全球前陸盆地的油氣勘探應(yīng)用與研究新進(jìn)展

全球前陸盆地的油氣勘探應(yīng)用與研究新進(jìn)展

本文總結(jié)了全球主要前陸盆地沉積發(fā)展與國際石油地質(zhì)委員會關(guān)于其研究發(fā)表的總結(jié)、口頭演講和演講，包括：1）世界主要前陸盆地的分布特征，2）加拿大西部盆地的沉積發(fā)育與含油氣系統(tǒng)的事件特征，3）安迪斯前陸盆地的沉積發(fā)育與含油氣系統(tǒng)的事件特征，4）扎格羅斯前陸盆地的沉積發(fā)育與含油氣系統(tǒng)的事件特征，5）其他前陸盆地的沉積發(fā)育與含油氣系統(tǒng)的事件特征。對前陸盆地層序地層學(xué)和沉積學(xué)等方面的主要進(jìn)展作一簡述,并以中國中西部前陸盆地之一鄂爾多斯為例,講述了石油地質(zhì)意義和應(yīng)用,特別是在中國非常規(guī)油氣資源勘探中的重要啟示。1前陸盆地油氣藏前陸盆地和非前陸盆地沉積演化疊加形成了前陸盆地不同的盆地組合類型;前陸盆地構(gòu)造作用動力、滑脫層、巖層組合、邊界條件控制了沖斷構(gòu)造位移量的傳播和消減方式,也控制了構(gòu)造變形樣式。不同類型的盆地演化控制了烴源巖、儲集層分布的差異性以及油氣資源的富集程度。全球從前寒武紀(jì)和古生代廣為發(fā)育的盆地類型克拉通,到中新生代的裂谷、被動大陸邊緣盆地和前陸盆地。前陸盆地油氣藏都是聚集在構(gòu)造或非構(gòu)造圈閉上的重要油氣藏。研討會為我國進(jìn)行全球石油地質(zhì)研究和全球油氣資源評價(jià)提供了重要的評價(jià)資料和評價(jià)方法。從盆地類型上看,美國地質(zhì)調(diào)查局2007年公布的數(shù)據(jù),前陸盆地油氣資源非常大,石油資源量約占46%,天然氣29%①1。許多不同類型的沉積盆地都含有重要油氣藏,其中包括裂谷盆地(例如蘇伊士灣)、上-下疊覆的裂谷-坳陷盆地(例如西西伯利亞和北海)、被動陸緣盆地(例如墨西哥灣和西非海域)、上-下疊覆的被動陸緣——前陸盆地(例如東委內(nèi)瑞拉和艾伯塔)、拉分盆地(例如蘇門答臘)以及弧前盆地(例如薩克拉門托)。這些不同類型盆地的部分范圍在其演化史的某一階段都可能經(jīng)受擠壓或扭壓構(gòu)造作用,因此有可能形成一條沖斷帶。這種構(gòu)造作用可以與盆地的持續(xù)發(fā)育密切相關(guān)。全球重要的沖斷帶有Alpine-Himalayan沖斷帶、環(huán)太平洋造山?jīng)_斷帶和北美Cordillera-南美Andes沖斷帶。從動力學(xué)機(jī)制上講,前陸盆地沖斷帶與俯沖作用及次級轉(zhuǎn)換斷層密切相關(guān),表現(xiàn)為造山作用楔狀體的隆起與負(fù)荷驅(qū)動的沉降作用之間的動力平衡,其沉積演化也與普通盆地有較大差異。2庫車前陸沖斷帶關(guān)于褶皺系形態(tài)的認(rèn)識匯聚板塊邊緣的前陸沖斷帶常形成一系列平行于造山帶的逆沖斷裂和褶皺。逆沖斷裂經(jīng)歷了成核、生長、橫向傳播等過程。褶皺的演化與隱伏逆沖斷裂的生長有著密切的關(guān)系,隱伏逆沖斷裂作用形成了地表顯著的褶皺樣式。水系形態(tài)能夠非常敏感的記錄活動構(gòu)造的演化過程,尤其對于褶皺橫向生長的地區(qū),常形成特征的水系形態(tài)。我國庫車前陸沖斷帶發(fā)育平行于南天山造山帶走向的褶皺帶,并形成特征的水系形態(tài)。利用遙感影像、衛(wèi)星照片、以及從數(shù)字高程數(shù)據(jù)中提取的地貌和水系參數(shù),對庫車前陸沖斷帶秋里塔格構(gòu)造帶水系形態(tài)進(jìn)行分析研究,得出庫車前陸沖斷帶褶皺具有橫向生長的演化特征,并識別出判別褶皺生長的5個(gè)水系形態(tài)標(biāo)志。