塔里木盆地志留系瀝青砂二次生烴及地質(zhì)意義

從志留紀(jì)起,塔里木盆地下古生界烴源巖經(jīng)歷了三期生、排烴。下古生界源巖的生烴期和志留系的圈閉形成期控制了志留系瀝青砂巖的形成期次及演化。志留系早期瀝青砂巖形成后,經(jīng)歷了后期多次的構(gòu)造沉積事件和三次烴類注入、混染,改變了志留系古油藏瀝青形成時(shí)的原始產(chǎn)狀。志留系瀝青砂巖的三次注入分別是:第一次是晚加里東注入期;第二次是晚海西—印支注入期;第三次是燕山—喜山注入期。志留系砂巖中瀝青、稠油或其它油氣顯示是這三期作用的綜合結(jié)果。

塔里木盆地志留系瀝青砂巖在宏觀上以塊狀、順層狀、不均勻斑塊狀分布;在微觀上,不同性質(zhì)的瀝青以充填狀、侵染狀充填于孔隙及膠結(jié)物中。實(shí)驗(yàn)表明,常規(guī)物性分析不能客觀地表征被不同性質(zhì)瀝青充填的砂巖的儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu),因此在定量測(cè)算的基礎(chǔ)上,提出了用殘余孔隙度和殘余滲透率來(lái)客觀表征瀝青砂巖儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)的方法。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究表明,低粘度原油可以再次充注殘余孔隙度大于4%的瀝青砂巖并溶解其中的有機(jī)質(zhì),使其殘余孔隙度和殘余滲透率大幅度提高,從而成為有效儲(chǔ)層。

塔里木盆地志留系具有分布廣泛的瀝青砂巖,瀝青砂巖段厚度在各個(gè)地區(qū)具有不均勻性,從幾米到一百多米不等。巖心觀察發(fā)現(xiàn)瀝青砂巖段內(nèi)并不全含有瀝青,巖心剖面上呈現(xiàn)“黑白砂相間”的現(xiàn)象,“黑砂”的部分為含瀝青層段,“白砂”的部分為不含瀝青層段。弄清“白砂”中曾經(jīng)是否有油氣進(jìn)入,對(duì)志留系瀝青砂巖中瀝青含量、古油藏油氣儲(chǔ)量的計(jì)算及志留系剩余油氣資源量的評(píng)價(jià)具有重要的意義。本文通過對(duì)志留系瀝青砂巖段的“黑砂”與“白砂”分別取樣,采用物性測(cè)定、顯微鏡下巖性觀察、含油包裹體顆粒指數(shù)(goi)數(shù)據(jù)觀測(cè)及定量顆粒熒光(qgf)指數(shù)測(cè)定等多種方法和技術(shù)手段對(duì)瀝青砂巖段的“黑砂”與“白砂”進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明,瀝青砂巖段的“白砂”沒有油氣進(jìn)入或進(jìn)入的油氣量很少,在確定志留系瀝青砂巖有效厚度時(shí)應(yīng)剔除“白砂”層的厚度。

通過瀝青砂巖與重質(zhì)油熱模擬實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)塔里木盆地下古生界廣泛賦存的瀝青生烴特征與生烴潛力進(jìn)行探討。熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,瀝青與重質(zhì)油在熱作用下均能生成烴類,表現(xiàn)出烴類裂解特征,生烴過程中既有氣態(tài)烴也有液態(tài)烴生成;瀝青砂巖樣品、重質(zhì)油樣品與低成熟度一般品質(zhì)的海相烴源巖生烴潛力大體相當(dāng)。塔里木盆地下古生界存在瀝青生烴證據(jù),但實(shí)際成藏貢獻(xiàn)尚需進(jìn)一步油氣地球化學(xué)證據(jù)支持。

