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滨里海盆地S区块盐间地层构造演化及其对油气成藏的意义

2014-04-02王晓伏宋大玮

中国矿业 2014年7期
关键词:里海扇形盆地

王晓伏 ,宋大玮

(1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司哈萨克斯坦FIOC勘探部,北京 100029;2. 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司勘探部,北京 100029)

盐构造研究是当今油气盆地构造研究中的热点问题之一[1],有关盐体变形对沉积相带、沙体分布、以及油气汇聚等方面的控制作用,在国内外都已取得许多新的认识[2-3]。滨里海盆地是一个含盐油气盆地[4],其油气藏分布与盐岩的构造演化有着密切联系,而盐岩的构造活动必然在同期的盐间地层中留下行迹。因此,研究盐间地层的构造行迹对于分析滨里海盆地盐岩的构造演化和油气成藏规律有着重要的意义。

自2004年以来,中石化集团国际石油勘探开发有限公司对滨里海盆地东南部地区S区块展开了大量的勘探工作,并获得了一系列重大油气勘探成果。多年的研究资料表明,在S区块内的盐岩经历了多次的抬升,挤压和差异负荷等构造作用,从而形成了不同形态的盐丘和盐间凹陷中的盐间地层[5-6]。本文旨在对S区块内盐间地层的构造形态及其与盐丘的接触关系进行分析,探讨其演化过程,进而讨论盐岩构造活动与油气成藏之间的联系。

1 S区块地质概况

滨里海盆地位于哈萨克斯坦西部,整个盆地可以划分为:北部及西北部断阶带、中央坳陷带、阿斯特拉罕-阿克纠宾斯克隆起带和东南坳陷带四个次级构造单元[7-8]。本次研究的S区块就位于滨里海盆地的东南部,阿斯特拉罕-阿克纠宾斯克隆起带上(图1)。

1.滨里海盆地边界 2.次级构造单元构造边界 3. S区块东西剖面位置图1 滨里海盆地东南部构造单示意图(根据文献[6,9])

滨里海盆地充填了古生代以来巨厚的沉积物,地质剖面上主要分为以下三个层系(图2)。

1)盐下层系(PZ1-P1),主要以巨厚的碎屑岩和碳酸盐岩为主的海相沉积[10]。近年来展开的地质及地球化学研究证明,盐下层系烃原岩对盐上层系的油气成藏有着重要的贡献,烃类主要是通过盐窗运移到盐上层系中[11]。

2)含盐层系(孔谷阶P1kg),全盆地广泛发育,主要为盐岩、硬石膏夹层,偶见碳酸盐岩,并含有钾盐、镁盐等矿物,盐层厚度变化范围为1~6km。经历了中生代以来的构造作用后,盐层发生变形,盆地内分布有各种形态的盐丘构造超过1500个[6,10]。

3)盐上层系(P2-Q),主要是碎屑岩,发育了中生代以来由海陆交互相过渡到陆相的沉积地层[10]。由于含盐层系的上隆又将盐上层系分为盐间地层(P2-T1)和盐顶上覆地层(T2-Q)。值得一提的是,在S区块研究区内的盐上层系中普遍缺失T3-J1时期的地层,J2地层不整合上覆于T2-T3地层之上。

2 盐间地层构造演化分析

盐构造(Salt structure)是指由于岩盐或其它蒸发岩的流动形变所形成的地质变形体,它们包括变形体本身及其周围的其它变形岩层[2]。在滨里海盆地S区块内的含盐层系普遍经受了变形作用,有关盐岩变形的时期存在着两种不同的观点:第一种观点认为三叠纪末期-早侏罗末期的地层的缺失说明该时期剧烈的区域构造作用,而盐丘就是在这个阶段形成的[6];第二种观点根据盐丘两侧的地层特征判断盐丘从晚二叠-早三叠时期就开始上隆,但上隆过程分为初始形成阶段,盐丘活动阶段和三叠纪以来的盐丘刺穿阶段[9,12]。虽然这些观点都是从不同角度出发论证盐丘的隆升模式,但由于S区块内盐构造的复杂性,有关盐隆起的模式一直没有统一。本次研究将从盐间地层构造特征的角度来尝试分析这一问题。

