岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (4): 1037-1057   PDF    
中国西部海相盆地地质结构控制油气分布的比较研究
何登发1, 马永生2, 蔡勋育2, 张健3, 张义杰4     
1. 中国地质大学能源学院, 北京 100083;
2. 中国石油化工集团, 北京 100728;
3. 中国石油西南油气田分公司, 成都 610051;
4. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083
摘要: 中国西部塔里木、四川、鄂尔多斯等海相盆地的中、下组合是我国油气勘探的重点领域,深化研究油气分布规律是优化勘探部署、提高勘探效益与持续获得勘探发现的关键。本文从盆地地质结构控制油气分布的学术思路出发,立足于近年来的勘探新进展、新发现,应用比较分析方法,揭示油气分布的构造控制规律。研究表明,塔里木、四川、鄂尔多斯等海相盆地位于古亚洲洋构造域、特提斯构造域的复合作用区,是在前寒武纪克拉通基础上发展起来的多旋回叠合盆地;它们经历了Z-D2、(D3-)C2-T、J-Q等三个伸展-聚敛旋回的演化;每一伸展-聚敛旋回发育了独立的生-储-盖组合,伸展期因差异沉降发育好的烃源岩,聚敛期发育大规模展布的储集体与圈闭组合;盆地的基底分区对后期原型盆地的发育和沉积盖层的分布具有明显的制约作用,盆地多旋回叠合,形成了"垂向分层、横向分块"的地质结构,叠合结构样式控制了油气聚集层系与富集区带,普遍存在加里东中期与印支期等两期原生油气成藏期,及燕山中期(J3-K1)与喜马拉雅晚期(N2-Q)等两期油气调整成藏期,新构造运动期油气成藏较为普遍。海相叠合盆地含油气层系多,原型盆地的叠合界面常是重要的油气富集部位,隆起带、断裂带、台缘带(或岩相带)是重要的油气富集区(带),叠合盆地的中下部组合是下一步油气勘探持续突破的有利方向。
关键词: 多旋回叠合盆地     地质结构     油气分布规律     比较分析     勘探领域     四川盆地     鄂尔多斯盆地     塔里木盆地    
Comparison study on controls of geologic structural framework upon hydrocarbon distribution of marine basins in western China
HE DengFa1, MA YongSheng2, CAI XunYu2, ZHANG Jian3, ZHANG YiJie4     
1. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. China Sinopec Corporation, Beijing 100728, China;
3. PetroChina Southwest Oil & Gas field Company, Chengdu 610051, China;
4. Petrochina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China
Abstract: The marine middle and lower petroliferous associations of Tarim, Sichuan, and Ordos basins in West China are the key areas for oil and gas exploration around the country. To disclose the characteristics of oil and gas distribution is crucial for the on-going exploratory discoveries and the exploration efficiency promotion. Based upon the new discoveries and the new advances in petroleum exploration during the recent years, the paper applied the comparative method to discuss the tectonic controls upon oil and gas occurrence. It is shown that the marine basins, such as Tarim, Sichuan, and Ordos basins, are located in the composite area of the Paleo-Asia Ocean and the Tethys Ocean tectonic domains, and are multi-cycle superimposed basins developed upon the pre-Cambrian crystalline basement. They underwent three extension-compression cycles during the Sinian to Middle Devonian, (Late Devonian-) Middle Carboniferous to Triassic, and Jurassic to Quaternary periods, respectively. Each cycle develops the independent hydrocarbon source-reservoir-cap rock assemblages, characterizing by the excellent source rocks occurred in the differentially subsided areas during extension periods, and the large-scale spreading of the reservoir rocks and the trap associations during compression periods. The basin structures are featured of stratified vertically and faulted blocks horizontally. The basement sub-division played a role in the formation of the above sedimentary proto-type basins. It is demonstrated that the superimposing styles among the proto-type basins controlled the hydrocarbon accumulation strata and accordingly the rich areas and plays. The oil and gas enrichment areas in the basins are formed due to the two constructive tectonic movements such as the Middle Caledonian and the Indo-China, and the two adjustment movements such as the Late Yanshanian (Late Jurassic to Early Cretaceous Period) and the Late Himalayan (Pliocene to Quaternary). It is common for pool-formation in the neo-tectonic period. The marine superimposed basins are entitled of a series of petroliferous beds and intervals, especially of the superimposed boundaries among the proto-type basins proved to be an important area for oil and gas accumulation; and many oil and gas accumulation zones or areas occurring along the uplift belt, the fault zone, the platform marginal zone as well as the litho-facies variation zones. It is concluded that the middle and lower association of the superimposed basins is favorable for the next on-going breakthrough in petroleum exploration.
Key words: Multi-cycle superimposed basin     Geological structure     Oil and gas distribution     Comparative study     Exploration area     Sichuan Basin     Ordos Basin     Tarim Basin    
1 引言

中国西部塔里木、四川、鄂尔多斯等海相碳酸盐岩盆地是在不同时期固结的克拉通基础上发展起来的多旋回叠合盆地 (李德生, 1982, 2012; 童晓光, 1992; 何登发和李德生, 1996; 何登发等, 2005a, 2011; 贾承造, 1997)。其沉积记录了显生宙以来的地质历史,研究其物质充填与构造演化过程将为揭示中国大陆的形成与演化奠立重要基础。这些海相沉积盆地目前已成为我国石油、天然气、煤炭、盐、铀等能源矿产开发的重要基地,研究构造演化对能源、矿产赋存的控制作用将为进一步勘探、开发提供关键依据,为我国经济、社会与环境的健康发展提供重要参考。

盆地的地质结构是认识盆地发生、发展及其相关资源、能源聚集的重要窗口 (童晓光, 1992)。盆地在垂向上由基底与沉积盖层构成,其间为区域性不整合面;沉积盖层也由多个区域性不整合面分隔为多套构造-地层层序,构造-地层层序即是某地质时期盆地沉降、充填、变形等的物质体现。盆地内部在横向上多为断裂带所交切,表现为多个断块或断裂系统的组合;或者为隆起、坳陷相间的组合,其方位、形态变化各异。盆地的这种横向分块 (段)、垂向分层的特点是其结构的基本性质。它们制约着油气分布的基本特点,例如油气沿区域性不整合面的运移,可以在其上、下形成地层超覆、地层削截等多个油气藏 (何登发, 2007, 2013),表现出沿层富集的现象,例如鄂尔多斯盆地中央靖边气田、塔里木盆地塔河油田等;油气沿断裂带的垂向与纵向运移,可以远距离发生,形成沿断裂带展布的油气富集带,例如塔中Ⅰ号带奥陶系油气田;油气自坳陷区向隆起区的长期运移,使得古隆起及其斜坡带成为油气聚集的重要场所 (贾承造等, 1996; 何登发和谢晓安, 1997),例如川中安岳气田、泸州-开江古隆起的气田群等。探讨盆地地质结构与油气聚集、分布的内在关系是石油地质学家与油气勘探家的长期任务。

“有比较才有鉴别”。开展盆地的构造环境、地质结构及其油气地质条件的类比分析,探讨它们之间的相似性与差异性,剖析共性与个性产生的深层次原因,将为探索盆地地质结构控制油气分布的规律提供重要线索。本文在对塔里木、四川与鄂尔多斯盆地整体地质背景与构造演化分析的基础上,通过详细比较其共性与差异性,来探讨盆地构造对油气聚集的控制特点。

2 地质背景与含油气性

塔里木盆地地处新疆维吾尔自治区天山山脉、昆仑山脉和阿尔金山脉之间,盆地面积56×104km2,地面条件主要是沙漠、戈壁、绿洲和山地。

鄂尔多斯盆地北起阴山、南到秦岭、西抵贺兰山、东至吕梁山,横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省 (区),面积37×104km2,是我国第二大沉积盆地,其中盆地本部面积25×104km2。地面条件主要是黄土塬和山地。

四川盆地横跨四川和重庆两省市,范围介于北纬28°至32°40′,东经102°30′至110°之间,西起广元-天全,东达巫山,北起南江-旺苍,南至叙永。盆地面积18×104km2,地面条件主要为丘陵山地。