塔里木盆地西部四十廠剖面志留系柯坪塔格組上部發(fā)育典型的瀝青砂巖,分別位于若干個(gè)正韻律沉積旋回的中下部。通過典型露頭剖面寫實(shí)、沉積物粒度分析、礦物鏡下鑒定、鑄體薄片鑒定和x衍射等手段,對(duì)該剖面瀝青砂巖進(jìn)行了精細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)瀝青砂巖形成于潮坪沉積體系中潮間帶下部的砂坪或混合坪內(nèi),巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主,發(fā)育典型的雙向交錯(cuò)層理和淺水動(dòng)物遺跡等;其沉積物以跳躍搬運(yùn)為主,受潮汐改造作用明顯;碎屑礦物以石英或生物碎屑為主,含少量長(zhǎng)石和粘土礦物。結(jié)合儲(chǔ)層物性測(cè)試對(duì)瀝青砂巖儲(chǔ)集性進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,優(yōu)質(zhì)瀝青砂巖儲(chǔ)層往往是中等成分成熟度的長(zhǎng)石石英砂巖,其內(nèi)部長(zhǎng)石含量在5%~10%之間,石英含量在75%~83%之間,其次是較高成分成熟度的石英砂巖,其內(nèi)部長(zhǎng)石含量一般在2%左右,石英含量在90%以上,較差的是含大量生物碎屑的砂巖,其內(nèi)部生屑含量在60%左右,石英含量在35%左右。這對(duì)該區(qū)志留系瀝青砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)具有一定的借鑒意義。

塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組下瀝青砂巖段是塔里木盆地古生界碎屑巖層系油氣主要富集層段之一。以鉆井巖心觀察描述為基礎(chǔ),結(jié)合測(cè)井、地震和分析測(cè)試資料進(jìn)行綜合分析,提出了塔中地區(qū)志留系下瀝青砂巖段發(fā)育海侵背景下的濱岸-潮坪-辮狀河三角洲沉積體系的觀點(diǎn)。其中濱岸相沉積中主要發(fā)育上臨濱和下臨濱沉積微相,巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫不等粒砂巖為主;潮坪沉積相中障壁砂壩、潮砂灘、潮汐水道、砂坪沉積微相發(fā)育,潮道沉積的巖性以砂巖、粗砂巖和含礫砂巖為主,發(fā)育楔形、板狀和羽狀交錯(cuò)層理,底部見侵蝕沖刷面和較多黃鐵礦團(tuán)塊;辮狀河三角洲中發(fā)育辮狀河水下分流河道、分流間灣、前緣席狀砂等沉積微相。海侵時(shí)期,下瀝青砂巖段存在4期超覆砂體,從盆地中部向南部的塔中低隆逐期超覆,沉積微相在平面上也由此存在著復(fù)合超覆規(guī)律的演變,整體表現(xiàn)為濱岸相至潮坪相、辮狀河三角洲沉積相沉積的演變。4期超覆沉積微相的平面分布在控制因素、展布范圍和海侵方向上具有一定的繼承性、相似性和規(guī)律性。

塔里木盆地牙哈油氣田瀝青墊特征及成因

為了認(rèn)識(shí)塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)志留系儲(chǔ)層特征及其油氣藏成藏主控因素,利用疊合盆地油氣功能要素組合-構(gòu)造過程疊合-相勢(shì)耦合控油氣成藏的新方法,分析該層系18口鉆探失利井原因.結(jié)果表明:50%的探井因油氣成藏功能要素不全或不能有效組合而失利,6%的探井因油氣藏遭受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)被調(diào)整、破壞而失利,44%的探井因晚期相勢(shì)不能有效復(fù)合而失利.該研究能夠加深認(rèn)識(shí)塔里木盆地油氣分布預(yù)測(cè)的復(fù)雜性,檢驗(yàn)新方法分析鉆探井失利原因的有效性,及其在油氣勘探過程中的指導(dǎo)性、對(duì)油氣勘探區(qū)預(yù)測(cè)的可行性.

