地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (6): 1036-1047
引用本文
张林炎, 宋立才, 李会军, 董敏, 季长军, 马立成. 地质力学理论对中国深层油气勘查的作用[J]. 地质力学学报, 2019, 25(6): 1036-1047.
ZHANG Linyan, SONG Licai, LI Huijun, DONG Min, JI Changjun, MA Licheng. THE ROLE OF GEOMECHANICS THEORY IN THE EXPLORATION OF DEEP OIL AND GAS IN CHINA[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(6): 1036-1047.
地质力学理论对中国深层油气勘查的作用
张林炎1,2, 宋立才1,2, 李会军1,2, 董敏1,2, 季长军1,2, 马立成1,2    
1. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 中国地质科学院页岩油气调查评价重点实验室, 北京 100081
摘要:地质力学是我国著名地质科学家李四光创立的一门以系统论为基础,以构造体系为核心内容、跨学科的系统构造地质学理论。七十多年来,在区域地质、地震地质、地热勘查、第四纪地质、地壳稳定性评价等方面得到广泛的应用发展;在固体矿产、油气资源战略选区预测,指导部署勘探方面硕果累累。文章回顾了中国油气勘探历程,总结了地质力学理论在中国常规油气勘查思路和方法的成功经验,在松辽、塔里木及江汉等多个重要含油气盆地的发现中,地质力学理论起到了实用效果,并认为地质力学理论将一如既往,在我国深层油气勘查中继续发挥引领作用。
关键词地质力学理论    构造体系    系统论    深层油气    引领作用    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.06.086     文章编号:1006-6616(2019)06-1036-12
THE ROLE OF GEOMECHANICS THEORY IN THE EXPLORATION OF DEEP OIL AND GAS IN CHINA
ZHANG Linyan1,2, SONG Licai1,2, LI Huijun1,2, DONG Min1,2, JI Changjun1,2, MA Licheng1,2    
1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
2. Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction, Institute of Geomechanics, CAGS, CGS, Beijing 100081, China
Abstract: Geomechanics, founded by Chinese famous geologist J. S. Lee, is an interdisciplinary theory of systematic tectonic geology based on systems theory and centered on tectonic system. Over the past 70 years, it has been widely applied and developed in regional geology, seismic geology, geothermal exploration, quaternary geology, crustal stability evaluation and other aspects. Great achievements have been made in the strategic zones selection, forecast of mineral, petroleum resources, and guidance of the exploration of those resources. In the discovery of the Songliao, Tarim, Jianghan and other important petroliferous basins, geomechanics theory has played a practical role. This paper reviews the history of China's petroleum exploration, summarizes the successful experience of geomechanics theory in China's conventional petroleum exploration, and believes that geomechanics theory will continue to play a leading role in China's deep oil and gas exploration.
Key words: geomechanics theory    tectonic system    system theory    deep oil and gas    leading role    
0 引言

回顾中国油气勘探史,半个多世纪以来,中国油气勘探经历了极其艰难曲折的历程[1]。石油是工业的血液、重要的战略资源。新中国诞生初期的石油工业,只有一个小小的玉门油矿,年产量14.26万吨。发展石油工业,又遭遇“贫油论”思潮的束缚。20世纪50年代初接受苏联专家援助时期,找油的思路是见油找油,勘探力量主要部署在中国西北地区,集中在塔里木盆地西部南天山山前新近纪红层油苗出露的地方,随之发现了克拉托小油田,后来又在准噶尔盆地发现了克拉玛依油田。1957年地质部普查队伍成立,时任地质部长李四光根据地质力学理论提出战略东移的部署方针[2-3],石油普查大军便浩浩荡荡地开进松辽平原,在极其艰苦的条件下,1959年松辽盆地发现大庆油田。随后,石油的普查队伍又开进了华北、江汉盆地,在李四光提出新华夏系第二断陷带之后发现了胜利、王场及莺歌海等重要油气田。

新中国早期油气勘探主要集中在中新生代断陷盆地(即“单旋回盆地”),建立了新中国石油工业的基础和石油地质理论。进入20世纪80年代,中国油气勘探区域扩展至以四川盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地为核心的广大区域,但是仅发现一些中生代小油田。1984年,在塔里木盆地北部沙雅隆起构造带上,根据地质力学理论部署的沙参2井在埋深5391.18 m的奥陶系获得重大突破[4-6]。在沙参2井重大突破的引领下,塔里木盆地深层海相古生界油气勘探得到全面突破,标志着我国油气勘探进入深层油气占据重要地位的时代。由于地质特征的差异,深层油气在中国东部地区一般指埋深大于3500 m或前新生界地层中的油气藏,而在中国西部地区指埋深大于4500 m或古生界以下地层中的油气藏。

