準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏期次確定與成藏組合劃分

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏期次確定與成藏組合劃分

1成藏期次及成藏組合油氣藏形成期分析是油氣勘探評價的核心內(nèi)容之一。在構(gòu)造發(fā)育相對簡單的盆地中，盆地形成時間相對較新，泉巖分布集中，熱態(tài)度簡單。因此，油氣藏的形成時間和發(fā)育相對容易分析。但對于經(jīng)歷了不同原型盆地的疊合盆地而言,各個構(gòu)造期都可能有油氣藏形成,現(xiàn)今的油氣藏到底以哪期形成為主、油氣的空間分布如何等就成了勘探評價中必須回答的問題,所以疊合盆地中油氣成藏期次及其成藏組合的研究具有重要意義。準(zhǔn)噶爾盆地是大型疊合含油氣盆地,發(fā)育了晚石炭世—第四紀(jì)沉積蓋層,具有多油源、多期生烴、多期成藏、多期調(diào)整、多油氣系統(tǒng)控油的成藏特點。資料表明,對于像準(zhǔn)噶爾盆地這樣的疊合盆地,油氣藏的形成都經(jīng)歷了復(fù)雜而漫長的過程,僅通過成藏期次研究來重塑成藏過程難以準(zhǔn)確描述不同時期的油氣成藏及其分布。為此,設(shè)想在確定成藏期次的基礎(chǔ)上,再從縱向上劃分出幾個層次,即劃分出具時空含義的成藏組合,來探討油氣藏的形成與演化歷史,可能會大大提高對油氣分布規(guī)律的認(rèn)識。準(zhǔn)噶爾盆地目前所發(fā)現(xiàn)的油氣儲量80%以上都分布在盆地西北緣和腹部地區(qū)(見圖1),因此,本文以這兩個地區(qū)為重點論述對象,確定盆地油氣成藏期次,劃分成藏組合。2儲集層成巖礦物的同位素分析方法目前對油氣成藏期次的確定通常有兩種途徑,一是絕對定年法,即儲集層成巖礦物(主要是伊利石)同位素年代學(xué)分析法,二是相對定年法,即有機(jī)包裹體光性特征和均一溫度分析法。2.1成藏期與成藏時代當(dāng)油氣進(jìn)入儲集層后,隨著含油飽和度的增大,儲集層中自生礦物的形成會受到極大抑制,直至停止,通常認(rèn)為自生伊利石在油氣進(jìn)入儲集層后就不再形成。根據(jù)該原理,油氣進(jìn)入儲集層的時間應(yīng)略等于儲集層最年輕自生伊利石的同位素年齡。對于多期油氣充注而言,儲集層伊利石的同位素年齡是早期成藏事件的最大地質(zhì)年齡。選取準(zhǔn)噶爾盆地西北緣樣品1塊,腹部莫索灣、莫北、石西和陸梁油田樣品7塊(見表1)。西北緣三疊系樣品所測油氣充注時間顯示為三疊紀(jì)末,說明印支末期為西北緣的一個大規(guī)模油氣成藏期。盆地腹部除陸9井中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)儲集層的主要油氣成藏期為新近紀(jì)外,其余測年結(jié)果均集中在中晚侏羅世和早白堊世,這與王飛宇等在本區(qū)的測試結(jié)果基本一致。因此,J2—K1與N是準(zhǔn)噶爾盆地腹部地區(qū)侏羅系—白堊系儲集層的兩大油氣充注和成藏期。考慮到瑪湖—盆1井西復(fù)合含油氣系統(tǒng)油氣成藏的可比性,所以完全有理由認(rèn)為T3、J2—K1和N是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和腹部地區(qū)的3大成藏關(guān)鍵期。據(jù)前人對準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化史、圈閉形成期次和烴源巖生排烴特點的分析,準(zhǔn)噶爾盆地可能有4個大的成藏期次,即P2—3、T3、J2—K1和E,后3個關(guān)鍵時刻已經(jīng)為本次測年數(shù)據(jù)所證實或稍有調(diào)整,但是由于筆者未能采到合適的二疊系樣品,因此P2—3是否也是一次重要的成藏期還有待測試數(shù)據(jù)補(bǔ)充驗證。2.2儲集層包裹體均一溫度分布有機(jī)包裹體的熒光色反映了其內(nèi)可溶有機(jī)質(zhì)的組分和含量,考慮到不同期次油氣運移形成的有機(jī)包裹體的成分特征及熱演化程度存在差異,因此從包裹體的光性特征可以判斷充注油氣的性質(zhì)。