柴达木盆地断裂上、下盘油气差异聚集效应与成因机理

柴达木盆地断裂上、下盘油气差异聚集效应与成因机理 柴达木盆地断裂上、下盘油气差异聚集效应与成因分析 123 罗群 陈淑兰 李玉喜 1(中国石油大学盆地与油藏研究中心，北京昌平，102249 2(大庆油田测试技术服务分公司，黑龙江省大庆市，163114; 3.国土资源部油气勘探战略中心，北京，100220 摘要:断裂沟通含油气盆地不同层位、不同时代烃源岩和生储盖组合～成为联接烃源岩和各种圈闭的重要渠道～导致了多种类型的与断裂有关的油气藏的形成。柴达木盆地断裂控烃特征明显～断裂上下盘油气差异聚集现象十分普遍～不同构造系统区具有不同的油气差异聚集机理和模式。根本原因是由于断裂上下盘具有不同的地质特征和油气运聚成藏条件～它们往往具有互为削长的关系。油气是富集在断裂的上盘～还是聚集在断裂的下盘～取决于具体地质条件. 主词:柴达木盆地 断裂上下盘 油气聚集 差异成因 柴达木盆地是中国西部典型的挤压型叠合含油气盆地。断裂十分发育。其中生代早侏罗世时期在现今盆地的北部在张性应力环境下形成断陷盆地，中晚侏罗世及第三纪则在其上叠合了挤压型坳陷型或前陆性质的盆地，沉积中心由北部迁移到盆地西部，第四纪沉积中心又迁移到盆地东部。以北缘的菱间断裂和南部的XI断裂为界，形成了特征不同的北缘、中部和昆北三大断裂构造系统，分别控制了北缘、中部和昆北三大复合含油气系统。勘探明断裂对油气藏的形成与分布有重要的控制作用，已发现的24个油气田，有23个沿断裂展布(图1)。在不同的断裂构造系统区，油气藏分布的部位有不同的规律，昆北断裂系统中油气藏赋存在逆断裂上盘;中部断裂系统区油气藏位于两条倾向相对逆断裂的共同上盘，而北缘断裂系统中油气藏位于浅层断裂的下盘圈闭和深层断裂的上盘圈闭之中。即不同断裂系统或同一断裂系统不同断裂其上下盘油气聚集和富集程度明显不同，断裂上下盘的油气聚集具有明显的差异效应。 1(昆北断裂系统中油气藏的位置及成因分析 昆北断裂系统中发育三个油气聚集带，即受狮子沟-油砂山晚期浅层滑脱断裂控制的狮子沟-花土沟-油砂山油气聚集带;受长期发育生长的红柳泉断裂控制的红柳泉,越进1号(尕斯油田)油气聚集带和受长期生长发育的阿拉尔断裂控制的砂西,跃进2号油气聚集带(图2)。 (1)狮子沟-油砂山油气聚集带 狮子沟-油砂山油气聚集带分布于狮子沟,油砂山北倾滑脱断裂的上盘，已发现了狮子沟、花土沟、油砂山等油气田。主要储层为油砂山组。 狮子沟-油砂山油气聚集带为受狮子沟-油砂山晚期滑脱逆断层控制的断滑背斜带。滑脱2断裂向北延伸入柴达木盆地主力生烃凹陷,茫崖凹陷，向下延伸，断入主要的烃源岩层E,3N。为有利的油源断层。狮子沟,花土沟,油砂山断滑背斜带圈闭规模大，闭合度高，为1 油气聚集提供了有利的空间。晚第三纪末，大规模的挤压运动使柴达木盆地中浅层强烈褶皱，产生大量的滑脱断层，包括狮子沟,油砂山滑脱断裂并在断裂上盘形成断滑背斜即狮子沟-油砂山背斜带，滑脱断裂向北伸入有利的烃源岩区-芒崖凹陷，成为油气向断滑背斜带运聚的良好通道，从而形成狮子沟-油砂山油气藏。 (2)跃进1号油田(尕斯油田主体) 1跃进1号油田位于受红柳泉断裂控制的上盘跃进1号断展背斜中，主要油气储层位E32砂砾岩，E泥岩裂缝及N,N砂泥岩。 312 跃进1号构造是在盆地长期演化过程中受红柳泉断裂同沉积控制断展背斜，断裂下盘2为有利的阿拉尔生排烃断陷，有效烃源岩为E钙质泥岩。红柳泉断裂既控制其上盘断展背322斜的形成与发育，也是控制其下盘E烃源岩发育的重要因素，同时也是E烃源岩中的油3312气垂向、侧向运移的主要通道。跃进1号油田E油层的油源主要来自其对盘的E烃源岩，3322断层成为E源岩层油气侧向运移的“窗口”，跃进一号油田的E层油层为自生自储的钙质332泥岩裂缝油气藏，跃进1号油田N,N砂岩油藏形成时间较晚，是E层烃源岩中的油气123 沿红柳泉断裂向上运移至其上盘圈闭的聚集而成的。 (3)跃进二号油气藏 1位于阿拉尔断裂上盘的断展背斜圈闭中，包括基岩风化岩油气藏、E砂岩油气藏，油3 1 源来自断层下盘的阿拉尔断陷，阿拉尔断裂既是其上盘断展背斜形成发育的控制性断裂，又2是沟通其下盘阿拉尔生烃凹陷E烃源岩的油源断裂，因此跃进2号油气藏的成因机理分析3 为:在盆地演化过程中受同沉积逆生长阿拉尔断裂控制的跃进2号断展背斜，通过油源断裂2,阿拉尔断裂不断的输送来自成熟生烃凹陷,阿拉尔断陷E烃源岩的油气、运移聚集于跃3 进2号断展背斜圈闭中，形成跃进2号油气藏。 