渭河盆地新生代构造－沉积格局与油气成藏潜力初探

刘志武，周立发

(1．长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054;2．国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西西安 710054;3．西北大学地质学系，陕西西安 710069)

0 引言

区域上渭河盆地北接渭北隆起，南抵秦岭，西起宝鸡，东至潼关，呈北东 －南西向展布，面积约2×104km2．作为新生代断陷盆地，依据基底特征和新生界沉积特征，盆地内部可划分为南部坳陷、北部斜坡和西部隆起等三个一级构造单元．如图1所示，南部坳陷又可进一步划分为西安凹陷、固市凹陷及骊山凸起、咸渭凸起等四个二级构造单元;北部斜坡则可进一步划分为合阳－韩城凸起、富平－蒲城浅凹及乾县斜坡等三个二级构造单元［1］．

图1 渭河盆地构造单元划分图Fig．1 The tectonic unit division map of the Weihe Basin

渭河盆地油气勘探最早可追溯到上个世纪六七十年代，主要是通过重磁电、航磁、大地电磁测深以及部分二维地震等地球物理手段和少量钻探来研究盆地范围、结构、成因和地热等方面的工作［1－2］．期间，虽在第三系发现了天然气显示，包括渭深13井在蓝田－灞河组试获了208 m3/d的低产富氦天然气气流，但并未引起重视．此外，国内地质、地震单位和部分高校的专家学者也从盆地成因、断裂特征以及第四纪演化等角度对渭河盆地开展了部分研究工作［3－11］．近年来，长庆油田和中石化华北分公司分别在渭河盆地东部开展了天然气勘探工作．前者主要针对固始凹陷下古生界热解气，但并未获得重大突破;后者则主要针对新生界生物成因的甲烷气，其在2012年部署的渭新1井于高陵群试获了高丰度含氦天然气，氦气含量高达5．81%，超过含氦天然气工业标准(0．1%)的58倍，是富氦天然气标准(＞0．7%)的8倍．此外，西安地区许多地热井中也陆续发现了与地热水相伴的富氦天然气，国内一些专家学者则对氦气成因先后开展了比较深入的研究［12－14］．由上可知，由于关注角度不同，到目前为止，对渭河盆地新生代的沉积格局和新生界油气成藏潜力还没有进行过较为系统、全面的专门研究．

本文在前人对渭河盆地构造演化的研究基础之上，对制约盆地油气生成与富集的新生代沉积格局和新生界各主要层系现今顶面构造特征开展了较为系统的研究与探讨．此外，通过样品测试和数据分析，对渭河盆地新生界天然气成藏潜力也开展了初步的探讨，以期能够进一步推动渭河盆地天然气资源的勘探和评价工作．

1 地质背景

1．1 渭河盆地新生界地层系统

渭河盆地新生界沉积巨厚，其自下而上的地层序列和岩性特征如表1所示．

1．2 渭河盆地构造演化背景

渭河盆地的形成演化始终受控于秦岭造山带和鄂尔多斯地块的演化过程［15－17］．其中，印支－燕山运动使秦岭、鄂尔多斯地块以及中条山、骊山等地区联为一体．渭河盆地地区由于地处秦岭造山带北侧逆冲推覆构造带前沿，处于挤压隆起状态而遭受剥蚀夷平，从而缺失了中生界、新生界底部古近系古新统以及始新统的下部地层．从古近纪始新世开始，渭河盆地地区开始向区域走滑拉分或伸展为主的构造体制转化，并从而最终演变为现今的断陷盆地［3－4，9］．

2 渭河盆地新生代构造－沉积格局演化过程

2．1 渭河盆地古近纪构造－沉积格局

1)始新世构造－沉积格局．在古近纪始新世晚期，渭河盆地地区的构造体制以区域走滑拉分为主，由印支期以来长期的隆起向受控于正断层的断陷盆地转化，开始形成规模较小的拉分盆地．盆地基底组成自南向北、自西向东依次是北秦岭构造带、小秦岭构造带和真正意义上的渭北构造带［3－5］．其内充填的上始新统红河组则属于渭河盆地雏形阶段的洪积－河流相充填物．

