辽中凹陷jx1-1反转构造变形特征及烃源岩成熟度演化

辽中凹陷jx1-1反转构造变形特征及烃源岩成熟度演化

0反演构造带与油气20世纪20年代，拉mpluugh（1920）开始了解结构的逆转概念，glenieboegner（1981）首次将“逆转结构”一词引入含油气盆地分析的研究中，正确定义了逆转结构。重建结构主要基于三维地震反射特征的识别。近年来,国内学者结合我国东海盆地、松辽盆地和塔里木盆地等,大范围开展了反转构造带相关理论的研究工作,并已将研究成果应用于指导油气勘探。而对渤海湾盆地反转构造带的研究工作目前主要集中于黄骅坳陷和济阳坳陷等陆上地区,而对渤海湾盆地海域地区的反转构造带的研究还涉及较少,渤海湾盆地海域地区的勘探实践证明,渤海地区的油气聚集分布与构造反转带的发育有着密切的联系,如JX1-1油气田、LD27-2油气田、LD32-2油气田和KL3-2油田等油气田都是分布在正反转构造带内,即伸展构造之上叠加压缩构造的地质体,这种正反转构造与油气聚集密切相关,成为油气地质研究的重要领域。本文将在前人研究工作的基础上,利用最新的三维地震资料解释、可视化成果和钻、完井资料,应用2DMOVE平衡剖面技术、BasinMod-1D软件和Easy%Ro模型对渤海海域辽东湾坳陷的JX1-1反转构造带构造特征和烃源岩生排烃史模拟进行了分析研究,探讨并揭示该反转构造带对油气聚集成藏的控制作用。1区域构造背景辽东湾坳陷位于渤海东北部海域,为渤海湾盆地的一个次级构造单元,面积2.6×104km2,可划分为“三凹二凸”共5个次级构造单元,自西向东分别是辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷。JX1-1构造位于辽中凹陷中部,该构造由被郯庐走滑断裂的浅层分支断层和伴生的羽状断层共同控制的一系列断块组成(图1)。辽中1号断层是郯庐断裂带的组成部分,其性质在不同地区发生了明显变化,倾向从南向北依次从西倾变为直立,再变为东倾,断层性质也依次从正断层变为反转断层上正下逆;辽中一号断裂早期断距大,深切基岩,并且在晚期经历了强烈的扭压作用,以辽中一号走滑断裂的主断裂为界可将该构造分为JX1-1和JX1-1E两部分,JX1-1构造东西两侧均为生油洼陷,油源条件好。目前,已经发现JX1-1油气田。JX-1油田的发现进一步证实了渤海湾盆地海域地区发育在反转构造带内的具有良好的油气生成、运移、聚集的时空耦合匹配关系,具有形成大、中型油气田有利的石油地质条件。而郯庐断裂海域部分由南向北,自莱州湾凹陷经渤中凹陷穿过辽东湾坳陷,穿越渤海段长度约400km,并且郯庐断裂带活动时间长,波及范围广,而且,至今仍在频繁活动,这为渤海海域沿郯庐断裂带发育和形成反转构造创造了良好的物质基础,因此,渤海海域的反转构造带是一类非常重要的油气勘探领域,并且潜力巨大。2不整合界面和构造界面渤海盆地新生代盆地总体上被认为是陆内裂谷盆地,辽中凹陷呈NE-SW走向展布,东临辽东凸起,西临辽西低凸起(图1),新生代充填了一套厚度超过6000m的沉积地层。在通过分析盆地内部不同阶段构造几何学、运动学和热作用的控制影响下,渤海盆地经历了前裂谷期(前新生代)和裂谷期(古近纪)以及裂后热沉降期(新近纪-第四纪)三个主要演化阶段,前裂谷期主要是指前新生代包括:中生代、古生代和元古代和太古代地质时期,裂谷期主要是指古近纪沉积时期的沙四-孔店组时期裂陷Ⅰ幕,沙河街组三段沉积时期的裂陷Ⅱ1幕,沙河街组一、二段沉积时期的裂陷Ⅱ2幕和东营组沉积时期的裂陷Ⅲ幕,裂后热沉降期主要包括:新近纪-第四纪沉积时期馆陶组和明化镇组下段地质时期;在新生代至少形成了4个不整合面,分别是T8,T6,T2和T四个不整合构造界面(图2),T8代表了渤海海域北部盆地新生界基底不整合界面,地震剖面上双程反射时间为4.5s左右,在3D地震剖面上较容易识别;T6不整合构造界面是始新统末期的沙河街组三段(E2s3),地震剖面上双程反射时间为2.8s左右,T2不整合构造界面是中新统初期馆陶组(N2g),地震剖面双程反射时间通常在1.1s左右,T不整合构造界面是第四系平原组(Qp),由于渤海地区含油气层位主要为新生界的新近系和古近系,故此T不整合界面对油气成藏影响较小,其中T2和T8是两个最重要的不整合界面。