2.1 大地构造位置

塔里木盆地、四川盆地与鄂尔多斯盆地位于古亚洲洋构造域与特提斯构造域的复合作用区 (黄汲清等, 1980; 任纪舜等, 1992, 1997; Wang and Mo, 1995; 许志琴等, 2011)(图 1)。

图 1 中国西部海相沉积盆地大地构造位置 (a) 与油气田分布图 (b) Fig. 1 Geo-tectonic setting (a) and oil and gas field distribution map (b) of the marine sedimentary basins in West China

塔里木盆地位于塔里木地块的核心稳定区。塔里木地块的北界为南天山北缘断裂带 (蛇绿岩带)(何国琦等, 1994; 贾承造, 1997; 张克信等, 2015; 刘训和游国庆, 2015),是早石炭世末期塔里木地块与中天山地体的拼合位置,也有观点认为南天山洋的最终闭合时间延至三叠纪 (李曰俊等, 2003; Xiao et al., 2001)。塔里木地块的西南边界为塔什库尔干-康西瓦断裂带 (蛇绿岩带)(贾承造, 1997; 刘训和游国庆, 2015),这是三叠纪塔里木地块与中昆仑地体的拼合位置。东南边界为阿尔金断裂带 (蛇绿岩带)(何国琦等, 1994; 贾承造, 1997; 孙知明等, 2012; 刘训等, 2012; 刘良等, 2015),这是南、北阿尔金洋盆在晚寒武世-奥陶纪关闭后形成的复杂构造带,在200Ma阿尔金剪切断裂带最终形成 (孙知明等, 2012)。

四川盆地位于扬子克拉通的西部。其西界为龙门山陆内造山带 (Burchfiel and Chen, 2013),深反射地震剖面揭示上扬子克拉通的西界至少延至龙日坝断裂带一带;东南边界为齐耀山,为在前震旦系、寒武系、下志留统与下三叠统泥岩或膏盐岩上滑脱的叠加背斜构造带,也为川东隔档式褶皱区与湘鄂西隔槽式褶皱区的分界。扬子克拉通的北界为南秦岭的勉-略蛇绿岩带,为晚三叠世华南板块与华北板块拼合的产物 (张国伟等, 2001),该期构造事件形成了晚三叠世扬子地块北缘的前陆冲断带;在晚侏罗世-早白垩世,扬子地块向南秦岭之下陆内俯冲 (Dong et al., 2013),在其仰冲盘上形成了指向南的前方—前陆冲断系统,米苍山-大巴山逆冲系统形成并成为四川盆地的北界。四川盆地向南并未收口,可以紫-罗断裂带作为其南界 (张国伟等, 2013)。

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部 (郭彦如等, 2016)。西界为贺兰山-六盘山,这是晚侏罗世-早白垩世形成的陆内造山带;即鄂尔多斯地块向西与阿拉善地块相连,二者之间在新元古代-古生代裂陷,晚侏罗世-早白垩世反转形成了盆地的西界;南界为渭北隆起,这是一个多期不同性质的叠加构造带。北界与东界均受新生代断陷的改造 (Zhang et al., 1998)。

2.2 基底构造

塔里木盆地的基底形成于8亿年前的塔里木运动 (贾承造和魏国齐, 1996; 贾承造, 1997; 何登发和李德生, 1996)。地壳厚46~50km,岩石圈厚190~200km (董树文等, 2014; 宋晓东等, 2015; 丁建荣等, 2006)。基底南、北分区,其间为中央高磁异常带分布区,推测为南、北塔里木地块拼合、固结时的产物 (何登发和李德生, 1996),也有观点认为是新元古代裂陷及奥陶纪的岩浆活动带 (何碧竹等, 2011)。基底之上发育南华纪、震旦纪裂陷带。

四川盆地的基底形成于8亿年前的晋宁运动 (郭正吾等, 1996; 罗志立, 1998; 何登发等, 2011)。地壳厚40~46km,岩石圈厚170~185km (Wei et al., 2013; 魏国齐等, 2015a)。基底构造西、中、东三分;中央为NE-SW向高磁异常带,推测为新太古宇康定群杂岩的特点 (罗志立, 1998),叠加有南华纪裂谷期的岩浆岩。

鄂尔多斯盆地的基底形成于18亿年前的吕梁运动 (冉新权等, 2012)。地壳厚40~45km,岩石圈厚180~200km (陈凌等, 2010)。基底构造呈SW-NE向带状展布;中新元古代构造以NE-SW向展布的杭锦旗-银川、定边-平凉和延安-岐山等坳拉槽为主体,与NE向基底断裂的走向近于一致。

2.3 构造-地层层序

三个盆地发育的构造-地层层序见图 2

图 2 中国西部海相沉积盆地构造-地层层序与盆地演化阶段 Fig. 2 Tectonic-stratigraphic sequences and basin evolution stages of marine sedimentary basins in West China

塔里木盆地沉积岩最大厚度超过18000m,发育Nh-Z、Cam.-O、S-D2、D3-P1、P2-T、J-E和N-Q等七套构造-地层层序 (何登发等, 1998, 2005a)。其间缺失多套地层。新近纪以来急剧挠曲沉降、充填厚达3000~10000m的碎屑岩。

四川盆地发育Nh-Z、Cam.-O、S、C2-T2、T3x、J-K1与KZ等七套构造-地层层序 (何登发等, 2011)。盆地内部D-C1缺失。

鄂尔多斯盆地沉积岩平均厚6000m,发育Pt2-3、Cam.-O1、C2-P、T和J-K1等五套构造-地层层序。盆地内部缺失O2-C1

三个盆地都缺失上白垩统。四川与鄂尔多斯盆地在晚白垩世以来主体发生隆升与剥蚀。

2.4 地质结构

三个盆地具有多旋回叠合结构,上构造层为中、新生界,主要为陆相沉积;下构造层为古生界,以海相碳酸盐岩沉积为主 (图 2)。三个盆地的构造横剖面见图 3

图 3 中国西部三个海相沉积盆地的构造地质结构剖面与油气藏横剖面图 剖面位置见图 1.(a) AA’,塔里木盆地;(b) BB’,四川盆地;(c) CC’,鄂尔多斯盆地 Fig. 3 Structural geologic cross-section profiles of marine sedimentary basins in west China The site for cross-section please referred to Fig. 1. (a) AA', Tarim Basin; (b) BB', Sichuan Basin; (c) CC', Ordos Basin

塔里木盆地的四周向盆地内冲断,形成边缘沉降、中部隆升的构造形态,主体表现为前陆盆地与克拉通盆地的叠合 (何登发等, 2005a; 刘阵等, 2012)(图 3a)。盆地内部构造单元南、北分带,发育库车、北部、西南与东南等坳陷,和塔北、塔中、塔东南等隆起。不同单元的构造叠加样式变化较大 (何登发等, 2006)。晚期 (N-Q) 构造活动强烈,冲断、走滑、挠曲等表现明显。

四川盆地的四周向盆地内冲断,但却具有中部凹陷、边部隆升的构造形态,盆地内部河流下切强烈。主体表现为不同方位的前陆盆地与克拉通内坳陷的叠合 (何登发等, 2011)。盆地内部构造单元东、西分区 (图 3b),包括川东高陡褶皱带、川北低平褶皱带、川西低陡褶皱带、川南低陡褶皱带、川西南低陡褶皱带和川中平缓褶皱带。盆地的叠加样式东、西存在差异而中部较为一致。四川盆地古隆起最为发育,不同时期的古隆起的分布范围、性质、形态与结构单元等都不一致,有的“古隆起”继承保持,有的古隆起被改造得以“新生”(He et al., 2009; 刘树根等, 2015)。

鄂尔多斯盆地在渭北隆起与伊盟隆起的南、北限定下表现为西倾斜坡 (图 3c)。西缘冲断带较窄;天环坳陷叠置在原中央古隆起部位,使其向西掀斜;以东地区构成向西缓倾的伊陕斜坡。主体表现为西部陆内前陆盆地与克拉通盆地相叠置的结构。盆地内部除西缘与伊盟隆起南界外,断裂不发育,表现为“残延”的克拉通盆地特点 (刘池洋等, 2002)。

