濱里海盆地S區(qū)塊鹽間地層構造演化及其對油氣成藏的意義

王曉伏 ，宋大瑋

(1.中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司哈薩克斯坦FIOC勘探部，北京 100029；2. 中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司勘探部，北京 100029)

鹽構造研究是當今油氣盆地構造研究中的熱點問題之一[1]，有關鹽體變形對沉積相帶、沙體分布、以及油氣匯聚等方面的控制作用，在國內外都已取得許多新的認識[2-3]。濱里海盆地是一個含鹽油氣盆地[4]，其油氣藏分布與鹽巖的構造演化有著密切聯(lián)系，而鹽巖的構造活動必然在同期的鹽間地層中留下行跡。因此，研究鹽間地層的構造行跡對于分析濱里海盆地鹽巖的構造演化和油氣成藏規(guī)律有著重要的意義。

自2004年以來，中石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司對濱里海盆地東南部地區(qū)S區(qū)塊展開了大量的勘探工作，并獲得了一系列重大油氣勘探成果。多年的研究資料表明，在S區(qū)塊內的鹽巖經(jīng)歷了多次的抬升,擠壓和差異負荷等構造作用，從而形成了不同形態(tài)的鹽丘和鹽間凹陷中的鹽間地層[5-6]。本文旨在對S區(qū)塊內鹽間地層的構造形態(tài)及其與鹽丘的接觸關系進行分析，探討其演化過程，進而討論鹽巖構造活動與油氣成藏之間的聯(lián)系。

1 S區(qū)塊地質概況

濱里海盆地位于哈薩克斯坦西部，整個盆地可以劃分為：北部及西北部斷階帶、中央坳陷帶、阿斯特拉罕-阿克糾賓斯克隆起帶和東南坳陷帶四個次級構造單元[7-8]。本次研究的S區(qū)塊就位于濱里海盆地的東南部，阿斯特拉罕-阿克糾賓斯克隆起帶上(圖1)。

1.濱里海盆地邊界 2.次級構造單元構造邊界 3. S區(qū)塊東西剖面位置圖1 濱里海盆地東南部構造單示意圖(根據(jù)文獻[6,9])

濱里海盆地充填了古生代以來巨厚的沉積物，地質剖面上主要分為以下三個層系(圖2)。

1)鹽下層系(PZ1-P1)，主要以巨厚的碎屑巖和碳酸鹽巖為主的海相沉積[10]。近年來展開的地質及地球化學研究證明，鹽下層系烴原巖對鹽上層系的油氣成藏有著重要的貢獻，烴類主要是通過鹽窗運移到鹽上層系中[11]。

2)含鹽層系(孔谷階P1kg)，全盆地廣泛發(fā)育，主要為鹽巖、硬石膏夾層，偶見碳酸鹽巖，并含有鉀鹽、鎂鹽等礦物，鹽層厚度變化范圍為1～6km。經(jīng)歷了中生代以來的構造作用后，鹽層發(fā)生變形，盆地內分布有各種形態(tài)的鹽丘構造超過1500個[6,10]。

3)鹽上層系(P2-Q)，主要是碎屑巖，發(fā)育了中生代以來由海陸交互相過渡到陸相的沉積地層[10]。由于含鹽層系的上隆又將鹽上層系分為鹽間地層(P2-T1)和鹽頂上覆地層(T2-Q)。值得一提的是，在S區(qū)塊研究區(qū)內的鹽上層系中普遍缺失T3-J1時期的地層，J2地層不整合上覆于T2-T3地層之上。

2 鹽間地層構造演化分析

鹽構造(Salt structure)是指由于巖鹽或其它蒸發(fā)巖的流動形變所形成的地質變形體，它們包括變形體本身及其周圍的其它變形巖層[2]。在濱里海盆地S區(qū)塊內的含鹽層系普遍經(jīng)受了變形作用，有關鹽巖變形的時期存在著兩種不同的觀點：第一種觀點認為三疊紀末期-早侏羅末期的地層的缺失說明該時期劇烈的區(qū)域構造作用，而鹽丘就是在這個階段形成的[6]；第二種觀點根據(jù)鹽丘兩側的地層特征判斷鹽丘從晚二疊-早三疊時期就開始上隆，但上隆過程分為初始形成階段，鹽丘活動階段和三疊紀以來的鹽丘刺穿階段[9,12]。雖然這些觀點都是從不同角度出發(fā)論證鹽丘的隆升模式，但由于S區(qū)塊內鹽構造的復雜性，有關鹽隆起的模式一直沒有統(tǒng)一。本次研究將從鹽間地層構造特征的角度來嘗試分析這一問題。