密集的地震剖面和平面反转构造分布的明显表明辽中凹陷从SW-NE方向存在一个反转构造带,即辽中凹陷中央反转构造带。JX1-1构造带整体是一个NE走向的大型洼中隆反转背斜,整个JX1-1构造位于辽中走滑断裂带上,被辽中1号中央走滑断裂分割为东、西两块,由一系列被走滑分支断裂和伴生的羽状断裂共同控制的断块组成,平面的展布面积接近35km2,JX1-1反转构造西块较陡为一依附于走滑断层且形态比较完整的长条形半背斜构造,东块较缓为受走滑断裂控制的复杂断块构造。该区的断裂大体可分为三种类型,第一种是走滑主断裂,走向为NNE向,主要发育在较深层,是东西两块构造的分界断层,具有活动周期长,断层活动贯穿古近纪一直运动到新近纪,并且延伸较长,延伸长度都通常大于3km,在该构造北洼甚至断至中生界长达5km,此类断层垂向断距较大,普遍在30m~50m;第二种是走滑分支断裂,走向NNE,主要发育在浅层,延伸长度普遍在1.5km左右,垂向断距在15m~20m,通常与辽中一号走滑断层相交,起到分块的作用,平面组合形态呈现窄长似菱形展布,并且受控于地堑。此类断层与走滑主断裂共同形成负花状构造;第三种断层是与走滑断层伴生的羽状断层,平面上分布密集,延伸断距均很小,走向多为近EW方向,主要发育在东侧洼陷(图1)。JX1-1反转构造带北部的反转强度相对较强,由多条后冲为主的同向反转断裂及其伴生构造所组成,与裂陷期存在的多条规模较大的同向铲式同沉积断裂有关,是断陷挤压反转形成的一种构造样式。其反转强度从西边的陡坡带向东边缓坡带减弱,在靠近主走滑断裂带附近,发育花状的反转构造组合,围绕一些主断裂发育花状构造“火”字型构造等(图3),反映了该期构造运动的压扭性质,且反转强度较强,为穿透性断褶皱;而JX1-1反转构造带南部的反转强度则相对较弱,张扭性应力场作用较明显。总体而言,渤海海域地区的伸展构造主要形成于古近纪,辽东湾坳陷JX1-1构造带在古近纪末期,由于受到郯庐断裂走滑断层扭压作用沿主干断裂轴部发育了反转构造,在东营组和沙河街组一段和二段明显翘倾成为高部位特征,形成了JX1-1构造目前的构造格架。从图3可以看出,古近纪断层活动较强,在古近纪晚期由于区域动力学条件的改变,有走滑扭压现象;在新近纪,断层活动较弱。在层位分布上,则表现为浅层东营组在扭压作用形成的花状构造为特征,深层为铲式断层控制的滚动背斜、断背斜和复杂断块圈闭为主。2.1平衡恢复的模拟研究中主要使用了3条主干2D地震测线和辅助的16多条3D地震测线,其中3D地震数据都是近十年采集的,2D地震数据的采集是上个世纪80年代末期采集。通过ILN2806地震线的JX1-1-4井是2006年完钻的,完钻层位为东营组三段,声波测井数据的采集点间隔为一米八个点,平均间隔为0.25m。我们利用2DMOVE平衡剖面技术来准确界定了辽中凹陷中央反转构造带反转、隆升的时间;2DMOVE平衡剖面分析软件是由英国MidlandValley公司开发的一个构造分析和模拟软件,它能够支持剖面线性和面积的平衡,可用来进行正演和反演计算。平衡恢复内容包括消除沉积、压实、均衡、热沉降以及有关断层形变的影响等,来自伸展背景、挤压背景、反转背景和盐丘构造背景的平衡恢复都可以在2DMOVE中来进行模拟。通过对研究区ILN2806地震剖面进行平衡计算和模拟(图4),对每个层段剖面长度变化的分析与计算结果表明:(1)在晚始新统沙河街组三段(距今50.5Ma~38Ma)沉积时期和早渐新统沙河街组一、二段(距今38Ma~32.8Ma)沉积时期,剖面分别比现今伸展了0.03km和0.01km,说明在此时期盆地在郯庐断裂带右行压扭作用下盆地以伸展作用为主,发生了轻微反转作用;(2)在中渐新统东三段(距今32.8Ma~30.3Ma)沉积时期剖面比之前的早渐新统沙一、二段沉积时期伸展了3.3km,说明在此时期盆地的伸展作用继续,反转作用不明显;(3)在晚渐新统东一、二段沉积时期(距今30.3Ma~23.3Ma)剖面比之前的中渐新统东三段沉积时期缩短2.74km,说明此时期郯庐断裂强大的挤压作用造成了盆地较大规模的反转隆升和剥蚀;(4)在中新统馆陶组(距今23.3Ma~12Ma)和上新统明化镇组(距今12Ma~2.6Ma)沉积时期和第四系(距今2.6Ma至今)沉积时期,显示剖面长度保持略微伸展,此一阶段盆地进入了整体稳定的沉降时期。