根据形变盐体与上覆层之间的接触关系,盐构造可分为两大类,即两者之间为整合接触的整合型(非刺穿型)和不整合接触的刺穿型盐构造。总的来讲,盐构造都从构造幅度及成熟度较低的整合型向幅度及成熟度较高的刺穿侵入型甚至喷出型演化的[2]。在观察S区块内二维地震解释资料的基础上,可以将区块内盐体和盐间地层按照它们的接触关系可以划分出以下类型(图3)。

2.1 扇形地层生长模式分析

扇形地层生长模式的盐间地层在形态上主要分为三层:单斜沉积地层(P2),扇形生长地层(T1)和水平沉积地层(T2-T3)。这三种地层形态分别代表了地层构造演化的不同阶段(图3(a)和图4)。

图2 滨里海盆地S区块东西向构造剖面图

图3 S区块二维地震剖面中盐体与盐间地层接触关系分类

图4 扇形地层生长模式

单斜沉积地层在P2时期是在盐层之上水平沉积的前构造层,当时盐层尚未发生变形,所以P2地层基本呈平行等厚的特征。此后,随着盐丘逐渐隆起,该套地层随之发生褶皱,且盐丘隆升越高,P2地层产状也随之变陡,但产状始终与盐丘侧翼一致且厚度不变,直至盐丘刺穿该套地层为止,因此形成了单斜平行地层的特征。从这一点上来说,这套地层与盐丘的接触关系属于整合接触型。

扇形生长地层在T1时期沉积在P2地层之上,由于P2地层的倾角随着盐丘隆升而逐渐发生变化,因此,在其后T1时期沉积地层的倾角也随之变化,越早沉积的地层倾角越大,越晚沉积的地层越趋近于水平,形成一个向盐构造隆起收敛的扇形地层特征,这种构造行迹又被称之为翼部旋转模式(Limb rotation),是一种典型的生长地层[13-14]。一般认为,生长地层的沉积年代与构造隆升是同期的[15-16],因此,在研究区内T1时期发育的生长地层就意味着在该时期已经有盐构造开始隆升,而不是在T3-J1时期才开始隆升的。

T2-T3时期的水平沉积地层上覆于T1时期的扇形生长地层之上。地层表现为水平展布,代表着该时期这里的盐构造活动趋于平静,由于盐构造活动与源盐层的供应是密不可分的[2],因此这一盐构造平静期可能与源盐供给不足有关。需要补充说明的是,研究区内一些盐间地层在T2-T3时期也发育有扇形生长地层,因此,在T1和T2-T3时期盐构造都有隆升活动,可见盐构造不是一次性全都隆升起来的,而是分批次先后隆升的。

正如前文地质概况中提到的那样,在T3-J1时期的地层在整个S区块范围内大部分缺失,代表着该地区进入了大规模的构造隆升期,并在盐丘与T2-T3的地层接触的盐檐部位普遍发生形变,形成了的“盐檐构造”,并在J2时期地层与下伏地层之间发育全区块范围的不整合面。

J2时期地层产状近水平,构造形变较弱,在盐间地层中发育小断距走滑断层,在盐顶上覆地层中发育正断层。这些都标志着大规模构造隆升趋于结束,对地层的影响逐渐减弱。

图5 水平地层刺穿模式

2.2 水平地层刺穿模式分析

在该模式中,盐丘与水平的盐间地层呈近垂直的不整合接触关系(图3(b)和图5),这种不整合的接触关系表明盐丘对地层的刺穿底辟,造成刺穿底辟的机制可能为下沉建造作用(Downbuilding)或上覆前构造层(Prekinematic overburden)的断裂作用造成盐构造侵位[2]。Warsitzka等[17]通过对盐丘隆起进行实验室规模的物理模拟实验证明,这种与水平盐间地层有近垂直不整合接触关系的盐丘通常是最先隆升的,其两侧的地层随着沉积加厚不断的压挤下部盐层上长,这种下沉建造作用不仅造成了早期刺穿岩体的进一步上长,并且也造成了盐丘附近地区新盐丘的隆升,前文中所描述的具有扇形生长地层的盐丘通常就是由这类水平盐间地层沉积建造作用引发的次级盐丘隆升(Secondary diapir)(图6)。

