大南盘江地区构造对油气藏破坏作用研究

吴孔友,刘磊

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

大南盘江地区构造对油气藏破坏作用研究

吴孔友,刘磊

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

大南盘江地区发育多套成熟烃源岩,具有良好的油气成藏条件。但由于烃源岩埋藏深、成熟早,成藏之后经历多期强烈的后期构造运动改造,先前形成的油气藏大都被破坏,导致目前地表出露多处古油藏和油气苗。多年的油气勘探证实,后期的构造运动对油气藏的破坏作用是制约该区油气勘探的关键问题。研究表明,大南盘江地区不同构造单元,油气藏的破坏因素不同。南盘江坳陷古油藏沿深大断裂分布,其破坏的主控因素是断裂活动;桂中坳陷古油藏和油气显示出露区缺失区域盖层,其破坏的主控因素是构造抬升剥蚀;十万大山盆地古油藏目前残留的烃类主要是固体沥青,镜质体反射率(Rb)大都落在2.0以上,推算经历的最高热解温度均大于200℃,而且古油藏的分布区也是印支期岩浆岩集中分布区,因此推断该区油气藏破坏的主控因素是岩浆活动。

大南盘江地区;断裂活动;构造抬升;岩浆活动;油气藏破坏

油气藏形成之后,经历了漫长的地质历史时期,受到了各种地质因素的影响,至今没有遭到破坏而保存下来的油气藏才是油气勘探有效目标(魏志红,2000)。因此,研究分析油气藏的破坏条件是分析油气藏是否存在的重要前提。相对于我国东部陆相断陷盆地,南方海相盆地油气地质的特殊性在于:多期变动的盆、山时空组合及演化过程;多时代、多级别、多类型复合叠合盆地与多期强烈改造;多样复杂的原生油气成藏、残留油气藏和再生油气成藏及其复杂组合(赵宗举等,2002;沈传波等,2007)。大南盘江地区具有良好的油气成藏条件,目前在该区已发现多处地表古油藏和油气苗,但由于该地区经历了长期、复杂、独特的沉积和构造演化,造成了油气成藏条件的复杂性和控制因素的多样性,使得成藏规律难以深刻认识,制约了油气勘探的突破(赵孟军等,2007)。其关键问题在于晚期(中、新生代)构造运动对油气成藏(油气系统)演化及油气破坏的影响与控制作用(郭彤楼等,2003)。因此,开展构造对油气藏破坏作用研究,将对该区油气勘探具有重要的现实意义和理论指导作用。

1 大南盘江地区油气成藏基本条件

1.1 地质背景

本文所指大南盘江地区包括南盘江坳陷、桂中坳陷和十万大山盆地三个一级构造单元,坳陷内部各自又细分为多个二级构造单元(图1)(汪新伟等,2005)。大南盘江地区在区域构造上分属扬子板块及华南造山系。扬子板块的基底是由前震旦系褶皱变质而成,盖层主要是晚震旦世至三叠纪的海相沉积;华南造山系的基底是由早古生代海槽或大陆边缘型沉积经加里东运动褶皱形成,其上主要为晚古生代至中三叠世的海相沉积所覆盖,局部地区发育中、新生代陆相盆地沉积(翟光明,1992)。本区自震旦纪以来,经历了多期强烈的构造运动,其中对地质结构和构造格局起明显影响的构造运动包括海西运动、印支运动、燕山运动和喜山运动。海西期和印支早期运动导致地壳拉张,形成大量规模较大的正断层,大南盘江地区进入拉张裂谷发育时期;印支中晚期至燕山期发生构造反转,由伸展转化为强烈挤压,导致整个大南盘江地区整体抬升,遭受剥蚀,断裂活动和岩浆活动剧烈;喜山运动的后期改造作用形成了现今的构造格局(张志斌等,2006;姚根顺等,2006)。