地质力学理论在新中国成立初期的中浅层油气勘探中发挥了重要的指导作用,也引领了早期的深层油气勘探;当前,中国油气勘探在向更深的层位迈进,因此,本文的目的在于总结地质力学理论在中国中浅层常规油气勘查思路和方法的成功经验,并对地质力学理论在深层油气勘探中的作用加以探讨。

1 地质力学理论对我国油气勘探的历史贡献

地质力学理论是一门以系统论为基础,以构造体系为核心内容、跨学科的构造地质学理论,李四光是地学界把力学全面引入地质学的世界第一人。李四光在《地质力学概论》中对构造体系下了很精辟的定义[7]:“构造体系是由许多不同形态、不同力学性质、不同等级和不同序次,但具有成生联系的构造形迹所组成的构造带,以及他们之间所夹的岩块或地块组合而成的总体”。地质力学理论被国际地学界誉称为自主创新的水平运动论、活动论,地质力学理论对我国油气勘探的历史贡献主要表现在下面几个方面。

1.1 从大地构造观点出发指出我国具有丰富的石油资源前景

解放初期,新中国的石油工业十分薄弱,加上勘探技术、地质理论落后,一些同志产生了悲观情绪,认为我国的地质条件既不像美国的北美地台,也不像苏联的俄罗斯地台,发展天然石油的前景不大,出现了中国贫油的看法[2]。早在1928年,李四光针对外国人在中国散布的贫油说态度鲜明地指出,国外石油公司在中国勘探的失利并不能说明中国没有油气,在中国四川盆地及其类似地质条件的地区值得进一步开展工作[2]。1935年,他基于中国新华夏构造体系沉降带分布特征指出,新华夏系的内陆沉降带是白垩纪内陆盆地的发展,在华北平原结合地震进行钻探,有可能发现石油[2]。1953年,李四光向党中央提出,中国有油,而且中国的油气还是丰富的,并建议先开展全国性石油大普查。1954年,燃料工业部石油管理总局在北京召开了有特拉菲姆克、莫西也夫等8位专家参加的座谈会,李四光应邀到会作了“从大地构造看我国石油资源勘察远景”的长篇演讲,他运用地质力学理论,从沉积条件和地质构造条件开始,系统地论述了我国油气资源前景[2]。1956年,在国务院干部会议上,周恩来总理基于李四光的论断指出,中国石油地下储藏量很大,但是需要及时开展工作[2]。经过多年的石油普查勘探取得的丰硕成果,雄辩地证明我国具有丰富的石油资源前景,打破了旧中国贫油论思想,为我国石油工业的发展开辟了崭新的道路。

1.2 部署我国油气勘查战略东移,实现大庆油田发现

李四光曾多次强调新华夏系是我国东部控制油气区的主导构造体系,新华夏系的三个沉降带是非常具有远景的,其中,松辽—华北—江汉—北部湾带,即第二沉降带,需要尽快研究查明油气地质条件[1-3, 8-10]。1957年,地质部根据油气勘查进展和李四光的建议,作出我国油气勘查战略东移的部署[2, 3]。1958年,在松辽盆地广泛发现井下油气显示,1959年9月突破松辽出油关[8],发现大庆油田和扶余油田。从此开创了我国石油勘查的新局面。1964年12月,在第三届人大政府工作报告中,周恩来总理指出:“大庆油田是根据我国地质专家独创的石油地质理论进行勘探发现的。”[1-2]1999年张文昭在回忆大庆油田、辽河油田的发现中也写道:“大庆油田的发现,归功于中国地质学家冲破陆相贫油论和科学的预见,归功于中国石油勘探战略东移的英明决策,归功于正确的盆地区域勘探的战略战术。”[3]

基于大庆油田的成功,李四光再次强调构造体系控油作用,并指出新华夏构造体系控制着中国东部的几个大油区。1959年10月,他及时要求石油普查队伍根据大庆的经验,去找类似的地区,以发现新油田;1960年初,地质部党组决定华北盆地为石油普查勘探的重点[2, 8]。经过多年的勘探,华北盆地也发现胜利、大港、辽河、冀中以及中原等一大批油气田。

继华北突破之后,江汉盆地已于1958年开始了石油地质普查工作。正如《江汉盆地油气勘探四十年》中说的“江汉盆地40年的历史是一部可歌可泣的创业史,是一部勇于实践,善于实践的普查勘探史……这部历史,将永远载入我国地质勘察和石油工业发展的史册,江汉盆地是一个应用地质力学理论找油的成功实例。从理论上,或战略上指出江汉盆地为油区,在选择油区之后,通过地震面积普查和部分构造详查的成果,面对潜江凹陷这样一幅重新描绘的应变图像,李四光进一步指出,周矶及其周围这个扭动构造体系是潜江凹陷找油最有利的构造带。从1961—1966年,“五普”三上王场,实现了王1井(发现含油砂岩)、王2井(突破工业油流关)和潜深4井(高产工业油气流)的大突破。喷油之后,李部长再次指出车档断层可能是个压性结构面,应靠近这个断层面施工,布潜深5井之后,获稳产777方/日(敞喷千吨/日,这在当时国内尚属罕见),从而永远载入江汉盆地油气勘探史册。”[11]