根據(jù)形變鹽體與上覆層之間的接觸關系,鹽構造可分為兩大類,即兩者之間為整合接觸的整合型(非刺穿型)和不整合接觸的刺穿型鹽構造?？偟膩碇v,鹽構造都從構造幅度及成熟度較低的整合型向幅度及成熟度較高的刺穿侵入型甚至噴出型演化的[2]。在觀察S區(qū)塊內二維地震解釋資料的基礎上，可以將區(qū)塊內鹽體和鹽間地層按照它們的接觸關系可以劃分出以下類型(圖3)。

2.1 扇形地層生長模式分析

扇形地層生長模式的鹽間地層在形態(tài)上主要分為三層：單斜沉積地層(P2)，扇形生長地層(T1)和水平沉積地層(T2-T3)。這三種地層形態(tài)分別代表了地層構造演化的不同階段(圖3(a)和圖4)。

圖2 濱里海盆地S區(qū)塊東西向構造剖面圖

圖3 S區(qū)塊二維地震剖面中鹽體與鹽間地層接觸關系分類

圖4 扇形地層生長模式

單斜沉積地層在P2時期是在鹽層之上水平沉積的前構造層，當時鹽層尚未發(fā)生變形，所以P2地層基本呈平行等厚的特征。此后，隨著鹽丘逐漸隆起，該套地層隨之發(fā)生褶皺，且鹽丘隆升越高，P2地層產狀也隨之變陡，但產狀始終與鹽丘側翼一致且厚度不變，直至鹽丘刺穿該套地層為止，因此形成了單斜平行地層的特征。從這一點上來說，這套地層與鹽丘的接觸關系屬于整合接觸型。

扇形生長地層在T1時期沉積在P2地層之上，由于P2地層的傾角隨著鹽丘隆升而逐漸發(fā)生變化，因此，在其后T1時期沉積地層的傾角也隨之變化，越早沉積的地層傾角越大，越晚沉積的地層越趨近于水平，形成一個向鹽構造隆起收斂的扇形地層特征，這種構造行跡又被稱之為翼部旋轉模式(Limb rotation)，是一種典型的生長地層[13-14]。一般認為，生長地層的沉積年代與構造隆升是同期的[15-16]，因此，在研究區(qū)內T1時期發(fā)育的生長地層就意味著在該時期已經(jīng)有鹽構造開始隆升，而不是在T3-J1時期才開始隆升的。

T2-T3時期的水平沉積地層上覆于T1時期的扇形生長地層之上。地層表現(xiàn)為水平展布，代表著該時期這里的鹽構造活動趨于平靜，由于鹽構造活動與源鹽層的供應是密不可分的[2]，因此這一鹽構造平靜期可能與源鹽供給不足有關。需要補充說明的是，研究區(qū)內一些鹽間地層在T2-T3時期也發(fā)育有扇形生長地層，因此，在T1和T2-T3時期鹽構造都有隆升活動，可見鹽構造不是一次性全都隆升起來的，而是分批次先后隆升的。

正如前文地質概況中提到的那樣，在T3-J1時期的地層在整個S區(qū)塊范圍內大部分缺失，代表著該地區(qū)進入了大規(guī)模的構造隆升期，并在鹽丘與T2-T3的地層接觸的鹽檐部位普遍發(fā)生形變，形成了的“鹽檐構造”，并在J2時期地層與下伏地層之間發(fā)育全區(qū)塊范圍的不整合面。

J2時期地層產狀近水平，構造形變較弱，在鹽間地層中發(fā)育小斷距走滑斷層，在鹽頂上覆地層中發(fā)育正斷層。這些都標志著大規(guī)模構造隆升趨于結束，對地層的影響逐漸減弱。