鏡下觀測發(fā)現(xiàn),準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和腹部有大量有機(jī)包裹體賦存于自生方解石脈體、膠結(jié)物和石英次生加大邊中,還有一些包裹體以串珠狀沿石英裂隙分布,形態(tài)多種多樣,從橢圓形到不規(guī)則形狀皆有分布,長度一般小于10μm,寬度一般小于6μm。根據(jù)包裹體相態(tài)之間關(guān)系和熒光鏡下觀測結(jié)果,有機(jī)包裹體總體上可以劃分為兩大類,一是發(fā)褐黃色熒光的液態(tài)烴相包裹體,二是氣態(tài)烴+液態(tài)烴的兩相包裹體,其中后者又可以進(jìn)一步劃分為發(fā)黃綠色熒光的以氣態(tài)烴為主(含20%～30%的液態(tài)烴)的包裹體以及發(fā)黃色熒光的以液態(tài)烴為主(含10%～20%的氣態(tài)烴)的包裹體。因此,包裹體的光性特征初步表明準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和腹部儲集層中普遍接受了至少3期油氣充注。此外,對包裹體(通常是與烴類包裹體共生的流體包裹體)進(jìn)行均一溫度測試,再結(jié)合埋藏-熱史曲線可以確定油氣充注時間。首先,在西北緣地區(qū),以風(fēng)南油田的風(fēng)南1井和風(fēng)南2井為例,其二疊系和三疊系儲集層樣品中包裹體均一溫度大致可分別劃為3個區(qū)間(60～70℃,85～105℃,110～130℃)和2個區(qū)間(65～80℃和95～105℃)(見圖2a)。結(jié)合沉積埋藏史和熱史資料,二疊系油藏可能接受了3期油氣充注,大致在中晚二疊世、晚三疊世和早白堊世,而三疊系儲集層大致在晚三疊世和早白堊世接受油氣注入(見圖2b)。該結(jié)果較好地補(bǔ)充和印證了上述通過儲集層自生伊利石K-Ar測年所確定的成藏期次,中晚二疊世確實也曾是本區(qū)一次重要的油氣成藏期。其次,在腹部陸梁地區(qū),現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的油氣藏絕大部分賦存于侏羅系及白堊系砂巖儲集層中,以石南油田為例,儲集層包裹體的均一溫度分布較分散(見圖3a)。頭屯河組(J2t)包裹體均一溫度主要為65～80℃,呈單眾數(shù)分布,西山窯組(J2x)和三工河組(J1s)數(shù)據(jù)呈多眾數(shù)分布,溫度分布范圍寬:西山窯組包裹體均一溫度為60～110℃,雙眾數(shù)分布,但主要集中在75～100℃的后主峰上,前一個主峰(65～70℃)豐度低;三工河組也呈雙眾數(shù)分布,前峰為65～80℃,后峰位置分布范圍較寬,為85～100℃。包裹體均一溫度分布反映了侏羅系儲集層中至少記錄了兩期油氣聚集過程。綜合埋藏-熱史資料(見圖3b),侏羅系儲集層的第一次成藏時間在早白堊世,第二次成藏作用發(fā)生在新近紀(jì)以來,該期油氣成藏過程持續(xù)時間長,導(dǎo)致包裹體均一溫度分布范圍寬。綜上所述,準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖—盆1井西復(fù)合含油氣系統(tǒng)共有4個大的油氣成藏期次,即P2—3、T3、J2—K1和N,這是對前人3個期次成藏(T3、J2—K1和E)的有效補(bǔ)充和完善。中晚二疊世(P2—3)是本區(qū)油氣成藏的第1個關(guān)鍵時期,茲以一實例對此進(jìn)行簡要說明。在西北緣風(fēng)南油田,風(fēng)南1井中二疊統(tǒng)夏子街組(3930m,P2x)發(fā)育大量泥礫,筆者曾在其石英顆粒中觀測到有機(jī)包裹體的存在。泥礫呈渾圓狀,無裂隙,說明筆者所觀測到的包裹體是早期形成的,并不是后來進(jìn)入的。換言之,該區(qū)的油氣或許很早就已經(jīng)成藏,至少在夏子街組沉積之前就已經(jīng)有油氣充注了?？