西向构造带
该带位于北纬23°40′~24°10′之间,西起桂、粤边境,向东经怀集、佛冈、河源、丰顺至福建云宵一线,断续延长550km,主体由东西向分布的燕山期花岗岩和同方向不同期的褶皱、断裂、隆起带、沉降带及深部断裂所组成。由桂、粤边境至河源一带燕山期花岗岩体呈东西向展布,形迹最为醒目,为一条重要的东西向构造岩浆带。河源以东,则以褶皱、断裂表现断断续续,有的被新华夏系包容或切割。
(二)经向构造体系
南岭地区经向构造形迹,多发育于佛冈—丰良东西向构造带以北,呈等距分布,几乎每隔经度约一度半即出现一条二级南北向构造带,在二级构造带之间,仍有次级的南北向构造发育,由西向东依次为:1.新宁—恭城南北向构造带;2.连县—新兴南北向构造带;3.诸广山—热水南北向构造带;4.兴国—安远南北向构造带;5.龙岩南北向构造带;6.古田—泉州南北向构造带。
1.新宁—恭城南北向构造带
该带位于东经110°42′一线,延长达400km,主要由一系列褶皱、冲断裂、挤压带及花岗岩体呈南北向分布所组成。在新宁县城以北及恭城县城一带为一组明显的南北向褶皱所组成的背向斜,背斜轴部为泥盆系—石炭系地层出露,在褶皱带中常伴随着规模较大的冲断裂。该带中部,加里东期或燕山期花岗岩体断续呈南北向分布。整个构造带展现明显,向南波及到滕县附近,其他地段以南北向为主的冲断裂也较发育。
2.连县—新兴南北向构造带
该带位于东经112°14′~36′,长达420km,主要由一系列褶皱、冲断裂、挤压带、硅化破碎带等所组成。在广宁岩体之西,出现数条南北轴向的震旦系捕虏体。该带是本区展露最明显的一条较大的南北向构造带。除褶皱、断裂、挤压带等表现清晰外,地貌上常形成直线状河谷,卫照亦明显显示【2】。
3.诸广山—热水南北向构造带
该带位于东经113°48′~114。之间,长达320km,主要为燕山期酸性侵入岩沿着南北向构造带多次贯入,及不同地质体中发育的强烈挤压带、冲断裂、硅化破碎带,在沉积岩系中发育的南北向褶皱,以及控制这一沉积的南北向隆起带。该带燕山期花岗岩体纵贯切割九峰—仙游、贵东—蕉岭、佛冈—丰良三条东西向构造带,它们均呈南北向贯穿于东西向岩体中或派生出南北向岩体,并成直角相交,构成南北向分布的岩浆岩条带。该带向北沿湘、赣边境之诸广山、万洋山花岗岩体,以及古老地层组成的隆起带表现出来,及至萍乡以南尚有构造形迹显示。
4.兴国—安远南北向构造带
该带位于东经115°15′~32′之间,长约320km,主要为燕山期花岗岩体呈南北向鱼贯本带中,及不同地质体中发育的南北向褶皱带、挤压带、冲断裂所组成,北段的一些白垩纪盆地亦受南北向构造所控制。该带兴国以北、安远以南构造形迹清晰,中段受NE或NNE向构造斜接干扰,使之不甚明显,但在于都以南尚见有震旦—寒武系组成的南北向背斜轴或被包容于NE向或NNE向构造带中。
5.龙岩南北向构造带
该带位于东经117°一线,长约310km,主要为褶皱、挤压带、冲断裂及燕山期花岗岩体断续分布组成。其中龙岩市以南一段与龙岩山字型脊柱重接,且表现极为强烈,它越过山字型弧顶向南沿粤、闽边境至饶平县境,以较连续的冲断裂出现。龙岩以北则以褶皱冲断裂与花岗岩体呈南北向串珠状分布展现出来。
6.浦城—泉州南北向构造带
该带位于东经118°30′一线,长度大于370km,主要为褶皱带、挤压带、冲断裂及燕山期花岗岩体呈南北向断续分布所组成。其中以一组平行的冲断裂为主组成的南北向构造带较为明显,向北经浦城入浙江省境内,向南受九峰—仙游东西向构造阻截,以南仅少数花岗岩体呈南北向分布。
(三)华夏系构造体系
华夏系是本区较古老的重要基底构造,它可划分为早、晚两期,早期形成于雪峰期,从本区西北侧的雪峰隆起(NE走向)背斜核部为前震旦系、两翼为震旦系及下古生界地层不整合其上为佐证,但又可见到不整合盖层的泥盆系—中三叠统受再次应力作用形成北东向褶皱,即为晚期华夏系产物。
华夏系构造受古纬向构造制约,主体分布在本区北侧并向北伸展,即寻乌—连山深大断裂以北构造形迹明显,以南仅呈断续或零星出现,从东向西依次划分为:①武夷山隆起带;②都昌—江华隆起带;③雪峰山隆起带。各带均由一组北东向隆褶带和坳褶带组成,伴随有低级别北东向褶皱带和断裂带。这些构造带,由于受其他构造复合及后期构造干扰,其整体常受到一定破坏,特别是受新华夏系改造利用较为明显,它的共同特点是:
(1)早、晚两期华夏系构造发育于两个不同期的“构造层”中,早期以紧密线型褶皱为特征,局部倒转;晚期以相对较开阔的褶皱为主,不整合于古老岩系之上。
(2)构造带延伸方向为45°~60°。
(3)形成时间,震旦系沉积过程中已具雏形,加里东运动发育到高峰,印支运动结束了华夏系历史。
(4)华夏系早期阶段常伴随发育区域变质、混合岩化、片理化带,局部有冲断裂;晚期阶段到印支期又遭受一次变质。
(5)与其他构造体系的关系比较复杂,与东西向构造带局部存在联合,有时亦被东西向构造带所切割;与新华夏系、华夏式构造重接或斜接复合。
(6)北东向坳褶带控制一些地层的沉积,在其背斜轴部与其他构造体系复合处常控制一些花岗岩体的侵入,在华夏系隆起带的边缘,常控制碳硅泥岩型铀矿床的富集与产出,如雪峰隆起带边缘尤为发育。
(四)新华夏系构造体系
新华夏系构造规模宏伟,北北东向隆起带、沉降带和断裂普遍发育。本区系我国东部沿海新华夏系构造带的南端部分,在李四光教授划分的基础上,自东向西划分为:1.第一沉降带;2.第二隆起带;3.第二沉降带;4.第三隆起带,即四个二级构造带。
新华夏系构造体系,是在印支运动以来,在燕山运动和喜马拉雅运动过程及至 近成生发展起来的一个扭动构造体系。按其成生活动时期、构造方向、形变特征及其对建造控制意义,本区新华夏系可划分为早、晚两期:早期成生时间为晚三叠世至晚侏罗世,其构造方向明显偏东,一般多为18°~25°或偏大,局部为40°~50°,常以规模宏伟的断裂伴随以大规模的岩浆活动和强烈的动力变质为特征;晚期新华夏系成生时间为白垩世以来,构造方向为18°~25°。断裂构造发育,往往复合在早期新华夏系构造之上,配套构造十分发育,沿带常控制白垩系—第三系盆地。
1.第一沉降带
该带位于本区东部海域,为一连串北北东向主要为第三和第四纪海相沉积所组成的海盆,纵贯本区台湾海峡以南南西方向向南海延伸,构成一明显的北北东向沉降带。
2.第二隆起带
该带系由一系列的北北东向复式褶皱带、断裂带和岩浆岩带所组成,即自东向西分布着四条二级构造带:①闽、粤沿海构造岩浆岩带,主要为燕山期火山岩强烈活动带,该带由褶皱、断裂、变质带及岩浆岩所组成,部分花岗岩及火山岩呈北北东向展布;②怀玉山—武夷山复式隆起带,系由一系列三级隆褶带、坳褶带、中新生代盆地及平行分布的压扭性断裂所组成;③波阳—赣州复式坳褶带和白垩至第三纪盆地呈北北东至北东向斜列分布所组成;④武功山—云雾山复式隆褶带,以区域性大断裂,动力变质带为主,如吴川—四会褶断带,其次为复式褶皱和构造盆地。
3.第二沉降带
该带主要由一系列北北东向复式向斜、盆地及断裂带组成,可划分出两个二级构造带:东带为衡阳—钦州坳褶带,主要是中新生代北北东向盆地发育,盆地中白垩系、第三系发育完好,在本带个别断裂带和背斜发育地段,有花岗岩体分布;西带为宁乡—邵阳坳褶带西南延伸部分,它由一系列北北东向褶皱、断裂及白垩系—第三系红色盆地所组成。
4.第三隆起带
该带仅分布于本区西北隅,它包括雪峰山脉及武陵山脉,由4个二级北北东向隆褶带、断褶带所组成。
(五)山字型构造
南岭地区山字型构造不下十余个,其中属大型山字型构造的有广西山字型构造、粤北山字型构造、祁阳山字型构造、赣南山字型构造(?)。小型山字型构造有龙岩山字型构造、南靖船场山字型构造、福州山字型构造、大余山字型构造、梅县山字型构造、汝城山字型构造、宜山山字型构造、柳州山字型构造等。其中广西山字型构造、粤北山字型构造、梅县山字型构造相互承接,弧顶朝南,气势雄伟。唯祁阳山字型构造弧顶向西,独具一格。它们的共同特点为:
(1)沿一定纬度分布,基本上在南岭纬向构造带分布范围内,在相隔一定经度的位置上出现。除祁阳山字型构造系受东西向压应力所形成,其受连县—新兴经向构造带所制约并展布于本区北缘外,其他山字型构造均控制在本区范围内。至于广西山字型构造弧顶已越过本区南界北纬23°30′,从粤桂湘莫氏面等深图表明,河源—梧州深部断裂向西过梧州以后方向折转南西,适与广西山字型构造前弧东翼相吻合,说明河源—梧州深部断裂曾控制着山字型构造的发展。
(2)它们虽然规模及发育程度不尽相同,但形成的机理及组合形式相同,至少具有前弧与脊柱主要要素,有的还有较完整的反射弧及马蹄形盾地。
(3)山字型构造常与其他构造体系复合,其与新华夏系复合时,往往控制一些铀矿床。
现仅将广西、粤北两个有代表性的山字型构造及毗邻区有特殊意义的祁阳山字型构造简述于下。
1.广西山字型构造
本山字型构造为李四光教授最先厘定的构造之一,它横跨广西全境,其东西两翼延展于湖南和贵州两地区。大体位处于东经104°~112°,北纬23°~27°之间。弧顶位于宾阳,黎塘一带,东西两翼横跨520km,弧顶至脊柱北端300km,为一显目的山字型构造。
广西山字型构造的发育,根据前弧东翼大瑶山背斜轴部为下古生界变质岩系,两翼则由下泥盆统砂页岩等组成。据此推论山字型构造的形成大致在晚泥盆世开始,至二叠纪即东吴运动发生之后,前弧基本形成;而从西翼大明山背斜轴部亦由下古生界变质岩系所组成,两翼为上古生界或三叠系分析,前弧至印支运动以后进一步完善,大体形成现今模样。
2.粤北山字型构造
本山字型构造展布于广东北部。弧顶在英德县连江口附近,东翼沿滃江一直伸延至赣南之全南、龙南等地。西翼沿连江呈北西方向抵连县以北,至东陂圩以北渐转东西,渐次又由东西转向南西,构成一个向北凸出的反射弧。脊柱位于乳源、乐昌一带山地,即所谓有名的“瑶山脊柱”。在英德县城附近,形成明显的马蹄形盾地。总体上看,它的东翼开阔,西翼发育完整,东西两翼总宽约300km,弧顶至脊柱北端长达150km。
根据沉积建造及古地理分析,山字型构造的雏形可能在早古生代就已经显现,而从前弧和脊柱部分侏罗系强烈被卷入,而西翼反射弧又明显控制了白垩纪—老第三纪沉积来看,粤北山字型最终是在侏罗纪—白垩纪间形成的。至于脊柱部位某些南北向构造形迹出现有较老地层,它们可能系早期经向构造体系的成分而后被脊柱重接复合所致。
3.祁阳山字型构造
它展布于湖南中部的祁阳、邵阳地区,即东经111°~112°,北纬26°18′~28°之间。它的显著特点是前弧向西凸出,脊柱呈东西走向,南北长140km,东西宽80余公里。这一山字型构造主要由一系列向西凸出的弧形褶皱所组成,前弧顶端位于隆回一带,南翼大体可达零陵附近,北翼端部可至邵阳一带,弧的凹部为衡阳盆地,盆地中偶有泥盆系及下石炭统组成的穹窿背斜凸出于白垩系—第三系红层中,显示有轴向东西隆起的褶曲。在车江等地红层本身,也见有东西向平缓褶皱及其他挤压构造形迹,可能属山字型构造的脊柱成分。从卷入的地层分析,它至少在侏罗纪时就形成雏形,经历了白垩纪—第三纪的发展过程,显然到第三纪才发育完善,它的成生时间比南岭纬向带中山字型构造略晚。
(六)北西向构造
北西向构造各地发育不一,主要是形成一些北西向的褶皱、断裂和挤压带,常与北东向构造对应产出,但其构造规模较小,与北东向构造相比大为逊色。其主要特点是:
(1)在空间上展布比较断续,但它们断续出露大体在同一构造线方向上,总体走向310°~320°,常与华夏方向主干构造近乎垂直,有的穿越了华夏构造带,有的则夹持于两个华夏构造带之间或隅于其一侧。
(2)断裂性质主要属压性或压扭性。
(3)断裂组合成带,有时与褶皱相伴产出,断裂一般切割较深,地貌标志一般较明显。
(4)根据构造带被卷入的地层时代及构造穿切关系,其成生时代早者形成于泥盆纪前,也有晚古生代形成的,还有中新生代形成的。大体上较早形成的以褶皱为主,中新生代以来形成的以断裂为主。前者分布局限,后者分布较广。
(5)它们对不同类型的岩浆岩有一定的控制作用,其中中生代中酸或酸性浅成侵入体(斑岩)断续贯串于该构造带中。是铜、锡、金、多金属矿床的重要控矿构造,特别是斑岩锡、铜多金属矿床尤为突出。
它能否成为一个独立的构造体系,目前尚有争议。
(七)华夏式构造
