构造断层导致油气向上跨层运移。
中国大陆块本来就小,经历了多次缝合和相互干扰,特别是东部燕山运动和西部喜马拉雅晚期运动的强烈挤压,东部喜马拉雅期裂谷、断层和裂缝的发育。所以,除了相对稳定的鄂尔多斯,油气烟囱的作用非常突出,油气景观经常发生变化。非均质、远距离、多源和混源油气藏出现;油气系统的相互交织给资源的计算、评价和预测带来了困难。中国油气藏跨层运移的复杂现象在世界油气区中十分突出。
(1)塔里木盆地
早在海西构造运动时期,盆地的许多地区就出现了褶皱和断层,在后期地质时期也经常见到。—O组油气源垂直进入其上统。其中塔北三叠系油气藏最为显著,主要通过阿克库木(轮南)Y形断层。-O组油气流入断隆上覆盖的T砂岩,然后沿斜坡向南运移(断裂带北部无工业油井),在平缓构造或岩性圈闭中形成许多中、小型油藏,总储量超过1亿T,有些地方断裂通向侏罗系砂岩,也可形成小型油藏(图58a)。该区石炭系油气藏也是?—O组烃源垂直向上运移,通过断层形成油气藏。Yaklaben为海西晚期逆冲隆起,但中、新生代地层存在正断层,油气沿断层上行,在J—K—E甚至N层产出油气(图58b)。塔中和玛扎塔克(和田河)C组油气也是由?—O地层由断层和侵蚀面构成。在喜马拉雅运动活跃的地区,可以看到深部T-J或C地层油气源进入浅层形成油气藏,可以形成大型油气藏。比如著名的克拉2和迪那都来自于深部侏罗系和三叠系烃源岩。该区构造非常复杂,叠瓦状断层冲断和滑动。但由于E良好的膏泥盖层,气藏充注时间不长(N2后),气藏压力很高,地面压力梯度为1.95 ~ 2.2 MPa/100m[144]。也许烟囱效应还在继续,更不用说破坏了。塔里木柯克亚E-N组最早发现的大型油气田主要是C组还是?—O地层的油气源通过断层向上运移(图58c)。盆地西部新近发现的阿克莫木K1气田[196]为过成熟干气,(δ13为-25% ~ 22%)证明气源主要来自J、C组,也是在喜马拉雅晚期充注的。塔东钻探了j和S气井。经过地球化学对比,认为是燕山-喜马拉雅期。-O组天然气“沿断层大规模运移聚集”[197](图58d)。
塔里木盆地新近系覆盖很厚,大部分地区覆盖3000 ~ 8000米。三套主要烃源岩(?—O,C,T—J)都埋得很深,烟囱作用把深部的一些资源转移到相对浅的部分。虽然有些油气被破坏了,但还是有贡献的。它和古隆起成为塔盆的两大功臣,古隆起其实是一个早期的烟囱。
(2)准噶尔盆地
基底相当活跃,盆地内沉积和断块作用明显,断裂系统发育,中侏罗世以后相对稳定。盆地中最重要的烃源岩是二叠系,已进入成熟阶段。侏罗系烃源岩与砂岩结合良好,但盆地中北部成熟度很低,成熟度高的准南(昌吉)凹陷太深,无法直接勘探侏罗系及更老的原生油气藏。在盆地西北部和腹部发现了许多侏罗系储层,这些储层并不是侏罗系本身的烃源。经过地球化学等对比,认为侏罗系油气田大部分是由二叠系油源通过断层运移而来,部分可向上运移至白垩系成藏(图59a,b)。杨等[198]认为:“准噶尔盆地侏罗系油气藏绝大多数为次生油气藏,油气来源于二叠系烃源岩,断层成为侏罗系油气运移的主要通道”。并说:“没有断层,就没有侏罗纪的油气藏。”油源断层成为油气运移不同层位的“高速公路”,对盆地西北和腹部至关重要。
图58塔里木盆地油气垂向运移模式(根据各种资料整理)
图59准噶尔盆地(含吐哈)油气垂向运移模式
准南侏罗系生气强度很高(图60),凹陷中部已进入成熟阶段,可为北天山前三排构造的浅、中层输送气源。呼图壁等成功的气田都是紫泥泉子组产出的。背斜深部为断层抬升形成的断块构造,由四条断层[199]组成,下至八道湾组等气源层。侏罗系本身埋深近万米,目前无法直接钻探。但在喜马拉雅晚期,从天山逆冲至盆地形成了几排背斜构造。浅层东-北段储盖组合非常有利。在紫泥泉子组三角洲砂体上,沉积了安吉海组半深湖相泥岩,单层厚度可达100米,累计厚度约460米,分布广泛。只要适当配置烃源断层,很容易形成储量较大的次生气藏,该领域可能成为全盆地增加天然气储量最现实的方向,近年来频频成功实现。
