前陆盆地油气分布规律与成藏模式

前陆盆地油气分布规律与成藏模式

前陆盆地是造山带前方和相邻克拉通之间的沉积盆地，油气资源丰富。受沉积层序及结构、盆地结构和构造变形等影响,不同前陆盆地在油气丰度上具有很大的差异,即使在富含油气的前陆盆地中,成藏模式与盆地系统结构单元也有不同的响应关系。因此,揭示其响应关系对深化盆地不同结构单元之间油气聚集差异性的认识以及对探索油气分布具有重要意义。中国中西部发育大量的前陆盆地,与扎格罗斯、东委内瑞拉和西加拿大等典型前陆盆地相比,它们在地球动力学背景、盆地结构单元组成及成藏条件等方面与之具有一定的差异,且油气成藏模式相对于典型前陆盆地也不尽相同。但中国前陆盆地的油气分布亦受控于盆地结构单元,油气成藏与盆地结构单元相响应。如果对这种响应关系认识不清,则可能导致油气勘探的失败。1前陆盆地和前陆盆地系统1.1对流构造区域的划分前陆盆地是指发育在线性收缩造山带和稳定克拉通之间的狭长状沉积带,由大陆岩石圈受上叠逆冲推覆体载荷而引起挠曲沉降所形成的边缘坳陷盆地,由地幔对流引起板块碰撞所形成。根据所处板块构造的位置和形成机制,可分为周缘前陆盆地和弧后前陆盆地。由于此两类盆地均发育于大陆边缘,因此金之钧等将其统称为陆缘前陆盆地。中国中西部前陆盆地与典型前陆盆地具有相似的力学挠曲机制,为构造加载、地壳挠曲所形成,但根本驱动力为板块碰撞远程传递的挤压应力,与古特提斯构造阶段发育的造山带在新特提斯构造阶段的重新活动有关,不同于典型前陆盆地的地幔对流驱动。因此,中国前陆盆地存在多种命名。1.2前陆盆地沉积模式作为对地形负荷的基本挠曲响应,Decells等提出了前陆盆地系统的概念:为在收缩造山带与相邻克拉通之间的陆壳上发育的狭长的潜在可容空间,其形成与俯冲作用造成的周缘或弧后褶皱冲断带地球动力学有关,由楔顶、前渊、前隆和隆后等4个沉积带组成。4个组成部分是根据成盆期的沉积位置所划分,而非受构造所改造的最终形状。由于构造载荷和沉积载荷的改变,前陆盆地系统在发展演化过程中,4个沉积带均会发生迁移。可能由于形成盆地驱动力的差异,中国前陆盆地多不具备完整的盆地系统结构,如库车前陆盆地、准噶尔盆地均缺失隆后带,且前隆不明显。前渊向前隆方向过渡的斜坡带,是前渊生烃中心油气的主要运移指向区带,在盆地油气成藏研究中具有重要的地位,而隆后带沉积速率较低、地层单元薄,如Taranaki弧后前陆盆地隆后带地层厚度不到800m、中安第斯山前陆盆地隆后带地层厚度小于600m,因而对其成藏研究意义不大。所以,从油气成藏研究的角度考虑,可将前陆盆地系统分为前陆褶皱冲断带、前渊坳陷带、斜坡带和前缘隆起带,其中前陆褶皱冲断带包括Decells等的楔顶沉积带和造山楔向着克拉通方向的一部分。2成盆盆地早期油气运移规律前陆盆地具有大陆边缘海相沉积和陆相沉积两套地层,即盆地基底和盖层,而这两套地层中均发育有烃源岩,因此,前陆盆地含有成盆期前和成盆期两套烃源岩,而成盆期前发育的烃源岩(即基底海相烃源岩)为主要烃源岩。如西加拿大前陆盆地的Fernie组Nordegg段烃源岩、扎格罗斯前陆盆地的Kazhdumi组烃源岩、东委内瑞拉盆地白垩系Querecual和SanAntonio组海相烃源岩。中国前陆盆地的盖层与典型前陆盆地相同,为陆相沉积地层,而基底则较为复杂,既有陆相沉积地层,又有海相沉积地层。盆地盖层和基底地层中均发育烃源岩,而不同盆地烃源岩类型不尽相同,如川西前陆盆地具有成盆期前的海相烃源岩和成盆期的陆相烃源岩,而库车前陆盆地和准噶尔盆地则以成盆期前的陆相烃源岩为主。前陆盆地的基底和盖层中均发育有储集岩,即具有成盆期前和成盆期两套储集岩,其中成盆期前的储集岩为碳酸盐岩,而成盆期的储集岩则包括碳酸盐岩和碎屑岩,如扎格罗斯盆地成盆期前Bangestan/Qamchuqa群和成盆期Asmari群碳酸盐岩储集层、西加拿大盆地成盆期Mannville和Colorado群及落基山盆地成盆期Mesaverde群碎屑岩储集层。