华夏式构造是本区出现的一种多字型构造,它的主体是走向北东-南西的褶皱、扭压性断裂。这一构造分布比较广泛,但远不如华夏系和新华夏系那样发育。它的地理分布、展布方向、力学性质和组合规律,都与华夏系构造非常相似,但华夏系是一个比较古老的构造体系,而华夏式构造则发生较晚,大致在新华夏系发育后期—晚白垩世至第三纪才展现。它常与其他构造体系发生复合,从总体上看,华夏式构造一般截切新华夏系,但也有被新华夏系穿插。华夏式构造在本区新华夏系一级隆起带上或翼部,则形成一系列由白垩系—第三系组成的盆地式坳褶。当规模较大的华夏式断裂跨越新华夏系二级坳褶带时,也形成一系列平行斜列的由第三系或白垩系—第三系组成的所谓“单断盆地”。华夏式构造尽管规模较大,但褶皱幅度并不很大,断裂带挤压作用并不强,岩浆活动也较贫乏,目前已肯定仅控制玄武岩浆喷溢。
根据发生时间,展布方位,与红盆地关系等因素,有人把它划分为独立的构造体系;但亦有人认为它是继承性活动的华夏系构造体系;还有人认为它可能属新华夏系之配套构造成分(泰山式)。
沉积盆地的定义与分类
一、沉积盆地的定义
盆地作为一个地貌术语是指岩石圈表面三度空间上的凹地。早期对沉积盆地的定义:向一个共同中心倾斜的岩层,其中岩层由四方八面向中心倾斜(丹尼斯,1983)。
李国玉等(2002)认为,凡是地壳上陷落而充满沉积岩的地方均可称为沉积盆地。沉积盆地均应含油气,但有工业性和非工业性之别。从地质角度讲,沉积盆地内,除石油天然气外,煤炭、油页岩也是主要能源矿种。其次还会有重要的金属矿和铀矿等。
陆克政(2001)认为:含油气盆地是含有油气的盆地,即指已经发现有油气的盆地。确切地说,含油气盆地是具备成烃要素、有过成烃过程并已发现有商业价值的油气聚集的沉积盆地。
王成善等(2003a)对沉积盆地的定义为:地球表面或者可以说岩石圈表面相对长时期沉降的区域,换言之,是基底表面相对于海平面长期洼陷或坳陷并接受沉积物沉积充填的地区。沉积盆地既可以接受物源区搬运来的沉积物,也可充填相对近源的火山喷出物质,当然也接受原地化学、生物及机械作用形成的盆内沉积物。因此,沉积盆地既可是大洋深海、大陆架,也可以是海岸、山前、山间地带。从构造意义上说,沉积盆地是地表的“负性区”。相反,地表除沉积盆地以外的其他区域都是遭受侵蚀的剥蚀区,即沉积物的物源区,这种剥蚀区是构造上相对隆起的“正性区”。隆起的正性区遭受侵蚀剥蚀,使其剥蚀下来的物质向负性的沉积盆地迁移,并在盆地中堆积下来,这实际上就是一种均衡调整(或称补偿)作用。
孙万禄(2005),将原始沉积岩层或是经过构造变形后下拗的沉积岩层,其褶皱核部由较新地层组成的(复式)向斜定义为沉积构造盆地,而将经过构造变形不完整的盆地称为盆(地残)片。赋存石油与天然气(含煤成气)的沉积构造盆地称含油气盆地。赋存煤炭的沉积构造盆地称为含煤盆地。赋存煤层气的沉积构造盆地称为含煤层气盆地。
《地球科学大辞典》(2005a)对沉积盆地的定义为:相当厚的沉积物充填的地壳大型坳陷。从石油地质学看,要使一定面积上沉积物能堆积到相当大的厚度,该地区的地壳必然在整体上具有下沉趋势,即它是与沉积同时的同生坳陷。一个沉积区有自己的边界,在边界内沉积物有规律地分布,反映了沉积时或沉积岩原生状态时的古地理—古构造环境,因而它又可称为原生盆地或原型盆地。
按目前公认的定义,沉积盆地是指“地壳中凹陷下沉并有沉积物堆积的大范围低洼地区。有盆形、槽形、湾形等。按不同特点可以分为大洋型地壳盆地、大陆型地壳盆地以及过渡型地壳盆地;大陆边缘盆地、克拉通盆地以及断陷盆地等。”(《地球科学大辞典》编委会,2005a)
经综合考虑,本书给予二氧化碳地质储存沉积盆地(carbondioxidestoragebasin)的定义是,具有良好的储盖组合和圈闭条件,可供工程性CO2地质储存的沉积盆地。
上述定义,从不同角度对沉积盆地的特征进行了高度概括。此外,下列概念对沉积盆地的理解亦有帮助(《地球科学大辞典》编委会,2005b)。
原型盆地(prototype basin,protogenous basin):又称原生盆地(primary basin)。巨厚沉积物沉积阶段的盆地原型。强调从现有的沉积实体去恢复沉积时的古地理和古构造来认识原型盆地,有利于揭示生烃和储集之沉积物的分布规律。
构造盆地(tectonic basin):①四周地层向中心倾斜的大型坳陷区,平面上为近浑圆形的大型向斜构造,曾发生持续沉降并为巨厚沉积物所充填的地区,是地台区的典型构造类型之一,有时和地理学上的盆地相一致(如塔里木盆地),有时又与地理学上的盆地不同(如鄂尔多斯盆地)。②造山带中一种窄长型的、中小型的断陷盆地,即山间盆地。
改造型盆地(reforme dbasin):又称残留盆地(relictbasin)。经过不同程度改造的沉积盆地。地质历史上的沉积盆地大多经历不同程度的改造作用,改造型盆地的研究要侧重地质历史中沉积物的变化过程,强调对现存沉积岩实体和保存下来的油气的研究。
叠合盆地(superimposedbasin,superimpositionbasin):又称叠加盆地。若干不同盆地(不同构造层)纵向叠置的一种复杂结构的盆地。每个时期的盆地都有自己相对独立的原型,不同原型的叠加反映了古地理环境和古构造格局的演变。因而后期沉积不仅可与前期沉积范围不同,而且是对前期原型盆地的改造。
盆地基底(basementofbasin):①基底一词来自大地构造研究的地槽-地台学说。当地槽转化为地台时,其各类沉积建造经历了相当强的变形和/或变质。而与其上的地台型沉积建造构成明显的不同。前者称为基底,后者称为盖层。因而盆地基底就是其下的变质岩或结晶岩。经深入研究发现,古老地台上的盖层底部可有轻微变质,有时出现基底和盖层间的过渡性的建造。②在石油地质学中,当目标主要针对较年轻的盆地沉积(如中、新生界)时,也可把盆地沉积之前较老的沉积岩(它们之间有明显的角度不整合和构造的不吻合性)也称为基底,这时可特称盆地具双重基底。
需要指出的是,当我们使用盆地这一术语时,不一定是指沉积盆地。实际上,盆地有3种类型:地貌的、构造的和沉积的(王成善等,2003)。地貌盆地是被高地天然围绕的地表低地区,地貌盆地有陆上的,也有水下的。陆上地貌盆地从封闭洼地(山间平原)到流贯大陆的冲积河谷,前者如现今中国的四川盆地,后者如亚马孙(Amazon)盆地。这些坳陷可以是被沉积物或火山喷出物质充满,形成充填盆地,也可能是未被充填满的或者是大部分被水和空气充填的,形成所谓的饥饿盆地(starved basin)。从均衡观点来看,后者属欠补偿盆地。水下地貌盆地从冰缘、冰核近湖泊到洋盆都有。地貌盆地的存在,对于沉积盆地的形成是必需的。
把构造盆地或沉积盆地与地貌盆地区别开来是一个很重要的问题。前者是沉积盆地后期变形和构造破坏的结果。如四川盆地,现今时期属于地貌盆地;当我们研究古代沉积物时也把它称之为四川盆地,就属于构造盆地的范畴。对于古老的沉积盆地,保存下来的大都呈构造盆地,甚至有些在板块运动中已消减到岩石圈再循环。
二、沉积盆地的分类
20世纪40年代以来,人们就一直不停地对沉积盆地进行着分类,各派纷争,互有推进。综合而言,主要的分类参数有:①地壳类型:大陆壳、洋壳、过渡壳;②板块的运动形式:聚敛型、离散型、转换型;③在板块上的位置:克拉通内、克拉通边缘、洋中脊等。
陈昭年(2005)根据盆地发育的地球动力学环境,将沉积盆地分为3大类:裂陷盆地、压陷盆地和走滑拉分盆地,进而依据其所处大地构造位置和盆地发育特征把盆地细分为10个亚类。
(一)裂陷盆地
就目前的统计资料看,拉张环境发育的裂陷盆地是最重要的产油盆地,这在中国尤为突出,如1992年全国总产油量(约1.4×108t)中有超过80%的产于裂陷型含油气盆地。该类盆地的形成往往与岩石圈减薄、破裂有关,地幔上涌和岩石圈内部的韧性剪切(Morley,1989)可能是引起岩石圈减薄的主导因素。
图3-4裂陷盆地演化示意图
1.陆内裂谷盆地
裂谷是指由于整个岩石圈减薄和遭受伸展破裂而引起的,并且常常是一侧为正断层限制的断陷盆地。内陆裂谷位于陆壳板块内部,由于地幔物质上涌使岩石圈减薄,在地壳上部产生张性破裂,并逐渐演变成裂谷盆地。由于处于大陆扩张初期,岩石圈并未被拉开,只是当裂陷发育到一定程度时,地幔物质趋于稳定,裂谷的发育也由断陷阶段转化为坳陷阶段(热沉降阶段)(图3-4)。
该类盆地的一般特点是:①位于大陆板块内部;②沉积盖层常具有双层结构———下部的断陷期沉积和上部的坳陷期沉积,后者的范围一般超越了断层的控制范围;③地温梯度高(一般大于3℃/100m),裂谷发育初期常有基性喷出岩;④同沉积正断层控制着断陷及盆地格架,断层常为铲型,控制的断陷形态有箕状和地堑式;⑤主要圈闭类型有滚动背斜、掀斜断块、底辟及地层圈闭。当后期受到挤压或走滑应力作用时可发育挤压背斜或雁列褶皱。中国目前最大的产油区———松辽盆地即是此类型盆地。
不同发育阶段的裂谷有不同的形态特征。如东非裂谷、莱茵地堑仅经历了裂谷期;而北海盆地、松辽盆地、渤海湾盆地经过了从断陷到坳陷的演化过程。两类裂谷形态存在明显差异,后一类盆地对油气聚集更有利。
图3-5威林斯顿盆地麦迪生灰岩(密西西比亚系)顶部构造等高线图与横剖面图(据陈发景,1982)
2.陆内坳陷盆地
这类盆地位于克拉通内部,平面上呈近圆形,剖面上为碟状(图3-5)。构造一般比较简单,主要为长垣隆起和穹隆。沉积特征是:在剖面的最下部和最上部及局部边缘为非海相地层,中部发育典型的浅海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积;沉积厚度可小可大,如美国的伊利诺伊盆地、密执安盆地、威林斯顿盆地等,一般为3000~4000m,而西西伯利亚盆地中新生界就厚达4000~8000m。
关于这类盆地的成因,有人认为是重力作用的结果,Dickinson(1976)则把其归因于地幔上涌。开始它可使地壳隆起并形成张裂地堑,但并未继续裂开发育成裂谷,而是整体下沉接受坳陷型沉积。地幔上涌形成的地堑张裂常显示三叉形式,其后热沉降影响的区域是以地幔柱为中心的圆形,因此该类盆地呈近圆形。盆地坳陷深度与地幔上涌的强度和持续时间成正比。一般来说,该类盆地地温梯度较低。
3.大陆边缘盆地
位于离散型板块边缘,也称被动大陆边缘或大西洋型大陆边缘。在被动大陆边缘的滨岸区、陆架区和陆坡区,常发育良好的含油气盆地。其下部常为裂谷期陆相沉积;上部为向海推进的陆相或浅海相陆源碎屑、碳酸盐岩、三角洲和水下扇。Dickinson把这种陆缘沉积称为冒地斜棱柱体(图3-6)。
大陆边缘盆地的演化经历了内陆裂谷、陆间裂谷、窄大洋和大西洋4个阶段。
这类盆地具有良好的储、盖组合和圈闭条件,因而有丰富的油气资源。圈闭类型与裂谷盆地基本一致,而生物礁的发育更增加了其油气潜力。陆缘盆地主要分布在大西洋沿岸,南海北缘的珠江口盆地和莺-琼盆地已证明具有丰富的油气资源。
4.陆间裂谷盆地
当内陆裂谷进一步拉开、地壳强烈减薄、形成过渡壳时,内陆裂谷就演变成陆间裂谷,当陆壳完全分开时,裂谷轴部可有部分洋壳发育(图3-7),因此也称为原始大洋裂谷。如果进一步扩张,就形成了洋盆。
较典型的陆间裂谷盆地有红海裂谷和加利福尼亚湾。该类盆地早、中期演化与内陆裂谷发展的早、中期相同,地层为沉积岩、熔岩和蒸发岩。当有河流在裂谷末端注入时,三角洲或浊流沉积会代替蒸发岩。
5.新生洋盆
当大陆完全被拉开,形成以洋壳为基底的新生盆地时称为新生洋盆。洋中脊的不断扩张使洋盆不断扩大,大洋岩石圈逐渐下沉形成宽阔平坦的坳陷,沉积很薄,但从洋中脊向外逐渐加厚,可形成浊积深海平原。该类盆地的石油地质意义不大。
图3-6冒地斜棱柱体演化示意图(据Dickinson,1976)
图3-7原始大洋裂谷示意图(据Dickinson,1976)(A)准大陆过渡型地壳;(B)准大洋过渡型地壳
(二)压陷盆地
压陷盆地主要发育在汇聚板块边界及周围。如大洋岩石圈向大陆岩石圈之下俯冲形成的沟弧系,可发育弧后前陆盆地、弧前盆地。当大陆岩石圈相互碰撞时会发育碰撞造山带,在造山带两侧和克拉通边缘可形成周缘前陆盆地。碰撞造山带演化后期存在残留洋盆,造山带内和造山带之间可发育山间盆地。
压陷盆地主要发育缩短构造,如逆冲断裂带、推覆体、挤压断块、不对称背斜和压扭性构造等。前陆盆地和山间盆地具有丰富的油气资源。
1.前陆盆地
前陆盆地(forelandbasin)是指位于线性收缩造山带前缘和相邻稳定克拉通间的狭长盆地。根据前陆盆地所处的大地构造位置可分为周缘前陆盆地(图3-8)和弧后前陆盆地(图3-9)。盆地横剖面呈由造山带侧翼向克拉通减薄的不对称楔状,平面上平行于造山带展布。
