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準(zhǔn)噶爾盆地腹部油氣運聚特征與演化
準(zhǔn)噶爾盆地腹部豐富,油氣資源豐富,預(yù)測著巨大的勘探潛力。盡管該區(qū)近年來不斷有新的油氣田發(fā)現(xiàn),但是,對該區(qū)多旋回構(gòu)造背景下油氣運聚成藏歷史的認(rèn)識深度,制約了該區(qū)油氣成藏機理研究與勘探的進程。對于這種受多期構(gòu)造運動控制、發(fā)育多套烴源巖和多層系油氣充注的疊合型盆地,尤其是在烴源巖沒有鉆井揭示的情況下,油氣成藏期次與調(diào)整歷史的研究僅靠單一的方法難以得出準(zhǔn)確的認(rèn)識。本研究通過烴源巖生烴史正演模擬與油氣藏地質(zhì)、地球化學(xué)反演分析相互驗證的方法,建立了盆地腹部油氣充注與再次運移的歷史。1不同時代地質(zhì)構(gòu)造及油氣運聚特征準(zhǔn)噶爾盆地為一個經(jīng)歷了自古生代至新近紀(jì)多期構(gòu)造運動的繼承型疊合型盆地(吳根耀等,2003),石炭系至新近系發(fā)育完好(李溪濱等,1993)。準(zhǔn)噶爾盆地腹部泛指盆地中部地區(qū)(圖1)。盆1井西凹陷是腹部的主力烴源區(qū),該凹陷區(qū)及其周緣馬橋凸起、莫北凸起和陸南凸起是腹部的主要勘探領(lǐng)域。盆1井西凹陷發(fā)育有下二疊統(tǒng)風(fēng)城組(P1f)和上二疊統(tǒng)下烏爾禾組(P2xw)兩套主力烴源巖(宋巖,1995)。上三疊統(tǒng)白堿灘組及下侏羅統(tǒng)三工河組厚層泥巖是腹部最重要的區(qū)域性蓋層。腹部主要的油氣聚集層位是侏羅系與白堊系砂巖儲層;其次是深部石炭系火山巖儲層。腹部油氣運聚還受到車-莫古隆起形成與演化的影響。燕山運動末期的壓扭作用形成了一個南西—北東向的車-莫古隆起。它的主支自車排子斷隆向北東經(jīng)莫索灣地區(qū)延伸至陸南和滴西地區(qū),另一支則自奎屯向北延伸至艾參1井以南。該隆起在車排子南端一帶隆起較高,剝蝕下侏羅統(tǒng)八道灣組,向北東幅度降低,剝露下侏羅統(tǒng)三工河組與中侏羅統(tǒng)西山窯組,表現(xiàn)為不規(guī)則的分枝狀鼻狀隆起(分布范圍見圖1)。該隆起在三工河組沉積期即有雛形,西山窯期開始發(fā)育,在頭屯河期隆起規(guī)模最大(何登發(fā)等,2003,2005)。車-莫古隆起隨著喜馬拉雅運動的掀斜作用而逐漸消亡。油氣源對比表明,準(zhǔn)噶爾盆地腹部盆1井西凹陷及其周緣油氣主要來源于二疊系烴源巖(王緒龍等,1995)。本文基于前人熱史(邱楠生等,2002)和埋藏史恢復(fù),應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率化學(xué)動力學(xué)模型(SweeneyandBurnham,1990),模擬了盆1井西凹陷二疊系主力烴源巖風(fēng)城組和下烏爾禾組生烴史。模擬結(jié)果表明(圖2):受燕山中期(中侏羅世末至晚侏羅世)抬升運動的影響,烴源巖在中侏羅世末至晚侏羅世生排烴強度減弱,由此將生烴史分為3期。