這些水系形態(tài)標(biāo)志包括:不對稱的水域形態(tài),水系受到阻擋發(fā)生彎曲、捕獲、并流現(xiàn)象,背斜脊部風(fēng)口的形成以及高度依次降低排列,不對稱的沖積扇體,被縱向河流分隔的兩側(cè)背斜的水系形態(tài)差異。前陸盆地的沉積體系充填可以是正常充填,也可以欠補(bǔ)償充填或過補(bǔ)償沉積充填。3庫姆組層序zftb中伊朗盆地形成和發(fā)展受特提斯洋張力以及阿拉伯板塊和伊朗板塊邊緣聚力的復(fù)合控制,其演化經(jīng)歷了基底裂谷(Z1)、被動邊緣(Z2-T2)、裂谷盆地(T3)、弧后前陸、陸內(nèi)坳陷-擠壓改造等不同階段,層序充填包括1個(gè)一級層序、3個(gè)二級層序,顯示明顯的縱向疊加、橫向復(fù)合的復(fù)式特點(diǎn)。作為中伊朗盆地弧后前陸演化階段沉積產(chǎn)物,庫姆組層序充填總體呈現(xiàn)碳酸鹽巖、火山巖-火山碎屑巖、陸源碎屑巖“混積”的特點(diǎn)。Zagros沖斷帶(fold-thrustbelt,ZFTB)在剖面上表現(xiàn)為不同區(qū)帶裂縫性儲集層分布的差異性,在縱向上表現(xiàn)為地表以下3000m內(nèi)裂縫性儲層質(zhì)量變好,否則石英膠結(jié)作用加強(qiáng),裂縫性儲集層滲透率變差,從而為勘探優(yōu)質(zhì)儲集體提供科學(xué)依據(jù)。我國酒泉盆地祁連山北緣西部窟窿山逆掩推覆帶實(shí)例表明,中生代為斷陷盆地,新生代為前陸盆地,已在窟窿山構(gòu)造發(fā)現(xiàn)青西裂縫性油藏,其北東向撕裂斷層控制著開啟性裂縫帶的分布,是油田的高產(chǎn)區(qū)塊。4盆地內(nèi)沖積扇-湖泊沉積體系造山帶與前陸盆地的盆山耦合關(guān)系,其沉積層序關(guān)鍵界面主要有3種表現(xiàn)形式:最大洪泛面、區(qū)域性侵蝕間斷面或侵蝕不整合面、區(qū)域性平行不整合面。沉積充填特征在進(jìn)積期構(gòu)造帶的構(gòu)造推覆作用不發(fā)育,山前地區(qū)和盆地邊緣地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e物剝蝕區(qū),盆地內(nèi)發(fā)育三角洲-湖泊沉積體系;退積期造山帶構(gòu)造推覆作用增強(qiáng),山前地區(qū)和盆地邊緣地區(qū)受此作用相對下沉,接受沉積,此時(shí)沖積扇-湖泊沉積體系發(fā)育,三角洲沉積環(huán)境不發(fā)育。在西班牙東北Ebro盆地邊緣古近紀(jì)的構(gòu)造和沉積作用,發(fā)育構(gòu)造作用同期的沉積楔狀體,指出在沖積扇礫巖層內(nèi)發(fā)育一種層內(nèi)(intraformational)、復(fù)合的遞進(jìn)型(progressive)同構(gòu)造不整合。它們由旋轉(zhuǎn)退覆楔狀體和旋轉(zhuǎn)超覆楔狀體共同組成。在靠近活動的造山帶前緣處發(fā)育同構(gòu)造角度不整合,往盆地內(nèi)部遞變?yōu)檎?。相?在不活動的隆起塊體,發(fā)育上攀的超覆不整合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,構(gòu)造作用同期的沉積楔狀體(syn-tectonicsedimentarywedge)具有軟弱的底層(weakbasallayer),沉積厚度變化大,剪切力大,可以產(chǎn)生褶皺和底辟作用。