吳孔友,劉磊

(中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555)

大南盤江地區(qū)構(gòu)造對油氣藏破壞作用研究

吳孔友,劉磊

(中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555)

大南盤江地區(qū)發(fā)育多套成熟烴源巖,具有良好的油氣成藏條件。但由于烴源巖埋藏深、成熟早,成藏之后經(jīng)歷多期強烈的后期構(gòu)造運動改造,先前形成的油氣藏大都被破壞,導(dǎo)致目前地表出露多處古油藏和油氣苗。多年的油氣勘探證實,后期的構(gòu)造運動對油氣藏的破壞作用是制約該區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵問題。研究表明,大南盤江地區(qū)不同構(gòu)造單元,油氣藏的破壞因素不同。南盤江坳陷古油藏沿深大斷裂分布,其破壞的主控因素是斷裂活動;桂中坳陷古油藏和油氣顯示出露區(qū)缺失區(qū)域蓋層,其破壞的主控因素是構(gòu)造抬升剝蝕;十萬大山盆地古油藏目前殘留的烴類主要是固體瀝青,鏡質(zhì)體反射率(Rb)大都落在2.0以上,推算經(jīng)歷的最高熱解溫度均大于200℃,而且古油藏的分布區(qū)也是印支期巖漿巖集中分布區(qū),因此推斷該區(qū)油氣藏破壞的主控因素是巖漿活動。

大南盤江地區(qū);斷裂活動;構(gòu)造抬升;巖漿活動;油氣藏破壞

油氣藏形成之后,經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歷史時期,受到了各種地質(zhì)因素的影響,至今沒有遭到破壞而保存下來的油氣藏才是油氣勘探有效目標(biāo)(魏志紅,2000)。因此,研究分析油氣藏的破壞條件是分析油氣藏是否存在的重要前提。相對于我國東部陸相斷陷盆地,南方海相盆地油氣地質(zhì)的特殊性在于:多期變動的盆、山時空組合及演化過程;多時代、多級別、多類型復(fù)合疊合盆地與多期強烈改造;多樣復(fù)雜的原生油氣成藏、殘留油氣藏和再生油氣成藏及其復(fù)雜組合(趙宗舉等,2002;沈傳波等,2007)。大南盤江地區(qū)具有良好的油氣成藏條件,目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)多處地表古油藏和油氣苗,但由于該地區(qū)經(jīng)歷了長期、復(fù)雜、獨特的沉積和構(gòu)造演化,造成了油氣成藏條件的復(fù)雜性和控制因素的多樣性,使得成藏規(guī)律難以深刻認識,制約了油氣勘探的突破(趙孟軍等,2007)。其關(guān)鍵問題在于晚期(中、新生代)構(gòu)造運動對油氣成藏(油氣系統(tǒng))演化及油氣破壞的影響與控制作用(郭彤樓等,2003)。因此,開展構(gòu)造對油氣藏破壞作用研究,將對該區(qū)油氣勘探具有重要的現(xiàn)實意義和理論指導(dǎo)作用。

1 大南盤江地區(qū)油氣成藏基本條件

1.1 地質(zhì)背景

本文所指大南盤江地區(qū)包括南盤江坳陷、桂中坳陷和十萬大山盆地三個一級構(gòu)造單元,坳陷內(nèi)部各自又細分為多個二級構(gòu)造單元(圖1)(汪新偉等,2005)。大南盤江地區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上分屬揚子板塊及華南造山系。揚子板塊的基底是由前震旦系褶皺變質(zhì)而成,蓋層主要是晚震旦世至三疊紀(jì)的海相沉積;華南造山系的基底是由早古生代海槽或大陸邊緣型沉積經(jīng)加里東運動褶皺形成,其上主要為晚古生代至中三疊世的海相沉積所覆蓋,局部地區(qū)發(fā)育中、新生代陸相盆地沉積(翟光明,1992)。本區(qū)自震旦紀(jì)以來,經(jīng)歷了多期強烈的構(gòu)造運動,其中對地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造格局起明顯影響的構(gòu)造運動包括海西運動、印支運動、燕山運動和喜山運動。海西期和印支早期運動導(dǎo)致地殼拉張,形成大量規(guī)模較大的正斷層,大南盤江地區(qū)進入拉張裂谷發(fā)育時期;印支中晚期至燕山期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn),由伸展轉(zhuǎn)化為強烈擠壓,導(dǎo)致整個大南盤江地區(qū)整體抬升,遭受剝蝕,斷裂活動和巖漿活動劇烈;喜山運動的后期改造作用形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局(張志斌等,2006;姚根順等,2006)。