1)早期生油期,自中三疊世至晚侏羅世,原油主要來自于風(fēng)城組,其次是下烏爾禾組;2)中期原油與天然氣生成期,自早白堊世晚期至古近紀(jì)早期,原油與天然氣主要分別來自于下烏爾禾組與風(fēng)城組;3)晚期天然氣生成期,自古近紀(jì)以來,主要為二疊系烴源巖生成的高-過成熟天然氣。2盆地內(nèi)部流體非均質(zhì)性烴類包裹體均一溫度作為確定油氣充注時間與期次的方法,盡管還有諸多不確定因素,但在持續(xù)沉降與熱事件不發(fā)育地區(qū)仍不失為一種有效的方法(陶士振等,2003)。儲層流體非均質(zhì)性也是油氣藏多期次充注的有效識別標(biāo)志(郝芳等,2003)。隨著勘探不斷深入,盆地腹部積累了大量巖心樣品與儲層地球化學(xué)分析測試資料,使得建立該區(qū)詳細的油氣充注歷史成為可能。另外,腹部侏羅系儲層形成后,除了中-晚侏羅世短暫的區(qū)域性抬升外,之后一直持續(xù)沉降;并且自侏羅紀(jì)以來沒有發(fā)生明顯的熱事件(邱楠生等,2002),可以利用烴類包裹體均一溫度(通常測定與烴類包裹體共生的鹽水包裹體的均一溫度)確定油氣充注時間。(1)包裹體均一溫度的測定樣品取自準(zhǔn)噶爾盆地腹部各鉆井巖心。包裹體主要分布于砂巖膠結(jié)物石英和長石的加大邊和石英裂縫中。包裹體測定在中國石油勘探開發(fā)研究院實驗中心進行。在實驗中,砂巖樣品磨制成兩面拋光的包裹體薄片。先在普通顯微鏡下觀察薄片中包裹體的分布、圈定包裹體的部位。然后在法國生產(chǎn)的謝克麥卡(CHAIXMECA)冷熱臺和ORTHOLUX-ⅡPOL-BK顯微鏡下進行均一溫度測定。烴類包裹體均一溫度通常利用伴生的鹽水包裹體的均一溫度來替代,對選定的氣液兩相包裹體加溫,氣泡剛消失時的溫度即為均一溫度。儲層烴類包裹體豐度GOI(含油包裹體顆粒指數(shù))統(tǒng)計,利用LeitzDMRXP型熒光顯微鏡進行,GOI值為砂巖中含油包裹體顆粒占總顆粒的百分?jǐn)?shù)。(2)儲層充注時間腹部大量儲層烴類包裹體均一溫度檢測發(fā)現(xiàn),代表早期原油充注、烴類包裹體均一溫度為40~80℃的樣品分布局限。除石西和夏鹽構(gòu)造的石炭系儲層普遍發(fā)育這期烴類包裹體外,侏羅系儲層僅在莫北和石西構(gòu)造的下侏羅統(tǒng)八道灣組檢測到(表1,圖3)。在埋藏史與古地溫演化史圖上,應(yīng)用這組烴類包裹體均一溫度確定的油氣充注時間分別為:石西與夏鹽構(gòu)造的石炭系儲層為距今220~180Ma(T2~J2);莫北1井與莫北2井八道灣組儲層為距今135~115Ma(J3~K2)(圖3)。下部儲層充注時間早于上部,油氣優(yōu)先充注三疊系白堿灘組區(qū)域性蓋層以下的儲層;上部八道灣組儲層充注時間與中-晚燕山運動相對應(yīng),很可能是中-晚燕山期構(gòu)造使得早期斷裂活化,深部油氣沿斷裂向上運移的結(jié)果。由于中-晚燕山運動在腹部并不強烈,因此早期油氣只能沿著盆1井西凹陷邊界主斷裂向上運移,如莫北凸起西部邊界斷裂。斷裂不發(fā)育區(qū)域不利于早期原油充注,這很可能是早期充注在上部侏羅系儲層局限的原因之一。早期充注時間與烴源巖生烴史比較表明,早期充注原油主要來自于風(fēng)城組,其次是下烏爾禾組。(3)早期充注保護盆地期烴類包裹體腹部所有侏羅系儲層烴類包裹體均一溫度測試(表1)表明,均一溫度主要分布在80~120℃,如盆1井西凹陷的莊1井,馬橋凸起上的盆參2井、盆4井和莫北凸起。