2.5 构造演化

三个盆地呈多旋回演化 (图 2),经历了三个伸展-聚敛旋回。塔里木盆地经历了Z-D2、D3-T与J-Q三个旋回 (何登发和赵文智, 1999; 何登发等, 2005a);四川盆地经历了 (Nh-) Z-S、C2-T与J-Q三个旋回 (何登发等, 2011);鄂尔多斯盆地经历了Pt-O1、C2-T与J-K1三个旋回。主要与原特提斯洋 (或古亚洲洋)、古特提斯洋与新特提斯洋的形成与关闭有关。

周缘洋盆关闭时对盆地内部产生强烈的挤压,但不同时期挤压的方向、强度有别。在塔里木盆地,南缘的挤压发生在O2-S;北缘的挤压发生在P2-T;盆地整体在N-Q遭受强烈挤压 (Tapponnier et al., 2001; Chatterjee et al., 2013),形成岩石圈尺度的褶皱 (邵学忠等, 1997; Cloetingh et al., 2013)。在四川盆地,东南缘的挤压发生在O2-S与T2-3;北缘的挤压发生在T3与J2-3-K;西缘的挤压发生在T3与J22-K (Deng et al., 2012);盆地整体在N-Q遭受挤压,形成地壳尺度的褶皱。在鄂尔多斯盆地,南缘的挤压发生在O2-S;西缘的挤压发生在T3与J2-3-K;西南缘的挤压发生在N-Q。

三个盆地在后期都经历了区域性调整过程。在塔里木盆地发生在J22-J3;在四川盆地发生在J22-K1;在鄂尔多斯盆地发生在J3-K1

经过上述过程后,三个盆地实现盆地性质的不断转化。在塔里木盆地发育台-盆格局,隆-坳分布不断转化。在四川盆地发育台地-斜坡格局,边缘的前陆盆地位置不断变迁;在鄂尔多斯盆地发育台地内隆-凹格局,南缘、西缘的前陆盆地叠加在克拉通边缘坳陷之上。

2.6 油气分布

塔里木盆地前陆的油气主要聚集在白垩系、新生界 (K1; E; N),台盆区的油气主要聚集在古生界、中生界中 (O1; D3d-C; J; T)。该盆地大规模的油气勘探始于1953年,截止2015年,全盆地已获工业油气流井792口,发现并探明40个油气田 (图 1b),分布于塔北、塔中、塔西南、古城、阿满低隆、库车等地区,主要聚集在古隆起及其斜坡带。探明石油地质储量23.433×108t,探明天然气地质储量2.1106×1012m3。最大的油田为塔河油田,已探明石油地质储量13.57×108t。

四川盆地油气产层众多,已获工业油气层24层 (主要包括Z; Cam.; S; C2h; P2q; P2m; P3ch-T1f; T2l; T3x; J等)。该盆地大规模的油气勘探始于1953年,截止2014年底,累计发现地面构造275个,潜伏构造545个;获工业油气地面构造117个,潜伏构造211个;获气田114个 (图 1),获油田5个;发现含气构造66个,含油构造10个;探明石油地质储量8118.36×104t,探明天然气地质储量2.0063×1012m3。近年来发现了该盆地最大的安岳气田,探明储量近万亿方 (杜金虎等, 2016)。

鄂尔多斯盆地发育侏罗系、三叠系两套含油层系,主要分布在盆地南部黄土塬区,面积近10×104km2,总资源量128.5×108t。石油勘探始于1907年,为我国石油勘探最早的盆地。截止2014年底,共钻石油探井5293口,2193口井获工业油流,累计发现32个油田 (图 1),主要分布于盆地西南部三角洲砂体中,探明石油地质储量37.70×108t。

鄂尔多斯盆地主要发育上、下古生界两套含气层系,预测古生界天然气总资源量达15.16×1012m3。其中上古生界12.6115×1012m3,下古生界2.5488×1012m3。古生界天然气勘探始于1969年。截止2014年底,完钻古生界探井1787口,获工业气流井818口,探明古生界气田9个 (图 1),气顶区1个,下奥陶统气田分布于盆地中央古潜台溶蚀区,上石炭统-二叠系气田见于北部三角洲砂体区。累计探明天然气地质储量5.6761×1012m3,可采储量3.1828×1012m3,探明含气面积50210.49km2。最大的气田为苏里格气田,天然气探明地质储量4.2157×1012m3(含天然气基本探明地质储量2.8820×1012m3),可采储量2.3037×1012m3,探明含气面积31758.53km2

3 塔里木、四川与鄂尔多斯盆地的共同性

盆地之间的共同性是地质研究与油气勘探相互借鉴的基础。同一构造域中的盆地或多或少都具有某种程度的相似性。

3.1 两者之间的共同性 3.1.1 塔里木盆地与四川盆地

塔里木盆地与四川盆地因其基底形成时代与上覆沉积建造的相似性而被认为二者具有亲缘关系 (罗志立, 2009)(表 1)。它们的基底都在8亿年前的构造运动 (塔里木运动或晋宁运动) 中固结,形成相对稳定的克拉通。这些规模较小的克拉通地块,都具有基底组成的非均一性,塔里木地块基底南、北 (现今方位,下同) 岩相带不同,中间以北纬40°近EW向展布的高磁异常带为界 (何登发和李德生, 1996),指示南、北地块可能最终沿该带最终拼合;四川地块则以NE、NNE向断裂为界西、中、东三分,西部以中元古界黄水河群中等程度变质岩为基底,东部以新元古界浅变质的板溪群为基底 (图 3b),中部以新太古界康定群的高级变质岩为基底 (罗志立, 1998; 何登发等, 2011);这种分块结构直接制约了后期盆地的形成演化。在此基础上,两个盆地经历了时限相近的三个伸展-聚敛旋回,塔里木盆地为Z-S (-D2)、D3-T、J-Q (何登发等, 1998, 2005b),四川盆地为Nh-Z-S、D-T、J-Q (何登发等, 2011),为原特提斯 (古亚洲洋)、古特提斯、新特提斯三个阶段的产物 (许志琴等, 2011; 张国伟等, 2013);在原特提斯演化阶段,可能发育Nh-Z、Cam.-S两个次级伸展-聚敛旋回,寒武系底部不整合面为其分界面,这一阶段形成的沉积建造构成了二者重要的生、储、盖组合 (图 2)。演化至新生代晚期,二者处于强烈的挤压构造背景,分别位于青藏高原的北缘与东南缘。5~3Ma以来的强烈挤压作用,使塔里木盆地的基底、康氏面、莫霍面同步起伏 (邵学钟等, 1997),即表现为岩石圈尺度的褶皱 (Cloetingh et al., 2013; 吴斌等, 2016),使隆起带与坳陷带相间分布;四川盆地的地壳各界面也具有同步起伏的特点 (Wei et al., 2016),莫霍面也被褶皱,地壳与岩石圈地幔之间可能被拆离。不同时期的挤压事件形成了多重滑脱构造变形系统,这是二者在地质结构上的鲜明特色。在塔里木盆地中部,北侧古亚洲逆冲构造体系与南侧的特提斯逆冲构造体系及其它们在新生代的复活冲断体系发生对接 (许志琴等, 2011),形成盆地尺度的拆离滑脱系统,如南天山冲断体系与西昆仑冲断体系沿喀什-巴楚一线相接,孔雀河逆冲体系与阿尔金冲断体系在塔东低凸起-英吉苏凹陷一带相接 (刘阵等, 2012);在四川盆地,来自龙门山的逆冲推覆系统与来自江南-雪峰的陆内冲断系统在华蓥山构造带相接。