图3-8与碰撞造山带毗邻的周缘前陆盆地简图(据Dickinson,1976)
图3-9弧后前陆盆地横剖面简图(据Dikinson,1976)
无论是周缘前陆盆地还是弧后前陆盆地,其本质特点是:①均发育在大陆型地壳上;②由造山带中冲断席载荷引起的挠曲沉降形成;③与板块之间的相互聚敛运动和板块挤压的构造环境有关。
前陆盆地由四个分隔的构造沉积带组成(图3-10),根据这些沉积带与逆冲带的几何关系将它们分别称为逆冲楔顶部带、前渊带、前隆带和隆外凹陷带(DeCellesetal.,1996)。
图3-10前陆盆地组成示意图(据DeCellesetal.,1996,修改)
前陆盆地造山带一侧发育向前陆区逆冲推覆的褶皱-冲断层带,主要断面为倾向造山带的铲形或阶梯状,常呈叠瓦状组合;盆地近克拉通一侧沉积组合常见的有洪积-河流-三角洲相和浅海相,有时有浊积岩,碎屑物源主要来自造山带,克拉通为次要物源区。沉降中心常逐渐向克拉通方向迁移。
前陆盆地具有丰富的油气资源。西北地区的酒泉-民乐盆地为祁连山北缘前陆盆地,酒泉西部盆地的玉门油田是我国最老的石油工业基地。昆仑山、天山、祁连山等造山带前缘均发育有新生代前陆盆地。
2.山间盆地
山间盆地指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳(通常是克拉通或早期的褶皱带)为基底的压陷盆地,即以逆断层为盆地边界的断陷盆地(图3-11)。如天山褶皱带中的尤尔都斯和焉耆盆地等一些小型盆地。盆地四周被山系所限,造山带附近仍发育向盆内逆冲的褶皱-冲断带,规模可能比前陆区小,山前可以呈向盆内减薄的楔状,但影响范围不大;四周均为物源区,沉积组合主要为冲积、河流、湖相及浅海相。山间盆地除受挤压作用外,走滑断层也常常发育,如柴达木盆地西缘的阿尔金走滑断裂带的活动使盆地内发育典型压扭构造。因造山带一侧向盆内逆冲推覆,可能在褶皱冲断带下掩覆了前陆盆地或山间盆地的部分。
图3-11沿碰撞造山带内部发育的山间盆地简图(据G.Einsele,1992)
3.弧前盆地
位于岛弧与海沟之间,基底性质取决于岛弧与海沟间地壳的性质,可以是陆壳,也可以是洋壳或过渡壳(图3-12)。弧前盆地沉积主要来自岩浆岛弧的碎屑物,水深取决于盆地性质与补偿关系。下伏为残留洋壳时海水可能较深,可沉积含火山灰的深水细浊积岩和浅水粗浊积岩、陆棚砂岩和三角洲砂岩。物源也可以是非火山高地侵蚀碎屑,赤道区盆缘可形成珊瑚礁。
弧前盆地近岛弧一侧为脆性破裂,发育正断层;近海沟一侧挤压性褶皱、冲断层发育。当斜向俯冲时也可产生走滑断层。
4.残留洋盆
洋壳板块消减末期,陆壳板块发生碰撞,碰撞缝合带走向上结合的时间不一致,使部分地带残存老洋盆,这种收缩大洋盆地叫残留洋盆(图3-13)。盆缘形成大型三角洲体系,向海盆发育海底扇并覆于远洋沉积之上,这种浊积岩就是前造山期复理石。
沿喜马拉雅山构造走向出现的恒河三角洲和孟加拉湾海底扇就是这种侧向变化和穿时相发育的表现。随着俯冲、碰撞的继续,残留洋盆逐渐缩小、封闭消失,同时前陆盆地不断扩大,磨拉石覆于复理石沉积之上。这种盆地沉积往往与前陆盆地叠合成为油气勘探的目标层系,具有一定的潜力。
图3-12海沟、斜坡盆地和孤前盆地发育示意图(据Dickinson,1976)自上而下表示时间从早到晚
图3-13碰撞造山缝合带发育使残留大洋盆地逐渐封闭简图(据G.Einsele,1992)
(三)拉分盆地
拉分盆地(pull-apartbasin)发育于区域性走滑断裂带附近,由于两侧断块的相向运动而形成。这种盆地平面上常呈菱形,走滑断层为两个长边边界,正断层为短边边界(图3-14)。由于强烈的走滑运动使地壳下弯,因此在走滑断层一侧往往形成沉降中心。
图3-14所示为在碰撞造山带某处时间上的一系列事件,这一碰撞造山带以穿时封闭为标志,在陆间完全缝合的造山地段侵蚀作用在纵向上扩散沉积物,经过正在移动的过程点沿着构造定向将沉积物供给残留大洋盆地中的复理层浊流海底扇。
拉分盆地不仅在转换型板块边界发育,而且在汇聚型板块边界和大陆板块内部均可产生。沉积速度高,因此岩相变化大,盆地周缘以冲积扇、洪积扇和河流三角洲相为主,向盆地中央迅速过渡为以较深—深湖(海)相为主,并夹有大量的重力流沉积。从这些沉积条件可知,拉分盆地具有油气聚集的基本条件,走滑运动会提供良好的构造圈闭。
实际上,无论是张性还是压性含油气盆地,走滑运动和局部平移均可存在。如果走滑运动对盆地演化起一定控制作用,则可形成张扭性或压扭性盆地,盆内也可发育扭动构造。
图3-14理想的拉分盆地简图(据Crowell,1974)
三、二氧化碳地质储存沉积盆地分类
目前,沉积盆地CO2地质储存研究刚刚开始,暂依现阶段研究需要,按沉积盆地面积、沉积盆地的地域分布以及沉积盆地构造动力学分类等要素初步提出如下建议。
1.沉积盆地面积分类
根据规模盆地可分为:超巨型(>100×104km2)、巨型(50×104~100×104km2)、大型(10×104~50×104km2)、中型(1×104~10×104km2)和小型(<1×104km2)(陈昭年,2005)。
2.二氧化碳地质储存适宜性评价沉积盆地的地域分布分类
根据沉积盆地与大地构造单元的关系,考虑社会经济发展和碳源分布,在李国玉等(2002)分类的基础上,将中国陆域沉积盆地划分为东部、西部、中部和南方四个盆地群(图3-15)。
东部盆地群是指大别山以北、吕梁山以东,包括黑龙江省、吉林省、内蒙古自治区阴山以北和以东的陆上沿海平原地区。主要受太平洋板块的俯冲作用,盆地地质构造多属拉张型,呈NE—NNE向;西部盆地群指贺兰山—横断山以西的崇山峻岭和浩瀚的沙漠地区,主要受印度板块的挤压作用,盆地地质构造属于挤压型,呈NW—近EW向展布。盆地中分布着成排成带的背斜构造,还有大型地层圈闭,边缘多逆掩断层推覆带;中部盆地群位于东、西部盆地群之间的高山和丘陵地带,受太平洋板块和印度板块双重控制,盆地构造属拉张—挤压复合型,呈NE—NNE向,西部边缘有逆掩推覆带;南方盆地群位于大别山—巫山—横断山以南的陆上地区,中三叠世末成为古陆以后一直是隆起区,仅发育中小型沉积盆地。
3.基于CO2地质储存逃逸可能性分析的沉积盆地构造动力学分类
现今在陆相沉积盆地分类中,特别强调了盆地所处的构造动力学环境,即按盆地形成的构造动力学背景划分为张性盆地、压性盆地和剪性盆地(图3-16)。
这一分类常与控盆断裂的力学性质一致,如正断层、逆断层和平移断层;也可与板块边界类型相一致,如离散型、聚敛型和转换型。因此按盆地的动力学环境分类具有广泛的适应性,同时也利于研究构造作用与沉积作用的关系和演化规律。
按构造动力学背景,将陆相沉积盆地划分为张性盆地、压性盆地和剪性盆地,仅是3种最基本的标准类型,实际上自然界地质条件是很复杂的。其动力学环境在时间和空间上都是变化的。即使在同一时期、同一位置,也是既有水平运动分量,又有垂直运动分量,使得控盆断裂具有双重力学性质,因而还存在压剪性或张剪性等过渡型盆地。只有通过深入而详细的地质工作,才能正确认识盆地的动力学背景及其在时空上的变化规律。
图3-15中国沉积盆地的地域分布图(据车自成,2002,略有修改)
图3-16断层动力学模式和盆地的形成(主应力轴σ1>σ2>σ3)(据刘和甫,1996)
此外,断层的性质和产状在很大程度上也决定了断层在CO2地质储存中的封堵或成为CO2逃逸通道的作用。一般受压扭力作用的断层,断裂带接触比较紧密,断层面具有封闭的性质,有利于对CO2的封堵;而张性断层恰好相反,相对有利于CO2逃逸,扭性断层则介于两者之间。
鉴于中国沉积盆地多数是在地质历史时期板块构造环境下形成的产物,而盆地定型构造大都发生在板内体制下。因此,现代板块体制下的沉积盆地构造类型划分方案,并不适合现今中国沉积盆地的构造类型划分。从CO2地质储存逃逸角度考虑,基于现今沉积盆地变形的动力学环境,将盆地构造类型划分为压性、压扭性、扭性、张扭性和张性5类。
四、沉积盆地地质构造单元划分
在对CO2地质储存沉积盆地构造单元划分时,可参考行标《含油气盆地构造单元划分》(SY/T5978-94,1995)的划分方案(表3-2)。
表3-2沉积盆地构造单元划分表
通常认为,一级构造单元是盆地内的最大一级构造单元,通称一级构造。一般由隆起和坳陷组成,有时也可划出斜坡和断阶(《地球科学大辞典》编委会,2005b)。
二级构造带由若干个形态相似的三级构造组成的带状区,称作二级构造或二级构造带。二级构造带不仅控制着三级构造的形态、规模、分布、发展史和力学机制,而且还控制着岩性及储、盖组合。因此,某些二级构造带往往是油气的聚集地区,反映控制油气的普遍规律,是石油地质工作的勘探重点。二级构造带的种类甚多,如牵引构造带、背斜带、斜坡带、地层尖灭带、超覆带、盐丘、礁块、披覆和嵌入带等等。其中,背斜构造带是盆地中发育最普遍的二级构造带。中国松辽盆地的大庆长垣,就是一个二级构造带。
三级构造是盆地内最低一级构造单元,如背斜和向斜,常被称为三级构造或局部构造,是形成油气田的基本构造单元,也是组成二级构造(带)的基本构造。
关于盆地内的二级构造划分
存在有多种方案,尚未能统一起来。
蒋忠惕(地质矿产部五六二综合大队,1990)认为,盆地内可划分出3个次一级的构造凹陷带(即北部凹陷带、中央凹陷带和南部凹陷带)及两个次一级的构造隆起带(即北部的何其补热拉—司务岗—沱沱河隆起带和南部的戈木日—阿木岗隆起带)形成了盆地内的“三凹两隆”格局。沱沱河隆起是盆地北部东侧边缘的基底隆起,在沱沱河以西的玛章错钦附近,向西倾没于盆地构造层之下;戈木日—阿木岗隆起是盆地南部西侧边缘的基底隆起,在双湖特区(双湖镇)驻地附近,向东倾没于盆地构造层之下(图1-9)。
赵政璋等(2001a)将盆地划分成三个构造单元,即北羌塘坳陷、南羌塘坳陷及羌中隆起带。其中的羌中隆起带是贯穿了整个盆地中部的东西向隆起带。其西段为戈木日—阿木岗隆起,在本文中称为玛依岗日隆起;其东段原称为雀尔茶卡低隆起(实际上其中包括了唐古拉凸起和依仓玛凹陷)(图1-10)。
什么是地质构造等级
构造等级,又称构造级别,简称等级或级别。
系指地质构造的规模大小。结构要素、构造地块和构造体系都有等级之分。构造等级按规模的相大小,划分为一级、二级、三级⋯⋯等,或分为巨型、大型、中型和小型等。一般在一个地区占主导地位的构造,列为一级构造,规模稍小的作为二级构造,依此类推。构造等级和构造序次的概念不同。一般说来,构造等级的级数不能和构造序次同等的次数依次对比。构造等级的划分,在矿产资源勘探、水文地质和工程地质等工作中,有一定的实际意义。
叠合盆地的油气分布
叠合盆地作为含油气盆地的一种特殊类型,基本石油地质条件及油气形成分布的基本特征都与其他类型的含油气盆地是相融的。花太多的笔墨就共性问题进行叙述和讨论对读者无太大帮助,也不是本专著作者的追求。而就叠合盆地油气藏形成与分布的特殊性给予特别的关注,也许会引起读者的兴趣,对相关油气区的石油地质综合研究和勘探实践会多有助益和借鉴的价值。
如前所述,叠合盆地演化历史长。在整个漫长的历史发展过程中,成盆构造背景、成盆机制、热体制、盆地结构、沉积环境、相带展布与组合、层序的继承和迁移以及构造变形风格与波及范围和强度都曾经发生了至少1~2 次的重大变化。这除了使叠合盆地中某些负向单元具备多层系生储油、多期生烃和成藏、油气资源潜力大等特征以外,也造成同一盆地不同负向单元内,相同的沉积层序中油气的生成、运移与聚集成藏的效率与成藏时期、油气聚集和分布的基本面貌等也都有很大的变化。这些变化使得叠合盆地中的油气勘探,不能将从某一个层系或某一个凹陷的研究和勘探实践获得的认识,简单地用于指导新层系或新凹陷的勘探,需要依每个层系或凹陷的特殊性,在认识思路与技术选择上有所不同。本单元就叠合盆地油气形成与分布的特殊性作概略性陈述,以提醒读者在进行叠合盆地研究和勘探时留意。
(一)叠合盆地的地质结构
中国叠合盆地形成大致经历了早古生代离散阶段、晚古生代软碰撞转化阶段和中、新生代强烈碰撞与陆内变形阶段,相应产生了三大套由海相经海陆交互相到陆相的沉积层序在剖面上叠置,构成叠合盆地的三层结构。
