库车坳陷油气有序聚集规律及其勘探意义

林 潼，冉启贵，曾 旭，魏红兴，孙雄伟（1.中化石油勘探开发有限公司，北京1001；.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

库车坳陷油气有序聚集规律及其勘探意义

林 潼1，2，冉启贵2，曾 旭2，魏红兴3，孙雄伟3
（1.中化石油勘探开发有限公司，北京10031；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；3.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

多种油气藏类型伴生共存的现象在许多盆地中都较为常见，然而目前的研究仅仅是对单一的油气藏类型开展其赋存规律的研究。分析了塔里木盆地库车坳陷各种油气藏的分布特点，认为库车坳陷油气藏在区域上和空间上都存在着油气有序聚集的特征。这种有序聚集规律主要表现为：不同油气藏烃类组份特征分布规律的有序性、成藏动力空间分布的有序连续性和保存机制的有序性，从而形成了库车坳陷不同类型油气藏在空间上共生伴存的特征。这一认识上的突破，对于深化库车坳陷油气勘探具有重要意义。

塔里木盆地；库车坳陷；油气藏类型；有序聚集；成藏动力；保存机制

在同一盆地或构造单元内往往存在多种类型的油气藏。宏观上分析，盆地中多种资源共生伴存，石油、天然气、煤、铀矿、金属矿产等在同一个盆地中都可能伴存。文献［1］对鄂尔多斯盆地多种能源共生的机理与规律开展了研究，取得了丰硕的成果。石油天然气作为一类有机质演化生成的流体同样具有伴生共存的特点。从油气的赋存与富集特征上分析，只要存在满足油气聚集的条件，就能在同一单元中发育多种类型的油气藏共生聚集的现象（图1）。然而，各类油气藏并不像固体矿产那样能够简单、直观地从矿物赋存的位置与形态上区分出来，因为流体的性质决定了其复杂的赋存机制。不同类型的油气藏在同一单元中的发育与分布具有一定的连续性和有序性（图1），这种现象是地质综合作用不均衡的结果。国内外尚无针对某个具体盆地开展多种类型油气藏伴生共存的研究，仅对单个油气藏类型开展过详细研究。文献［3］介绍了不同类型的非常规气（煤层气、盆地中心气、生物气、甲烷水合物等）含气系统的研究成果，并将各类非常规气分别作为独立的含气系统。文献［4］在研究阿尔伯达盆地地层剖面时发现，天然气藏的类型分布具有有序状，煤层气藏、深盆气藏与常规圈闭气藏在剖面上呈有序分布排列态。文献［5］提出了油气成藏与分布的递变序列，并指出吐哈盆地可能存在着这种不同类型油气藏递变序列的分布。文献［6］提出的“油气资源常规—非常规‘有序聚集’，整体研究、立体勘探”的思路，较为准确地表述了含油气区内不同类型油气藏并存发育的特点，并指出“有序聚集”的内涵为盆地内常规与非常规油气在时间域持续充注、空间域有序共生，互相依存，形成统一的油气聚集体系。本文将这种在同一盆地或构造单元中，具有相同的油气来源层系，纵向上有序、连续分布，平面上广泛共存的不同类型油气藏组合区称为“有序聚集油气区”。

1 库车坳陷油气分布特点

库车坳陷前陆区是油气富集与聚集的主要区带，不仅发现了丰富的常规油气资源，近年来在非常规油气资源勘探方面也取得了重大的进展[7-8]。在国外的许多盆地内，前陆坳陷区都证实了存在着常规油气与非常规油气共存、富集的特征，如西加拿大前陆盆地和委内瑞拉前陆盆地[9]，它们最显著的特征就是常规油气发育的同时，非常规油气中的重油和沥青也大量富集聚集，其储量分别达到2 643.24×108t和1 865.82×108t；在北美地区落基山前陆盆地、奥启塔前陆盆地、阿巴拉契亚前陆盆地也都存在着巨大的致密砂岩气资源[10]。