李四光曾多次强调中国北部湾油气前景。1977年9月,南海北部湾盆地第一口油气发现井—湾一井在古近系试获日产原油28.8 m3,天然气9490 m3,也说明了北部湾地区有良好的油气资源前景。

东海是我国大陆边缘的浅海区,沉积物是从大陆来的,地质力学理论认为北北东向外带浅海海域的远景,不亚于大陆内带。

2 地质力学理论在长期油气勘查过程中形成的思路和步骤

对地壳构造和地壳运动规律的正确认识,是指导找矿的关键。找油问题关键不在于海相和陆相,而在于生油和储油的条件,对于石油的形成和分布,要从两方面研究认识:第一,沉积条件;第二构造条件。生油条件要求有良好的生油地质和古地理环境,并沉积了大量的、丰富的生油物质,才有可能形成油田。而沉积环境往往受构造所控制,构造还为油气的运移、聚集成藏提供了动力源,也提供了聚集和成藏的场所。所以,对油气形成和分布规律的认识,主要还是对构造规律性的正确认识。1954年3月,在燃料工业部石油管理总局作报告时,李四光指出:“在大地槽的边缘地带和比较深的大陆盆地是生成石油的府库,地台的边缘隆起带和环绕陆盆中心的隆起带是石油天然富集的地带,”李四光又指出“矿产分布的规律,固然一部分和成生的条件有关,但主要是受构造体系的控制。”[2, 7-8]

地质力学理论在油气勘查过程中找油的指导思想比较独特,提出了先找油区,再找油田的指导思想。认为找油区是找油的战略问题,找油田是找油的战术问题,这一指导思想曾被认为对油气勘查程序在指导思想上的一个飞跃。油区是指生油和储油条件比较优越的广大区域,其核心是生油条件。根据地质力学理论,有利于生油的条件主要包括:①存在比较广阔且长期被浅海或湖水所淹没地区;②有适宜的气候,在这些水体及周边地区有极大量的微生物繁殖;③有快速埋藏微生物的条件。并提出了油区受巨型构造体系的一级构造成分控制[2, 7-8]。对于生油环境而言,坳陷的部位为优质烃源岩的发育提供了场所。巨型隆起和坳陷构造形迹通常都是巨型构造体系的组成部分,而不是孤立出现[2, 7-8],隆起和坳馅的格局和分布是有规律的,是受巨型构造体系的一级构造成分控制的。由此可知,地质力学理论不仅强调了生成油气的物质基础,而且将控制优质烃源岩展布的坳隆格局与其沉积环境的构造成因有机的联系起来。

油田是生油条件和储油条件特别好的地区,寻找油田其关键是对储油构造作构造分析。分析储油构造,须先研究构造体系,把目标构造纳入一定类型的构造体系中,然后再从构造体系的整体出发,来看待目标构造的地位。因此,地质力学早在20世纪60年代便提出构造体系逐级控制油气的理论:①大型或巨型构造体系及其复合形成的一级负向构造带(区)控制油气区;②主导体系二级负向构造带,尤其是多体系重叠复合的二级负向构造带控制生油区、二级正向构造带控制油气聚集带;③体系中三、四级乃至更低级的构造,控制油气田、藏[7-8]。随着勘探工作的深入地质力学进一步提出地应力驱动油气移聚的论点,并采用油田地应力测量和应力场数值模拟研究来分析油气的动态运移过程和富集区,为油田分析开拓新途径。

基于中国油气勘探工作经验,李四光总结提出了:①油区指出,②油区选定,③地球物理勘探展开,④地质钻探,⑤油田预测,⑥油田圈定,⑦油田评价等油气勘探七个工作步骤[2-3, 7],为油气勘查工作规划了完整的勘探程序。

3 地质力学理论对我国深层油气勘查中的引领作用 3.1 地质力学理论在塔里木盆地油气勘查中的作用

1978年初,地质地矿部对下属石油地质综合研究大队(荆州)下达了在塔里木盆地开展二轮石油普查任务。在古生代,塔里木地区的大地构造格局,北有天山地槽,本部有塔里木地台,再往南又有昆仑地槽,它们都是东西走向。地台为平缓的隆起区,地槽为带状沉降带。地槽边缘为良好的生油地带,生成的油气会源源不断地向地台上及其边缘汇集。中新生代,随着东亚大陆地史的进步、演化,塔里木地区进入盆山构造体制阶段。盆地的发生首先从周边的山前坳陷开始,即北边的南天山、东北边的库鲁克塔格、东南边的阿尔金山、西南边的西昆仑山、西北边的柯坪塔格。盆地成生主要是从侏罗纪开始的,经历了K—E的发展。此间,塔里木盆地西南边缘还经历了海侵,至新近纪,塔里木从周边到中央整体快速沉降,统一成盆。从生油条件来看,J1-2的煤成油气和塔西南K2—E的海相烃源岩,是成油的主要因素。油气是向前陆斜坡及前陆隆起上汇集的(图 1)。

