海相調(diào)整型油氣藏成藏規(guī)律與評價(jià)

海相調(diào)整型油氣藏成藏規(guī)律與評價(jià)

明末的元?dú)獠厥怯蜌獠氐膬煞N類型，相對較晚，是油氣藏的最大儲(chǔ)存概率。由于油氣藏動(dòng)力系統(tǒng)的改變,油氣從原生油藏運(yùn)移、聚集形成次生油氣藏的過程,必然會(huì)造成原生油藏油水界面的變化,油氣充注導(dǎo)致自生伊利石停止生長,運(yùn)移過程形成烴類流體包裹體,并且儲(chǔ)層瀝青的光學(xué)特征和分子化石也記錄了油氣運(yùn)移的方向和充注期次。因此,油氣藏儲(chǔ)層中可動(dòng)烴、吸附烴、儲(chǔ)層瀝青、流體包裹體以及自生伊利石是反映油氣運(yùn)移期次、油氣性質(zhì)變化和油水界面變遷的最直接的證據(jù),是研究原生油藏調(diào)整改造作用最直接的對象。Karlsenetal.(1993)通過分析有機(jī)包裹體與現(xiàn)今原油之間分子地球化學(xué)參數(shù)的差異,反映了挪威北海油田古、今油源的不同。潘長春等(2000)利用連續(xù)抽提的方法,對比研究現(xiàn)今油藏和古油藏的有機(jī)質(zhì)地球化學(xué)特征,重構(gòu)出庫車凹陷多期油氣的充注過程。Liuetal.(2005)利用顆粒熒光定量評價(jià)儲(chǔ)層中含油包裹體豐度(GOI)表征儲(chǔ)層中油水界面的變化。綜合運(yùn)用有機(jī)巖石學(xué)、地球化學(xué)手段結(jié)合地質(zhì)分析力求重構(gòu)調(diào)整型油氣藏的成藏過程,劃分調(diào)整類型,分析主控因素,對于從整體上科學(xué)認(rèn)識(shí)油氣成藏過程,明確油氣調(diào)整途徑和方向?qū)τ诖紊蜌饪碧骄哂惺种匾睦碚摵同F(xiàn)實(shí)意義。中國西北部塔里木盆地經(jīng)歷多旋回構(gòu)造演化,臺(tái)盆區(qū)發(fā)育寒武系-奧陶系兩套海相烴源巖,多階段生烴多期次油氣充注(張水昌等,2001;朱光有等,2007),發(fā)育多套含油氣層系垂向疊置、橫向連片。受控于喜馬拉雅山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),油氣晚期調(diào)整再聚集成為塔里木盆地海相油氣成藏的一種普遍而重要的方式(趙靖舟等,2002)。哈得遜構(gòu)造帶是在塔北輪南低凸起向南延伸背景上形成的一個(gè)低幅度鼻狀構(gòu)造,現(xiàn)今哈得遜隆起主要發(fā)育于石炭系及其以上層位。哈得遜石炭系油氣藏被認(rèn)為是塔北隆起最為典型的晚期調(diào)整型油氣藏(徐漢林等,2008;米敬奎等,2008)。然而,調(diào)整型油氣藏的原生油藏在什么位置,古油柱的高度,油氣運(yùn)移途徑和調(diào)整時(shí)間等還需要深入的研究,由此可以總結(jié)調(diào)整型油氣成藏的主控因素和動(dòng)力機(jī)制。1哈得遜油田成巖模式通過地層和不整合發(fā)育情況表明,在加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)晚期,塔北地區(qū)發(fā)生較大規(guī)模的褶皺運(yùn)動(dòng),志留系遭受強(qiáng)烈剝蝕(朱光有等,2009),而后東河砂巖超覆沉積在輪南低凸起之上;海西運(yùn)動(dòng)晚期斷塊隆升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng),鄉(xiāng)3構(gòu)造就在此時(shí)形成,地層區(qū)域南傾,南部阿滿過渡帶的中上奧陶統(tǒng)烴源巖大量生烴,在塔北隆起大規(guī)模聚集成藏;三疊系沉積前,二疊系地層遭受大規(guī)模侵蝕,塔北油氣普遍遭受生物降解。