塔里木盆地塔西南前沖斷帶及前陸盆地系統(tǒng)油氣勘探潛力分析

塔里木盆地塔西南前沖斷帶及前陸盆地系統(tǒng)油氣勘探潛力分析

塔西南的后山?jīng)_斷帶及其前陸盆地系統(tǒng)是塔里木盆地的重要構(gòu)造單元。該地區(qū)的一些氣田，如科克亞凝析氣田、巴什托普氣田、雅松迪氣田、鳥山氣田和河塘氣田，為該地區(qū)的油氣勘探打開了廣闊的前景。該沖斷帶及其前陸盆地系統(tǒng)是塔里木地塊和西昆侖造山帶從古生代以來相互作用的結(jié)果,中、新生代以來又間接地受到青藏高原和天山造山帶的影響,致使其現(xiàn)今的構(gòu)造面貌十分復(fù)雜,目前對其的研究程度和勘探程度都相對較低。塔西南地區(qū)是西昆侖山前沖斷帶及其前陸盆地沖斷系統(tǒng)的一部分,其地質(zhì)特征與構(gòu)造特征均與加拿大阿爾伯達(dá)盆地西緣前陸沖斷帶極其相似,而后者是世界上研究和勘探程度相對較高的山前沖斷帶及其前陸盆地系統(tǒng)。充分認(rèn)識阿爾伯達(dá)盆地西緣沖斷帶的地質(zhì)特征并借鑒其油氣勘探成功的經(jīng)驗(yàn),無疑對于塔西南地區(qū)的油氣勘探可以起到他山之石的作用,對塔西南地區(qū)的油氣勘探工作可以給予有益的啟示。1塔西南和阿爾伯達(dá)盆地西緣的構(gòu)造地質(zhì)特征塔西南地區(qū)和阿爾伯達(dá)西緣地區(qū)都是山前沖斷帶及其前陸盆地沖斷系統(tǒng)的一部分,它們具有相似的地質(zhì)特征。1.1巴楚隆—塔西南地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特征概述塔西南地區(qū)在地質(zhì)歷史時(shí)期曾屬塔里木地塊的一部分,無論是地質(zhì)構(gòu)造背景還是沉積環(huán)境均與塔里木地塊有著密切的聯(lián)系,僅在侏羅紀(jì)以后才表現(xiàn)出相對獨(dú)立的特征?，F(xiàn)今的塔西南地區(qū)西北緣及西南緣分別被南天山山系和昆侖山系所圍限,東北部以巴楚隆起與塔里木東部相隔?？傮w呈兩端窄、中部寬的菱形,總面積約15×104km2。塔西南地區(qū)包括塔西南坳陷和西昆侖北緣沖斷帶。西昆侖北緣沖斷帶是本區(qū)油氣勘探的重點(diǎn)部位,它自帕米爾前緣東段向E、SE呈NWW向延伸至烏依塔格附近,再轉(zhuǎn)折向齊姆根—棋北呈NW—SE向延伸至葉城一帶,再呈SEE或近EW向延伸至和田一帶,為阿其克斷裂和阿爾金斷裂所截,總體呈一巨型反“S”型構(gòu)造。這是一個(gè)經(jīng)歷了多期發(fā)育又以漸新世以來的構(gòu)造變形最為強(qiáng)烈的前陸沖斷推覆變形帶,帕米爾弧對其構(gòu)造變形與格局有重要影響。近半個(gè)世紀(jì)以來,該帶一直是油氣勘探的重點(diǎn)對象,開展了大量的油氣勘探工作,但由于山前構(gòu)造帶變形太復(fù)雜,各段的含油氣性與聚油規(guī)律不盡相同,到目前為止,勘探成效并不理想。1.2加拿大地盾前陸地盾阿爾伯達(dá)盆地位于加拿大地盾和落基山脈之間,是落基山造山帶東側(cè)的一個(gè)前陸盆地,面積170×104km2。盆地西部以落基山造山帶為界,東部以前寒武北美地盾為界,前寒武基底向西延伸并插入盆地之下,到落基山前深達(dá)6000m以上。由于落基山脈新生代以來向盆地方向大規(guī)模沖斷,盆地總體呈前陸沖斷帶的構(gòu)造樣式。