古生代是中国大陆离散与聚合对立演化的主要时期。元古宙末期开始,古中国大陆发生离散,各大陆之间是裂陷形成的大洋,构成了早古生代大陆板块与大洋盆地“间列共生”的构造格局,在此背景上发育克拉通内盆地和克拉通边缘盆地,其中克拉通边缘盆地的较大部分在后来的板块碰撞挤压过程中被破坏,部分被保存下来,而分布于克拉通内部的台地型沉积较多地被保存。另外,大陆离散阶段插入克拉通内部的裂陷槽沉积也多被保存下来。晚古生代,伴随大洋盆地的逐渐缩小,构造格局也由洋-陆对峙转为陆-陆敛合,并随着大洋范围的缩小,发生陆-陆间由弱逐渐到强的碰撞,中国大陆开始走向联合。由于碰撞初期造山效应不太剧烈,大陆拼合后广泛发育泛盆地沉积,岩相、岩性横向变化不大。晚古生代晚期—中、新生代,为陆内变形和众多盆地形成阶段,中国大陆也由古生代的南北对立演变为东西分异。受区域构造环境控制,东西分异显著,东部地区主要受滨太平洋构造域控制,总体表现为伸展环境,先发育断陷,后受热衰减沉降作用上叠坳陷盆地,形成早期裂谷盆地与晚期坳陷盆地的叠合,形成大型断陷-坳陷叠合盆地,中生代以松辽盆地最为典型,新生代以渤海湾盆地为代表。西部地区受特提斯构造域控制,早期的克拉通陆块与变形褶皱带之间发生强烈的耦合作用,克拉通块体被封闭起来,向大型陆内坳陷盆地和前陆盆地转化,所以从中生代以来,中西部地区各大陆块之上都基本上发育了以坳陷湖盆为主体的沉积层系,如准噶尔盆地二叠—白垩系,鄂尔多斯盆地的石炭—二叠系与三叠—侏罗系,塔里木盆地的中生界,柴达木盆地的第三—第四系,以及四川盆地的上三叠统—白垩系。沉积表现为水系多、湖域广、湖进湖退频繁交替的特点。在规模较大的盆地边缘,与造山带毗邻地带发育不太典型的前陆盆地,或称为类前陆盆地。基本由陆相沉积物组成,缺乏典型前陆盆地早期阶段的被动大陆边缘和残留洋盆地阶段的海相沉积层序,其叠置的基础多为褶皱造山带或早期其他类型的盆地。此外,第三纪以来的强烈造山作用堆积了过厚的磨拉石沉积,使前陆盆地的几何形态在很大程度上反映这一阶段山前充填的特征,并在喜马拉雅晚期运动中遭受强烈构造变形。
归纳起来,叠合盆地的地质结构主要有以下几种形式。
1.海相克拉通盆地之上叠合中、新生代陆内坳陷盆地或前陆盆地
这类盆地形成经历了古生代克拉通盆地与中、新生代前陆盆地和陆内坳陷盆地发育过程。古生代为稳定克拉通盆地,首先发育海相而后演变为海陆过渡相沉积。中生代以来,由于中西部地区以挤压聚敛作用为主,克拉通周缘发生强烈造山作用,形成逆冲推覆构造,并在克拉通海相盆地之上叠置了前陆型盆地及陆内坳陷盆地。这类叠合盆地主要包括塔里木、四川和鄂尔多斯盆地。其结构表现为边缘复杂,褶皱-冲断带发育;腹部简单,多为平缓的隆起和坳陷间列;深部海相层序呈大隆大坳格局,浅部以区域性抬升和沉降为主,湖盆底床一般起伏不大,水进和水退波及范围较大。同时由于湖盆四周多被山脉所围限,水系很多,物源多变,同种水系形成的砂体的储层规模与物性都有很大变化。此外,岩性、岩相横向变化大,也易于岩性圈闭的形成。然而,由于坳陷湖盆面积大,地势平缓,构造变形较弱,广大盆腹地区局部构造发育差,仅发育一些披覆型低幅度构造。
准噶尔盆地和吐哈盆地与这类叠合盆地类似,只是古老基底之上覆盖的古生界层系已经卷入变形,成为褶皱基底的一部分。早期的盖层沉积从中晚石炭世开始为前陆盆地和陆内坳陷盆地,中、新生代除有短期的弱伸展作用外,也主要表现为前陆盆地和陆内坳陷盆地性质。显示了陆内坳陷盆地和前陆盆地的继承型叠合特征。
2.海相克拉通盆地之上叠合中、新生代裂谷盆地
中生代晚期以来,在中国乃至整个亚洲东部产生引张构造环境,形成一系列裂谷盆地。渤海湾盆地、南华北盆地、江汉盆地、苏北-南黄海盆地等即是叠加在古生代克拉通盆地之上的以老第三纪断陷阶段为主要成盆期的裂谷盆地,从而形成克拉通-裂谷叠合盆地。该类叠合盆地在地质结构上表现为由古生界或中生界的断块山和新生界的断陷充填所构成。古生界原型盆地难以恢复,保存在盆地中的相带,有的有烃源岩、无储盖,有的有“储”有“盖”却无“生”,生储盖组合匹配关系变化很大,断陷充填层序则一凹即是一个生烃灶,断陷发育的充分性决定了油气聚集的丰度和潜力。这类叠合盆地深、浅部油气成藏特征、潜力与分布差异很大。指导勘探的理论和技术都有很大不同。
3.中、新生代陆相断陷与坳陷叠合盆地
这类叠合盆地可以以松辽盆地和渤海湾盆地为代表,主要为陆内伸展断陷与坳陷的叠合。下部呈现明显的垒、堑相间结构,断陷湖盆中有烃源岩发育,上部则为宽缓的坳陷及长垣隆起构造,也有烃源岩发育,不同时期砂体在垂向上错落叠置,构成大规模的席状连片,并往往直接与生油层间互,构成良好的生储盖组合。断、坳叠合盆地在早、晚两个发育阶段所处的地温场有先高后低的变化,沉积组合也有很大不同。油气的分布也泾渭分明。从中国情况看,发育时代较早的盆地(如中生代)下气上油,较晚的盆地(如新生代)则下油上次生油或浅层气。由于两期盆地继承性较好,尽管深、浅层油气分布的主控因素不一,展布也有很大变化,但油气在空间分布上终归是吻合较好的。
4.裂谷与被动大陆边缘的叠合盆地
东南沿海大陆架诸盆地,以新生代沉积为主体,与渤海湾等新生代裂谷盆地相似,均经历早期断陷和晚期坳陷两个发展阶段。老第三纪裂陷阶段主要为陆相沉积,但坳陷阶段演变为海相沉积。
可见,叠合盆地均经历了漫长的演化历史,是海相、海陆过渡相、陆相多类型多沉积层系与不同时期不同类型沉积盆地的叠加和复合形成的大型叠合盆地。
(二)叠合盆地石油地质特征概述
如前述,中国大陆自显生宙以来,先后经历了古生代大陆板块与大洋板块分与合的演化以及中新生代以来盆-山对立的发展。古生代的克拉通板块都在中新生代衍生出规模不等的陆相沉积盆地,从而形成古生代海相-海陆过渡相与中、新生代陆相叠置发育的多旋回沉积盆地,本文称之为叠合盆地。这类盆地在漫长的历史发展中,由于不同板块及同一板块不同阶段所处构造背景不同,导致不同类型的原型盆地在垂向上叠置、平面上交叉或间列共生。因此同一个叠合盆地的不同层系或不同的负向单元内,不仅生烃与成藏的层系多,而且油气分布具有多样性。
叠合盆地中有丰富的找油气潜力,每个层系都有可能发现大中型油气田,而且大油气田往往有多个,储量增长高峰也有多个,发现的历程往往很长。
叠合盆地的发育不单单是跨越几个构造期的数套沉积层系在垂向上的堆叠,也不应该简单地理解为一个盆地发育多套生烃岩系与存在多套储盖组合和多套勘探目的层系。实际上,盆地的叠合过程使得早晚不同层系中油气的生烃机理和过程、成藏机理和过程、油气分布、各项石油地质要素特征以及资源富集、分散与保持程度等都有很大的差异和变化,产生了很多经典石油地质理论认识无法回答的问题。因此,已有的石油地质理论在用于指导叠合含油气盆地石油地质研究和油气勘探时,需要注入新的思想。要针对叠合盆地的不同层序和不同单元,采用有针对性的勘探思路,选择先进实用的勘探技术组合系列。
本节基于现阶段认识水平,对叠合盆地表现出的石油地质特征概述,并基于作者的感悟和体会,对叠合盆地油气勘探的思路、对策以及为满足不同勘探阶段认识深化的需要,就技术组合使用的必要性和价值,谈谈粗浅看法,具体详细的讨论请见本书第六章有关内容。希望通过画龙点睛式的勾绘,能引起读者关注,对叠合盆地油气分布规律的总结、理论认识的发展与未来油气勘探的突破能够有所贡献。
就现阶段而言,我们已经看到了叠合含油气盆地具有以下诸方面的石油地质特殊性。
(1)叠合盆地中深层多发育超压带。国内外已有多位学者注意到,超压条件下,烃源岩的演化不完全遵从蒂索(Tissot et al.,1978)已有的生烃模式。突出的表现是生烃门限出现的深度比以往认识的更深;液态窗下限的深度也比以往理解的更深,液态窗的跨度比以往确定的要大得多,这可能导致对油气初次运移必须考虑新的动力机制,如压差驱替形成的达西流与热蒸发排烃形成的扩散流等机制。同时深层找油的潜力将大大提高。
(2)统计规律显示,储层的孔隙度和渗透率随着埋藏深度加大会变差,达到一定深度,储层就会因压实与成岩作用强烈而失去储油气的功能,变为非储层。所以按照常理,叠合盆地中深层(西部地区一般在 3500~4500m以下,东部地区一般在 2500~3500m 以下)储层条件会很差,即便存在油气聚集,资源的经济性也不好。但是,叠合盆地的中深层,储层在总体偏差的背景下,有以下几种情况可使储集物性变好,因而增加了在叠合盆地中深层发现大中型油气田的机会:①早成藏(这在叠合盆地中深层很容易发生),即现今埋藏很深的某个目的层段,在地质历史的某个时期,当埋深不够大、储层物性尚好时,就已充注了油气;后来被深埋以后,由于化学胶结等成岩作用几近终止,物性损失不大,因而在现今看来不可能再有优质储层存在的深度,仍有很好的储集层系发育着,其中的油气资源经济性还相当好,这样的例子在准噶尔盆地腹部三叠系以下的层系、塔里木盆地古生代层系都存在;②晚埋藏,即现今埋深很大的层系,实际上被深埋的时间发生很晚。在漫长的地质历史中,并未被深埋过,因而储层的成岩作用并不强烈。而当其被深埋以后,成岩作用未充分发生,因此便有很好的物性条件保存下来。这样的例子出现在塔里木盆地库车地区,那里的白垩系和下第三系现今埋深多在4500~6000m以下,但钻探结果表明,储层物性条件仍较好,天然气产量很高(例如克拉 2 气田单井日产可达(200~300)×104m3)。究其原因是这两套地层只是在距今5~20Ma才开始被深埋的。在此之前,埋藏深度多在1500~2000m左右,因而储层的压实和胶结都不很充分,故有相对优质储层在深层保持着;③受次生作用形成的储层,包括溶蚀作用形成的溶蚀淋滤带、次生白云岩、构造与岩性的联合作用形成的裂缝带、超压产生的支撑作用以及一些破碎的特殊岩类如火山岩和变质岩等,都可以在很大的深度上保存良好的物性条件。我国东部渤海湾盆地第三系沉积层系之下所发育的一些潜山、西部叠合盆地中发育的潜伏古隆起与一些盆地深层发育的火山岩体等,储集物性都不会受埋深的影响过大,可有良好的储集物性。
(3)叠合盆地发育多套烃源岩层系,有多个生烃灶,也经历了多次构造运动。除了油气的生成、运移与聚集成藏有多期次特征外,还有另外一些特点,即:①二级构造带可由多次构造运动的联合作用而产生,因而处在同一个构造带上的不同目标的形成时期有较大变化,这就导致了处于同一个区带、且与生烃凹陷配置关系相当的不同目标的含油气性,因与大量生烃和排烃时期的匹配关系不同,而有较大差别。另外,我国中西部地区发育的叠合盆地生烃灶多出现在沉积层系的中下部(如古生界与中生界中下部三叠—侏罗系),偏上部沉积层系(主要是晚侏罗统—第四系)红层与过补偿沉积偏多。而叠合盆地中很多构造带都是在喜马拉雅期、伴随着印度板块向中国大陆的冲撞及随之而来的愈演愈烈的挤压才产生的。这样,生烃灶与后期构造带因不同期而在分布上有很大交叉。突出的是后期构造带可以穿越石油地质条件差异很大的沉积组合区。现今处在同一带上的不同局部构造,有截然不同的石油地质条件。所以,基于一期成藏单旋回含油气盆地,总结提出的二级构造带的概念,在有些叠合盆地已不完全适用;②叠合盆地由于经历的构造变动多,那些先于构造运动发生所形成的油气,有些已被破坏了,有些在随后的多次运动中发生了不止一次的调整,使其现今所分布的部位和层段已经大大远离了其原始的生烃灶。因此,叠合盆地有些层系,尤其是古生界中的油气分布,已经超出了由对一期成藏单旋回盆地油气藏形成与分布总结而产生的“源控论”,对油气现今分布位置的预测,必须采取“顺藤摸瓜”的方式,在过程恢复与重建的基础上,仔细追踪确定油气藏现今所在的位置,这也是叠合盆地石油地质综合研究最具特点的一个方面;③对叠合盆地中所发育圈闭的理解,也似乎不同于以往。由于叠合盆地中有些沉积层系要么是在造山背景下的过补偿充填(如西部地区第三系再生前陆盆地充填层系),要么是在干旱环境中沉积的(如西部广大地区的白垩系、中下三叠统),要么是在无明显分异背景下形成的泛盆地沉积(如华北克拉通上的寒武—奥陶系、石炭—二叠系与北方地区的侏罗系),因而在有些盆地生储盖匹配不理想。有些有储、有盖却无生油层,有些有生、有盖却没有储层,还有些有生、有储,盖层发育又不理想。因而对圈闭有效性的理解应考虑更全面一些。一些看似很完整的背斜构造,实际上由于或缺少储层,或缺少封闭性,或不具备与烃源岩的沟通关系,而不能称为有效圈闭,需要在系统研究的基础上仔细甄别。