此外,从盐丘的形态上看,盐丘顶面在T2的地层中呈近水平的形态出现,并没有出现大幅度的悬挂构造,因此,笔者认为盐丘应该是在T2的某一时期刺穿地表出露于水体中,由于盐丘的可溶性,所以盐丘的出露于水体中的部分很快被“溶平”[17]。此后,随着盐丘隆升作用的减弱,在此之上接受了T2-T3时期水平沉积的地层。

在此之后,T3-J1时期的构造演化为全区范围,其盐顶上覆地层的演化模式与前文中扇形生长模式一致。

3 构造演化与油气成藏的联系

通过上述的论证,笔者认为盐丘与盐间地层的接触关系代表着盐丘构造生长的不同过程,而不同的生长过程会影响盐丘隆起的古构造高度(图7)。

图6 下沉建造作用导致的次级隆升模式

图7 盐隆与地层接触类型差异古构造示意图

整合接触型盐丘的隆升过程中,其周围通常有整合地层的保护,从而避免了盐体和水的接触,因此从P2-T3时期可以长期维持构造高点的地位。一些在P2-T1时期发育扇形生长地层,一些在T2-T3的地层中发育扇形生长地层,这些构造高点附近都应发育物性较好的沉积,并且由于翼部旋转的生长模式,使得砂岩层向构造高点发育尖灭圈闭。这种沿着盐背斜翼部边缘发育圈闭的构造特征在墨西哥湾(GOM)含盐盆地中也有发现[18]。不仅如此,在经过T3-J1时期的构造作用后,使得在这些盐丘附近的地层变形,发育“盐檐构造”,这些物性较好的尖灭地层也有利于油气的汇集。

不整合接触型盐丘则主要是刺穿作用造成,由于盐岩的可溶性,使得刺穿的盐丘很难维持构造高点,因此这种盐隆对沉积分布的控制作用较弱,换言之,盐隆刺穿处附近沉积了沙岩或者泥岩都具有不确定性,虽然T3-J1的区域性构造运动仍然可能使这种盐丘附近的地层发育“盐檐构造”,但物性上的差异使得该地区的油气成藏也具有一定的不确定性。

分析至此,笔者认为由于整合接触型盐丘和不整合接触型盐隆在古构造高度上存在着差异,才导致了它们在油气成藏能力上的差别。从古构造高度的角度上来推断,具有整合型接触关系的盐丘附近的盐间地层同时受到岩性和构造的控制,更有潜力发育多种类型的圈闭;而非整合型盐丘则由于其周围岩性的不确定性,使得构造成为控制圈闭的主控因素,因此圈闭类型较为单一。当然,这一认识还有待日后勘探工作的深入展开来进一步证实。

4 结论

综上所述,本次研究取得的主要认识有两方面。

1)该地区盐构造隆升活动主要集中在P2-T3时期,且隆升过程为分批次进行:与盐丘具有不整合接触关系的水平地层形成于早期刺穿的盐丘附近,时代为P2-T1;与盐丘具有整合接触关系的扇形生长地层形成于后期非刺穿型的盐丘附近,时代为T1-T3。

2)识别盐丘和盐间地层的接触关系对于分析盐檐构造的油气成藏有着重要意义。整合接触型盐丘和不整合接触型盐丘在古构造高度上存在着差异导致了它们在油气成藏能力上的差别。

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