2(中部断裂系统油气藏的位置及其成因分析 中部断裂系统区普遍发育两断夹一隆的构造样式(又称冲起构造)，目前已发现的碱水泉、南翼山、尖顶山，开特来里克、油泉子等油气藏均位于两断夹一隆的冲起构造上，即位22于两条倾向相对的逆断层共同的上盘背斜圈闭中，主力储层为E、N,N的裂缝泥岩，E31232钙质泥岩为主力烃源岩，控制背斜圈闭的断裂同时也是沟通E烃源岩和N,N储盖层的312油源断裂，如南翼山和尖顶山油气藏(图3) 中部断裂系统区在盆地演化过程中由于同时受到来自北部祁连山构造系统和南部昆仑山构造系统的挤压力，而在其先存基底断裂基础上发育受两条倾向相对的受断裂控制的冲起2构造，它们位于两条控制性断裂的共同的上盘，两侧断裂长期活动，并沟通了下部E烃源32岩和上部N,N储盖层，并在冲起构造中产生大量构造裂缝，改善了储集条件。随着E1232钙质泥岩烃源岩的成熟，首先在E地层中形成自生自储的原生裂缝油气藏，由于两侧断裂3 长期多期活动，一方面断使其所控制冲起构造圈闭发育定型，同时也作为中浅层N,N储122盖圈闭的油源断裂，输导E烃源岩或油气藏中的油气在N,N圈闭中聚集形成次生油气312 藏。 3北缘断裂系统区油气藏位置及其成因分析 北缘断裂系统区的油气藏主要位于冷湖-南八仙构造带上，该构造带纵向上发育两套断裂，即浅层的南倾滑脱断层和深层的北倾基底逆冲断层。后者与中生代断层有继承关系，并在新第三系末的构造活动中进一步活动;上部断层主要形成于新第三系末的构造活动。上、2下断层系统的分界为E泥岩发育的地层。目前发现的主要油气藏如冷湖四、五号、南八仙3 等油气藏都位于浅层滑脱断裂的下盘N,N断背斜圈闭中(图4)，与昆北地区油气藏主要12 位于滑脱断裂的上盘断滑背斜中相反。 柴北缘浅层油气藏的形成主要受上部断层系统控制。上部断层系统主要由主干盖层滑脱型逆断层和其半生、派生断层构成。从冷科1井钻井和测井资料分析，北部浅层滑脱型逆断层的主断层面上部、主断面和主断面下部的构成特征有明显差别(图5)。 2在主断面上部的补偿密度明显降低，接近2.1g/cm，低于正常砂泥岩密度，而钻井显示的地层压力为正常压力，说明岩石密度降低不是超压造成的，应当是大量裂缝发育造成的;补偿声波曲线在主断面上部的几十米范围内出现跳跃，也说明地层中存在裂缝等对声波有明显干扰的因素。因此可以判断在主滑动面上部的几十米范围内发育有大量的裂缝，裂缝的存在使顺盖层滑脱断层主断面上盘的油气运移十分有利，而封闭油气的能力有限，因此在主断面上盘不会形成次生油气藏。 钻井地层压力显示出，在主断面以上为正常压力，主断面以下为超压。这说明上部逆冲断层主断面中部具有很强的封闭能力，使断层两侧出现不同的压力特征。 2在主断面下部的补偿密度又恢复到2.3,2.5g/cm，为正常砂泥岩密度范围;钻井显示的地层压力中出现超压;补偿声波曲线在主断面下部的几十米范围内还存在跳跃，但次数明显减少，说明地层中存在裂缝等对声波有明显干扰的因素在减少。因此可以判断在主滑动面下部的几十米范围内的裂缝发育程度明显降低，顺盖层滑脱断层主断面下盘的油气运移能力有限，而封闭油气的能力相对有所提高，因此在主断面下盘会形成次生油气藏。如冷湖5号、南八仙油气藏。 深部高角度断裂系统延伸到盆地基底，与侏罗系烃源岩可以直接沟通，也可以通过深部输导层或不整合面间接沟通，成为侏罗系油气向浅部运移的主要通道。 冷湖四、五号油气藏位于冷湖浅层南倾滑脱断裂的下盘，E、E和N碎屑岩为主要31+21储层、J湖相泥岩优质源岩，其深部的冷湖基底大断裂既是控制冷湖构造带的主控断裂，又1 2 2是沟通J烃源岩与上部E、E及N层储盖层的油源断裂、而冷湖浅层滑脱断裂为其下,11+2312 盘油气圈闭的良好遮挡条件。 南八仙油气藏的结构和形成过程与冷湖四、五号油气藏类似。发育的E、E、N等31+21层位的油气藏位于浅层滑脱断裂下盘圈闭中，深层J湖相泥岩为主力烃源岩，其排出的油1 气沿控制南八仙构造的基底北倾大断裂向上运移，首先在深层(E、E)断裂上盘的的断31+2展背斜圈闭中聚集，形成源生油气藏，第三系末期挤压构造运动在南八仙断展背斜顶部产生南倾滑脱逆断层,仙北断裂，破坏深层的原生油气藏，油气沿滑脱断裂向上运移，在中浅层(N-N)滑脱断裂的下盘圈闭中聚集成藏，浅层滑脱断裂为其下盘油气圈闭的遮挡断裂。 