圖1 大南盤江地區(qū)構(gòu)造單元分區(qū)圖Fig.1 Structura l division in the Dananpanjiang reg ion

1.2 油氣成藏條件

研究區(qū)從寒武紀(jì)到志留紀(jì)經(jīng)歷了從大片海域到滇黔桂古陸的演變過程,發(fā)育了一套分布較為廣泛的以牛蹄塘組盆地相泥頁巖系為代表的下寒武統(tǒng)烴源巖系(翟光明,1992)。該套烴源巖從北西到南東由薄變厚且品質(zhì)變好,構(gòu)成了深層最好的烴源巖系。古生代至三疊紀(jì),從滇黔桂盆地到南盤江盆地的演變過程中,研究區(qū)又形成了一套獨特的泥盆系臺盆相泥質(zhì)巖類烴源巖。在漫長的地質(zhì)歷史演化進程中,研究區(qū)也發(fā)育了多層系和多類型的儲集層,其中儲集條件最好的是:①泥盆系和二疊系的生物礁儲集層;②分布在主要的區(qū)域構(gòu)造不整合面之下的白云巖儲集層;③泥盆系底部的海侵砂巖儲集層。泥盆系和二疊系,特別是二疊系的海綿生物礁儲集層以及與其相關(guān)的潛在性油氣圈閉成為研究區(qū)最為重要的的油氣勘探對象。同時,研究區(qū)發(fā)育了兩套中生界區(qū)域性蓋層:①分布在南盤江坳陷的三疊系濁積巖巖系構(gòu)成的區(qū)域蓋層;②分布在十萬大山盆地侏羅系和白堊系陸相地層構(gòu)成的區(qū)域蓋層。另外,下寒武統(tǒng)盆地相泥頁巖系在形成下古生界的優(yōu)質(zhì)烴源巖的同時,也構(gòu)成了一套具有一定潛力的直接蓋層;以中泥盆統(tǒng)為代表的泥盆系臺盆相泥頁巖系在組成上古生界優(yōu)質(zhì)烴源巖系的同時,以其較大的厚度和較好的封蓋性能成為上古生界的優(yōu)質(zhì)蓋層巖系(劉特民等,2001;趙宗舉等,2002;郭彤樓等,2003)。

2 古油藏和油氣顯示分布特征

大南盤江地區(qū)所包含的三個一級構(gòu)造單元中,古油藏和油氣顯示豐富。其中,南盤江坳陷古油藏主要分布在深大斷裂附近,典型的有安然古油藏、冊亨-板街古油藏、冊亨-賴子山古油藏、望謨-平繞古油藏、望謨-岜賴古油藏、紫云古油藏、田林古油藏、凌云古油藏、巴馬-所月古油藏等;桂中坳陷古油藏發(fā)育較少,而油氣顯示眾多,主要有南丹大廠生物礁古油藏、河池拉朝古油藏、上林六卡古油藏等;十萬大山盆地古油藏和油氣顯示都比較豐富,分布與巖漿巖分布有一定關(guān)系,部分地區(qū)發(fā)育古油藏群,如崇左二疊紀(jì)-三疊紀(jì)古油藏群、老虎山古油藏、上屯古油藏、岜西古油藏(表1)。這些古油藏或油氣顯示均與構(gòu)造破壞有關(guān)。