前陸盆地沉積體東西向?qū)挾?00～1200km,向科迪勒拉造山帶下急劇增厚,往地盾方向逐漸減薄,從暴露的加拿大地盾的邊緣至前陸逆沖褶皺帶的東北邊緣厚度從零加厚到3～5km。該盆地資源量為108.3×108t,探明儲量30.3×108t(截至2000年底),可見其油氣資源潛力巨大。1.3沖斷構(gòu)造樣式、構(gòu)造演化及其階段塔西南地區(qū)與阿爾伯達(dá)西部地區(qū)在大地構(gòu)造位置、沖斷構(gòu)造樣式、大地構(gòu)造演化階段、沉積層序和峰期沖斷時(shí)間等構(gòu)造地質(zhì)特征方面具有一定的相似性和較好的可比性(表1)。在大地構(gòu)造位置方面,兩地區(qū)都位于古老地塊與相鄰造山帶的前緣,這導(dǎo)致它們都具有類似的“三層式”地層層序,即最下部的前寒武系結(jié)晶基底地層、其上的海相被動(dòng)大陸邊緣型臺地相地層和最上部的海相—陸相前陸盆地型碎屑巖—碳酸鹽巖地層,而后兩個(gè)層序都是上述地區(qū)有利于生—儲—蓋組合發(fā)育的層序,都是油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域。在沖斷構(gòu)造樣式方面,塔西南與阿爾伯達(dá)西緣地區(qū)也有很大的相似性。它們除了表現(xiàn)為前陸沖斷帶一般的疊瓦式?jīng)_斷構(gòu)造樣式之外,還突出地表現(xiàn)為都發(fā)育反沖斷層,以及由反沖斷層、疊瓦式?jīng)_斷層構(gòu)成的三角帶構(gòu)造。塔西南昆侖山北緣沖斷帶的三角帶構(gòu)造以桑株三角帶構(gòu)造最為典型[1～4](圖1)。阿爾伯達(dá)前陸地區(qū)的三角帶構(gòu)造是經(jīng)典的“三角帶構(gòu)造(trianglezone)”概念的發(fā)源地,那里發(fā)育大量的三角帶構(gòu)造,這些三角帶構(gòu)造與油氣藏關(guān)系極為密切[5～7](圖2)。在構(gòu)造演化階段方面,它們都具有復(fù)雜的構(gòu)造演化階段,都受到了相鄰造山帶構(gòu)造演化的多期影響,表現(xiàn)為多期壓扭作用與張扭作用階段的交替。但作為前陸沖斷帶,最重要的前陸沖斷活動(dòng)都主要發(fā)生在新生代期間。2塔西南和阿爾伯達(dá)盆地西緣的石油地質(zhì)特征塔西南地區(qū)與阿爾伯達(dá)地區(qū)具有類似的石油地質(zhì)特征(表2)。2.1不同沉積型烴源巖的形成背景塔西南地區(qū)古生界—新生界沉積巖厚度達(dá)12000～16000m,其中發(fā)育多套烴源巖和儲層,具有一定的油氣生成與儲存條件,迄今已發(fā)現(xiàn)了柯克亞凝析油氣田、巴什托普油氣田、雅松迪油氣田、鳥山氣田、和田河氣田等,古生界的油氣成藏條件被一些專家看好,具有良好的勘探前景。該地區(qū)的烴源巖明顯受原型盆地特點(diǎn)及有機(jī)巖相帶展布的控制,整個(gè)塔西南坳陷的烴源巖主要有寒武—奧陶系烴源巖和石炭—二疊系烴源巖,侏羅系煤系地層和第三系泥巖和碳酸鹽巖是次要的烴源巖。中—下寒武統(tǒng)蒸發(fā)瀉湖相烴源巖主要發(fā)育在麥蓋提斜坡中北部,鏡質(zhì)組反射率為1.44%～2.06%,已處于高成熟—過成熟演化階段,以生氣為主。中—上奧陶統(tǒng)烴源巖發(fā)育在“和田古隆起”周緣地區(qū),鏡質(zhì)組反射率為1.39%～1.51%,處于高成熟演化中晚期,也以生氣為主。石炭—二疊系烴源巖也是該區(qū)較為重要的烴源巖。