由于前陆盆地地层层序主要源于造山带,因而成盆期的储集岩靠近构造变形带最年轻,而向克拉通方向越老。中国前陆盆地亦发育成盆期前和成盆期两套储集岩,其中成盆期的储集岩为碎屑岩,如川西前陆盆地的须家河组储集层,而成盆期前的储集岩岩性为碳酸盐岩或碎屑岩,如川西的二叠系和雷口坡组海相储集层、准噶尔盆地侏罗-白垩系和二叠-三叠系以及库车盆地侏罗系和古近-新近系陆相储集层。前陆盆地共发育两套生储盖组合:成盆期前的海相组合、成盆期前-成盆期的海陆相组合,其中以成盆期前-成盆期的组合最为重要。中国前陆盆地则发育3套生储盖组合:成盆期前的陆相或海相组合、成盆期前-成盆期的陆相组合、成盆期的陆相组合。与典型前陆盆地不同,中国前陆盆地多以成盆期前的组合最为重要,同时成盆期的陆相组合亦较为重要,如川西前陆盆地上三叠统-侏罗系的陆相组合。前陆盆地存在两种油气运移方式:垂向运移和侧向运移。运移通道有断裂、裂缝、不整合面及砂体等类型。在空间上,断裂和裂缝沟通深部烃源岩和上部储集岩,使油气发生垂向运移,而不整合面和砂体作为油气侧向运移的重要通道,连接着前渊生烃中心与前渊隆起,控制着油气的平面分布;在时间上,不同成藏期中油气运移方式不尽相同,如库车坳陷早期成藏以侧向运移为主,晚期成藏则具有侧向、垂向运移并重的特点。因此,垂向运移和侧向运移在空间上交叉、时间上叠合,共同组成一个复杂的前陆盆地油气运移网络系统。3前陆盆地沉积的油气运移规律受沉积和构造的影响,前陆盆地系统不同结构单元具有不同的成藏模式和分布特征(表1、图1)。是前陆盆地的油气主要富集区,其油气藏类型以背斜或断背斜油气藏为主,如扎格罗斯盆地Mokhtar背斜、东委内瑞拉盆地Jusepin与ElFurrial油田和库车盆地克拉2气田等。受造山带的强烈挤压作用,前陆褶皱冲断带逆冲推覆构造发育,有利于下伏烃源岩的成熟,且上覆逆掩岩体对下伏岩层中的油气能起到很好的封盖作用。同时挤压作用使得该构造带发育大量与挤压和冲断相关的背斜构造:挤压背斜、断背斜、断层相关褶皱背斜等,从厚皮构造带到薄皮构造带中均有分布,但主要集中于薄皮构造带中。挤压过程中发育的断裂和裂缝为很好的运移通道,其油气运移方式以垂向运移为主。由于前陆褶皱冲断带构造活动强烈、断裂发育,使得油气易于散失,如东委内瑞拉盆地山前带大量的油气显示。因此,保存条件是前陆盆地前陆褶皱冲断带油气成藏的关键。受造山带向前陆方向的持续性挤压、成盆期前和成盆期沉积层序以及基底岩石组成等的影响,前陆褶皱冲断带油气聚集具有较大的不均一性。根据构造变动特征,从造山带的内带到外带直至盆地的山麓带都属于挤压构造变形的范畴,可划归褶皱冲断带,而造山带内多个沉积成盆期前的层序,如果烃源岩在成盆期前已成熟,则经过成盆期的冲断褶皱破坏,油气难于保存。因此,最可能有油气聚集的是为推覆体所覆盖,且靠近盆地一侧成盆期沉积层序部分。中国前陆盆地多经历过多次构造旋回及多幕次的构造运动,因此前陆褶皱冲断带在时间上具有多期成藏、晚期为主的成藏特征;在空间上,中国前陆盆地具有多套生储盖组合,其中成盆期前和成盆期的两套生储盖组合在此前陆褶皱冲断带中可具有不同成藏规律。如四川盆地大巴山褶皱冲断带北西向构造,从盆地内→造山带前缘→南大巴山→北大巴山向北东方向海相构造形成越来越早,构造与成藏匹配关系越来越好;北大巴山→南大巴山→前缘→盆地内向南西方向陆相构造形成越来越晚,构造与成藏匹配关系亦越来越好,即上、下两套生储盖组合具有反向的成藏规律。是前陆盆地最大的沉积和沉降地区,其烃源岩厚度大、埋藏深,是主力的生烃中心。