(4)叠合盆地有丰富的油气资源,但油气分布相当复杂。因此,叠合盆地中大油气田的发现不完全遵从已有的简单发现模式,往往有多阶段,而且大发现往往延续的历史很长。此外,由于叠置复合于同一坳(凹)陷中的不同层系所处的盆地背景、原盆地类型与热体制都有很大不同,且叠置层系之间又难免发生过较大的构造变动。因此,剖面上相互为邻的两个层系中,油气生成、聚集与分布都可能存在很大变化。不能从对一个层系的油气勘探获得的认识和经验,简单地照搬用于指导新层系的勘探和认识。这就需要针对不同层系的特点,选择不同的勘探思路和技术,这样对叠合盆地的勘探找油气工作才不会走弯路。同样,每一个新层系或者新坳(凹)陷经过一段时间的勘探和认识积累,就会有新的突破,使大油气田的发现有多个,储量增长呈现多阶段。
凡此种种,都是叠合盆地不同于以往石油地质认识的方面,需要勘探家在与叠合盆地打交道时特别注意。而中国海相层序与世界海相石油地质的不同,本书相关章节都有系统讨论,在此就不一一列举了。
(三)叠合盆地油气分布评价和预测技术
基于叠合盆地的特殊性,对叠合盆地的研究思路应采用“顺藤摸瓜”的方法,针对不同层系、不同勘探阶段采用有效配套的评价研究方法和勘探技术。
叠合盆地的基本特征是多套生烃层系在同一个凹陷中集中发育与不同生烃凹陷在平面上并列发展,油气生成、运移、聚集和调整甚至破坏都往往有多次性。对叠合盆地油气分布研究总的指导思想是:追踪油气成藏的全过程,即“顺藤摸瓜”,以便发现历史上和现今形成的所有油气藏(图1-15)。
图1-15是一幅说明顺藤摸瓜、开展过程研究,以便有效发现叠合盆地中油气资源的图示。图中花盆可以看做是生烃灶,花的枝干看做是油气运移与成藏的过程,而花朵可看做是成藏要素组合关系,亦即有良好匹配就可成藏,亦即“结果”。而果实就是客观的油气成藏了。在很多情况下,地质家的找油气过程,就像让盲人说出一个花盆中哪个枝干上挂有花朵,哪个枝干上又挂有果实一样。而一个盲人要正确回答这一问题的过程,首先是要先摸到花盆,然后从花的根基开始,一枝一枝地向上摸起,直至摸到所有果实和花朵而结束。这样的一个过程,实际上是一个以过程恢复为主导的研究思路。由于叠合盆地中油气的生成、运移和成藏往往表现出多期与多次性,基于对一次生烃和成藏过程的分析研究认识,对叠合盆地多期次生烃和成藏过程的预测往往表现出很大的误差,会大大影响勘探的成功率。因此,我们建议开展以过程重建和恢复为主导的石油地质综合研究,是客观评价叠合盆地油气资源潜力与有效发现油气藏分布的重要途径。
图1-15 叠合盆地研究思路———顺藤摸瓜(盆花模式)
对叠合盆地油气分布的研究流程可归结为“六定”,即对生烃灶的分布、质量与在油气形成中的主次作用首先要准确定位;接着就要对各生烃层系大量生烃和排烃与接踵而至的主要成藏时间要准确定期(包括已形成油气藏的大规模破坏与调整时间),以定准油气系统形成的关键时刻,也就是含油气系统划分与评价关键成图界面的选择;在确切掌握各生烃灶大量生烃和成藏的时间后,要仔细选择成图界面,研究流体历史和流体势,从而确定油气大规模运移的方向、油气资源的空间分配、划分和评价含油气系统,对系统内油气资源潜力要做到准确定量,同时对不同区带与目标含油气性优劣做到准确定级。
一言以蔽之,对叠合盆地的研究要有针对性、层次性和综合性。
叠合盆地油气成藏在时空上的复杂性,要求我们研究中更应注重层次性。一般来说,开展一个地区的研究工作,首先要明确盆地所处的区域构造位置、盆地类型(拉张、走滑、挤压)。然后首先开展区域地质综合研究,包括建立系统、正常的地层层序与区域岩相岩性组合和空间变化。分析确定盆地演化历史与各构造期构造性质与变形特征。结合露头地质调查、重磁电资料及区域地震大剖面解释与标定,确定盆地的基本构造面貌,划分构造单元,确定主力凹陷、主要目的层段与主要区域性生储盖组合,并对各凹陷作分级评价。在筛选出主力凹陷之后,基于深化地质认识与主要区带选择的需要,需要加密二维地震测线,并通过构造解释落实具体的区带面貌与部分重点区带上局部构造的几何形态。在此基础上,选择参数井井位钻探,获取详细的第一性资料并进行系统多类型分析,以达到对盆地生烃历史、沉积历史与构造历史的详细了解。一系列工作完成后,要实现对含油气系统的评价,从中筛选出重点区带,并对有利目标开展更细致的石油地质综合研究,搞清具体生储盖组合空间展布,油气成藏要素与过程在三度空间的组合关系,从中对各目标含油气的把握性与风险以及可供油气宿住的最大空间进行更具体的评价,以指导预探井的部署。在这个阶段,三维地震勘探、层序地层学、储层描述技术、圈闭评价技术、盆地与含油气系统模拟技术等对于客观选择有利勘探区带和最优化选择钻探目标,制定合理的部署方案都是十分重要的。而一旦一个区带钻探获得突破以后,围绕着扩大发现规模与速度而部署的预探和评价钻探工作,就需要在前一个阶段研究和技术使用的基础上,把工作做得更细,诸如对油气运移优势通道的研究、油气在整个区带空间分配的研究、油气藏范围内油气充注历史、油藏特征研究以及整个区带和各有利目标范围内储层横向连续性、非均质性与盖层质量空间变化、断层空间上的封闭性与开启性等,都需要依需求而选择恰当有效的技术进行具体的评价。有些是前一个阶段已经使用的,诸如三维地震相干技术、储层反演技术、层序地层学技术等,本阶段再用,就要求在精度、详细程度与针对性上更好。此外,还要引入油藏地球化学、断层封堵分析技术、断层倾角检测技术、油藏描述技术等,就具体问题通过研究提出客观的结论和认识。
总之,叠合盆地的石油地质综合研究与找油气勘探工作需要根据勘探阶段和任务的需要,有选择地使用技术,并通过技术组合,力求达到“1+1大于2”的效果。叠合盆地每一个阶段的研究和勘探工作都不应该是无层次、无选择的石油地质研究与勘探技术使用的大集成,而要有明确的任务和目标,研究的重点与技术的使用也应从针对性和有效性入手作仔细的甄选。这样,叠合盆地的研究和勘探才会有高水平和高效益。
博罗霍洛复杂构造带
博罗霍洛复杂构造带是斜接于天山东西复杂构造带之上的一个规模巨大的北西西向复杂构造带,是以博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带为主体,与其北侧的艾丁湖沉降构造带、南侧的伊犁-焉耆沉降构造带及发育不全的萨阿尔明-科克铁克断褶构造带共同组成。东西长达1100km。它们以自己独特的、有规律的构造形迹组合,稳定的构造线方向,宏大的规模以及特有的构造发育历史而区别于纬向构造体系,并使天山地区的地质构造更加复杂。李四光教授曾多次指出:天山纬向构造带由于受到其他构造因素的干扰而往北挪动了。因此,西域系与天山地区纬向构造体系的复合,是造成天山西段北挪的主要因素。
博罗霍洛复杂构造带由北向南可以分为5个二级构造带:
(1)艾比湖-艾丁湖沉降带
该带展布于天山北麓,博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带北侧。它在准噶尔盆地的南缘及吐鲁番盆地的西端与纬向构造体系的2个沉降构造带(即乌苏-奇台沉降构造带和伊犁-哈密沉降构造带)斜接复合。两大构造体系的负向复合部位坳陷最深,恰好是2个大的湖泊洼地所在的部位。该沉降带的北部与纬向构造带的乌苏-奇台沉降构造带的复合部位形成了艾比湖,与伊犁-哈密沉降带的复合部位形成我国最低的内陆湖泊艾丁湖(高程为-154m)。
该沉降构造带总体作北西西方向延伸,但带内的盆地和坳陷中心都作东西向延伸,由西北向东南分别为艾比湖凹陷、玛纳斯凹陷、柴窝堡湖凹陷及艾丁湖凹陷,它们彼此以150~200km为间隔,由西北向东南斜列,形成多字型沉降带。
由于博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带新生代以来强烈隆起,并沿隆起部边缘的北西西向压扭性大断裂发生强烈的右行滑动,因而造成一方面盆地的南缘不断北移,二叠纪、三叠纪、侏罗纪、古近纪、新近纪地层都相继隆起,在天山北缘形成低山。另一方面,隆起带内的中、新生代地层都受到褶皱、断裂的破坏。这些褶皱、断裂与北西西向主干断裂组成入字型形式,同时众多褶皱本身又彼此斜列,显示多字型构造的特点。这些低级序的入字型、多字型构造都共同标示了主干断裂具有右行压扭性质。
该沉降构造带是二叠纪以来逐步发育起来的。地层以二叠系、中-新生界为主。下二叠统为一套滨海相及海陆交互的灰绿色碎屑岩建造,以显著的角度不整合覆盖于石炭系之上。上二叠统-下三叠统为紫红、灰绿色砾岩、砂岩、泥岩为主的红色碎屑岩建造。三叠纪中、上统为灰绿色为主的泥岩、砂岩夹煤线。侏罗系中、下统为灰绿色砂岩、泥岩、砾岩及煤层,为主要含煤建造;上统为红色泥岩、砂岩、砾岩。白垩系下统以湖相杂色条带泥质岩为主;上统则属河流相的碎屑岩。古近-新近系为红色碎屑岩建造。
(2)博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带
该带西起伊犁盆地北缘的博罗霍洛山、科古琴山,往东经依连哈比尔尕山直至卡瓦布拉克塔格一带。再向东去,由于强大的原始东西向构造带,即拉台克-库鲁克塔格-阿拉塔格断褶构造带的限制而大大减弱。同时被阿尔金系的北东东向构造带切断,在北山地区只是零星的片段包容于阿尔金系的北东向构造带之中,隔河西走廊与甘肃省境内的祁连山地区北西西构造遥相对应。
该带在新疆境内延伸1300km,它的主体由博罗霍洛复背斜、依连哈比尔尕复背斜、卡瓦布拉克复背斜、克孜勒塔格复向斜等组成。
①博罗霍洛复背斜:西起赛里木湖畔,东至胜利达坂以东,呈北西西向狭长条带展布。复背斜核部主要由震旦亚界和古元古界组成,以志留纪地层出露最广,该地层普遍受不同程度的变质,以中-浅变质的海相碳酸盐岩和碎屑岩建造为主,组成北西西或近东西向的紧闭线性褶皱。褶皱多数不对称,有时倒转,一般向南西方向倒转。褶皱两翼倾角一般40°~80°。无论是复背斜核部或者翼部低级小褶曲都十分复杂。复背斜两翼由泥盆-石炭系的浅变质的火山碎屑岩、火山熔岩及碳酸盐岩组成。复背斜的轴部和两翼都为一系列北西西向的大型压扭性断裂顺走向切割,使复背斜构造显得不够连续和完整。
复背斜西北端科古琴山一带,核部由前寒武系和下古生界组成一系列近东西向的背、向斜,一些近东西向的压性断裂,由北西向南东呈左列式多字型斜列(图2.18)。
图2.18 科古琴山一带北西西向斜列的多字型构造
每一个次级褶皱长达50~80km,褶皱轴面常常向南倒转,褶皱轴面和压性断裂面均以50°~70°的倾角向北倾斜,背斜轴之间具有20km左右的间隔,这一多字型构造清楚地反映了北西西向构造带具有右旋扭动特征。同时科古琴山复背斜核部由前寒武纪地层组成的东西向褶皱可能反映了早期东西向构造的特点,是北西西复向斜叠加于东西向构造之上的一个典型事例。复背斜的两翼泥盆-石炭纪地层明显的呈北西西走向不整合覆盖于其上,两者有着较大的交角。
博罗霍洛复背斜的东南段,背斜轴部出露更窄,多字型排列形式不显著,以北西西方向的紧闭线性褶皱为主,反映出更强烈的北东-南西方向的挤压,右旋扭性质相对较弱。
②依连哈比尔尕复背斜:以中泥盆统为核部,石炭纪地层组成两翼,构成一个完整的复背斜构造。但由于一系列与褶皱轴向一致的压扭大断裂的切割,构造形态已遭破坏,总体看来,它应属博罗霍洛复背斜北翼的大型次褶皱。
依连哈比尔尕复背斜核部中泥盆统以一套厚度近万米的千枚岩化的灰绿-灰色细火山碎屑建造为主,夹少量碎屑岩和碳酸盐沉积。复背斜南翼基本为断裂破坏,只以狭长的断块形式保留下石炭统的灰黑色碎屑岩、灰岩及凝灰岩。复背斜的北翼保存完整,以中石炭统为主。为一套灰黑色火山碎屑岩,下二叠统是一套紫红色-灰绿色的中-基性、中-酸性火山岩。复背斜内部次级褶皱复杂,挤压十分强烈,地层倾角普遍为60°~85°,大型压扭断裂往往与地层走向一致地顺北西西方向延伸,使复背斜北翼形成由南向北推覆的叠瓦式断裂系。依连哈比尔尕复背斜带内,侵入岩不发育,基本没有较大的侵入岩体出露,只在大型压扭性断裂带附近有脉状、长条状或串状超基性岩体分布,并形成较好的玉石矿带。
③卡瓦布拉克复背斜:主要由震旦亚界的变质岩系组成,上部为一套碳酸盐岩,称卡瓦布拉克群;下部为一套片麻岩、结晶片岩,称星星峡群。复背斜的北翼被卡瓦布拉克大断裂切割破坏,南翼主要由厚度很大的泥盆系组成,其下部为碎屑岩建造,上部为碳酸盐岩建造。复背斜总体走向为北西西向,在它的东南段加尔布拉克一带,由于阿尔金系的帕尔岗大断裂将该复背斜拦腰截断,发生较大幅度的左行扭动,使复背斜的西部相对南移,东部相对北推,复背斜的次级褶皱表现为比较完整的北西西走向的紧闭型褶皱,褶皱轴多数向西倾伏(倾伏角30°~40°)。轴面向南倾斜,其北翼地层产状较陡,一般70°~80°,并且常常出现向南倾斜的倒转产状,南翼地层产状较缓,一般在40°~60°。