图 1 塔里木盆地构造体系图 Fig. 1 Tectonic system map in the Tarim Basin

从构造条件分析,塔里木主体夹持在天山、昆仑山两条巨型纬向系之间。须注意,地台本部也发育区域东西向构造带-塔中隆起带及地台南北边缘的台缘隆起,这些都是初序次一级构造,从而奠定了塔里木东西走向的构造格局[12]。中新生代,由于盆地东北部被新西域系复合,西南部被帕米尔歹字型复合,东南部被阿尔金系复合,西北部被欧亚山字型前弧东翼复合。此外,盆地北部还发育南天山弧、南部发育昆仑弧,从而迫使塔里木最终成菱形盆地。根据对塔里木区域构造作分析,目的是要探索盆地自中、新生代以来,在区域南北向水平挤压的构造背景中,东北部和西南部兼具右旋扭动,西北部和东南部兼具左旋扭动,地应力的活动与油气的运移有密切的关系。下面对塔里木盆地油气勘探区块,按轻重缓急顺序分别列述。

(1) 沙雅隆起:为塔北台缘隆起,属区域东西构造带控制的一个古隆起(图 1图 2),自古生代以来就是油气富集的有利地带[13],新生代南、北为陆内坳陷及前陆坳陷,天然气的次生富集带。该区已被探明为重要的油气聚集带,已发现18个油气田,其中塔河油田是古生代海相特大型油气田,油气储量达14×108 m3

a—现今剖面; b—新近系沉积前; c—三叠系沉积前; d—东河砂岩-石炭系沉积前; e—志留系沉积前 图 2 塔里木盆地沙雅隆起台缘隆起形成的演化过程[14] Fig. 2 Formation and evolution of platform margin of the Shaya uplift in the Tarim Basin[14]

(2) 库车-乌什前陆坳陷:J1-2为主要烃源岩,K—N粗碎屑岩系为主要储集体,现已在北部第二断褶带发现克拉2大气田、迪那2大气田、大北3大气田,是西气东输的重要基地,但仍须向乌什坳陷方向扩展。

(3) 卡塔克隆起:为塔中古隆起的中段,以古生代早期油气富集为主体,需关注C—P的油气资源。该区已有重大突破,已发现数个亿吨级油气田,但仍须进一步深化扩展。

(4) 麦盖提斜坡:该区为塔西南坳陷的上倾斜坡,C—P系油气富集区,同时也包括玛扎塔格反“S”形构造带晚期次生天然气富集。该区是塔里木与昆仑地槽相关的油气富集带,具有良好勘探前景。

(5) 塔东中央低隆起带:这是一条被压制的古老低隆起带。古隆起具有长期的控油作用(古生代),而满加尔坳陷又是重要的油源区(—O),加强勘探,定会有重大发现。

(6) 顺托果勒低隆起:是介于满加尔坳陷与阿瓦提坳陷之间的一个低隆起,坳中隆具有近水楼台先得月的条件,已发现哈德逊等大型油气田,但仍有良好的发展空间。

(7) 孔雀河斜坡:构造属性为库鲁克塔格隆起的前陆盆地(J),古生代时是满加尔坳陷的东北斜坡区,具有优先捕获坳陷油气的条件,侏罗纪前陆坳陷也须关注。

(8) 塔西南前陆坳陷:K2—E残留海相油气也须选择有利构造带重点突破,要注意这些构造带都是帕米尔歹字型的外围褶皱带,反“S”形扭动特征非常明显。

塔里木盆地面积56×104 km2,具有宽广的勘探领域,回旋余地很大,是西部油气勘探的接替区。

3.2 地质力学理论在鄂尔多斯盆地油气勘查中的作用

鄂尔多斯盆地位于华北地台的最西部,面积约25×104 km2,油气勘查在新中国成立以来经历了复杂曲折的过程,人们曾多次对这一盆地找油气的前景产生怀疑[15-17]。1955—1968年的14年间,勘查虽未发现工业油气流,但积累了大量地质资料和寻找油气的经验教训。自1969年起,遵循李四光“打回老家去”的指示精神,石油普查工作从渭河和河套外围地堑转向鄂尔多斯盆地本部,1970年发现庆阳油田(T3)以后才取得重要进展,稳定了军心[15-17]。目前,由于深层古生界海相天然气的发现,该区出现了全新的勘探局面,已发现苏里格、榆林、子洲、乌审旗、大牛地、米脂、靖边等一批特大型气田,同时盆地南部也发现华庆、姬塬、安塞、西峰等多个三叠系油田,呈现出满盆含气,南半盆出油的可喜局面,也进一步证明该盆地油气资源十分丰富,油气勘探潜力巨大。