印支-燕山期是陸相盆地的發(fā)育期,塔北地區(qū)穩(wěn)定沉降,但到了喜山期天山隆升,石炭系以上地層發(fā)生翹傾,形成現(xiàn)今的地層格局。三期重大構(gòu)造變革分別對應(yīng)晚加里東期寒武系烴源巖大量生烴成藏,晚海西期奧陶系烴源巖大規(guī)模生烴充注,而喜山期塔北地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈撓曲變形,造成石炭紀(jì)地層由南傾轉(zhuǎn)為北傾,伴隨強(qiáng)烈的NNW-SSE向擠壓作用,在塔北地區(qū)形成石炭系寬緩的鼻狀隆起構(gòu)造,成為原生油藏調(diào)整再聚積的地質(zhì)背景。目前,已經(jīng)證實(shí)哈得遜油田共有3個(gè)相互獨(dú)立油藏:石炭系中泥巖段的薄砂層油藏、石炭系東河砂巖油藏以及中上奧陶統(tǒng)良里塔格組和一間房到鷹一段油藏(圖1)。從經(jīng)過哈得遜油田的南北向剖面可以看出,該地區(qū)現(xiàn)今石炭系的圈閉形態(tài)為北傾的低幅鼻狀構(gòu)造,發(fā)育哈得4東河砂油藏和哈得1中泥巖段的薄砂層油藏,而奧陶系的構(gòu)造高點(diǎn)則位于鄉(xiāng)3構(gòu)造,發(fā)育鄉(xiāng)3井中上奧陶統(tǒng)油藏。根據(jù)前人的研究結(jié)果,哈得遜地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的原油均來源于南部阿滿過渡帶的中上奧陶統(tǒng)海相烴源巖(ZhangandHuang,2005;Zhangetal.,2005),哈得遜油田成為中國首個(gè)海相碎屑巖儲(chǔ)量超億噸的整裝大油田。2有機(jī)巖石學(xué)和有機(jī)地球化的特點(diǎn)2.1東河砂巖油砂通過對儲(chǔ)層瀝青的觀察,發(fā)現(xiàn)東河砂巖中存在2期瀝青。絕大部分發(fā)現(xiàn)的瀝青為未固化的軟瀝青(圖2a),其反射率都比較低,RO一般均小于0.2%,油氣進(jìn)入儲(chǔ)層時(shí)間距今很近,并未完全結(jié)晶;另一期瀝青的反射率相對較高(圖2b),其平均值為0.65%,這類瀝青一般非常少見,而且只在無油氣顯示的干層中才見得到。這說明前一期瀝青發(fā)育較為普遍并且未結(jié)晶,可能與距今很近的成藏事件有關(guān),而后一期瀝青很少見并大多發(fā)育在干層中,推測由于早期油氣充注而并未成藏造成的,2期瀝青的發(fā)現(xiàn)可能指示曾有2期油到達(dá)過東河砂巖。在透射光下觀察東河砂巖油砂薄片,東河砂巖以石英顆粒為主,儲(chǔ)集空間主要是粒間孔(圖3a)。在紫外光激發(fā)條件下觀察發(fā)現(xiàn),砂巖中普遍存在一種褐色的瀝青,這種褐色瀝青緊貼在石英顆粒的周圍,其熒光呈暗褐色;而在粒間孔中發(fā)育后期充注的藍(lán)色熒光的油質(zhì)(圖3b),這種藍(lán)色熒光具有一定的連通性。這兩種熒光特征的有機(jī)質(zhì),及其富存狀態(tài)的差異,反映出該地區(qū)可能發(fā)生過2次原油的充注,并且早期的原油發(fā)生過分解和散失,只留下一些瀝青吸附在巖石顆粒的周圍,而晚期的原油充填了巖石的孔隙。2.2早期充注油氣特征塔里木臺(tái)盆區(qū)發(fā)育兩套海相烴源巖,分別為寒武系-下奧陶統(tǒng)烴源巖和中上奧陶統(tǒng)烴源巖。