表1 大南盤江地區(qū)古油藏統(tǒng)計Table 1 Statistics of paleo-oil pools in the Dananpan jiang region

3 構(gòu)造對油氣藏的破壞作用

構(gòu)造運動不僅可以產(chǎn)生斷裂和裂縫,也可以使地殼抬升,地層遭受風(fēng)化剝蝕,二者都可以使得油氣藏的封閉性降低,最終導(dǎo)致油氣藏的破壞。構(gòu)造抬升對油氣藏的破壞表現(xiàn)為:①油氣藏的蓋層、儲層甚至烴源巖直接遭受剝蝕和破壞;②應(yīng)力的不均一性,不可避免地使得一些裂縫張開,對油氣保存不利;③封存箱的頂板和邊板的剝蝕和破壞,會打破原有的相對穩(wěn)定狀態(tài),導(dǎo)致油氣散失;④大氣水的大量滲入,微生物的分解和氧氣的氧化(呂延防和王振平,2001)。同時,巖漿活動可以使得高溫巖漿侵入油氣藏,使其中的油氣受到高溫的嚴(yán)重烘烤而發(fā)生熱變質(zhì),形成碳質(zhì)瀝青,油氣藏遭到破壞,或者破壞了油氣藏的封閉性,使得油氣散失(呂延防和王振平,2001;路波和趙萍,2004)。

3.1 斷裂活動對油氣藏的破壞作用

斷裂是含油氣盆地中一種非常重要的構(gòu)造類型,它的形成與演化不僅控制著盆地的構(gòu)造和演化,而且還控制著圈閉的形成與發(fā)展,直接或間接地控制著盆地內(nèi)烴源巖、儲層的發(fā)育。其中斷裂的開啟性與封閉性對油氣的運移、聚集和油氣藏的分布、破壞及再聚集起到重要的作用。如果斷層斷到地表,油氣很可能在地表附近散失或者遭受氧氣氧化、生物降解,最終破壞殆盡(郭占謙等,1996;曹成潤等,2003)。

湘桂地區(qū)經(jīng)歷的多期并且復(fù)雜的構(gòu)造運動,斷裂十分發(fā)育(劉博等,2009),在前人研究較多的南盤江坳陷秧壩地區(qū),斷裂更是控制油氣藏破壞的主控因素。

秧壩地區(qū)發(fā)育大小斷層數(shù)十條,其中主控斷裂為南盤江斷裂、右江斷裂和冊亨-貞豐斷裂三大斷裂體系。南盤江斷裂(F2)在不同地段有不同的構(gòu)造特征,地表上主要由一系列早期同生斷層和后期的擠壓斷裂、強變形帶及巖漿巖活動帶所組成。該斷裂于泥盆紀(jì)開始形成,持續(xù)拉張活動至晚二疊世,早三疊世-中三疊世時期,斷裂的伸展作用減弱。晚三疊世至白堊紀(jì),該斷裂發(fā)生強烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn),由伸展轉(zhuǎn)換為擠壓,形成寬度較大的一系列褶皺和沖斷帶。冊亨-貞豐斷裂(F1)在早期也是具伸展背景下的正斷作用,活動時期從石炭紀(jì)持續(xù)到中三疊世。晚三疊世至白堊紀(jì),該斷裂帶發(fā)生強烈擠壓變形,形成擠壓逆沖斷層、疊瓦狀褶皺-沖斷構(gòu)造。右江斷裂(F3)為逆沖斷層,斷裂切斷寒武系至第三系地層,斷裂帶擠壓透鏡體、片理化、糜棱化、硅化強烈,斷裂帶主要形成于印支期,直到喜山期仍在強烈活動,具右行走滑性質(zhì),水平位移達20km(毛健全等,1999)。