油气藏类型以岩性油气藏为主,如西加拿大盆地前渊带的岩性油藏、东委内瑞拉盆地的Amarilis油藏等。前渊坳陷带构造变形多较弱,进积层序顶部的海岸相及河流相砂岩和砾岩是主要的储集砂体,且较弱的构造活动导致断裂及裂缝较不发育,使得油气运移以侧向运移为主,多沿砂体输导层或不整合面向前缘隆起带运移。由于前渊坳陷带的岩性油气藏分布受控于沉积相带,因此,成藏预测的关键是对沉积相及成岩作用的准确分析。对于复杂前陆盆地,由于构造活动的影响,前渊坳陷带中可发育褶皱和断裂,形成低幅度的背斜构造,如塔西南前渊的英吉沙-固满低背斜带,从而形成构造油气藏。前渊向前隆方向过渡的斜坡带,是前渊生烃中心油气的主要运移指向区带。油气藏类型以地层油气藏为主,其次为岩性油气藏,如西加拿大前陆盆地斜坡带系列地层及岩性油气藏。在盆地发育阶段,由于构造及海平面变化而引起的海进和海退在斜坡上沉积了超覆和退覆层序,加之底部不整合面,使得斜坡带地层层序内地层圈闭极为发育,同时斜坡带砂岩透镜体及砂岩上倾尖灭亦发育,形成岩性圈闭。由于大量不整合面在斜坡带收敛或合并,从而为前渊生烃中心及斜坡下倾部位油气运移提供了运移通道,其油气运移方式以侧向运移为主。斜坡带继承成盆前被动大陆边缘陆棚的主要部分,而在被动大陆边缘上倾部位生物礁可能发育,因而亦可形成生物礁油气藏。受岩石圈挠曲变形的影响,斜坡带有可能发育正断层,从而形成构造油气藏,如东委内瑞拉前陆盆地Oficina油田。是油气运移的有利指向区,可形成与正断层相关的断背斜、断块等构造油气藏以及不整合油气藏等。它是在整体挤压构造背景下,作为对岩石圈受构造侵位产生挠曲变形的均衡补偿而发育的正向张性构造单元,如西台湾前陆盆地、西喜马拉雅前陆盆地以及库车前陆盆地前缘隆起带的系列正断层,从而发育与正断层相关的构造圈闭,如塔北隆起系列断鼻、断背斜油藏,且在接受沉积时,沉积地层直接覆盖于被动大陆边缘倾斜的基底之上,形成不整合圈闭,如东委内瑞拉盆地中属地层油藏的Orinoco重油带。正断层及不整合面是前缘隆起带油气运移的主要通道,油气可发生侧向和垂向运移。由于前陆盆地系统在演化过程中,前缘隆起带往往会发生迁移且被夷平,加之上覆地层厚度较小,因此成藏的关键是有良好的封盖和保存条件,否则,运移至此的油气易遭受氧化、生物降解。如东委内瑞拉盆地Orinoco重油带上覆地层厚度小,最浅处才610m,其主要储集层中新统Oficina砂岩未完全成岩,因此易遭水洗、氧化;西加拿大盆地的McMurray/Wabiskaw重油油矿成因与东委内瑞拉盆地Orinoco重油带相似,McMurray组和Wabiskaw段埋深浅,甚至暴露于地表,且其成岩性差,原油易于氧化、降解。前缘隆起的迁移使得油气运移指向区不断变化,因而在成藏研究中需恢复油气运移时期前缘隆起的位置,以明确其对油气聚集的控制作用,且由于前缘隆起的迁移是对地壳挠曲形状变化的响应,而地壳挠曲的波长和振幅不断变化,因而前缘隆起带多会发生构造反转,且在迁移过程中,隆起会不断被剥蚀夷平,使得原始建造的油气藏被改造甚至破坏,因此前缘隆起带的成藏研究还必须考虑后期的构造改造。4前陆盆地系统结构单元与成藏模式的关系(1)受沉积层序、盆地结构和构造变形等影响,前陆盆地系统不同结构单元之间油气聚集具有一定差异,而油气分布却表现出一定的规律性。从油气成藏研究的角度考虑,根据成藏模式和分布特征,可将前陆盆地系统分为前陆褶皱冲断带、前渊坳陷带、斜坡带和前缘隆起带,各结构单元的油气藏类型、成藏关键条件和成藏模式等均不尽相同。(2)前陆盆地成盆期前和成盆期的生储盖体系具有不同的成藏特征,且在不同构造单元油气聚集模式和分布规律不尽相同,因此,正确识别成盆期前和成盆期的沉积层序、恢复原始沉积状态,对前陆盆地系统结构进行准确划分,并在此基础上对不同的生储盖体系和结构单元采取不同的勘探思