从古生代至三叠纪,鄂尔多斯是华北地台的一部分,属纬向构造体系,以区域性的升降运动为主,沉积格局主要表现为南北分异(图 3)。盆地的成生主体是从侏罗纪开始的,晚三叠世为残留地台阶段,晚白垩世以来,在断陷机制控制下,盆地周边发生不均衡的断陷沉降。从生油气条件来看,中奥陶统顶部的平凉组烃源岩、C—P的煤系烃源岩和T3优质泥岩烃源岩,是三套主要烃源岩,它们成烃及运聚的特点主要受纬向体系制约形成的沉积体系控制。此外,还须注意贺兰地槽和秦岭地槽生成的烃源岩,对鄂尔多斯盆地西部和南部油气富集的增援。从构造条件看,从古生代至三叠纪,鄂尔多斯地台的控制因素主要是纬向系,地台本部北纬38°线为区域东西构造带,属初次一级构造形迹,须引起重视。鄂尔多斯成盆主体受祈吕贺兰山字型控制,华夏系参与配合。所以,盆地形态呈南北向展布的矩形,西深东浅的倾斜度不超过1°,极为稳定。自晚白垩世以来,受断陷机制的改造,需要注意研究在区域上的影响。

图 3 鄂尔多斯盆地纬向系控制C—P沉积相图 Fig. 3 Carboniferous-Permian sedimentary facies distribution under the control of latitudinal structural system in the Ordos Basin

下面对古生界(含上三叠统)油气系统勘探领域择重点作分析:

(1) 盆地北部苏里格—杭锦旗地区:广泛发育C-P的煤系烃源岩,具有广覆式生气特点,已发现苏里格大气田,储量达5378×108 m3。下一步勘探目标主要向苏里格—杭锦旗的西部、南部地区发展。西部地区在构造低部位甩开勘探已见到良好的含气显示;南部属苏里格沉积体系向南的延伸,C—P水下分流河道发育。

(2) 盆地中部靖边—延安地区:是下古生界和C—P复合含气区,已发现靖边气田,具有厚度大、横向连片及分布稳定的C—P水下分流河道砂体储层和奥陶系顶部的风化壳岩溶储层,进一步勘探,可形成大气田规模。

(3) 盆地东部子洲—米脂地区:具有多层系复合含气特征,埋深相对较浅,已发现子洲气田。此外还具有下古生界盐下白云岩储层和C—P不同成因类型的砂体发育。

(4) 盆地北部乌兰格尔隆起勘探区:乌兰格尔作为继承性古隆起,属纬向系台缘隆起带,它控制了古生界及中新生界沉积,是油气长期运移的指向区,尤其是东北部地区,目前已发现塔巴庙C—P气田。

(5) 盆地西北部—天环坳陷北部地区:C—P发育北西向物源控制的储集砂体,另外,奥陶系发育礁滩相储层,可形成一定储量规模和重要的勘探接替区。

(6) 盆地西南部华亭地区和东南部富县—宜川地区:西南部华亭地区目的层为C—P储层,勘探程度低,已发现镇探1井山西组1段试气获工业气流,具有较好的勘探前景,是下一步重要的接替区。东南部富县—宜川地区目的层为C—P储层和奥陶系白云岩岩溶型储层。晚古生代,发育优质的砂体储层。

(7) 汾渭盆地氦气勘探区:汾渭地堑是受断陷机制控制的盆地,基底断裂发育,目前已发现氦气品位高,是值得勘探的一个重要领域。

鄂尔多斯晚三叠世是华北地台残余坳陷沉积,主要受纬向系控制,储集相带主体呈北东—北北东向展布,T3油气系统勘探领域主要包括:

(1) 陕北西峰、华庆、姬塬等地与三叠系延长组五大三角洲砂体有关的油气勘探:延长组含多个油层组,储层非均质性强,仍有很大潜力可挖。

(2) 西缘断褶带油气勘探区:主要包括受六盘山弧形构造体系控制的马家滩段和沙井子段,已发现马家滩油田,延长组中下部和侏罗系延安组目的层保存较全,构造圈闭发育,易形成多层系复合含油圈闭。

