塔里木盆地雅克拉斷凸白堊系-古近系油氣成藏過程

摘 要

摘要：前人對塔里木盆地雅克拉斷凸成藏過程進行了大量研究并提出了多種成藏模式，但是成藏期次和時間的厘定多建立在對成藏條件定性分析的基礎(chǔ)上，缺乏直接手段，同時，未根據(jù)該區(qū)不同
摘要：前人對塔里木盆地雅克拉斷凸成藏過程進行了大量研究并提出了多種成藏模式，但是成藏期次和時間的厘定多建立在對成藏條件定性分析的基礎(chǔ)上，缺乏直接手段，同時，未根據(jù)該區(qū)不同來源油氣運移的差異，建立不同的輸導(dǎo)模式。為此，運用流體包裹體系統(tǒng)分析方法，對26口井177塊流體包裹體樣品進行了分析，結(jié)合該區(qū)烴源巖生排烴史、熱演化史和輸導(dǎo)體系研究成果，探討其油氣成藏過程。結(jié)果表明：①在多期構(gòu)造運動疊加的特殊背景下，該區(qū)普遍發(fā)育“斷接式”輸導(dǎo)體系，這種輸導(dǎo)類型不僅解決了該區(qū)油氣的垂向輸導(dǎo)，同時對于次生油氣藏的形成也具有積極的意義；②該區(qū)存在3期油氣充注，分別為距今14～5Ma、5～2Ma和2～0Ma，且以第2期為主；③主要成藏期為喜馬拉雅中-晚期，成藏時期相對較晚，且表現(xiàn)出連續(xù)、快速充注成藏特點。成藏史綜合研究結(jié)果表明，該區(qū)油氣的充注成藏與烴源巖生排烴史、圈閉及其封蓋條件和“斷接式”輸導(dǎo)性能等成藏控制要素在時間和空間上均具有較好的匹配關(guān)系。
關(guān)鍵詞：塔里木盆地；雅克拉斷凸；“斷接式”輸導(dǎo)體系；油氣藏形成；輸導(dǎo)體系；成藏模式；包裹體；斷裂
   雅克拉斷凸是塔里木盆地東北坳陷區(qū)所屬的沙雅隆起二級構(gòu)造單元中的一個三級構(gòu)造單元(圖1)，由西向東分布有雅克拉構(gòu)造、二八臺鼻狀構(gòu)造和輪臺構(gòu)造3個含油氣構(gòu)造。該斷凸是在前中生代長期隆起遭受剝蝕形成的侵蝕斷塊殘丘基礎(chǔ)上，接受中新生代沉積，進一步發(fā)展所形成的復(fù)合型構(gòu)造單元[1]，其南北分別為亞南斷裂和輪臺斷裂所挾持。
    斷凸變質(zhì)基底上覆蓋有震旦系-第四系不同時代的地層。侏羅系-震旦系地層由南北兩側(cè)向斷凸軸部剝蝕尖滅，白堊系及其以上地層全區(qū)分布。其中震旦系-奧陶系為碳酸鹽巖，其他為碎屑巖沉積。該區(qū)資源構(gòu)成以氣為主，原油主要為輕質(zhì)油，密度介于0.7929～0.8142g/cm3，油氣藏類型以次生凝析氣藏為主。已發(fā)現(xiàn)的油氣藏垂向上出現(xiàn)的最高層位一般為區(qū)內(nèi)斷層斷開的最高層位，平面上幾乎全部出現(xiàn)在大斷裂附近(圖1)，表現(xiàn)出明顯的“斷裂控藏”特征。
    塔里木盆地在地質(zhì)歷史中經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動交替，表現(xiàn)出典型疊合盆地多旋回構(gòu)造運動復(fù)雜控油過程。在這一背景下，前人對雅克拉斷凸成藏過程進行了大量研究并提出了多種成藏模式[1～2]，但是成藏期次和時間的厘定多建立在對成藏條件定性分析的基礎(chǔ)上，缺乏直接手段；同時，未根據(jù)該區(qū)不同來源油氣運移的差異，建立不同的輸導(dǎo)模式。為此，筆者運用流體包裹體系統(tǒng)分析方法，通過對雅克拉斷凸白堊-古近系系統(tǒng)采樣樣品的測試所獲取的油氣充注期次信息，同時結(jié)合工區(qū)烴源巖生排烴史、油氣顯示和輸導(dǎo)體系研究成果，來探討雅克拉斷凸油氣成藏過程。
1 烴源巖生排烴史及輸導(dǎo)體系
1.1 烴源巖生排烴史