表 1 塔里木盆地与四川盆地的共同点 Table 1 Common points between Tarim Basin and Sichuan Basin

塔里木盆地与四川盆地的古隆起的形成演化、迁移、旋转等都很复杂 (何登发等, 2008b; He et al., 2009)。塔北、塔中、塔南、巴楚、和田、塔东等古隆起性质各异 (贾承造, 1997),受控于周缘边界条件的不断更替,古隆起此涨彼伏。而在四川盆地区,有桐湾期 (威远、磨溪)、加里东期 (乐山-龙女寺、天景山)、东吴期 (通江-泸州)、印支期 (泸州、开江、剑阁、汉南)、燕山期 (大兴、都江堰-新场) 等不同走向、不同形态、分布变化多端的古隆起 (宋文海, 1987, 1996; 孙衍鹏和何登发, 2013; 徐春春等, 2014; 魏国齐等, 2015b),就喜马拉雅期而言,盆地内部的一系列NEE、NE、NNE向背斜带 (如九龙山、通南巴、龙泉山、华蓥山、齐耀山等) 即是隆起构造带。

上述构造特征在很大程度上与陆内构造变形相关,表现为克拉通地块向周缘造山带下的俯冲与挤入。四川地块表现为板块构造围限下的陆内构造过程 (张国伟等, 2013),在晚侏罗世-早白垩世,四川地块北缘向南秦岭之下俯冲、楔入,大巴山带则自北而南逐渐卷入变形,形成多重滑脱的前展的逆冲推覆构造系统 (Dong et al., 2013);米苍山也是这一事件的产物,只不过隆起的时间发生在早白垩世末期以来;龙门山则明显是陆内造山的产物,30Ma以来发生多期隆升及向盆地的冲断 (Wang et al., 2012; Deng et al., 2012),四川盆地向其下俯冲,西界达龙日坝断层一带,龙门山前构造楔相叠加,导致山脉的阶段性隆升 (Lu et al., 2013)。塔里木地块向北的陆内俯冲为宽频带地震反射揭示出来 (Zhao et al., 2003, 2012, 2013; Li et al., 2016), 塔里木克拉通向天山之下的陆内俯冲,导致天山向南、向北冲断,分别形成库车前方-前陆 (Pro-foreland) 与准南缘后方-前陆 (retro-foreland),这种双指向的前陆冲断系统 (Naylor and Sinclair, 2008),变形自山前向盆地内部传递。塔里木地块向南的陆内俯冲为深反射地震与宽频带反射地震等揭示出来 (Kao et al., 2001; 李秋生等, 2001; 刘因等, 2011; Gao et al., 2013),在该部位,印度大陆岩石圈为俯冲的主动盘,塔西南地区处于后方-前陆部位,但仍有80~100km以上的地壳缩短。

二者的相似性还表现在地块均发生了顺时针旋转。塔里木地块在晚泥盆世以来旋转了42°(方大钧等, 1996),四川地块在晚三叠世以来旋转了38°。均是响应周缘洋盆闭合与陆内俯冲、调整的结果。

塔里木盆地与四川盆地在二叠纪都有巨量玄武岩的喷发。塔里木盆地发生在中西部,面积达33×104km2以上,时间在早二叠世 (287Ma±)(杨树峰等, 1996; Tian et al., 2012)。四川盆地发生在西南部及其外围,面积达50×104km2以上,时间在晚二叠世 (259Ma±)(Shellnutt, 2014);对川西北广元、川东北开江-梁平一带也有重要影响。这一构造热事件是两个盆地在该期大规模生烃、成藏的主要动因。

在油气地质方面,由于盆地早期历史的相似性,发育了寒武系下部层位大致相当的生储盖组合。在塔里木盆地为下寒武统玉尔吐斯组含磷页岩生油层、下寒武统肖尔布拉克组白云岩储集层、中寒武统膏盐岩封盖层组合,展布于塔中-巴楚及其邻区。在四川盆地,发育下寒武统麦地坪段、筇竹寺组含硅质黑色页岩生油层,上震旦统灯影组白云岩、下寒武统龙王庙组颗粒滩相白云岩储集岩,中寒武统膏盐岩、泥岩封盖的组合。二者均已得到证实,后者发现了近万亿方天然气储量,潜力巨大。

3.1.2 鄂尔多斯盆地与四川盆地

华北地块与华南地块在晚三叠世完成主体碰撞以来 (张国伟等, 2001),分别在其南缘与北缘形成了前陆盆地系统 (刘训和游国庆, 2015; 吴斌等等, 2016)(表 2)。由于二者的拼合呈东早、西晚的剪刀状闭合,因此前陆盆地的发育也具有东早、西晚的趋势。进入中侏罗世晚期-晚侏罗世,华南地块向南秦岭之下发生陆内俯冲 (Dong et al., 2013),原前陆盆地系统之上叠加了这一陆内俯冲作用引起的变形,分别形成米苍山-大巴山前方-前陆盆地系统 (pro-foreland basin system) 与北秦岭 (-渭河) 后方-前陆盆地系统 (retro-foreland basin system),二者呈扇状分布于秦岭造山带的两侧。

表 2 鄂尔多斯盆地与四川盆地的共同点 Table 2 Common points between Ordos Basin and Sichuan Basin

贺兰山-六盘山、龙门山带在J22-J3发生的陆内构造变形 (刘池洋等, 2005; 何登发等, 2016),形成了自西向东的陆内冲断系统及其前陆盆地带,这一过程延续至早白垩世。自晚白垩世以来,鄂尔多斯盆地与四川盆地都表现为隆升剥蚀,均经历了晚白垩世、古近纪、新近纪-第四纪三个隆升阶段。这一事件对二者的影响是非常重要的,它们均于早白垩世末期达到最大埋深,储层致密化、生烃高峰均与此相关。其后的隆升事件导致煤层气解吸、水溶气脱气、油气藏调整与重新分布等发生。

二者的西南缘均在中新世晚期以来遭受了压扭改造。鄂尔多斯盆地的西南缘发育海原、中卫-同心、青铜峡-固原等走滑-逆冲断裂带,它们分别活动于10Ma、5Ma、2~1Ma以来,呈前展式变形。四川盆地的西南缘受鲜水河-小江断裂、大渡河断裂等控制 (Wang et al., 2014),发生强烈地压扭构造变形。

二者地质结构的相似性表现在盆地底层的伸展构造及沉积盖层中不整合面的发育上。在新元古界-震旦系-寒武系,都发育一系列裂陷带环境下的沉积 (刘树根等, 2013; 杜金虎等, 2016),其中的黑色页岩是优质的烃源岩,这已为桃59井 (郭彦如等, 2016)、高石17井、资阳1井所钻遇。在沉积盖层中,上石炭统 (太原组或黄龙组) 底部不整合、侏罗系底部不整合均是区域性不整合,为大型构造转换面;在其上、下往往有区域性油气聚集,如川东上石炭统白云岩气田、侏罗系下统珍珠冲组油藏,鄂尔多斯盆地上石炭统砂岩气田、下奥陶统白云岩风化壳气田、侏罗系底部古河道砂体油田等。

二者的含油气性有诸多共性。上石炭统-二叠系是区域性生储盖组合,均富产天然气;上三叠统也是区域性生储盖组合,只不过在四川盆地产气、在鄂尔多斯盆地产油。下古生界也是主要的区域性产气层。

3.1.3 塔里木盆地与鄂尔多斯盆地

塔里木盆地与鄂尔多斯盆地均位于中央造山系以北,古亚洲造山系以南;在新生代处于青藏高原北缘或东北缘。相似的大地构造部位,决定了构造层发育的相近特征,塔里木盆地发育AnZ、Z-D2、D3-T、J-Q构造层,鄂尔多斯盆地因缺失O3-C1地层,发育AnZ、Z-O1(-2)、C2-T、J-Q构造层,从而决定了构造层叠加的相似性 (表 3)。

