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凹陷结构特征

凹陷结构特征

(一)凹陷结构特征

如第一章所述,裂谷盆地凹陷结构多为单断箕状(半地堑式)凹陷,少数为不对称的双断型地堑式的凹陷。其中单断箕状凹陷又可以分为单断断阶式、单断断槽式、单断断超式和单断反转式4种类型;双断地堑式凹陷又可分为双断地垒式和双断地堑式两种类型。不同类型的凹陷的沉积特征、烃源层的发育特征、砂体展布特征以及地层岩性油气藏的形成和分布,既具有相似的特征,但又存在着不同的特征。

(二)凹陷结构与地层岩性油气藏

裂谷盆地的凹陷结构是多种多样的,同时油气藏的形成条件是复杂、多变的,是受多种因素的控制。它是在盆地沉积构造发育的过程中,生、储、盖、运、圈、保诸多因素的有机配合的结果,凹陷结构与地层岩性油气藏的关系很难用一个简单的模式能概括得了。由于双断凹陷比较少见,下面就单断凹陷结构与地层岩性油气藏形成,择其有代表性结构的凹陷典型的地层岩性油气藏的形成条件进行剖析,从中揭示客观事物的内在联系。

图2-24 二连盆地阿南凹陷沿蒙古林断层侧向运移示意图

1.单断断阶式凹陷的地层岩性油气藏形成特征

渤海湾盆地东营凹陷是一个北断南超的单断断阶式箕状凹陷,同时又是一个富油气凹陷。不仅发现了大型的构造油气藏,同时在陡坡带、洼槽带和缓坡带找到了大量的地层岩性油气藏,尤其是陡坡带是中国裂谷盆地陡坡带油气最富集地区之一。

(1)陡坡带的沉积相类型及分布特征:东营凹陷北部陡坡带,根据隋风贵等(1998)研究,由凸起至深洼槽区,其沉积相带组合序列为冲积扇—扇三角洲—辫状河三角洲—水下扇—浊积扇。即断阶外侧斜坡以冲积扇、扇三角洲砂砾岩体为主;断阶上则主要发育了扇三角洲及水下扇砂砾岩体,局部发育有冲积扇或辫状河三角洲砂砾岩体;断阶内侧主要发育了水下扇及浊积扇砂砾岩体(图2-25)。

沉积相带纵向上的分布与盆地构造发育、物源区、古气候、古水动力条件和湖平面升降等密切相关。

在裂谷盆地同裂陷期发育早期—孔店组和沙四段沉积时,盆地沉降速度小于或等于沉积速率;加之,古地形反差大,物源充足,沿陡坡带发育了以冲积扇和水下扇为主的砂砾岩体。孔店组沉积时,古气候干热,湖盆水浅而局限,因此在陡坡带形成了冲积扇,在湖盆内部发育了盐湖相沉积,形成了冲积扇—盐湖相沉积体系。沙四段沉积时,在临近湖岸处发育了扇三角洲沉积体系;在二台阶发育了冲积扇沉积体系;在较低的断阶处及其以下斜坡上发育了水下扇和陡坡深水浊积扇砂砾岩体。

在裂谷盆地同裂谷期裂陷扩展期早期—沙三中下亚段沉积时,是盆地发育的鼎盛时期,盆地的沉降速度大于沉积速率,成为非补偿盆地,古气候潮湿,湖盆扩大,水体加深,深湖—半深湖相沉积范围扩大。沿陡坡带主要发育了以重力流机制为主的水下扇、滑塌浊积扇和深水浊积扇砂砾岩体。

图2-25 东营凹陷北部陡坡带沙砾岩扇体沉积相模式图

(据隋风贵等,1998)

在同裂谷期裂陷扩展期中期—沙三上亚段—沙二段沉积时,盆地逐渐抬升,沉降速度小于沉积速率,物源供给充分,为过补偿性沉积,发育了以三角洲体系为主。

在同裂谷期裂陷扩展期晚期—沙一段沉积早期,在前期湖盆收缩的背景下,又开始新的扩展裂陷作用,当时块断活动平缓,古地形较为平坦,物源供给减小,发育了以湖相泥岩及粒屑灰岩沉积为主,局部发育有小型三角洲及水下扇沉积。