泥盆紀(jì)至石炭紀(jì)秧壩地區(qū)深大斷裂的持續(xù)拉張活動控制了該區(qū)烴源巖的沉積,到早二疊世中期,下泥盆統(tǒng)烴源巖開始生烴,中三疊世末期至晚三疊世中期,泥盆系和石炭系烴源巖均已進入生烴高峰期,由于斷裂仍處于伸展開啟狀態(tài),生出的油氣沿著斷裂向上運移,部分散失地表。進入晚三疊世末期,二疊系烴源巖進入生烴高峰,而此時因區(qū)域應(yīng)力場的改變,研究區(qū)內(nèi)主控斷裂發(fā)生構(gòu)造正反轉(zhuǎn),進入擠壓狀態(tài),由開啟逐漸轉(zhuǎn)為封閉(劉澤容等,1998),生成的油氣部分進入二疊系礁灰?guī)r中成藏。經(jīng)歷后期燕山運動的不斷擠壓和抬升,主控斷層局部再次活動,早期形成的油氣藏部分被抬升地表遭受剝蝕,形成了現(xiàn)今的古油藏。對秧壩地區(qū)斷裂和古油藏發(fā)育位置統(tǒng)計,二者具有明顯的伴生關(guān)系,古油藏緊臨斷裂分布(圖2)。例如安然古油藏就是受斷裂逆沖切割、抬升剝蝕,遭受破壞的結(jié)果(圖3)。

3.2 抬升剝蝕對油氣藏的破壞作用

地殼抬升,使油氣藏上覆地層遭受剝蝕,埋深變小,同時蓋層厚度減薄,質(zhì)量變差,封堵能力降低,進而部分油氣發(fā)生逸散。當(dāng)上覆地層剝蝕嚴(yán)重時,可以使得油層直接暴露地表,導(dǎo)致油氣藏完全被破壞(呂延防和王振平,2001;曹成潤等,2003)。

桂中坳陷斷裂發(fā)育較少,除了邊界控盆斷裂之外,內(nèi)部幾乎不發(fā)育。地層剝蝕嚴(yán)重,中生界幾乎剝蝕殆盡,上古生界大面積出露。蓋層主要為中泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)泥質(zhì)巖、泥灰?guī)r類。由于已發(fā)現(xiàn)和證實的古油藏均位于中-下泥盆統(tǒng),該區(qū)重要的蓋層主要為下石炭統(tǒng)泥頁巖和泥灰?guī)r。

圖2 秧壩地區(qū)斷裂與古油藏分布關(guān)系圖Fig.2 Relation ship between faults and distribution of paleo-oil pools in the Yangbareg ion

斷裂、蓋層和古油藏及油氣顯示分布關(guān)系(圖4)表明,桂中坳陷西部受南丹-都安控盆斷裂作用,早期形成的油氣藏遭受破壞顯著,例如大廠D2生物礁古油藏、河池拉朝D2裂縫型古油藏。而上林、賓陽地區(qū)除受南丹-都安斷裂影響外,蓋層幾乎被剝蝕殆盡,因而古油藏應(yīng)受斷裂和剝蝕雙重作用控制,如上林六卡D1+2古油藏。坳陷中南部來賓、忻城地區(qū),斷裂發(fā)育少,蓋層厚度小于50m,推測該區(qū)構(gòu)造抬升剝蝕是破壞油氣藏的主控因素。坳陷中北部宜山、羅城、柳城、柳州地區(qū)斷裂不發(fā)育,蓋層厚度介于200～50m之間,但仍發(fā)現(xiàn)大量的油氣顯示,表明由于遭受長期風(fēng)化剝蝕和多期次的構(gòu)造抬升,蓋層的封蓋能力變差,桂中坳陷有效保存區(qū)域的蓋層厚度應(yīng)大于200m。

圖3 安然古油藏剖面示意圖Fig.3 Cross-section diagram for the An ranpaleo-oil pool

圖4 桂中坳陷斷裂、石炭系蓋層和古油藏及油氣顯示分布關(guān)系圖Fig.4 Sketch show s relation ship amongfaults,Carbon iferous cap cover,paleo-oilpools and distribution of hydrocarbon in Guizhong depression