和參1井的資料表明,這個(gè)時(shí)期的烴源巖分別形成于晚石炭世—早二疊世早期的濱岸—碳酸鹽臺地混合環(huán)境和早二疊世晚期的河流—湖泊環(huán)境,鏡質(zhì)組反射率為0.65%～0.87%,目前處于低熟—成熟演化階段,以生油為主,推測麥蓋提斜坡中下斜坡部位的卡拉沙依組(C1-2k)烴源巖在新生代已進(jìn)入生油高峰。對于昆侖山前沖斷帶上盤“外來推覆系統(tǒng)”的烴源巖西段較東段好一些,表現(xiàn)為西段(桑株—杜瓦地區(qū))有杜瓦組(P2d)、塔哈奇組(C2t)、卡拉烏依組下部(C21k)、克孜里奇曼組中上部(P11-2k)等多套烴源巖,而東段(阿其克地區(qū))僅有阿孜干組(C2a)、卡拉烏依組第二段(C22k)、克孜里奇曼組(P1k)等烴源巖。侏羅系烴源巖主要發(fā)育于塔西南地區(qū)的西南部,分布十分局限,對整個(gè)地區(qū)的貢獻(xiàn)較小。上白堊統(tǒng)英吉莎群開闊臺地相碳酸鹽巖和下第三系碳酸鹽巖、泥巖在塔西南坳陷的西部也可能構(gòu)成烴源巖,但由于有限的埋藏深度和塔里木盆地較低的地溫梯度,現(xiàn)今可能尚未大量生烴。以下第三系底部廣泛分布的膏鹽、膏泥巖和泥巖區(qū)域性蓋層和二疊系普司格組泥巖蓋層、石炭系巴楚組泥巖蓋層為界,塔西南地區(qū)可劃分出第三系和石炭—二疊系、寒武—奧陶系三大套儲蓋組合。2.1.1奧陶紀(jì)下泥巖儲層和下泥巖段該組合主要為加里東中晚期發(fā)育的“塔西南古陸”和“和田古隆起”上的奧陶系碳酸鹽巖古巖溶儲層與上覆石炭系巴楚組下泥巖段構(gòu)成的儲蓋組合。經(jīng)初步分析,該組合是塔西南地區(qū)最重要的儲蓋組合。2.1.2儲層組合組合該組合內(nèi)部可依據(jù)普司格組(P1P)頂部泥巖段與下部泥巖段進(jìn)一步劃分為三套次級儲蓋組合,即:①普司格組下部泥巖段為蓋層,石炭系卡拉烏依組砂巖和卡拉烏依組、阿孜干組、塔哈奇組及下二疊統(tǒng)克孜里奇曼組碳酸鹽巖為儲層的下儲蓋組合,這套組合是該地區(qū)最重要的儲蓋組合;②以普斯格組頂部泥巖段為封蓋層,中部砂巖段為儲層的中儲蓋組合;③以下第三系底部的膏鹽、膏泥巖和泥巖為封蓋層,杜瓦組(P2d)為儲層的上儲蓋組合。2.1.3油氣成藏模式該組合可進(jìn)一步劃分為兩套次級儲蓋組合:①山前推覆體下第三系組合,位于皮牙曼—阿其克一帶的和田沖斷席上,儲層為齊姆根組(E2q)碳酸鹽巖,蓋層是巴什布拉克組(E3b)中部泥巖和石膏層;②沖斷帶的前鋒帶上第三系組合,毗鄰于前陸坳陷,儲層為中新統(tǒng)含礫砂巖、巖屑砂巖,蓋層是上新統(tǒng)阿圖什組下部厚層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。從柯克亞油氣田的開發(fā)情況看,其上、下油組垂向封堵性很好,說明柯克亞油氣田的油氣并非沿構(gòu)造高點(diǎn)垂向運(yùn)移,而是側(cè)向運(yùn)移。因此,有理由認(rèn)為深層逆沖楔入構(gòu)造的斷層面實(shí)現(xiàn)了深層油氣向其上部柯克亞背斜構(gòu)造底部的運(yùn)移,柯克亞背斜北翼斷層又實(shí)現(xiàn)了油氣向上部中新統(tǒng)的調(diào)整運(yùn)移。因此,西昆侖北緣沖斷帶對油氣成藏的意義是非常重要的。塔西南坳陷及其前陸盆地系統(tǒng)有多種圈閉類型。