前陸盆地油氣分布規(guī)律與成藏模式

前陸盆地油氣分布規(guī)律與成藏模式

前陸盆地是造山帶前方和相鄰克拉通之間的沉積盆地，油氣資源豐富。受沉積層序及結(jié)構(gòu)、盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變形等影響,不同前陸盆地在油氣豐度上具有很大的差異,即使在富含油氣的前陸盆地中,成藏模式與盆地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元也有不同的響應(yīng)關(guān)系。因此,揭示其響應(yīng)關(guān)系對深化盆地不同結(jié)構(gòu)單元之間油氣聚集差異性的認(rèn)識以及對探索油氣分布具有重要意義。中國中西部發(fā)育大量的前陸盆地,與扎格羅斯、東委內(nèi)瑞拉和西加拿大等典型前陸盆地相比,它們在地球動力學(xué)背景、盆地結(jié)構(gòu)單元組成及成藏條件等方面與之具有一定的差異,且油氣成藏模式相對于典型前陸盆地也不盡相同。但中國前陸盆地的油氣分布亦受控于盆地結(jié)構(gòu)單元,油氣成藏與盆地結(jié)構(gòu)單元相響應(yīng)。如果對這種響應(yīng)關(guān)系認(rèn)識不清,則可能導(dǎo)致油氣勘探的失敗。1前陸盆地和前陸盆地系統(tǒng)1.1對流構(gòu)造區(qū)域的劃分前陸盆地是指發(fā)育在線性收縮造山帶和穩(wěn)定克拉通之間的狹長狀沉積帶,由大陸巖石圈受上疊逆沖推覆體載荷而引起撓曲沉降所形成的邊緣坳陷盆地,由地幔對流引起板塊碰撞所形成。根據(jù)所處板塊構(gòu)造的位置和形成機(jī)制,可分為周緣前陸盆地和弧后前陸盆地。由于此兩類盆地均發(fā)育于大陸邊緣,因此金之鈞等將其統(tǒng)稱為陸緣前陸盆地。中國中西部前陸盆地與典型前陸盆地具有相似的力學(xué)撓曲機(jī)制,為構(gòu)造加載、地殼撓曲所形成,但根本驅(qū)動力為板塊碰撞遠(yuǎn)程傳遞的擠壓應(yīng)力,與古特提斯構(gòu)造階段發(fā)育的造山帶在新特提斯構(gòu)造階段的重新活動有關(guān),不同于典型前陸盆地的地幔對流驅(qū)動。因此,中國前陸盆地存在多種命名。1.2前陸盆地沉積模式作為對地形負(fù)荷的基本撓曲響應(yīng),Decells等提出了前陸盆地系統(tǒng)的概念:為在收縮造山帶與相鄰克拉通之間的陸殼上發(fā)育的狹長的潛在可容空間,其形成與俯沖作用造成的周緣或弧后褶皺沖斷帶地球動力學(xué)有關(guān),由楔頂、前淵、前隆和隆后等4個(gè)沉積帶組成。4個(gè)組成部分是根據(jù)成盆期的沉積位置所劃分,而非受構(gòu)造所改造的最終形狀。由于構(gòu)造載荷和沉積載荷的改變,前陸盆地系統(tǒng)在發(fā)展演化過程中,4個(gè)沉積帶均會發(fā)生遷移?？赡苡捎谛纬膳璧仳?qū)動力的差異,中國前陸盆地多不具備完整的盆地系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如庫車前陸盆地、準(zhǔn)噶爾盆地均缺失隆后帶,且前隆不明顯。前淵向前隆方向過渡的斜坡帶,是前淵生烴中心油氣的主要運(yùn)移指向區(qū)帶,在盆地油氣成藏研究中具有重要的地位,而隆后帶沉積速率較低、地層單元薄,如Taranaki弧后前陸盆地隆后帶地層厚度不到800m、中安第斯山前陸盆地隆后帶地層厚度小于600m,因而對其成藏研究意義不大。所以,從油氣成藏研究的角度考慮,可將前陸盆地系統(tǒng)分為前陸褶皺沖斷帶、前淵坳陷帶、斜坡帶和前緣隆起帶,其中前陸褶皺沖斷帶包括Decells等的楔頂沉積帶和造山楔向著克拉通方向的一部分。