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1、柴达木盆地断裂上下盘油气差异聚集效应与成因王风华1, 2, 罗 群3, 李玉喜3, 李荣权1, 2(1. 中国科学院 广州地球化学研究所, 广东 广州 510640;2. 中国石化股份胜利油田分公司胜利采油厂, 山东 东营 257051;3 . 中国石油大学( 北京) 盆地与油藏研究中心, 北京 昌平 102249)摘要: 断裂沟通含油气盆地不同层位、不同时代的烃源岩和生储盖组合, 成为连接烃源岩和各种圈闭的重要渠道,导致了多种类型的与断裂有关的油气藏的形成。 柴达木盆地的断裂控烃特征明显, 断裂上下盘油气差异聚集现象十分普遍, 不同构造系统区具有不同的油气差异聚集机理和模式。 其根本原因是断
2、裂上下盘具有不同的地质特征和油气运聚成藏条件, 它们往往是互为消长的关系。 油气是富集在断裂的上盘, 还是聚集在断裂的下盘, 取决于具体的地质条件。关键词: 断裂上下盘; 油气聚集; 差异成因; 柴达木盆地中图分类号: TE112 . 31文献标识码: A文章编号: 1009 -9603(2007)02 - 0019 -041 区域地质概况断裂对油气的生成、运移、聚集、保存和分布有重要的控制作用 1-2。柴达木盆地是中国西部典型的挤压型叠合含油气盆地, 断裂十分发育 。中生代早侏罗世时期,在现今盆地的北部于张性应力环境下形成断陷盆地 ,中晚侏罗世及第三纪则在其上叠合了挤压型 、 坳陷型或前陆性
3、质的盆地,沉积中心由北部迁移到盆地西部, 第四纪沉积中心又迁移到盆地东部 。以北缘的菱间断裂和南部的 XI断裂为界 ,形成了特征不同的北缘 、中部和昆北 3大断裂构造系统,分别控制了北缘 、 中部和昆北 3大复合含油气系统。勘探实践表明, 断裂对油气藏的形成与分布有重要的控制作用,该区已发现 24个油气田 ,有 23个沿断裂展布 ( 图 1)。 在不同的断裂构造系统区 ,图 1柴达木盆地断裂与油气藏展布关系油气藏分布规律不同: 在昆北断裂系统中,油气藏赋存在逆断裂上盘; 在中部断裂系统区, 油气藏位于 2条倾向相对逆断裂的共同上盘; 而在北缘断裂系统中, 油气藏位于浅层断裂的下盘圈闭和深层断裂
4、的上盘圈闭之中 。即不同断裂系统或同一断裂系统的不同断裂 ,其上下盘油气聚集和富集程度明显不同,断裂上下盘的油气聚集具有明显的差异效应 3。2 昆北断裂系统区油气藏位置及成因昆北断裂系统区发育了狮子沟花土沟 油砂山油气聚集带 、 红柳泉 跃进 1号油气聚集带和砂西跃进 2号油气聚集带( 图 2)。图 2柴达木盆地昆北断裂系统区油气运聚模式与油气藏位置2 . 1狮子沟花土沟油砂山油气聚集带狮子沟花土沟油砂山油气聚集带分布于狮收稿日期 2006 - 10 - 09; 改回日期 2007 - 01 -22。作者简介: 王风华, 男, 高级工程师, 1989年毕业于石油大学( 华东)物探专业, 现为中
5、国科学院广州地球化学研究所构造地质学专业在读博士研究生, 从事油气田地质勘探研究工作。联系电话: (0546)8784704, E -mail: w fhslo. f com。基金项目: 国家 “973”重大基础研究项目 “中国典型叠合盆地油气聚散机理与定理研究 ” (61999043310)和中国博士后科学基金(PX060696)资助油气地质与采收率2007年 3月 PETROLEUM GEOLOGY AND RECOVERY EFFICIENCY 第 14卷第 2期DOI :牨 牥 牨 牫 牰 牱 牫 牤 j cnki cn 牫 牱 牠 牨 牫 牭 牴 牤 te 牪 牥 牥 牱 牥 牪 牥