南丹大廠生物礁位于大廠背斜巴黎山-龍頭山之間,地表僅見礁體頂部,據(jù)鉆孔資料,礁體呈北北西向延伸的馬蹄形礁,長3550m,寬2750m,面積約10km2,厚達900m。礁體從早泥盆世塘丁期開始,主要發(fā)育于中泥盆早期,而結(jié)束于中泥盆世晚期。石炭紀(jì)早期,中泥盆統(tǒng)源巖開始生烴,油氣儲集在罐窯組(D2g)生物礁灰?guī)r中(趙孟軍等,2006)。二疊紀(jì)末至三疊紀(jì),隨著地層的沉積,儲層溫度升高,原油完全裂解成干氣和焦瀝青(汪新偉等,2005;趙孟軍等,2006)。三疊系沉積之后,由于受到燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造運動的影響,尤其是南丹-都安控盆斷裂的逆沖推覆,地層褶皺隆升遭受剝蝕,致使生物礁儲集體出露地表,造成油氣藏脫頂(圖5),原油裂解氣形成的高壓系統(tǒng)得到破壞,天然氣散逸殆盡,在礁體內(nèi)、灰?guī)r裂縫、溶孔等充填大量瀝青。

圖5 南丹大廠生物礁古油藏演化圖(據(jù)趙孟軍等,2006)Fig.5 Evolution chart of Nandan-Dachang paleo-oil pool(after Zhao,2006)

3.3 巖漿活動對油氣藏的破壞作用

十萬大山盆地殘留地層較全,中生界幾乎全盆地分布,蓋層厚度巨大,油氣地表出露較少,古油藏和油氣顯示主要集中分布在盆地周緣亭亮、崇左、吳圩等地區(qū)(圖6)。

分布在十萬大山盆地周緣的古油藏主要有兩類:第一類是下二疊統(tǒng)生物礁古油藏,目前殘留的烴類主要是固體瀝青(Rb>1.8%),晶洞油苗很少,代表了經(jīng)歷過大于230℃高溫的過程;第二類是下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖古油藏,目前殘留的烴類主要是固體瀝青(Rb介于0.8%～1.8%),并伴生有晶洞油苗,儲集層中油包裹體常見,這類油藏經(jīng)歷過的最高溫度一般低于200℃,比第一類要低(馮喬和湯錫元,1997;趙孟軍等,2006)。第一類下二疊統(tǒng)生物礁古油藏主要分布在亭亮、崇左等地區(qū),也是印支期酸性噴出巖集中分布區(qū)。研究表明,地下石油在150～160℃時即逐漸變?yōu)闅鈶B(tài),在200℃時除甲烷外其它烴類都已處于不穩(wěn)定狀態(tài),至550℃時甲烷也發(fā)生分解。因此巖漿巖所產(chǎn)生的熱必然會影響烴類的相態(tài)和存在(馮喬和湯錫元,1997;陳學(xué)時,1998)。崇左地區(qū)古油藏發(fā)育,下二疊統(tǒng)生物礁古油藏因底部受印支期巖漿侵入烘烤、頂部受噴出巖烘烤,油藏發(fā)生強烈熱變質(zhì)(田文廣等,2005);而三疊系油藏因巖漿固結(jié),主要通過放射性熱輻射,油藏經(jīng)歷的古地溫相對較低(圖7)。

根據(jù)瀝青反射率與鹽水包裹體均一化溫度,初步建立了瀝青反射率與古油藏經(jīng)歷過的最高古地溫的關(guān)系(圖8)。分析表明研究區(qū)古油藏瀝青反射率(Rb)大都落在2.0以上,推算的經(jīng)歷最高熱解溫度大于200℃,以焦瀝青為主,說明十萬大山盆地油藏破壞的主要因素與巖漿活動有關(guān),使原油發(fā)生了熱裂解,而并非是構(gòu)造抬升剝蝕作用引起的古油藏原油的風(fēng)化和氧化。

