構造反轉對西湖凹陷中部油氣成藏的控制作用

蘇 奧，賀 聰，陳紅漢2，，李春梅，嚴曉歡

(1.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072750；2.中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074；3.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學院油氣資源研究重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

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構造反轉對西湖凹陷中部油氣成藏的控制作用

蘇 奧1，2，賀 聰3，陳紅漢2，3，李春梅1，嚴曉歡1

(1.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072750；2.中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074；3.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學院油氣資源研究重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

基于地震資料識別的反轉構造特征，利用流體包裹體和盆地模擬手段，結合天然氣氣樣的碳同位素分析測試結果，綜合研究了構造反轉對東海盆地西湖凹陷中央背斜帶油氣成藏的控制作用。中央背斜帶經歷了3期構造反轉運動，分別發生在始新世末、漸新世末和中新統末，形成一系列如“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型等典型反轉構造樣式，且在逆斷層上盤發育不同規模的擠壓背斜。第1期構造反轉對油氣成藏影響甚微，第2、3期構造反轉為后期油氣運聚提供了背斜或斷背斜圈閉。另外，第3期構造反轉還為第2期原油運聚成藏提供了運移通道和動力，且對第3期油氣充注成藏起到較好的封堵遮擋作用。研究結果對東海盆地下一步油氣勘探目標的優選具有重要的參考意義。

油氣成藏；流體包裹體；構造反轉；中央背斜帶；西湖凹陷；東海盆地

0 引 言

近年來，在東海盆地西湖凹陷中央背斜帶中部天然氣勘探取得重大突破，顯示其極好的勘探前景[1]。中央背斜帶已發現的常規氣藏以背斜、斷背斜圈閉為主，圈閉幅度大、面積廣，多個背斜圈閉呈縱向疊置分布的特點，類似“千層餅”狀[2-3]。西湖凹陷經歷了先裂陷伸展后擠壓反轉的構造演化過程。前人多定性描述該區構造反轉運動對背斜圈閉的形成作用[4-7]，但缺乏對油氣運聚在時空關系上的定量研究。利用天然氣碳同位素等資料判別氣源，采用盆地模擬和流體包裹體手段確定生烴史及成藏史，探討了西湖凹陷3期構造反轉運動對中央背斜帶油氣成藏期次的時空耦合關系，論述了3期反轉各自對油氣成藏的控制作用。

1 地質背景

東海盆地位于中國大陸邊緣東部，是從晚白堊系以來形成的弧后裂谷盆地，也是近海面積最廣的含油氣盆地。西湖凹陷位于盆地東北部，平面上呈狹條狀，是盆地最重要的凹陷之一[8]。凹陷發育新生代沉積，厚度逾萬米，從下至上發育古新統(E1)，始新統平湖組(E2p)，漸新統花港組(E3h)，中新統龍井組(N11l)、玉泉組(N12y)和柳浪組(N13l)，上新統三潭組(N2s)及第四系東海群(Qd)組。西湖凹陷總體上共經歷了3個構造演化過程：裂陷階段、拗陷階段和區域沉降階段。拗陷期發育了3次構造反轉運動，分別為玉泉、花港和龍井運動。目前，中央背斜帶已在南部發現一些油氣田，油氣主要儲存在花港組，部分在平湖組。

2 天然氣成因與氣源

西湖凹陷已鉆遇花港組和平湖組源巖2套有效烴源巖。其中，平湖組發育海陸過渡相煤系源巖，干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ型，有機質豐度較高。花港組也發育腐殖型源巖，但有機質豐度和煤層厚度均沒有平湖組源巖條件好。另外，也有學者推測古新統可能發育腐泥型源巖[9-10]。鏡質體反射率Ro顯示目前花港組源巖熱演化程度為低成熟—成熟階段，平湖組源巖則為成熟—高成熟階段。

中央背斜帶已發現的油氣藏主要儲存在花港組，部分在平湖組。以天然氣藏為主，還有少量的凝析油藏和輕質油藏。天然氣主要以烴氣為主，非烴氣主要為氮氣和二氧化碳。利用天然氣的碳同位素及輕烴分析測試結果判別中央背斜帶天然氣成因[10]。從甲烷和乙烷碳同位素關系分析可知，研究區天然氣主要以腐殖氣為主。利用劉文匯[11]建立的煤型氣甲烷碳同位素的演化二階分餾公式，根據該區天然氣中甲烷穩定碳同位素為換算得到Ro為0.82%～1.92%，源巖為成熟—高成熟階段。由凝析油的甲基菲指數計算得到的Ro為0.80%～1.10%，源巖為成熟階段。結合目前源巖熱演化程度，可認為該區天然氣和凝析油主要來自平湖組煤系源巖。

