海拉爾盆地貝爾凹陷布達(dá)特群潛山油氣運(yùn)聚成藏過程

海拉爾盆地貝爾凹陷布達(dá)特群潛山油氣運(yùn)聚成藏過程

0潛山勘探方向作為專家越來越受關(guān)注的隱蔽圓圈之一，潛山在一定程度上了解了其形成的儲層空間類型、規(guī)模、油藏和油氣來源。隨著海拉爾盆地油氣勘探目標(biāo)的向下轉(zhuǎn)移,貝爾凹陷的布達(dá)特群潛山逐漸成為今后勘探開發(fā)的主要研究熱點。貝爾凹陷在我國境內(nèi)可供勘探的面積約為3010km2,已在中部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的潛山油氣藏,充分展現(xiàn)了其作為隱蔽油氣藏的良好前景。但是到目前為止,以往研究較多的是圍繞于現(xiàn)今靜態(tài)的油氣成藏類型、規(guī)模和油氣來源的追蹤等方面,而對于油氣運(yùn)聚成藏十分重要的構(gòu)造活動研究相對欠缺。本文試圖從古潛山的構(gòu)造活動時期、強(qiáng)度和時空演化等方面來探討構(gòu)造運(yùn)動對于布達(dá)特群潛山油氣運(yùn)聚成藏的影響并分析有利成藏區(qū)。1布達(dá)特群潛山油氣運(yùn)聚特征貝爾凹陷位于海拉爾盆地東南部,夾持于嵯崗與巴彥山隆起之間,是盆地內(nèi)最為開闊的一個凹陷。由于斷裂構(gòu)造活動強(qiáng)烈,按照地層的起伏變化,貝爾凹陷被依次分割為貝西、貝中、貝東3個次凹,更可細(xì)分為11個二級構(gòu)造帶。其中布達(dá)特群沉積時期是盆地凹陷的發(fā)展階段,形成了西斷東超的箕狀凹陷(圖1)。凹陷內(nèi)主要含有上侏羅統(tǒng)至下白堊統(tǒng)的5套油氣層系。大量資料分析表明,貝爾凹陷布達(dá)特群潛山的油氣主要來源于下白堊統(tǒng)的南屯組上段、上侏羅統(tǒng)的興安嶺群及自身烴源巖,儲集于自身基巖風(fēng)化殼、變質(zhì)巖的縫、洞及內(nèi)部的砂礫巖儲層中,屬于典型的新生古儲、多源一儲式生儲蓋組合。布達(dá)特群潛山油氣主要來自于貝爾凹陷內(nèi)部貝西洼槽南屯組上段的暗色泥巖,自身的生烴能力很弱,其主要的生排烴時期在伊敏組沉積末期(100Ma)以后。利用流體包裹體等地球化學(xué)表征資料研究成藏期次,其結(jié)果顯示貝爾凹陷布達(dá)特群潛山至少有兩次大規(guī)模的油氣運(yùn)聚成藏期,即大磨拐河組末期和伊敏組沉積末期。根據(jù)張吉光、付廣等人研究,海拉爾盆地不但存在大量原生斷裂,其中包括大量的通源斷裂,即溝通了南屯組源巖和布達(dá)特群潛山的斷裂,而且存在大量的伴生裂縫。由此看來,貝爾凹陷南屯組以后的構(gòu)造運(yùn)動直接影響到貝爾凹陷布達(dá)特群潛山油氣的運(yùn)聚成藏過程。2影響油氣藏的構(gòu)造由于構(gòu)造運(yùn)動對于油氣成藏的影響具有兩面性,因此它所發(fā)揮的作用一直是受到廣泛關(guān)注的問題。貝爾凹陷布達(dá)特群潛山由于形成時間較早,更容易受到后期構(gòu)造運(yùn)動的影響而導(dǎo)致油氣藏的調(diào)整和破壞。根據(jù)研究,布達(dá)特群潛山由于受到構(gòu)造運(yùn)動的影響,在大量次生裂縫和伴生裂縫的改造作用下,大大改善了其儲集空間的性質(zhì),十分有利于潛山油氣藏的形成,這主要與構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)度、期次以及隨之產(chǎn)生的泵吸作用具有直接關(guān)系。2.1構(gòu)造運(yùn)動作用下潛山斷裂帶分布一個地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度的大小可以直接決定該區(qū)域是否可以成藏或成藏規(guī)模。根據(jù)分形理論,斷裂帶的分形維數(shù)(D)的大小可以用來衡量構(gòu)造強(qiáng)度大小。構(gòu)造運(yùn)動作為地質(zhì)過程中普遍的一種地質(zhì)現(xiàn)象,其直接的表現(xiàn)形式就是斷裂,而且應(yīng)具有十分明顯的自相似性。以往研究表明,構(gòu)造裂縫及斷裂的分形維數(shù)D值可以定量地表征其密度的大小,也就是說斷裂帶陣列的D值反映了應(yīng)變局部化的程度、斷裂的空間分布特征與斷裂活動性,與地震有著密切的關(guān)系。