在同裂谷期萎缩期—沙一段沉积晚期和东营期,湖盆收缩,水体变浅,形成了广泛的河流三角洲沉积。

(2)陡坡带油气藏类型及分布特征:陡坡带紧邻深洼槽,油气资源丰富;同时,陡坡带发育有多种成因类型的砂砾岩体,从凸起至深洼槽,呈有规律地组合、叠置,形成一个上接凸起,下临深洼的楔形超覆带,成为油气运移的传输带;发育有多套生储盖组合,具有良好的成藏条件,从而形成了多种油气藏类型。从凸起至深洼槽不同类型油气藏呈现有规律的组合、叠置,构成陡坡带复式油藏序列(图2-26)。

在凸起上,油气通过断面、不整合面运移至凸起上的残丘中,形成残丘油藏。在盆缘或凹陷边缘或断阶上,形成冲积扇、扇三角洲等储集体,由于受构造运动的影响,造成地层不整合接触,在不整合面上可以形成地层超覆油藏;在不整合面下可以形成地层不整合油藏,如王庄地区沙一段不整合超覆在沙三段之上,在不整合面之上形成了沙一段地层超覆油藏,在不整合面之下形成了地层不整合油藏。当基岩卷入的断阶,还可以形成潜山油藏,如王庄太古宇潜山油藏。陡坡带伸入烃源岩中的近岸水下扇或滑塌浊积扇,可以形成相应的岩性油气藏。在陡坡带的同生断层下降盘可以形成逆牵引背斜或断鼻构造油藏或岩性构造油藏等。

这些不同油气藏类型有规律地分布或上下叠置,从而形成了陡坡带复式油气聚集带。类似的单断断阶式凹陷还有冀中坳陷霸州凹陷霸州断阶带也是一个复式油气聚集带。

图2-26 东营凹陷北部陡坡带油藏模式图

(据隋风贵等,1998改动)

①稠油油藏;②岩性尖灭油藏;③断背斜油藏;④砾岩锥体油藏;⑤断层—岩性油藏;⑥成岩圈闭油藏;⑦潜山油藏

另外,在洼槽带发育有岩性透镜体油藏,如牛庄和利津洼槽。在南部缓坡带发育有地层不整合油藏,如金家地层不整合油藏等。

2.单断断槽式凹陷地层岩性油气藏形成特征

辽河坳陷西部凹陷是一个单断断槽式凹陷,同时又是一个富油气凹陷。已找到了多个大型油气田,发现了多种构造和地层岩性油气藏类型,尤其是西部斜坡带是中国裂谷盆地油气最富集地区之一(童晓光,1984 a、b;张文昭,1997)。

1)构造特征

(1)辽河坳陷西部凹陷是一个单断断槽式凹陷,东断西超、东陡西缓,在控凹主断层的对面发育一条相向而掉的同生断层,形成一个断槽(图2-27)。这样一方面为烃源层的发育创造了有利条件,提供了丰富的油气源;另一方面为平衡断层下降盘发育逆牵引背斜或鼻状构造的形成以及形成相应的油气藏创造了条件。

图2-27 辽河坳陷西部凹陷横剖面图

(2)西部斜坡带是一个构造沉积斜坡,且地层倾角平缓。凹陷东翼地层倾角60°~80°,而西部斜坡地层倾角为12°。使烃源层分布范围广泛,斜坡带大部分地区处于生油区内,油源丰富。

(3)斜坡带上主要发育了两套断层系统,一是在古近纪早期(沙三期前),伸展运动以推进式方式运动,产生与东侧主断层走向平行,倾向一致的西掉正断层,将基岩切割成许多西降东升翘倾断块,为古潜山油气藏形成创造了条件。二是在古近纪中后期(沙四期后)伸展运动以平衡式的方式运动,产生与东侧主断层走向平行,倾向相反的东掉正断层,且垂直油气运移方向,为构造圈闭的形成和油气遮挡起到了重要的作用。其次还有北西向和近东西向两组断层,把斜坡切割成许多断块。

(4)发育了多个地层不整合和多次地层超覆,如沙四上亚段与下伏地层之间、古近系与新近系之间的区域不整合面等;沙四上亚段和沙三段中下部、沙二段地层超覆在下伏地层之上,这样为地层油气藏的形成创造了有利条件。

