四川盆地油气地质特征.docx

1、四川盆地油气地质特征四川盆地油气地质特征 四川盆地位于四川省东部及重庆市,为一具有明显菱形边框的构造盆地,同时也是四周高山环抱的地形盆地,其范围介于北纬283240,东经10230110之间,面积约18104km2。四川是世界上最早发现和利用天然气的地方。从汉代“临邛火井”的出现,到隋朝(616年)“火井县”命名;从凿井求盐到自流井气田“竹筒井”“盆”“笕”钻采输技术的发展,都无不例外的证明四川天然气的开采源远流长。但是,四川天然气的发展,经历了近代被欺凌的衰落,直到20 世纪中叶,古老的中国重新崛起,伴随工业化的进程,才得到真正的发展。截止2004 年,经过半个多世纪的勘探,全盆地已经探明1

2、14 个气田,14 个油田,获得天然气地质探明+控制+预测储量约15000108m3,3 级储量之和约占2002 年盆地资源评价总量的1/4。伴随新区、新层、新领域的勘探发现,盆地的总资源量还将继续增长,为川、渝天然气能源发展锦上添花。 1.构造特征 四川盆地属扬子准地台西北隅的一个次级构造单元,是古生代克拉通盆地与中新生代前陆盆地的复合型盆地。从晋宁运动前震旦系基地褶皱回返,使扬子板块从地槽转向地台发展,直到喜山运动盆地定型,共经历了9 期构造运动,但对盆地构造、沉积地层发展演化有明显影响的有4 期:一是加里东期,形成加里东期乐山龙女寺古隆起;二是东吴期,拉张断裂活动,引发玄武岩喷发(峨嵋山

3、玄武岩厚达1500m);三是印支期,形成印支期泸州、开江、天井山古隆起,且具盆地雏形;四是喜山期,盆地全面褶皱定型。纵观盆地的发展,受欧亚、太平洋、印度板块活动的影响,盆地应力场的变化经历了古生代拉张为主,中生代三叠纪反转(由拉张向挤压过渡),中生代侏罗纪以来的挤压过程。这一拉张-过渡反转-压挤的地应力场,控制了油气生成、运移、聚集、保存与破坏以及晚期成藏的全过程,尤其对复合型盆地更为明显。 1.1基底特征 四川盆地的基底岩系为中新元古界,其结构具3 分性。盆地中部的磁场特征显示为一宽缓的正异常区,多为中性及中基性岩浆岩组成的杂岩体,变质程度深,硬化强度大,构成盆地中部刚硬基底隆起带。基岩埋深

4、一般48km,地史中较稳定,沉积盖层厚度较薄,褶皱平缓带。盆地东南和西北侧为弱磁场区,组成基底的岩石是浅变质沉积岩,属柔性基底,是褶皱带。基岩埋深811km,沉积盖层厚度较大,褶皱较强烈。 1.2区域构造特征 四川盆地的发生、发展,形成菱形边框和不同组系、不同方向的褶皱构造,大体可以追溯到8.5108年的地史发展过程,是受基底、周边古陆、深大断裂以及地应力作用方式等诸种因素相互作用的综合反映,也是多次构造旋回叠加的产物,使盖层褶皱出现形式多样,交织复杂化的局面。 1.2.1褶皱构造的展布特点 盆地内最早形成的褶皱构造可上溯到印支期,但范围仅局限于川西龙门山前,如矿山梁天井山海棠铺等北东向背斜构

5、造。整个盆地的现今构造主要形成于喜山期,包括震旦系在内的全部沉积盖层都被卷入,出现了众多成群成带分布的褶皱构造。 1)川东南坳褶区 系指华蓥山以东的川东与川南区,包括川东高陡构造带和川南低陡构造带,是盆地内褶皱最强烈的地区。一般陡翼倾角45,甚至直立倒转。高、低陡构造之分,在于构造核心出露地层的新老,前者出露中下三叠统及其以老地层,后者出露上三叠统及其以新地层。构造线走向主要由北东向高陡构造带和断裂带组成的隔挡式褶皱,背斜紧凑,向斜宽缓,成排成带平行排列。北部受大巴山弧的的影响向东弯曲,局部呈近东西向;南部逐渐低倾呈帚状撒开,除北东向为主外,还有受边界条件干扰的南北向、东西向等多组构造线。 9