6、 牥 牭子沟油砂山北倾滑脱断裂的上盘 , 已发现了狮子沟 、 花土沟和油砂山等油气田 。主要储层为油砂山组 。该油气聚集带为受狮子沟 油砂山晚期滑脱逆断层控制的断滑背斜带。滑脱断裂向北延伸入柴达木盆地主力生烃凹陷 茫崖凹陷, 并向下延伸,断入主要的烃源 岩层渐新世中期 (E32)中新世( N1),为有利的油源断层 。狮子沟 花土沟油砂山断滑背斜带圈闭规模大 ,闭合度高 ,为油气聚集提供了有利的空间 。晚第三纪末 ,大规模的挤压运动使柴达木盆地中浅层强烈褶皱 ,产生大量的滑脱断层 ,在狮子沟油砂山滑脱断裂上盘形成了断滑背斜即狮子沟 油砂山背斜带 ,滑脱断裂向北伸入茫崖凹陷 ,成为油气向断滑背斜带
7、运聚的良好通道,从而形成狮子沟油砂山油气藏 。2 . 2 红柳泉 跃进 1号油气聚集带红柳泉 跃进 1号油气聚集带位于受红柳泉断裂控制的上盘跃进 1号断展背斜中, 主要含油气储层为渐新世早期 (E31) 砂砾岩 、渐新世中期泥岩裂缝及中新世 上新世 ( N2) 砂泥岩 。跃进 1号构造是在盆地长期演化过程中受红柳泉断裂同沉积活动控制而形成的断展背斜 , 断裂下盘为有利的阿拉尔生排烃断陷 ,有效烃源岩为渐新世中期钙质泥岩 。红柳泉断裂既控制了其上盘断展背斜的形成与发育, 也控制下盘渐新世中期烃源岩的发育 ,同时还是渐新世中期烃源岩中的油气垂向和侧向运移的主要通道。跃进 1号油田渐新世早期油层的油
8、源主要来自其对盘的渐新世中期烃源岩 ,断层成为油气侧向运移的 “窗口 ”, 渐新世中期油层为 “自生自储 ”的钙质泥岩裂缝油气藏, 中新世 上新世砂岩油藏形成时间较晚 ,是渐新世中期烃源岩中的油气沿红柳泉断裂向上运移至其上盘圈闭聚集而成的 。2 . 3 砂西跃进 2号油气聚集带砂西跃进 2号油气聚集带位于阿拉尔断裂上盘的断展背斜圈闭中 ,包括基岩风化岩油气藏 、 渐新世早期 (E31) 砂岩油气藏 , 油源来自断层下盘的阿拉尔断陷,阿拉尔断裂既是其上盘断展背斜形成发育的控制性断裂 ,又是沟通其下盘阿拉尔生烃凹陷渐新世中期烃源岩的油源断裂 。因此, 跃进 2号油气藏的成因机理为: 在盆地演化过程
9、中,受同沉积逆生长阿拉尔断裂控制的跃进 2号断展背斜 , 通过油源断裂 阿拉尔断裂不断的输送来自成熟生烃凹陷 阿拉尔断陷渐新世中期烃源岩的油气 ,运移聚集于跃进 2号断展背斜圈闭中形成油气藏。3 中部断裂系统区油气藏位置及成因中部断裂系统区普遍发育两断夹一隆的构造样式( 又称冲起构造),目前已发现的碱水泉、南翼山、尖顶山、 开特来里克及油泉子等油气藏均位于冲起构造上,即位于 2条倾向相对的逆断层共同的上盘背斜圈闭中, 主力储层为渐新世中期、中 上新世( N1N2) 的裂缝泥岩,渐新世中期钙质泥岩为主力烃源岩,控制背斜圈闭的断裂同时也是沟通渐新世中期烃源岩和中上新世储 、 盖层的油源断裂,如南翼
10、山和尖顶山油气藏 4。在盆地演化过程中 ,由于中部断裂系统区同时受到来自北部祁连山构造系统和南部昆仑山构造系统的挤压 ,而在其先存基底断裂基础上发育 2条倾向相对的受断裂控制的冲起构造 , 它们位于 2条控制性断裂的共同上盘,两侧断裂长期活动,沟通了下部渐新世中期烃源岩和上部中上新世储、盖层 ,并在冲起构造中产生大量构造裂缝 ,改善了储集条件。随着渐新世中期钙质泥岩烃源岩的成熟 ,首先形成“自生自储 ”的原生裂缝油气藏 ; 由于两侧断裂长期多期活动 ,使其所控制的冲起构造圈闭发育定型 ,同时作为中浅层中 上新世储盖圈闭的油源断裂, 输导渐新世中期烃源岩或油气藏中的油气在中 上新世圈闭中聚集形成