(5)古近纪末,断层基本停止活动,盆地发育由断陷转为坳陷,发育了新近系巨厚砂泥岩覆盖于斜坡之上,为油气保存提供了优越条件。

2)沉积特征

湖盆呈狭长状,以低成熟度的陆源碎屑沉积为主,相带窄,变化快,具东西分带南北分段的特点。沙四上亚段沉积时期,开始成盆,由于兴隆台和曙光潜山的分隔,使凹陷的北部成为半封闭的湖湾区,在沉积中心发育了泥岩、油页岩、白云质灰岩、钙质页岩,湖盆边缘沉积了粒屑灰岩,随着湖水不断扩大,其上被湖相泥岩覆盖,从而为高升粒屑灰岩油藏的形成创造了条件。凹陷南部为比较开阔的浅湖区,发育了泥岩、油页岩及近岸浅滩的薄层粉细砂岩,储层不发育。

沙四段晚期,湖盆稍有扩大,水体略有加深。凹陷北部仍以油页岩和碳酸盐岩沉积为主;南部发育有三角洲砂体。

沙三段沉积时,湖水迅速扩大,水体显著加深,斜坡带发育了与斜坡走向近乎垂直的多条水下峡谷,尤其在洪水期呈高密度流,携带大量碎屑物质入湖,形成了水下河道砂体和为湖相泥岩所包围的湖底扇砂体;陡坡带发育了水下扇和浊积扇砂体。

沙二段沉积时,湖水变浅,范围缩小,在陡缓两侧发育了多个小型的三角洲沉积砂体。

沙一段沉积时,湖水略有加深,范围再次扩大,沉积了一套细碎屑岩、钙质页岩、油页岩、生物灰岩和滩坝滩砂。

东营组沉积时,湖盆发育衰退,为一套湖沼河流相沉积。

综上所述,沙四段粒屑灰岩、沙三段湖底扇砂体、沙二段三角洲前缘席状砂体以及东营组河道砂体是地层岩性油气藏形成的有利岩性岩相带。

3)地层岩性油气藏特征

本区地层岩性油气藏类型比较丰富,主要分布在西部斜坡带上。

(1)地层超覆和地层不整合油藏:地层超覆和地层不整合油藏主要分布在西部斜坡带。由于西部斜坡带是一个构造沉积斜坡带,早期沙四、三段沉积时地层向西超覆,沙三段沉积末期斜坡逐渐抬升遭受剥蚀,且西部斜坡带南段抬升较强,而北段较弱,因此,北段高升地区地层超覆油藏发育,如沙四段地层超覆油藏(图2-28a);而南段曙光油田曙三区以南遭受剥蚀较强,新近系不整合覆盖在古近系不同层位之上,形成了以稠油封闭的地层不整合油藏为主(图2-28b)。稠油封闭的地层不整合油藏层位主要是沙四段和沙二段,为三角洲沉积,厚度大层数多,单层厚度可达数十米;自曙光油田至欢喜岭油田南段,延伸长达40km,储量规模大。

(2)岩性尖灭油藏:岩性尖灭油藏主要分布在斜坡带的北部高升地区沙三段下部。发育在斜坡鼻状构造背景上的浊积砂体,砂体厚度大,约150~500m,一般厚300m。储层物性好,孔隙度一般为20%~30%,渗透率为几百到几千毫达西。向西砂层尖灭,东部又被东掉的大断层封闭,形成了岩性尖灭油藏,上有气顶下有底水(图2-29)。此外,曙光油田的西北缘沙四上亚段也发育有岩性尖灭油藏。

(3)粒屑灰岩岩性油藏:该类油藏主要分布在凹陷北部沙四上亚段半封闭湖湾高能沉积环境的高升油田。沙四上亚段不整合覆盖在沙四下亚段玄武岩之上,属一套水进式沉积。储层为沙四上亚段粒屑灰岩和泥晶灰岩,储层物性好,油层厚度大,单井产量高。

图2-28 西部斜坡带稠油封闭的地层不整合油藏和地层超覆油藏示意图

(据张文昭,1997)

图2-29 高升油田沙三下亚段岩性尖灭油藏剖面图

(据王庆丰等,1997)

综上所述,该凹陷油气资源丰富,油气藏类型多姿多彩,尤其是斜坡构造带。

3.单断反转式凹陷地层岩性油气藏形成特征

二连盆地东北部巴音都兰凹陷是一个呈北东向展布典型的单断反转式凹陷。凹陷长约80km,宽约16~20km,面积1200km2。单断反转式凹陷具有独特的地质特征和成藏风格。