在已檢測的儲層烴類包裹體樣品中,除了前面提到的莫北1井、莫北2井八道灣組與石西和夏鹽構(gòu)造的石炭系儲層發(fā)現(xiàn)早期充注形成的較低溫度烴類包裹體外,其它鉆井未發(fā)現(xiàn),意味著盆地腹部晚期油氣充注規(guī)模大于早期。應(yīng)用莊1井下侏羅統(tǒng)儲層烴類包裹體主均一溫度80~120℃與埋藏史和古地溫史曲線圖,確定晚期油氣充注時間為距今90~0Ma(圖4),即晚白堊世至今。同樣地,莫北凸起與馬橋凸起盆參2井和盆4井烴類包裹體均一溫度確定的油氣充注時間也是晚白堊世以來(表1)。前人研究表明,準(zhǔn)噶爾盆地腹部自中生代以來斷裂活動弱,僅有少部分凹陷邊界斷層自二疊系烴源巖斷至三疊系白堿灘組區(qū)域蓋層。這些斷裂自燕山運動以來停止了活動(李振宏等,2002),因此不能作為晚期大規(guī)模油氣充注的垂向運移通道。油氣主要是通過腹部超壓誘導(dǎo)的微裂縫通道向上運移。(4)不同油氣源儲層氣頂對比盆1井西凹陷二疊系烴源巖生烴史模擬表明,自古近紀(jì)以來進入了凝析氣、濕氣高-過成熟生烴階段。烴源巖主要提供天然氣。受烴源巖排出產(chǎn)物的影響,古近紀(jì)以來應(yīng)該有一個明顯的天然氣充注過程。莫北2構(gòu)造油氣藏油氣成熟度的差異可以反映后期天然氣的充注。莫北2為一個斷背斜圈閉,其下降盤下侏羅統(tǒng)三工河組儲層為一個帶有氣頂?shù)挠蜌獠亍Mㄟ^氣頂天然氣同位素和下部油環(huán)色質(zhì)分析表明(圖5),天然氣甲烷、乙烷碳同位素分別為(-41.07~-35.25)‰和(-29.26~-26.84)‰,換算的鏡質(zhì)體反射率Ro>1.6%(戴金星等,1993);原油芳烴系列成熟度指標(biāo)標(biāo)定的等效鏡質(zhì)體反射率約為1.05%~1.20%。如前所述,烴類包裹體均一溫度分析表明:莫北凸起油氣充注除了早期八道灣組儲層小規(guī)模的原油充注外(圖2),三工河組儲層是晚期充注的油氣(表1)。因此該油氣藏油環(huán)是晚期充注的產(chǎn)物,氣頂中高成熟的天然氣充注晚于油環(huán),依據(jù)生烴史模擬推斷,天然氣充注發(fā)生在晚期油氣充注的后期,即古近紀(jì)二疊系烴源巖進入生氣階段以來。3儲層油氣運移規(guī)律盆地腹部自發(fā)生油氣充注以來,經(jīng)歷了中-晚燕山期和喜馬拉雅構(gòu)造運動,油氣運聚分別受到車-莫古隆起形成、演化以及掀斜作用的影響。先期(中-晚侏羅世)受車-莫古隆起發(fā)育期形成的地層、構(gòu)造圈閉(主要為鼻狀構(gòu)造)有利于油氣的聚集;后期喜馬拉雅期掀斜作用使車-莫古隆起消亡,腹部成為向南傾的單斜地層。圈閉形態(tài)的變化勢必引起油氣的再次運移與油氣藏的調(diào)整。在車-莫古隆起形成至消失的演化過程中,腹部油氣運聚條件從大的隆起背景上的鼻狀構(gòu)造圈閉變成單斜。油氣藏類型從構(gòu)造主導(dǎo)(圖6a)變成受地層與巖性的控制(圖6b)。腹部莊1井油氣藏位于車-莫古隆起范圍上(見圖1)。勘探表明:先期物性好、厚度大、橫向分布穩(wěn)定并受構(gòu)造溢出點控制的儲層,油氣充滿度高(圖6a)。