11、次生油气藏。4 北缘断裂系统区油气藏位置及成因北缘断裂系统区的油气藏主要位于冷湖 南八仙构造带 ,该构造带纵向发育 2套断裂 ,即浅层的南倾滑脱断层和深层的北倾基底逆冲断层 。深层的北倾基底逆冲断层与中生代断层有继承关系, 并在新近系末的构造活动中进一步活动 ; 浅层的南倾滑脱断层主要形成于新近系末的构造活动。上、下断层系统的分界为渐新世中期泥岩发育的地层。目前发现的主要油气藏如冷湖 4号、5号和南八仙等油气藏都位于浅层滑脱断裂下盘的中 上新世断展背斜圈闭中( 图 3), 与昆北地区油气藏主要位于滑脱断裂的上盘断滑背斜中相反。北缘浅层油气藏的形成主要受浅层的南倾滑脱断层系统控制 ,主要由主干盖
12、层滑脱型逆断层和其伴生 、 派生断层构成。从冷科 1井钻井和测井资料分析 ,北部浅层滑脱型逆断层的主断层面上部、 主断面和主断面下部的构成特征有明显差别 ( 图 4)。 20 油气地质与采收率 2007年 3月图 3柴达木盆地北缘断裂系统区油气运聚模式与油气藏位置图 4浅部逆冲断层在冷科 1井钻井和测井资料中的表现从图 4中可以看出 , 在主断面上部的补偿密度明显降低,接近 2 . 1g /cm3,低于正常砂泥岩密度 ,而钻井显示的地层压力为正常压力, 说明岩石密度降低不是超压造成的,应当是大量裂缝发育造成的; 补偿声波曲线在主断面上部的几十米范围内出现跳跃 ,也说明地层中存在裂缝等对声波有明
13、显干扰的因素。因此 ,可以判断在主滑动面上部的几十米范围内发育有大量的裂缝 , 裂缝的存在有利于顺盖层滑脱断层主断面上盘的油气运移, 而其封闭油气的能力有限,并且在主断面上盘不会形成次生油气藏 。钻井资料显示, 地层压力在主断面以上为正常压力,在主断面以下为超压 。这说明上部逆冲断层主断面中部具有很强的封闭能力, 使断层两侧出现不同的压力特征 。在主断面下部,补偿密度又恢复到 2 . 3 2 . 5g /cm3,为正常砂泥岩密度范围 ; 钻井显示的地层压力中出现超压 ; 补偿声波曲线在主断面下部的几十米范围内还存在跳跃,但次数明显减少 ,说明地层中存在裂缝等对声波有明显干扰的因素在减少。因此
14、,可以判断在主滑动面下部的几十米范围内的裂缝发育程度明显降低 ,顺盖层滑脱断层主断面下盘的油气运移能力有限 ,而封闭油气的能力相对有所提高 ,所以在主断面下盘会形成次生油气藏, 如冷湖 5号、南八仙油气藏 。该区深部高角度断裂系统延伸到盆地基底, 与侏罗系烃源岩可以直接沟通, 也可以通过深部输导层或不整合面间接沟通, 成为侏罗系油气向浅部运移的主要通道 。冷湖 4号 、5号油气藏位于冷湖浅层南倾滑脱断裂的下盘,渐新世 、 古新世 始新世和中新世碎屑岩为主要储层 5,下侏罗统 (J1) 湖相泥岩为优质源岩, 其深部的冷湖基底大断裂既是控制冷湖构造带的主控断裂,又是沟通下侏罗统烃源岩与上部古新世始
15、新世 (E1+2)、渐新世中期及中上新世层储、盖层的油源断裂 ,而冷湖浅层滑脱断裂为其下盘油气圈闭的良好遮挡条件。南八仙油气藏的结构和形成过程与冷湖 4号 、5号油气藏类似 。发育的渐新世(E3)、古新世 始新世和中新世等层位的油气藏位于浅层滑脱断裂下盘圈闭中,深层下侏罗统湖相泥岩为主力烃源岩,其排出的油气沿控制南八仙构造的基底北倾大断裂向上运移 ,首先在深层渐新世 、 古新世 始新世断裂上盘的断展背斜圈闭中聚集 ,形成源生油气藏,第三系末期挤压构造运动在南八仙断展背斜顶部产生南倾滑脱逆断层 仙北断裂 ,破坏深层的原生油气藏 ,油气沿滑脱断裂向上运移, 在中浅层中上新世滑脱断裂的下盘圈闭中聚集