有研究認(rèn)為(張水昌等,2002;李素梅等,2008),寒武系烴源巖生烴成藏主要在加里東晚期,并且在早海西期遭受了強(qiáng)烈的生物降解,但當(dāng)時(shí)哈得遜東河砂巖地層還未沉積,不可能捕獲這時(shí)寒武系來源的油氣。利用三芳甾烷類生物標(biāo)記化合物的氣相色譜-質(zhì)譜分析技術(shù)(Azevedoetal.,1992),通過油源對比發(fā)現(xiàn),不論是哈得遜地區(qū)碎屑巖抽提物還是原油均表現(xiàn)出高含3-甲基-24-乙基三芳甾烷和C28+C29三芳甾烷,基本不含4,23,24-三甲基三芳甾烷以及含有少量的C26+C27三芳甾烷的特征,整體上表現(xiàn)出中上奧陶統(tǒng)烴源巖來源的特征(圖4)。據(jù)研究認(rèn)為(米敬奎等,2006),中上奧陶統(tǒng)烴源巖生烴主力成藏期為晚海西期,說明哈得遜地區(qū)油源相對單一并且有油氣充注的最早時(shí)間為晚海西期,微量的4,23,24-三甲基三芳甾烷只可能是中上奧陶統(tǒng)來源油氣在運(yùn)移過程中溶解了少量早期的寒武系來源生標(biāo)造成的。選擇了哈得遜地區(qū)9塊干層儲(chǔ)集巖心樣品,進(jìn)行氯仿瀝青“A”的有機(jī)地球化學(xué)分析,主要反映早期充注油氣特征;并選擇15個(gè)原油樣品代表晚期可動(dòng)原油特征,借此進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)對比研究油氣母源、成熟度的差異和次生作用過程(Volkmanetal.,1989)。樣品的測試結(jié)果分原油和儲(chǔ)集巖兩類進(jìn)行對比,按照樣品深度由深到潛,分布由北向南的順序排列(表1)。通過對比分析含油儲(chǔ)集巖抽提物的成熟度和降解程度與原油之間的差異顯示(圖5),儲(chǔ)集巖的抽提物成熟度指標(biāo)C23TT/C30Hop和C2920S/20R甾烷的平均值分別為0.99和1.34,這比原油的成熟度數(shù)值1.13和1.37略低;并且抽提物與原油4-/1-MDBT(甲基二苯并噻吩)指標(biāo)的差異也不大,分別為1.95和2.15。但是,25-降藿烷/C30αβ藿烷比值的變化卻十分明顯,抽提物與原油中該參數(shù)的平均值分別為0.20和0.13,儲(chǔ)層抽提物遭受了更劇烈的生物作用。Moldowan(1998)曾報(bào)道過,25-降藿烷的出現(xiàn)說明液態(tài)烴遭受了6~8級的生物降解,規(guī)則甾烷和藿烷均遭受不同程度的降解,表明哈得遜地區(qū)油氣成藏存在生物降解蝕變,而且抽提物與原油之間的成熟參數(shù)比較接近,說明可動(dòng)原油與早期過路的油氣是烴源巖相同演化階段的產(chǎn)物,由此推測現(xiàn)今哈得遜原油是聚集在深部地層中原生油氣藏調(diào)整而來的。垂向上奧陶系、志留系和石炭系的原油成熟度相差不大,并且平面上哈得遜地區(qū)石炭系和東河砂巖中自北向南原油的成熟度也變化不大;同時(shí)原油均出現(xiàn)25-降藿烷,但是25-降藿烷/C30αβ藿烷比值在0.1左右,并且哈得遜地區(qū)個(gè)地層中原油都比較一致,僅哈得23井奧陶系和哈得18C志留系中發(fā)育保存較好的原油。而儲(chǔ)層抽提物的成熟度也沒有明顯的變化趨勢,僅是生物降解參數(shù)25-降藿烷/C30αβ藿烷反映出哈得遜地區(qū)北部降解比南部劇烈,這與抽提物代表的早期油氣經(jīng)過時(shí),哈得遜地區(qū)北高南低的構(gòu)造形態(tài)有關(guān)。