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塔里木盆地西南邊緣發(fā)育甫沙—齊姆根和柯克亞—和田南2個(gè)壓扭構(gòu)造體系,前者主要是帕米爾弧形構(gòu)造東北側(cè)的側(cè)向滑移與西昆侖造山帶向塔里木盆地的不均勻沖斷活動(dòng)的聯(lián)合作用結(jié)果,后者則主要與西昆侖造山帶向塔里木盆地的不均勻沖斷作用有關(guān)。這2個(gè)壓扭構(gòu)造體系主體形成于新近紀(jì)以來(lái)的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),其構(gòu)造樣式在平面上主要為走滑—逆沖斷裂和雁列式分布的斷裂與背斜,在剖面上則呈現(xiàn)為雙重構(gòu)造與反沖構(gòu)造的疊加。壓扭構(gòu)造帶所遭受的壓扭作用從改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能、形成新的油氣圈閉、促進(jìn)油氣運(yùn)移與成藏等方面對(duì)塔里木盆地西南邊緣的油氣成藏發(fā)揮了積極作用,壓扭構(gòu)造帶是油氣勘探的有利構(gòu)造部位。

為認(rèn)識(shí)塔里木臺(tái)盆區(qū)油氣成藏條件和勘探領(lǐng)域,從盆地分析角度出發(fā),借助地震資料和沉積地層的分析結(jié)果,闡述塔里木盆地海西期一系列地質(zhì)事件及其與油氣成藏的關(guān)系.認(rèn)為海西期內(nèi)的斷褶隆升-巖溶作用和早、晚古生代盆地的疊合,對(duì)于碳酸鹽巖巖溶-裂縫型儲(chǔ)集體的發(fā)育與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)蓋組合的形成至關(guān)重要,為中下奧陶統(tǒng)烴源巖在海西期末大量生成油氣提供了運(yùn)聚條件和富集場(chǎng)所.要加強(qiáng)臺(tái)盆區(qū)的油氣勘探,尋找早、晚古生代盆地疊置界面上下的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖溶-裂縫型儲(chǔ)集層和向隆起上超的志留系-東河砂巖海相碎屑巖儲(chǔ)集層仍將是重要勘探方向.

利用薄層色譜-氫火焰檢測(cè)技術(shù)和巖石熱解技術(shù),在塔里木盆地牙哈油氣田下第三系陸相油氣藏中,發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確地鑒定出兩層瀝青墊。這些瀝青墊儲(chǔ)層巖石抽提物族組成中,瀝青質(zhì)的相對(duì)含量大于30%,而對(duì)應(yīng)的油層中,其值不足20%,在油藏地球化學(xué)描述剖面中,瀝青墊和油層之間存在著瀝青質(zhì)驟變之趨勢(shì),這是瀝青墊判識(shí)的重要標(biāo)志。

基于塔里木盆地14條地層鏡質(zhì)組反射率ro剖面的研究,確認(rèn)塔中隆起東段及塔北隆起塔河-輪南油田的單井ro剖面均屬二階錯(cuò)斷型,在c1b巴楚組底(或d3d東河塘組底)不整合面處,出現(xiàn)ro值突變,上覆三疊系-下石炭統(tǒng)處于成熟階段,在生烴"液態(tài)窗"范疇之內(nèi),而下伏的下古生界則屬過成熟階段,超出"液態(tài)窗"范疇,其過成熟性在志留紀(jì)末期,至遲在泥盆紀(jì)早期業(yè)已定型.塔中隆起西段ro剖面屬于一階連續(xù)型,下古生界也屬過成熟階段,其成熟度卻是晚近地質(zhì)時(shí)期定型的.從上述地層熱史可得到下列啟迪:(1)塔北、塔中隆起東段及滿加爾坳陷過成熟的下奧陶統(tǒng)-寒武系,不可能成為塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)黑油的烴源灶;(2)塔中隆起東、西段ro剖面的差異,反映早古生代古構(gòu)造面貌呈現(xiàn)"東低西高",晚古生代以來(lái)反向成為"東高西低"今構(gòu)造面貌;(3)推算并恢復(fù)塔中隆起東段與塔北隆起下奧陶統(tǒng)上覆地層剝蝕量,將會(huì)引起對(duì)臺(tái)盆區(qū)古構(gòu)造面貌的再思考;(4)考慮到過成熟烴源層"液態(tài)窗"的存續(xù)時(shí)間,預(yù)測(cè)介于阿瓦提坳陷與滿加爾坳陷之間,具有"坳中隆"構(gòu)造屬性的順托果勒"低隆起"利于成為下古生界潛在的烴源灶.