16、成藏, 浅层滑脱断裂为其下盘油气圈闭的遮挡断裂 。5 断裂上下盘油气差异聚集成因初探比较 、总结柴达木盆地不同区域油气藏分布的位置及其成因可知 ,油气藏是位于断裂的上盘还是下盘 ,取决于断裂上下盘具体的地质特征和油气运聚条件。昆北断裂系统的狮子沟 花土沟油砂山油气聚集带的油气之所以聚集于狮子沟 油砂山浅层滑脱断裂的上盘 ,是因为上盘发育断滑背斜圈闭而下盘不发育圈闭 ,且断裂本身向北伸入茫崖生烃凹陷的渐新世中期主力烃源岩之中 , 为重要的油源断裂 ; 该区深层基底断裂上盘发育断展背斜圈闭 ,基底断裂沟通深部渐新世中期油气源和上盘断展圈闭的储 、 盖层 , 为上盘聚集油气提供了良好的地质条件, 而
17、基底断裂下盘不发育有利的构造圈闭 ,故而油气即使沿断裂向上运移 , 也难进入圈闭成藏。北缘断裂系统的冷湖南八仙构造带的油气都位于浅层滑脱断裂的下盘, 上盘缺乏油气聚集是因为上盘地 21 第 14卷第 2期王风华等: 柴达木盆地断裂上下盘油气差异聚集效应与成因层沿断裂逆冲,地层陡 ,不具备圈闭条件, 且滑脱断裂本身不是油源断裂, 而下盘发育基底断裂的断展背斜圈闭,且又有基底断裂沟通深层下侏罗统的优质源岩的油气。中部断裂系统发育的受 2条长期活动的基底大断裂控制的位于其共同上盘的冲起构造 ,具有良好的油气运聚 、 圈闭条件, 可导致油气富集 ,而断裂下盘地层弯曲变形弱 ,难以与断裂匹配形成有效圈闭
18、 ,故很难有油气聚集 6。以上实例分析表明, 断裂上下盘油气差异聚集的现象是比较普遍的 ,究其原因 ,是由断裂上下盘具体地质条件所决定的 7。一般来说, 断裂上下盘具有不同的油气成藏条件 8( 表 1), 当上盘油气聚集条件优越时 ,油气主要富集在上盘; 当下盘油气成藏条件优越时 , 油气主要聚集在下盘 9, 但一般不会出现同一断裂的上下盘都富集油气的情形 , 这可能是因为同一断裂上下盘的油气运聚条件是互为消长的 ,比如,对一条具体的断裂而言, 当它作为油源断裂时, 对其上盘圈闭捕集油气成藏是有利的,同时必然对其下盘圈闭封堵油气成藏是不利的, 反之亦然 。因此 ,同一条断裂的上下盘往往具有较大
19、差异的油表 1断裂上下盘油气成藏条件( 环境) 的差异油气运聚成藏条件断裂上盘断裂下盘油气来源油气来自断裂的疏导,断裂是油气运 移的通道。断裂作为油源断裂油气来自断裂圈闭下倾方向的疏导层或不整合面, 断裂只起遮挡作用,而不作为油源断裂圈闭条件相对较好, 常发育多种类型的与断裂相关的构造圈闭, 构造幅度相对较大相对较差, 只能形 成断鼻、断块等少数类型的圈闭, 且构造幅度相对较小保存条件断层圈闭因断裂具开启性而保存条件相对较差封闭性较好,保存条件较好储集条件因褶皱相对强烈易在构造圈闭中产生构造裂缝, 可改善储集条件褶皱相对平缓,难形成构造裂缝压力系统常压(开放) 系统往往形成封闭(高压)系统气富
20、集结果。6 结论断裂沟通含油气盆地的烃源岩和生储盖组合,成为连接烃源岩和各种圈闭的重要渠道 ,对油气藏的形成与分布有重要的控制作用 。柴达木盆地的断裂控烃特征明显, 断裂上下盘油气差异聚集现象十分普遍,不同构造系统区具有不同的油气差异聚集机理和模式。油气是富集在断裂的上盘 ,还是聚集在断裂的下盘 ,取决于具体的地质条件 。即不同断裂系统或同一断裂系统的不同断裂 , 其上下盘油气聚集和富集程度明显不同, 断裂上下盘的油气聚集具有明显的差异效应。参考文献: 1 罗群, 白新华. 断裂控烃理论与实践 断裂活动与油气聚集研究 M . 武汉: 中国地质大学出版社, 1998: 10 - 14 . 2 田
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