海拉尔盆地贝尔凹陷布达特群潜山油气运聚成藏过程

海拉尔盆地贝尔凹陷布达特群潜山油气运聚成藏过程

0潜山勘探方向作为专家越来越受关注的隐蔽圆圈之一，潜山在一定程度上了解了其形成的储层空间类型、规模、油藏和油气来源。随着海拉尔盆地油气勘探目标的向下转移,贝尔凹陷的布达特群潜山逐渐成为今后勘探开发的主要研究热点。贝尔凹陷在我国境内可供勘探的面积约为3010km2,已在中部地区发现了一定规模的潜山油气藏,充分展现了其作为隐蔽油气藏的良好前景。但是到目前为止,以往研究较多的是围绕于现今静态的油气成藏类型、规模和油气来源的追踪等方面,而对于油气运聚成藏十分重要的构造活动研究相对欠缺。本文试图从古潜山的构造活动时期、强度和时空演化等方面来探讨构造运动对于布达特群潜山油气运聚成藏的影响并分析有利成藏区。1布达特群潜山油气运聚特征贝尔凹陷位于海拉尔盆地东南部,夹持于嵯岗与巴彦山隆起之间,是盆地内最为开阔的一个凹陷。由于断裂构造活动强烈,按照地层的起伏变化,贝尔凹陷被依次分割为贝西、贝中、贝东3个次凹,更可细分为11个二级构造带。其中布达特群沉积时期是盆地凹陷的发展阶段,形成了西断东超的箕状凹陷(图1)。凹陷内主要含有上侏罗统至下白垩统的5套油气层系。大量资料分析表明,贝尔凹陷布达特群潜山的油气主要来源于下白垩统的南屯组上段、上侏罗统的兴安岭群及自身烃源岩,储集于自身基岩风化壳、变质岩的缝、洞及内部的砂砾岩储层中,属于典型的新生古储、多源一储式生储盖组合。布达特群潜山油气主要来自于贝尔凹陷内部贝西洼槽南屯组上段的暗色泥岩,自身的生烃能力很弱,其主要的生排烃时期在伊敏组沉积末期(100Ma)以后。利用流体包裹体等地球化学表征资料研究成藏期次,其结果显示贝尔凹陷布达特群潜山至少有两次大规模的油气运聚成藏期,即大磨拐河组末期和伊敏组沉积末期。根据张吉光、付广等人研究,海拉尔盆地不但存在大量原生断裂,其中包括大量的通源断裂,即沟通了南屯组源岩和布达特群潜山的断裂,而且存在大量的伴生裂缝。由此看来,贝尔凹陷南屯组以后的构造运动直接影响到贝尔凹陷布达特群潜山油气的运聚成藏过程。2影响油气藏的构造由于构造运动对于油气成藏的影响具有两面性,因此它所发挥的作用一直是受到广泛关注的问题。贝尔凹陷布达特群潜山由于形成时间较早,更容易受到后期构造运动的影响而导致油气藏的调整和破坏。根据研究,布达特群潜山由于受到构造运动的影响,在大量次生裂缝和伴生裂缝的改造作用下,大大改善了其储集空间的性质,十分有利于潜山油气藏的形成,这主要与构造运动的强度、期次以及随之产生的泵吸作用具有直接关系。2.1构造运动作用下潜山断裂带分布一个地区构造运动强度的大小可以直接决定该区域是否可以成藏或成藏规模。根据分形理论,断裂带的分形维数(D)的大小可以用来衡量构造强度大小。构造运动作为地质过程中普遍的一种地质现象,其直接的表现形式就是断裂,而且应具有十分明显的自相似性。以往研究表明,构造裂缝及断裂的分形维数D值可以定量地表征其密度的大小,也就是说断裂带阵列的D值反映了应变局部化的程度、断裂的空间分布特征与断裂活动性,与地震有着密切的关系。高的D值反映强的构造活动性及频繁的地震,低的D值则反映弱构造活动性: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为分形维数;Pi(r)为断裂落入第i个边长r盒子内的概率;N(r)为盒子总数;I(r)为总量信息维,r为盒子的边长。贝尔凹陷布达特群潜山的断裂和裂缝大都是在构造运动作用下伴生形成的,由于形成于一个统一的构造应力场,尽管其破裂程度和位移量不尽相同,但仍具有自相似性,满足分形理论。根据公式(1)采用盒子法,可以计算出贝尔凹陷布达特群潜山的信息维数(图2)。结果显示,贝尔凹陷布达特群潜山的苏德尔特潜山构造带的中部地区信息维数最大,为1.5~1.8,并且向四周方向逐渐降低,只是在小范围的局部地区出现高点,这种构造强度的分布正好与现今发现潜山油气藏的空间分布相匹配,说明目前的苏德尔特潜山构造带曾经历了较强的构造运动,且其强度明显高于周边地区。在高强度的构造运动作用下,贝尔凹陷布达特群潜山在苏德尔特地区应发育大量的伴生性裂缝,这一点与实际的断裂密度分布匹配得很好。如图3所示,在苏德尔特潜山地区的断裂密度一般为1.8~2.0条/km2,最低值也为1.4条/km2,而目前的高产潜山油气藏都无一例外地分布在这些裂缝的高发区,而断裂密度小于1.4条/km2的区域油气井明显减少。