④克孜勒塔格复向斜:位于卡瓦布拉克复背斜西南,焉耆盆地东北,包括向东南延续部分的梧桐沟-卧龙岗复向斜。
克孜勒塔格复向斜总体走向为北西西向,东南端的卧龙岗一带,由于虾形山地带状构造的干扰局部转为南北向。复向斜的核部由下石炭统及中、上泥盆统的一套以碳酸盐岩建造为主,部分为碎屑岩组成。两翼由下泥盆统和志留系的浅变质的千枚岩、片岩组成。早石炭世地层常以角度不整合覆盖在泥盆系之上,存在于向斜的核部,它们除受到北西西向构造的控制外,同时受到东西向构造体系的控制。复向斜内部的次级褶皱比较复杂,单个背斜、向斜尚有偏向东西方向的趋势,但总体由北西向南东构成一个北西西向的多字型斜列形式,反映了北西西构造带的右行压扭性质。
从岩相古地理的分析可知,该复向斜是在早古生代末期以后形成的沉积槽地的基础上发育起来的。志留纪末卡瓦布拉克复背斜带已经受挤压隆起,泥盆纪时在隆起的南侧形成北西西向的海槽。早泥盆世以陆源碎屑沉积岩为主,中泥盆世沉积了浅海碳酸盐岩建造,晚泥盆世在克孜勒塔格一带发生强烈的火山活动,沉积了一套中、酸性火山岩和火山碎屑岩。但东南哈孜尔布拉克一带仍然为陆源碎屑岩和浅海碳酸盐岩建造。泥盆系沉积厚度5000m以上。这样一个长期处于稳定的沉降状态之半封闭狭长海槽,为沉积型铁矿的形成创造了良好的古地理环境,成为受西域系控制的一个重要成矿带。
博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带除包括上述一系列复背斜、复向斜之外,还发育着一系列大型北西西向平行延伸的压扭性大断裂,其中最重要的有乌拉斯台大断裂(即天山北缘大断裂或乌鲁木齐凹陷南缘大断裂)、亚玛特大断裂、科克巴斯套断裂、兰特达坂断裂、胜利达坂断裂(即依连哈比尔尕大断裂)、松树达坂大断裂(即博罗霍洛大断裂)、科克琴大断裂、马鞍桥大断裂、卡瓦布拉克大断裂、乌勇布克断裂等。这些断裂长度都在数千米以上,其中大断裂规模近百万米。它们的断裂面多数向复背斜带的核部倾斜,层层向外推掩,构成叠瓦式构造,尤以博罗霍洛复背斜的北翼更加明显。这些大型压性断裂与褶皱走向近于平行,都有较宽的断裂破碎带,形成较宽的动力变质带。破碎带和动力变质带中片理、劈理、挤压透镜体、小型伴生褶曲等,与主干断裂近于平行,或者有不大于15°的交角,清楚地说明主干断裂有强烈的挤压或压扭性质。同时断裂带两侧形成了一系列牵引弧型构造、派生旋转构造、入字型构造以及断裂之间褶曲斜列成的多字型构造等,都一致地反映了这些北西西向大断裂具有强烈的右行扭动性质。
这些北西西向大断裂一般都具有长期活动的历史,控制了志留纪、泥盆纪的沉积物分布,切割了古生代和古生代以前的地层,部分切割了古近-新近纪及第四纪的地层。控制了各种类型的不同时代的侵入岩体,超基性岩一般都顺断裂带分布。根据北西西向断裂带内中、新生代沉积盆地的形态,近期地震活动和温泉的分布,可以看出这些断裂最新活动仍很强烈。
博罗霍洛-卡瓦布拉克构造带多期多种类型的侵入岩体广泛发育,主要分布在博罗霍洛复背斜和卡瓦布拉克复背斜的核部。岩体延伸方向与区域构造线的方向一致,呈北西西-南东东向。元古宙和早古生代的侵入岩主要为花岗岩类(γ2和γ3),它们普遍遭到不同程度的变质作用,主要岩石有片麻状花岗岩、糜棱岩、花岗岩、斜长片麻岩、混合岩等,分布小,岩体规模也不大。广泛而大片出露的是晚古生代的多种侵入岩,从库米什到卡瓦布拉克一带所采为数不多的花岗岩同位素样品看,主要集中在这样3个时期:410~439Ma、333~350Ma、225~248Ma,分别相当于志留纪、泥盆纪末至石炭纪、二叠纪末。岩石成分从超基性-酸性都有。超基性、基性及中性侵入岩体一般规模较小,常呈岩株、岩枝和岩盖状产出,顺断裂带呈串珠状分布。中-酸性侵入岩体则主要以大规模的岩基出现,它们显著的特点是岩体的形状、延伸方向和岩体的排列都严格地受到西域构造体系和纬向构造体系的复合控制。在胜利达坂断裂和松树达坂断裂之间的挤压破碎带给岩浆岩的侵入提供了导浆通道和活动空间,形成了宽30~50km,延伸近1000km的构造岩浆岩带。这一构造岩浆岩带也是天山地区重要的控矿构造带,尤其是当它与纬向构造体系及阿尔金构造体系三者交接复合的部分,构成了天山地区最有利的成矿部分。
(3)祁连山构造带
分布于祁连山及其南、北缘。该构造带形成于志留纪末期的构造运动,泥盆系角度不整合于志留系之上,该运动造成一系列走向北西320°~330°方向的褶皱、逆冲断裂以及它们之间夹持的岩块、坳褶带共同组成西域构造体系。自北而南划分为:龙首山断褶带、走廊复向斜带、走廊南山-冷龙岭断褶带、托来南山-大通山断褶带、乌兰达坂山-拉脊山复向斜带等。
本区西域系构造形态特征与祁吕山字形系差别较大。它褶皱强烈,多呈紧密线状,延伸远,规模大,与褶皱平行伴生的压性、压扭性断裂成群出现。这一构造体系的早古生代的沉积物,以较厚碎屑岩、碳酸盐岩为主夹大量中基性火山岩为特点,总厚度达20000m,其中火山岩年龄486~445Ma(夏林圻等,2001)。
寒武-志留系内有、酸性岩体侵入,锆石U-Pb年龄为450Ma左右(苏建平等,2004),其方向与上述断裂、褶皱一致。它还控制本区几个早古生代基性、超基性岩带,并分布于该体系褶皱之轴部附近,其中北祁连山西段石居里辉长岩的锆石U-Pb年龄为457.9Ma(宋忠宝等,2007),而白银矿田基性火山岩的LA-ICP-MS同位素年龄为465Ma(李向民等,2009)。
(4)伊宁-焉耆沉降构造带
博罗霍洛-卡瓦布拉克断褶构造带的南侧为伊宁-焉耆沉降构造带。该带由西向东有伊宁盆地,大、小尤尔都斯盆地,焉耆盆地等一系列规模不大的中、新生代盆地。该带总体呈北西西方向展布,但单个盆地又都有近东西向展布的趋势。盆地的边缘受到东西向、北西向和北东向断裂控制,常呈菱形和三角形盆地,由西北向东南依次斜列,构成多字型。这些盆地是在古生代的褶皱基底上发育起来的,盆地内部主要由侏罗纪、古近-新近纪、第四纪的沉积物组成。
二叠纪末强烈的地壳运动使该区褶皱隆起遭受剥蚀,三叠纪该带基本上没有接受沉积,晚侏罗世,在天山地区基本夷平的基础上开始沉降,接受了一套河、湖、沼泽相的含煤建造沉积,由于气候湿润温暖,这些沉积盆地都具备良好的成煤条件。白垩纪时,随天山整体又一次抬升,该带内和盆地普遍缺失白垩纪沉积。古近-新近纪基本上继承了侏罗纪的盆地,但沉积范围进一步扩大,形成一个大体连通的沉降构造带,以红、褐色砂岩、泥岩及砾岩层为主,新近纪末至第四纪初期由喜马拉雅运动,使天山整体又一次大规模抬升,大、小尤尔都斯盆地都已抬升到3000m。古近-新近纪连通的盆地,由于第四纪的侵蚀切割而分裂成一系列较小的盆地,这些第四纪的小型盆地也清楚地显示多字型排列,以焉耆盆地东段表现得最为典型。
第四纪以来,这个统一的古近-新近纪盆地解体,分隔成博斯腾湖凹陷、乌宗布拉凹陷以及在两者之间的克孜勒凹陷带。克孜勒凹陷带是在2个凹陷之间的北西西向的相对隆起带。内部由一系列近东西向排列的更次一级的凹陷和隆起组成。这些次级盆地单个长为80~150km,宽10~15km,2个盆地的间隔与盆地的宽度相当。这些盆地与隆起,由西北向东南一个一个地斜列,至少有6个比较完整的盆地构成形态完美的多字型构造,显示了西域系的沉降构造带在挽近期复活,发生了显著的右旋扭动。这些隆起和凹陷的边缘常常是压性断裂控制。克孜勒塔格的南缘见到石炭纪地层推覆到古近-新近纪地层之上,说明这一多字型构造的形成,或者说统一的古近-新近纪沉降盆地的解体时在古近-新近纪以后。
(5)萨阿尔明-科克铁克断褶构造带
该带展布与博斯腾湖凹陷西南面,塔里木盆地以北,南天山的中段。主要由北边的萨阿尔明复背斜,中间的琥拉山挤压带,南边的科克铁克复向斜3部分组成。其北与伊宁-焉耆沉降带没有明确界线。伊宁-焉耆沉降构造带是中、新生代以后发育起来的,叠加在古生代构造带之上,与萨阿尔明-科克铁克断褶构造带的北部是上、下两个成因上有联系而生成时期不同的构造层。
①萨阿尔明复背斜:轴向北西西,主要由中泥盆统的一套厚达5000~8000m的碳酸盐岩和海相碎屑岩组成。枢纽呈波状向东倾伏,翼部发育一系列次一级的背斜、向斜及层间褶曲。这些次级褶皱轴面多数向北倾,呈陡斜-倒转的紧闭褶皱形态。复背斜内较大的断裂亦为北西西向,多属高角度冲断裂性质。侵入岩不发育,只在博斯腾湖凹陷的西北面出露大型花岗岩基(γ),长轴与主要构造线方向一致。
②琥拉山挤压带:夹于北西西向的琥拉山断裂和开都河断裂之间,总长200km,宽8~10km,中间狭窄,两头较宽。该挤压带东段和西段有明显的差异,东段主要由震旦亚界长城系一套片岩、片麻岩等古老变质岩系组成北西西向的挤压变质带。挤压变质带内多种侵入岩体发育,带内无论是紧闭褶皱轴、片理、片麻理,还是长条状侵入岩体和主干压性断裂都一致地呈北西西向。琥拉山挤压带的西段主要由上石炭统的一套巨厚的泥质粉砂岩组成,同时出露少量的由巨厚的陆相砾岩组成的二叠纪地层。晚石炭世的巨厚的沉积,可能是在强烈挤压的早期构造应力松弛以后,在挤压带两侧的断裂发生凹陷而形成的。但晚石炭世地层也受到强烈的挤压作用,褶皱形态十分复杂,小型褶曲非常发育。常见到倒转、尖棱、平卧等多种形态的褶曲,总体上构成一个大型不对称式背斜构造,背斜轴面向南倾斜。
③科克铁克向斜:主要由中、上石炭统的凝灰砂岩、凝灰岩组成。该部以泥质粉砂岩为主。向斜中段为北西西向,两端转为东西向,总体略具反S型。褶皱复杂,多为紧闭线状褶曲,两翼基本对称,形状较陡,倾角普遍都在70°以上。南翼部分地区呈现不同程度向南倒转的趋势,由同斜的次级褶曲发育,并随之而生高角度的逆断层。侵入岩活动不强烈,但超基性-酸性各侵入体均有出露。一般呈岩株、岩枝状,严格受构造控制,分布于断裂或裂隙发育地段。内生金属矿产的分布也受到这些断裂岩浆的控制。
构造单元的划分及其构造变形特征
(一)构造单元的划分
根据主控断裂的分布及其性质、构造形态和变形特征以及地层厚度的分布和变化特征等,将长岭断陷划分为4个二级构造单元、12个三级构造单元(图2-17)。二级构造单元分别是:
(1)中央深凹陷带:大安—红岗次凹、乾安次凹、长岭牧场次凹、查干花次凹和伏龙泉次凹,大安低凸、老英台—达尔罕断凸、让字镇南低凸;
(2)西南断隆带;
(3)东部斜坡带:长山断坡、伏龙泉斜坡、查干花背斜和东岭构造带;
(4)孤店断隆带。
(二)构造单元的变形特征
1.中央深凹陷带
中央深凹陷带是长岭断陷的主体组成部分(图2-17),位于长岭断陷的中央地带,由大体相连的5个次凹(大安—红岗次凹、乾安次凹、长岭牧场次凹、查干花次凹和伏龙泉次凹)和3个低凸起(大安低凸起、老英台—达尔罕断凸、让字镇南低凸)组成,是长岭断陷在裂陷阶段的主体沉积场所,也是烃源岩的主要分布区。
大安—红岗次凹和乾安次凹位于断陷的北部,NE走向,它们被一垒块(大安低凸起)分隔。大安—红岗次凹是由红岗—龙沼镇断裂和大安断裂联合控制形成的、基底向东缓倾的断槽,西边界是红岗 龙沼镇断裂,东边界是大安断裂,北部与乾安断陷相连,向南部过渡到西南断阶带。
乾安次凹是由大安东断裂控制而形成的,西边界为大安东断裂,东部逐渐过渡到东部斜坡(它们之间没有明确的边界),南部隔老英台低凸与长岭牧场次凹相望,北部与乾安断陷相连,是长岭断陷沉降幅度和沉积物厚度最大的次凹,是长岭断陷最主要的烃源岩分布区。
长岭牧场次凹和伏龙泉次凹位于断陷的南部区域,总体NW 走向。长岭牧场次凹是由苏公坨断裂和龙凤山断裂联合控制形成的负向沉积构造单元,南以龙凤山断裂为界,西以苏公坨断裂为界,向东逐渐过渡到东部斜坡,北隔老英台低凸和查干花背斜与乾安次凹和伏龙泉次凹相望。其中NW 走向的龙凤山断裂对长岭牧场次凹起主要的控制作用,导致长岭牧场次凹总体为NW 走向。它有两个沉积沉降中心,分别位于次凹的西北部和东南部,中间存在一NNE向的低梁分隔。
伏龙泉次凹位于长岭断陷南部区域的东北侧,由两部分组成。主体部分位于西北部,北边界是孤店—伏龙泉断裂,西隔十分平缓的让字镇低凸与乾安次凹相望,南隔查干花背斜与长岭牧场次凹相望,向东沿孤店 伏龙泉断裂南段边界附近逐渐过渡到次要部分。该部分是由乔家店断裂控制的、相对独立的小型断凹。伏龙泉次凹主体是由北西走向的孤店—伏龙泉断裂控制而形成,造成伏龙泉次凹也主要是NW 走向。
图2-17 长岭断陷构造区划图
查干花次凹规模很小,是长岭断陷规模最小的次凹。主要考虑到它在烃源岩中重要作用,本项研究才把其纳入次凹的范畴。查干花次凹是受达尔罕断裂控制形成的小型箕状断槽,次凹内火山岩十分发育,成为深层天然气勘探十分有利的区域。
