柴北緣新生代油氣成藏的構(gòu)造背景與油氣勘探潛力

柴北緣新生代油氣成藏的構(gòu)造背景與油氣勘探潛力

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，是中國(guó)西部的一個(gè)大型中新世和新生代勘探盆地。其中北緣塊斷帶(稱柴北緣)中、下侏羅統(tǒng)湖相泥巖地層分布廣泛,并具有良好的生烴能力,石油地質(zhì)資源量近20×108t。但因構(gòu)造變形復(fù)雜,對(duì)油氣形成和運(yùn)聚規(guī)律研究不夠深入,雖經(jīng)40余年勘探,已有10余口探井獲得了工業(yè)油氣流,但探明的儲(chǔ)量與資源潛力不甚相稱。隨著近年來(lái)對(duì)該區(qū)研究的深入,人們逐漸認(rèn)識(shí)到該區(qū)侏羅系生油巖的埋藏史、成烴史和油氣聚集規(guī)律與構(gòu)造時(shí)空演化密切相關(guān)。然而,有關(guān)柴北緣構(gòu)造演化研究多側(cè)重于從區(qū)域宏觀角度進(jìn)行定性論述,而對(duì)盆地內(nèi)部構(gòu)造的深入解剖工作較少。本文根據(jù)柴北緣主干剖面構(gòu)造變形演化的平衡剖面恢復(fù)結(jié)果,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和石油地質(zhì)條件分析,探討該區(qū)中、新生代構(gòu)造變形演化規(guī)律及其對(duì)油氣成藏的控制作用,為該區(qū)的油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。1柴北緣前、下侏羅統(tǒng)地層分區(qū)柴達(dá)木盆地南被昆侖山、北被祁連山、西北被阿爾金山這3個(gè)強(qiáng)烈隆升的造山帶所圍。盆內(nèi)構(gòu)造格局較為復(fù)雜,分4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元:北緣塊斷帶,西部坳陷,三湖坳陷和德令哈坳陷(圖1)。其中北緣塊斷帶緊鄰祁連造山帶南側(cè),中、新生代構(gòu)造變形主要受祁連造帶山向南擠壓作用的控制。區(qū)內(nèi)中生界地層主要為中、下侏羅統(tǒng)(大、小煤溝組),上侏羅統(tǒng)—白堊系地層僅在該區(qū)東部小范圍分布。中、下侏羅統(tǒng)是區(qū)內(nèi)主要生烴地層。下第三系地層包括:古新統(tǒng)—下始新統(tǒng)路樂(lè)河組(地層符號(hào)E1+2),中—上始新統(tǒng)下干柴溝組(地層符號(hào)E3),上始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)上干柴溝組(地層符號(hào)N1);上第三系地層包括:中—下中新統(tǒng)下油砂山組(地層符號(hào)N21),上中新統(tǒng)上油砂山組(地層符號(hào)N22),上新統(tǒng)獅子溝組(地層符號(hào)N23)。第四系地層為七個(gè)泉組。值得注意的是,因柴達(dá)木盆地的地層劃分方案幾經(jīng)變動(dòng),但地層符號(hào)仍按原來(lái)習(xí)慣,故目前所用的地層符號(hào)已不具嚴(yán)格年代地層含義?。柴北緣構(gòu)造在橫向上可分為6個(gè)構(gòu)造變形帶:①山前逆沖帶;②小丘林—瑪瑙擠壓帶;③冷湖斷褶帶;④鄂博梁Ⅰ號(hào)—葫蘆山斷褶帶;⑤鄂博梁Ⅱ號(hào)—伊克雅烏汝斷褶帶;⑥鴨湖—臺(tái)吉乃爾斷褶帶(圖2)。除鴨湖—臺(tái)吉乃爾斷褶帶與昆侖山向北擠壓作用有關(guān)外,其余5個(gè)帶主要受祁連造山帶向南擠壓作用的控制。山前逆沖帶鄰近賽什騰山?錫鐵山山前斷裂帶,主要為南沖疊瓦狀逆沖斷層及相關(guān)褶皺。