但調(diào)整后隨著閉合度減小,油氣大部分溢散,現(xiàn)今只剩下含殘余油儲層;而那些厚度小、物性相對差和橫向分布不穩(wěn)定的砂體,盡管油氣充滿度相對小,但調(diào)整后不易溢散,現(xiàn)今為低產(chǎn)油氣層(圖6b)。因此,腹部調(diào)整后的油氣藏呈現(xiàn)分散和小規(guī)模的特征。為了證實油氣藏的調(diào)整過程,本研究采用了儲層含油包裹體豐度識別古油水界面的方法。含油包裹體豐度(即含油包裹體顆粒指數(shù)GOI=含油包裹體顆粒數(shù)/總顆粒數(shù))識別古油水界面的油氣藏地球化學(xué)方法已日臻完善,該方法是研究油氣再次運移或油氣藏調(diào)整的有效途徑(Oxtobyetal.,1995;Georgeetal.,1997;Lisketal.,2000)。本研究應(yīng)用這一油氣藏地球化學(xué)方法,通過莊1井和莊101井儲層樣品含油包裹體鑒定與GOI統(tǒng)計(表2),識別了古油水界面,分析了該油氣藏的調(diào)整歷史。按照GOI值5%判別古油水界面的標(biāo)準(zhǔn)(Lisketal.,2000)表明,莊1井GOI值至4385m深度>5%,可見古油水界面至少達到了此深度。如果在該深度以下還可以取到儲層樣品,有可能判別的古油水界面深度>4385m(圖7)。莊1井的測井解釋與試油結(jié)果表明,該井4360m以下為油水同層或含油水層,表現(xiàn)為油水過渡帶或殘余油帶的特征,表明古油水界面比現(xiàn)今低,即古油柱高度大于現(xiàn)今。莊101井儲層GOI值自4365m以下<5%,古油水界面深度確定為4365m。測井解釋與試油結(jié)果表明GOI值>30%的4335~4340m儲層段為水層,4340~4365m為油水同層或含油水層,表現(xiàn)為殘余油帶或油水過渡帶的特征(圖7),同樣反映了古油水界面比現(xiàn)今低,古油柱高度大于現(xiàn)今。綜合這2口井古今油水界面或油柱高度的分析結(jié)果,可證實莫西莊油氣藏后期發(fā)生了油氣再次運移,油氣藏遭受了調(diào)整。正如車-莫古隆起的形成演化所預(yù)示,以及鉆井和試油所觀察的那樣,儲層含油包裹體豐度識別古油水界面方法證實,莊1井和莊101井油氣藏發(fā)生了再運移,油氣藏遭受了部分調(diào)整,現(xiàn)今的油柱高度低于古油柱高度。4車-莫古隆基通過烴源巖生烴史正演模擬與油氣藏地質(zhì)、地球化學(xué)反演分析相互驗證的方法表明:腹部油氣充注與再運移受多源、多期次生烴與構(gòu)造運動的控制。油氣充注分為3期:1)早白堊世前的早期原油充注階段;2)晚白堊世以原油為主的晚期充注階段;3)古近紀(jì)以來以天然氣為主的后期充注階段。腹部油氣成藏受車-莫古隆起形成與消亡的影響,中-晚燕山期車-莫古隆起形成時期,腹部油氣聚集以鼻狀構(gòu)造圈閉為主,油氣藏規(guī)模較大。喜馬拉雅運動掀斜作用使車-莫古隆起逐漸消亡,大的構(gòu)造圈閉被較小的地層或巖性圈閉所取代,油氣發(fā)生再次運移,調(diào)整后的油氣藏規(guī)模較小,主要受地層或巖性的控制
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