目前库车地区已经勘探发现了多个油气田（藏），分布于库车坳陷的东西向狭长带上（图2），包括西部乌什凹陷的神木园油气藏，中部克拉苏构造带上的大北—克深气田，中东部秋里塔格构造带上的东秋8气藏、迪那气田，东部地区依奇克里克构造带上的迪北气田、吐孜洛克油气田等。油气田（藏）平面上分布范围广，从西部的乌什凹陷到东部的阳霞凹陷均有分布；纵向上，从侏罗系、白垩系到古近系发育了多套含油气层（图3）。使得库车地区形成了构造油气藏、岩性油气藏、致密砂岩油气藏等多类型油气藏并存的场面，显示出库车前陆盆地的含油气系统具有多样性、油气资源丰富的特点。

图2 库车坳陷构造单元与油气田（藏）分布

2 油气有序聚集的表现特征

空间上不同类型的油气藏发育受距离生烃中心的远近、储集层埋藏的深浅以及保存条件等的影响。

2.1 油气藏烃类组分有序性与烃源岩成熟度的关系

油气藏类型的发育直接受烃源岩的控制，烃源岩的生烃过程从深部到浅层具连续的特征，以库车地区煤系烃源岩层为例，干酪根的热解程度不同使得在理想状态下纵向上发育了高—过成熟气、正常热裂解气、低熟油气等一系列烃类成分组合特征不同的有序性油气藏。

库车前陆盆地烃源岩纵向上分布于2大层系5个层组中，即上三叠统黄山街组（T3h）、上三叠统塔里奇克组（T3t）、下侏罗统阳霞组（J1y）、中侏罗统克孜勒努尔组（J2k）和中侏罗统恰克马克组（J2q）下部。其中，黄山街组和恰克马克组以湖相泥岩为主，其余3套地层是含煤沉积，侏罗系沼泽相含煤环境发育，三叠系湖相环境发育。库车前陆逆冲带目前已发现的油气储量中，天然气占绝大多数，这与生烃母质类型及其演化程度密切相关。库车坳陷烃源岩干酪根类型以Ⅲ型为主，Ⅲ型干酪根在成熟阶段主要生成气相物，而库车坳陷内三叠系烃源岩已演化至高成熟—过成熟阶段，其产物也以天然气、凝析油气为主。

图3 库车坳陷综合柱状剖面

根据对拜城凹陷、克拉苏构造带、克拉苏北背斜生烃史模拟，拜城凹陷、克拉苏构造带上三叠统上部烃源岩在渐新世末期已达到生油高峰期，至上新世早期即超出了生油窗，上新世末期已达到生湿气—凝析气阶段，现今镜质体反射率（Ro）大于2.0%，为生干气阶段。阳霞凹陷演化程度较拜城凹陷低，生烃模拟表明主力生油岩侏罗系在中新世中晚期达到生油门限，现今成熟度处于生油高峰—生湿气阶段。拜城凹陷、阳霞凹陷中心及其附近的演化程度最高，是主要的生气中心区[11-12]。

受不同母质类型与热演化程度的影响，库车地区的气藏内油气比差异很大，油气藏中油气比主要受控于邻近烃源岩层的成熟度。利用盆模软件开展该区烃源岩埋藏演化史与生烃模拟的研究，结合实测烃源岩成熟度与油气藏中油气比对应关系，开展油气比与成熟度关系的回归分析（图4），认为库车地区烃源岩层的Ro小于1.0%时，油气藏内以油为主；Ro在1.0%~ 1.5%时，为油气共存；Ro在1.5%~2.0%时为湿气；而当Ro大于2.0%时，为干气。成熟度的综合判别图可以较好地预测出库车地区油气藏内的油气比。将库车坳陷其他地区气藏内气体成熟度值或烃源岩层成熟度值投影到图4回归曲线上，可以发现大北地区油气比最低，气藏组分为干气，这与大北地区受北部冲断构造形成逆冲、埋藏较深具有很大的关系；而神木园地区的油气比较高，这对库车地区来说是在天然气勘探之外，寻找油藏的主要场所，神木2井的钻探证实了该地区是黑油富集区。