采用人工樣品與地質(zhì)樣品2套模擬實(shí)驗(yàn)方案,開展了塔北志留系瀝青砂巖作為再生烴源的生烴潛力的模擬實(shí)驗(yàn)。綜合人工樣品與地質(zhì)模擬實(shí)驗(yàn)中不同溫度的產(chǎn)率、產(chǎn)物組成變化,志留系瀝青砂巖作為再生烴源的演化可分為蒸發(fā)分餾排油氣階段(模擬溫度100～300℃,相當(dāng)于ro2.0%)3個(gè)不同的演化階段。就塔北志留系瀝青砂巖實(shí)際埋深及成熟度而言,能進(jìn)入裂解油氣生、排階段的志留系瀝青砂巖,現(xiàn)今埋深應(yīng)在6000m以上的,主要分布于沙西—哈拉哈塘地區(qū)。資源量估算認(rèn)為,塔北志留系瀝青砂巖雖不足以形成大規(guī)模的油氣聚集,但也是塔北地區(qū)重要的輔助性再生烴源。

在綜合研究阿克庫(kù)勒凸起西南緣托浦臺(tái)錄井、測(cè)井、巖芯、薄片資料和三維地震資料的基礎(chǔ)上,認(rèn)為研究區(qū)東河砂巖主要是無(wú)障壁海岸沉積體系。自下發(fā)育遠(yuǎn)濱和近濱沉積組合,向上為近濱和前濱沉積,為向上變深和再變淺的沉積旋回,刻畫了東河砂巖在研究區(qū)域的縱橫向變化特征。

東河砂巖是塔里木盆地晚泥盆世—早石炭世一套穿時(shí)的巖石地層單元,是盆地重要的含油層系。應(yīng)用層序地層學(xué)理論,以露頭、鉆井和地震資料為基礎(chǔ),分析了東河砂巖的地層展布模式、沉積前古地貌特征、砂巖發(fā)育期次、沉積環(huán)境演化和砂巖分布規(guī)律。結(jié)果表明,東河砂巖是海侵背景下從西南向東北,即依次由麥蓋提斜坡、巴楚凸起向塔中凸起、塔北隆起超覆的沉積砂體;東河砂巖沉積前古地貌有兩隆兩凹的特征;由早到晚可劃分為5期砂體。第1期砂體主要分布在麥蓋提斜坡和巴楚凸起,第2期砂體主要分布在巴楚凸起和塔中凸起,第3期砂體主要分布在塔中凸起和塔北隆起,第4期砂體主要分布在塔北隆起,第5期砂體主要分布在塔北隆起及塔東低凸起周緣。東河砂巖的巖相主要有砂礫巖、粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖,沉積環(huán)境主要為河口灣和濱岸環(huán)境。由于不同地區(qū)、不同期次砂體的沉積特征、儲(chǔ)蓋組合及成藏條件不同,對(duì)不同地區(qū)和不同期次砂體需采用不同的油氣勘探對(duì)策。

通過對(duì)塔里木盆地巴麥地區(qū)多口典型探井泥盆系東河塘組薄片的觀察與鑒定,東河塘組石英含量高,長(zhǎng)石和巖屑含量都在1%～4%范圍,成分成熟度高;主要的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕(溶解)作用等。綜合判斷認(rèn)為,泥盆系東河砂巖處在中—晚成巖階段,原生孔隙少,表生成巖溶解作用和埋藏溶蝕作用可以溶解多種可溶性雜基和碳酸鹽巖類基質(zhì),使儲(chǔ)層發(fā)育粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、溶蝕擴(kuò)大等孔隙類型。但是由于儲(chǔ)層成巖作用過程有疊置,所以儲(chǔ)層的改善作用也有限,物性相對(duì)較差。