(3) 盆地东南部地区:临近渭北隆起附近,地层变化复杂,已发现四郎庙、七里镇延长组小型油田。

(4) 盆地西南部地区:镇泾—彬县地区,位于T3烃源岩区附近,砂体发育,已发现多个油田,并有天然气,可能发现新油田。

3.3 地质力学理论在四川盆地油气勘查中的作用

四川盆地是我国利用天然气最早的地区,经过长期艰苦曲折的勘探实践和研究探索,获得了丰富的勘探成果。尤其是2001年以来,随着普光、威远、广安、新场、合川、安岳、龙岗、元坝等大型气田的发现,使天然气探明储量快速增长,也证明四川盆地全盆含气,多层系含气,油气资源丰富。但对于沉积盖层近万米,构造变形极强的四川盆地,油气勘探具有极高的难度和复杂性,其特殊性主要表现:①存在受滑脱层分割的多套形变系统,造成不同构造层的构造形态多变,隐伏背斜和断裂多而复杂;②储集层岩性普遍致密,大多为超低孔渗状态,非均质性很强;③多层系含气,油气富集在一定程度上受裂缝发育的控制,形成的油气藏也是千姿百态[1]

四川盆地是在上扬子准地台基础上演化而来的,实际上它是华夏系第三沉降带南部的一个巨型沉降盆地,其原型包括云南东部,面积达25×104 km2, 北东走向,T3—J为主成盆期,现今盆地面积为18×104 km2,主要受华夏系控制,与其伴生的龙门山为华夏系第四隆褶带。印支运动以前,在纬向系和华夏系的联合控制下,台地内部形成北东向大隆大坳的构造格局,台内坳陷和台地边缘发育良好的烃源岩,下寒武统、下志留统以及中生界上三叠统和下侏罗统泥岩是主要的烃源岩。盆地内在加里东期、海西期(东吴期)、印支期甚至早燕山期形成了不同规模不同控气作用的古隆起。四川盆地勘探层系、勘探领域极其广泛,现择其主要作初步分析。

(1) 加强四个古隆起及周围的勘探:①加里东期乐山—龙女寺古隆起是下古生界天然气勘探有利领域,已发现威远、磨溪—高石梯气田,未来在健为还有潜力可挖;②海西期开江古隆起,在东吴期呈东西向展布,印支期因受华夏系改造而呈北东向,控制了石炭系优质储层分布,已发现十多个气田;③印支期泸州古隆起,虽然地层被剥蚀严重,但同时也改造了储层,仍处于区域隆起的高部位,有利于油气富集;④早燕山期江油—绵竹、大兴古隆起,呈北东向展布,已发现一批小气田,如中坝、平落坝、白马庙等气田,勘探程度低,仍有勘探前景。

(2) 山前带具有一定的勘探潜力:龙门山、米苍山—大巴山山前烃源岩广泛发育,前陆坳陷具有厚层砂岩沉积,构造圈闭发育,构造形迹受伴生造山带控制,是下一步大发现的重要领域,尤其涪阳坝地区是华夏系和纬向系复合交会地区,值得进一步勘查。

(3) 川中、川西浅层勘探领域:包括须家河组大面积分布的岩性油气藏和围绕下侏罗统烃源岩分布的地区。

(4) 威远地区为旋卷构造体系与深层帚状构造体系复合地区,其撒开端及砥柱是油气富集区(图 4),已在震旦系发现富氦油气。另外,围绕威远、巴中和观音场旋卷构造体系的弧形褶皱,如自贡、达县地区等,值得进一步勘探。

图 4 威远地区构造体系与油气关系图[18] Fig. 4 The relationship between tectonic system and oil and gas accumulation in Weiyuan area[18]
3.4 地质力学对现今阿拉善地块深层油气勘查的设想和预测

阿拉善地块是我国唯一的一个古地台,位于甘肃、内蒙、宁夏邻接区,面积约4×104 km2,目前该区油气勘探还是一个未被开垦的处女地。地质力学从系统论和构造体系控油的基本观点出发,提出阿拉善地块与鄂尔多斯地块同属祁吕贺兰山字型内弧马蹄型盾地东西两侧的两个稳定地块。鄂尔多斯盆地已经被证实为特大型油气区,从构造条件分析,阿拉善地块与鄂尔多斯盆地具有相似的构造环境,勘探领域如下。

(1) 古隆起油气富集区:阿拉善地块与东边的贺兰地槽、西南边的北祁连地槽区为槽台体制的伴侣,贺兰地槽边缘海和北祁连地槽边缘海沉积的烃源岩,生成的油气会源源不断的向地台上及古隆起区汇聚。

(2) 侏罗纪前陆盆地:阿拉善地块东部的贺兰山和西南部的北祁连山发育侏罗纪前陆盆地,前陆坳陷油气向前陆隆起上汇聚,也是重要的油气资源条件。

4 构造体系控油作用研究揭示地台型盆地油气分布规律

在中国中西部有一类大型盆地,它是由地台(Z—T)转化而来的盆地(J—N),在其深层古生界海相地层蕴藏着极其丰富油气资源[19-21]。经研究,这类盆地虽因所处大地构造位置不同,变形程度差别很大,但其构造演化和油气分布均受构造体系控制。地台型盆地或古地台油气分布具有如下规律:

(1) 地槽边缘和台内坳陷是烃源岩区,成熟的油气会向地台上的边缘隆起、斜坡区和古隆起汇聚。

(2) 地台型盆地或古地台的油气具有早期运移、长距离运移的特点,其中早古生代晚期的加里东运动、晚古生代的海西运动是油气早期运聚成藏的重要时刻。

(3) 古隆起是油气运移的方向,不整合面、古断裂及裂缝系统构成油气运移的主要通道[20],地应力是驱动油气作长距离水平运移的主要动力。

(4) 上述地槽、地台的构造格局及古隆起、古断裂、古斜坡的分布,均属一定类型构造体系的成分,其成生发展史对油气的生成运移、聚集、成藏均有重要的控制作用,特别要关注构造体系逐级控油作用及构造体系联合、复合控油作用的研究。

上述规律具有普遍意义,乃至全球。

5 结论

纵观中国油气勘探历程,地质力学理论在新中国成立初期的中浅层油气勘探中发挥了重要的指导作用,也引领了早期的深层油气勘探。当前,中国油气勘探在向更深的层位迈进,地质力学理论将一如既往,在我国深层油气勘探中继续发挥重要作用。

(1) 李四光提出我国东部新华夏系三条巨型沉降带控制油气资源分布的论断和油气勘探工作七个步骤,为我国油气的发现、石油工业的建成、乃至中西部深层古生界海相油气资源的发现指明方向。

(2) 基于构造体系控油作用研究,可进一步揭示地台型盆地或古地台油气分布规律:地台型盆地或古地台的油气具有早期运移、长距离运移的特点;地槽边缘和台内坳陷的烃源岩生成的油气会向地台上的边缘隆起、斜坡区和古隆起汇聚。地槽、地台的构造格局及古隆起、古断裂、古斜坡的分布,均属一定类型构造体系的成分,其成生发展史对油气的生成运移、聚集、成藏均有重要的控制作用。