图4 库车地区煤系烃源岩热模拟成熟度与油气比关系

从另一个方面来讲，显示出了库车地区油气藏性质在分布上具有可预测性，具有有序的分布规律性。如克拉苏构造带上大宛齐油田，库车组、康村组油层埋藏深度仅为300~700 m；而埋深在5 500~6 000 m的大北1井区、大北2井区、克拉2气田和东部的迪那气田，以产气为主，同时伴随有少量的液态油；深度大于7 000 m的克深地区，气井高产干气，不含液态烃。从库车地区天然气组分分析还可以发现，克拉苏构造带天然气整体偏干，甲烷含量高达97.93%~98.26%，重烃含量仅为0~0.04%；而东部地区的依奇克里克构造带上的依南2气田天然气为湿气，气油比在10000m3/m3左右。迪那2井天然气相对密度0.63~0.64，甲烷含量87.29%~89.05%，平均88.68%；重烃（C2+）含量为9.66%~ 9.81%，平均9.77%，气油比11 772~16 644 m3/m3，据气油比确定迪那2气藏为凝析油含量低—中等的凝析气藏。前缘隆起带的玉东2、羊塔克、英买7、牙哈、提北、提尔根、台2等气田的天然气为凝析气。这种油气组分的差异虽与来自不同烃源岩层的油气混合有一定的联系，但主要是受主力烃源岩层埋藏热演化的影响。

2.2 油气成藏机理的有序性

成藏机理所反映的成藏动力在空间上的序列分布也是库车地区油气藏有序分布的重要因素。成藏机理包括油气成藏的动力与成藏方式。许多学者认为游离相的天然气在运移和聚集过程中存在着两种主要的成藏机理模式[13-16]，一类为受浮力控制的常规圈闭油气藏成藏模式，其成藏特点为油气在浮力的作用下突破毛细管压力向上运移到圈闭内并置换地层水，形成油气居顶分布，水往下排形成底水或边水特征；另一类为致密气的成藏模式，以生烃压力和气体的膨胀力为气体的运聚动力，浮力作用不明显，这种模式的最典型特点就是气体驱替水形成活塞式向上推进，而水始终在气的上方，它是一种动态的平衡模式，气水的边界模糊，存在物质与动力的平衡带[16-17]。油气的排驱有个喉道下限，小于该值油气无法运移，随着喉道半径的逐渐增大气体的膨胀力大于毛细管的压力从而使得油气发生连续的运聚；当喉道半径足够大时，油气自身的油气柱产生的浮力提供了主要的运移动力，使得油气向高部位的圈闭中聚集成藏（图5）。因此在这两种成藏模式之间是一种递变、有序的过渡模式。从已发现的迪北侏罗系致密砂岩气藏与克拉苏白垩系大型构造圈闭型气藏分析，库车地区同样具有这两种成藏机理模式共存的特征，并且不同类型油气藏成藏机理在空间上具有有序的过渡特征。

图5 库车坳陷纵向上油气运聚成藏的有序演化特征（剖面位置见图2）

（1）克拉苏大型构造圈闭型气田成藏机理与成藏过程克拉2气田是克拉苏构造带上气藏类型的典型代表。从圈闭形成的角度分析，克拉2构造演化主要受喜马拉雅运动晚期强烈造山运动的影响，经历了中新世吉迪克组沉积期稳定阶段；中新世康村组沉积期古近-新近系与白垩系褶皱变形阶段；上新世库车组沉积期古近-新近系膏盐内反冲断层和中生界台阶逆冲断层发育阶段；第四纪喜马拉雅运动晚期中生界台阶状逆冲断裂进一步的变形阶段，形成了克拉2现今的构造格局。

运移和聚集的匹配是克拉2大型气田形成的关键。在康村组沉积末期形成的克拉2构造圈闭，其油气的运移与聚集时间也发生在这个时期，形成了圈闭与聚集的时空配置。这个时期断层是重要的通道，断层形成的优势通道使得油气在浮力的作用下沿最小阻力方向运聚，在白垩系—古近系储集层中富集成藏。在克拉2圈闭形成的初期，中生界烃源岩处于油、气同生阶段，烃类通过断层向圈闭中汇聚；到库车组沉积期后，中生界烃源岩层进入了干气生成阶段，生油停止，次生圈闭中以天然气的充注为主，气油比不断地增大。