3 構造反轉

在中生代末，印度板塊向北運動，由南向北擠壓歐亞板塊，使得板塊大陸邊緣向太平洋方向蠕散，產生近EW向的張應力，導致西湖凹陷發生裂谷作用[12]，發育一系列北東向為主的正斷層，形成了西湖凹陷東斷西超的“不對稱”地塹結構，盆地裂陷期一直持續至始新世末。在漸新世末，太平洋板塊開始向NW向俯沖，導致沖繩海槽拉開，向西湖凹陷西側提供了擠壓力，同時釣魚島隆起帶逐漸抬升，又給西湖凹陷東側提供推擠力，因此，在這2種擠壓應力的共同作用下，引發了3期構造反轉運動。

第1期反轉發生在始新世末(35 Ma左右)，即玉泉運動引起的構造反轉，以T30構造不整合界面為明顯特征。該不整合面是裂陷與拗陷期沉積的分界面，在地震界面顯示為區域不整合面，反射面上超下削明顯，是較為明顯的構造轉換面，總體反轉強度較小。

第2期反轉發生在漸新世末(25 Ma左右)，即花港運動引起的構造反轉，以T20構造不整合面為明顯特征。反轉使斷裂帶附近的地層發生褶皺、抬升及剝蝕，該次構造反轉運動未影響東部，導致原先“東深西淺”的構造格局變為平緩分布。地震反射面上可觀察T20界面存在明顯削蝕，該區反轉強度適中。

第3期反轉在中新統末(6 Ma左右)，即龍井運動引起的構造反轉，以T10構造不整合面為明顯特征。該次是凹陷內反轉強度最大、影響最廣的構造運動，導致地層大幅抬升，剝蝕量較大，地震剖面可以明顯看出該期反轉導致的地層褶皺和剝蝕，波及范圍也較廣，在中央背斜帶形成多套逆沖斷層和地層褶皺。 西湖凹陷在裂陷期形成了多條NE—NNE向拉張正斷層；在拗陷期構造反轉運動的作用下，先期存在的張性斷層重新活動，因擠壓逆沖反轉而形成逆斷層，同時還伴生一些起調節作用的逆斷層。中央背斜帶從北到南反轉強度依次減弱，形成多種反轉構造樣式，如典型的“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型。另外，在逆沖斷層上盤形成了一系列擠壓背斜圈閉，構成了中央背斜帶主要的圈閉類型。綜上所述，凹陷經歷了3期疊加的構造反轉運動，共同造就了現今西湖凹陷大型的擠壓背斜形態。

4 生烴史和成藏歷史

4.1 生烴史

目前，中央背斜帶花港組油氣均來自于平湖組煤系烴源巖。利用BasinMod-1D對該區代表性單井進行生烴史模擬，以確定中央背斜帶油氣生烴高峰期。有機質成熟度模擬選用Easy%Ro法；巖石TOC則由巖石熱解分析法獲得。

從中央背斜帶代表性單井CHX-1、DQ-1、YQ-1和HG-1井平湖組烴源巖的生烴史模擬曲線可以看出(圖1)，中央背斜帶多個區帶平湖組源巖大約從25 Ma(漸新世末期)開始進入生油(氣)窗，盡管各區帶的生烴率存在差別，但均表現出生氣量(HC為28～70 mg/g)明顯高于生油量(HC為11～30 mg/g)的特點，說明平湖組源巖以生氣為主，生油為輔。各井生烴曲線均顯示平湖組生烴高峰在中中新世—現今(圖1)。

4.2 成藏史

目前，流體包裹體是間接確定油氣成藏期次和時期最常見的手段之一[13]。主要依據烴類包裹體伴生的同期鹽水包裹體的均一溫度，代表烴類運聚時被捕獲的最小溫度；結合精細埋藏史圖可確定油氣成藏時間。文中采集中央背斜帶典型單井的巖樣進行流體包裹體系統測試。所用儀器為Nikon 80I雙通道熒光顯微鏡和Linkam THMS600冷熱臺。其中，紫外光激發波長為330～380 nm，冷熱臺溫度誤差為0.1 ℃。