综上分析说明,研究区挤压反转、隆升、剥蚀的关键时期主要集中在在晚渐新统东一、二段沉积时期(距今30.3Ma~23.3Ma);此外,通过地震反射的结构关系上分析(图3),在馆陶组(T2)和明化镇组(T0)之间呈现出平行与类平行状的地震反射结构特征,反映出此时期地层是连续沉积;而在东营组内部(T2-T3)和东营组顶部(T2top)存在有明显的削截和上超现象,说明东营组沉积时期不但为挤压反转的主要时期,同时也是剥蚀、隆升的主要时期。2.2缩短长度和剖面长度之比辽东湾坳陷缩短量是通过2DMOVE平衡剖面模拟计算出的剖面缩短长度与剖面缩短前的长度之比即为缩短率。通过ILN2806平衡剖面模拟结果得出辽中凹陷中央反转带在反转与隆升时期(距今30.3Ma~23.3Ma)的剖面缩短率为2.73%。2.3不整合顶界面剥蚀量计算剥蚀量确定是利用研究区丰富的地震资料采用未剥蚀地层趋势面延伸法,即通过对剥蚀地层顶界面和底界面外延来进行剥蚀量的计算;本研究区拥有准确的地层的层序划分和构造界面的确定,辽中凹陷中央反转构造带内广泛分布的角度不整合顶界面明显存在上超和削蚀特征,因此,运用趋势面延伸法适用本区域。剥蚀量的计算可以用下式表示:式中:H(erosion),H(normal)和H(remain)分别代表剥蚀地层、正常地层和残留地层的厚度/m;D是由钻探在JX1-1地区中央反转带上的2口井合成垂直地震剖面(VSP)记录标定拟合后建立起来的综合时深转换关系,公式表示为:式中:T为双程旅行时间/s;据式(1)和式(2)可计算出ILN2806地震测线最大的剥蚀量为780m。也即代表了东营组沉积时期距今30.3Ma~23.3Ma的期间,最多厚度达780m的地层在过去的7Ma间已被剥蚀掉,此时期的剥蚀是由于反转隆升作用造成的。3jx1-1的逆转结构和油气的成藏史3.1资源相对成熟的烃源岩生、排烃门限和熟化生烃史主要是模拟地下源岩中的有机质成熟度史和生烃过程。JX1-1反转构造被辽中1号走滑断层分割为东西两个构造区块,东缓西陡。辽中凹陷构造沉积演化与整个辽东湾坳陷同步,新构造运动期快速沉降(沉降速率大于180m/Ma),对烃源岩热演化产生重要影响。本文生烃史分析采用PRA公司的BasinMod-1D盆地模拟分析软件,生烃史模拟分析用实测Ro数据约束,生烃史模拟结果表明(图5a):在辽中凹陷沙三段烃源岩在东二下段沉积时间就已经开始成熟,到了东二上段沉积时期进入了生油期,由于受喜马拉雅运动第二幕的影响造成渤海盆地较大规模的反转隆升,由于正反转构造的发育,致使沙三段烃源岩在东一段沉积末期对其烃源岩的初次生烃过程有一定程度的滞后,此后,在馆陶组沉积初期,沙河街组烃源岩由于埋深逐渐加大,地温梯度逐渐回升,才继续恢复生烃直至现今,因此,沙三段主力烃源岩具有明显的二次生烃现象;东三段下部的烃源岩在东二上段沉积期就开始成熟,在此后的地层沉积过程中成熟的烃源岩的厚度不断增加但未进入大量生烃阶段,东三段上部的烃源岩由于沉积埋藏浅,并未进入成熟阶段,实测Ro值与模拟成熟度曲线和回归曲线比较吻合(图5b),也证实了这一结论。通过Easy%Ro方法模拟主力烃源岩成熟史是基于烃源岩埋藏史与热史,在此基础上模拟镜质体反射率(有机质成熟度)随时间的变化;然后通过Ro值确定有机质成熟的时间与深度或温度,并划分烃源岩生烃门限和演化阶段。模拟演化结果表明,以每百万年镜质体反射率的增加值计算,沙河街组三段与一、二段烃源岩熟化速率分别达到了1.88%/Ma和1.55%/Ma,东营组三段烃源岩熟化速率为1.68%/Ma。