（2）迪那2大型凝析气田成藏机理与成藏过程迪那2气田按圈闭分类为一完整的背斜气藏，按流体性质分类属于凝析气藏，按产状分类属边水层状气藏。

迪那地区东秋里塔格古近纪隆起对天然气的聚集具有一定的控制作用。早期隆起带上天然气主要储集在中生界，形成自生自储型气藏。随着不断排烃，天然气大量生成，在烃源岩及储集层中产生了异常超压，天然气主要以水溶相或油气水混相形式存在。由于油气水分异较差，天然气难以成藏，后期在构造作用下，在藏内泄压，在箱外成藏，形成了迪那2气田，其成藏具有幕式特征。吉迪克组巨厚膏盐岩、膏泥岩等优质区域性盖层以及盖层下的断层开启是后期快速高效成藏的关键。

（3）乌什地区神木园岩性油气藏成藏机理与成藏过程乌什凹陷天然气为典型的湿气，与位于库车西部的却勒1、羊塔克、英买力构造带天然气干燥系数接近，而明显有别于克拉苏—依奇克里克构造带干气。

乌什凹陷中生界烃源岩的生烃史与整个库车坳陷中生界烃源岩的生烃史基本一致，但生烃期稍晚于其东部的拜城凹陷，在中新世以来乌什地区才进入生烃高峰期。此时乌什地区的现今构造形态并未完全成型，油气在沿不整合面运移过程中形成岩性地层油气藏[18]。根据乌参1井白垩系储集层样品的流体包裹体测温分析，与油包裹体共生盐水包裹体均一化温度主要为80~100℃，与天然气包裹体共生盐水包裹体均一化温度主要为110~160℃，结合乌参1井埋藏热演化史可以得出，乌参1井白垩系油主要在4×106~8× 106a聚集，天然气主要在2×106a内聚集，油气明显分期聚集，油充注早于天然气。上新世的大规模构造运动，使得部分岩性油气藏发生调整，在现今的构造高部位重新成藏（图6），形成了神木园地区岩性油气藏、岩性-构造油气藏发育的特征。

图6 乌什凹陷油气成藏运聚模式（剖面位置见图2，据文献［18］修改）

以上3种油气藏虽然经历了不同的油气成藏过程，但都属于常规圈闭型油气水置换的排驱模式，浮力为其成藏的主要动力，断层和不整合面是油气浮力作用下运移的主要通道。

（4）迪北致密气聚集机理迪北地区气藏以气体膨胀力和生烃压力为主要的成藏动力[17]，气藏特征明显地区别于以上3种常规油气藏，具有气驱水的运聚排驱模式。

早期研究认为，迪北气藏为构造断鼻背景上发育的背斜圈闭型气藏，气藏受构造圈闭控制。现今研究发现迪北斜坡带上的背斜圈闭闭合高度仅为50 m，而测试气层高度为236 m，气层高度远远大于圈闭闭合高度，因此可以认为迪北气藏的分布不受构造圈闭控制。迪北气藏存在着明显的气水倒置与异常高压特征。从气藏纵向压力分布图（图7）可以看出，气藏内的压力系数随气层的深度变浅呈逐渐减小的趋势，这点与常规气藏受浮力作用形成的压力特征明显不同［19］。由于迪北气藏具有其特殊的发育背景，气藏的气源主要为斜坡南部阳霞凹陷三叠系、侏罗系煤系烃源岩，而非原地近源聚集[17]，且生烃模拟显示，本区致密气具有晚期快速成藏的特征，现今气藏仍处于强生烃充注阶段[20]。因此，生烃形成的气体膨胀超压是迪北气藏异常高压的主要原因，超压形成的动力驱动着底部的气体以活塞式驱替储集层中的水向上运移，而随着与深部排烃界面距离的增大，异常压力逐渐减弱，驱替动力减小，从而形成了顶部聚集水、下部聚集气的特征。