6、 2)川中隆起区 介于华蓥山断裂与龙泉山断裂之间,包括川中平缓褶带和川西南低陡褶带,是盆地内褶皱最弱的地区。区内构造平缓,断层少见,地层倾角仅15,少有大于10者,均属平缓褶皱类型。构造线方向多呈近东西向,但受邻区影响,也有北东和北西向者,个别呈现旋卷构造,如威远、中台山等构造。 3)川西北坳陷区 指龙泉山以西的川西和川北地区,包括川西低陡构造带和川北低平构造带,是盆地内白垩系、古近系主要分布和第四系大片覆盖区,也是川西北前陆盆地中新生代主要坳陷区。区内南段和靠盆地西缘的山前带因受龙门山逆掩推覆带影响,表皮褶皱强烈。北段主要为一区域大向斜(梓潼凹陷和苍溪向斜)以及九龙山和南阳场构造带褶皱平缓,

7、只有龙门山前山带印支期构造褶皱强烈。 1.2.2背斜构造类型划分 四川盆地是一个以压性为主、兼具扭动的压扭性盆地,受基底和盖层沉积幅度的影响,环绕川中刚硬基底,在盆地不同地区形成了多种形式的背斜构造,有的地面显现,有的则潜伏地下。背斜构造类型的划分方法很多,有的根据褶皱强度、构造顶部和两翼倾角大小、褶皱强度系数(闭合度/短轴)、受力性质等等。本书从油气富集与保存角度出发,结合构造特征分析,将四川盆地背斜构造分为梳状、似梳状、箱状、膝状、高丘状、低丘状等6 种类型。 1)梳状背斜 该类构造受力强、顶部尖、两翼陡、构造狭窄,褶皱强烈,两翼伴有倾轴逆断层,以陡翼最发育。地腹构造多向缓翼偏移,在断下盘

8、常形成陡带牵引次一级潜伏构造。梳状背斜主体的嘉二段石膏层(区域盖层)被破坏后,一般只有残余气藏;下盘潜伏构造是主要的找气圈闭。 2)似梳状背斜 该类构造受力中等,顶部圆缓,翼部稍陡,两翼倾角一般45,构造褶皱适中,形态较完整,沿长轴裂缝发育。当地腹断层切轴、切顶时会造成气藏散失。似梳状构造顶部也有相对尖陡者,核部地层出露较老,嘉陵江组区域盖层遭受破坏,使气藏的保存条件变差。 3)箱状背斜 多为狭长型构造,受力较强,其显著特点是顶部宽平、两翼陡峻,张应力集中在构造顶部,沿长轴及宽缓的顶部裂缝发育(除纵、横张缝外,还有扭张缝),一般有利于天然气富集与保存。但该类构造向地腹深处有变尖变陡的趋势,且伴

9、有切轴逆断层发育,不利于气藏保存。 4)膝状背斜 该类构造的形态和裂缝发育特征,和箱状构造相似,顶部平缓,一翼陡、一翼缓,呈不对称状,地腹主断层多发生在陡翼,缓翼断层规模小,一般构造的完整性较好,且沿轴部裂缝发育,有利于气藏的富集和保存。 5)高丘状背斜 该类构造褶皱强度弱,多为短轴背斜,顶圆翼缓(25),常不对称。沿长轴和顶部除纵、横张缝外,还有扭张缝发育,形成网状渗滤通道,有利于气藏高产。高丘状构造出露地层新,褶皱适中,地腹断层发育的规模不大,是含气条件较理想的构造。 6)低丘状背斜 该类构造一般多为区域向斜中的低平穹隆背斜,褶皱平缓,上下构造形态变异小。有时受断层或不同组系构造的影响,在

