塔里木盆地志留系瀝青砂巖的分布特征與石油地質(zhì)意義

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。

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。

通過有機(jī)巖石學(xué)觀察、地球化學(xué)分析及黃金管熱模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)塔里木盆地志留系瀝青砂的二次生烴潛力進(jìn)行了探討。對(duì)代表井瀝青砂巖樣品的有機(jī)巖石學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),瀝青砂中的有機(jī)質(zhì)類型除了固體瀝青外,還存在一定量液態(tài)油。有機(jī)碳分析表明,志留系瀝青砂巖中有機(jī)碳含量比較高,其分布范圍為0.56%～3.46%,這些事實(shí)表明該地區(qū)志留系瀝青砂很可能具有一定的生烴能力。進(jìn)一步熱模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證實(shí),該地區(qū)志留系瀝青砂在足夠的熱應(yīng)力作用下能生成一定量的烴類且產(chǎn)物以氣態(tài)烴為主,其中塔中117井與躍南1井原始瀝青砂樣品的最大生氣量分別可達(dá)46.80ml/g和41.11ml/g;同時(shí),通過對(duì)比熱解實(shí)驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn)瀝青砂中的液態(tài)油是產(chǎn)氣的主要貢獻(xiàn)者。最后,基于哈得11井原油裂解的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行地質(zhì)推演表明,在目前埋藏條件下,塔里木盆地志留系瀝青砂在其分布的部分區(qū)域可發(fā)生二次裂解生氣,且該裂解氣可能成為該地區(qū)天然氣的一個(gè)重要?dú)庠础?/p>

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石石英砂巖,其內(nèi)部長石含量在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)。

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。

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

塔里木盆地牙哈油氣田瀝青墊特征及成因

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。

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。

塔中志留系下瀝青砂巖段沉積砂體的類型有濱岸砂體、近濱沙脊砂體和遠(yuǎn)濱砂體三種類型,正常條件下沉積的濱岸砂體具低角度交錯(cuò)層理和少量波痕,呈現(xiàn)出由粉砂巖—細(xì)砂巖—中細(xì)砂巖的反韻律變化特征。風(fēng)暴作用下,濱岸砂體沉積呈正韻律,多由泥礫向上變化為粉、細(xì)砂,生物建造較少,具多方向的低角度板狀交錯(cuò)層理、丘狀層理。正常條件下沉積的遠(yuǎn)濱砂體、近濱沙脊砂體巖性較均一,見交錯(cuò)層理,粒級(jí)變化不甚明顯,多為粉、細(xì)砂巖,以反韻律為主。風(fēng)暴作用下,砂體底部多具撕裂狀泥礫,向上呈正韻律粒序演化,并具侵蝕面、槽狀交錯(cuò)層理與丘狀層理等特征。風(fēng)暴作用下的濱岸沉積單砂體相對(duì)較厚,一般厚6～13m,寬約數(shù)十米,近濱沙脊砂體和遠(yuǎn)濱砂體的單層砂體相對(duì)較薄,厚約3～8m,砂體規(guī)模較正常條件下沉積的砂體規(guī)模增大。此3類砂體在空間展布上極具規(guī)律性,垂向上由下而上為濱岸砂體—近濱沙脊砂體—遠(yuǎn)濱砂體的交替演化序列;平面上由海洋向陸地方向砂體類型依次為遠(yuǎn)濱砂體—近濱沙脊砂體—濱岸砂體。

在綜合研究阿克庫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。

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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。

