湘中涟源地区复杂地质结构与天然气勘探潜力

朱 伟，易积正

(1.湖南科技大学，湖南 湘潭 411201;2.中石化江汉油田分公司，湖北 潜江 433124)

湘中涟源地区复杂地质结构与天然气勘探潜力

朱 伟1，易积正2

(1.湖南科技大学，湖南 湘潭 411201;2.中石化江汉油田分公司，湖北 潜江 433124)

湘中涟源地区处于中扬子板块南部边缘，特殊大地构造位置与多期次构造运动叠合导致该区复杂地质结构和多样的构造样式。对于该区主要油气勘探目的层——晚古生代构造层而言，早期挤压应力导致以缩短变形构造样式为主，晚期应力松弛期，以滑脱回缓构造样式为主。凹陷总体属于盖层滑脱式逆冲褶皱组合。凹陷西部发育叠瓦逆掩冲断带、中部为隔挡式褶皱带、东部为滑覆断皱带。钻井揭示凹陷具丰富的生油气物质基础，纵向上有效储盖组合和构造组合指示中部隔挡式褶皱区最具天然气勘探潜力。逆断层下隐伏圈闭、凹陷内的低背斜和近凹陷中心的深盆气等的研究对该区油气潜力具有重要意义。

涟源凹陷;雪峰构造带东缘;晚古生代构造层;盖层滑脱;天然气勘探;深盆气

引言

湘中涟源凹陷位于雪峰构造带东缘，早古生代湘中地区处于中上扬子地台东南缘被动边缘沉积区，是下古生界海相烃源岩最发育的地区之一［1－2］。该区古生界经历了加里东、海西－印支、燕山和喜山多期构造运动改造，勘探对象十分复杂。钻井揭示，该区烃源岩厚度超过1 700 m，中泥盆统—下石炭统具有较好的生烃条件，有机质丰度高，有效烃源岩厚度大，有机质类型包括II、Ⅲ2种类型。湘中涟源凹陷具有较好的常规天然气和非常规气勘探潜力［3－4］，长期以来一直是油气界关注的地区。

1 构造沉积演化

1.1 沉积演化

加里东晚期，扬子板块与华夏板块碰撞，本区下古生界经剥蚀夷平成为晚古生代沉积基底。受雪峰古隆起限制，前泥盆系基底呈现从北西向东南倾斜下降趋势，在全球海平面变化影响下，进入陆表海沉积阶段。本区盆地演化可分为早期裂陷、晚期拗陷2个阶段。

早期裂陷期(中—晚泥盆世):海西早期，中国南方普遍发育裂谷作用，海水沿裂陷带由南向北推进，沉积1套泥盆系滨浅海砂泥岩;中期由于基底差异升降，出现台盆相间沉积格局，台地上主要发育台坪相灰岩、台滩相的含生物碎屑灰岩和礁灰岩、台盆区则发育台凹相的泥灰岩、泥岩和硅质岩;晚期演化成局限台地—三角洲环境，沉积1套以锡矿山组为代表的含生物碎屑碳酸盐岩和砂泥岩地层。

晚期拗陷期(早石炭—早三叠世):分3个沉降—隆升旋回。第一沉降旋回由刘家塘—石磴子期持续沉降和测水期回返组成，拗陷期沉积了潮坪—半局限海碳酸盐岩夹泥页岩，回返期沉积了向上变浅的海陆过渡相潟湖、沼泽—滨海三角洲含煤砂泥岩沉积;第二旋回由梓门桥期—栖霞期拗陷和茅口期隆升组成。拗陷期发育了潮坪—开阔台地—台盆相向上变深沉积序列，而隆升期受东吴运动影响，发育台坪—局限台地碳酸盐岩向上变浅序列沉积;第三旋回由龙潭—大隆期拗陷和大冶期回返组成。形成上古生界泥盆系至中生界下三叠统2套含油气组合。

1.2 构造变形

涟源凹陷油气勘探目的层主要为泥盆系—三叠系，该层区域构造线呈NE—NNE向，覆盖面积达6 000 km2。根据构造演化、变形［5］模式，认为本区属于盖层滑脱型［6］的滑脱逆冲 －褶皱组合样式。可将其分为3类:西部冲断式变形区、中部隔挡式褶皱变形区和东部滑覆叠瓦断皱变形区。

(1)西部冲断式变形区。位于集云逆冲断裂带以西区域。以一系列北北东向叠瓦状逆冲断层带组成，由南东向北西逆冲，走向往南逐渐转为南北方向，将凹陷西缘泥盆系—石炭系切割成断块，夹有紧闭挠曲型褶皱，为块断－断褶式组合。主要构造形态形成于印支期。燕山早期，该区逆冲断层大多向正断层转变，加上新产生的阶梯状正断层，使上覆盖层沿加里东构造层向东南方向滑动，形成重力滑动后缘伸展带。在半山断裂带南段白沙洲—芦毛江—白塘一带发育一系列飞来峰，总体呈NNE向展布，它们叠覆在壶天群之上，系印支期和燕山早期挤压形成的逆冲断裂构造层经燕山晚期局部重力滑脱叠加的构造面貌(图1)。