图1 大南盘江地区构造单元分区图Fig.1 Structura l division in the Dananpanjiang reg ion

1.2 油气成藏条件

研究区从寒武纪到志留纪经历了从大片海域到滇黔桂古陆的演变过程,发育了一套分布较为广泛的以牛蹄塘组盆地相泥页岩系为代表的下寒武统烃源岩系(翟光明,1992)。该套烃源岩从北西到南东由薄变厚且品质变好,构成了深层最好的烃源岩系。古生代至三叠纪,从滇黔桂盆地到南盘江盆地的演变过程中,研究区又形成了一套独特的泥盆系台盆相泥质岩类烃源岩。在漫长的地质历史演化进程中,研究区也发育了多层系和多类型的储集层,其中储集条件最好的是:①泥盆系和二叠系的生物礁储集层;②分布在主要的区域构造不整合面之下的白云岩储集层;③泥盆系底部的海侵砂岩储集层。泥盆系和二叠系,特别是二叠系的海绵生物礁储集层以及与其相关的潜在性油气圈闭成为研究区最为重要的的油气勘探对象。同时,研究区发育了两套中生界区域性盖层:①分布在南盘江坳陷的三叠系浊积岩岩系构成的区域盖层;②分布在十万大山盆地侏罗系和白垩系陆相地层构成的区域盖层。另外,下寒武统盆地相泥页岩系在形成下古生界的优质烃源岩的同时,也构成了一套具有一定潜力的直接盖层;以中泥盆统为代表的泥盆系台盆相泥页岩系在组成上古生界优质烃源岩系的同时,以其较大的厚度和较好的封盖性能成为上古生界的优质盖层岩系(刘特民等,2001;赵宗举等,2002;郭彤楼等,2003)。

2 古油藏和油气显示分布特征

大南盘江地区所包含的三个一级构造单元中,古油藏和油气显示丰富。其中,南盘江坳陷古油藏主要分布在深大断裂附近,典型的有安然古油藏、册亨-板街古油藏、册亨-赖子山古油藏、望谟-平绕古油藏、望谟-岜赖古油藏、紫云古油藏、田林古油藏、凌云古油藏、巴马-所月古油藏等;桂中坳陷古油藏发育较少,而油气显示众多,主要有南丹大厂生物礁古油藏、河池拉朝古油藏、上林六卡古油藏等;十万大山盆地古油藏和油气显示都比较丰富,分布与岩浆岩分布有一定关系,部分地区发育古油藏群,如崇左二叠纪-三叠纪古油藏群、老虎山古油藏、上屯古油藏、岜西古油藏(表1)。这些古油藏或油气显示均与构造破坏有关。

表1 大南盘江地区古油藏统计Table 1 Statistics of paleo-oil pools in the Dananpan jiang region

3 构造对油气藏的破坏作用

构造运动不仅可以产生断裂和裂缝,也可以使地壳抬升,地层遭受风化剥蚀,二者都可以使得油气藏的封闭性降低,最终导致油气藏的破坏。构造抬升对油气藏的破坏表现为:①油气藏的盖层、储层甚至烃源岩直接遭受剥蚀和破坏;②应力的不均一性,不可避免地使得一些裂缝张开,对油气保存不利;③封存箱的顶板和边板的剥蚀和破坏,会打破原有的相对稳定状态,导致油气散失;④大气水的大量渗入,微生物的分解和氧气的氧化(吕延防和王振平,2001)。同时,岩浆活动可以使得高温岩浆侵入油气藏,使其中的油气受到高温的严重烘烤而发生热变质,形成碳质沥青,油气藏遭到破坏,或者破坏了油气藏的封闭性,使得油气散失(吕延防和王振平,2001;路波和赵萍,2004)。

3.1 断裂活动对油气藏的破坏作用

断裂是含油气盆地中一种非常重要的构造类型,它的形成与演化不仅控制着盆地的构造和演化,而且还控制着圈闭的形成与发展,直接或间接地控制着盆地内烃源岩、储层的发育。其中断裂的开启性与封闭性对油气的运移、聚集和油气藏的分布、破坏及再聚集起到重要的作用。如果断层断到地表,油气很可能在地表附近散失或者遭受氧气氧化、生物降解,最终破坏殆尽(郭占谦等,1996;曹成润等,2003)。