3重構(gòu)哈得遜油藏調(diào)整聚集過程確定在詳細(xì)分析了哈得遜地區(qū)原油地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上,還需要確定重構(gòu)哈得遜油藏調(diào)整聚集過程,從而確定原生油藏的位置,評價(jià)調(diào)整規(guī)模。為此將借助成藏年代學(xué)的方法,結(jié)合地球化學(xué)證據(jù),分析油藏調(diào)整過程并確定原生油藏。3.1石炭系頂面的年齡及油氣成藏時(shí)代儲(chǔ)層中自生伊利石和鉀長石的形成需要一個(gè)流動(dòng)的富鉀的堿性介質(zhì)環(huán)境,當(dāng)油氣注入儲(chǔ)層后,油氣中的有機(jī)酸會(huì)使這種環(huán)境發(fā)生改變,自生伊利石的形成便會(huì)終止(王飛宇等,1997)。因此,提高自生伊利石定年的準(zhǔn)確性,就需要提取出真正的自生伊利石。首先,通過SEM分析黏土礦物的形態(tài)學(xué)特征,自生伊利石一般發(fā)育在顆?？紫吨g,呈針葉狀或鱗片狀(圖6a)。然后通過XRD檢測I/S混層的相對含量(圖6b),分離出不同粒級的自生伊利石,進(jìn)行K-Ar同位素法測定年齡。一般情況下,粒度小于1μm的自生伊利石定年結(jié)果比較準(zhǔn)確。其原因主要是由于受原生的高嶺石、綠泥石以及伊利石—蒙皂石混層礦物的影響。從同一儲(chǔ)層不同粒度伊利石K-Ar年齡的測定結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)(表2):伊利石的K-Ar年齡具有隨其粒度的變大而變古老的趨勢。說明伊利石的顆粒愈大,其中所含的早期其它礦物愈多,其測定的年齡誤差也愈大,伊利石的顆粒愈小,其測定的年齡誤差也愈小。那么對于一個(gè)具有多期油氣充注的儲(chǔ)層來說,伊利石的K-Ar年齡記錄的只應(yīng)該是最早一期油氣到達(dá)儲(chǔ)層的年齡,而不應(yīng)該是目前油藏保留下來原油的成藏年齡?？傮w上,哈得遜地區(qū)石炭系最早原油充注時(shí)間為240~300Ma,也就是在晚海西期,這與中-上奧陶統(tǒng)烴源巖大規(guī)模生烴的時(shí)間相匹配,同時(shí)哈得遜儲(chǔ)層抽提物也是這一期油氣充注的結(jié)果。從這個(gè)時(shí)期石炭系頂面構(gòu)造圖上可以看出(圖7),這時(shí)哈得遜地區(qū)東河砂巖埋深不到1500m,并且地層區(qū)域南傾,不發(fā)育明顯的圈閉,油氣僅到達(dá)了東河砂巖而沒有成藏。從造形態(tài)上看,鄉(xiāng)3也處于相對高點(diǎn),成為海西晚期中上奧陶統(tǒng)油氣主要的運(yùn)聚指向區(qū),由此可以確定,在晚海西期中-上奧陶統(tǒng)烴源巖大量生成的油氣主要由南向北運(yùn)聚,在鄉(xiāng)3構(gòu)造附近聚集形成古油藏。而后在三疊系沉積前,塔北大范圍遭受剝蝕,這時(shí)油氣普遍遭受降解,造成儲(chǔ)層抽提物中降解參數(shù)的明顯升高。3.2流體包裹體均一溫度分布哈得遜油田石炭系與奧陶系中烴類流體包裹體均以液態(tài)烴為主,光學(xué)特征相似,含有微量的氣態(tài)烴。不同之處,石炭系液態(tài)烴包裹體尺寸較大,最大的可達(dá)到50μm,含量不足5%;而奧陶系儲(chǔ)層中的烴類包裹體相對較小,最大的為20μm左右,含量平均在15%左右。并且石炭系包裹體發(fā)育在顆粒晶體內(nèi),呈孤立狀分布(圖8a),而奧陶系包裹體發(fā)育在方解石節(jié)理和裂縫中,呈脈狀分布(圖8b)。