圖5 水平地層刺穿模式

2.2 水平地層刺穿模式分析

在該模式中，鹽丘與水平的鹽間地層呈近垂直的不整合接觸關系(圖3(b)和圖5)，這種不整合的接觸關系表明鹽丘對地層的刺穿底辟，造成刺穿底辟的機制可能為下沉建造作用(Downbuilding)或上覆前構造層(Prekinematic overburden)的斷裂作用造成鹽構造侵位[2]。Warsitzka等[17]通過對鹽丘隆起進行實驗室規(guī)模的物理模擬實驗證明，這種與水平鹽間地層有近垂直不整合接觸關系的鹽丘通常是最先隆升的，其兩側的地層隨著沉積加厚不斷的壓擠下部鹽層上長，這種下沉建造作用不僅造成了早期刺穿巖體的進一步上長，并且也造成了鹽丘附近地區(qū)新鹽丘的隆升，前文中所描述的具有扇形生長地層的鹽丘通常就是由這類水平鹽間地層沉積建造作用引發(fā)的次級鹽丘隆升(Secondary diapir)(圖6)。

此外，從鹽丘的形態(tài)上看，鹽丘頂面在T2的地層中呈近水平的形態(tài)出現(xiàn)，并沒有出現(xiàn)大幅度的懸掛構造，因此，筆者認為鹽丘應該是在T2的某一時期刺穿地表出露于水體中，由于鹽丘的可溶性，所以鹽丘的出露于水體中的部分很快被“溶平”[17]。此后，隨著鹽丘隆升作用的減弱，在此之上接受了T2-T3時期水平沉積的地層。

在此之后，T3-J1時期的構造演化為全區(qū)范圍，其鹽頂上覆地層的演化模式與前文中扇形生長模式一致。

3 構造演化與油氣成藏的聯(lián)系

通過上述的論證，筆者認為鹽丘與鹽間地層的接觸關系代表著鹽丘構造生長的不同過程，而不同的生長過程會影響鹽丘隆起的古構造高度(圖7)。

圖6 下沉建造作用導致的次級隆升模式

圖7 鹽隆與地層接觸類型差異古構造示意圖

整合接觸型鹽丘的隆升過程中，其周圍通常有整合地層的保護，從而避免了鹽體和水的接觸，因此從P2-T3時期可以長期維持構造高點的地位。一些在P2-T1時期發(fā)育扇形生長地層，一些在T2-T3的地層中發(fā)育扇形生長地層，這些構造高點附近都應發(fā)育物性較好的沉積，并且由于翼部旋轉的生長模式，使得砂巖層向構造高點發(fā)育尖滅圈閉。這種沿著鹽背斜翼部邊緣發(fā)育圈閉的構造特征在墨西哥灣(GOM)含鹽盆地中也有發(fā)現(xiàn)[18]。不僅如此，在經(jīng)過T3-J1時期的構造作用后，使得在這些鹽丘附近的地層變形，發(fā)育“鹽檐構造”，這些物性較好的尖滅地層也有利于油氣的匯集。

不整合接觸型鹽丘則主要是刺穿作用造成，由于鹽巖的可溶性，使得刺穿的鹽丘很難維持構造高點，因此這種鹽隆對沉積分布的控制作用較弱，換言之，鹽隆刺穿處附近沉積了沙巖或者泥巖都具有不確定性，雖然T3-J1的區(qū)域性構造運動仍然可能使這種鹽丘附近的地層發(fā)育“鹽檐構造”，但物性上的差異使得該地區(qū)的油氣成藏也具有一定的不確定性。

分析至此，筆者認為由于整合接觸型鹽丘和不整合接觸型鹽隆在古構造高度上存在著差異，才導致了它們在油氣成藏能力上的差別。從古構造高度的角度上來推斷，具有整合型接觸關系的鹽丘附近的鹽間地層同時受到巖性和構造的控制，更有潛力發(fā)育多種類型的圈閉；而非整合型鹽丘則由于其周圍巖性的不確定性，使得構造成為控制圈閉的主控因素，因此圈閉類型較為單一。當然，這一認識還有待日后勘探工作的深入展開來進一步證實。