5陸相沉積-沉積體系域在Spitsbergen前陸盆地體系中,斜積層(clinoform)進(jìn)積到前淵沉積區(qū)(foredeepdepozone),沉積砂體出現(xiàn)有規(guī)律的展布特征。細(xì)分每套沉積層序,可以發(fā)現(xiàn)最大洪泛面(MFS)和低位體系域、海侵體系域及高位體系域(圖1),他們的發(fā)育與海平面變化密切相關(guān)。沉積砂體的分布主要在低位體系域和高位體系域,尤其是低位體系域的砂體,被海侵體系域的泥巖所覆蓋,易于形成巖性地層圈閉的油氣藏。Spitsbergen大陸邊緣西南海域(包括陸架、陸坡和陸坡坡腳)的地質(zhì)特征顯示,巴倫支海大陸邊緣和鄰近的挪威深水海域、格陵蘭盆地、AtkaandPomorsky海槽的沉積蓋層,包括下部同裂陷沉積和使陸架外延的上部后裂陷進(jìn)積斜坡沉積等,都屬于新生代陸相沉積。新生代最厚的沉積位于Atka海槽的沉積中心和Pomorsky海槽陸坡區(qū),厚度達(dá)11km;在Homsund斷層地帶和斯瓦爾巴特板塊西部邊緣沉積厚度達(dá)7km。新生代沉積層中發(fā)育有5個(gè)區(qū)域性不整合面(U3,U2,U,Uo,Q2)。這些不整合面是大型地震層序的分界面(SS):a)漸新世至早-中中新世的同裂陷沉積;b)早-中中新世;中中新世一早上新世;中-晚上新世至早-中更新世;晚更新世至全新世的后裂谷沉積。每個(gè)地震層序內(nèi)部還可分出亞層序和地震相單元,這些地震相單元可顯示沉積旋回、海進(jìn)、海退、高能沉積等等[9,10,11,12,13,14]。主要的油氣遠(yuǎn)景目的層位于漸新世至早-中中新世地震層序中。6盆地1616南美Andes前陸盆地北部石油地質(zhì)上重要的地層剖面由自晚白堊世至現(xiàn)代的陸相至極淺海相(晚白堊世)碎屑巖組成。下白堊統(tǒng)中具有薄碳酸鹽巖層,這種剖面覆于已硬化至輕度變質(zhì)的古生代沉積巖和侵入巖之上。形成儲層的砂巖賦存于上白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)單元中,區(qū)域性蓋層為中新世萊昂組頁巖,而白堊紀(jì)和第三紀(jì)頁巖似乎構(gòu)成局部的層內(nèi)蓋層。生油層是拉勒納組相當(dāng)層的晚自堊世頁巖和碳酸鹽巖。厄瓜多爾Oriente盆地是南美安第斯山前的一個(gè)前陸盆地,是厄瓜多爾的主要產(chǎn)油區(qū)。通過對Oriente盆地16區(qū)塊的油氣地質(zhì)條件的系統(tǒng)分析,認(rèn)為16區(qū)塊烴源條件較好、儲集條件優(yōu)越、生儲蓋組合有利,具有較大的勘探潛力。晚白堊世末古近紀(jì)時(shí)期形成的低幅(斷)背斜、巖性一背斜構(gòu)造是區(qū)內(nèi)有利的勘探目標(biāo)。南美Andes前陸盆地中南部,烴源巖的地質(zhì)時(shí)代較廣泛,從志留系一直到白堊系,尤其是志留系和泥盆系成為主要的烴源巖,例如Bolivia和SouthPeru盆地的烴源巖。這與南美Andes前陸盆地的古生代古地理特征有關(guān),從而形成了南美Andes前陸盆地從古生代到中生代的多套含油氣系統(tǒng)。7前陸盆地沉積特征南美和歐洲、中東前陸盆地的沉積演化特征和石油地質(zhì)特征表明,一些前陸盆地山前沖斷帶殘余油藏發(fā)育,成因是油氣的調(diào)整和破壞;前陸坳陷或坳陷內(nèi)的沖斷帶天然氣藏發(fā)育,成因是晚期高過成熟天然氣的充注;前陸斜坡和前緣隆起凝析油或油藏發(fā)育,成因是早期形成原油的充注。