松遼盆地西部斜坡帶超壓過(guò)渡帶稠油形成機(jī)理

松遼盆地西部斜坡帶超壓過(guò)渡帶稠油形成機(jī)理

隨著傳統(tǒng)油儲(chǔ)量的日益減少，稠油和含稠油在石油工業(yè)中的地位和作用變得越來(lái)越重要。但是對(duì)稠油的成因研究卻相對(duì)薄弱,Hunt(1996)提出稠油的成因是大氣降水下滲所伴隨的水洗作用、生物降解作用和氧化作用綜合作用的結(jié)果。至于進(jìn)一步區(qū)分這幾種作用過(guò)程及其勘探意義卻沒(méi)有深入討論。在前人有關(guān)松遼盆地流體動(dòng)力場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上(樓章華等,2001;向才富等,2006),通過(guò)地層水化學(xué)特征和天然氣特殊組分(氮?dú)?的綜合分析,探討了松遼盆地西部斜坡帶稠油的形成機(jī)理。1拉-他拉哈構(gòu)造帶松遼盆地西部斜坡帶位于大慶長(zhǎng)垣以西,構(gòu)造區(qū)劃上包括傳統(tǒng)的龍虎泡階地、泰康隆起和廣大的西部超覆帶(圖1a)。油氣藏的平面分布規(guī)律可概括為“一串一線(xiàn)”:“一串”為阿拉新、二店、他拉哈、白音諾勒、新店、江橋、富拉爾基等油氣田大致沿松Ⅰ大剖面呈串珠狀分布;“一線(xiàn)”指油氣藏自北向南沿齊家古龍凹陷西側(cè)的小林克-敖古拉-他拉哈構(gòu)造帶呈線(xiàn)形分布。青山口組一段泥巖和嫩江組一段泥巖是主要的烴源巖和蓋層(圖1b)。根據(jù)本區(qū)現(xiàn)今生烴門(mén)限深度1350m(楊萬(wàn)里等,1985),可以限定成熟烴源巖的分布范圍(圖1c),可見(jiàn)本區(qū)油氣資源來(lái)源于東部的齊家古龍凹陷(圖1a)。孫效東等(2004)和馮子輝等(2003)通過(guò)生物標(biāo)志化合物分析也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。兩套烴源巖之間的中部含油氣組合,特別是薩爾圖油層是本區(qū)主要的儲(chǔ)集層和勘探目標(biāo)。由于研究區(qū)除了東部龍虎泡階地的地層傾角稍陡外,廣大的西部斜坡帶的地層傾角小于1°,且彼此平行整合接觸(楊萬(wàn)里等,1985),不存在復(fù)雜的斷裂系統(tǒng),決定了西部斜坡帶油氣運(yùn)移的主輸導(dǎo)體是砂巖輸導(dǎo)體(圖1c)。齊家古龍凹陷的青山口組烴源巖在中白堊世末期進(jìn)入生烴門(mén)限,在白堊紀(jì)末期進(jìn)入生烴高峰,嫩江組一段烴源巖在白堊紀(jì)末期進(jìn)入生烴門(mén)限,而在古近紀(jì)末期進(jìn)入生烴高峰,白堊紀(jì)末期(65Ma)是本區(qū)油氣運(yùn)移的關(guān)鍵時(shí)刻。研究區(qū)所發(fā)現(xiàn)的油氣資源主要是稠油和天然氣資源,原油屬于成熟原油,而天然氣屬于原油菌解氣(馮子輝等,2003)。2西部斜坡帶與松遼盆地其他地區(qū)的原油“三高一低”的特征(即粘度高、凝固點(diǎn)高、含蠟量高而含硫量低)不同(高瑞祺等,1997),西部斜坡帶原油總體表現(xiàn)為“三高三低”的特點(diǎn),即密度、粘度和膠質(zhì)含量高,而凝固點(diǎn)、瀝青質(zhì)含量和硫含量低。西部斜坡帶原油物性的空間分布規(guī)律具有以下特征:(1)原油物性自斜坡帶至凹陷變好:相同層位原油物性向凹陷變好,并環(huán)繞凹陷呈環(huán)帶狀分布(圖2)。