分隔乾安次凹和长岭牧场次凹的是老英台 达尔罕断凸。该断凸实际上是一受龙凤山断裂和孤店—伏龙泉断裂控制的滚动背斜,同时由于龙沼镇断裂的活动,该滚动背斜向西倾伏,从而成为低凸起。分隔伏龙泉次凹和乾安次凹的让字镇南低凸幅度很小。
上述几个次凹中,乾安次凹面积最大,累计沉积物厚度也相对最大;长岭牧场次凹面积和累计沉积物厚度均其次,营城组的厚度则相对最大;大安 红岗次凹再次;查干花次凹的面积和沉积物厚度均最小。
2.西南断隆带
西南断隆带位于长岭牧场次凹的南侧,长岭牧场次凹和老英台低凸的西侧(图2-17)。该区域大部分地区坳陷层直接覆盖在基底之上,局部区域存在少量的裂陷系地层,并发育少量断层。
3.东部斜坡带
东部斜坡带位于长岭断陷的东部,主体是一被断裂复杂化的、向东翘倾的斜坡。其中中北段由于孤店 伏龙泉断裂的发育,造成在这一段落斜坡不发育,由伏龙泉次凹直接变化到孤店断隆带。这样,东部斜坡带被孤店断隆的南段——伏龙泉次凹分隔为两块。北块是长山断坡,南块则由伏龙泉斜坡、东岭构造带和查干花断背斜构成。
长山断坡位于长岭断陷的北部区域,向西逐渐过渡到乾安次凹,向东渐变过渡到孤店断隆,是一被少量断裂切割的斜坡,构造变形总体比较简单。
伏龙泉斜坡位于长岭断陷的最东侧,西与查干花背斜相连,北侧和东侧与伏龙泉次凹相接,向南过渡到东岭构造带和长岭牧场次凹,向西与查干花次凹相接。
从构造地质学的角度分析,伏龙泉斜坡,查干花次凹和老英台—达尔罕断凸是一被断裂复杂化的、向西倾伏的滚动断背斜(这里称之为“查干花背斜带”),查干花背斜带是受龙凤山断裂和孤店-伏龙泉断裂活动控制形成的双侧滚动背斜。在背斜的形成过程中,同时受龙沼镇断裂和苏公坨断裂活动的影响,导致该滚动背斜向西倾伏。由于:①该断背斜与长岭断陷的三个次凹都相连,并内有次凹发育,而且是油气运移的指向区;②切割该背斜的达尔罕断裂、查干花西断裂和乾安断裂都是控制火山活动的断裂,区内火山岩广泛分布,储层条件优越;③断裂切割背斜后,容易形成断鼻圈闭,另外也能形成火山岩岩性圈闭;④由于该背斜的向东翘倾,该背斜的东部区域目的层段埋深并不是很大,有利于钻探。从上面的分析可以看出,查干花背斜的油气成藏条件十分优越,是长岭断陷最为有利的勘探区带。
由于乔家店断裂的发育,在乔家店断裂控制的区域形成一很小型的次凹(伏龙泉次凹的次要部分),导致伏龙泉斜坡主体向南翘倾。
东岭构造带位于长岭断陷的东南角,西与长岭牧场次凹相连,北与伏龙泉斜坡相接。
4.孤店断隆带
从盆地构造的角度,孤店断隆是与长岭断陷同级的构造单元。由于它位于长岭断陷探区内,故与长岭断陷其他构造单元一起加以讨论。
孤店断隆位于长岭断陷的东北侧(图2-17),东以孤店断裂和松原断裂为界,西南以孤店 伏龙泉断裂为界,东北以新立断裂为界。孤店断隆两侧的断裂都有一定程度的反转,其中孤店断裂的反转最为强烈。
孤店断隆也是油气运移的有利指向区,如果存在有效圈闭,也容易成藏。
叠合盆地的石油地质特征
叠合盆地具有独特的石油地质特征,这不仅仅是指众多学者已经指出的诸如生烃层系多、生烃凹陷多、成藏期次多、油气资源潜力大与油气分布具多样性等方面。实际上,盆地的叠合过程不能简单地理解为数套沉积层系在垂向上的堆叠,或多套生储盖组合的集中发育。叠合过程使盆地一些层系的生排烃机理与成藏、油气的运聚与分布都出现了与经典石油地质理论认识相悖的现象,相关油气资源的经济性乃至勘探思路与技术选择和使用,都发生了与以往认识不同的变化。
(一)不同层系油气成藏主控因素不同,油气分布存在差异性
就叠合盆地中的海相盆地和陆相盆地而言,它们形成于两个世代、两种不同的构造环境下,成藏主控因素和油气藏分布特点差异十分显著。而就海相与陆相两大类沉积而言,不同演化阶段,由于盆地结构、沉积组合、后续埋藏与变动历史、热体制以及层系间构造变格运动性质与强度等不同,油气的成藏与分布也有很大差异。正确地分析和认识这些差异,有益于有效发现叠合盆地中的油气资源,减少勘探的风险。
1.海、陆相层系油气分布的差异性
古生代海相克拉通盆地与中、新生代陆相盆地叠合后,海相与陆相层系中油气分布存在很大差异。我国海相层系时代古老,多处在沉积层的最底层。有利烃源岩的发育受沉积相带控制。在大陆边缘陆架沉积区和克拉通内闭塞环境,有利于烃源岩的发育,主要的烃源岩为泥质岩及含泥质的碳酸盐岩。而处在大陆边缘外侧的优质烃源岩,部分由于后来的挤压碰撞作用而遭破坏,只有上斜坡部分以及伸入克拉通内部的坳拉槽中有较好的烃源岩被保存下来;克拉通内坳陷盆地中烃源岩的发育与陆相湖盆相似,水体较深的深凹陷烃源岩发育最好。海相层系中,分布最广的烃源岩是台地相,有机质丰度总体上偏低。烃源岩有机质演化程度高,演化历史长,相对于中、新生代陆相盆地来说,天然气资源多于石油资源。海相层系中碳酸盐岩储层较发育,但缺乏礁滩相储层,台地相碳酸盐岩储层物性又普遍不好。这些储层由于时代老,成岩作用强烈,普遍以次生型为主,储层类型包括风化壳岩溶储层、表生岩溶储层、深部岩溶储层以及白云岩储层,且碳酸盐岩储层中灰岩所占的比例较大。因此,孔隙性储层较不发育,裂缝性储层占有较大的比例,储层的非均质性很强。海相层序中缺乏良好的砂岩储层发育,这一方面与海相层序沉积时克拉通内部构造分异差、岩相变化小,碎屑岩与颗粒灰岩所占比例小有关;另一方面也与储层时代较老且被中、新生代盆地叠置而深埋地下、成岩作用强烈有关。所以已发现的一些海相砂岩储层除塔里木盆地石炭系东河砂岩物性良好外,多数海相砂岩储层物性较差,如塔里木盆地的志留系砂岩、鄂尔多斯盆地的石炭—二叠系砂岩等,其中的次生孔隙占有较大的比例。海相沉积层序的地质结构多以大隆、大坳、大断裂带和大斜坡格局为主,油气富集的有利部位主要是古隆起及其斜坡部位,如塔里木盆地塔北、塔中隆起是油气最为富集的地区;鄂尔多斯盆地中央隆起带上,分布有靖边奥陶系大气田;四川盆地天然气藏分布与乐山-龙女寺、开江及泸州古隆起相关。实际上,海相层序中构造圈闭不发育,地层、岩性及其与构造背景的结合形成的复合圈闭是油气赋存的主要场所。因此圈闭的隐蔽性很强,在勘探技术上应主要发展以储层预测为主导的配套技术,包括地震采集、处理和测井-地质-地震联合反演储层预测技术等。
海相盆地油气分布的“源控”特点不是很明显,特别是古隆起经过多期调整改造后,油气分布与烃源岩区之间关系就更不密切。
2.陆相油气藏围绕生烃中心分布,具“源控”特点
与海相层系相比,中、新生代陆相层系中油气分布的总体规律遵从“源控论”。每一个湖盆都构成一个生烃和成藏中心,所不同的是质量和潜力。在生烃凹陷的周围,发育河流-三角洲相沉积体系,生油岩与储集岩可形成较好的侧接组合,有利于油气近距离运移、聚集。在盆地或凹陷的边缘,也是各类构造带集中发育的地区,形成的二级构造带包括断阶带、滚动背斜带、断块潜山带,也包括挤压断裂带、背斜带。油气围绕着生烃中心成环带状分布。已有的陆相石油地质理论完全可用于对陆相层序中油气藏形成与分布的预测。但是需要特别指出三点:一是叠合盆地中深层油气的早成藏,可使深层油气聚集的经济性变好;二是深层超压的存在使生烃过程延长,“液态石油窗”的下限将大大下延,增大了深层成藏的机会,同时伴随排烃对储层产生的溶蚀作用也可改善深层储层的质量;三是多期运动复合作用形成的区带已经部分改变了我们基于二级构造带的概念所建立起来的找油思想。这些都是在叠合盆地陆相层序勘探找油气时所应注意到的。
海、陆相层序在叠合盆地中的叠置可以分为3种情况:一是早期被动陆缘与后期前陆盆地的叠合;二是早期克拉通内坳陷与陆内坳陷盆地的叠合;三是海相层序在陆相盆地中的残存。三种情况导致海、陆相层序叠置后所形成的油气资源潜力、分布与找油的思想和使用技术差异很大。对于诸如早期被动大陆边缘与后期前陆盆地的叠合(图6-5),像鄂尔多斯盆地、塔里木盆地塔西南坳陷属之,前者是贺兰-祁连-秦岭海槽与华北大陆间的被动陆缘与石炭纪以来的前陆盆地的叠置,后者则是古生代长期的被动陆缘与中生代以来的前陆盆地的叠合。这类叠合盆地上、下两套海、陆相层系中,油气聚集类型与分布主控因素变化较大,但空间吻合性还是比较好的,即早期海相层序中形成的油气多分布在大陆向大洋的枢纽带上。这个带在空间上与后续前陆盆地的前缘隆起吻合较好,也是油气聚集的主要部位,如塔西南坳陷的麦盖提斜坡与巴楚凸起、鄂尔多斯盆地的中央隆起及西斜坡等。形成的油气藏应以地层、岩性和复合型为主。而在靠近造山带一侧,强烈的褶皱-冲断作用可能使早期已聚集的油气遭受破坏,晚期由于普遍抬升以及褶皱-冲断作用造成的变质作用使之不具备二次生烃条件,因而就海相层系而言,褶皱-冲断带的勘探前景较差。而在前陆阶段,断裂-背斜带可叠覆于生烃灶之上,构成很好的生储盖与圈闭的三位一体,也是主要的油气聚集单元。
图6-5 延变型叠合盆地油气分布概念图
对于由克拉通台地和台内坳陷与陆相坳陷盆地叠置形成的叠合盆地,如鄂尔多斯盆地腹部、四川盆地,上、下两套沉积层序中所赋存的油气资源潜力差别很大。有的是上、下两套层系都有生烃和成藏的贡献,如四川盆地;有的则可能上层系潜力大、下层系潜力小(如鄂尔多斯盆地),很大程度上取决于叠置范围、原盆地发育规模与保持水平。
海相盆地与陆相盆地叠合的另一种情况,是在古生代克拉通泛海相盆地之上叠置裂谷盆地(图6-6),如渤海湾盆地。其中,古生代海相层序与湖相断陷层序的烃源岩以及相关的储盖组合在空间上吻合性很差,各自的油气生成和聚集具有截然不同的特征。下部的下古生界海相层系与上古生界海陆过渡层系早期可能曾经有过油气聚集,但由于中生代以来的抬升、剥蚀和裂陷及其相关的岩浆活动和热事件,使早期形成的油气多数已经破坏,后期再埋藏后,成烃能力也很差。对于晚期成藏来说,有效的生烃灶是那些早期演化程度不高后期被断陷深埋的区域,生成的产物应以天然气为主,可见资源潜力是相对有限的。而位于古生界层系之上的中、新生代断陷,其成藏自成系统,油气聚集遵从“源控论”,一个断陷构成一个油气系统,油气成藏期晚,以油为主。
图6-6 海相层系与陆相裂谷层系的叠合盆地油气分布特点
3.断陷与坳陷叠合盆地中油气分布的差异性
中国东部地区中、新生代以来发育的断陷-坳陷叠合盆地多具有典型的双重结构,烃源岩不仅在下伏的断陷湖盆中发育,在上覆坳陷湖盆中也有发育(图6-7)。如在松辽盆地,在侏罗纪—早白垩世裂陷期,发育的暗色泥岩规模有限,而在裂陷期后于晚白垩世坳陷阶段沉积了巨厚湖相生油岩,是大庆巨型油田形成的主要油源层。由于这种双重结构的形成具有成因上的联系,即在早期断陷之后由于热衰减而出现热沉降,形成坳陷,因此二者叠合范围大致相同,但油气分布特点有较大的差别。
下部的裂陷盆地,由于高地温且位于沉积的底层,烃类以气为主,且油气运移多沿不同级别的边界正断层发生垂向运移,并沿不整合面及砂体发生近距离的侧向运移。因此油气主要富集在烃源岩区范围内或附近,油气在平面上主要是沿断裂带、平行于凹陷的长轴方向呈长条状分布。
图6-7 断、坳叠合盆地油气分布特征图
坳陷层序中的油气主要呈“面状”分布。这是因为在进入盆地坳陷发育阶段后,地貌反差已不像先期裂陷阶段那么强烈,中心部位发育深湖区,四周则是一系列长源水系,可形成大范围展布的河流、三角洲砂体。随着盆地振荡发育,河流、三角洲砂体可与湖相沉积交互,构成很好的烃源岩与储集体的间互,为连片含油面貌的形成打下良好基础,如松辽盆地大庆长垣的两侧。在有隆起发育的地方,油气的富集程度高,而在凹陷区,一系列含油砂体相叠置,构成了连片含油的面貌。
(二)多源、多阶段生烃和多期运移、聚集、调整和破坏,造成油气相态分布的复杂性
叠合盆地中发育的多套烃源岩系,由于地域和演化历史不同,生烃演化往往有多阶段,再加之各生烃层系的母质类型差异很大,受热历史变化也很大。因此,同一层系在不同凹陷生成油和气的比例就不同。同一层系在同一个负向单元内由于埋深不一,生油、生气可以同时发生,结果就导致了多相态烃类在同一时间向某一或数个区带同时运聚的情况,或不遵从热演化序列的油或气先后向某一或数个区带运聚,也导致油气多期次地发生运移、聚集,甚至调整和破坏。对一个负向单元内,油气相态平面和垂向上的变化序列,很难基于某一套主力生烃源岩层系的热演化历史做出客观的预测。对某一个或数个区带上烃类相态的预测,我们可以预测宏观的特征,而对某一具体目标预测其究竟是聚集油还是气,则相当困难。此外,一个油气藏可能是不同源、不同期次、不同相态的油气多次充注的结果,可以出现稠油与稀油共生、油和气共生、高成熟油气与低成熟油气共生、海相油气与陆相油气共生等。因此,叠合盆地中油气资源总体上丰富,但油气藏类型、相态分布往往是十分复杂的。