因此前陸盆地不同區(qū)帶的石油地質(zhì)意義不同,對油氣勘探的認(rèn)識也有差異。以前陸盆地之一鄂爾多斯為例,盆地西緣經(jīng)歷了源自西南方特提斯構(gòu)造域的從西向東的擠壓碰撞作用,結(jié)果使得特提斯前陸區(qū)古老的造山帶復(fù)活及坳拉槽反轉(zhuǎn),沖斷活動不斷向克拉通方向遷移,使鄂爾多斯盆地進(jìn)入前陸盆地演化階段。全球前陸盆地的地質(zhì)勘探結(jié)合中西部前陸盆地的實(shí)踐,給我們的啟發(fā)可以歸納出幾點(diǎn):1)中西部前陸盆地是一個(gè)多旋回演化的過程,可以分為前前陸期、前陸期和前陸間期。前陸構(gòu)造活動期形成同構(gòu)造沖積扇相礫巖沉積,構(gòu)造間歇期形成湖相泥巖等細(xì)粒沉積,沉積中心隨著不同構(gòu)造活動期同構(gòu)造砂礫巖的推進(jìn)發(fā)生遷移。2)前陸期層序受控于前陸構(gòu)造活動的強(qiáng)弱,體系域發(fā)育不完整,以低位和高位的粗粒沖積體系域?yàn)橹?前陸期儲層多發(fā)育在低位和高位體系域,其分布受前陸盆地物源、坡地和水系展布的控制;儲層演化程度的不同受后期構(gòu)造加載、埋藏時(shí)間的早晚和異常壓力等因素的影響。3)構(gòu)造層序發(fā)育早期的逆沖作用強(qiáng)烈造山,在構(gòu)造層序的下部沉積序列發(fā)育同逆沖構(gòu)造期的沖積扇沉積;逆沖體的重力加載引起快速撓曲沉降,導(dǎo)致了區(qū)域性的水進(jìn)。隨后由于逆沖造山作用減弱,山前高差減小,缺少邊緣扇砂礫巖帶的發(fā)育;沉降變緩,以河流和河流三角洲沉積向盆地推進(jìn),形成了構(gòu)造層序上部的水退序列。這與美國懷俄明晚白堊前陸盆地的研究結(jié)果可類比。4)前陸盆地強(qiáng)壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)成巖相分布廣泛,是低孔低滲儲集層、致密超致密儲層形成的關(guān)鍵因素,破裂裂縫成巖相主要沿沖斷帶前緣分布。5)構(gòu)造隆升作用使陡岸的地層抬升,目的層埋藏變淺,致使壓實(shí)作用相對變?nèi)?原生孔隙和早期溶蝕孔隙得以保存,在區(qū)域上,隆起帶三疊系砂巖物性好于坳陷帶的砂巖物性。6)鄂爾多斯西緣及南緣在晚三疊世開始的沖斷活動及其前淵的發(fā)育,標(biāo)志著前陸盆地開始形成。前淵緊鄰褶皺沖斷帶,具有呈狹長帶狀位于沖斷帶前緣、向東遷移、沉積厚度大且向東減薄的特點(diǎn)。沿著前陸盆地沉降帶,可容納空間發(fā)生變化,導(dǎo)致了沉積相組合和體系域構(gòu)成的變化。7)鄂爾多斯盆地中東部屬于前緣斜坡帶,以湖泊三角洲沉積為主,準(zhǔn)層序堆積方式為進(jìn)積型。湖侵體系域發(fā)育時(shí)期(三疊系長8—長7),進(jìn)入湖盆發(fā)展全盛階段,發(fā)育有黑色頁巖及油頁巖,三角洲發(fā)育局限,堆積方式為加積到退積?？梢孕纬扇侵奁皆颓熬壣绑w的常規(guī)油氣儲集體及低孔低滲的儲集層(圖2),乃至非常規(guī)致密砂巖儲集層。8)盆山耦合關(guān)系、層序地層研究、湖盆底形恢復(fù)和沉積砂體成因模式的研究成果可以提供石油地質(zhì)勘探的新認(rèn)識。鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組從長10段到長1段沉積期,經(jīng)歷了湖盆由發(fā)生到消亡的全過程,發(fā)生了3次湖侵、湖退,形成多期三角洲沉積體系及3套生油巖,分別是長9(李家畔頁巖)、長7(張家灘頁巖)和長4+5泥巖。