按原油分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(張厚福等,1999),龍虎泡階地以西的廣大西部斜坡帶的原油密度分布于0.90～0.95g/cm3之間,屬于中質(zhì)稠油至稠油。龍虎泡階地以東至齊家-古龍凹陷的原油密度(0.86～0.90g/cm3)逐漸降低,變?yōu)槠胀ㄔ?。西部斜坡帶原油的粘度變化?從n～n×100mPa·s均有分布,但總體上依然有從凹陷向斜坡帶,從深部油層向淺部油層粘度逐漸增加的趨勢(shì),如鄰近凹陷的杜202井高臺(tái)子油層原油的粘度為17.3mPa·s,屬于普通原油,向西部斜坡帶,原油的粘度快速變大至n×100mPa·s,變成稠油。(2)原油物性隨埋藏深度增加而變好:原油的密度和粘度均隨埋藏深度的增加而逐漸變好,并在1000～1350m左右存在原油物性的跳躍帶,該帶之下原油的密度迅速降至0.9g/cm3以下,原油的粘度也大幅度降至20mPa·s以下(圖3a、b),這一特征與盆地內(nèi)部的流體動(dòng)力場(chǎng)存在良好的匹配關(guān)系,即埋藏深度小于1000m時(shí)流體動(dòng)力場(chǎng)以常壓和低壓為主,而埋藏深度大于1350m時(shí)為高壓和異常高壓為主,1000～1350m為壓力過(guò)渡帶(圖3c)。這一特征顯示流體動(dòng)力場(chǎng)對(duì)原油物性有重要的影響。(3)原油物性受其膠質(zhì)含量的影響:原油膠質(zhì)含量強(qiáng)烈影響了原油粘度與密度,原油的密度與粘度均與膠質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系,隨膠質(zhì)含量的增加而增加。膠質(zhì)含量在達(dá)到20%時(shí),原油物性存在一個(gè)明顯的突變。相反,原油的瀝青質(zhì)含量與原油物性之間無(wú)明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖4)。3含o、n、s因素稠油多數(shù)情況下是在大氣降水下滲引發(fā)的水洗作用、生物降解作用和氧化作用等地質(zhì)過(guò)程綜合作用下,導(dǎo)致正構(gòu)烷烴被消耗殆盡,而支鏈烷烴和含O、N、S等的環(huán)狀烴類(lèi)大規(guī)模富集,密度和粘度升高,形成稠油或重質(zhì)稠油。如何進(jìn)一步區(qū)分不同的地質(zhì)作用過(guò)程成為研究的難點(diǎn),本文通過(guò)地層水、地層壓力和飽和烴氣相色譜綜合分析的方式,成功地區(qū)分了稠油形成的不同地質(zhì)作用過(guò)程。3.1超壓過(guò)渡帶深度水洗作用會(huì)使原油稠化,同時(shí)也會(huì)在地層水化學(xué)上留下淡化的印記。大氣降水下滲的范圍可以通過(guò)地層壓力和地層水礦化度綜合分析進(jìn)行限制。西部斜坡帶的流體壓力場(chǎng)顯示超壓頂界面位于1350m左右,超壓過(guò)渡帶的頂面深度始于1000m左右,該深度同時(shí)代表了大氣降水下滲的深度范圍(圖3)。松遼盆地西部斜坡帶存在良好的滲透性砂體,局部存在斷層溝通(圖1),可以推斷該深度范圍之上以水洗作用為主,而該深度以下基本不存在強(qiáng)烈的水洗作用。超壓過(guò)渡帶深度范圍結(jié)合地層水化學(xué)特征可以很好的限定水洗作用在平面上的分布范圍(圖4)。