表 3 塔里木盆地与鄂尔多斯盆地的共同点 Table 3 Common points between Tarim Basin and Ordos Basin

二者在Z、(D3-) C、J等底部发育区域不整合面 (何登发和谢晓安, 1997)。塔里木盆地还发育新生界底部不整合面 (何登发, 1994; 贾承造, 1997),鄂尔多斯盆地在西南缘见到该不整合面 (E2h底部不整合面)。这反映出二者经历了相似的区域构造事件,例如:(1) 在O2-S (-D),塔里木地块南缘经历了强烈的挤压构造作用,在玉北-塘北、塘南、塔南隆起带形成了5~6排冲断或反冲断裂系统,其发育与北昆仑洋、阿尔金洋在这一时期的闭合以及中昆仑、阿尔金等地体与塔里木地块的碰撞拼合有关 (许志琴等, 2011; 刘良等, 2009; 杨文强等, 2012);鄂尔多斯地块南缘也经历了相似的挤压过程,其成因与北秦岭洋盆 (丹凤蛇绿岩带为代表) 的闭合有关 (张国伟等, 2001; Dong et al., 2011),其前陆挤压构造系统发育在秦岭北缘-渭北一带;(2) 其上发育了海陆过渡相石炭-二叠系,含多层煤或煤线;(3) 二者的南、北缘都经历了伸展-聚敛旋回,它们北侧的聚敛时期也较为接近,塔里木盆地的北缘发育在C1末-P (-T?),为南天山洋闭合形成 (何国琦, 1994; 高俊等, 2000);鄂尔多斯盆地的北缘发生在P2(-T)(李锦轶等, 2007; Xu and Chen, 1997),与西拉木伦河或索伦洋盆的闭合有关;(4) K2期间,都发生隆升。

长期的构造叠加在盆地内部发育大型古隆起,尤其是中央古隆起。塔里木盆地发育巴楚、塔中、塔东等雁列状凸起带,在鄂尔多斯盆地为“L”型古隆起,其西南部隆起最高,出露寒武系。环绕这些古隆起,往往发育台缘高能礁、滩相带,如在巴楚-塔中凸起带两翼、一间房组 (O2yj)、吐木休克组 (O3t)、良里塔格组 (O3l) 发育长链状礁滩相带 (高华华等, 2016);在鄂尔多斯盆地西缘、渭北一带,发育奥陶纪台地边缘相带,它们构成有利的储集体。

二者的主力产层为奥陶系。在塔里木盆地为O1-2ys、O2yj、O3l,在鄂尔多斯盆地为O1m;前者主要产油,如塔河-轮南油田;后者主要产气,如靖边气田。

3.2 三者之间的共同性

三者均是以前寒武纪克拉通为基础发展起来的多旋回叠合盆地 (图 2图 3),且大部分为前陆盆地与克拉通边缘坳陷或克拉通内坳陷的叠合盆地 (孙肇才和谢秋元, 1980; 童晓光, 1992; 何登发和李德生, 1996; 何登发等, 2005b, 2011; 贾承造, 1997)(表 4)。在大地构造位置上,处于古亚洲洋体系与特提斯体系的复合作用区 (许志琴等, 2011),或者说在古生代处于结构复杂的冈瓦纳大陆的北部边缘,在中新生代处于作用强烈的劳亚大陆的南部边缘 (任纪舜等, 1992),因此,地块周缘的构造事件对其内部产生了深刻的影响。表现为盆地内部区域不整合面众多,如南华系或震旦系、石炭系、侏罗系、新生界等的底部不整合面,由于构造事件相近,这些不整合面的时间间隔与性质也较为接近;导致盆地的构造-地层层序具有纵向上三分特点,如Z-D2、(D3-) C2-T、J-Q,且都缺失K2地层。震旦系、下古生界全为海相层系,上古生界主体为海陆过渡相或海相沉积,仅在四川盆地海相层系上延至中三叠统或上三叠统下部马鞍塘组。

表 4 塔里木盆地、四川与鄂尔多斯盆地的共同点 Table 4 Common points among Tarim, Sichuan, and Ordos basins

三者的海相地层中均发育膏盐岩地层,其下的生储盖组合基本一致,且是重要的含油气层系。如塔里木、四川盆地的下寒武统玉尔吐斯组 (或筇竹寺组) 生-下寒武统肖尔布拉克组 (或龙王庙组) 储-中寒武统膏盐岩盖,鄂尔多斯盆地在下奥陶统马家沟组六段 (O1m56) 发育50~130m的膏盐层,其下地层 (O1m、Cam.) 发育了重要的储集体。这一组合主要与新元古代-早古生代初的克拉通地块边缘 (如库鲁克塔格-满加尔、北昆仑,江南-雪峰、龙门山,贺兰-六盘山、北秦岭等地区) 或克拉通内部 (如塔东,绵阳-长宁,鄂尔多斯地块中央三个NNE向带等) 的伸展过程有关,这一事件也具有全球可对比性。

古生界为三大盆地的主要油气产层,其中奥陶系、石炭系为区域性储集层。塔里木盆地 (O1-2ys、O2yj、O3l)、鄂尔多斯盆地 (O1m) 的奥陶系油气丰富;四川盆地目前含气层系相对靠下,为下寒武统、上震旦统。上石炭统 (如川东地区黄龙组白云岩,鄂尔多斯盆地太原组砂岩,塔里木盆地卡拉沙依组砂岩、小海子组灰岩) 为三者的区域性油气产层。

三者的油气分布受古隆起、台缘带与断裂带的控制。古隆起控油非常清楚 (何登发等, 1998; He et al., 2009)。台缘带如奥陶系台地边缘高能相带 (礁、滩等)、二叠系与三叠系的台地边缘相带常含丰富油气,如塔中Ⅰ号带油气田,普光、龙岗、元坝等气田 (马永生, 2006; 何莹等, 2007),岩相,沉积相带控制油气分布。断裂带为油气富集带 (何登发等, 2008a2009),这与断裂可能成为油气运移通道、改造岩石成为储集体等有关;若在前陆区,它们常是断层相关褶皱背斜带及其叠加,为有利的圈闭组合,如库车博孜-大北-克拉苏天然气聚集带,目前已是万亿方储量分布区 (王招明等, 2013)。在鄂尔多斯盆地,岩相带对油气分布也有明显控制。

4 塔里木、四川与鄂尔多斯盆地的差异性 4.1 两者之间的差异性 4.1.1 塔里木盆地与四川盆地的差异性

二者的最大差异是新生代以来塔里木盆地发生急剧挠曲沉降,充填了厚达3000~10000m的沉积物 (何登发等, 2013),而四川盆地发生快速隆升、剥蚀,仅在盆地西南缘有200~800m厚的沉积 (图 2图 3)。这一差异是盆地地质结构与油气分布不同的关键因素 (表 5)。

表 5 塔里木盆地与四川盆地的差异性 Table 5 Difference between Tarim Basin and Sichuan Basin

二者的海相沉积层位也有差异。塔里木盆地的海相地层发育在震旦系-中二叠统,在西南坳陷还发育上白垩统-始新统卡拉塔尔组灰岩;四川盆地的海相地层发育在震旦系-中三叠统雷口坡组,盆地西部在上三叠统底部的马鞍塘组、小塘子组还有海相地层发育。有意思的是,二者最上部的海相地层目前都已发现了油气田,如柯克亚油田、川科1-彭州1气田。

受控于周缘强烈的构造作用,克拉通台地内部分异较强。塔里木盆地在寒武-奥陶纪产生东、西分异,西部台地内沉积厚度大,东部坳陷内沉积厚度较小,其间为台地边缘及斜坡带沉积,迁移性明显;在晚奥陶世桑塔木组沉积期,东部坳陷快速充填,实现由东、西分异再次向南、北分异的转变 (何登发等, 2005b)。四川盆地不同时期台地极其发育,类型多样,仅在震旦纪-早寒武世、晚二叠世-早三叠世发生分异,形成绵阳-长宁裂陷槽、开江-梁平台棚,其内有深水陆棚相沉积,成为优质的烃源岩。这些快速沉陷带的发育与2个时期的“地裂”运动密切相关 (罗志立, 1986; 谷志东和汪泽成, 2014; 刘树根等, 2016)。

二者的构造演化过程及环境有所差异。塔里木盆地经历了震旦纪-三叠纪周缘洋盆体制→侏罗-白垩纪大陆体制→新生代以来陆内俯冲及其变形的演化过程;四川盆地则以板块构造围限下的陆内过程为主,如江南-雪峰、龙门山造山带为典型的陆内造山带,南、北两侧的洋盆距其相对较远,侏罗纪晚期以来也进入陆内俯冲与造山时期,逆冲变形强烈。有意思的是,塔里木盆地的区域不整合面多为角度不整合面,体现出周缘构造事件对盆地的强烈影响;四川盆地的区域不整合面多为平行不整合面,反映出离板块边界的距离较远、构造作用相对和缓,这一特征仅在晚新生代以来被打破。