湘桂地区经历的多期并且复杂的构造运动,断裂十分发育(刘博等,2009),在前人研究较多的南盘江坳陷秧坝地区,断裂更是控制油气藏破坏的主控因素。

秧坝地区发育大小断层数十条,其中主控断裂为南盘江断裂、右江断裂和册亨-贞丰断裂三大断裂体系。南盘江断裂(F2)在不同地段有不同的构造特征,地表上主要由一系列早期同生断层和后期的挤压断裂、强变形带及岩浆岩活动带所组成。该断裂于泥盆纪开始形成,持续拉张活动至晚二叠世,早三叠世-中三叠世时期,断裂的伸展作用减弱。晚三叠世至白垩纪,该断裂发生强烈的构造反转,由伸展转换为挤压,形成宽度较大的一系列褶皱和冲断带。册亨-贞丰断裂(F1)在早期也是具伸展背景下的正断作用,活动时期从石炭纪持续到中三叠世。晚三叠世至白垩纪,该断裂带发生强烈挤压变形,形成挤压逆冲断层、叠瓦状褶皱-冲断构造。右江断裂(F3)为逆冲断层,断裂切断寒武系至第三系地层,断裂带挤压透镜体、片理化、糜棱化、硅化强烈,断裂带主要形成于印支期,直到喜山期仍在强烈活动,具右行走滑性质,水平位移达20km(毛健全等,1999)。

泥盆纪至石炭纪秧坝地区深大断裂的持续拉张活动控制了该区烃源岩的沉积,到早二叠世中期,下泥盆统烃源岩开始生烃,中三叠世末期至晚三叠世中期,泥盆系和石炭系烃源岩均已进入生烃高峰期,由于断裂仍处于伸展开启状态,生出的油气沿着断裂向上运移,部分散失地表。进入晚三叠世末期,二叠系烃源岩进入生烃高峰,而此时因区域应力场的改变,研究区内主控断裂发生构造正反转,进入挤压状态,由开启逐渐转为封闭(刘泽容等,1998),生成的油气部分进入二叠系礁灰岩中成藏。经历后期燕山运动的不断挤压和抬升,主控断层局部再次活动,早期形成的油气藏部分被抬升地表遭受剥蚀,形成了现今的古油藏。对秧坝地区断裂和古油藏发育位置统计,二者具有明显的伴生关系,古油藏紧临断裂分布(图2)。例如安然古油藏就是受断裂逆冲切割、抬升剥蚀,遭受破坏的结果(图3)。

3.2 抬升剥蚀对油气藏的破坏作用

地壳抬升,使油气藏上覆地层遭受剥蚀,埋深变小,同时盖层厚度减薄,质量变差,封堵能力降低,进而部分油气发生逸散。当上覆地层剥蚀严重时,可以使得油层直接暴露地表,导致油气藏完全被破坏(吕延防和王振平,2001;曹成润等,2003)。

桂中坳陷断裂发育较少,除了边界控盆断裂之外,内部几乎不发育。地层剥蚀严重,中生界几乎剥蚀殆尽,上古生界大面积出露。盖层主要为中泥盆统和下石炭统泥质岩、泥灰岩类。由于已发现和证实的古油藏均位于中-下泥盆统,该区重要的盖层主要为下石炭统泥页岩和泥灰岩。

图2 秧坝地区断裂与古油藏分布关系图Fig.2 Relation ship between faults and distribution of paleo-oil pools in the Yangbareg ion