2．2 渭河盆地新近纪构造－沉积格局

1)中新世构造－沉积格局．从渐新世晚期至中新世早期，渭河盆地构造体制转变为挤压隆升状态［3－5］．盆地地区开始重新接受剥蚀，从而缺失了渐新统顶部和中新统底部的沉积，并以不整合覆盖于古近系之上．自中新世中晚期开始，渭河盆地构造体制又开始转向断陷而开始接受沉积［3－4］．盆地中新统沉积南侧受边界正断层控制明显，而北侧则开始大范围向北部隆起超覆沉积．整个盆地发育高陵群三角洲相和湖泊相沉积．这个时期，因盆地内部构造沉降的存在差异，西安凹陷、固市凹陷以及两凹陷之间的咸渭凸起的分异格局开始初步形成．

2)上新世构造－沉积格局．上新世是渭河盆地最主要的发育时期，构造体制以强烈水平伸展为主［3－5］．这个时期，如图2～4所示，渭河盆地开始形成一个相对统一的沉积坳陷，并且南陡北缓，明显具有南断北超半地堑式箕状盆地的特点．盆地内部仍然存在西安凹陷和固市凹陷两个次级沉降中心，之间仍为咸渭凸起．

图2 渭河盆地上新统厚度等值线图Fig．2 The Pliocene strata thickness isoline map of the Weihe Basin

图3 渭河盆地蓝田－灞河组厚度等值线图Fig．3 The Lantian － Bahe group strata thickness isoline map of the Weihe Basin

图4 渭河盆地张家坡组厚度等值线图Fig．4 The Zhangjiapo group strata thickness isoline map of the Weihe Basin

如图5所示，在蓝田－灞河沉积期，渭河盆地主要发育三角洲相和滨－浅湖相沉积．滨－浅湖相沉积仅分布在固市凹陷地区，其它地区则主要发育三角洲相沉积．此外，盆地周缘还发育河流相以及冲－洪积相沉积．如图6所示，张家坡期沉积格局基本类似于蓝田－灞河期，只是两个次级沉降中心略有南移，但盆地内湖域面积明显增大，半深湖－滨浅湖相沉积广泛发育．

图5 渭河盆地蓝田－灞河期沉积相平面图Fig．5 The Lantian － Bahe epoch sedimentary facies map of the Weihe Basin

图6 渭河盆地张家坡期沉积相平面图Fig．6 The Zhangjiapo epoch sedimentary facies map of the Weihe Basin

2．3 渭河盆地第四纪构造－沉积格局

在第四纪更新统三门组沉积期，渭河盆地基本继承了上新世构造格局［3－5］．如图7所示，固市凹陷出现明显扩张，其沉降中心向东延伸至华阴－潼关以北一带，并具有明显南陡北缓的凹陷形态．与之相比，西安凹陷则发生了显著萎缩，沉积地层厚度也远远小于固市凹陷．

在第四纪中晚更新世－全新世秦川群沉积期，渭河断陷带继续发育，但盆内断块差异沉降和掀斜作用更加明显，表现为断陷带内坳陷区仍在沉降，凸起区则继承性上升［3－5，8－9］．如图8所示，此时的西安凹陷表现为再次扩张，并且形成了户县和周至两个次级沉降中心．固市凹陷在规模上虽然没有发生明显变化，但沉降中心略有南移，并在固始东西两侧也分别形成两个次级沉降中心．

图7 渭河盆地三门组厚度等值线图Fig．7 The Sanmen group strata thickness isoline map of the Weihe Basin

图8 渭河盆地秦川群厚度等值线图Fig．8 The Qinchuan group strata thickness isoline map of the Weihe Basin

从上述构造－沉积格局演化过程来看，渭河盆地的沉积格局明显受控于盆地构造体制的变化，并且盆内部由于存在构造升降的不均匀性，形成了凸起和凹陷的分异．其中，固始凹陷地区和西安凹陷地区无疑是渭河盆地新生界最具油气勘探前景的地区．