柴達(dá)木盆地北緣(柴北緣)侏羅系層序發(fā)育完整,為一套富含化石的碎屑巖,自下而上為小煤溝組、大煤溝組、采石嶺組和紅水溝組。下侏羅統(tǒng)包括小煤溝組、大煤溝組下部;中侏羅統(tǒng)為大煤溝組中、上部。柴北緣一帶早、中侏羅世所受應(yīng)力復(fù)雜,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,形成多沉積中心的小型斷陷型盆地。早侏羅世時(shí)期,柴北緣的沉積相類型有濱淺湖、河流—泛濫平原、扇三角洲、辮狀三角洲;中侏羅世時(shí)期,該區(qū)廣泛發(fā)育湖底沖積平原,以濱淺湖—半深湖—深湖相為主,趨向于深水的較還原環(huán)境。下侏羅統(tǒng)巖性以細(xì)礫巖,細(xì)—粉砂巖與炭質(zhì)泥巖和頁巖的不等厚互層為特征;中侏羅統(tǒng)則以較細(xì)結(jié)構(gòu)的碎屑巖為主,局部發(fā)育較厚的黑色頁巖。柴達(dá)木盆地北緣發(fā)育有巨厚的下侏羅統(tǒng)湖相泥巖和中侏羅統(tǒng)煤系地層,烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,有機(jī)質(zhì)類型主要為ⅱ—ⅲ型,生烴潛力大;柴北緣碎屑巖孔隙發(fā)育,可稱為較好的儲(chǔ)集巖;柴北緣泥巖、頁巖可稱為優(yōu)質(zhì)的蓋層,生儲(chǔ)蓋配置較好。但油氣藏以小型為主,且以氣藏為主。

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。

柴達(dá)木盆地處于古亞洲構(gòu)造域和特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域的結(jié)合部,構(gòu)造應(yīng)力大而復(fù)雜,導(dǎo)致盆內(nèi)地勢(shì)起伏大,加上西南暖濕氣流受喜馬拉雅山系阻隔難以進(jìn)入境內(nèi),盆內(nèi)氣候干旱,最終導(dǎo)致盆地內(nèi)沖積扇極為發(fā)育。通過對(duì)大柴旦地區(qū)大頭羊煤礦、魚卡河、波門河和八里溝四個(gè)沖積扇的實(shí)地考察,共觀測(cè)到3個(gè)亞相8個(gè)微相:扇根亞相沉積物最粗,分為古溝道、主水道和主水道間微相;扇中亞相沉積物偏細(xì),成熟度增高,分為辮狀水道、辮狀水道間和縱壩微相;扇緣亞相沉積物最細(xì),流體能量最低,分為水道徑流和片流微相。不同沉積微相其沉積特征差異較大,認(rèn)為古溝道、主水道和辮狀水道微相具有較好的儲(chǔ)集性能?？碧奖砻?沖積扇沉積與儲(chǔ)層有著密切的關(guān)系,其內(nèi)形成的油藏具有"自我保護(hù)"的能力;另外,沖積扇的形成很可能導(dǎo)致上覆地層形成扇背斜油藏,也可能導(dǎo)致下伏基巖形成基巖風(fēng)化殼油藏。

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?？住⑷芪g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。

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.

運(yùn)用沉積學(xué)原理對(duì)塔中地區(qū)志留系經(jīng)歷復(fù)雜成巖演化的瀝青砂巖進(jìn)行研究分析,了解到該巖石主要經(jīng)過壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用等成巖作用。其膠結(jié)物的主要類型有綠泥石、伊利石、高嶺石、伊-蒙混層等粘土礦物以及碳酸鹽礦物、石英、長石、黃鐵礦等。孔隙類型以粒間孔隙、粒內(nèi)孔、鑄?？?、特大孔、裂縫孔隙等為主,其中以粒間孔隙最為發(fā)育,低地溫梯度有利于在深層形成次生孔隙。志留系瀝青砂巖儲(chǔ)層物性受沉積和成巖雙重因素的影響,成巖演化階段處于晚成巖a期。根據(jù)影響儲(chǔ)層物性的儲(chǔ)層成巖作用,可將成巖相類型劃分為不穩(wěn)定碎屑溶蝕成巖相、壓實(shí)-弱溶蝕成巖相、壓實(shí)充填成巖相、壓實(shí)壓溶成巖相、碳酸鹽膠結(jié)成巖相等幾種主要類型,成巖相類型決定了儲(chǔ)層性質(zhì),不穩(wěn)定碎屑溶蝕成巖相和壓實(shí)-弱溶蝕成巖相是本區(qū)較好的油氣儲(chǔ)層。

本文將從建設(shè)工程領(lǐng)域的角度出發(fā)，對(duì)青砂巖硬度進(jìn)行詳細(xì)解答，包括其定義、測(cè)試方法、影響因素以及在建設(shè)工程中的應(yīng)用等方面進(jìn)行探討。