1)构造特征

(1)巴音都兰凹陷是一个在古生界基底发育起来的东断西超的箕状凹陷,具有三分结构特征,即东部为陡坡带,西部为缓坡带,中间为洼槽带。其中洼槽带被北西向的变换带分隔分为北洼槽和南洼槽,在洼槽中发育了早白垩世阿尔善组和腾格尔组一段两套生油层系,生油层厚度大、母质类型好、转化程度高,油气资源丰富。

(2)具有反转构造特征,东部控凹边界断层——笛力断层,走向NE40°~50°,倾向NW310°~320°,倾角30°延长92km,最大断距达3000m,是一条基底同生断层,同时又是一条反转断层。在阿尔善组—腾格尔组一段沉积时表现为正断层,腾一段末期发生了强烈的构造反转,由正断层转为逆断层。强烈的构造反转造成的影响主要是:一是在断层下降盘形成反转背斜或鼻状构造,为构造油气藏形成提供了聚集场所;二是使后期的沉积中心、生油中心发生转移,南洼槽向西转移,北洼槽向北转移;三是使早期阿四段高位体系域进积型扇三角洲沉积砂体也随之抬升,并依附于构造翼部的中低部位或受断层遮挡形成了上倾尖灭的岩性圈闭,从而为岩性尖灭油气藏的形成创造了条件。

(3)凹陷内主要发育了走向北北东、北东、北北西、北西及北南向5 组断层,其中以北北东向断层最发育,其次是北西向。断层规模不大,延长6~92km,断距一般为150~500m。断层主要活动时期为阿尔善组沉积时期,以后逐渐减弱,至赛汉塔拉期大部分断层停止活动。

构造圈闭不发育,仅发育反转背斜、披覆背斜、断鼻、断块等圈闭。

(4)发育了多个不整合面和地层超覆。主要有下白垩统与下伏地层之间、阿尔善组与腾格尔组之间和赛汉塔拉组与腾格尔组之间3个地层不整合面;以及阿尔善组超覆沉积在不同地层之上,为地层油气藏的形成奠定了基础。

2)沉积特征

具有典型的箕状凹陷沉积特征,多物源、近物源,短水流,窄相带,变化快等特点。现以区内主要目的层阿四段为例论述其特征。

随着早期填平补齐作用,至阿四段沉积时地势渐趋平缓,沿凹陷陡坡带北部发育以水下扇为主,南部发育以扇三角洲沉积为主;沿凹陷缓坡带发育了小型扇三角洲呈裙边状分布,南缘发育了河流相沉积;凹陷中央为滨浅湖相。其中以陡坡带巴9、巴5扇三角洲规模较大,其次是缓坡带巴31辫状河三角洲,形成了本区三大水系。至阿四段中后期,随着湖水的退缩,相应形成进积型扇三角洲沉积。

南洼槽陡翼,从东、东南向西、西北方向发育两个扇三角洲,形成在同裂谷深陷期的阿尔善组和腾格尔组的腾一段。在沉积背景上,由于背靠凸起,面向洼槽,靠近边界大断层附近,坡降较大、近物源、快速沉积、无或具较小冲积平原,发育了一套结构、成分成熟度低,以砾岩、砂砾岩等粗碎屑岩为主,储层物性差。而扇三角洲前缘辫状河水道砂体十分发育。这些砂体的展布主要受控于沉积时的构造背景,与现今的构造高部位并不完全匹配,砂体主要分布于构造的翼部。其岩性以砾岩、砂砾岩为主,石英含量低、长石、岩屑含量高,厚度在100m左右;从成岩演化来看,阿四段扇三角洲沉积的砂砾岩、细砂岩处于晚成岩A期,溶蚀作用强烈,处于次生孔隙发育带,砂砾岩粒间、粒内溶孔发育,储集条件良好;物性以中孔、低渗为主,孔隙度平均10%~20%,渗透率平均(10~300)×10-3μm2,少数样品大于1000×10-3μm2。同时这些砂体伸入到烃源层中,油源充足,从而为构造岩性油气藏形成创造了条件。

3)地层岩性油气藏特征

单断反转式凹陷,往往砂体与构造高部位不完全匹配,砂体主要分布在构造的翼部,从而形成构造岩性油气油气藏为主,如巴19油气藏、巴10油藏即是其例,这是单断反转式凹陷油气藏形成的重要特点。其次与其他类型单断凹陷一样,发育有成岩圈闭油藏,如巴2油藏;地层超覆和地层不整合油藏,如巴48油藏等。