紤]到風(fēng)城組烴源巖的主要生油期為三疊紀(jì)和早中侏羅世,而佳木河組烴源巖的主要生油期從風(fēng)城組沉積期可以一直延續(xù)至三疊紀(jì),因此該期古油氣藏很有可能是佳木河組烴源巖早期生成的原油,只是由于成藏時代早,后期構(gòu)造變動頻繁,使得該期油氣藏未能保存下來,亦或是深埋于地下深處尚未被發(fā)現(xiàn)。泥礫石英顆粒中的包裹體產(chǎn)狀也說明了這一點:有機(jī)包裹體大多呈破裂狀,氣相組分泄漏。考慮到3930m之下90m處為中二疊統(tǒng)與下二疊統(tǒng)之間的不整合,所以筆者推斷,該期油氣是風(fēng)城組沉積后,構(gòu)造抬升導(dǎo)致地層風(fēng)化剝蝕,使得古油氣藏遭破壞后進(jìn)入。由此看來,中晚二疊世應(yīng)是準(zhǔn)噶爾盆地,特別是西北緣克—夏斷階帶及斜坡區(qū)的第1次大規(guī)模油氣成藏期。除此之外,本次研究所得出的其他3個油氣成藏關(guān)鍵期與前人研究結(jié)果基本相同,但稍有差異:三疊紀(jì)末,是佳木河組烴源巖大量生氣期和風(fēng)城組烴源巖生油高峰期,也是西北緣主要的油氣成藏期;晚侏羅世—早白堊世,是下烏爾禾組烴源巖主要生油期,為陸梁隆起中西部及莫索灣凸起成熟油氣主要的成藏期;新近紀(jì)(持續(xù)至今),是下烏爾禾組烴源巖的生氣高峰期,也是陸梁隆起中西部及莫索灣地區(qū)高熟油及天然氣的主要成藏期。3不同成藏組合油氣勘探方向呂修祥等和金之鈞等曾基于塔里木盆地多旋回演化的特點,提出過“成藏旋回”的概念,指油氣從烴源巖排出、運移、聚集成藏以及在后期各種地質(zhì)作用影響下已形成的油氣藏重新調(diào)整或被破壞的全過程,每一旋回對應(yīng)于盆地持續(xù)下沉、生排烴至隆升剝蝕的整個過程。準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏的最大特點在于斷裂對不同層系油氣的溝通使得油氣混源現(xiàn)象相當(dāng)普遍,導(dǎo)致現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的油藏易見早期降解油與后期未降解油的混合,各層組的油氣性質(zhì)有同有異。換言之,很難用涵蓋了一次完整生、運、聚的“成藏旋回”來追蹤、描述油氣的成藏演化過程及油氣分布。因此,筆者采用具有時空含義的“成藏組合”概念描述疊合盆地油氣成藏及其時空分布特征。成藏組合劃分以油氣成藏期次研究為基礎(chǔ),結(jié)合垂向封隔層(異常高壓層、蓋層)分布特征,從垂向上將油氣成藏劃分成若干區(qū)間,每一區(qū)間代表著一次成藏過程及其油氣分布,以此來反映油氣成藏的動態(tài)演化及分布。準(zhǔn)噶爾盆地早中二疊世為具多個沉積中心的非海相沉積盆地,晚二疊世形成統(tǒng)一的陸相湖盆。中生界以來發(fā)生過3次盆地級規(guī)模湖侵,從而形成了3套區(qū)域性蓋層,即上三疊統(tǒng)白堿灘組(T3b)、下侏羅統(tǒng)三工河組上部(J1s1)和下白堊統(tǒng)吐谷魯群(K1tg)泥巖,此外,古近紀(jì)盆地南部還發(fā)育了一套封蓋條件較好的泥巖。這些蓋層在盆地或區(qū)帶范圍內(nèi)對下伏油氣聚集起到了明顯的控制作用。勘探實踐表明,對于古生界烴源巖生成的油氣(以下簡稱為古源型油氣)而言,只要在白堿灘組有效蓋層范圍內(nèi),若無油源斷裂溝通,古源型油氣嚴(yán)格分布在該套蓋層之下,如西北緣瑪北油田的下三疊統(tǒng)百口泉組(T1b)和上二疊統(tǒng)上烏爾禾組(P3w)油藏、腹部石西油田石炭系油藏等。從侏羅系聚集的古源型油氣來看,在沒有油源斷裂溝通時,其油氣分布同樣嚴(yán)格受三工河組上部泥巖和吐谷魯群泥巖兩套區(qū)域性蓋層控制,如石南油田中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)和西山窯組(J2x)油藏。據(jù)此可將準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖—盆1井西復(fù)合含油氣系統(tǒng)縱向上劃分為4大成藏組合,即C—T3、T3—J1、J2—K1和K—N(見圖4)。不同成藏組合在不同區(qū)帶具有不同的油氣勘探意義和價值。