前人針對哈得遜儲(chǔ)層流體包裹體研究結(jié)論認(rèn)為,有機(jī)包裹體的均一溫度反映的是早期原油進(jìn)入時(shí)儲(chǔ)層的溫度(趙靖舟等,2002)。但針對包裹體捕獲溫度的計(jì)算結(jié)果表明:有機(jī)包裹體的捕獲溫度要比同期鹽水包裹體的均一溫度高3~10℃,而比有機(jī)包裹體本身的均一溫度一般高20℃以上。因此,研究選用與有機(jī)包裹體伴生的鹽水包裹體,測定均一溫度作為油氣充注溫度的證據(jù)(表3)。將同一層系所有樣品測得的均一溫度繪制在一張概率分布直方圖上,代表該層系總體的均一溫度分布主頻。對比結(jié)果表明,哈得遜石炭系油藏均一溫度分布連續(xù),主頻溫度范圍在100~110℃之間,這說明哈得遜石炭系持續(xù)存在原油經(jīng)過,而成藏期則相對比較集中。反觀奧陶系包裹體均一溫度直方圖,明顯具有分階段性,說明奧陶系有效成藏期有3期(圖9)。根據(jù)鄉(xiāng)3井的埋藏史圖,奧陶系3期均一溫度分別對應(yīng)晚加里東期、晚海西期和晚喜山期,而哈得遜石炭系主要成藏期大約在8~2Ma左右。從哈得遜地區(qū)康村組沉積前(距今大約5Ma左右)石炭系頂面構(gòu)造圖可以看出(圖10),哈得遜地區(qū)已經(jīng)發(fā)育為向北傾末的“鼻隆”,油氣運(yùn)聚的有利方向?yàn)閺谋毕蚰?。結(jié)合包裹體均一溫度的分析結(jié)果,表現(xiàn)出哈得遜石炭系油藏最大規(guī)模的原油成藏發(fā)生在晚喜山期8~2Ma左右。在康村沉積前石炭系頂面構(gòu)造的背景下,油氣調(diào)整再聚集只可能發(fā)生由北向南的運(yùn)移,這就為北面早期原生油藏的調(diào)整提供了地質(zhì)條件。4油氣圈閉形態(tài)的變化不同與原生油氣藏遭受裂解作用(Beharetal.,1992;Horsfieldetal.,1992;Berneretal.,1995;PrinzhoferandHuc,1995;Lorantetal.,1998)、生物降解、水洗、氣侵以及散失等次生蝕變過程,調(diào)整再聚集型油氣藏側(cè)重于研究在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下,油氣圈閉形態(tài)發(fā)生變化,原生油藏的油氣重新分配,在新形成的圈閉中聚集成藏(蘇勁等,2010a)。晚海西期哈得遜地區(qū)石炭系在后期整體處于北高南低的鼻狀隆起上,鼻隆高點(diǎn)位于鄉(xiāng)3構(gòu)造(徐漢林等,2009);二疊系沉積末也是中上奧陶統(tǒng)烴源巖主力生烴期,發(fā)育在哈得遜地區(qū)南邊的烴源巖生成的油氣很可能會(huì)匯集到隆起高部位(蘇勁等,2010b),即鄉(xiāng)3構(gòu)造很可能聚集形成了哈得遜的原生油藏。印支-燕山期是塔里木盆地的發(fā)育期,該期內(nèi)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對塔北地區(qū)影響不大,隨著盆地整體下降接受沉積,構(gòu)造格局未發(fā)生明顯變化(朱光有和張水昌,2009)。進(jìn)入中新世以來天山隆升劇烈,臺(tái)盆區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈撓曲變形,尤其塔北地區(qū)石炭系及以上地層發(fā)生傾向反轉(zhuǎn)。