图6为辽中凹陷JX1-1三维区IN-Line2560测线烃源岩成熟度模拟演化剖面显示,距今12.0Ma时(馆陶组沉积末期)E2d3底部进入生烃门限,E3s3段进入排烃门限;距今5.1Ma,E3d3整体进入生烃门限,E2s3地层主体进入排烃门限,仅底部小部分进入排烃高峰期;现今E3s3,E2s1和E2d3段3套烃源岩已全部进入生烃门限,E3d3进入排烃门限,E3s3段全部进入排烃高峰期。上述分析表明,辽中凹陷烃源岩主要生烃期在距今12.0Ma以来,新构造运动期是辽中凹陷主力烃源岩沙河街组三段(E3s3)主要的生、排烃高峰期;这与前文平衡剖面的模拟结果所揭示的在距今30.3Ma之前,辽东湾坳陷以伸展作用为主,在距今30.3Ma~5.1Ma期间,盆地以挤压作用为主的模拟结果相一致,从发生的时间序列上分析说明,该区先有区域挤压,再有隆升和反转及最后产生剥蚀,而剥蚀作用进一步加剧了反转隆升速率;辽中凹陷剖面烃源岩生烃演化史模拟表明,辽中凹陷烃源岩生成油气时间较晚,三套主力烃源岩特别是沙河街组三段(E2s3)烃源岩在距今5.1Ma才完全进入排烃高峰期,均是在反转构造形成之后才陆续成熟的,因此,对JX1-1反转构造油气富集起到了持续供烃的关键作用。3.2jx1-1油气资源油气富集的控制大量的勘探实践表明,构造反转无论是正反转,还是负反转,对含油气盆地的油气聚集作用是显而易见的。JX1-1反转构造带紧邻辽东湾地区的主要富生烃凹陷-辽中凹陷,也是油气运移有利的指向区带,由于JX1-1地区构造反转形成的背斜直接覆盖在富生油凹陷之上(辽中凹陷),反转构造断层和郯庐断裂长期活动的断裂形成的断层输导体系为JX1-1地区油气成藏提供了得天独厚的运移通道,加之油气的充注能力强,烃源岩热演化程度较高,沙三段和沙一段烃源岩生成的原油沿主断裂和分支断裂向上运移,在东二段和东三段聚集成藏,而晚期压性反转断层对油气聚集起着封闭和遮挡作用;由于裂陷期沉积的烃源岩成熟度较低,直到坳陷期形成了大规模的反转构造后才大规模的进入排烃高峰期,直接促成了JX1-1反转构造带的油气富集。JX1-1-1井储层2746m砂岩样品包裹体样品观察发现,发育两期烃类包裹体,主要发育在石英颗粒内裂纹中(照片1),呈浅黄色荧光和淡蓝色,显示烃类具有较高的成熟度,包裹体均一温度为95℃~135℃之间(图5a),主频分别为95℃~115℃和120℃~135℃可推知JX1-1反转构造带油气存在两期充注;第一期形成的均一温度范围值是95℃到115℃,并且据推测形成的时间为31Ma~24.6Ma以来,相当于渐新世中期到渐新世晚期,由于受喜马拉雅运动第二幕的影响,古近纪东营组末期辽中1号大断层正反转使得辽中凹陷抬升遭受剥蚀,致使第一期充注停止,早期形成的油气藏破坏,油气逸散和再分配,第二期形成的均一温度范围值是120℃到135℃,并且据推测形成的时间为9.2Ma以来至今,此时,辽中凹陷整体沉积再次深埋热演化,进入了生排烃阶段,相当于中新世中期至今以来持续充注。由于辽中凹陷大量的生排烃时限主要集中在新近纪馆陶组至今以来,该时期辽东湾坳陷构造活动微弱,各类型圈闭都已定型,有利于油气藏的成藏和保存。3.3复杂断块构造圈闭模型JX1-1油气田构造整体表现为一个近NE走向的断背斜构造其形成和演化明显受到了JX1-1反转构造带和辽中1号走滑断裂带的控制,东营组地层明显翘倾成高部位特征,受伸展构造作用和翘倾构造活动影响,JX1-1构造北部在地震剖面上整体表现为翘倾断块特征,地层西倾明显。在反转构造带内部,由于受断层活动的影响,次一级断层较发育,并被一系列走滑派生断层切割成不同的断块,形成了大量的断块圈闭。JX1-1反转构造带南部,剖面形态呈现主断裂陡倾,埋深较大,单条断层呈铲状或板状,组合形态呈负花状,从而形成了复杂断块构造圈闭;在古近系沙河街组沉积前,JX1-1地区由于受到辽中一号大断层走滑作用影响较小,并且位于辽中凹陷的中心部位,到了沙河街组末期,伴随活动强度的增大,JX1-1地区表现为右行压扭作用占主导地位,在其应力作用下发生了反转,形成良好的背斜构造背景,由于本区反转作用适中,也为后期发育不同幅度的反转背斜提供的有利的条件,为油气的聚集提供了有利的