干酪根產(chǎn)烴率是盆地模擬計(jì)算油氣資源的一項(xiàng)非常重要的參數(shù),以往采用巖石樣品熱模擬建立產(chǎn)烴率圖解的方法對(duì)于高過成熟烴源巖有一定的局限。根據(jù)元素守恒相關(guān)理論,建立了一種通過h/c原子比變化來(lái)估算烴源巖產(chǎn)烴率的方法,作為熱模擬實(shí)驗(yàn)方法的補(bǔ)充。與模擬實(shí)驗(yàn)相比,該方法簡(jiǎn)單易行,結(jié)果較為可靠。將這一方法應(yīng)用到塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)寒武系烴源巖,估算了這套烴源巖的晚期生氣潛力,取得了一定的成果。

塔里木盆地孔雀河區(qū)塊發(fā)育寒武系-奧陶系海相和侏羅系陸相兩套有效烴源巖構(gòu)成的復(fù)合含油氣系統(tǒng);中生界以斷裂背斜構(gòu)造圈閉為主,成排成帶展布;古生界以大型鼻隆背景之上的斷背斜、構(gòu)造巖性、地層不整合圈閉為主;控制油氣垂向運(yùn)移的通源斷裂發(fā)育,圈源時(shí)空有效配置,燕山晚期-喜山期構(gòu)造變形微弱,有利于油氣藏保存。區(qū)塊內(nèi)存在三類不同成藏組合的勘探領(lǐng)域,具有良好的勘探前景

co2地質(zhì)封存是有效的減少溫室氣體的措施之一,油氣富集的盆地不僅可提供適合co2地質(zhì)封存的儲(chǔ)、蓋層,還可將co2注入其中提高油氣產(chǎn)量。利用埋存指標(biāo)量化方法對(duì)塔里木盆地油氣藏做co2地質(zhì)封存適宜性評(píng)價(jià),并計(jì)算其一級(jí)構(gòu)造圈閉的理論埋存量。結(jié)果表明,塔里木盆地比較適宜co2地質(zhì)封存,存儲(chǔ)量較大,具有巨大的封存潛力。

塔里木盆地塔中地區(qū)廣泛分布著志留系瀝青砂巖,主要分布在古隆起和早古生代生油盆地的上傾方向,表明本區(qū)規(guī)模巨大的志留系瀝青砂巖可能為古油藏露頭帶。瀝青砂巖的分布主要受油源區(qū)、古隆起、沉積體系以及儲(chǔ)集層物性的綜合控制,瀝青的微觀特征也反映了志留系油氣多期注入和破壞的歷史。油質(zhì)瀝青與膠質(zhì)-瀝青質(zhì)的含量呈彼此消長(zhǎng)關(guān)系,瀝青含量高的部位可動(dòng)油相對(duì)較少。由于存在不同期次的瀝青,瀝青反射率的數(shù)據(jù)比較離散?？傮w而言,瀝青反射率均較低,為0.15%～0.50%.通過烴源巖及構(gòu)造演化史研究認(rèn)為,塔中志留系瀝青砂巖的油源主要為中-下寒武統(tǒng)。

在前人地質(zhì)、地球物理資料和部分研究成果的基礎(chǔ)上，通過對(duì)地質(zhì)、鉆孔、地震、地?zé)岷椭亓?、航磁與衛(wèi)星磁測(cè)等資料的綜合分析，特別是通過對(duì)重力、航磁資料的定量反演與嚴(yán)格對(duì)比，深入研究了塔里木盆地南部的隱伏地質(zhì)構(gòu)造。并且，根據(jù)金剛石找礦的基本理論和作者的地球物理研究成果，對(duì)和田出土的金剛石顆粒的礦源區(qū)位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。