(2)中部隔挡式褶皱变形区。位于集云逆冲断裂和凤冠山逆冲断裂之间区域。主要以北东—北北东向的隔挡式褶皱为主。自西向东包括锡矿山背斜、车田江向斜、安坪背斜、桥头河向斜、石山冲背斜和恩口—斗笠山向斜等呈北东向相间排列组成，面积约为2 700 km2。向斜核宽翼缓，背斜狭窄，对称性差，南北两端均向凸起上撒开，剖面上显隔挡式组合特征，断裂多密集成带，沿背斜轴部通过，造成褶皱轴面倾斜，牵引褶皱发育，但没有破坏褶皱整体形态的完整性。褶皱间还间夹发育印支期的层间滑动断层－双冲断层系。

(3)东部滑覆叠瓦断皱变形区。位于凤冠山逆冲断裂东侧，以北东向短轴向斜与北西向褶皱叠加，平面上呈向东南凸出的弧形。该带受南北两侧凸起的制约，由西而东构造轴线呈发散状的NE向、NNE向和NW向展布。中间被数条规模大、断裂面北西倾斜的逆冲断层分割，组成向东南方向的滑覆区。这些逆冲断层切割、破坏了印支期形成的北东向褶皱，使其构造形态大部分保存不够完整。东部构造带形成于燕山早期，是涟源凹陷内盖层区域性滑覆构造前缘地带，由于早期同向断层的挤压活动导致地层掀斜，后期褶皱叠加之上，形成东部滑覆断皱形态(图2)。

图2 滑覆断皱变形区形成模式

2 局部构造类型与评价

构造样式是各种类型盆地中发育的在几何形态和应力机制上有密切联系的构造组合，是在同一期构造变形或构造应力作用下产生的构造形态的总和。不同构造样式伴生不同的油气圈闭类型。因此构造样式分析对认识和预测含油气区的油气圈闭类型具有十分重要的意义。本质上，断裂及与之相关的褶皱是最基本的构造单元，它们在空间上组合成多种样式，不同构造样式形成不同的油气成藏圈闭，尤其是与断层相关的背斜圈闭［2］(表1)。

2.1 逆掩断层与隐伏构造组合类型及评价

(1)主断裂上、下盘的隐伏背斜构造。该区逆掩断层较发育，压应力产生的逆掩构造附近往往发育有隐伏背斜，是该区较发育的1种圈闭类型。如冷水江向斜西翼的隐伏背斜、五加山湾隐伏背斜等。如冷水江向斜西翼隐伏背斜构造:在株木山逆冲断层上、下盘下石炭统石磴子组地层均显示为背斜构造，整体向北倾伏，因该背斜向北端倾伏，轴部地层保存完整(表1类型1)。且上覆区域性盖层测水煤系，有较好的封闭性。该圈闭形成期为印支期、定型于燕山期，该区碳酸盐岩成岩收缩缝、缝合线以及构造裂缝相对较发育，与油气运移通道匹配较好，有利于油气聚集成藏。

表1 局部构造类型

此类构造还有晏家铺向斜西翼主断裂下盘之隐伏断背斜构造等(见表1类型6)。此类圈闭形态完整，幅度规模较大，保存条件好，是主要潜力目标之一。

(2)复向斜带中心下倾方向的低背斜构造类型及评价。典型的有大塘湾低背斜构造。该背斜位于桥头河复向斜西南部大塘湾。该背斜东南、西北两翼产状平缓，北东下倾方向相对较陡，西南面下倾较缓，为一北东向穹隆状低背斜。泥盆、石炭系均有发育。构造地处向斜带中心下倾方向，其构造封闭性良好，为受印支运动影响，先褶皱后断裂，其上覆地层厚保存条件良好，该圈闭的形成与油气生成、运移高峰期匹配较好，构造运动能改善油气运移条件［7］，具较好的前景。类似的还有涟8井钻遇的低幅穹隆构造(表1类型4)。

2.2 上部飞来峰，下部背冲断层下盘的宽背斜

在西部构造带发育有一系列叠合在逆冲断层上重力滑动构造，如表1类型3所示。重力滑动构造主要分布在白沙洲—芦毛江—白塘一带，表现为一些规模不等的椭园或长条形飞来蜂，其长轴走向与所在地区构造线方向基本一致，呈NNE向展布。还有如芦毛江矿区的长岗岭、大洋江和望江亭飞来峰。