致谢: 本文在成文过程中了许多专家同行的帮助,其中康玉柱院士、李东旭教授、林宗满研究员、韩淑琴研究员等提出很多宝贵的修改建议, 在此表示感谢。

参考文献/References
[1]
中国石油与天然气的勘查与发现编辑部. 中国石油天然气的勘查与发现[M]. 北京: 地质出版社, 1992.
Editorial Board of Prospecting and Discovery of Oil and Gas in China. Prospecting and discovery of oil and gas in China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1992. (in Chinese)
[2]
赵文津. 李四光与中国石油大发现[M]. 北京: 地震出版社, 2006.
ZHAO Wenjin. J. S. Lee and the great discovery of China'oil[M]. Beijing: Seismological Press, 2006. (in Chinese)
[3]
张文昭. 石油勘探文选第三集[M]. 北京: 地质出版社, 1999: 123-128.
ZHANG Wenzhao. The third anthology of petroleum exploration[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1999: 123-128. (in Chinese)
[4]
康玉柱. 中国古生代海相油气田发现的回顾与启示[J]. 石油与天然气地质, 2007, 28(5): 570-575.
KANG Yuzhu. Review and revelation of oil/gas discoveries in the Paleozoic marine strata of China[J]. Oil & Gas Geology, 2007, 28(5): 570-575. (in Chinese with English abstract)
[5]
康玉柱. 中国古生界油气勘探成果及勘探战略思考[J]. 天然气工业, 2015, 35(9): 1-7.
KANG Yuzhu. Palaeozoic hydrocarbon exploration achievements and strategies in china[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(9): 1-7. (in Chinese with English abstract)
[6]
康玉柱. 塔里木盆地沙参2井海相油气首次发现的历程与启迪[J]. 石油与天然气地质, 2014, 35(6): 749-752.
KANG Yuzhu. The first marine petroleum discovery in China and its significance[J]. Oil & Gas Geology, 2014, 35(6): 749-752. (in Chinese with English abstract)
[7]
李四光. 地质力学概论[M]. 北京: 科学出版社, 1973.
LEE J S. Introduction to geomechanics[M]. Beijing: Science Press, 1973. (in Chinese)
[8]
孙殿卿. 中国石油普查勘探中的地质力学理论与实践[J]. 地质力学研究所所刊, 1989(13): 9-22.
SUN Dianqing. Geomechanics theory and practice in petroleum prospecting in China[J]. Bulletin of the Institute of Geomechanics CAGS, 1989(13): 9-22. (in Chinese with English abstract)
[9]
大庆市政协文史资料研究委员会. 大庆油田的发现[M]. 哈尔滨: 黑龙江人民出版社, 1987.
Research Committee of Cultural and Historical Materials of CPPCC Daqing. The discovery of the Daqing oil field[M]. Harbin: Heilongjiang People's Publishing House, 1987. (in Chinese)
[10]
安培树. 华北地区找油及第一口油井(华8井)的发现经过[J]. 春秋, 2013(2): 8-10.
AN Peishu. The discovery of oil in the North China region and the discovery process of the first well(Hua 8), Chunqiu Birmonthly[J]. Spring and Autumn, 2013(2): 8-10. (in Chinese)
[11]
邓忠凡, 王洪强. 江汉盆地油气勘察四十年[M]. 潜江: 江汉石油管理局, 1989.
DENG Zhongfan, WANG Hongqiang. Forty years of oil and gas exploration Jianghan Basin[M]. Qianjiang: Jianghan Petroleum Administration, 1989. (in Chinese)
[12]
康玉柱. 我国低序次扭动构造体系控油模式研究[J]. 地质力学学报, 2018, 24(6): 737-747.
KANG Yuzhu. A study on oil-control model of subordinate shear structural system in China[J]. Journal of Geomechanics, 2018, 24(6): 737-747. DOI:10.12090/j.issn.1006-6616.2018.24.06.076 (in Chinese with English abstract)
[13]
康玉柱, 康志宏. 塔里木盆地构造演化与油气[J]. 地球学报, 1994(3-4): 180-191.
KANG Yuzhu, KAN Zhihong. Tectonic evolution and oil and gas of Tarim basin[J]. Acta Geoscientica Sinica, 1994(3-4): 180-191. (in Chinese with English abstract)
[14]
谢大庆, 郑孟林, 蒋华山, 等. 塔里木盆地沙雅隆起形成演化与油气分布规律[J]. 大地构造与成矿学, 2013, 37(3): 398-409.
XIE Daqing, ZHENG Menglin, JIANG Huashan, et al. Formation and evolution of the Shaya uplift and constraints on oil and gas distribution in the Tarim Basin[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2013, 37(3): 398-409. (in Chinese with English abstract)
[15]
赵文津. 从鄂尔多斯盆地油气勘查历程谈李四光找油气思想的发展[J]. 地学前缘, 2011, 18(2): 242-257.
ZHAO Wenjin. Development of Li Siguang's thought on oil search as discussed from the course of petroleum exploration in the Ordos Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2011, 18(2): 242-257. (in Chinese with English abstract)
[16]
孙肇才. 鄂尔多斯盆地油气发现历史回顾与经验教训(一):从鄂尔多斯漫长找油气史看李四光1968年底谈话的历史意义[J]. 地质力学学报, 2010, 16(3): 223-236.
SUN Zhaocai. Review on the history, experiences and lessons from petroleum discovery in Ordos Basin (Ⅰ):implications of the talk by Li Siguang in 1968[J]. Journal of Geomechanics, 2010, 16(3): 223-236. (in Chinese with English abstract)
[17]
孙肇才. 鄂尔多斯盆地油气发现历史回顾与经验教训(二):从盆地风格看盆地油气勘探前景[J]. 地质力学学报, 2010, 16(3): 237-245.
SUN Zhaocai. Review of the history, experiences and lessons from petroleum discovery in Ordos Basin (Ⅱ):from basin styles to the prospects of petroleum exploration in Ordos Basin[J]. Journal of Geomechanics, 2010, 16(3): 237-245. (in Chinese with English abstract)
[18]
四川省威远地区构造体系与油气关系探讨[Z].湖北省石油地质研究队一分队, 1973.
Discussion on tectonic system and hydrocarbon relations in weiyuan area of Sichuan province[Z]. Hubei Petroleum Geological Research Team One, 1973. (in Chinese)
[19]
ZHU G Y, ZHANG Z Y, ZHOU X X, et al. The complexity, secondary geochemical process, genetic mechanism and distribution prediction of deep marine oil and gas in the Tarim Basin, China[J]. Earth-Science Reviews, 2019, 198: 102930.
[20]
曹颖辉, 王珊, 张亚金, 等. 塔里木盆地古城地区下古生界碳酸盐岩油气地质条件与勘探潜力[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(6): 1-16.
CAO Yinghui, WANG Shan, ZHANG Yajin, et al. Petroleum geological conditions and exploration potential of lower Paleozoic carbonate rocks in Gucheng Area, Tarim Basin, China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2019, 46(6): 1-16. (in Chinese with English abstract)
[21]
邓尚, 李慧莉, 韩俊, 等. 塔里木盆地顺北5号走滑断裂中段活动特征及其地质意义[J]. 石油与天然气地质, 2019, 40(5): 990-998, 1073.
DENG Shang, LI Huili, HAN Jun, et al. Characteristics of the central segment of Shunbei 5 strike-slip fault zone in Tarim Basin and its geological significance[J]. Oil & Gas Geology, 2019, 40(5): 990-998, 1073. (in Chinese with English abstract)