构造反转对西湖凹陷中部油气成藏的控制作用

2016-12-20陈红汉2李春梅严晓欢

特种油气藏 2016年3期

苏奥，贺聪，陈红汉2，，李春梅，严晓欢

(1.中国石油东方地球物理公司，河北涿州 072750；2.中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074；3.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州 730000)

苏奥1，2，贺聪3，陈红汉2，3，李春梅1，严晓欢1

基于地震资料识别的反转构造特征，利用流体包裹体和盆地模拟手段，结合天然气气样的碳同位素分析测试结果，综合研究了构造反转对东海盆地西湖凹陷中央背斜带油气成藏的控制作用。中央背斜带经历了3期构造反转运动，分别发生在始新世末、渐新世末和中新统末，形成一系列如“花状”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型等典型反转构造样式，且在逆断层上盘发育不同规模的挤压背斜。第1期构造反转对油气成藏影响甚微，第2、3期构造反转为后期油气运聚提供了背斜或断背斜圈闭。另外，第3期构造反转还为第2期原油运聚成藏提供了运移通道和动力，且对第3期油气充注成藏起到较好的封堵遮挡作用。研究结果对东海盆地下一步油气勘探目标的优选具有重要的参考意义。

油气成藏；流体包裹体；构造反转；中央背斜带；西湖凹陷；东海盆地

0 引言

近年来，在东海盆地西湖凹陷中央背斜带中部天然气勘探取得重大突破，显示其极好的勘探前景[1]。中央背斜带已发现的常规气藏以背斜、断背斜圈闭为主，圈闭幅度大、面积广，多个背斜圈闭呈纵向叠置分布的特点，类似“千层饼”状[2-3]。西湖凹陷经历了先裂陷伸展后挤压反转的构造演化过程。前人多定性描述该区构造反转运动对背斜圈闭的形成作用[4-7]，但缺乏对油气运聚在时空关系上的定量研究。利用天然气碳同位素等资料判别气源，采用盆地模拟和流体包裹体手段确定生烃史及成藏史，探讨了西湖凹陷3期构造反转运动对中央背斜带油气成藏期次的时空耦合关系，论述了3期反转各自对油气成藏的控制作用。

1 地质背景

东海盆地位于中国大陆边缘东部，是从晚白垩系以来形成的弧后裂谷盆地，也是近海面积最广的含油气盆地。西湖凹陷位于盆地东北部，平面上呈狭条状，是盆地最重要的凹陷之一[8]。凹陷发育新生代沉积，厚度逾万米，从下至上发育古新统(E1)，始新统平湖组(E2p)，渐新统花港组(E3h)，中新统龙井组(N11l)、玉泉组(N12y)和柳浪组(N13l)，上新统三潭组(N2s)及第四系东海群(Qd)组。西湖凹陷总体上共经历了3个构造演化过程：裂陷阶段、拗陷阶段和区域沉降阶段。拗陷期发育了3次构造反转运动，分别为玉泉、花港和龙井运动。目前，中央背斜带已在南部发现一些油气田，油气主要储存在花港组，部分在平湖组。

2 天然气成因与气源

西湖凹陷已钻遇花港组和平湖组源岩2套有效烃源岩。其中，平湖组发育海陆过渡相煤系源岩，干酪根类型为Ⅱ—Ⅲ型，有机质丰度较高。花港组也发育腐殖型源岩，但有机质丰度和煤层厚度均没有平湖组源岩条件好。另外，也有学者推测古新统可能发育腐泥型源岩[9-10]。镜质体反射率Ro显示目前花港组源岩热演化程度为低成熟—成熟阶段，平湖组源岩则为成熟—高成熟阶段。

中央背斜带已发现的油气藏主要储存在花港组，部分在平湖组。以天然气藏为主，还有少量的凝析油藏和轻质油藏。天然气主要以烃气为主，非烃气主要为氮气和二氧化碳。利用天然气的碳同位素及轻烃分析测试结果判别中央背斜带天然气成因[10]。从甲烷和乙烷碳同位素关系分析可知，研究区天然气主要以腐殖气为主。利用刘文汇[11]建立的煤型气甲烷碳同位素的演化二阶分馏公式，根据该区天然气中甲烷稳定碳同位素为换算得到Ro为0.82%～1.92%，源岩为成熟—高成熟阶段。由凝析油的甲基菲指数计算得到的Ro为0.80%～1.10%，源岩为成熟阶段。结合目前源岩热演化程度，可认为该区天然气和凝析油主要来自平湖组煤系源岩。

3 构造反转

在中生代末，印度板块向北运动，由南向北挤压欧亚板块，使得板块大陆边缘向太平洋方向蠕散，产生近EW向的张应力，导致西湖凹陷发生裂谷作用[12]，发育一系列北东向为主的正断层，形成了西湖凹陷东断西超的“不对称”地堑结构，盆地裂陷期一直持续至始新世末。在渐新世末，太平洋板块开始向NW向俯冲，导致冲绳海槽拉开，向西湖凹陷西侧提供了挤压力，同时钓鱼岛隆起带逐渐抬升，又给西湖凹陷东侧提供推挤力，因此，在这2种挤压应力的共同作用下，引发了3期构造反转运动。

第1期反转发生在始新世末(35 Ma左右)，即玉泉运动引起的构造反转，以T30构造不整合界面为明显特征。该不整合面是裂陷与拗陷期沉积的分界面，在地震界面显示为区域不整合面，反射面上超下削明显，是较为明显的构造转换面，总体反转强度较小。