以超壓頂界面附近的水化學(xué)礦化度為劃分標(biāo)準(zhǔn)(圖3),地層水礦化度小于5000mg/L的區(qū)域主要發(fā)生了水洗作用,據(jù)此將稠油劃分為兩個(gè)區(qū)域(圖5),地層水礦化度小于5000mg/L的區(qū)域,稠油的主要成因是水洗作用,同時(shí)伴隨有生物降解和氧化作用。而其他地區(qū)稠油形成的主要原因不是水洗作用,存在其他作用機(jī)制。3.2不同地區(qū)的原油物性生物在溫度小于80～100℃條件下均能存在,因此生物降解是廣泛存在的地質(zhì)作用過(guò)程。研究區(qū)的原油飽和烴氣相色譜顯示出強(qiáng)烈的生物降解作用,降解強(qiáng)度從盆地中心向西部斜坡帶逐漸增強(qiáng),盆地西部富拉爾基地區(qū)的所有碳數(shù)的正構(gòu)烷烴基本消耗殆盡,包括姥姣烷和植烷(馮子輝等,2003)。西部斜坡帶地層水礦化度小于5000mg/L的區(qū)域水洗作用弱,生物降解作用是原油稠化的主要原因。單純受生物降解作用影響的原油物性一般比同時(shí)受到水洗作用的原油物性好。同時(shí)從正構(gòu)烷烴色譜圖上也顯示了單純受生物降解地區(qū)的原油存在不同來(lái)源油氣混合的現(xiàn)象(馮子輝等,2003),主要是這些地區(qū)一般位于盆地壓實(shí)流所控制的地區(qū),后期注入原油有可能仍然能夠保持相對(duì)較好的物性。稠油和輕質(zhì)油共同出現(xiàn)的幾率很大,這也提示我們?cè)谟行^(qū)分水洗作用和生物降解作用的基礎(chǔ)上,可以在單純受生物降解作用控制的地區(qū)繼續(xù)尋找輕質(zhì)原油。3.3大氣降水作用氧化作用需要儲(chǔ)層中存在氧化劑。沉積盆地中內(nèi)源的氧化劑很有限,如硫酸鹽等。外源的氧化劑主要是隨大氣降水下滲所攜帶的微量的氧氣。為示蹤氧化作用進(jìn)行的程度,研究了天然氣中的N2。氮?dú)獾闹睆綖?.34nm,小于所有的烴類(lèi)氣體,因而也是流體運(yùn)移的有效指示劑。一般認(rèn)為氮?dú)獯嬖?個(gè)來(lái)源:①沉積物中的NH3被氧化,而NH3主要來(lái)自于成熟的烴源巖;②大氣來(lái)源;③地幔去氣作用(MantleOutgasing)。西部斜坡帶氮?dú)獾钠矫娣植继卣?圖6)與區(qū)域性的斷裂構(gòu)造并無(wú)依存關(guān)系,因此氮?dú)獠皇莵?lái)源于地幔去氣作用的產(chǎn)物,只能是大氣來(lái)源或者有機(jī)質(zhì)遭受氧化所形成的。氮?dú)夂堪l(fā)生急劇變化的部位與原油密度和地層水化學(xué)所反映的大氣降水下滲的范圍基本一致,說(shuō)明氧化作用仍然受控于盆地的大氣降水下滲。向盆地的中心部位氮?dú)獾暮靠傮w下降,在生烴中心的齊家古龍凹陷的天然氣中氮?dú)夂繛榱?也間接說(shuō)明地幔去氣作用的影響較小。在白音諾勒氣田的北部存在明顯的氮?dú)飧咧祬^(qū)(圖6),并且與原油稠化(圖2)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,地層水的淡化現(xiàn)象也比較明顯,說(shuō)明該地區(qū)也存在大氣降水下滲所導(dǎo)致的水洗作用和氧化作用。從其原油密度呈獨(dú)立的環(huán)帶狀分布,說(shuō)明可能存在點(diǎn)源控制的大氣降水下滲現(xiàn)象,特別是沿?cái)鄬拥拇髿饨邓顒?dòng)。4松遼盆地原油稠油物性的