10、地腹形成局部潜伏高点。由于受力弱,裂缝发育程度不均,有利于气藏保存,但高产条件较差。 1.3断裂发育特征 四川盆地定型在喜山期,是水平应力挤压作用的结果。由挤压褶皱相伴生的地层断裂属逆断层性质。从油气勘探的实用性出发,本书姑且将盆地的断裂分为深大断裂(含基底断裂)和一般断裂。 1.3.1深大断裂对区域构造的控制作用 四川盆地在形成与演化过程中,不同时期发展起来的深大断裂对构造格局的控制是十分明显的。如龙门山、城口、安宁河等断裂都是发生在晋宁期的深断裂,是造成断层两侧地质构造迥然不同和引起周边古陆变迁及构造发展的重要因素。 另一类不同地史阶段形成和发展起来的基底断裂,是地台内部的次一级深大断裂,

11、对盆地边界的形成、盆地内部隆起和坳陷的变迁以及区域岩性岩相变化都有重要的控制作用。如华蓥山、龙泉山断裂,是盆内二级构造单元的分界线,两者之间为川中隆起区,华蓥山以东是川东南坳褶区,龙泉山以西是川西坳陷区;同时在它们的两侧,对各时代地层的缺留、岩性岩相的变迁都有明显的区别。又如建始彭水、普雄河小江、峨眉山瓦山等断裂,对盆地东南和西南边界的控制是显而易见的。 1.3.2一般断裂对局部构造的影响 除上述深大断裂、基底断裂外,一般在特定的地质时期内,断裂活动的时间相对短、且受构造滑脱层控制的、与构造褶皱带或局部构造相伴生的断裂,这里统称一般断裂。一般断裂对局部构造垂向变异产生重要影响。如川东高陡构造,

12、浅层断裂不发育,构造完整;中层(嘉一段石炭系厚约1300m)构造对应浅层构造的陡翼和缓翼肩部,发育了倾轴逆断层,形成断垒式主体背斜,其背斜轴部向浅层构造缓翼偏移12km;陡翼断下盘出现主断凹,与浅层构造轴部相对应;过主断凹连接潜伏构造,与浅层构造陡翼或陡缓转折带相对应;在地面构造缓翼,因构造干扰复合形成舒缓带,对应中层构造缓翼倾轴断层上盘,出现潜高,且与主体背斜间有缓断凹相隔。深层(志留系滑脱层及其以下地层)构造褶皱趋于平缓。又如川西低陡构造,受加里东古隆起影响,二叠系与寒武系直接接触;印支期以来受龙门山逆掩推覆影响,在其前渊坳陷,形成中新生代前陆盆地;直到喜山期沿中三叠统形成“L 型”滑脱面

13、表皮褶皱,两期构造在滑脱断层面上下的形态变异是极为复杂的。 1.4构造与油气的关系 众所周知,油气藏形成离不开烃源岩、储集层、盖层及其上覆岩层要素与圈闭形成和烃类的生成、运移及聚集作用的综合。十分明显3 大地质要素和4 大地质作用,离开了构造运动促进了沉积盆地的形成“没有盆地,便没有石油”这一精辟的论断;构造运动控制了盆地的沉积充填,才形成了烃源岩、储集岩、盖层的物质基础;构造运动对成烃作用产生影响,改善了地壳的莫霍面以上的地温梯度以及构造多旋回导致生烃作用多旋回;构造活动是油气运移的主要驱动力,因为油气进入储集层即开始二次运移,但大规模的区域构造运动,才是二次运移的主要时期(有了充足的浮力和

14、水动力)。下面着重介绍构造活动对油气的聚集与破坏作用。 1.4.1构造圈闭是油气聚集的主要场所 构造运动促使岩层发生形变而形成背斜褶皱、断裂构造等。当构造圈闭的形成时间与运聚期配置就能形成各种构造油气藏。据统计,世界特大型、大型气田的圈闭中,构造背斜、断背斜约占70%以上,我国大中型气田占70%;四川盆地背斜油气田的比例更高,即便是有地层、岩性因素形成的复合圈闭,几乎都要有背斜因素的配置。纯粹的地层或岩性圈闭,因其裂缝不发育,储层基质孔隙度、渗透率很低,很难形成有一定规模的油气藏。 1.4.2构造活动期与生气期的关系,决定天然气资源聚集程度 在一个含油气盆地中,只有那些在区域性大规模油气运移以