图7 迪北气藏纵向上压力分布特征

2.3 油气藏保存机制的有序性

常规与非常规油气藏在封存机制上有所不同。理论上烃源岩层在排烃过程中首先必须满足烃源岩自身的吸附与聚集，在达到一定的富集丰度后才能向外排烃，如煤层中的煤层气，页岩中的页岩油和页岩气以及煤系烃源岩中形成的自生自储的致密气。库车地区的沉积背景决定了区域内某些特定种类的油气藏不发育（如页岩油气），然而侏罗系煤层十分发育，具备形成煤层气的条件，只是目前尚未勘探发现有价值的煤层气。烃源岩在生烃过程中大量的天然气不断地排出，使得烃源岩层在满足自身吸附与游离丰度的情况下，开始向烃源岩层外的储集层排驱充注，在没有可靠、有效的优势运移通道下，气体首先受到毛细管压力的封存[21-22]。这种封存对致密砂岩气的控制表现得十分明显（图5中的①），只有当生烃压力或者气体膨胀力大于致密储集层的毛细管压力时，才能形成天然气的突破，进而运移、聚集。从而形成了天然气向上排驱毛细管内的可动水、气水界面整体向高位移动的特征，但是这种界气水面并不明显，而是一个逐渐过渡的气水混合带。

当油气的运聚发生在断层通道或者储集层物性较好的介质内时，油气的保存将受到盖层的封堵作用，而非砂岩自身。其机理与致密砂岩内的毛细管压力封闭特征相似，只是油气的封堵从储集层转向盖层。盖层内毛细管排驱压力的突然增高阻止了油气在浮力作用下的继续上浮，形成两种不同性质的介质，常规圈闭油气藏均属此种类型（图5中的②）。

因此，在油气封存机制上，存在着一个有序的、连续的封存过程，首先是烃源岩自身吸附、满足饱和游离丰度条件下的保存类型，如煤层气、页岩气；其次是致密储集层内毛细管排驱压力封闭类型，如致密油、致密气；最后是介质的差异，在盖层封堵条件下的保存类型，即常规油气藏。从盆地中心的深层区，到斜坡区，再到构造高部位或是近地表，油气藏具有有序的分布形式。这种油气藏的分布形式在库车地区由于受构造抬升与剥蚀作用的影响，深度上表现得不明显，而在地层层位上则表现得较为清晰，依次为侏罗系阿合组的致密气、白垩系舒善河组的岩性砂岩气、白垩系巴什基奇克组构造圈闭型气藏以及古近系苏维依组凝析油气藏，从而构成了地层时代上从老到新不同油气藏类型的有序分布模式（图8）。

图8 库车地区东西向剖面纵向上油气藏分布（剖面位置见图2，据文献［23］修改）

库车坳陷由西向东（图8），乌什地区白垩系储集层埋藏深度相对较浅，物性相对较好，烃源岩成熟度相对较低，以生油为主，是库车地区液态油勘探的重要区域；阿瓦特—博孜地区埋藏深度大，烃类以气态烃为主，储集层致密、充注效率不高，但发育较为完整的构造圈闭形态，是有利的构造油气藏分布区域；克深与东秋地区油气成藏地质特征与阿瓦特—博孜地区相似；克深地区和东秋地区的北边，北部单斜带埋藏浅，冲断作用强，保存条件相对较差，地面的油苗发育，在适宜的地方是油砂发育的区域；东段的迪北斜坡和阳北地区整体埋藏适中，大型构造圈闭不发育，油气藏以地层圈闭和岩性圈闭为主，同时受砂体类型以及天山南缘强烈的挤压作用，在发育常规油气藏的同时也广泛发育致密气。

从整个库车坳陷油气分布来看，库车构造圈闭中油气藏的保存与古近系的膏盐分布有着密切的关系。东部的迪北地区和阳北地区是库车坳陷膏盐发育最少的地区，这种分布特征在一定程度上决定了库车东部地区不具备发育像克拉2一样的大型油气藏的条件，但是由于其位于库车主要的生烃中心周围带上，生成的烃类流体在聚集条件发育的地方汇聚成藏，因此具备形成常规的地层型和岩性型油气藏与非常规的致密气。