2.3 背斜构造加岩性组合

杨家佬背斜位于锡矿山复背斜南倾伏端。该背斜构造面貌清晰，无断层切割，形态完整，圈闭可靠。湘中1井在井深280～293 m井段下石炭统大塘阶石磴子段中部石英砂岩中已获得工业价值天然气流。通过与湘冷1井、涟9井地层对比发现为背斜构造加岩性尖灭圈闭。这套石英砂岩含气层物性条件与中扬子西部的鄂西渝东区块的宽缓向斜内的建南气田志留纪石英砂岩中发育的深盆气(建深1井)极具相似性，同时该区姜1井也揭示了水层对气层封堵的气藏模式［8－10］。如果能找到类似构造稳定，保存条件好深层区域，就有可能在该区中深层发现一系列深盆气藏，形成突破。

2.4 大断裂上盘断鼻及断块构造

凤形山断鼻位于桥头河镇南渡头塘背斜西翼。由桥头河向斜的2条逆断层相交形成遮挡。向斜东南翼产状较陡，形成的圈闭幅度较大。类似断鼻还有周家冲断鼻(表1类型5)和渡头河断鼻构造。

2.5 叠瓦式褶皱与断弯背斜组合

该组合如表1类型2所示。叠瓦式褶皱与断弯背斜组合构造发育于杨家山矿区。构造上部为叠瓦式褶皱，下部背冲断层下盘的断弯背斜，在石炭系测水组和石磴子组均有发育，也是1种值得重视的构造组合。

3 天然气发育现状

该区天然气显示主要集中在中部隔挡式褶皱带杨家山—锡矿山地区及安坪一带。气显示层位大多位于刘家塘段和石磴子段;个别深井在泥盆系佘田桥组及下石炭统孟公坳段亦见气显示。产气层岩性绝大多数为灰岩夹泥炭质页岩。且气显示层段与裂缝发育关系密切。气体成分一般以甲烷为主，含量在50%以上且普遍伴有5%～15%的氮气，部分井还伴有一定数量的二氧化碳气体及少量乙烷气体(表2)。近年中南石油局在该区施工的钻井中，在不同的层位，均见到了不同程度的天然气显示，其中，湘冷一井、湘中一井、冷浅1井均为气流井。迄今发生气喷和气涌井共有12口，气喷高度在10 m上的井有5口，最大喷高达17 m，显示了湘中涟源凹陷良好的天然气勘探前景。尤其值得注意的是中部构造变形区凹陷内中深层保存条件好，构造稳定，深盆气是最具潜力的勘探目标。

表2 涟源凹陷部分井下石炭统天然气显示

4 结论

(1)天然气集中发育在纵向有效生储盖组合中，即:主力生储层下石炭统刘家塘段—石磴子段与区域性盖层测水煤系的组合、主力烃源次要储层上泥盆统佘田桥组与局部盖层早石炭世测水组、梓门桥组的组合。

(2)构造对天然气成藏的控制作用表现在一方面能提供圈闭、储集条件，改善油气运移条件，另一方面表现为强烈的改造和破坏。

(3)逆断层下的隐伏圈闭、近凹陷中心的低背斜以及凹陷深层的深盆气是最具潜力的天然气勘探目标。

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Analyses on the complex geologic structure and its gas exploration potential in Lianyuan region of middle Hunan province

ZHU Wei1，YI Ji－zheng2
(1.Hunan University of Science and Technology，Xiangtan，Hunan411201，China; 2.Jianghan Oil＆Gas Branch Company，SINOPEC，Qianjiang，Hubei433124，China)

Lianyuan region is located in the south margin of Middle Yangtze plate in Hunan province.Special tectonic position and multistage tectonic movement had led to complicated geological structures and diversified structural styles in this region.The target strata of oil and gas exploration in this region is late Paleozoic tectonic layers，which are dominated by shortened deformed structures in early period due to compressional stress，and sliding structures in late period during stress relaxation.The structural pattern in Lianyuan depression generally belongs to caprock detached thrust fold assemblage，with imbricated overthrust belt developed in the west part of the depression，barrier fold belt in the middle，and sliding nappe fault－fold belt in the east.It had been revealed by drilling that the depression holds abundant material base of oil and gas generation.The effective vertical reservoir－seal assemblage and structural assemblage indicate that the barrier fold belt in the middle has the most gas exploration potential.Concealed traps under reverse fault，low anticlines and deep basin gas near depression center are of important research significance to potential oil and gas.

Lianyuan depression;eastern margin of Xuefeng structural belt;late Paleozoic tectonic layer;caprock detachment;gas exploration;deep basin gas

TE121.2

A

1006－6535(2012)03－0035－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.008

20111030;改回日期:20120312

湖南省科技厅科研项目“湘中复杂条件下天然气地质评价与深盆气探索”(2010TT2054)

朱伟(1968－)，男，高级工程师，1990年毕业于中国地质大学石油系石油地质专业，2005年毕业于中国地质大学(北京)能源学院矿产普查勘探专业，获博士学位，现从事地质教学与研究工作。

编辑张 雁