干预组患者术后切口感染率、切口延迟愈合率，均显著低于对照组；切口愈合时间，显著短于对照组（P＜0.05）。 见表 2。

3 渭河盆地新生界主要界面现今顶面构造特征

为进一步探讨盆地内新生界油气构造圈闭条件，选择中新统高陵群、上新统蓝田－灞河组和张家坡组作为制图对象，通过这些地层顶面的起伏变化来刻画盆地现今顶面构造特征．

如图9～11所示，从现今顶面构造图可以看出，渭河盆地高陵群、蓝田－灞河组和张家坡组的现今顶面构造均呈现南深北浅、南陡北缓的构造面貌．西安构造凹陷和固市构造凹陷成为两个相对独立的构造凹陷，凹陷之间为泾阳鼻隆，凹陷以北存在一个统一的构造斜坡．此外，张家坡期户县构造凹陷中心由渭深10井处向南移至户县一带，固市构造凹陷中心则由渭南市移至潼关一带．

上述现今顶面构造特征与各沉积期沉积格局基本一致．这一方面可进一步表明渭河盆地的沉积是基本受构造所控制的，另一方面也可进一步证明中新世以来渭河盆地构造格局基本上变化不大．此外，从油气圈闭角度来看，西安构造凹陷和固市构造凹陷之间的泾阳地区很可能发育鼻隆圈闭［18］，而两个构造凹陷内部则可能是以发育地层和岩性圈闭为主［19］．

图9 渭河盆地高陵群现今顶面构造平面图Fig．9 The Gaoling group current top structure maps of the Weihe Basin

图10 渭河盆地蓝田－灞河组现今顶面构造平面图Fig．10 The Lantian － Bahe group current top structure maps of the Weihe Basin

图11 渭河盆地张家坡组现今顶面构造平面图Fig．11 The Zhangjiapo group current top structure maps of the Weihe Basin

4 渭河盆地新生界油气成藏潜力初探

4．1 生烃条件

据28口探井钻探资料，渭河盆地新近系上新统张家坡组发育有厚度较大的半深湖相暗色泥岩．如表2所示，固市凹陷张家坡组厚60．5～1127．5 m，暗色泥岩则厚36～815 m，单层一般厚5～20 m，最厚可达147 m．暗色泥岩分布面积4 931 km2，占凹陷总面积的91．3%(表2)．

表2 固市凹陷张家坡组暗色泥岩厚度统计表Tab．2 Zhangjiapo group dark mudstone thickness statistics of the Gushi sag

如表3所示，渭河盆地固市凹陷张家坡组暗色泥岩有机碳含量为0．21% ～1．17%，平均0．51%;氯仿沥青“A”含量为0．001 1% ～0．070 6%，平均0．025 5%;烃含量为(41～253)×10－6，平均151×10－6．部分样品的有机碳含量虽低于常规油气烃源岩的有机碳最低标准，但也接近于生物气烃源岩的有机碳下限0．2% ～0．3%［20］，可作为有效的生物气烃源岩．张家坡组烃源岩有机质类型以Ⅰ、Ⅱ型为主，其次为Ⅲ型;Ro值为0．3% ～0．4%，处于半成熟阶段．

表3 渭河盆地上新统张家坡组烃源岩有机质丰度统计表Tab．3 The Pliocene series Zhangjiapo group hydrocarbon source rock organic matter abundance statistics of the Weihe Basin

4．2 储盖组合

在渭河盆地新生界各层系中，新近系上新统蓝田－灞河组和张家坡组分布范围最广、储集性能最强，从而成为盆地内新生界最具油气勘探意义的目的层位．

蓝田－灞河组发育中、细砂岩储层及少量含砾砂岩、粗砂岩储层．据渭1井、渭3井、渭5井、渭参2井、渭参3井、渭参4井、渭参5井、渭参6井、渭深12井和渭深16井等钻井完井数据，砂岩孔隙度为5．2% ～31．2%，平均17%;渗透率为5．0 ×10－5～5．684 μm2，平均0．326 μm2，显示较强的储集能力．