图60准噶尔盆地J1B+J2x现今天然气强度图[189]
综上所述,可见烟囱效应在准噶尔盆地油气成藏中的重要意义。
(3)与西部活动构造带有关的其他盆地。
吐哈盆地、柴达木盆地北部、河西走廊等地区油气垂向运移明显。吐哈盆地存在多套纵向叠置的储层,如巴卡、神泉、连木沁油田的J、K、E储层,均属于同一油源,储层油气密度纵向非均质性强,油气密度越往上越轻。每个油田都伴随着下到油源层的断层,向上的断层活动在有效盖层下停止[200](图59d)。
J以来柴北缘的断块沉降和喜马拉雅期祁连山与阿尔金山的联合扭转具有明显的褶皱构造。北部E-N层不具备生烃条件,N层油气藏主要来自J1和J2层的下伏烃源,通过一系列性质不同的断层向N层圈闭运移形成油气藏(见图57)。
祁连山北侧构造活跃,断层发育,油气垂向和侧向运移规模大。主要烃源岩为J-K1地层。如酒西地区青西凹陷下部生成的石油通过牛沟断层和509断层进入第三系油藏;市北凹陷原油通过白南断层进入北部单斜第三系油藏。第三系砂岩具有良好的物性和侧向稳定性,油气可以在第三系中长距离运移,并在运移过程中富集在高点或其他圈闭中,形成了酒西盆地的油田[118]”。
西藏羌塘地区在侏罗纪是一个大规模的海相沉积区,其烃源岩厚度大、质量高,引起了国内外专家的关注,甚至与中东油区相提并论。但存在两个严重问题:一是侏罗纪末怒江-班公湖板块缝合后,面积上升,K-E、N地层没有继续大范围沉积,后期部分被剥蚀,缺乏大面积覆盖;第二,喜马拉雅运动虽然形成了许多大型构造圈闭,但区域又上升,使许多油层出露,成为“古油藏[201]”和许多油苗,大量油气出露。太可惜了!当然,侏罗系内部盖层也可能遮挡部分油气,作为未来勘探目标。
从这个角度来看,烟囱作用的三个基本组成部分:下部烃灶、中部烃源断层、上部盖层和圈闭,三者缺一不可,属于数学乘法法则。羌塘是一个缺乏上盖层和圈闭,不易由烟囱作用形成的次生油气藏。
(4)四川盆地
在四川盆地中部构造稳定区,大多数油气藏是自生自储或相邻的。如生成湖相油的大安寨段(J14)和两高山段(J1)多是这样,但钻入油气藏前标志很少,烟囱效应较弱。而在局部断层发育区,大而冷的油层可以通过断层运移到上覆的沙溪庙组,形成儒公山庙油层。谢等[202]认为“构造发育、相干分析和地层倾角分析都表明,本区断裂的发育为油气运移提供了重要的通道。”油层在华蓥山附近时烟囱作用非常明显。如靠近华蓥山的广安背斜,由北北东向和NEE向两组构造线交汇而成,断层发育。下部油气向上运移1000多米,红层沙溪庙组(J2+32)有多套砂岩,其中七层分布较广,部分砂岩含油面积达40km2以上。多口浅层钻井试油,日产原油1m3以上,广104井间歇初始注油30m3日以上。而砂岩整体物性较低,只能通过裂缝局部产出。
龙门山山前著名的厚坝油砂岩也属于红层沙溪庙组,地表延伸近百公里,地下倾斜至千米深处仍有石油显示。而且向北穿越老地层(T1f)内出露的高背斜后,含油向斜内仍有多层厚砂岩。早些年,岩心是手工钻的,原油可以滴。江油地区的石板路和家用石器多为砂岩,含油饱和度低。以江油命名的县城,不仅河中多处有油流过,而且处处都有油迹。龙门山及其山前、印支期和喜马拉雅期构造和沉积作用活跃,深部丰富的海相油气通过断层向上运移,曾普遍在上覆红砂岩圈闭中成藏。但该区喜马拉雅晚期运动强烈,逆冲、褶皱、隆起,油层出露。
图61川西坳陷油气垂向运移和二次聚集示意图