断裂、盖层和古油藏及油气显示分布关系(图4)表明,桂中坳陷西部受南丹-都安控盆断裂作用,早期形成的油气藏遭受破坏显著,例如大厂D2生物礁古油藏、河池拉朝D2裂缝型古油藏。而上林、宾阳地区除受南丹-都安断裂影响外,盖层几乎被剥蚀殆尽,因而古油藏应受断裂和剥蚀双重作用控制,如上林六卡D1+2古油藏。坳陷中南部来宾、忻城地区,断裂发育少,盖层厚度小于50m,推测该区构造抬升剥蚀是破坏油气藏的主控因素。坳陷中北部宜山、罗城、柳城、柳州地区断裂不发育,盖层厚度介于200～50m之间,但仍发现大量的油气显示,表明由于遭受长期风化剥蚀和多期次的构造抬升,盖层的封盖能力变差,桂中坳陷有效保存区域的盖层厚度应大于200m。

图3 安然古油藏剖面示意图Fig.3 Cross-section diagram for the An ranpaleo-oil pool

图4 桂中坳陷断裂、石炭系盖层和古油藏及油气显示分布关系图Fig.4 Sketch show s relation ship amongfaults,Carbon iferous cap cover,paleo-oilpools and distribution of hydrocarbon in Guizhong depression

南丹大厂生物礁位于大厂背斜巴黎山-龙头山之间,地表仅见礁体顶部,据钻孔资料,礁体呈北北西向延伸的马蹄形礁,长3550m,宽2750m,面积约10km2,厚达900m。礁体从早泥盆世塘丁期开始,主要发育于中泥盆早期,而结束于中泥盆世晚期。石炭纪早期,中泥盆统源岩开始生烃,油气储集在罐窑组(D2g)生物礁灰岩中(赵孟军等,2006)。二叠纪末至三叠纪,随着地层的沉积,储层温度升高,原油完全裂解成干气和焦沥青(汪新伟等,2005;赵孟军等,2006)。三叠系沉积之后,由于受到燕山期和喜马拉雅期构造运动的影响,尤其是南丹-都安控盆断裂的逆冲推覆,地层褶皱隆升遭受剥蚀,致使生物礁储集体出露地表,造成油气藏脱顶(图5),原油裂解气形成的高压系统得到破坏,天然气散逸殆尽,在礁体内、灰岩裂缝、溶孔等充填大量沥青。

图5 南丹大厂生物礁古油藏演化图(据赵孟军等,2006)Fig.5 Evolution chart of Nandan-Dachang paleo-oil pool(after Zhao,2006)

3.3 岩浆活动对油气藏的破坏作用

十万大山盆地残留地层较全,中生界几乎全盆地分布,盖层厚度巨大,油气地表出露较少,古油藏和油气显示主要集中分布在盆地周缘亭亮、崇左、吴圩等地区(图6)。

分布在十万大山盆地周缘的古油藏主要有两类:第一类是下二叠统生物礁古油藏,目前残留的烃类主要是固体沥青(Rb>1.8%),晶洞油苗很少,代表了经历过大于230℃高温的过程;第二类是下三叠统碳酸盐岩古油藏,目前残留的烃类主要是固体沥青(Rb介于0.8%～1.8%),并伴生有晶洞油苗,储集层中油包裹体常见,这类油藏经历过的最高温度一般低于200℃,比第一类要低(冯乔和汤锡元,1997;赵孟军等,2006)。第一类下二叠统生物礁古油藏主要分布在亭亮、崇左等地区,也是印支期酸性喷出岩集中分布区。研究表明,地下石油在150～160℃时即逐渐变为气态,在200℃时除甲烷外其它烃类都已处于不稳定状态,至550℃时甲烷也发生分解。因此岩浆岩所产生的热必然会影响烃类的相态和存在(冯乔和汤锡元,1997;陈学时,1998)。崇左地区古油藏发育,下二叠统生物礁古油藏因底部受印支期岩浆侵入烘烤、顶部受喷出岩烘烤,油藏发生强烈热变质(田文广等,2005);而三叠系油藏因岩浆固结,主要通过放射性热辐射,油藏经历的古地温相对较低(图7)。

根据沥青反射率与盐水包裹体均一化温度,初步建立了沥青反射率与古油藏经历过的最高古地温的关系(图8)。分析表明研究区古油藏沥青反射率(Rb)大都落在2.0以上,推算的经历最高热解温度大于200℃,以焦沥青为主,说明十万大山盆地油藏破坏的主要因素与岩浆活动有关,使原油发生了热裂解,而并非是构造抬升剥蚀作用引起的古油藏原油的风化和氧化。