2成盆盆地早期油氣運(yùn)移規(guī)律前陸盆地具有大陸邊緣海相沉積和陸相沉積兩套地層,即盆地基底和蓋層,而這兩套地層中均發(fā)育有烴源巖,因此,前陸盆地含有成盆期前和成盆期兩套烴源巖,而成盆期前發(fā)育的烴源巖(即基底海相烴源巖)為主要烴源巖。如西加拿大前陸盆地的Fernie組Nordegg段烴源巖、扎格羅斯前陸盆地的Kazhdumi組烴源巖、東委內(nèi)瑞拉盆地白堊系Querecual和SanAntonio組海相烴源巖。中國前陸盆地的蓋層與典型前陸盆地相同,為陸相沉積地層,而基底則較為復(fù)雜,既有陸相沉積地層,又有海相沉積地層。盆地蓋層和基底地層中均發(fā)育烴源巖,而不同盆地?zé)N源巖類型不盡相同,如川西前陸盆地具有成盆期前的海相烴源巖和成盆期的陸相烴源巖,而庫車前陸盆地和準(zhǔn)噶爾盆地則以成盆期前的陸相烴源巖為主。前陸盆地的基底和蓋層中均發(fā)育有儲集巖,即具有成盆期前和成盆期兩套儲集巖,其中成盆期前的儲集巖為碳酸鹽巖,而成盆期的儲集巖則包括碳酸鹽巖和碎屑巖,如扎格羅斯盆地成盆期前Bangestan/Qamchuqa群和成盆期Asmari群碳酸鹽巖儲集層、西加拿大盆地成盆期Mannville和Colorado群及落基山盆地成盆期Mesaverde群碎屑巖儲集層。由于前陸盆地地層層序主要源于造山帶,因而成盆期的儲集巖靠近構(gòu)造變形帶最年輕,而向克拉通方向越老。中國前陸盆地亦發(fā)育成盆期前和成盆期兩套儲集巖,其中成盆期的儲集巖為碎屑巖,如川西前陸盆地的須家河組儲集層,而成盆期前的儲集巖巖性為碳酸鹽巖或碎屑巖,如川西的二疊系和雷口坡組海相儲集層、準(zhǔn)噶爾盆地侏羅-白堊系和二疊-三疊系以及庫車盆地侏羅系和古近-新近系陸相儲集層。前陸盆地共發(fā)育兩套生儲蓋組合:成盆期前的海相組合、成盆期前-成盆期的海陸相組合,其中以成盆期前-成盆期的組合最為重要。中國前陸盆地則發(fā)育3套生儲蓋組合:成盆期前的陸相或海相組合、成盆期前-成盆期的陸相組合、成盆期的陸相組合。與典型前陸盆地不同,中國前陸盆地多以成盆期前的組合最為重要,同時(shí)成盆期的陸相組合亦較為重要,如川西前陸盆地上三疊統(tǒng)-侏羅系的陸相組合。前陸盆地存在兩種油氣運(yùn)移方式:垂向運(yùn)移和側(cè)向運(yùn)移。運(yùn)移通道有斷裂、裂縫、不整合面及砂體等類型。在空間上,斷裂和裂縫溝通深部烴源巖和上部儲集巖,使油氣發(fā)生垂向運(yùn)移,而不整合面和砂體作為油氣側(cè)向運(yùn)移的重要通道,連接著前淵生烴中心與前淵隆起,控制著油氣的平面分布;在時(shí)間上,不同成藏期中油氣運(yùn)移方式不盡相同,如庫車坳陷早期成藏以側(cè)向運(yùn)移為主,晚期成藏則具有側(cè)向、垂向運(yùn)移并重的特點(diǎn)。因此,垂向運(yùn)移和側(cè)向運(yùn)移在空間上交叉、時(shí)間上疊合,共同組成一個(gè)復(fù)雜的前陸盆地油氣運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3前陸盆地沉積的油氣運(yùn)移規(guī)律受沉積和構(gòu)造的影響,前陸盆地系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)單元具有不同的成藏模式和分布特征(表1、圖1)。是前陸盆地的油氣主要富集區(qū),其油氣藏類型以背斜或斷背斜油氣藏為主,如扎格羅斯盆地Mokhtar背斜、東委內(nèi)瑞拉盆地Jusepin與ElFurrial油田和庫車盆地克拉2氣田等。受造山帶的強(qiáng)烈擠壓作用,前陸褶皺沖斷帶逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育,有利于下伏烴源巖的成熟,且上覆逆掩巖體對下伏巖層中的油氣能起到很好的封蓋作用。