4 結(jié) 論

(1)斷裂活動對油氣藏的破壞作用主要表現(xiàn)在斷裂對油氣的運移、聚集過程及油氣分布和再分布的控制作用。南盤江坳陷的古油藏和斷裂分布關(guān)系十分密切,該區(qū)油氣藏破壞的主控因素是斷裂活動。

(2)地殼抬升,使油氣藏上覆地層遭受剝蝕,埋深變小,同時蓋層厚度減薄,質(zhì)量變差,封堵能力降低,進而部分油氣發(fā)生逸散。桂中坳陷斷裂不發(fā)育,但地層普遍缺失,古油氣藏上覆蓋層剝蝕嚴(yán)重甚至被全部剝蝕,該區(qū)油氣藏破壞的主控因素是抬升剝蝕。

圖6 十萬大山盆地二疊系蓋層、巖漿巖與古油藏及油氣顯示關(guān)系圖Fig.6 Relation ship among Permian cap rock,magmatites,paleo-oil pools and distribution of hydrocarbon shown in the Shiwandashan basin

圖7 崇左古油藏?zé)嵫莼Ｊ綀DFig.7 Therm alevolution mode chart for the Chongzuo ancient asphalt-oil pools

圖8 瀝青反射率與最高古地溫關(guān)系圖Fig.8 Relation s between asphalt reflectivity and the highest paleo temperature

(3)巖漿活動可以使油氣受到高溫烘烤而發(fā)生熱變質(zhì),形成焦瀝青,油氣藏遭到破壞。十萬大山盆地的古油藏和油氣顯示與巖漿巖分布一致,古油藏地化指標(biāo)也顯示殘余油氣與巖漿烘烤關(guān)系緊密,該區(qū)油氣藏破壞的主控因素是巖漿活動。

致謝:中國石化南方勘探分公司給予了大力支持,趙孟軍高工與另一位評審老師對稿件給予了認真點評并提出了寶貴的修改建議,作者在此表示衷心的感謝!

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Abstract:The Dananpanjiang area is divided into the Nanpanjiang depression,Guizhong depression and three reverse first-order structuralunits in the Shiwanshan basin.Severalunits of mature source rocks,which were discoveried in Cambrian,Devonian,Carboniferous and Permian strata,provided good conditions for oil and gas accumulation.However,although the source rocks were buried deeply and matured early,because of the subsequent multistage severe tectonic movements,the oil and gas reservoirs were destroyed after their accumulation and the ancient oil and gas reservoirs and oil seepages were exposed in the air.The process confirm s that the subsequent tectonic movements mainly restrict the oiland gas explorations.The study of many ancientoil and gas reservoirs reveals that different structural units in the Dananpanjiang area controlled reservoir destruction.The ancientoil and gas reservoirs were distributed along the discordogenic faults in the Nanpan jiang depression,where the key control of reservoir destruction was responsible for fault movement.In the Guizhong depression,the ancientoil and gas reservoirs and seepages were exposed and the regional seals were eroded,where the key control of reservoir destruction was responsible for structural up lift and erosion.In the Shiwanshan basin,the residual hydrobarbon is so lid bitumen,the vitrinite reflectance of which are mostly above 2.0,and the calculated highest pyrolysis temperatures were above 200℃,meanwhile,the distribution of ancient oil and gas reservoirs coincide with that of Indosinian magmaticrocks,so the key control of reservoir destruction was magmatic activity.

Keywords:Dananpan jiang area;fault movement;structural up lift;magmatic activity;destruction of oil and gas reservoir

Relationship between Tectonic Movementsand Destruction of Oil and Gas Reservoirs in the Dananpan jiang Area

WU Kongyou and LIU Lei
(College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao 266555,Shandong,China)

P618.13;P542

A

1001-1552(2010)02-0255-07

2009-06-20;改回日期:2009-09-30

國家自然科學(xué)基金項目(40772081)和中石化海相勘探前瞻性重點項目(2080408)聯(lián)合資助。

吳孔友(1971-),男,副教授,博士,從事地質(zhì)構(gòu)造與油氣成藏研究。Email:wukongyou@163.com