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構造斷層導致油氣向上跨層運移。

在全球穩定的地臺或後期構造活動輕微的地區,大部分大型油氣盆地壹般都是自生自儲或相鄰,在壹個地層系統中形成生儲蓋組合。孔隙度和滲透率條件好的油氣可以橫向運移很遠或沿侵蝕面運移,遇到圈閉成藏。這往往是形成超大型油氣田的基本方式,如中東、東歐、北非、北美等平臺。西西伯利亞盆地占世界儲量的10%,占天然氣的40%[195]。雖然是以海西褶皺為基礎的年輕地臺,但後期構造相當穩定。內部的升降大多與基底活動有關。盆地內有長垣、穹窿等局部構造約1200,壹般傾角小於5° ~ 6°。盆地內斷裂較少,100km2範圍內平均斷裂長度小於0.43km。各油氣組合基本上都具有自源的特征。油氣在儲層中的運移空間廣闊,流體超高壓的報道很少,缺乏煙囪作用的動力。

中國大陸塊本來就小,經歷了多次縫合和相互幹擾,特別是東部燕山運動和西部喜馬拉雅晚期運動的強烈擠壓,東部喜馬拉雅期裂谷、斷層和裂縫的發育。所以,除了相對穩定的鄂爾多斯,油氣煙囪的作用非常突出,油氣景觀經常發生變化。非均質、遠距離、多源和混源油氣藏出現;油氣系統的相互交織給資源的計算、評價和預測帶來了困難。中國油氣藏跨層運移的復雜現象在世界油氣區中十分突出。

(1)塔裏木盆地

早在海西構造運動時期,盆地的許多地區就出現了褶皺和斷層,在後期地質時期也經常見到。—O組油氣源垂直進入其上統。其中塔北三疊系油氣藏最為顯著,主要通過阿克庫木(輪南)Y形斷層。-O組油氣流入斷隆上覆蓋的T砂巖,然後沿斜坡向南運移(斷裂帶北部無工業油井),在平緩構造或巖性圈閉中形成許多中、小型油藏,總儲量超過1億T,有些地方斷裂通向侏羅系砂巖,也可形成小型油藏(圖58a)。該區石炭系油氣藏也是?—O組烴源垂直向上運移,通過斷層形成油氣藏。Yaklaben為海西晚期逆沖隆起,但中、新生代地層存在正斷層,油氣沿斷層上行,在J—K—E甚至N層產出油氣(圖58b)。塔中和瑪紮塔克(和田河)C組油氣也是由?—O地層由斷層和侵蝕面構成。在喜馬拉雅運動活躍的地區,可以看到深部T-J或C地層油氣源進入淺層形成油氣藏,可以形成大型油氣藏。比如著名的克拉2和迪那都來自於深部侏羅系和三疊系烴源巖。該區構造非常復雜,疊瓦狀斷層沖斷和滑動。但由於E良好的膏泥蓋層,氣藏充註時間不長(N2後),氣藏壓力很高,地面壓力梯度為1.95 ~ 2.2 MPa/100m[144]。也許煙囪效應還在繼續,更不用說破壞了。塔裏木柯克亞E-N組最早發現的大型油氣田主要是C組還是?—O地層的油氣源通過斷層向上運移(圖58c)。盆地西部新近發現的阿克莫木K1氣田[196]為過成熟幹氣,(δ13為-25% ~ 22%)證明氣源主要來自J、C組,也是在喜馬拉雅晚期充註的。塔東鉆探了j和S氣井。經過地球化學對比,認為是燕山-喜馬拉雅期。-O組天然氣“沿斷層大規模運移聚集”[197](圖58d)。

塔裏木盆地新近系覆蓋很厚,大部分地區覆蓋3000 ~ 8000米。三套主要烴源巖(?—O,C,T—J)都埋得很深,煙囪作用把深部的壹些資源轉移到相對淺的部分。雖然有些油氣被破壞了,但還是有貢獻的。它和古隆起成為塔盆的兩大功臣,古隆起其實是壹個早期的煙囪。