    該區(qū)及鄰區(qū)古生代新生代沉積巨厚，分布廣泛，主要發(fā)育了海相寒武系-奧陶系、海陸過渡相石炭系及陸相三疊系-侏羅系3套烴源巖。石炭系烴源巖總體生油能力較差[3]，故著重對海相寒武奧陶系和陸相三疊系-侏羅系2套烴源巖生排烴史討論。
1.1.1寒武系-奧陶系海相烴源巖
    該套烴源巖包括2個主要的層系：寒武系下奧陶統(tǒng)和中-上奧陶統(tǒng)。前者為腐泥型-混合型海相碳酸鹽巖和泥巖，有機碳豐度為低-高，成熟度為高-過成熟，大部分仍處于生氣窗內(nèi)，是主要氣源巖。中-上奧陶統(tǒng)為腐泥型混合型海相泥巖，主要分布在滿加爾凹陷中部和西部，其中滿加爾凹陷西部烴源巖有機碳豐度低-中等，部分成熟度適中，處于生油窗，是主要油源巖。
    寒武系-奧陶系海相烴源巖主要排烴期為奧陶紀志留紀(加里東晚期)和石炭紀-三疊紀(晚海西期-印支期)2個階段，排烴量分別占烴源巖排烴總量的49.6%與31.7%[4]。該階段的海相油氣在經(jīng)過此后的多期構(gòu)造調(diào)整成為該區(qū)最主要的次生油氣源，并在中新生界各層位形成次生為主的油氣藏。
    另外，白堊紀以來，受盆地兩側(cè)2個前陸坳陷(庫車坳陷和西南坳陷)的形成和演化控制，特別是新近紀以來巨厚的沉積，烴源巖有機成熟度快速增高，排烴量較侏羅紀有明顯增加，因此該時期也是海相烴源巖重要的排烴期，對該區(qū)的晚期成藏具有重要意義。
1.1.2三疊系-侏羅系陸相烴源巖
    三疊系-侏羅系陸相烴源巖可以分為湖相泥巖和煤系地層2套烴源巖，有機碳含量中-高，但成熟度變化大，庫車坳陷為中-高成熟，英吉蘇凹陷為未成熟-低成熟[5]。該套烴源巖分布廣，厚度大(超過500m)，且煤層的厚度也較大(大于25m)，是該區(qū)陸相油氣主要的烴源巖。由于這部分油氣所經(jīng)歷的調(diào)整較少，在該區(qū)形成主要以原生油氣藏為主。
    該套烴源巖生烴時間較晚，生油高峰主要出現(xiàn)在距今10～5Ma，生氣高峰則集中在距今5Ma之后。這種晚期生氣特征與喜山晚期的斷裂、不整合面等運移通道相匹配，為該區(qū)陸相原生凝析氣藏的晚期成藏提供了非常有利的烴源條件。
1.2 輸導(dǎo)格架構(gòu)成
1.2.1斷裂型
    該輸導(dǎo)體系是指斷裂處于活動期時，由斷裂開啟形成的油氣垂向運移通道。斷裂開啟程度越高，滲流空間越大，越有利于油氣運移[6]。天山褶皺帶的擴張沉陷與擠壓造山的多幕交替直接造就了該區(qū)斷裂多階段演化、繼承和疊加的特性。在縱向上，該區(qū)斷裂分為2個主體期：第一期斷裂于早奧陶世末期發(fā)育，海西末期定型，并多沿雅克拉凸起邊緣分布，為控制邊界的大斷裂，多呈背型斷壘組合，向下深切至寒武系或更老地層，向上斷至潛山頂面，平面上北東-北東東走向。輪臺斷裂和亞南斷裂都屬于這一類。第二期斷裂主要發(fā)育在中生代吉迪克期，以喜山期為主體時期。該期斷裂為斷凸內(nèi)部的次級斷裂，具正斷裂特性，呈鏟狀或地塹式組合，平面呈斷續(xù)、斜列帶狀、北東北東東向展布，自西向東匯聚合并。
1.2.2不整合面型
    根據(jù)露頭、鉆井及地震資料認為該區(qū)發(fā)育4期主要不整合：第一期，三疊系與下伏地層之間的不整合面。形成于海西晚期，在該區(qū)該面的埋深為東北淺，西南深，形成了一向西南傾的單斜面。第二期，侏羅系與下伏地層之間的不整合面。在該區(qū)西部侏羅系與三疊系為角度不整合，在牙哈7井-輪兩1井一線以南的主體區(qū)域缺失三疊系，侏羅系直接超覆于古生界不同層序之上，構(gòu)成與下古生界的角度不整合。第三期，白堊系與下伏地層之間的不整合面。形成于燕山早期。在該區(qū)白堊系與下伏地層主要表現(xiàn)為低角度-平行不整合接觸，局部削蝕明顯。第四期，古近系與下伏地層之間的不整合面。燕山晚期，塔里木盆地及周緣發(fā)生劇烈的構(gòu)造運動，使古近系與下白堊統(tǒng)之間缺失上白堊統(tǒng)，廣泛發(fā)育古近系與下伏地層間的低角度-平行不整合接觸。