15、前或同时形成的构造圈闭,才有可能聚集油气形成构造油气藏。四川盆地威远震旦系构造是很完整的,它的圈闭面积850km2,闭合度895m,无论从圈闭面积还是闭合度讲,震旦系气藏的充满程度只有25%。这就不能不令人考虑成藏的关键时刻的配置问题。震旦、寒武系源岩的成油高峰期在二叠系、成气高峰期在侏罗系,而构造最终形成在第三纪,好比客人错过了宴席时间!所幸的是,它位于加里东古隆起的上斜坡,在古隆起上的古气藏调整中,保存了残余气藏。相反,位于古隆起下斜坡至坳陷的构造,不仅生气高峰期提前,而且构造条件也远不及威远,所以经历30 余年对震旦系追索式勘探,均以无果而终。 1.4.3构造活动对聚集成藏的天然气的破坏

16、与再调整作用 在地质历史中已形成的天然气藏能否存在,决定于天然气藏形成后是否遭受破坏或改造。若盆地经过多期构造运动,最后一幕构造运动则决定盆地的地质构造现状,是最终控制天然气区域性运移的时间,于是可能产生两种结果:一种是继承性发展的构造,促使原有圈闭进一步发育定型,对油气聚集最有利,如上述威远构造;另一种是构造活动比较强烈,改变了原来构造面貌,打破了已有的油气聚集平衡状态,使油气重新分配,如川东石炭系气藏。与此同时,由于天然气要求盖层和遮挡条件比石油更严密,强烈的构造运动直接造成气藏的破坏,如川东高陡构造的主体,出露地层老,嘉二段石膏层被剥蚀的构造圈闭,一般无石炭系气藏存在。 四川盆地的构造定

17、型是喜山期,一般都晚于侏罗系及其以下烃源岩的生烃高峰期,通过该期构造活动的再调整作用,所以现今所发现气藏,基本上都是晚期成藏。天然气晚期成藏比石油成藏更普遍。 1.4.4断层在油气藏形成中的疏导与散失作用 大量油气勘探事实表明,断层在油气藏形成中的双重作用是十分明显的,即人们通常谓称的烃源断层与溢散断层。毫无疑问,断层切割地层,断层面及其伴生的裂缝,提供了渗流通道,促使油气运移,特别是天然气,由于它的流动性强,又具有弹性驱动(流体势差条件下)的特点,发生长距离运移,一旦有储层的圈闭存在,就能聚集成藏。所以,次生气藏比次生油藏更普遍,如川西地区的蓬莱镇组等气藏。本来中上侏罗统河道砂岩储层,发育在

18、大套红层泥岩中,距下伏上三叠统须五段煤系源岩约,如果缺乏烃源断层是很难成藏的。与此同时,断层在切割地层中,往往不仅破坏了圈闭的完整性,而且破坏了盖层和侧向遮挡条件,不利于油气保存,甚至使圈闭中已聚集的油气被渗漏散失。大量的地面油气苗或呈串珠状分散的油气化探异常,无不例外地说明,这种溢散断层(包括伴生的裂缝)对盖层,包括直接和间接盖层的破坏或者造成断层上、下盘疏导层(储层)对接而丧失了侧向遮挡条件。大量的断层研究表明,断层对油气的保存,一般地说,断层未切穿所有盖层(即不通天);断层与其圈闭的搭配的(断点)低;断层上、下盘地层无疏导层;平缓断层比陡倾断层的上覆地层应力大(闭合性好)以及断层的性质、

19、要素、发生与演化等,进行综合分析,有利于对断层封闭性做出符合实际的评价。 2.地层特征 四川盆地地层层系齐全、厚度大,具有多层系、多旋回的特点。盆地边缘主要分布元古界、古生界。大凉山、龙门山、米仓山还有岩浆岩出露,构成环绕四川盆地的周边。此外,华蓥山背斜核部有古生界出露;中生界遍及盆地内部;新生界主要分布在成都平原及现代河流的两岸。盆地基底为中上元古代前震旦系,主要由一套变质岩及岩浆岩组成,厚度1000m 至愈10000m。其上覆盖层的沉积时代齐全,总厚400012000m。 四川盆地的构造发展与演化,决定了它的沉积物充填类型。古生代以拉张为主,以碳酸盐岩台地相沉积为特征,在海侵早期,泥质岩类