(2)準噶爾盆地

基底相當活躍,盆地內沈積和斷塊作用明顯,斷裂系統發育,中侏羅世以後相對穩定。盆地中最重要的烴源巖是二疊系,已進入成熟階段。侏羅系烴源巖與砂巖結合良好,但盆地中北部成熟度很低,成熟度高的準南(昌吉)凹陷太深,無法直接勘探侏羅系及更老的原生油氣藏。在盆地西北部和腹部發現了許多侏羅系儲層,這些儲層並不是侏羅系本身的烴源。經過地球化學等對比,認為侏羅系油氣田大部分是由二疊系油源通過斷層運移而來,部分可向上運移至白堊系成藏(圖59a,b)。楊等[198]認為:“準噶爾盆地侏羅系油氣藏絕大多數為次生油氣藏,油氣來源於二疊系烴源巖,斷層成為侏羅系油氣運移的主要通道”。並說:“沒有斷層,就沒有侏羅紀的油氣藏。”油源斷層成為油氣運移不同層位的“高速公路”,對盆地西北和腹部至關重要。

圖58塔裏木盆地油氣垂向運移模式(根據各種資料整理)

圖59準噶爾盆地(含吐哈)油氣垂向運移模式

準南侏羅系生氣強度很高(圖60),凹陷中部已進入成熟階段,可為北天山前三排構造的淺、中層輸送氣源。呼圖壁等成功的氣田都是紫泥泉子組產出的。背斜深部為斷層擡升形成的斷塊構造,由四條斷層[199]組成,下至八道灣組等氣源層。侏羅系本身埋深近萬米,目前無法直接鉆探。但在喜馬拉雅晚期,從天山逆沖至盆地形成了幾排背斜構造。淺層東-北段儲蓋組合非常有利。在紫泥泉子組三角洲砂體上,沈積了安吉海組半深湖相泥巖,單層厚度可達100米,累計厚度約460米,分布廣泛。只要適當配置烴源斷層,很容易形成儲量較大的次生氣藏,該領域可能成為全盆地增加天然氣儲量最現實的方向,近年來頻頻成功實現。

圖60準噶爾盆地J1B+J2x現今天然氣強度圖[189]

綜上所述,可見煙囪效應在準噶爾盆地油氣成藏中的重要意義。

(3)與西部活動構造帶有關的其他盆地。

吐哈盆地、柴達木盆地北部、河西走廊等地區油氣垂向運移明顯。吐哈盆地存在多套縱向疊置的儲層,如巴卡、神泉、連木沁油田的J、K、E儲層,均屬於同壹油源,儲層油氣密度縱向非均質性強,油氣密度越往上越輕。每個油田都伴隨著下到油源層的斷層,向上的斷層活動在有效蓋層下停止[200](圖59d)。

J以來柴北緣的斷塊沈降和喜馬拉雅期祁連山與阿爾金山的聯合扭轉具有明顯的褶皺構造。北部E-N層不具備生烴條件,N層油氣藏主要來自J1和J2層的下伏烴源,通過壹系列性質不同的斷層向N層圈閉運移形成油氣藏(見圖57)。

祁連山北側構造活躍,斷層發育,油氣垂向和側向運移規模大。主要烴源巖為J-K1地層。如酒西地區青西凹陷下部生成的石油通過牛溝斷層和509斷層進入第三系油藏;市北凹陷原油通過白南斷層進入北部單斜第三系油藏。第三系砂巖具有良好的物性和側向穩定性,油氣可以在第三系中長距離運移,並在運移過程中富集在高點或其他圈閉中,形成了酒西盆地的油田[118]”。