12 比较、总结柴达木盆地不同区域油气藏分布的位置及其成因，可知，油气藏是位于断裂的上盘、还是下盘，取决于断裂上下盘具体的地质特征和油气运聚条件。昆北地区的狮子沟,油砂山油气聚集带的油气之所以聚集于狮子沟,油砂山浅层滑脱断裂的上盘，是因为上2盘发育有断滑背斜圈闭而下盘不发育圈闭，且断裂本身向北伸入茫崖生烃凹陷的E主力烃3源岩之中，为重要的油源断裂，而北缘的冷湖,南八仙构造带的油气都位于浅层滑脱断裂的下盘，而上盘缺乏油气聚集，是因为上盘地层沿断裂逆冲，地层陡，不具备圈闭条件，且滑脱断裂本身不是油源断裂，而下盘发育基底断裂的断展背斜圈闭，且又有基底断裂沟通深层J的优质源岩的油气;昆北地区深层基底断裂上盘发育断展背斜圈闭，基底断裂沟通深部12E油气源和上盘断展圈闭的储盖层，为上盘聚集油气提供了良好的地质条件，而基底断裂3 下盘不发育有利的构造圈闭，故而油气及使沿断裂上运移，也难进入圈闭成藏;中部地区发育的受两条长期活动的基底大断裂控制的位于其共同上盘的冲起构造，具良好的油气运聚、圈闭条件、因而可成油气聚集，而断裂下盘地层弯曲变形弱，难以与断裂匹配形成有效圈闭，故很难有油气聚集。 4 断裂上、下盘油气差异聚集成因初探 以上实例表明，断裂上下盘油气差异聚集的现象是比较普遍的，究其原因，是由断裂上下盘具体地质条件所决定的，一般来说，断裂上下盘具有不同的油气成藏条件(表1)当上盘油气聚集条件优越时，油气主要富集在上盘;当下盘油气成藏条件优越时，油气主要聚集在下盘，但一般情况下不会出现同一断裂的上下盘都富集油气的情况，这可能是因为同一断裂上、下盘的油气运聚条件是互为消长的，比如，对一条具体的断裂而言，当它作为油源断裂时，对其上盘圈闭捕集油气成藏是有利的，同时必然对其下盘圈闭封堵油气成藏则是不利的，反之亦然。因此，同一条断裂的上下盘往往具有较大差异的油气富集结果。对一条具体的断裂来讲，油气藏是富集于它的上盘还是富集在下盘，应具体问题具体分析。 表1 断裂上下盘油气成藏条件(环境)的差异 油气运聚成藏条件 断裂上盘 断裂下盘 油气来源 油气来自断裂的疏导，断裂油气来自断裂圈闭下倾方向的疏导 是油气运移的通道。断裂作层或不整合面，断裂只起遮挡作用， 为油源断裂。 而不作为油源断裂 圈闭条件 相对较好，常发育多种类型相对较差，只能形成断鼻、断块等少 的与断裂相关的构造圈闭，数类型的圈闭，且构造幅度相对较小 构造幅度相对较大。 保存条件 断层圈闭因断裂具开启性封闭性较好，保存条件较好。 而保存条件相对较差 储集条件 因褶皱相对强烈易在构造褶皱相对平缓，难形成构造裂缝。 圈闭中产生构造裂缝，可改 善储集条件 压力系统 常压(开放)系统 往往形成封闭(高压)系统 主要参考文献 1、 罗群、白新华，断裂控烃理论与实践,断裂活动与油气聚集研究，中国地质大学出版社， 3 1998年5月，p10-14 2、 张树林，罗群，大庆长垣以西断层倾向盘天然气聚集效应与成因分析，大庆石油地质与 开发，,,,,年vol.3，p9-123、庞雄奇、金之均，油气藏动力学成因模式与分类， 地学前缘，2000年，.7(4)，23,28 4、郭占谦，深大断裂在油气藏形成中的作用，石油学报，1996，20(3)，17,29 Forming mechanism of difference accumulating between up block and down block of a fault in Qaidm petroliferous basin 121 LuoQun Chenshunan Liyuxi 1( University of petroleum ，Beijing Changping ， 102249 2( Daqing oil field technic service filiale，Helongjiang Daqing ，163114; Abstract Faults become important relation channels between source rock and traps because they link up different periods source rocks and reservoir-cap rocks assemble in a petroliferous basin, this results in more kinds petroleum accumulations relation with faulting, The