4.单断断超式凹陷地层岩性油气藏形成特征

单断断超式凹陷分布比较广泛,如二连盆地乌里雅斯太凹陷,南襄盆地泌阳凹陷等。这类凹陷结构比较简单,构造圈闭和断层都不发育。油气主要分布在缓坡带上,并以地层岩性油气藏为主。乌里雅斯太凹陷是一个典型的单断断超式凹陷。它位于二连盆地马尼特坳陷东北端,整体呈北东向长条状展布,为一西北断东南超的半地堑,基岩最大埋深4500m,凹陷面积近3000km2,分为南、中、北三个次级洼槽,目前勘探和已发现的油气藏主要集中在南洼槽。因此,南洼槽研究相对较深入,下面论述以南洼槽地质特征为主。

1)构造特征

(1)构造圈闭不发育,仅在南洼槽东部缓坡带上发育了2个鼻状构造,自北而南依次为苏布和木日格鼻状构造。构造轴向北西西,自东向西倾伏于洼槽中成为油气运移指向的有利构造背景。

(2)在缓坡带上发育了多组小规模的断层,断层长度为1~18.5km,断距一般<200m,并且中间断距大,向两端断距变小。断层走向有北北东—近南北向、北东向、北北西向和北西西向。多数为顺倾向断层,少数为反倾向断层。其中北北东向—近南北向断层最发育,这组断层与凹陷的走向相一致。这些断层大部分控制腾二段以下地层沉积,从而形成多级断层坡折带(图2-30)。其中在坡中部位从太45井—太47井—太13井—太25井一线以东发育了一条主要的坡折带,南部表现为断层坡折带,北部表现为侵蚀坡折带,控制了储层的分布和油藏的形成。

图2-30 乌里雅斯太凹陷IN370地震测线剖面图

(3)发育了多个不整合面和多次沉积超覆,下白垩统与下伏地层之间、阿尔善组与腾格尔组之间以及腾格尔组与赛汉塔拉组之间的地层不整合接触,其上覆地层多为超覆沉积,从而为地层油气藏的形成创造了条件。

2)沉积特征

单断箕状凹陷的物源主要来自陡缓两侧,现以本区主要目的层段腾一下亚段为例。在腾一下亚段沉积时,沿陡坡带发育了以水下扇为主,局部发育有扇三角洲;缓坡带发育了扇三角洲、水下扇,在坡折带的下方发育了湖底扇。腾一下亚段属高位体系域,夹持在水进体系之间,具有优越的生储盖组合成藏条件。如缓坡带木日格湖底扇砂砾岩体明显地受坡折带的控制,在坡折带的上方浅水斜坡区发育了扇三角洲和辫状河三角洲砂体;在坡折带的下方发育了具补给水道的湖底扇砂砾岩体为主。且多期扇体的叠合,分布面积达12km2以上,厚度达60~1160m以上,为湖底扇岩性尖灭油藏的形成奠定了基础。又如来自陡坡带物源的苏布扇三角洲砂体,辫状水道发育,同时由于陡坡带地貌反差大,坡度陡,能量足,越过洼槽抵达缓坡带苏布鼻状构造形成岩性上倾尖灭,为岩性上倾尖灭油藏创造了条件。

3)地层岩性油气藏特征

这类单断断超式的凹陷,由于凹陷狭窄,结构简单,构造圈闭和断层不发育,地层岩性油气藏主要分布在缓坡带。尤其是在缓坡带鼻状构造背景上受坡折带控制的有利储集岩相带油气最富集。油气藏类型主要有:

(1)岩性尖灭油藏:在缓坡带的坡中部位发现腾一下亚段湖底扇和扇三角洲岩性尖灭油藏,如木日格湖底扇岩性尖灭油藏,苏布扇三角洲岩性尖灭油藏,油层最大厚度达110m以上。

(2)地层不整合油藏和地层超覆油藏:在缓坡带的坡中部位发现了腾格尔组与阿尔善组之间的不整合面以下,阿尔善组地层不整合油藏,如太53阿尔善组油藏等。在缓坡带的坡顶部位发现了地层超覆油藏,如太15阿尔善组油藏等。

(3)复合油藏:主要发育有构造岩性油藏,如太61、太45阿尔善组砂岩油藏;构造地层岩性复合油藏,如太53阿尔善组油藏等。

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