1.2.3斷接型
   塔里木盆地臺盆區(qū)構(gòu)造單元邊界斷裂系統(tǒng)主要為基底卷入式和滑脫式斷裂體系。這些斷裂體系在擠壓應(yīng)力作用下表現(xiàn)為走滑、張扭或壓扭性質(zhì)的逆斷層，在拉張應(yīng)力作用下，表現(xiàn)為張扭性質(zhì)的正斷層。盆地從震旦紀至今經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運動[7]，在構(gòu)造運動交替變化的背景下斷裂系統(tǒng)發(fā)生正、負反轉(zhuǎn)，從而發(fā)育大量不同期次的次級斷裂，它們在空間上相互鄰近但并不直接接觸，而鄰近的斷裂之間可以通過輸導(dǎo)砂體或不整合面間接連通，從而可以構(gòu)成一種有效的“垂向+短側(cè)向”油氣輸導(dǎo)體系。這就是所謂的“斷接型”輸導(dǎo)體系。其典型表現(xiàn)形式可以表示為：溝源斷裂(未斷穿上部地層)+輸導(dǎo)砂體/不整合面+次級斷裂。
   “斷接式”輸導(dǎo)體系按照溝源斷裂的發(fā)育規(guī)?？梢苑譃?類：第一類，底部“溝源斷裂”直接斷至烴源灶，成熟油氣在喜山期斷裂活動期由溝源斷裂進入這種“斷階式”輸導(dǎo)體系，并向上部層位運移，聚集在中新生界地層成藏，所形成的油氣藏以原生為主，如Xh1井區(qū)(圖2)；第二類，“斷接式”斷裂未斷至烴源灶，而是直接溝通深部油氣藏，對原生油氣藏造成破壞并使油氣發(fā)生二次運移，在上部地層遇到圈閉形成以次生為主的油氣藏，如$54井區(qū)(圖2)。
    “斷接式”輸導(dǎo)樣式在該區(qū)大量發(fā)育(圖2)，對于“多期、多源”油氣運聚具有積極意義。首先，解決了油氣的垂向輸導(dǎo)，尤其是對于存在膏巖層且鹽下缺乏有利圈閉的區(qū)域，“斷接式”輸導(dǎo)可以允許油氣穿透膏巖層在上部層位聚集成藏；其次，促進了油氣的次生調(diào)整，使次生油氣源沿“斷接式”輸導(dǎo)向上部匯聚，有利于次生油氣藏的形成。
    結(jié)合該區(qū)大量鉆井資料和流體包裹體系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)，存在“斷接式”輸導(dǎo)體系的井區(qū)宏觀油氣顯示和微觀有機包裹體豐度(GOI，即賦存于有機包裹體的石英顆粒在所有石英顆粒中所占的比值)，相比于其他井普遍較好，如：S45井在N1s宏觀上為含油層系，微觀上檢測到發(fā)黃色熒光的油包裹體和大量發(fā)弱白色熒光的氣包裹體，GOJ值范圍為0.23%～0.38%；Xh1井K1s為差油氣層，微觀上在K1b檢測到大量發(fā)亮黃色、橙黃色和藍白色熒光的油包裹體，GOI值為0.51%；DuH1井K1b為較好的含油氣層，微觀上在K1s、K1b則同時檢測到大量發(fā)黃色熒光的油包裹體和發(fā)弱白色熒光的氣包裹體，GOI值為1.08%(圖3)。
2 油氣充注期次及充注時間
    在塔里木盆地雅克拉斷凸26口井中共采集了白堊系和古近系共177塊流體包裹體樣品，考慮到樣品在平面和垂向上分布，對所有樣品進行了成巖流體包裹體系統(tǒng)分析，以劃分雅克拉斷凸的油氣充注期次，再結(jié)合埋藏史熱演化史確定其油氣成藏時期。
2.1 有機包裹體特征