二者的盆-山边界与盆-山耦合方式也有差异。塔里木盆地的西南、北缘以冲断为主、压扭略弱;东南、西北则走滑较强,逆冲次之;盆地四周封口。四川盆地的西、北、东北边界受陆内俯冲控制,边界带地貌变化明显,山前发育单斜带,其下构造楔叠加发育;东南则发育多重滑脱构造变形系统,在较大范围内出现隔槽式、隔档式褶皱带;刘树根等 (2011)形象地将这两种方式称为突变型与渐变型盆-山边界。

地质结构的差异导致油气聚集的变化。表现在:(1) 塔里木盆地有油、也有气,油气均较丰富;四川盆地明显气多油少,川中侏罗系的油目前仅探明8118.36×104t;(2) 塔里木盆地的奥陶系是主要产层,四川盆地的奥陶系仍发现较少,也许在乐山-龙女寺古隆起的翼部会有发现;(3) 塔里木盆地的二叠系目前没有发现;而四川盆地的二叠系则是主要产层,在栖霞组、茅口组、吴家坪组、长兴组等多层系产气,资源丰富;(3) 塔里木盆地的下白垩统在前陆区是主要产层,而四川盆地的下白垩统仅在川西白马庙一带产气,相对较少;(4) 四川盆地的上震旦统灯影组在1964年已被证明是主力产层,发现了威远气田,近来安岳气田再次证明古老碳酸盐岩潜力巨大 (杜金虎等, 2016);而塔里木盆地仅在轮台断隆带单斜潜山中局部富集,规模相差甚远;(5) 四川盆地生烃层系众多,如震旦系、下寒武统、下志留统、二叠系、三叠系、下侏罗统,错叠分布于全盆;塔里木盆地仅在下寒武统、下奥陶统、上奥陶统、石炭系、中二叠统、上三叠统-中侏罗统发育,差异分布于盆地不同部位 (韩克猷, 1995; 韩克猷和孙玮, 2014);四川盆地的下志留统龙马溪组泥岩是较好的烃源岩,而在塔里木盆地下志留统以滨浅海相砂岩为主;(6) 塔里木盆地石炭系的膏盐 (泥) 层区域性分布,油气主要分布其下;四川盆地下三叠统嘉陵江组 (及中三叠统雷口坡组) 膏盐岩全盆分布,油气主要分布于其下层系;(7) 油气聚集带的展布在塔里木盆地以塔北、塔中分带发育为特色,其间通过满西低梁相连;四川盆地除古隆起之外,2~3个台缘带控制了巨量油气聚集,如震旦纪-早寒武世的威远、高石梯台缘带,晚二叠世-早三叠世开江-梁平台棚两侧的台缘带、武胜-磨溪台洼两侧台缘带;(8) 侏罗系对油气分布也有深刻影响,塔里木盆地在早中侏罗世弱伸展,于盆地边缘断陷带发育半深湖-深湖相烃源岩,油气也分布于边缘,如库车、英吉苏等凹陷 (何登发等, 2013);四川盆地在早中侏罗世为大型克拉通内坳陷盆地 (何登发等, 2011),于盆地中央发育半深湖相烃源岩,石油环绕其分布,目前在环带状介屑滩中发现了一系列中小型油田 (陈建平等, 2013; 张斌等, 2015)。

4.1.2 鄂尔多斯盆地与四川盆地的差异性

基底的固结时间不同。鄂尔多斯盆地的基底形成于18亿年前的吕梁运动,四川盆地的基底形成于8亿年前的晋宁运动。前者比后者要稳定得多,构造分异弱,岩石圈厚度较大,鄂尔多斯盆地北部岩石圈的厚度达200km。

上覆沉积盖层的构造层略有差异。鄂尔多斯盆地的构造隆升发生在O2-C1,四川盆地的构造隆升发生在S2-C1,前者经历的时限长达120Ma。虽然在K2以来均发生隆升,但在E2以来,鄂尔多斯盆地的周缘断陷,形成渭河、银川与河套等地堑,内部逐渐形成黄土高原;四川盆地的周缘强烈挤压,内部形成构造盆地,河流强烈下切,但盆地南侧与贵州境内构造带相连,盆地向南未收口。

长期的构造发展使盆地隆、坳格局出现变化。四川盆地如前所述不同时期的隆起分布位置不一样,表现为迁移性强,继承性差,改造程度高。鄂尔多斯盆地的古隆起如伊盟隆起、中央古隆起 (“L”型) 的继承性强,断裂不发育,仅发育一些小的褶曲;现今处于伊陕大单斜之下,西沉东翘,但隆起位置基本保持不变。

由于华南地块与华北地块在T3碰撞拼合,自东向西呈剪刀状发生,鄂尔多斯地块呈逆时针旋转,华南地块呈顺时针旋转。在新生代晚期受周缘断裂带或地块活动的影响 (Wang et al., 2014),这种地块旋转进一步发生,使二者的西缘、西南缘发生压扭改造,油气重新定位。

鄂尔多斯盆地与四川盆地的油气聚集的差异体现在 (表 6):(1) 前者的奥陶系是主要产层,后者的奥陶系目前发现很少;(2) 前者的上三叠统 (T3y) 是主要的生油层与产油层,后者的上三叠统 (T3x) 是区域性的生气层与产气层;后者的生油层是位于盆地中央的湖湘下侏罗统 (J1z);(3) 前者的含盐层系为O1m56,相对靠上;后者的含盐层系为中下寒武统,分布于盆地南缘与东南缘,当然后者的下三叠统嘉陵江组膏盐岩分布于全盆地;(4) 前者的O1m白云岩风化壳分布广 (受加里东运动制约),风化时间长达120Myr;后者的Z2dn风化壳分布也较广 (受桐湾运动影响),风化时间长达70Myr,导致了二者产气层的不同;(5) 前者具有南油、北气的格局;后者具有满盆含气、中部含油的特征;油气资源丰富。

表 6 四川盆地与鄂尔多斯盆地的差异性 Table 6 Difference between Sichuan Basin and Ordos Basin
4.1.3 塔里木盆地与鄂尔多斯盆地的差异性

塔里木盆地与鄂尔多斯盆地的差异在新生代最为鲜明 (表 7)。前者处于挤压构造环境,有巨厚沉积充填,盆地面积的缩小是由于周缘的逆冲、掩伏造成的;后者主体处于伸展构造环境,大部分没有沉积,盆地范围的减小是由于周缘的断陷、分割导致的。

表 7 塔里木盆地与鄂尔多斯盆地的差异性 Table 7 Difference between Tarim Basin and Ordos Basin

塔里木盆地与鄂尔多斯盆地在沉积建造方面存在差异。前者有O3-S-C1沉积;后者则大部分缺失,仅在西南缘有中上奥陶统分布;前者中西部的二叠系玄武岩分布面积超过30×104km2;后者在该期稳定,仅在中晚侏罗世于盆地西缘局部发育玄武岩 (杨华等, 2011)。区域性岩浆活动使前者在二叠纪晚期达到最高古地温状态,其后处于降温体制;后者则在早白垩世末期达到最高古地温,其后处于隆升、降温过程;这一事件的直接结果是前者的主成藏期在二叠纪,后者的主成藏期在早白垩世末期。

塔里木地块在D3以来顺时针旋转42°;鄂尔多斯地块在T3以来逆时针旋转60°。这种作用对盆地内部沉积物的供给与分散产生了重要影响。

上述构造事件使塔里木盆地与鄂尔多斯盆地的地质结构明显不同。前者隆-坳分异明显,古隆起改造强烈,变化快,基底构造对其影响较强 (何登发等, 2009)(图 3a);后者寒武-奥陶系具有隆-坳分异,但继承性强,上部地层结构平缓,现今呈单斜形态,基底断裂对上覆盆地的控制不强 (图 3c),仅在中东部NE向基底断裂对油气运移可能有一定程度的影响 (赵文智等, 2003)。