20、发育;海退晚期,盆地中部潮坪(Z2dn、C2hl)、礁(P2ch)相发育。中生代三叠纪盆地反转,由拉张向挤压过渡,以碳酸盐岩蒸发海台地相沉积为特征,受海水频繁进退影响,滩相或潮坪相发育。印支早期(T2 末)海水退缩,上三叠统除在川西坳陷残留海相向湖相的砂、泥岩沉积外,中生代侏罗纪盆地转向挤压为主,在龙门山、大巴山前渊坳陷形成前陆盆地,其中川西坳陷形成巨厚的须家河组海陆过渡相煤系地层(最厚逾4000m);在大巴山前渊,侏罗系白垩系河、湖相沉积厚逾6000m。四川盆地的多旋回演化特征,决定了它的多生、储、盖组合。 2.1烃源岩特征 地壳中天然气与石油有着密切的成因联系。但是,基于烃源岩的类型不同,

21、其干酪根生成石油和天然气(含凝析油)的数量和比例存在着较大的差异。以陆源高等植物为主的烃源岩一般以生成天然气为主,通常称为气源岩;以藻类和低等水生物为主的烃源岩一般以生成液态烃为主,通常称为油源岩。但随着烃源岩中有机质成熟度增高,形成石油的各类油源岩也是生成天然气的重要气源岩。根据岩相、岩性、有机质类型、可溶组分的组成、烃源岩构成和烃演化特征,四川盆地存在3 大类源岩: 2.1.1煤系烃源岩 煤系烃源岩,包括煤系泥质岩和煤,是有潜在成烃远景的天然气源岩,即通常谓称的煤成气。据H/C 和O/C 原子比统计,煤系烃源岩属腐殖型(型)有机质,少部分滨海沼泽相煤属型有机质。 煤系烃源岩除生气为主外,也

22、可生成少量原油与凝析油。四川盆地煤系烃源岩主要分布于上二叠统、上三叠统,平均有机碳含量分别为2.4%、1.0%1.5%,均以型干酪根为主。 2.1.2泥质岩(非煤系)烃源岩 泥质岩是四川盆地主要的烃源岩类型。根据沉积环境和演化特点,又分以古生代为主的海相沉积黑色页岩烃源岩寒武系和志留系;以中生代湖相沉积为主的泥质烃源岩侏罗系。寒武系、志留系、侏罗系的泥质岩平均有机碳含量分别为0.67%、0.83%、0.88%,它们以型干酪根为主,型次之,少量为型。 2.1.3碳酸盐岩烃源岩 四川盆地碳酸盐岩特别发育,从震旦系中三叠统都有分布。但大多数有机碳含量低,热演化程度高,除了一些薄层烃源岩外,真正够格的

23、烃源岩非下二叠统碳酸盐岩(有机碳含量0.34%0.94%)莫属。除此,还有侏罗系湖相碳酸盐岩介壳灰岩(有机碳含量0.34%)。它们均属型和型干酪根。以上,有关有效烃岩的判识指标与评价方法,参见天然气资源勘探一书P3436。 2.1.4资源评价结果 根据2002 年最新一轮资源评价结果,四川盆地的石油总地质资源量为4.26108t,剩余地质资源量3.57108t;天然气总地质资源量5.351012m3;剩余地质资源量4.631012m3。 1)资源的层位分布特征 石油资源均分布在侏罗系。天然气资源分布在侏罗系寒武系,共12 个组系。其中,下三叠统飞仙关组、上三叠统和石炭系相对丰富,约占盆地的51%;其次是侏罗系、下二叠统、上二叠统和下三叠统嘉陵江组,分别占盆地的8%9%;资源量最少的层系是下古生界和震旦系,分别占盆地的2%3%。 2)资源的地理分布特征 石油资源仅分布在盆地的川中、川东和川北3 个区块。其中,川中区块最多,占盆地的48%;川东和川北区块分别占盆地的29%和23%。天然气资源分布在盆地的6 个区块。川东区块最为丰富,占盆地的43.26%;