除淺水區(qū)三角洲沉積體系外,前陸盆地深水區(qū)具備形成重力流的誘發(fā)機(jī)制和底形條件,可以發(fā)育滑塌沉積、砂質(zhì)碎屑流沉積、扇形濁流沉積和溝道濁積砂體等多種類型的重力流沉積。8泥盆系含油氣系統(tǒng)特征西加拿大前陸盆地的分布特征及其重油等資源的評價(jià)表明3,探索新區(qū)新領(lǐng)域的油氣資源,可以滿足國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。西加拿大盆地為一典型的非對稱性前陸盆地,主要位于阿爾伯達(dá)省境內(nèi)。以盆地中的鮑艾蘭大背斜為界,又分為阿爾伯達(dá)和威利斯頓兩個(gè)次一級盆地,油氣絕大部分分布在阿爾伯達(dá)盆地。泥盆系含油氣系統(tǒng)均為碳酸鹽巖儲層,除含有大量的常規(guī)油氣資源外,還擁有巨大的待開發(fā)的重油和瀝青資源。安特勒(D末)和拉臘米(K2—E1)兩期造山運(yùn)動決定了盆地的規(guī)模、形態(tài)和升降格局,其構(gòu)造演化控制了盆地的碳酸鹽沉積、生物礁形成和油氣運(yùn)移。決定和控制泥盆系含油氣系統(tǒng)儲層特征的因素主要有:前寒武紀(jì)基底構(gòu)造、地層發(fā)育和成巖作用(尤其是在中-深埋藏期)。該含油氣系統(tǒng)的許多特征,對于世界上其他地區(qū)(比如中國)的泥盆系含油氣系統(tǒng)來說是典型的,但其中某些特征卻為西加拿大盆地所獨(dú)有。西加拿大前陸盆地?fù)碛性谂璧刈顪\部的重油藏、與重油伴生的生物氣藏、輕質(zhì)油藏、無硫氣和凝析氣藏、盆地深部的含硫氣藏(圖3;ChenZ,2010)①4。油氣藏的圈閉類型以地層-成巖復(fù)合圈閉為主。無論是常規(guī)油氣藏,還是非常規(guī)油氣藏,對我國油氣資源的勘探評價(jià)都有重要的參考價(jià)值。中國的非常規(guī)油氣資源非常豐富,有重油、致密砂巖油、致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣和天然氣水合物(又稱可燃冰,naturegashydrate)等。鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)中生界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的致密砂巖油分布區(qū)(鄒才能和陶士振等,2011)。就中國前陸盆地的非常規(guī)油氣資源研究和勘探而言,全球前陸盆地特別是西加拿大前陸盆地給我們的啟發(fā)可以歸納為以下幾點(diǎn)。1世界地質(zhì)資源量和國內(nèi)礦前陸盆地造山帶和前緣隆起帶是重油和油砂資源的發(fā)育帶。由于原油密度大、粘度大,流動性差,核心問題是開發(fā)開采技術(shù)。重油瀝青和焦油砂的形成和展布與中、新生代構(gòu)造運(yùn)動密切相關(guān),尤其是受控于全球新生代造山褶皺帶的分布。從世界范圍來看,西加拿大盆地和東委內(nèi)瑞拉盆地的地質(zhì)資源量較多。中國西部前陸盆地的重油瀝青和焦油砂分布屬于阿爾卑斯富集帶。2儲集層與油氣界面前陸盆地前淵帶深水湖盆沉積相帶是重要的致密砂巖油和致密砂巖氣發(fā)育區(qū)。主要表現(xiàn)為烴源巖和儲集層緊密相連,油氣水關(guān)系復(fù)雜。前陸盆地前緣斜坡帶的三角洲砂體可以發(fā)育大規(guī)模的致密砂巖油,儲集層表現(xiàn)為大范圍分布、低孔低滲或特低孔低滲,無統(tǒng)一的油水界面。特別是低角度的前緣斜坡帶,發(fā)育有大量三角洲前緣席狀砂和河口壩