    對流體包裹體薄片進行顯微觀察，有機包裹體在該區(qū)白堊系和古近系中均有發(fā)育，但發(fā)育程度普遍較低，檢測到有機包裹體的樣品僅占樣品總數(shù)的23.2%。有機包裹體的形狀多為球狀、橢球狀、長條狀或者不規(guī)則形狀，大小介于3～15μm。產(chǎn)狀上主要賦存于石英愈合裂紋、穿石英顆粒裂紋，少量賦存于石英次生加大邊中。在單偏光顯微鏡下，純氣包裹體主要為半透明狀黑色，油包裹體多為無色到淺黃色，顯示該區(qū)所捕獲的油質(zhì)較輕，這與現(xiàn)今產(chǎn)油層位所產(chǎn)出油的性質(zhì)一致。
    大量實驗觀察結(jié)果認為，有機質(zhì)的熒光顏色可反映有機質(zhì)演化程度[8～12]，即隨著有機質(zhì)從低成熟向高成熟演化，其熒光顏色由火紅色-黃色-橙色-藍色-藍白色(藍移)。該區(qū)流體包裹體薄片熒光觀察顯示，油包裹體的熒光顏色變化范圍較大，從紅色到黃色再到藍白色均有分布。其中以發(fā)橙色、黃色和藍白色熒光的成熟-高熟油包裹體為主，僅在個別樣品中見到發(fā)紅色熒光低熟油包裹體。
2.2 油氣充注期次和時期
    根據(jù)有機包裹體的熒光顏色、光譜特征可以對油氣充注期次進行定性劃分，但不夠準確，必須結(jié)合其他手段，才能比較客觀地劃分油氣充注的期次。與有機包裹體同期的鹽水包裹體均一溫度不僅可以作為捕獲時古溫度的近似值和熱事件的標志，而且還是劃分油氣成藏幕次的有效依據(jù)[13]。在該區(qū)古近系和白堊系中總體檢測到了3幕油包裹體和5幕鹽水包裹體。其中，第一、二、三幕鹽水包裹體分別與第一、二、三幕油包裹體共生對應(yīng)；第四、五幕鹽水包裹體反映的盆地深埋階段晚期的熱鹵水活動，與油氣成藏沒有直接關(guān)系，故僅討論前三幕與油包裹體共生的鹽水包裹體。
    在恢復(fù)單井埋藏史和熱演化史基礎(chǔ)上，將給定埋深樣品的各期次同期鹽水包裹體平均均一溫度“投影”到標有等溫線的埋藏史圖上，對應(yīng)于時間軸上的年齡即代表油氣充注儲層的年齡[14～17]。將該區(qū)各期與有機包裹體共生的同期鹽水包裹體的均一溫度范圍投影到單井的埋藏史圖上來確定單井的油氣充注期次和時期，再綜合各單井充注期次和時期分析該區(qū)油氣充注期次和時期(圖4)。
 

結(jié)果顯示雅克拉斷凸主要成藏期為喜馬拉雅中-晚期(0～14Ma)，成藏時期相對較晚，且表現(xiàn)出連續(xù)、快速充注成藏特點，但依據(jù)充注油氣的成熟度還是可以劃分出3期充注：第1期距今14～5Ma、第2期距今5～2Ma、第3期距今2～0Ma。其中白堊系經(jīng)歷過3期油氣充注：第1期距今14～5Ma、第2期距今4.7～2.0Ma、第3期距今1.8～0Ma；古近系經(jīng)歷過3期油氣充注：第1期距今9.2～6.3Ma、第2期距今2.8～2.4Ma、第3期距今1.1～0.7Ma。這3期油氣充注分別對應(yīng)康村期、庫車期-西域晚期和西域中-早期，以康村晚期和庫車期為主。
3 油氣成藏歷史
    下白堊統(tǒng)沉積后，在下伏古生界侵蝕斷塊殘丘控制下，經(jīng)燕山晚期-喜山早期運動改造形成背斜圈閉，該區(qū)及臨區(qū)古生界烴源巖在海西晚期-燕山晚期成熟的油氣沿不整合面?zhèn)认蜻\移，聚集于當時區(qū)域構(gòu)造高部位——雅克拉斷凸帶；而燕山晚期輪臺斷裂的逆沖活動使油氣能夠繼續(xù)向上運移至白堊系圈閉，但由于當時缺乏封蓋條件，油氣全部逸散，僅殘存少量瀝青。
    喜山期，由于天山褶皺帶對整個塔北地區(qū)造成強烈擠壓環(huán)境，庫車凹陷大幅度沉降，逐漸發(fā)展為前陸盆地，而位于庫車凹陷南部邊緣的該區(qū)也逐漸發(fā)展為庫車前陸盆地的南部斜坡。伴隨著該過程，該區(qū)新生界發(fā)育了多套膏巖和泥巖，使得封蓋條件趨于完善；中、新生界的地層和不整合面也整體由南傾變?yōu)楸眱A，油氣運移的宏觀格局隨即發(fā)生改變，促進了該區(qū)油氣發(fā)生次生改造和調(diào)整。