同時(shí)擠壓作用使得該構(gòu)造帶發(fā)育大量與擠壓和沖斷相關(guān)的背斜構(gòu)造:擠壓背斜、斷背斜、斷層相關(guān)褶皺背斜等,從厚皮構(gòu)造帶到薄皮構(gòu)造帶中均有分布,但主要集中于薄皮構(gòu)造帶中。擠壓過程中發(fā)育的斷裂和裂縫為很好的運(yùn)移通道,其油氣運(yùn)移方式以垂向運(yùn)移為主。由于前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造活動強(qiáng)烈、斷裂發(fā)育,使得油氣易于散失,如東委內(nèi)瑞拉盆地山前帶大量的油氣顯示。因此,保存條件是前陸盆地前陸褶皺沖斷帶油氣成藏的關(guān)鍵。受造山帶向前陸方向的持續(xù)性擠壓、成盆期前和成盆期沉積層序以及基底巖石組成等的影響,前陸褶皺沖斷帶油氣聚集具有較大的不均一性。根據(jù)構(gòu)造變動特征,從造山帶的內(nèi)帶到外帶直至盆地的山麓帶都屬于擠壓構(gòu)造變形的范疇,可劃歸褶皺沖斷帶,而造山帶內(nèi)多個(gè)沉積成盆期前的層序,如果烴源巖在成盆期前已成熟,則經(jīng)過成盆期的沖斷褶皺破壞,油氣難于保存。因此,最可能有油氣聚集的是為推覆體所覆蓋,且靠近盆地一側(cè)成盆期沉積層序部分。中國前陸盆地多經(jīng)歷過多次構(gòu)造旋回及多幕次的構(gòu)造運(yùn)動,因此前陸褶皺沖斷帶在時(shí)間上具有多期成藏、晚期為主的成藏特征;在空間上,中國前陸盆地具有多套生儲蓋組合,其中成盆期前和成盆期的兩套生儲蓋組合在此前陸褶皺沖斷帶中可具有不同成藏規(guī)律。如四川盆地大巴山褶皺沖斷帶北西向構(gòu)造,從盆地內(nèi)→造山帶前緣→南大巴山→北大巴山向北東方向海相構(gòu)造形成越來越早,構(gòu)造與成藏匹配關(guān)系越來越好;北大巴山→南大巴山→前緣→盆地內(nèi)向南西方向陸相構(gòu)造形成越來越晚,構(gòu)造與成藏匹配關(guān)系亦越來越好,即上、下兩套生儲蓋組合具有反向的成藏規(guī)律。是前陸盆地最大的沉積和沉降地區(qū),其烴源巖厚度大、埋藏深,是主力的生烴中心。油氣藏類型以巖性油氣藏為主,如西加拿大盆地前淵帶的巖性油藏、東委內(nèi)瑞拉盆地的Amarilis油藏等。前淵坳陷帶構(gòu)造變形多較弱,進(jìn)積層序頂部的海岸相及河流相砂巖和礫巖是主要的儲集砂體,且較弱的構(gòu)造活動導(dǎo)致斷裂及裂縫較不發(fā)育,使得油氣運(yùn)移以側(cè)向運(yùn)移為主,多沿砂體輸導(dǎo)層或不整合面向前緣隆起帶運(yùn)移。由于前淵坳陷帶的巖性油氣藏分布受控于沉積相帶,因此,成藏預(yù)測的關(guān)鍵是對沉積相及成巖作用的準(zhǔn)確分析。對于復(fù)雜前陸盆地,由于構(gòu)造活動的影響,前淵坳陷帶中可發(fā)育褶皺和斷裂,形成低幅度的背斜構(gòu)造,如塔西南前淵的英吉沙-固滿低背斜帶,從而形成構(gòu)造油氣藏。前淵向前隆方向過渡的斜坡帶,是前淵生烴中心油氣的主要運(yùn)移指向區(qū)帶。油氣藏類型以地層油氣藏為主,其次為巖性油氣藏,如西加拿大前陸盆地斜坡帶系列地層及巖性油氣藏。在盆地發(fā)育階段,由于構(gòu)造及海平面變化而引起的海進(jìn)和海退在斜坡上沉積了超覆和退覆層序,加之底部不整合面,使得斜坡帶地層層序內(nèi)地層圈閉極為發(fā)育,同時(shí)斜坡帶砂巖透鏡體及砂巖上傾尖滅亦發(fā)育,形成巖性圈閉。由于大量不整合面在斜坡帶收斂或合并,從而為前淵生烴中心及斜坡下傾部位油氣運(yùn)移提供了運(yùn)移通道,其油氣運(yùn)移方式以側(cè)向運(yùn)移為主。斜坡帶繼承成盆前被動大陸邊緣陸棚的主要部分,而在被動大陸邊緣上傾部位生物礁可能發(fā)育,因而亦可形成生物礁油氣藏。