西藏羌塘地區在侏羅紀是壹個大規模的海相沈積區,其烴源巖厚度大、質量高,引起了國內外專家的關註,甚至與中東油區相提並論。但存在兩個嚴重問題:壹是侏羅紀末怒江-班公湖板塊縫合後,面積上升,K-E、N地層沒有繼續大範圍沈積,後期部分被剝蝕,缺乏大面積覆蓋;第二,喜馬拉雅運動雖然形成了許多大型構造圈閉,但區域又上升,使許多油層出露,成為“古油藏[201]”和許多油苗,大量油氣出露。太可惜了!當然,侏羅系內部蓋層也可能遮擋部分油氣,作為未來勘探目標。

從這個角度來看,煙囪作用的三個基本組成部分:下部烴竈、中部烴源斷層、上部蓋層和圈閉,三者缺壹不可,屬於數學乘法法則。羌塘是壹個缺乏上蓋層和圈閉,不易由煙囪作用形成的次生油氣藏。

(4)四川盆地

在四川盆地中部構造穩定區,大多數油氣藏是自生自儲或相鄰的。如生成湖相油的大安寨段(J14)和兩高山段(J1)多是這樣,但鉆入油氣藏前標誌很少,煙囪效應較弱。而在局部斷層發育區,大而冷的油層可以通過斷層運移到上覆的沙溪廟組,形成儒公山廟油層。謝等[202]認為“構造發育、相幹分析和地層傾角分析都表明,本區斷裂的發育為油氣運移提供了重要的通道。”油層在華鎣山附近時煙囪作用非常明顯。如靠近華鎣山的廣安背斜,由北北東向和NEE向兩組構造線交匯而成,斷層發育。下部油氣向上運移1000多米,紅層沙溪廟組(J2+32)有多套砂巖,其中七層分布較廣,部分砂巖含油面積達40km2以上。多口淺層鉆井試油,日產原油1m3以上,廣104井間歇初始註油30m3日以上。而砂巖整體物性較低,只能通過裂縫局部產出。

龍門山山前著名的厚壩油砂巖也屬於紅層沙溪廟組,地表延伸近百公裏,地下傾斜至千米深處仍有石油顯示。而且向北穿越老地層(T1f)內出露的高背斜後,含油向斜內仍有多層厚砂巖。早些年,巖心是手工鉆的,原油可以滴。江油地區的石板路和家用石器多為砂巖,含油飽和度低。以江油命名的縣城,不僅河中多處有油流過,而且處處都有油跡。龍門山及其山前、印支期和喜馬拉雅期構造和沈積作用活躍,深部豐富的海相油氣通過斷層向上運移,曾普遍在上覆紅砂巖圈閉中成藏。但該區喜馬拉雅晚期運動強烈,逆沖、褶皺、隆起,油層出露。

圖61川西坳陷油氣垂向運移和二次聚集示意圖

須家河組(T3)ⅲ幹酪根是川西坳陷的豐富氣源,通過斷裂系統將天然氣輸導到上部紅砂巖中,形成了大量氣藏,成為近年來四川天然氣勘探的熱點之壹(圖61)。根據地質歷史分析,燕山期,龍坳構造帶是在印支運動NEE向構造格局的基礎上發展起來的,增加了T3地層和巖性圈閉。此時是晚三疊世的生烴高峰期,儲層物性較好。因此,燕山期是須家河組常規油氣聚集的黃金期。在隨後的砂巖致密化過程中,生烴和排烴持續進行,川西坳陷具有形成大面積深盆氣的有利條件。但由於長期深埋壓實和超致密化作用,天然氣藏停滯不前。激烈的喜馬拉雅運動在壹定程度上破壞了龍門山和部分千山的早期油氣,但對凹陷內長期埋藏、停滯的油氣藏重新活躍起來是壹件好事。從龍門山到龍泉山,構造比較活躍。喜馬拉雅晚期,川西坳陷形成了數十個不同高度的背斜構造和斷層、裂縫網絡。須家河組的壓縮氣體沿斷裂系統重新聚集到晚期構造的上部形成油氣藏。同時,在超高壓和斷層發育的條件下,天然氣必然會多方逃逸,煙囪效應前所未有。壹部分到達地表,成為眾多的氣苗,但由於紅砂巖層厚多,物性好,圈閉多,泥質巖多套,有利於形成次生氣藏。新場、白馬廟、洛帶、平落壩、馬靜等重要氣藏已達到大中型氣藏標準。