4 结 论

(1)断裂活动对油气藏的破坏作用主要表现在断裂对油气的运移、聚集过程及油气分布和再分布的控制作用。南盘江坳陷的古油藏和断裂分布关系十分密切,该区油气藏破坏的主控因素是断裂活动。

(2)地壳抬升,使油气藏上覆地层遭受剥蚀,埋深变小,同时盖层厚度减薄,质量变差,封堵能力降低,进而部分油气发生逸散。桂中坳陷断裂不发育,但地层普遍缺失,古油气藏上覆盖层剥蚀严重甚至被全部剥蚀,该区油气藏破坏的主控因素是抬升剥蚀。

图6 十万大山盆地二叠系盖层、岩浆岩与古油藏及油气显示关系图Fig.6 Relation ship among Permian cap rock,magmatites,paleo-oil pools and distribution of hydrocarbon shown in the Shiwandashan basin

图7 崇左古油藏热演化模式图Fig.7 Therm alevolution mode chart for the Chongzuo ancient asphalt-oil pools

图8 沥青反射率与最高古地温关系图Fig.8 Relation s between asphalt reflectivity and the highest paleo temperature

(3)岩浆活动可以使油气受到高温烘烤而发生热变质,形成焦沥青,油气藏遭到破坏。十万大山盆地的古油藏和油气显示与岩浆岩分布一致,古油藏地化指标也显示残余油气与岩浆烘烤关系紧密,该区油气藏破坏的主控因素是岩浆活动。

致谢:中国石化南方勘探分公司给予了大力支持,赵孟军高工与另一位评审老师对稿件给予了认真点评并提出了宝贵的修改建议,作者在此表示衷心的感谢!

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Abstract:The Dananpanjiang area is divided into the Nanpanjiang depression,Guizhong depression and three reverse first-order structuralunits in the Shiwanshan basin.Severalunits of mature source rocks,which were discoveried in Cambrian,Devonian,Carboniferous and Permian strata,provided good conditions for oil and gas accumulation.However,although the source rocks were buried deeply and matured early,because of the subsequent multistage severe tectonic movements,the oil and gas reservoirs were destroyed after their accumulation and the ancient oil and gas reservoirs and oil seepages were exposed in the air.The process confirm s that the subsequent tectonic movements mainly restrict the oiland gas explorations.The study of many ancientoil and gas reservoirs reveals that different structural units in the Dananpanjiang area controlled reservoir destruction.The ancientoil and gas reservoirs were distributed along the discordogenic faults in the Nanpan jiang depression,where the key control of reservoir destruction was responsible for fault movement.In the Guizhong depression,the ancientoil and gas reservoirs and seepages were exposed and the regional seals were eroded,where the key control of reservoir destruction was responsible for structural up lift and erosion.In the Shiwanshan basin,the residual hydrobarbon is so lid bitumen,the vitrinite reflectance of which are mostly above 2.0,and the calculated highest pyrolysis temperatures were above 200℃,meanwhile,the distribution of ancient oil and gas reservoirs coincide with that of Indosinian magmaticrocks,so the key control of reservoir destruction was magmatic activity.

Keywords:Dananpan jiang area;fault movement;structural up lift;magmatic activity;destruction of oil and gas reservoir

Relationship between Tectonic Movementsand Destruction of Oil and Gas Reservoirs in the Dananpan jiang Area

WU Kongyou and LIU Lei
(College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao 266555,Shandong,China)

P618.13;P542

A

1001-1552(2010)02-0255-07

2009-06-20;改回日期:2009-09-30

国家自然科学基金项目(40772081)和中石化海相勘探前瞻性重点项目(2080408)联合资助。

吴孔友(1971-),男,副教授,博士,从事地质构造与油气成藏研究。Email:wukongyou@163.com