區(qū)內(nèi)深、淺部構(gòu)造均顯示相反的推擠方向。在深部,侏羅系底面的埋深變化顯示由北向南推擠逆沖;在淺部,斷層傾向和褶皺的不對(duì)稱性顯示由南向北推擠反沖(圖3和圖4)。2構(gòu)造圈閉有效性評(píng)價(jià)構(gòu)造變形演化分析主要依據(jù)主干剖面的構(gòu)造變形恢復(fù)結(jié)果。平衡剖面技術(shù)是深入分析構(gòu)造變形演化的定量化方法,可以了解沉積盆地的原始狀態(tài)、變形歷史和構(gòu)造演化階段,分析構(gòu)造圈閉形態(tài)演化、圈閉形成和破壞時(shí)期,再結(jié)合生、排烴時(shí)間和油氣運(yùn)移路徑有效性分析,可對(duì)構(gòu)造圈閉有效性、盆地油氣資源前景作出合理的評(píng)價(jià)。構(gòu)造變形恢復(fù)采用了GeoSec(ParadigmGeophisical公司)平衡剖面恢復(fù)軟件,避免了以往手工作業(yè)所產(chǎn)生的人為誤差,保證了構(gòu)造恢復(fù)精度。在具體操作過(guò)程中,對(duì)上第三系地層主要采用彎滑機(jī)制,對(duì)下第三系及侏羅系泥巖地層結(jié)合采用垂直—斜滑和塑性變形機(jī)制進(jìn)行變形復(fù)原,并采用分層復(fù)原方式以保證構(gòu)造恢復(fù)精度。構(gòu)造變形恢復(fù)結(jié)果清晰地重現(xiàn)了該區(qū)中、新生代不同構(gòu)造階段的變形演化特點(diǎn)。2.1柴達(dá)木盆地?cái)D壓變形的期次新生界路樂(lè)河組沉積前,該區(qū)侏羅系地層古構(gòu)造具有明顯擠壓變形特征,變形強(qiáng)度在山前逆沖帶[圖4(e)]和西部相對(duì)較為顯著[圖3(e)],但總體上構(gòu)造起伏幅度較小,表明中生代該區(qū)構(gòu)造擠壓強(qiáng)度較弱。由于該區(qū)大部分區(qū)域缺失白堊系,侏羅系在地震剖面又上大多難以細(xì)分,故對(duì)中生代內(nèi)部的變形情況缺乏詳細(xì)了解,尤其對(duì)早—中侏羅世盆地構(gòu)造性質(zhì)有較大爭(zhēng)議,存在拉張和擠壓兩種相反觀點(diǎn)。拉張觀點(diǎn)的依據(jù)主要來(lái)自區(qū)域地質(zhì)分析,而從盆地內(nèi)部得到的證據(jù)很少,對(duì)冷湖五號(hào)構(gòu)造的恢復(fù)結(jié)果被認(rèn)為是目前來(lái)自盆內(nèi)的主要依據(jù)之一。在冷湖五號(hào)構(gòu)造褶皺的核部發(fā)現(xiàn)中—下侏羅統(tǒng)地層厚度在逆斷層上盤明顯大于其下盤(圖5),不考慮變形過(guò)程中地層厚度變化所進(jìn)行的常規(guī)構(gòu)造演化恢復(fù),得出該逆斷層在早—中侏羅世為正斷層?。然而,對(duì)冷湖五號(hào)的冷科1井鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn),這套地層呈鱗片狀結(jié)構(gòu),并具有鏡面擦痕,這表明發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈塑性流動(dòng)。褶皺核部塑性地層強(qiáng)烈加厚是一種十分常見(jiàn)的構(gòu)造現(xiàn)象,冷湖五號(hào)構(gòu)造核部逆斷層上盤中—下侏羅統(tǒng)較厚極有可能是地層塑性變形所致,故并不能說(shuō)明早—中侏羅世盆地為拉張性質(zhì)。事實(shí)上,在柴達(dá)木盆地內(nèi)部尚未發(fā)現(xiàn)真正代表早—中侏羅世拉張變形的正斷層。持拉張觀點(diǎn)者對(duì)此的一種解釋是:早期正斷層在新生代擠壓過(guò)程中發(fā)生了全部反轉(zhuǎn)。