须家河组(T3)ⅲ干酪根是川西坳陷的丰富气源,通过断裂系统将天然气输导到上部红砂岩中,形成了大量气藏,成为近年来四川天然气勘探的热点之一(图61)。根据地质历史分析,燕山期,龙坳构造带是在印支运动NEE向构造格局的基础上发展起来的,增加了T3地层和岩性圈闭。此时是晚三叠世的生烃高峰期,储层物性较好。因此,燕山期是须家河组常规油气聚集的黄金期。在随后的砂岩致密化过程中,生烃和排烃持续进行,川西坳陷具有形成大面积深盆气的有利条件。但由于长期深埋压实和超致密化作用,天然气藏停滞不前。激烈的喜马拉雅运动在一定程度上破坏了龙门山和部分千山的早期油气,但对凹陷内长期埋藏、停滞的油气藏重新活跃起来是一件好事。从龙门山到龙泉山,构造比较活跃。喜马拉雅晚期,川西坳陷形成了数十个不同高度的背斜构造和断层、裂缝网络。须家河组的压缩气体沿断裂系统重新聚集到晚期构造的上部形成油气藏。同时,在超高压和断层发育的条件下,天然气必然会多方逃逸,烟囱效应前所未有。一部分到达地表,成为众多的气苗,但由于红砂岩层厚多,物性好,圈闭多,泥质岩多套,有利于形成次生气藏。新场、白马庙、洛带、平落坝、马静等重要气藏已达到大中型气藏标准。
图62黄骅坳陷曙光地区和下辽河坳陷油气垂向运移示意图[120,127]
烟囱作用下的次生气藏一般具有超压特征。以新场为例,非充气砂岩多为常压,总的趋势是气层压力梯度自下而上逐渐减小。遂宁组(JBOY3乐队)因泥质岩厚而为区域性盖层,许多深层烃源断层或裂缝性地层无法穿越该套地层。下部气层压力梯度高(1.5 ~ 1.9 MPa/100m),上部蓬莱组(JBOY3乐队)和白垩系气层压力梯度下降到1.3 ~ 1.5 MPa/100m..J2以下地层天然气芳烃含量高[203],具有水相运移或混相突入的特征。而在遂宁组泥岩之上的above乐队或K砂岩中,气藏芳烃含量普遍很低,川西坳陷南部喜马拉雅运动更为强烈。白马庙构造大兴断裂等深大断裂垂直切割构造轴,断距60 ~ 170 m,在蓬莱组向上消失。
(5)在中国东部断陷盆地,油气沿伸展断层和侵蚀面垂向运移,上覆新的层位,形成油气藏。
这是济阳坳陷重要的成油组合之一(见图53)。不生油的馆陶组发现的石油地质储量占总储量的24.8%,部分东营组占32.2% [204]。一般来说,石油和天然气可以迁移到断层连接的层位。这种垂向跨层运移在开阔、分隔良好的箕状坳陷中起着重要作用,因此特别强调“复式油气藏”。比如著名的孤岛、孤东、城东、陈家庄等新近系油藏都属于这一类。在黄骅和下辽河坳陷,油气通过断层从E层烃源岩垂向运移至N或E层上部,如图62所示,苏北坳陷油气主要垂向运移。南海盆地北部的“陆相海相储层”显示了垂向运移的主导作用。除了古近系和新近系之间断层的垂向运移,东部断陷盆地的许多地区与中、古生界基底断层相连,形成了多源、混源的复杂油气运聚系统。
(6)松辽盆地三肇地区松花江组下侏罗统断陷ⅲ型干酪根烃源丰富,成熟度高(r = 2.5% ~ 6%),烟囱效应突出。
通过断层,向其上方或周围的白垩系储层运移,垂向距离数千米。而登娄库组成熟度仅为r = 1.3% ~ 2%,泉头组及以上更低,方3、方4井均表现出明显的混源现象。许多专家[191,205,206]对该区的地质现象进行了深入的研究,特别是烃源的详细对比,证实了许多白垩系气藏来自于侏罗系深层断陷。图63a显示三肇断陷北部升平站地区侏罗系天然气通过一系列断层进入上部形成的次生气藏,而图63b显示徐家围子断陷西部常德地区侏罗系过成熟天然气通过断陷(向斜)与隆起之间的主断层运移到隆起上的登娄库组形成次生气藏,与原始高成熟油气不同。
图63松辽盆地三肇地区次生气藏垂向运移模型
松辽盆地东南隆起区侏罗系为裂谷带,含煤系沉积广厚,气源丰富。然而,自松辽盆地自白垩纪进入大型坳陷以来,该区缺乏深水湖相烃源岩,主要为陆源碎屑,缺失K2和E-N地层。该区发育大型背斜和断层,气藏和天然气显示与侏罗系气源有关[188,207]。万金塔和甘地区的CO2气藏明显次生于深部断裂的向上运动。在东南隆起区寻找具有烟囱效应的气藏前景广阔。