高的D值反映強(qiáng)的構(gòu)造活動性及頻繁的地震,低的D值則反映弱構(gòu)造活動性:D=?limr→0I(r)ln(r)=limr→0∑i=1N(r)Pi(r)lnPi(r)lnr。(1)D=-limr→0Ι(r)ln(r)=limr→0∑i=1Ν(r)Ρi(r)lnΡi(r)lnr。(1)式中:D為分形維數(shù);Pi(r)為斷裂落入第i個邊長r盒子內(nèi)的概率;N(r)為盒子總數(shù);I(r)為總量信息維,r為盒子的邊長。貝爾凹陷布達(dá)特群潛山的斷裂和裂縫大都是在構(gòu)造運(yùn)動作用下伴生形成的,由于形成于一個統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場,盡管其破裂程度和位移量不盡相同,但仍具有自相似性,滿足分形理論。根據(jù)公式(1)采用盒子法,可以計算出貝爾凹陷布達(dá)特群潛山的信息維數(shù)(圖2)。結(jié)果顯示,貝爾凹陷布達(dá)特群潛山的蘇德爾特潛山構(gòu)造帶的中部地區(qū)信息維數(shù)最大,為1.5~1.8,并且向四周方向逐漸降低,只是在小范圍的局部地區(qū)出現(xiàn)高點,這種構(gòu)造強(qiáng)度的分布正好與現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)潛山油氣藏的空間分布相匹配,說明目前的蘇德爾特潛山構(gòu)造帶曾經(jīng)歷了較強(qiáng)的構(gòu)造運(yùn)動,且其強(qiáng)度明顯高于周邊地區(qū)。在高強(qiáng)度的構(gòu)造運(yùn)動作用下,貝爾凹陷布達(dá)特群潛山在蘇德爾特地區(qū)應(yīng)發(fā)育大量的伴生性裂縫,這一點與實際的斷裂密度分布匹配得很好。如圖3所示,在蘇德爾特潛山地區(qū)的斷裂密度一般為1.8~2.0條/km2,最低值也為1.4條/km2,而目前的高產(chǎn)潛山油氣藏都無一例外地分布在這些裂縫的高發(fā)區(qū),而斷裂密度小于1.4條/km2的區(qū)域油氣井明顯減少。其原因是斷裂密度越大,伴生裂縫越發(fā)育,這些大量的伴生裂縫大大改善了原本儲集性能較差的輕變質(zhì)火山巖潛山儲集體,使其有效的儲集空間明顯增大,當(dāng)油氣沿斷裂運(yùn)移上升至這些裂縫時,油氣會大量充注到伴生裂縫中,形成潛山油氣藏(圖4)。反之,在伴生裂縫發(fā)育薄弱區(qū)則不具有這樣的儲集空間,從而導(dǎo)致了潛山油氣藏的不發(fā)育,這些都有力地表明了構(gòu)造運(yùn)動在油氣運(yùn)聚成藏過程中的重要作用。由上可知,在貝爾凹陷強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動中形成了大量的斷裂,其中有一種對于油氣成藏十分重要的斷裂,即溝通了南屯組烴源巖和布達(dá)特群潛山儲層的通源斷裂,在地震剖面中可以找到多條這樣的斷裂(圖1)。這些通源斷裂使得油氣在生成后沿其進(jìn)行側(cè)向的運(yùn)移至改善后的潛山伴生裂縫中聚集成藏。2.2斷層生長和構(gòu)造環(huán)境強(qiáng)度只是用來衡量構(gòu)造運(yùn)動對油氣成藏作用的一個方面,但如果沒有一個好的成藏匹配關(guān)系也是起不到應(yīng)有的作用。從資料分析和構(gòu)造平衡剖面的確定得到,伊敏組沉積末期和南屯組沉積末期是貝爾凹陷內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動活躍的主要時期。通過斷層生長指數(shù)的計算(圖5),結(jié)合構(gòu)造平衡剖面認(rèn)為,貝爾凹陷的斷層差異活動明顯,不同斷層主要活動時期不同,但總的規(guī)律是南屯組時期斷裂活動最強(qiáng),生長指數(shù)最大,對應(yīng)凹陷的快速沉降階段。蘇德爾特潛山帶上的斷層基本不具有同生性,多為后生斷層。通過對貝爾凹陷的埋藏史和生排烴史的研究可見,南屯組烴源巖主要在伊敏組沉積末期進(jìn)行生排烴過程,此時的斷裂系統(tǒng)正好處于強(qiáng)烈的活動開放階段,大量的通源斷裂和潛山內(nèi)部的伴生裂縫為油氣運(yùn)聚成藏提供了良好的輸導(dǎo)通道和有利的儲集空間,再一次有力地促進(jìn)了大規(guī)模潛山油氣藏的形成。2.3泵吸作用對油氣運(yùn)聚的作用地震活動大多與斷層的活動相伴生。