昆侖山前沖斷褶皺帶以楔狀體背斜(如桑株Ⅱ、Ⅲ號楔狀體背斜,皮牙曼Ⅰ、Ⅱ號楔狀體背斜)和擠壓背斜(如柯克亞背斜)為主;在斜坡部位地層圈閉比較發(fā)育,如塔參2井所鉆探的下第三系大型地層圈閉,同時(shí)也有構(gòu)造圈閉;在麥蓋提斜坡與巴楚隆起過渡的斷裂帶發(fā)育潛山斷壘及與斷層有關(guān)的構(gòu)造圈閉。塔西南坳陷內(nèi)油氣的運(yùn)移一聚集—成藏有兩個(gè)趨勢,一個(gè)是山前沖斷帶內(nèi)的背斜構(gòu)造,另一個(gè)是麥蓋提斜坡和巴楚斷隆上的背斜構(gòu)造。與活動(dòng)造山帶相聯(lián)系的前陸盆地中的油氣聚集往往是分散運(yùn)移系統(tǒng)。前淵凹陷中的油氣一方面向沖斷帶運(yùn)移,另一方面沿斜坡向前緣隆起運(yùn)移。油氣二次運(yùn)移的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,如果油氣沿傾角不大的斜坡進(jìn)行長距離的側(cè)向運(yùn)移,其散失量是相當(dāng)大的。因此,由前淵凹陷向前緣隆起的長距離油氣側(cè)向運(yùn)移似乎不現(xiàn)實(shí),但自麥蓋提斜坡向上運(yùn)移是有可能的。2.2阿爾伯達(dá)盆地西緣的石油地質(zhì)特征2.2.1白堊系盆地的油氣資源阿爾伯達(dá)盆地發(fā)育8套烴源巖,它們分別是:①中泥盆統(tǒng)Keg河/Winnipegosis組底部的海相紋層巖;②上泥盆統(tǒng)Duvernay和Majeau組海相頁巖和泥灰?guī)r;③上泥盆統(tǒng)Nisku群Cynthia段的底部紋層巖;④泥盆系的最上部和密西西比系的最下部Exshaw/Bakken組盆地范圍發(fā)育的海相泥巖以及Lodgepole組局部發(fā)育的頁巖;⑤中三疊統(tǒng)Doig組底部的海相磷酸鹽質(zhì)粉砂巖;⑥下侏羅統(tǒng)Fernie群“Nordegg”段的海相灰泥巖;⑦下白堊統(tǒng)Mannville群的陸相煤和鈣質(zhì)頁巖;⑧上白堊統(tǒng)Colorado群的海相泥巖,主要是第一和第二白斑狀頁巖和FishScales帶。其中中—上泥盆統(tǒng)和白堊系烴源巖是盆地的主要烴源巖。阿爾伯達(dá)盆地的儲層主要有:①泥盆系—密西西比系(下石炭統(tǒng))碳酸鹽巖,該儲層中發(fā)育大量的生物礁,儲集性能良好;②三疊系—下侏羅統(tǒng)海相—濱海相砂巖;③白堊系前陸背景下的陸相砂巖。各儲層中的儲量分別為:上泥盆統(tǒng)約2200×108m3,下白堊統(tǒng)約2000×108m3,上白堊統(tǒng)約1900×108m3,中泥盆統(tǒng)約800×108m3,石炭系約550×108m3,三疊系約450×108m3,侏羅系約200×108m3,二疊系約50×108m3,總量為8225.2×108m3。從上述儲量可見,上泥盆統(tǒng)礁灰?guī)r和白堊系砂巖是盆地中最重要的儲層。泥盆系含油氣系統(tǒng)包括三四套烴源巖,由于這些烴源巖生成的油氣現(xiàn)在全部蘊(yùn)藏在泥盆系儲層中,因而這一含油氣系統(tǒng)是“封閉”的。但亦存在短距離(<100km)和長距離(>100km)的油氣運(yùn)移事實(shí),一些泥盆系的石油已運(yùn)移到上覆的白堊系圈閉中。該含油氣系統(tǒng)包括四套儲層,油氣藏的圈閉類型以地層—成巖復(fù)合圈閉為主。值得一提的是,白堊系儲層中的原油以重油為主,阿爾伯達(dá)盆地白堊系重油儲量居世界石油儲量的首位,也就是說,其儲量超過中東各國常規(guī)石油儲量的總和。