但是,變形實(shí)驗(yàn)證明,正斷層一般傾角較陡而具有較高的摩擦滑動(dòng)強(qiáng)度,故在后期擠壓過(guò)程中全部發(fā)生反轉(zhuǎn)的可能性極小。區(qū)域構(gòu)造分析表明,印支期以來(lái)柴達(dá)木盆地及鄰區(qū)開(kāi)始進(jìn)入擠壓變形演化階段。圖3(e)和圖4(e)反映了該區(qū)侏羅—白堊紀(jì)擠壓變形的結(jié)果,至少可以推測(cè)晚侏羅世—白堊紀(jì)屬于擠壓性質(zhì)。鑒于在中—下侏羅統(tǒng)地層中未見(jiàn)可靠的拉張變形證據(jù),故筆者認(rèn)為這一時(shí)期盆地屬于擠壓性質(zhì)的可能性更大。從古構(gòu)造面起伏較小、擠壓強(qiáng)度不大的情況來(lái)看,在早—中侏羅世,該區(qū)可能屬于弱擠壓撓曲盆地。2.2晚始新統(tǒng)構(gòu)造格局:強(qiáng)烈的擠壓時(shí)期和運(yùn)動(dòng)擠壓量變化曲線(圖6)顯示,本區(qū)存在晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間和上新統(tǒng)獅子溝組(N23)沉積以來(lái)兩個(gè)強(qiáng)烈擠壓時(shí)期。該區(qū)在新—老第三紀(jì)總體是一個(gè)擠壓量平緩增加的時(shí)期(圖6),構(gòu)造幅度逐漸緩慢增大(圖3和圖4)。但在晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間是一個(gè)相對(duì)強(qiáng)烈的擠壓時(shí)期,具有較高的擠壓速率(圖6),本區(qū)基本構(gòu)造格局開(kāi)始定型[圖3(c)和圖4(c)]。同時(shí),這一強(qiáng)烈擠壓時(shí)期的存在,表明喜馬拉雅?早?期?運(yùn)?動(dòng)?在本區(qū)作用的時(shí)間為晚始新世。上新統(tǒng)獅子溝組(N23)沉積以來(lái)是本區(qū)最為強(qiáng)烈的擠壓時(shí)期,擠壓量急劇增大,最近5.1×106a以來(lái)的擠壓量相當(dāng)于此前近60×106a的擠壓量(圖6),充分顯示喜馬拉雅中、晚期運(yùn)動(dòng)對(duì)該區(qū)構(gòu)造的重要作用。構(gòu)造變形強(qiáng)度在原先格局的基礎(chǔ)上迅速增大,并在淺部形成反沖斷層系統(tǒng)[圖3(a)和圖4(a)]。3結(jié)構(gòu)發(fā)展對(duì)油藏的控制3.1中生界剝蝕柴北緣侏羅系烴源巖的生烴潛力問(wèn)題一直困擾著油氣勘探工作,其焦點(diǎn)集中在中生界剝蝕量的大小上。晚侏羅世—白堊紀(jì)期間的剝蝕量對(duì)侏羅系烴源巖的生烴能力有很大的影響,因而也直接影響到資源量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。如果新生界沉積前侏羅系烴源巖埋深已經(jīng)超過(guò)生油門限,這套地層在新生代期間的生烴能力則被削弱。由于區(qū)內(nèi)侏羅系烴源巖的埋深很大,除北緣山前地表露頭外,鉆遇這套地層的井十分有限,給剝蝕量的直接分析造成很大難度?，F(xiàn)今侏羅系厚度在鄂博梁Ⅱ號(hào)—伊克雅烏汝斷褶帶和鄂博梁Ⅰ號(hào)—葫蘆山斷褶帶較大,約2000m(局部可達(dá)2500m);冷湖構(gòu)造帶次之,約1000～2000m不等。據(jù)鉆井聲波時(shí)差法剝蝕厚度恢復(fù)表明,剝蝕作用主要發(fā)生在構(gòu)造隆起部位,中生界剝蝕量在西部靠近阿爾金山前部位最大,可達(dá)1400m,其余大多在500m以下。