其原因是断裂密度越大,伴生裂缝越发育,这些大量的伴生裂缝大大改善了原本储集性能较差的轻变质火山岩潜山储集体,使其有效的储集空间明显增大,当油气沿断裂运移上升至这些裂缝时,油气会大量充注到伴生裂缝中,形成潜山油气藏(图4)。反之,在伴生裂缝发育薄弱区则不具有这样的储集空间,从而导致了潜山油气藏的不发育,这些都有力地表明了构造运动在油气运聚成藏过程中的重要作用。由上可知,在贝尔凹陷强烈的构造运动中形成了大量的断裂,其中有一种对于油气成藏十分重要的断裂,即沟通了南屯组烃源岩和布达特群潜山储层的通源断裂,在地震剖面中可以找到多条这样的断裂(图1)。这些通源断裂使得油气在生成后沿其进行侧向的运移至改善后的潜山伴生裂缝中聚集成藏。2.2断层生长和构造环境强度只是用来衡量构造运动对油气成藏作用的一个方面,但如果没有一个好的成藏匹配关系也是起不到应有的作用。从资料分析和构造平衡剖面的确定得到,伊敏组沉积末期和南屯组沉积末期是贝尔凹陷内构造运动活跃的主要时期。通过断层生长指数的计算(图5),结合构造平衡剖面认为,贝尔凹陷的断层差异活动明显,不同断层主要活动时期不同,但总的规律是南屯组时期断裂活动最强,生长指数最大,对应凹陷的快速沉降阶段。苏德尔特潜山带上的断层基本不具有同生性,多为后生断层。通过对贝尔凹陷的埋藏史和生排烃史的研究可见,南屯组烃源岩主要在伊敏组沉积末期进行生排烃过程,此时的断裂系统正好处于强烈的活动开放阶段,大量的通源断裂和潜山内部的伴生裂缝为油气运聚成藏提供了良好的输导通道和有利的储集空间,再一次有力地促进了大规模潜山油气藏的形成。2.3泵吸作用对油气运聚的作用地震活动大多与断层的活动相伴生。从热液矿脉中矿物晶体的生长穿插关系可以判定这种矿化作用是不连续的,是热液多次沿裂隙或断层面运移、聚集的结果,这同样也适用于烃类的运移、成藏机制。地震泵作用可以大大促进烃类在构造活动地区的运移。Hooper在烃类的运移中首次运用了这一动力机制。在流体运移动力机制中,裂隙及断层面作为运移通道,对油气藏的形成有着极为重要的作用。泵吸作用是指地下深处的岩层由于地震活动使震源区或活动断层附近的流体间歇性地顺地层或断层面向别处运移的过程。这种流体的输送过程是由地震引发的,断层的活动使地下岩层像一个泵一样把油气由较深部位抽出来,然后又将它们向浅处或上方压力较小的地层中排驱,并在有利的构造中成藏。作为流体,油气的运聚同样在地下受到断层活动的影响;其本质就是在地震作为动力的前提下,以断裂面为输导通道,烃类物质进行的一种势能释放过程。地震造成流体运移的规模和强度由地震的强度决定,而地震的强度又与构造活动的强度密切相关。由于贝尔凹陷布达特群潜山及上覆南屯组源岩在不同程度上发育大量断裂和褶皱(图1),因此贝尔凹陷在主要构造活动期间,泵吸作用对烃类运移过程将起到了明显的促进作用。当流体在泵吸作用下垂向运移上来后,由于布达特群上覆为较稳定的兴安岭群泥岩层,油气由垂向运移改为侧向运移,最终进入潜山内部成藏。这或许是靠近贝西洼槽发现了较多潜山油气藏的一个重要原因。3伊敏组沉积期油气运移规律目前所观察到的断层封闭状态只是体现出现今断层的性质,并不能够反映油气成藏历史时期的压力及封闭状况。其时空演化与油气生成、运聚之间的匹配关系才是决定潜山能否成藏的关键,因此对布达特群潜山内断层的构造运动演化史的恢复是十分必要的。通过结合贝尔凹陷的构造发育史和沉积埋藏史发现,贝尔凹陷的主力烃源岩南屯组泥质岩在伊敏组的沉积末期开始发生大量的生排烃作用;而该区此时除先前形成的早期断裂外,在南屯组沉积时期还形成了大量的通源断裂,这些断裂随潜山一同接受沉积埋藏至伊敏组沉积末期后重新开启(图6),为此时南屯组生成排出油气的运移提供了极为重要的垂向输导通道,而且其开启时形成的大量伴生裂缝为油气的储集奠定了良好的储集空间。从图6中可以看出:早期的断裂及源岩断裂在伊敏组沉积初期呈开启状态,但此时烃源岩并没有生成大量的油气,因此这时的断裂对油气的聚集成藏并没有实际的贡献;发展到伊敏组二、三段沉积时期,随着断层压力的增大,断裂本应由开启转变为封闭状态,但在伊敏组沉积末期,由于强烈的构造运动,使得断层仍然处于活跃期,此时恰为南屯组生排油气的高峰期,其生成的大量油气恰好可沿着这些源岩断裂运移至古潜山中,在大量的伴生裂缝和次生孔洞中聚集成藏。在其后的地质历史时期中,由于构造运动恢复平静,随着埋深的逐渐加大,这些曾经对油气起到重要输导控制作用的断层又重新封闭,起到了对已有油气藏的封盖保存作用。这一点与上述现今油气主产区的断层封闭状态能够很好地相互验证。4潜山油气成藏动力(1)构造活动的高强度区是潜山储集性得以明显改善的区域,可以利用分形理论分析得到构造运动的强烈地区;如果在这些区域的次生储集