圖1 中央背斜帶代表性單井的生烴史模擬

顯微鏡下觀察發現，中央背斜帶花港組儲層存在發橙黃色、藍綠色和藍白色熒光油包裹體，代表3種不同成熟度的原油充注，成熟度依次變高，此外還常見不發熒光的純氣包裹體，說明還存在1期天然氣充注。除了橙黃色熒光油包裹體外，其余油包裹體和氣包裹體多發育在穿石英顆粒裂紋中，說明總體充注時間可能較晚(圖2)。根據測定同期鹽水包裹體均一溫度測試結果投入埋藏史圖，統一到同一時間軸可確定油氣充注期次(圖3)。由圖3可知，中央背斜帶花港組存在3期油氣充注，第1期為橙黃色熒光油，充注時間為21.0～16.2 Ma，第2期為藍綠色熒光油，充注時間為10.4～6.1 Ma，第3期為藍白色熒光油和天然氣，充注時間為2.2～0.0 Ma。

圖2 中央背斜帶油氣包裹體的顯微照片

油氣充注儲層后會抑制自生伊利石的生長，由此可以測定儲層中自生伊利石的最小年齡，反映油氣充注最早時間。根據收集的中央背斜帶3口單井的K-Ar自生伊利石同位素顯示，油氣最早充注時間為漸新世末—中新世早期，該時間略早于第1期油氣充注時間，表明兩者具有較好的吻合性。

5 構造反轉對常規油氣的控制作用

平湖組源巖從中新世早期開始生烴，與流體包裹體確定的油氣充注時期相對應，說明該成藏時間具有可靠性。在始新世末(約35.0 Ma左右)，凹陷發生了第1期構造反轉運動。此時，平湖組源巖還未規模生烴，第1期構造反轉對油氣富集幾乎沒有影響。在漸新世末(25.0 Ma左右)，西湖凹陷發生了第2期構造反轉運動，強度適中，此時，平湖組源巖剛進入生烴窗，第2期構造反轉主要為后期油氣運聚提供了背斜或斷背斜圈閉；在10.4～6.1 Ma發生了第2期原油連續充注；大約在7.0 Ma，西湖凹陷發生了規模最大的第3期反轉運動，該次反轉運動不僅為油氣運聚提供了擠壓背斜圈閉，而且構造反轉運動導致原先存在的斷裂活化，為第2期原油充注提供了較好的輸導體系。同時，地層大幅度抬升，使得平湖組源巖發生大幅度泄壓，為原油運移提供了運移動力(圖4)。西湖凹陷在2.2～0.0 Ma發生了第3期天然氣和藍白色原油充注，構造反轉使得早期張性斷層變為壓扭斷層，斷層以封堵為主，為第3期油氣充注提供了封堵作用(圖4)。因此，3期構造反轉對3期油氣充注有著不同的影響，總體上油氣聚集分布與反轉構造樣式有關。

圖3 中央背斜帶花港組儲層油氣成藏期次與時間

圖4 中央背斜帶3期構造反轉與3期油氣充注的耦合關系

6 結 論

(1) 中央背斜帶天然氣為煤型氣，成熟度為成熟—高成熟階段；油氣來源于下部平湖組煤系源巖。平湖組源巖生烴高峰為中中新世—現今，流體包裹體檢測到花港組儲層存在3期油氣充注。

(2) 中央背斜帶發育了3期構造反轉運動，分別發生在始新世末、漸新世末和中新統末，構造反轉的強度和范圍依次增加，形成一系列如“花狀”型、“Y”型、“人”字型和“火”字型等典型的反轉構造樣式，且在逆斷層上盤發育擠壓背斜。

(3) 第1期構造反轉對油氣成藏影響甚微，第2期和第3期構造反轉為后期油氣運聚提供了背斜或斷背圈閉。另外，第3期構造反轉還為第2期原油運聚成藏提供了運移通道和動力，且對第3期油氣充注成藏起到較好的封堵遮擋作用。

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編輯 黃華彪

20151210；改回日期：20160230

國家科技重大專項“中國近海新生代盆地演化及油氣富集機理”(2011ZX05023-004-010)

蘇奧(1989-)，男，助理工程師，2011年畢業于中國地質大學(武漢)石油工程專業，2014年畢業于該校礦產普查與勘探專業，獲碩士學位，現主要從事盆地流體地質、油氣成藏、地球化學及地震解釋等研究工作。

賀聰(1988-)，男，2012年畢業于中國礦業大學(北京)地質工程專業，現為中國科學院大學礦物學、巖石學、礦床學專業在讀博士研究生，主要從事石油地質與地球化學研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.017

TE122.3

A

1006-6535(2016)03-0075-04