①中晚二疊世,石炭系—下二疊統(tǒng)佳木河組烴源巖生成的油氣在中二疊統(tǒng)下烏爾禾組泥巖之下聚集;侏羅紀(jì)之前,下二疊統(tǒng)風(fēng)城組排出的油氣被上三疊統(tǒng)白堿灘組泥巖封蓋,大量原生油藏賦存于石炭系—中三疊統(tǒng)。這兩次成藏事件共同屬于成藏組合Ⅰ。如西北緣地區(qū)勘探實踐表明,區(qū)內(nèi)80%的油氣都聚集在白堿灘組泥巖之下的C—T2砂礫巖和火山巖儲集層中。而在腹部地區(qū),20世紀(jì)90年代初中期對深部石炭系—三疊系進(jìn)行了大量鉆探,除了發(fā)現(xiàn)石西油田的石炭系潛山工業(yè)油藏外,其他地區(qū)都因儲集層埋深大、儲集層物性差而沒有獲得大的發(fā)現(xiàn)。最近10多年來,對于白堿灘組蓋層之下的深部儲集層油氣勘探?jīng)]有給予足夠關(guān)注。筆者認(rèn)為,今后腹部地區(qū)在重視成藏組合Ⅱ及成藏組合Ⅲ油氣勘探的同時,應(yīng)適度探索成藏組合Ⅰ,尋找原生油氣藏,其往往是盆地中尋找大型油氣田的重要目標(biāo),但要加強(qiáng)儲集層質(zhì)量評價及有利儲集層分布區(qū)研究。②晚侏羅世—早白堊世早期,下烏爾禾組烴源巖進(jìn)入生油高峰,生成的油氣在油源斷裂輸導(dǎo)下,更多地充注于成藏組合Ⅱ,即J1s1泥巖蓋層之下的侏羅系儲集層中。此外,J3—K1期斷裂活動使成藏組合Ⅰ中的油氣藏破壞、調(diào)整形成了大量次生油氣藏或與下烏爾禾組生成的油氣混源成藏,使油氣分布范圍擴(kuò)大,含油層系增多。如克烏斷裂上盤的大量稠油油藏和部分稀油油藏,以及陸梁西部、莫索灣地區(qū)侏羅系三工河組中的油氣藏。這些混源油氣具有典型的分子有機(jī)地球化學(xué)特征,即在油氣飽和烴組分的氣相色譜圖上可以清晰看到出峰完整的正構(gòu)烷烴與“UCM(unresolvedcomplexmixture)”峰共存。③白堊紀(jì),下烏爾禾組烴源巖排出的油氣在油源斷裂輸導(dǎo)下,持續(xù)向K1tg泥巖蓋層之下的K1tg底礫巖以及J2t、J2x的砂巖儲集層中充注,形成成藏組合Ⅲ。該成藏組合中的油氣與成藏組合Ⅱ中油氣的宏觀地球化學(xué)性質(zhì)類似,都是殘余次生P1f油氣+原生成熟P2w油氣及P1f高熟油氣,但其成藏時間、過程及油氣空間分布不盡相同,這也正是筆者將其劃分為不同油氣成藏組合的原因所在。以石南油氣田石南4井區(qū)油藏為例對此作一簡要說明。石南4井區(qū)縱向上由下而上存在J1s22油藏、J1s21氣藏和J2t油藏。各油氣藏飽和壓力與油氣藏中部海拔呈負(fù)相關(guān),氣藏與未飽和油藏縱向并存,說明它們并不是同源同期形成的。油氣分析表明,天然氣成熟度明顯高于原油成熟度,且生烴母質(zhì)也有所差異。物性分析表明,J1s22及J2t油層孔隙度中值為15%～17%,連通性中等,孔隙直徑均值91～102μm,而J1s21氣層孔隙度均值為12%,且連通性差,孔隙直徑均值為44μm,J2t和J1s22的滲透率均值與J1s21的滲透率均值之比大于100。正因J1s21儲集層有較大的排驅(qū)壓力,使得早期原油運移期未能成藏。在后期天然氣運移使J1s21成藏的同時,J2t和J1s22油藏受到了氣侵。該成藏實例說明J1s1和K1tg作為不同的油氣垂向封隔層,具有不同的封閉能力,使得下伏儲集層中的油氣具有不同的成藏過程。該認(rèn)識對于腹部地區(qū)的油氣勘探有著重要的現(xiàn)實意義:在靠近盆1井西生烴凹陷的周緣地帶,油氣優(yōu)先形成成藏組合Ⅱ,如莫索灣、莫北等油氣田;而在遠(yuǎn)離生烴凹陷的聚集帶中,油氣充注形成成藏組合Ⅲ,如石南油田和陸梁油田。二者具有不同的有利勘探區(qū)帶。④新生代尤其是新近紀(jì)以來昌吉坳陷急劇沉降,下烏爾禾組烴源巖進(jìn)入高成熟生油氣階段,K1tg蓋層異常高壓增強(qiáng),而莫索灣凸起—陸梁隆起不斷翹升,異常壓力系統(tǒng)被打破,在腹部淺層(T—K)正斷層發(fā)育部位,異常壓力封隔層被突破,油氣自下而上在白堊系—新近系中聚集,形成了第Ⅳ個成藏組合,如腹部陸梁油田K1tg中的油氣聚集就是個典型實例。此外,盆地