從熱液礦脈中礦物晶體的生長穿插關(guān)系可以判定這種礦化作用是不連續(xù)的,是熱液多次沿裂隙或斷層面運(yùn)移、聚集的結(jié)果,這同樣也適用于烴類的運(yùn)移、成藏機(jī)制。地震泵作用可以大大促進(jìn)烴類在構(gòu)造活動地區(qū)的運(yùn)移。Hooper在烴類的運(yùn)移中首次運(yùn)用了這一動力機(jī)制。在流體運(yùn)移動力機(jī)制中,裂隙及斷層面作為運(yùn)移通道,對油氣藏的形成有著極為重要的作用。泵吸作用是指地下深處的巖層由于地震活動使震源區(qū)或活動斷層附近的流體間歇性地順地層或斷層面向別處運(yùn)移的過程。這種流體的輸送過程是由地震引發(fā)的,斷層的活動使地下巖層像一個泵一樣把油氣由較深部位抽出來,然后又將它們向淺處或上方壓力較小的地層中排驅(qū),并在有利的構(gòu)造中成藏。作為流體,油氣的運(yùn)聚同樣在地下受到斷層活動的影響;其本質(zhì)就是在地震作為動力的前提下,以斷裂面為輸導(dǎo)通道,烴類物質(zhì)進(jìn)行的一種勢能釋放過程。地震造成流體運(yùn)移的規(guī)模和強(qiáng)度由地震的強(qiáng)度決定,而地震的強(qiáng)度又與構(gòu)造活動的強(qiáng)度密切相關(guān)。由于貝爾凹陷布達(dá)特群潛山及上覆南屯組源巖在不同程度上發(fā)育大量斷裂和褶皺(圖1),因此貝爾凹陷在主要構(gòu)造活動期間,泵吸作用對烴類運(yùn)移過程將起到了明顯的促進(jìn)作用。當(dāng)流體在泵吸作用下垂向運(yùn)移上來后,由于布達(dá)特群上覆為較穩(wěn)定的興安嶺群泥巖層,油氣由垂向運(yùn)移改為側(cè)向運(yùn)移,最終進(jìn)入潛山內(nèi)部成藏。這或許是靠近貝西洼槽發(fā)現(xiàn)了較多潛山油氣藏的一個重要原因。3伊敏組沉積期油氣運(yùn)移規(guī)律目前所觀察到的斷層封閉狀態(tài)只是體現(xiàn)出現(xiàn)今斷層的性質(zhì),并不能夠反映油氣成藏歷史時期的壓力及封閉狀況。其時空演化與油氣生成、運(yùn)聚之間的匹配關(guān)系才是決定潛山能否成藏的關(guān)鍵,因此對布達(dá)特群潛山內(nèi)斷層的構(gòu)造運(yùn)動演化史的恢復(fù)是十分必要的。通過結(jié)合貝爾凹陷的構(gòu)造發(fā)育史和沉積埋藏史發(fā)現(xiàn),貝爾凹陷的主力烴源巖南屯組泥質(zhì)巖在伊敏組的沉積末期開始發(fā)生大量的生排烴作用;而該區(qū)此時除先前形成的早期斷裂外,在南屯組沉積時期還形成了大量的通源斷裂,這些斷裂隨潛山一同接受沉積埋藏至伊敏組沉積末期后重新開啟(圖6),為此時南屯組生成排出油氣的運(yùn)移提供了極為重要的垂向輸導(dǎo)通道,而且其開啟時形成的大量伴生裂縫為油氣的儲集奠定了良好的儲集空間。從圖6中可以看出:早期的斷裂及源巖斷裂在伊敏組沉積初期呈開啟狀態(tài),但此時烴源巖并沒有生成大量的油氣,因此這時的斷裂對油氣的聚集成藏并沒有實際的貢獻(xiàn);發(fā)展到伊敏組二、三段沉積時期,隨著斷層壓力的增大,斷裂本應(yīng)由開啟轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]狀態(tài),但在伊敏組沉積末期,由于強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動,使得斷層仍然處于活躍期,此時恰為南屯組生排油氣的高峰期,其生成的大量油氣恰好可沿著這些源巖斷裂運(yùn)移至古潛山中,在大量的伴生裂縫和次生孔洞中聚集成藏。在其后的地質(zhì)歷史時期中,由于構(gòu)造運(yùn)動恢復(fù)平靜,隨著埋深的逐漸加大,這些曾經(jīng)對油氣起到重要輸導(dǎo)控制作用的斷層又重新封閉,起到了對已有油氣藏的封蓋保存作用。這一點與上述現(xiàn)今油氣主產(chǎn)區(qū)的斷層封閉狀態(tài)能夠很好地相互驗證。4潛山油氣成藏動力(1)構(gòu)造活動的高強(qiáng)度區(qū)是潛山儲集性得以明顯改善的區(qū)域,可以利用分形理論分析得到構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈地區(qū);如果在這些區(qū)域的次生儲集