阿爾伯達(dá)盆地中的油氣蓋層主要是分布于各地層間的泥巖和頁巖夾層。2.2.2伯達(dá)盆地被動(dòng)大陸邊緣層序阿爾伯達(dá)盆地被動(dòng)大陸邊緣層系主要由寒武—二疊系構(gòu)成,巖性主要是臺地相灰?guī)r、泥灰?guī)r和礁灰?guī)r,夾少量碎屑巖,厚度在4000m之上。阿爾伯達(dá)盆地被動(dòng)大陸邊緣層系是盆地中油氣生成與賦存的重要層位,盆地中約一半的油氣生成并賦存于該被動(dòng)大陸邊緣層序中,其中上泥盆統(tǒng)Duvernay/Cynthia組烴源巖分別為上泥盆統(tǒng)和中泥盆統(tǒng)礁灰?guī)r儲層提供的原始油氣資源量大于2000×108m3和500×108m3,下石炭統(tǒng)E×shaw組烴源巖分別為石炭系灰?guī)r儲層和下白堊統(tǒng)碎屑巖儲層提供的原始油氣資源量為500×108m3和600×108m3。2.2.3非背斜圈閉油氣阿爾伯達(dá)盆地中的圈閉類型較多,在盆地西部邊緣阿爾伯達(dá)山前以背斜和斷層圈閉為主,其他地區(qū)則以地層圈閉為主。非背斜圈閉是阿爾伯達(dá)盆地重要的油氣圈閉類型,背斜圈閉僅在山前沖斷構(gòu)造帶前緣地區(qū)石炭—二疊系儲層占有比較重要地位的油氣田(藏)中具有一定的意義,在其他儲層發(fā)育的油氣田(藏)中相對不太重要(表3)。在阿爾伯達(dá)山前地帶,三角帶構(gòu)造與油氣藏的關(guān)系密切,許多油氣田的油氣產(chǎn)自逆沖斷層的下盤,就像羅布?xì)馓锬菢?圖2)。2.2.4油氣運(yùn)移規(guī)律阿爾伯達(dá)盆地的油氣成藏模式有兩個(gè)明顯的趨勢,一個(gè)是前陸前期地層段烴源巖生成的油氣向前陸斜坡帶的地層圈閉中運(yùn)移;另一個(gè)是前陸地層段烴源巖生成的油氣向前陸沖斷段的構(gòu)造—地層圈閉中運(yùn)移(圖3)。2.2.5被動(dòng)大陸邊緣層系與前陸盆地層系阿爾伯達(dá)盆地西緣與塔西南地區(qū)在油氣地質(zhì)特征方面具有較大的相似性(圖4),主要表現(xiàn)在被動(dòng)大陸邊緣層系與前陸盆地層系都在油氣勘探中占據(jù)重要地位。此外,它們在構(gòu)造樣式等方面的相似性又更進(jìn)一步地促進(jìn)了油氣地質(zhì)方面的相似性。3阿爾伯達(dá)盆地西緣前陸沖斷帶油氣勘探表明，塔西南沖斷帶的勘探工作正在進(jìn)行中阿爾伯達(dá)盆地西緣沖斷帶油氣勘探的經(jīng)驗(yàn)對塔西南地區(qū)的油氣勘探有四點(diǎn)啟示。3.1其他構(gòu)造樣式在塔西南地區(qū)的油氣勘探工作中,除了加強(qiáng)對西昆侖北緣的幾排背斜構(gòu)造的研究與勘探之外,還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對其他構(gòu)造樣式的研究。西昆侖北緣沖斷帶由于受到眾多不同方向斷層的干擾,構(gòu)造形態(tài)十分復(fù)雜,迫切需要在高精度山地地震和地面地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上,查明其詳細(xì)的構(gòu)造形態(tài)。已有研究表明在桑株一帶存在三角帶構(gòu)造,但需要查明是不是還存在別的三角帶構(gòu)造,因?yàn)榘柌_(dá)山前發(fā)育了眾多的三角帶構(gòu)造,而其中大部分是含油氣構(gòu)造。3.2逆沖斷層上盤法勘探在阿爾伯達(dá)盆地西緣