從上述構(gòu)造演化恢復(fù)剖面來(lái)看,新生界沉積前鄂博梁Ⅱ號(hào)—Ⅲ號(hào)構(gòu)造一帶為非構(gòu)造隆起區(qū)[圖3(c)和圖4(c)],侏羅系應(yīng)未遭太大剝蝕,故該部位現(xiàn)今2000～2500m的厚度基本代表了該區(qū)中生界最大原始沉積厚度,即使有500m的剝蝕量,中生界最大原始沉積厚度也不超過(guò)3000m。另外,冷湖構(gòu)造帶侏羅系現(xiàn)今最大厚度2000m,即使最大值再加上500m的剝蝕量,其中生界原始沉積厚度也不超過(guò)2500m。由此表明,新生界沉積前,侏羅系地層底面尚未達(dá)到本區(qū)3300m生油門限,因此,中生代構(gòu)造演化并未削弱新生代時(shí)期侏羅系烴源巖的生烴潛力。3.2湖斷褶帶部位從以上構(gòu)造變形演化剖面可見(jiàn),南部鄂博梁Ⅰ號(hào)—葫蘆山斷褶帶和鄂博梁Ⅱ號(hào)—伊克雅烏汝斷褶帶在上始新統(tǒng)下干柴溝組下段(E32)沉積前,侏羅系烴源巖的埋深就已達(dá)到3300m的生油門限以下[圖3(d)和圖4(d)],至上始新統(tǒng)(下干柴溝組上段E32)沉積期間,基本構(gòu)造格局開(kāi)始定型;且在北部小丘林—瑪瑙擠壓帶和冷湖斷褶帶部位,侏羅系烴源巖的埋深也相繼達(dá)到3300m的生油門限以下[圖3(c)和圖4(c)]。因此,該區(qū)原生油氣藏主要聚集在晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間第一次強(qiáng)烈變形時(shí)期以及之前形成的圈閉之中,在后期未遭受構(gòu)造破壞的地區(qū)可能保存原生油氣藏。如果圈閉埋藏淺(<4000m)就為油藏;埋藏深(>4000m)則為天然氣藏。上新統(tǒng)獅子溝組(N23)沉積以來(lái),雖遭受了第二次強(qiáng)烈擠壓作用,在漸新統(tǒng)上干柴溝組(N1)及其以上地層中可形成較大規(guī)模的構(gòu)造圈閉,但侏羅系烴源巖的埋深大多已超過(guò)生烴下限[圖3(a)和圖4(a)],因此難以形成原生油氣藏,只在發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓作用破壞、并有斷層下切到上始新統(tǒng)(下干柴溝組下段E32)及其以下地層的地區(qū),則有可能在淺層圈閉或斷層相關(guān)褶皺中形成次生油氣藏。由此可見(jiàn),該區(qū)油氣聚集主要受晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間和上新統(tǒng)獅子溝組(N23)沉積以來(lái)這兩期變形的控制,相應(yīng)地形成原生和次生兩種類型油氣藏。這兩種油氣藏在空間上可以出現(xiàn)在同一構(gòu)造,也可以某一形式獨(dú)立存在。4柴達(dá)木盆地構(gòu)造變形與油氣成藏關(guān)系(1)柴北緣侏羅—白堊紀(jì)為擠壓型盆地,其中早—中侏羅世可能屬于弱擠壓撓曲盆地。侏羅系烴源巖在中生代構(gòu)造演化過(guò)程中,埋深未達(dá)生油門限,故在新生代仍具有良好的生烴潛力。(2)柴北緣新生代存在晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間和上新統(tǒng)獅子溝組(N23)沉積以來(lái)兩個(gè)與油氣成藏密切相關(guān)的強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓時(shí)期,相應(yīng)地形成原生和次生兩種類型油氣藏。(3)原生油氣藏主要聚集在晚始新統(tǒng)下干柴溝組上段(E32)沉積期間第一次強(qiáng)烈變形時(shí)期以及之前形成的圈閉之中,次生油氣藏形成于第二次強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓時(shí)期,并只可能