叠合盆地中不同相态油气的赋存深度范围也没有明显的界线。这主要取决于叠合盆地不同层系中的烃源岩的有机质类型、经历的热演化历史、埋藏—抬升变化过程及温压条件的变化。有可能在浅部地层中存在适合于低熟油生成的有机质,而在深部由于超压的抑制作用,使生油窗下限向下大大扩展,从而出现液态烃可在很大深度范围内存在的情况。古老烃源岩在未成熟前长期处于低—未成熟状态,并随后来更年轻的烃源岩堆积一起被深埋,有时几乎同时进入生烃高峰,造成不同来源油气的混合聚集。
(三)退火背景下,油气出现超晚期成藏
叠合盆地最大的特点是跨越几大构造期的数套沉积层系在垂向上的连续堆叠,沉积岩的累计厚度很大。按常理,多期成藏与早成藏应是叠合盆地最重要的特点。但是,我国中西部地区发育的众多叠合盆地,尤其是中生代以来的叠合,基本上是在抬升背景下发生的,盆地的地温场是逐渐降低的,烃源岩的受热历史基本上是一个退火过程。例如,准噶尔盆地石炭—二叠纪的地温梯度高达 4.5~5.5℃/100m,三叠纪—侏罗纪的地温梯度为3.0~3.5℃/100m,现今的地温梯度只有2.4~2.6℃/100m。相似的情况在塔里木、鄂尔多斯、吐哈、柴达木、四川等盆地也存在。叠合盆地早期高地温导致了一部分凹陷中烃类的早成藏,像塔里木盆地满加尔坳陷周围志留系所见大面积的沥青砂岩就是早期成藏被海西早期运动破坏的结果。据预测,准噶尔盆地腹部晚三叠世盖层之下也存在早成藏;吐哈盆地二叠—三叠系组合中的成藏也比较早。后期出现的退火过程,与同时出现的强挤压背景下的快速沉降,又使得一部分烃源岩在距今很晚的时间出现一次大规模的生烃和成藏过程,勘探找油气的现实性远好于早期成藏。成藏解剖显示,在塔里木盆地台盆区与前陆盆地区所发现的油藏和气藏,有相当多的都是晚期形成的,其中前陆盆地的成藏就更晚,仅在距今5~20 Ma左右的时间形成。叠合盆地中的晚—超晚期成藏包括一部分早期油藏的再调整,也包括一些古老烃源岩晚期深埋后才出现的生烃和成藏。更主要的则是退火与快速沉降耦合,使大量中、新生代地层普遍成藏很晚(表6-2)。准噶尔盆地侏罗系以上各层系的成藏时间很晚。吐哈、柴达木、酒西与四川盆地中生界的成藏也都是晚成藏,主要成藏期以白垩纪末—第三纪者为多。看来,中生代以来我国中西部各盆地出现的退火过程与第三纪以来出现的快速沉降相耦合,使晚—超晚期成藏成为叠合盆地油气成藏的一大特点,可能带有普遍性。这一特点与中西部盆地第三系以来大量出现的新构造相吻合,对在新圈闭中发现油气藏是有利的。
(四)早成藏、晚埋藏与次生作用保持了部分深层储层的质量
叠合盆地与单旋回一期盆地最大的不同,是叠合盆地有深层。这似乎不是问题,因为单旋回一期盆地也有深层。实际上,对于一个连续继承沉降的一期盆地来说,其深层很多石油地质问题都可基于现代石油地质理论预测。然而对于多期叠置的叠合盆地,尤其是那些在不同的叠置层序之间还曾发生过大规模构造变动的叠合盆地,有很多石油地质现象已经超出了我们已有的认识范围,需要给予特别的注意。
表6-2 中国叠合盆地油气藏晚期成藏统计一览表
首先,在叠合盆地深层,由于埋深较大,压力都较高,相反我国大部分叠合盆地的地温梯度又不太高,所以烃源岩的生烃演化已经超出了蒂索生烃模式对液态窗的规定范围。一是生烃门限比以往认为的要深,二是液态窗向下延伸范围加大。这两个变化一是导致对烃类初次运移的动力需要考虑新机制,二是使深层找油的机会变大。应该承认,在较大埋深情况下,碎屑岩储集体的物性条件一般不好,这给深层油气藏的经济性和开采价值蒙上阴影。实际上,由于叠合盆地深层储层物性的演化与保持也存在着一些“超常”现象,使得深层油气资源的经济性得到改善。这也是叠合盆地深层油气成藏的特性之一。
深层储层是指目前埋深在 4500~5000m以下和时代为前中生代的储层的总称。按常理,沉积岩随埋深加大,压实和成岩作用增强,其中储油气物性(孔隙度和渗透率)会变差。因此,叠合盆地深层即使存在油气藏,也因储层的物性条件差而经济性不好。然而在一些超常条件下,深层储层的物性可以较好地保持下来。
根据我们的观察和研究,使储层在较大埋深条件下保持良好物性的条件主要有三方面。一是早成藏,即现今处在很大深度上(一般大于4500~5000m)的储油气层,在其埋藏很浅的时候(一般 2000~2500m)就已经有烃类充注其中,因而在成藏后进一步深埋时,除机械压缩外,成岩作用不再进行,因而在较大埋深条件下,仍会有较好储集体的存在,相应保存其中的油气藏经济性也较好(图6-8)。这样的深层例子在准噶尔盆地腹部三叠系以下就有可能存在。统计显示,早成藏可使储层物性孔隙度与同深度、相同岩性的含水层相比,可有超过5%~6%的保持(图6-9);二是储集体的晚埋藏作用,亦即在漫长的地质历史中,某一沉积层系一直都处在浅埋藏状态,因而储集体的物性因压实和成岩作用不强而有较好的保持。当后期强烈深埋以后,但由于深埋时间不够长,压实和成岩作用都未充分进行,故有较好物性的保持。这样的例子在塔里木盆地库车地区已有发现。库车坳陷白垩系在多数构造带上现今埋深都在4500m以下,但是克拉2大气田的发现揭示储层孔隙度和渗透率在很大深度上都相当好。其中白垩系巴什基奇克组的平均孔隙度为15%~18%,平均渗透率达 60×10-3μm2 ,因而单井天然气产量高达 200×104 m3/d 以上。研究发现,这套储层尽管目前埋深很大,但其被埋深的时间很短,大约是距今5~2Ma以前的事,在此之前,这套地层的埋深大部分时间在2500~3000m以上(图6-10)。我们认为晚埋藏与导致的成岩作用不彻底是库车坳陷深层有好储层发育的重要原因。基于此,我们在两年以前就提出库车坳陷深层大目标是寻找大型油气藏的首选,也是决定库车地区能否找到更大规模天然气储量的关键所在。因此,建议要尽早钻探这批深层目标,以便及早了解库车地区天然气发育的规模。今年库车地区在迪那2号构造的第三系天然气勘探获得突破,在5000m左右深度测试获日产 200×104m3 的高产天然气流,进一步说明深层也有好储层,验证了我们两年以前的分析结论是可信的;第三种情况是一些受次生作用形成的储集体,如溶蚀淋滤作用形成的缝洞带、次生白云岩化产生的白云岩、构造作用产生的裂缝带与火山作用形成的富气孔的特殊岩体,由于在深埋以后缺少强烈的成岩条件也可以在深层有较好的储集物性。像东部裂陷盆地中的潜山与盆地深层的构造转折部位发育的裂缝系统等,都是叠合盆地深层寻找经济储量的重要目标区。
图6-8 早成藏体系中储层演化趋势图(以准噶尔盆地腹部三叠系为例)
图6-9 马桥凸起早期成藏储层孔隙示意图
图6-10 晚埋藏型储层演化趋势图
(五)多期构造叠加与新构造作用产生的二级构造带含油性变化大
油气聚集区带(play)是指一组形成背景、成因、类型与油气成藏条件相似的圈闭组合。概念的提出来自于“源控论”的总结,最适合于单(多)旋回一期成藏简单含油气盆地。区带的概念告诉人们,一旦区带上的某个目标获得发现,相邻的一组目标都有发现油气的良好前景。
然而这一概念在用于叠合盆地时,就需要改变观念或注入新的思想。因为叠合盆地经历了多期构造变动,有些区带在多期构造变动中有继承性,有些则有较大规模的改造与新生性,而且燕山末期以来的新构造运动产生的构造最多。事实上,我国中西部地区所发育的一些叠合盆地往往生烃灶偏下(如寒武—奥陶系,或石炭—二叠系与三叠—侏罗系),上覆层生烃条件差(如白垩系与第三系—第四系),而且生烃灶与其同层沉积的分布范围相比,呈“大盆小灶”的面貌。这样一来,晚期产生的构造与生烃灶的形成由于不同期,而在空间位置上有很大的不吻合性。现今处在同一个构造带上的一组圈闭,也由于形成期不同,与生烃灶的主生、排烃期也不完全匹配。此外新生构造带可以跨越石油地质条件差异很大的不同沉积区,有些完全落在生储盖无组合的区域(图 6-11)。因此,归入同一个区带的不同目标,形成油气聚集的差异很大,很难说在有发现的区带上,所有的目标都具备含油气的可能性。所以,已有的石油地质概念在用于叠合盆地时,要注入新思想,需要在过程恢复的基础上,对同一区带上的不同目标接受油气的概率与数量进行综合分析,以达到对不同目标的分析评价。
(六)深层油气分布不完全遵从“源控论”
叠合盆地的深层主要指海相古生界,其中油气的生成、运移和聚集往往经历了多期过程。有些早期形成的油气藏已经在接下来的运动中被破坏掉了,有些则在后期变动中调整到了远离生烃灶的目标中重新聚集起来,还有一些来自生烃灶新生的油气,在新构造运动中就直接到了基于“源控论”思想所无法预知的地方。凡此种种,都显示在叠合盆地,尤其是深层,有相当一部分油气聚集是仅仅基于生烃灶的确定而无法发现的,需要开展以过程重建和恢复为主导的综合研究,在油气成藏要素和作用过程存在时空吻合关系的界面上,研究确定来自生烃灶的油气,都去了什么地方,在什么部位有最富的聚集,并以此为起点,采取“顺藤摸瓜”的方式,一步一步追踪落实到油气现今所在的位置为止。
图6-11 叠合盆地区带新生性与含油气多变性概念图
(七)叠合盆地油气藏的发现呈多高峰,延续历史长
叠合盆地由于多套烃源岩系和多个生烃凹陷,油气资源丰富,是今后勘探发现新储量最重要的一类盆地。叠合盆地在不同发育阶段,往往有不同的盆地原型、构造背景和热体制,因而沉积层序和相带组合、生烃灶规模及与储盖组合的关系以及油气成藏与分布特征等都有很大不同。那些在前后两期层系之间发生过重大构造变动的叠合盆地,油气的成藏与分布就差别更大。因此剖面上相互为邻的两个层系中,可以有完全不同的油气成藏特征与分布规律。
叠合盆地不同层系油气成藏特点和分布规律不同,使得对其勘探和发现油气的过程是漫长的,尤其对大中型气田的发现往往呈多个、多阶段性。对一个凹陷、一个层系或一个领域的认识往往有一个积累的过程,当认识到一定阶段后,自然就会有大油气田的发现,但对一个层系的勘探所获得的认识,不能简单地照搬用于指导其他层系的勘探。而对新层系和新凹陷的勘探需要针对其特殊性有选择地使用已有的技术和已取得的认识。当认识积累和发展到一个新阶段,技术的使用也更有针对性和有效性,又会有新的发现出现,这样就使叠合盆地的找油气历史拉得很长,大油气田的发现也会有多个。
鄂尔多斯盆地是一个由下古生界、上古生界和中生界组成的叠合盆地,上述每一个层系的油气分布特点均不同。古生界天然气形成与分布规律与中生界石油截然不同,而上、下古生界气藏形成与分布又有不同。中部气田是以奥陶系碳酸盐岩风化壳为储层的地层型气藏,有人认为天然气主要来自于下古生界。而上古生界天然气则属于华北海湾煤系烃源岩有关的砂岩岩性气藏。
鄂尔多斯盆地油气勘探历经近百年的历史,而在下古生界中发现靖边大气田和在上古生界二叠系中发现陕141、苏里格等大中型气田则是近十几年来的事情。即使是勘探历史最长的中生界石油,很早人们就认识到了其含油性,但也只是到最近才逐渐认识到低缓构造背景上形成的大型三角洲砂体是控制三叠系油气分布的基本要素,勘探出现多个增储高峰(图6-12),并以此为指导发现了志靖特大型低渗透岩性油田,储量规模超过 10×108 t。
图6-12 鄂尔多斯盆地石油储量增长预测图
随着认识的深化,鄂尔多斯盆地还会有新领域的出现。对古生界来说,庆阳古隆起的西翼下古生界,与祁连海和华北海两个海湾有关的上古生界岩性气藏。中、下三叠统红层也有接受来自石炭—二叠系次生气藏的可能性。对中生界来说,新的含油砂体与油气越过湖岸线向北在水上沉积体系中也有形成新聚集的可能性,上述领域一旦突破,都会给储量带来新的增长高峰。
塔里木盆地大规模油气勘探历史较鄂尔多斯盆地要晚得多。同样是由于对不同层系油气分布特点尚未完全掌握,盆地勘探的主攻层系有待进一步落实。1989 年会战开始时,主要针对奥陶系风化壳的勘探,一直效果不佳,只是到近期随塔河亿吨级油田发现而出现第一个增储高潮,并初步认识到这类油气藏是受碳酸盐岩缝洞型储层控制的非均质性很强的“网络状”油藏,勘探需要相应的组合配套技术。作为主要勘探层系之一的东河砂岩,又具有独特的油气分布特点,初步总结为受地层岩性和构造背景控制的油气藏,分布受古隆起斜坡控制,地层尖灭线附近发育圈闭,其底部不整合面为主要油气输导通道。而更具勘探潜力的寒武—奥陶系内幕以及志留系油气藏的分布我们还知之甚少。运用叠合盆地的勘探理论和配套技术,塔里木盆地的勘探将会在多个层系与领域上获得突破。