受巖石圈撓曲變形的影響,斜坡帶有可能發(fā)育正斷層,從而形成構(gòu)造油氣藏,如東委內(nèi)瑞拉前陸盆地Oficina油田。是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū),可形成與正斷層相關(guān)的斷背斜、斷塊等構(gòu)造油氣藏以及不整合油氣藏等。它是在整體擠壓構(gòu)造背景下,作為對巖石圈受構(gòu)造侵位產(chǎn)生撓曲變形的均衡補(bǔ)償而發(fā)育的正向張性構(gòu)造單元,如西臺灣前陸盆地、西喜馬拉雅前陸盆地以及庫車前陸盆地前緣隆起帶的系列正斷層,從而發(fā)育與正斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉,如塔北隆起系列斷鼻、斷背斜油藏,且在接受沉積時(shí),沉積地層直接覆蓋于被動大陸邊緣傾斜的基底之上,形成不整合圈閉,如東委內(nèi)瑞拉盆地中屬地層油藏的Orinoco重油帶。正斷層及不整合面是前緣隆起帶油氣運(yùn)移的主要通道,油氣可發(fā)生側(cè)向和垂向運(yùn)移。由于前陸盆地系統(tǒng)在演化過程中,前緣隆起帶往往會發(fā)生遷移且被夷平,加之上覆地層厚度較小,因此成藏的關(guān)鍵是有良好的封蓋和保存條件,否則,運(yùn)移至此的油氣易遭受氧化、生物降解。如東委內(nèi)瑞拉盆地Orinoco重油帶上覆地層厚度小,最淺處才610m,其主要儲集層中新統(tǒng)Oficina砂巖未完全成巖,因此易遭水洗、氧化;西加拿大盆地的McMurray/Wabiskaw重油油礦成因與東委內(nèi)瑞拉盆地Orinoco重油帶相似,McMurray組和Wabiskaw段埋深淺,甚至暴露于地表,且其成巖性差,原油易于氧化、降解。前緣隆起的遷移使得油氣運(yùn)移指向區(qū)不斷變化,因而在成藏研究中需恢復(fù)油氣運(yùn)移時(shí)期前緣隆起的位置,以明確其對油氣聚集的控制作用,且由于前緣隆起的遷移是對地殼撓曲形狀變化的響應(yīng),而地殼撓曲的波長和振幅不斷變化,因而前緣隆起帶多會發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn),且在遷移過程中,隆起會不斷被剝蝕夷平,使得原始建造的油氣藏被改造甚至破壞,因此前緣隆起帶的成藏研究還必須考慮后期的構(gòu)造改造。4前陸盆地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元與成藏模式的關(guān)系(1)受沉積層序、盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變形等影響,前陸盆地系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)單元之間油氣聚集具有一定差異,而油氣分布卻表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。從油氣成藏研究的角度考慮,根據(jù)成藏模式和分布特征,可將前陸盆地系統(tǒng)分為前陸褶皺沖斷帶、前淵坳陷帶、斜坡帶和前緣隆起帶,各結(jié)構(gòu)單元的油氣藏類型、成藏關(guān)鍵條件和成藏模式等均不盡相同。(2)前陸盆地成盆期前和成盆期的生儲蓋體系具有不同的成藏特征,且在不同構(gòu)造單元油氣聚集模式和分布規(guī)律不盡相同,因此,正確識別成盆期前和成盆期的沉積層序、恢復(fù)原始沉積狀態(tài),對前陸盆地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確劃分,并在此基礎(chǔ)上對不同的生儲蓋體系和結(jié)構(gòu)單元采取不同的勘探思