二者的盐层分布层位有高、低之分。塔里木盆地在中寒武世于西部局限台地中发育了厚度达200~300m的膏盐岩沉积,与下部的下寒武统构成区域性的生储盖组合;鄂尔多斯盆地则是在早奥陶世于中央古隆起东侧发生沉降,于局限环境中沉积了面积超过5×104km2的膏盐岩沉积 (O1m56),与盐下O1m57-10及O1m4等构成有利的储盖组合。

生储盖组合的分布决定了油气成藏的基本特点。塔里木盆地的油气成藏主要为下生上储模式,玉尔吐斯组 (Cam.1y)、普斯格组 (P2p)、中下侏罗统等层系的烃源岩生成的油气以向上排烃为主,在奥陶系、石炭系、白垩系等层系中聚集,油气运移距离较长。鄂尔多斯盆地的烃源岩以上石炭统 (C2t)、下二叠统 (P1s) 的含煤岩系,上三叠统湖相泥岩为主;前者生气,以自生自储、上生下储为特色,后者以自生自储、短距离垂向运移的下生上储为特色。

油气分布受控于上述成藏模式。塔里木盆地台盆区油气呈“新月形”分布 (图 1),既有油,也有气;前陆区以气聚集为主,但在西南缘也有油田 (柯克亚油田、柯东1井油气藏);鄂尔多斯盆地满盆含气,油田主要分布于西南部。

受控于晚期深埋,塔里木盆地的勘探目的层较深,但由于快速埋藏,储集体仍可保留一定孔隙,于深层 (>6000m) 还有较好的砂岩储层,如东河1、4油田。鄂尔多斯盆地在早白垩世末达到最大埋深,孔隙胶结程度大,虽在晚白垩世以来隆升,但由于成岩的不可逆性,孔、渗较低,低孔、低渗油气藏是其主要特色。

4.2 三者之间的差异性

盆地的活动性上,塔里木与四川盆地活动性强,鄂尔多斯的活动性相对较弱 (表 8)。这与以下因素有关:(1) 大地构造位置,塔里木盆地处于古亚洲洋体系与特提斯体系的对接区 (许志琴等, 2011),新生代以来处于强烈活动的青藏高原的北缘;四川盆地处于特提斯体系的复合区,新生代以来处于青藏高原的东南缘;鄂尔多斯盆地处于古亚洲体系与特提斯体系的复合区,新生代以来处于青藏高原的东北缘,但相比于前两者,所受挤压仅局限于盆地西南缘;(2) 基底构造,塔里木与四川盆地的基底为8亿年前固结,基底构造分异强;鄂尔多斯盆地的基底固结于18亿年前,后期稳定 (可能沿N38°一线南、北略有差异);(3) 区域不整合面,在塔里木盆地多为角度不整合面,后两者多为平行不整合或低角度不整合面;(4) 岩浆活动,塔里木盆地在南华纪、震旦纪、二叠纪 (287Ma±)、晚白垩世有四期岩浆活动,活动强烈、分布范围大;四川盆地在南华纪、晚二叠世 (259Ma±) 岩浆活动频繁;鄂尔多斯盆地在震旦纪、侏罗纪局部发生岩浆活动,作用强度大大降低;(5) 新生代构造事件,塔里木盆地有巨厚沉积充填,鄂尔多斯与四川盆地则隆升剥蚀;5~3Ma以来,塔里木与四川盆地遭受强烈挤压,形成地壳或岩石圈尺度的褶皱,鄂尔多斯盆地则原位保存。

表 8 塔里木、四川与鄂尔多斯盆地的差异性 Table 8 Difference among Tarim, Sichuan, and Ordos basins

塔里木盆地的南、北缘经历了伸展-聚敛的完整过程,西南缘还经历了Z-D2、D3-T两个伸展聚敛旋回,这些事件交替发生,此起彼伏。四川盆地的东、西缘经历长期伸展-挤压作用 (陆内过程),南、北缘也经历了伸展-聚敛旋回。鄂尔多斯盆地的南、北缘经历了伸展、聚敛过程,西缘也经历了伸展-挤压的旋回 (陆内过程)。周缘构造事件对盆地内部的影响明显不同,这表现在沉积建造与不整合面的发育上。

三者海相层系的分布存在差异,在塔里木盆地为Z-P2;在鄂尔多斯盆地为Z-C2;在四川盆地为Z-T2(-T3底部)。

盆地地质结构的差异还表现在隆-坳结构上。塔里木盆地分异强,古隆起迁移性强,转换快。四川盆地的古隆起因“时”、因“地”而异,迁移快、变换快,改造程度强烈。鄂尔多斯盆地分异弱,隆、坳迁移不大。

油气地质条件的差异主要体现在源-储组合、油气成藏模式与油气成藏期等方面。塔里木盆地发育下寒武统玉尔吐斯组 (Cam.1y) 泥岩生-奥陶系储的远源组合;呈长距离运移成藏特点;具有S、P、N-Q三个关键成藏时期。四川盆地烃源岩层系众多,发育下寒武统筇竹寺组 (Cam.1q) 泥岩生-上震旦统灯影组 (Z2dn)、下寒武统 (Cam.1x、Cam.1l) 白云岩储、下志留统龙马溪组 (S1l) 泥岩生-二叠系、下三叠统储、上三叠统须家河组生-雷口坡组白云岩、须家河组砂岩储等近源组合;油气近距离运移成藏;油气成藏的关键时刻为P、K1与N-Q。鄂尔多斯盆地发育C2t-P1s含煤岩系生-O白云岩、C2t-P1s砂岩储的近源组合;呈源内或短距离运移成藏特点;关键成藏时期在K1

古生界的油气产出上有差异。塔里木盆地的产层以奥陶系为主,在寒武系刚刚有发现 (中深1C、中深5井),在二叠系仍未有进展。四川盆地在奥陶系发现甚少,在上震旦统灯影组 (Z2dn)、下寒武统 (Cam.1x、Cam.1l) 较多,在二叠系 (P2q、P2m、P3w、P3ch) 储集层位多,资源丰富。鄂尔多斯盆地以下奥陶统 (O1m) 为主要产层,在震旦、寒武系未发现;在二叠系三角洲砂体中储量、产量大。

油气分布特征各有特色。塔里木盆地的油气分布于塔北-满西-塔中一带,呈“新月形”。四川盆地满盆含气、中央半盆油;鄂尔多斯满盆含气,西南半盆油,但油的储量较之四川盆地中部则丰富得多。

5 讨论与结论 5.1 讨论 5.1.1 基底结构与上覆沉积盆地的关系

对中国西部塔里木、鄂尔多斯与四川三个海相盆地的基底研究表明 (邵学忠等, 1997; 罗志立, 1998; 董树文等, 2014; 宋晓东等, 2015; 丁建荣等, 2006),稳定的盆地基底是上覆沉积盆地发育的基本“依托”。三个盆地的“克拉通”属性,是上覆海相沉积发育与保存的关键。

基底的分区性则决定了上覆沉积盆地的原型特征,进而影响油气聚集区。塔里木盆地的基底南、北分块,基底岩相差异明显;北部负磁异常区的强度略低,寒武-奥陶纪边缘坳陷、侏罗纪断陷较为发育;南部高、低磁异常相间分布,表明基底形成期分异强,但其后强度较大,如麦盖提斜坡,呈整体变形特点,形成寒武-奥陶纪克拉通内坳陷与石炭纪被动大陆边缘,分布范围广;基底差异也制约着塔北与塔中隆起的构造演化过程,进而影响岩溶期次、强度与油气聚集。四川盆地的基底西、中、东分块,东部基底强度最弱,后期盆地的保存相对较差,上侏罗统-白垩系被剥蚀;西部基底强度次之,在压扭与挤压作用下,形成雁列状隆起带 (大兴、都江堰-新场等古隆起) 或褶皱断裂带,在新近纪以来川西南仍具有挠曲性质;中部最为稳定,在K2以来区域隆升背景下,仍有大型-巨型气田与中小型油田保存。鄂尔多斯盆地的基底最为稳定,但岩石圈南薄 (ca.120~150km)、北厚 (~200km) 的特点似乎对油气分布也有影响,岩石圈的厚、薄影响晚三叠世原型盆地的发育,也通过热结构对烃源岩的热成熟施加影响,可能是盆地西南部石油聚集的控制因素之一。