    該期在隆起內(nèi)部發(fā)育了大量次級斷裂，并與前中生界的溝源斷裂在空間上對應(yīng)良好，呈現(xiàn)明顯的繼承性。而該區(qū)溝源斷裂很少斷至中新生界地層，缺乏能夠?qū)⒂蜌膺\移至中新生界的垂向輸導(dǎo)通道，因此，這些次級斷裂可以通過與溝源斷裂在剖面上的多種組合彌補溝源斷裂垂向斷距不足的不利因素，同時配合廣泛發(fā)育的不整合面和輸導(dǎo)砂體構(gòu)成“斷接式”輸導(dǎo)體系，為該區(qū)的油氣運移提供了有利的運移條件(圖5)。
 
    油源方面，除了該區(qū)地層中遭受后期調(diào)整(地層產(chǎn)狀的改變和斷裂的后期破壞)而發(fā)生重新運移的次生油氣源之外，受中、新生界地層迅速沉降并接受巨厚沉積，加之新近紀晚期天山褶皺帶造山作用，寒武系-奧陶系的海相烴源巖進入距今最近一次高熟油氣的排烴高峰；與此同時，庫車凹陷三疊系-侏羅系陸相烴源巖也進入成熟期，并于距今10～5Ma時進入排烴高峰。
    喜山晚期，在擠壓應(yīng)力所產(chǎn)生的強大的動力場作用下，古生界的海相油氣以溝源斷裂為切入點，進入“斷接式”輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并通過中生界和前中生界之間的區(qū)域不整合面自南往北向該區(qū)運移，該不整合面同樣也接受了原生油藏受破壞后重新運移的次生油氣。這些混合油氣或者聚集在風化淋濾形成的古生界碳酸鹽巖儲集體中，形成斷塊和潛山油藏，或者沿中、新生界的次級斷裂繼續(xù)向上運移并聚集在白堊系底部砂巖和上白堊統(tǒng)-古近系砂體等有利儲層中形成巖性和背斜油氣藏。該期油氣在不同層位所形成的油氣藏類型雖然多樣，但是由于基本上或多或少均混有次生油氣，因此可以歸為廣義上的次生油氣藏范疇。
    另外，值得指出的是，雖然喜山期地層產(chǎn)狀由南傾變?yōu)楸眱A，不利于南部海相油氣的輸入，但是對于北部庫車凹陷陸相油氣向南運移卻有著積極的意義。這部分成熟油氣主要以產(chǎn)狀北傾的T50、T40等中生界的區(qū)域不整合面為切入點自北向南進入該區(qū)，并通過次級斷裂向上運移，主要在白堊統(tǒng)-古近系形成原生油氣藏。但是受海、陸相烴源巖供烴范圍的影響，形成東、西部以陸相油氣為主，西南部以海相油氣為主，中部為混源油氣的平面分帶現(xiàn)象。
4 結(jié)論
    1) 成藏過程綜合分析認為，在多期構(gòu)造運動疊加的特殊背景下，該區(qū)普遍發(fā)育“斷接式”輸導(dǎo)體系，這種輸導(dǎo)類型不僅解決了該區(qū)油氣的垂向輸導(dǎo)，同時對于次生油氣藏的形成具有積極的意義。在此基礎(chǔ)上，運用流體包裹體系統(tǒng)分析方法結(jié)合埋藏史、熱演化史，確定雅克拉斷凸主要成藏期為喜馬拉雅中-晚期(距今14～0Ma)，成藏時期相對較晚，且表現(xiàn)出連續(xù)、快速充注成藏特點，但依據(jù)充注油氣的成熟度還是可以劃分出3期充注：第1期距今14～5Ma、第2期距今5～2Ma、第3期距今2～0Ma。
    2) 對該區(qū)成藏史的研究表明，油氣的充注成藏與烴源巖生排烴史、圈閉及其封蓋條件和“斷接式”輸導(dǎo)性能等成藏控制要素在時間和空間上均具有較好的匹配關(guān)系。
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(本文作者：王月蕾1 陳紅漢1，2 張希明3 劉建章1 唐大卿1 陳龍1 1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室；2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所；3.中國石化西北油田分公司)