4 結論

綜上所述，本次研究取得的主要認識有兩方面。

1)該地區(qū)鹽構造隆升活動主要集中在P2-T3時期，且隆升過程為分批次進行：與鹽丘具有不整合接觸關系的水平地層形成于早期刺穿的鹽丘附近，時代為P2-T1；與鹽丘具有整合接觸關系的扇形生長地層形成于后期非刺穿型的鹽丘附近，時代為T1-T3。

2)識別鹽丘和鹽間地層的接觸關系對于分析鹽檐構造的油氣成藏有著重要意義。整合接觸型鹽丘和不整合接觸型鹽丘在古構造高度上存在著差異導致了它們在油氣成藏能力上的差別。

[1] 湯良杰,余一欣,陳書平,等.含油氣盆地鹽構造研究進展[J].地學前緣, 2005,12(4): 375-383.

[2] 戈紅星,Jackson M P A.鹽構造與油氣圈閉及其綜合利用[J].南京大學學報,1996,32(4):640-649.

[3] 賈承造,趙文智,魏國齊,等.鹽構造與油氣勘探[J].石油勘探與開發(fā),2003, 30(2): 17-19.

[4] 米中榮,周亞彤,李青,等.濱里海盆地東南部鹽構造與鹽上油氣成藏[J].內蒙古石油化工,2011(4):139-141.

[5] 劉洛夫,朱毅秀,張占峰,等.濱里海盆地鹽上層的油氣地質特征[J].新疆石油地質,2002,23(5): 442-447.

[6] 劉洛夫,尚曉慶,孟江輝,等.濱里海盆地東南部S區(qū)塊下二疊統(tǒng)空谷階鹽巖特征及其對鹽上層系油氣成藏的影響[J].吉林大學學報：地球科學版,2012,42(2):304-311.

[7] 周亞彤.濱里海盆地TKW油田油氣成藏模式[J].油氣藏評價與開發(fā),2011,1(3):8-11.

[8] 錢桂華.哈薩克斯坦濱里海盆地油氣地質特征及勘探方向[J].中國石油勘探,2005(5):60-66.

[9] 張建球,米中榮,周亞彤,等.濱里海盆地東南部鹽上層系油氣運聚規(guī)律與成藏[J].中國石油勘探, 2010(5):58-80.

[10] 劉洛夫,朱毅秀,熊正祥,等.濱里海盆地的巖相古地理特征及其演化[J].古地理學報, 2003,5(3):279-290.

[11] 古俊林,朱桂生,李永林. 濱里海盆地Sagizski區(qū)塊鹽上層系成藏條件及分布規(guī)律研究[J]. 中國石油勘探,2012(2):57-61.

[12] 單中強,朱桂生,米中榮,等.濱里海盆地AshkS地區(qū)鹽上構造演化及油氣成藏模式[J].內蒙古石油化工, 2011(1):148-151.

[13] Shaw J H, Connors C D, Suppe J編.夏義平,黃忠范,李明杰,等譯.擠壓斷層相關褶皺地震解釋[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[14] Shaw J H, Novoa E, Connors C D. Structural contronls on growth stratigraphy in contractional fault related folds[J].AAPG Memoir 82,2004: 400-412.

[15] Suppe J,Chou G T, Hook S C. Rate of folding and faulting determined from growth strata[C]//McClay K R. Thrust tectonics, London: Chapman and Hall, 1992.

[16] Suppe J, Sabat F, Munoz J A, et al. Bed-by-bed fold growth by kink-band migration: Sant Lloren? de Morunys, eastern Pyrenees[J]. Journal of Structural Geology, 1997,19(3-4):443-461.

[17] Warsitzka M, Kley J, Kukowski N, et al. Salt diapirism driven by differential loading-some insights from analogue modeling[J]. Tectonophysics, 2013, 591：83-97.

[18] Beaumont E A, Foster N H編.劉德來,王永興,薛良清,等譯.油氣圈閉勘探[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002.