张家坡组因以湖相沉积为主，凹陷中部烃源岩厚度较大，砂层多呈透镜状，可形成自生、自储、自盖型成藏组合．凹陷边缘砂岩与烃源岩呈互层状分布，可形成下生、中储、顶盖型成藏组合．另外，随着沉积环境及岩性的变化，下倾方向的砂岩储层，受上倾方向泥岩的封堵，则可形成侧变式组合．另外，依据钻井资料，张家坡组砂岩孔隙度为2% ～31．2%，平均17．9%;渗透率为5．0×10－5～1．104 6μm2，平均0．125 1 μm2，储集能力也较强．

在封盖条件方面，张家坡组上部泥岩可作为区域性盖层，加上第四系三门组泥岩又上覆于张家坡组泥岩之上，可进一步增强其封盖能力，可以有效阻隔烃类向上运移，从而有利于天然气的富集成藏．

4．3 圈闭与保存条件

1)圈闭类型．虽然渭河盆地断裂构造极为发育，但却不发育褶皱构造，新生界基本保持较为原始的沉积状态．因此，作为河湖相沉积盆地，其凹陷内部很可能发育有地层圈闭、岩性圈闭和断块圈闭．

地层圈闭:由于盆地内部构造发育的差异性，盆地新生界各地层之间均有程度不等的沉积间断存在，再加上自南向北、自下而上的超覆作用，可以形成呈东西向展布的地层圈闭．其中，固市凹陷和西安凹陷的北部斜坡区及南部边缘区是发育此类圈闭的最佳地区．

岩性圈闭:渭河盆地新生界岩性圈闭主要由河流相河道砂体构成，当砂体岩性侧变为湖相泥质岩时可形成封挡．这类圈闭主要形成于西安凹陷和固市凹陷的外围河流相发育区．

断块圈闭:渭河盆地喜山期断裂较为发育．其中，较大规模的断裂在盆地内形成东西向展布的断阶，较小规模的北东或北西向断层则对其进行切割，从而可形成大量的断块或断鼻构造圈闭［2］．此类圈闭在盆地内广泛分布，当然，越靠近生烃凹陷其油气成藏的可能性也就越大．

2)保存条件．由于渭河盆地有发育良好的盖层，评价其油气保存条件的关键在于盆地后期断裂活动是否切穿该泥岩盖层．已有研究表明，张家坡期之后盆内断裂活动相对减弱，泥岩盖层一般未被切穿［2］．此外，西安凹陷许多地热钻井在古近系－新近系储层段存在异常压力，也可以佐证构造的封闭性或圈闭的保存条件．

总之，渭河盆地新生界具有良好的烃源岩条件、储盖条件、圈闭条件以及保存条件．一旦这些基本条件能够有效配合就很有可能形成油气藏［21］．考虑到盆地内已广泛发现的富氦生物气显示，可以判定渭河盆地新生界具有形成浅层生物气藏的极大潜力和可观的氦气资源前景．

5 结语

1)从渭河盆地自始新世开始的构造－沉积格局演化历程可以看出，渭河盆地主体发育河湖相沉积，而新近纪上新世是渭河盆地最重要发育时期．盆地内因差异沉降而形成的固始凹陷和西安凹陷则是盆地新生界最具油气勘探前景的地区．

2)现今顶面构造研究表明，渭河盆地新生界沉积主要受盆地构造体制所控制，而西安凹陷和固市凹陷之间的泾阳地区则可能发育鼻隆圈闭．

3)渭河盆地新生界发育良好的烃源岩条件、储盖条件、圈闭条件以及保存条件，具有形成浅层生物气藏的极大潜力和可观的氦气资源前景．

致谢:两位审稿专家和编辑提出修改建议使笔者受益匪浅，对此致以诚挚的感谢!

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