圖62黃驊坳陷曙光地區和下遼河坳陷油氣垂向運移示意圖[120,127]

煙囪作用下的次生氣藏壹般具有超壓特征。以新場為例,非充氣砂巖多為常壓,總的趨勢是氣層壓力梯度自下而上逐漸減小。遂寧組(JBOY3樂隊)因泥質巖厚而為區域性蓋層,許多深層烴源斷層或裂縫性地層無法穿越該套地層。下部氣層壓力梯度高(1.5 ~ 1.9 MPa/100m),上部蓬萊組(JBOY3樂隊)和白堊系氣層壓力梯度下降到1.3 ~ 1.5 MPa/100m..J2以下地層天然氣芳烴含量高[203],具有水相運移或混相突入的特征。而在遂寧組泥巖之上的above樂隊或K砂巖中,氣藏芳烴含量普遍很低,川西坳陷南部喜馬拉雅運動更為強烈。白馬廟構造大興斷裂等深大斷裂垂直切割構造軸,斷距60 ~ 170 m,在蓬萊組向上消失。

(5)在中國東部斷陷盆地,油氣沿伸展斷層和侵蝕面垂向運移,上覆新的層位,形成油氣藏。

這是濟陽坳陷重要的成油組合之壹(見圖53)。不生油的館陶組發現的石油地質儲量占總儲量的24.8%,部分東營組占32.2% [204]。壹般來說,石油和天然氣可以遷移到斷層連接的層位。這種垂向跨層運移在開闊、分隔良好的箕狀坳陷中起著重要作用,因此特別強調“復式油氣藏”。比如著名的孤島、孤東、城東、陳家莊等新近系油藏都屬於這壹類。在黃驊和下遼河坳陷,油氣通過斷層從E層烴源巖垂向運移至N或E層上部,如圖62所示,蘇北坳陷油氣主要垂向運移。南海盆地北部的“陸相海相儲層”顯示了垂向運移的主導作用。除了古近系和新近系之間斷層的垂向運移,東部斷陷盆地的許多地區與中、古生界基底斷層相連,形成了多源、混源的復雜油氣運聚系統。

(6)松遼盆地三肇地區松花江組下侏羅統斷陷ⅲ型幹酪根烴源豐富,成熟度高(r = 2.5% ~ 6%),煙囪效應突出。

通過斷層,向其上方或周圍的白堊系儲層運移,垂向距離數千米。而登婁庫組成熟度僅為r = 1.3% ~ 2%,泉頭組及以上更低,方3、方4井均表現出明顯的混源現象。許多專家[191,205,206]對該區的地質現象進行了深入的研究,特別是烴源的詳細對比,證實了許多白堊系氣藏來自於侏羅系深層斷陷。圖63a顯示三肇斷陷北部升平站地區侏羅系天然氣通過壹系列斷層進入上部形成的次生氣藏,而圖63b顯示徐家圍子斷陷西部常德地區侏羅系過成熟天然氣通過斷陷(向斜)與隆起之間的主斷層運移到隆起上的登婁庫組形成次生氣藏,與原始高成熟油氣不同。

圖63松遼盆地三肇地區次生氣藏垂向運移模型

松遼盆地東南隆起區侏羅系為裂谷帶,含煤系沈積廣厚,氣源豐富。然而,自松遼盆地自白堊紀進入大型坳陷以來,該區缺乏深水湖相烴源巖,主要為陸源碎屑,缺失K2和E-N地層。該區發育大型背斜和斷層,氣藏和天然氣顯示與侏羅系氣源有關[188,207]。萬金塔和甘地區的CO2氣藏明顯次生於深部斷裂的向上運動。在東南隆起區尋找具有煙囪效應的氣藏前景廣闊。

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