第2期反转发生在渐新世末(25 Ma左右)，即花港运动引起的构造反转，以T20构造不整合面为明显特征。反转使断裂带附近的地层发生褶皱、抬升及剥蚀，该次构造反转运动未影响东部，导致原先“东深西浅”的构造格局变为平缓分布。地震反射面上可观察T20界面存在明显削蚀，该区反转强度适中。

第3期反转在中新统末(6 Ma左右)，即龙井运动引起的构造反转，以T10构造不整合面为明显特征。该次是凹陷内反转强度最大、影响最广的构造运动，导致地层大幅抬升，剥蚀量较大，地震剖面可以明显看出该期反转导致的地层褶皱和剥蚀，波及范围也较广，在中央背斜带形成多套逆冲断层和地层褶皱。西湖凹陷在裂陷期形成了多条NE—NNE向拉张正断层；在拗陷期构造反转运动的作用下，先期存在的张性断层重新活动，因挤压逆冲反转而形成逆断层，同时还伴生一些起调节作用的逆断层。中央背斜带从北到南反转强度依次减弱，形成多种反转构造样式，如典型的“花状”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型。另外，在逆冲断层上盘形成了一系列挤压背斜圈闭，构成了中央背斜带主要的圈闭类型。综上所述，凹陷经历了3期叠加的构造反转运动，共同造就了现今西湖凹陷大型的挤压背斜形态。

4 生烃史和成藏历史

4.1 生烃史

目前，中央背斜带花港组油气均来自于平湖组煤系烃源岩。利用BasinMod-1D对该区代表性单井进行生烃史模拟，以确定中央背斜带油气生烃高峰期。有机质成熟度模拟选用Easy%Ro法；岩石TOC则由岩石热解分析法获得。

从中央背斜带代表性单井CHX-1、DQ-1、YQ-1和HG-1井平湖组烃源岩的生烃史模拟曲线可以看出(图1)，中央背斜带多个区带平湖组源岩大约从25 Ma(渐新世末期)开始进入生油(气)窗，尽管各区带的生烃率存在差别，但均表现出生气量(HC为28～70 mg/g)明显高于生油量(HC为11～30 mg/g)的特点，说明平湖组源岩以生气为主，生油为辅。各井生烃曲线均显示平湖组生烃高峰在中中新世—现今(图1)。

4.2 成藏史

目前，流体包裹体是间接确定油气成藏期次和时期最常见的手段之一[13]。主要依据烃类包裹体伴生的同期盐水包裹体的均一温度，代表烃类运聚时被捕获的最小温度；结合精细埋藏史图可确定油气成藏时间。文中采集中央背斜带典型单井的岩样进行流体包裹体系统测试。所用仪器为Nikon 80I双通道荧光显微镜和Linkam THMS600冷热台。其中，紫外光激发波长为330～380 nm，冷热台温度误差为0.1 ℃。

图1 中央背斜带代表性单井的生烃史模拟

显微镜下观察发现，中央背斜带花港组储层存在发橙黄色、蓝绿色和蓝白色荧光油包裹体，代表3种不同成熟度的原油充注，成熟度依次变高，此外还常见不发荧光的纯气包裹体，说明还存在1期天然气充注。除了橙黄色荧光油包裹体外，其余油包裹体和气包裹体多发育在穿石英颗粒裂纹中，说明总体充注时间可能较晚(图2)。根据测定同期盐水包裹体均一温度测试结果投入埋藏史图，统一到同一时间轴可确定油气充注期次(图3)。由图3可知，中央背斜带花港组存在3期油气充注，第1期为橙黄色荧光油，充注时间为21.0～16.2 Ma，第2期为蓝绿色荧光油，充注时间为10.4～6.1 Ma，第3期为蓝白色荧光油和天然气，充注时间为2.2～0.0 Ma。

图2 中央背斜带油气包裹体的显微照片

油气充注储层后会抑制自生伊利石的生长，由此可以测定储层中自生伊利石的最小年龄，反映油气充注最早时间。根据收集的中央背斜带3口单井的K-Ar自生伊利石同位素显示，油气最早充注时间为渐新世末—中新世早期，该时间略早于第1期油气充注时间，表明两者具有较好的吻合性。

5 构造反转对常规油气的控制作用

平湖组源岩从中新世早期开始生烃，与流体包裹体确定的油气充注时期相对应，说明该成藏时间具有可靠性。在始新世末(约35.0 Ma左右)，凹陷发生了第1期构造反转运动。此时，平湖组源岩还未规模生烃，第1期构造反转对油气富集几乎没有影响。在渐新世末(25.0 Ma左右)，西湖凹陷发生了第2期构造反转运动，强度适中，此时，平湖组源岩刚进入生烃窗，第2期构造反转主要为后期油气运聚提供了背斜或断背斜圈闭；在10.4～6.1 Ma发生了第2期原油连续充注；大约在7.0 Ma，西湖凹陷发生了规模最大的第3期反转运动，该次反转运动不仅为油气运聚提供了挤压背斜圈闭，而且构造反转运动导致原先存在的断裂活化，为第2期原油充注提供了较好的输导体系。同时，地层大幅度抬升，使得平湖组源岩发生大幅度泄压，为原油运移提供了运移动力(图4)。西湖凹陷在2.2～0.0 Ma发生了第3期天然气和蓝白色原油充注，构造反转使得早期张性断层变为压扭断层，断层以封堵为主，为第3期油气充注提供了封堵作用(图4)。因此，3期构造反转对3期油气充注有着不同的影响，总体上油气聚集分布与反转构造样式有关。