從康村期沉積末石炭系頂面構(gòu)造圖可以看出,哈得遜地區(qū)已經(jīng)處于北低南高的鼻隆之上,新的構(gòu)造背景為鄉(xiāng)3井附近的原生油氣重新分配聚集成藏提供了動(dòng)力條件。為了證明在這樣的構(gòu)造背景下,鄉(xiāng)3構(gòu)造的原生油氣藏確實(shí)發(fā)生了油氣的再分配,本研究通過儲(chǔ)層熒光特征反映古、今油水界面特征,來表征原生油藏的調(diào)整過程。4.1熒光光譜識(shí)別油層針對含水砂巖、不同含油包裹體豐度砂巖以及含凝析氣的砂巖,借鑒連續(xù)抽提的方法,制備出代表現(xiàn)今油藏的有機(jī)質(zhì)(以QGF-O表示),和代表古油藏而吸附在顆粒表面的有機(jī)質(zhì)(以QGF-A表示)。有機(jī)溶液在波長0~200nm的激光下激發(fā)產(chǎn)生熒光,繪制出發(fā)射波長從220nm到340nm的三維熒光光譜(圖9),分別對應(yīng)現(xiàn)今油藏(以圖11aTSF-O表示)和古油藏(圖11b以TSF-A表示)。通過對比最大發(fā)射熒光波長λmax、熒光強(qiáng)度Imax、△λ(1/2Imax之間波長范圍)和三維熒光光譜,可以用來劃分含水層、油層和過渡帶,以及對比古、今油水界面的變化。結(jié)合Liuetal.(2005)的報(bào)道,本文研究認(rèn)為,在識(shí)別現(xiàn)今油藏時(shí),熒光強(qiáng)度Imax大于50pc時(shí),指示進(jìn)入油層;而在判斷古油藏時(shí)認(rèn)為,當(dāng)包裹體豐度GOI>5%時(shí)進(jìn)入油層,這是對應(yīng)的古油藏?zé)晒鈴?qiáng)度Imax大于5pc。4.2油氣運(yùn)移過程對比通過系統(tǒng)選取原生油藏中鄉(xiāng)3井東河砂巖和奧陶系良里塔格組的儲(chǔ)層樣品,經(jīng)過連續(xù)抽的前處理區(qū)分出古油藏和現(xiàn)今油藏的抽提物,并進(jìn)行了熒光強(qiáng)度掃描,利用熒光光譜和熒光強(qiáng)度的對比定量評價(jià)了油氣的調(diào)整過程(圖12)。通過對比看出,鄉(xiāng)3井的東河砂巖段的古今油水界面并未發(fā)生明顯變化,只是古今油藏?zé)晒鈴?qiáng)度的峰值出現(xiàn)了由下向上的遷移現(xiàn)象,表明油氣發(fā)生過自下而上的運(yùn)移過程。但是通過對比奧陶系良里塔格組的熒光強(qiáng)度發(fā)現(xiàn),其古今油水界向上遷移了20m左右,由此判斷哈得遜油田是由鄉(xiāng)3構(gòu)造中奧陶系古油藏的油氣發(fā)生調(diào)整云移形成的,并指示塔北地區(qū)次生調(diào)整型油氣藏具有較大的勘探潛力。5疊紀(jì)構(gòu)造格局根據(jù)哈得遜油藏有機(jī)地球化學(xué)和有機(jī)巖石學(xué)研究結(jié)果,以及原生油藏調(diào)整過程的表征說明,該地區(qū)經(jīng)歷了兩期的油氣充注。第一期是晚海西期中上奧陶統(tǒng)烴源巖生成的油氣由南向北運(yùn)移,在塔北地區(qū)大范圍成藏,在鄉(xiāng)3構(gòu)造附近聚集形成原生油藏,此時(shí)油氣只是途徑哈得遜的東河砂巖,并未成藏;三疊系沉積前,塔北經(jīng)歷抬升過程,遭受大面積剝蝕,埋深較淺的油氣和儲(chǔ)層殘留烴普遍遭受不同程度生物降解,而埋藏較深部位的原油并為降解保存較好,例如最近發(fā)現(xiàn)的哈得23井奧陶系原油,成熟度與哈得遜地區(qū)原油相近,并為遭受降解,是后期古原油調(diào)整的主要來源(圖13a)。第二期則是在晚喜山期庫車坳陷發(fā)育,塔北地區(qū)石炭系以上地