phenomenon of divergence accumulating between up block and down block of a fault is very general, The fault controlling hydrocarbon feature is obvious, the phenomena of difference accumulating between up block and down block of a fault is also very rifeness, there are differences petroleum accumulation models in differences tectonic system regions . because there are different geologic features and petroleum migrating and accumulating conditions between up block and down block of a fault, That petroleum accumulating in up block trap or in down block trap in a fault depends on geological conditions. Subject word: Qaidm basin up block and down block of a fault Petroleum accumulating difference reasons 4 山山金金 ?? 老山老山一级控盆一级控盆一级控盆尔尔二级分区二级分区二级分区冷湖冷湖三级控带三级控带三级控带?? 阿阿??????油气田油气田油气田城镇城镇城镇隐伏断裂隐伏断裂隐伏断裂 ??祁祁 ???? ??茫崖茫崖昆昆??????连连 ?????? 山山 ????德令哈德令哈仑仑 ??乌图美仁乌图美仁 ?? 大灶火大灶火 山山 ?赛南断裂?赛南断裂 ?阿尔金山南断裂?阿尔金山南断裂?昆北断裂?陵间断裂?昆北断裂?陵间断裂?狮子沟-油砂山断裂?横泥滩?马仙-茫崖断裂-甘森断裂?狮子沟-油砂山断裂?横泥滩?马仙-茫崖断裂-甘森断裂 图1 柴达木盆地断裂与油气藏展布关系 昆仑山 油砂山 油砂山油 跃进二号 跃进 一号 田 Q Q 1+2 1+2 N N -N N 2 1 2 2 N 2 N N 1 1 N 1 2 2 E E 2 3 E 2 3 E 3 3 1 E 3 1 E 1 E E 3 3 1+2 E 1+2 M Z 图2 柴达木盆地昆北断裂系统区油气运聚模式与油气藏位置 昆北断裂构造系统油气运聚成藏模式 南冀山尖顶山 Q1+2 N 2N2 N2 N1 N1N1 E3EE33 EEE1+21+21+2 M Z MZMZ 中部(冲起构造)断裂系统油气运聚成藏模式 图3柴达木盆地中部断裂系统区油气运聚模式与油气藏位置 5 赛什腾山 冷湖 潜伏 葫芦山-南八仙 冷科1井 Q1+2 Q1+2 Q1+2 N2 NN22 N 1N 1 N1 E EE J J J 图4柴达木盆地北缘断裂系统区油气运聚模式与油气藏位置 北缘断裂构造系统油气运聚成藏模式 声波时差补偿密度(DEN) -690-690-7102.12.22.32.42.52.62.70500100015002000250030003500-710 -730-730-750-750-770 -770-790-790-810-810 -830-830-850-850 -870-870-890-890 -910-910-930-930-950-950 -970-970-990-990 -1010-1010-1030-1030深度 断点位-1050-1050深度(米)-1070-1070-1090-1090 于1050 -1110-1110-1130-1130 米 -1150-1150-1170-1170 -1190-1190-1210-1210-1230 -1230-1250-1250-1270-1270 -1290-1290-1310-1310 -1330-1330-1350-1350 冷科1井钻遇的盖层滑脱断层密度测井特征冷科1井盖层滑脱断层声波时差变化特征 图5浅部逆冲断层在冷科1井钻井和测井资料中的表现 6