3 “有序聚集油气区”的勘探意义

一个含油气盆地往往含有多个含油气系统，也发育着多种多样的油气藏类型。在勘探的初期可能以寻找某种单一的油气藏类型为主，随着勘探程度的提高，大型的、显现的油气藏发现难度越来越大，这时就需要油气勘探家解放思想、转变思路，寻找新层系、新类型的油气，如致密气、页岩油气。有序聚集油气区的含义指明了，在一个盆地中由于地质作用的不均一性，可以发育多种类型的油气藏，各类油气藏在空间上符合一定的地质作用规律从而呈现有序分布。与沉积相分布规律类似，掌握沉积体系的规律，预测不同相带之间的有序展布。沉积相带之间符合自然的有序过渡，正常沉积过程中不可能存在相带的大跨越，它必然符合沉积的规律。有序聚集油气区同样也符合这种规律，在掌握含油气区地质规律的基础上，开展预测不同类型油气藏的区域分布。因此这种“有序聚集油气区”的思路可以帮助我们在勘探认识上解放思想、拓宽思路，寻找存在的未知油气藏。

4 结论

（1）库车坳陷前陆区是油气富集与聚集的主要区带，同时也是多种类型油气藏并存发育、富集的区带。坳陷内形成了构造油气藏、岩性油气藏、致密砂岩油气藏等多类型油气藏空间有序分布的特征。

（2）库车坳陷油气有序聚集特征主要表现在3个方面：①油气藏的烃类组分随埋藏深度、温度、压力的变化，在空间上呈有规律性的组合特征展布。②油气的聚集成藏受浮力或生烃气体膨胀动力控制，二者之间在空间上呈有序分布。同时有序性在储集层喉道大小方面也存在着明显的连续有序变化特征。③保存机制上存在着一个有序的、连续的封存过程，首先是烃源岩满足自身吸附、饱和游离丰度条件下的保存类型；其次是致密储集层内毛细管排驱压力封闭类型；最后是介质的差异，在盖层封堵条件下的保存类型。

（3）查明库车坳陷地区油气有序聚集的规律，开拓了勘探工作者的思路，实现从早期专注寻找常规的构造型圈闭向兼探非常规致密砂岩气转变，同时也可有效预测不同类型油气藏的空间分布，这对于指导勘探部署，实现盆地的立体勘探，提高勘探效益具有重要意义。

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Petroleum“Orderly Accumulation”Regularity and Exploration Significance in Kuqa Depression,Tarim Basin

LIN Tong1,2,RAN Qigui2,ZENG Xu2,WEI Hongxing3,SUN Xiongwei3
(1.Sinochem petroleum Exploration&Production Co.Ltd,Beijing 100031,China;2.LangfangBranch,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Langfang,Hebei 065007,China；3.Research Institute of Exploration and Development, Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000,China)

The phenomena of associated coexistence of a variety of oil⁃gas reservoir types are more common in many basins.However,the current studies are only for a single type of reservoir in terms of petroleum existence or enrichment regularity.Taking Kuqa depression of Tarim basin as an example,the regional spatial distribution characteristics and rules of various reservoirs in this area were analyzed,and thought that the reservoirs in Kuqa depression have the rule and characteristics of petroleum“orderly accumulation”in regional and spatial domains.The orderly accumulation rule is mainly shown in three aspects:1)the order of the distribution of hydrocarbon components in dif⁃ferent reservoirs;2)the continuity of spatial distribution order of reservoir⁃forming dynamics,and 3)the order of the reservoir preservation mechanisms,all of which formed the associated coexistence of different types of reservoirs in space in Kuqa depression.This breakthrough of recognition is of great significance for further petroleum exploration in Kuqadepression.

Tarim basin;Kuqa depression;oil⁃gas reservoir type;orderly accumulation;reservoir⁃forming dynamics;preservation mecha nism

TE112.1

A

1001-3873（2015）03-0270-07

10.7657/XJPG20150304

2014-12-15

2015-02-12

国家科技重大专项（2011ZX05007-002）

林潼（1980-），男，福建福州人，工程师，博士，油气地质，（Tel）13811310591（E-mail）lintong1980@163.com.