5.1.2 盆地叠加样式与油气聚集层系和油气富集区 (带) 的关系

三个海相盆地具有多旋回 (或构造层) 叠加的地质结构。每一旋回都经历了伸展-聚敛的完整过程,由于伸展期正断裂作用、差异沉降发生,于坳陷区或其斜坡带常有较好烃源岩的发育;在聚敛期储集体或圈闭较为发育,或在受限环境下有膏盐 (泥) 岩发育。因此,一个旋回层中常有一套生-储-盖组合分布。如在Z-D2、(D3-) C2-T、J-Q等旋回层中形成下、中、上三套区域性生、储、盖组合。其中,中、下组合是海相盆地油气勘探的主要对象 (贾承造, 2005)。

原型盆地的叠加样式是盆地地质结构差异的根本原因。原型盆地的叠加界面常是区域性不整合面或几个不整合面的复合界面 (图 3),在上述三个海相盆地中,寒武系底界 (桐湾运动面)、上石炭统底界 (加里东运动面与海西运动面的叠加)、侏罗系底界 (印支运动面) 是关键构造转换期的界面 (图 2图 3),沿其有威远、安岳、川东,塔河、哈拉哈塘、塔中、和田河、哈德4,靖边、苏里格等大气田的赋存。其主要原因在于:(1) 这些叠合界面上、下因风化壳或后期海侵地层的发育形成地层削截或地层超覆圈闭 (何登发, 2007),具有区域性发育与分布特点,如塔北隆起南翼、鄂尔多斯盆地中央靖边古潜台、川中隆起等;(2) 这些叠合界面上有较长的时间间断,长达数十-上百百万年,使上覆地层遭受岩溶作用,形成较好储层,如奥陶系风化壳;(3) 叠合界面使不同旋回层的源-储直接或间接接触,油气跨叠加界面运移,增加油气成藏的几率,如靖边气田、安岳气田、塔河油田等。叠加界面上多形成一套油气成藏组合并使其成为油气聚集层 (系)。

盆地叠加结构的另一特色是横向分块。不同“块”或单元的结构差异较大,是不同原型盆地差异叠合的结果 (何登发等, 2005a),进而影响油气分区。“块”之间的边界是大型断裂带或隆/坳过渡带,可构成大型油气富集带。如轮台断隆带、塔中Ⅰ号带、高石梯构造带等。断裂带或隆/坳过渡带影响的台缘带因其控制了优质储集体的分布也可成为油气富集带,如开江-梁平台棚两侧的台缘油气富集带,发育普光、龙岗、罗家寨、元坝等一系列大中型气田。

5.1.3 关键构造变革期和关键成藏期的关系

不同的构造-地层层序之间都经历了强烈的构造运动。如塔里木盆地的Nh-Z、Cam.-O、S-D2、D3-P1、P2-T、J-E和N-Q等之间,四川盆地的Nh-Z、Cam.-O、S、C2-T2、T3x、J-K1与KZ等之间,鄂尔多斯盆地的Pt2-3、Cam.-O1、C2-P、T和J-K1等之间 (图 2)。由于上述克拉通块体的规模较小,周缘构造事件对盆地的影响深刻。但从大的构造旋回来看 (图 2),(D3-) C2底部不整合面、侏罗系底部不整合面是构造旋回之间的转换面,代表关键构造变革期。由上所述,这些关键构造变革期的转换面都是重要的油气赋存场所。

关键构造变革期与关键成藏期之间并不吻合。三个盆地海相层系的成藏主要在S、P、K1、N-Q (表 1-表 6)。除N-Q有油气成藏、也有调整再成藏之外,前三个时期是重要的成藏期。塔里木盆地的关键成藏期是S、P;四川盆地的关键成藏期是S、P、K1;鄂尔多斯盆地的关键成藏期是K1

5.1.4 油气富集区的建设运动与调整运动

油气藏的形成需要油气成藏要素与成藏作用在时、空上的匹配。铸就盆地地质结构的各期构造运动对其都有不同程度的影响。但就油气富集区的形成而言,需要有大面积分布的储集层、大规模的圈闭发育区这两个基本条件。三个海相盆地中,(早、中、晚奥陶世) 加里东中期运动对于奥陶系储集体的形成有重要影响 (汤良杰等, 2014),使得在塔北隆起南翼、塔中低凸起北翼、鄂尔多斯盆地中央、川中发育了准层状分布的大面积岩溶系统 (赵文智等, 2015),构成了大型化储集体发育的基础。而 (中、晚三叠世末) 印支运动除在四川盆地中三叠统雷口坡组顶部 (T2l4) 形成风化壳外,主要在盆地内部形成大型隆起带或断裂构造带,例如四川盆地的开江、泸州、剑阁、汉南等古隆起,塔北隆起轴部断裂带、鄂尔多斯西缘断裂褶皱带等,它们是圈闭集中发育的场所。勘探业已证明,这些部位是主要的油气富集区 (带)。因此,可把加里东中期运动、印支期运动称为油气富集区的建设运动。

油气富集区形成以后,能否保存至今需要稳定的赋存环境。但受控于后期构造运动,油气富集区的调整与保存较为普遍。对于S、P形成的油气富集区,J3-K1普遍性的陆内调整运动的影响至为关键,如塔里木盆地、四川盆地 (马永生等, 2005a; 曾治平等, 2010);对于K1形成的油气富集区,N2-Q的喜马拉雅运动对其影响也非常深刻,有破坏调整,如塔中4油田、巴什托普油田、威远气田等;有调整再成藏,如哈德4油田、和田河气田、普光气田等。

挽近地质时期即新构造运动期海相地层的油气成藏、调整再成藏是三个海相盆地的重要特色 (邱中建和龚再升, 1999; 贾承造等, 2004, 2006)。

5.2 结论

(1) 中国西部塔里木、四川、鄂尔多斯等海相盆地位于古亚洲洋构造域、特提斯构造域的复合作用区,是在前寒武纪克拉通基础上发展起来的多旋回叠合盆地。

(2) 塔里木、四川、鄂尔多斯等多旋回叠合盆地经历了Z-D2、(D3-) C2-T、J-Q等三个伸展-聚敛旋回,盆地地质结构具有“垂向分层、横向分块”的特点。

(3) 每一伸展-聚敛旋回发育了独立的生-储-盖组合,伸展期因差异沉降常发育好的烃源岩,聚敛期较为发育大规模展布的储集体与圈闭组合,源-储、储-盖组合及其分布受盆地地质结构的控制。

(4) 盆地地质结构是控制油气分布的关键因素:① 基底分区制约上覆沉积盖层的原型盆地,进而影响油气聚集区;② 叠合结构样式控制了油气聚集层系与富集区带,盆地叠加界面上常形成一套有利的油气成藏组合,如石炭系或上石炭统底部不整合面上、下赋存了大型-巨型油气田;隆起带、断裂带、台缘带 (或岩相带) 控制了油气富集区 (带) 的发育;③ 油气富集区有两期建设运动:加里东中期运动与印支期运动,导致储集体与圈闭大规模发育;存在两期油气调整与改造运动,燕山中期运动 (J3-K1) 与喜马拉雅期运动 (N2-Q),使油气发生区域性调整、破坏或再次就位;新构造运动期的油气成藏较为普遍。

(5) 海相多旋回叠合盆地含油气层系多,勘探领域广,下部组合是勘探突破的重要方向。

致谢 本文在写作过程中,得到李德生院士、童晓光院士、戴金星院士、张国伟院士的亲切指导,在与陈洪德、杨华、郭旭升、漆立新、杨克明、付金华、郭彤楼、韩革华、王清晨、罗晓容、李忠、包洪平等教授的交流中受益匪浅,承蒙审稿人何碧竹教授与高山林高工提出中肯意见,谨致谢忱。
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