吕铁良, 张奎华, 林畅松, 李艳丽
( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院,北京 100083; 2. 中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257000 )
准噶尔盆地木垒凹陷油气来源及成藏特征
吕铁良1,2, 张奎华2, 林畅松1, 李艳丽2
( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院,北京 100083; 2. 中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257000 )
为解决准噶尔盆地木垒凹陷油气来源认识不清、成藏特征不明确问题,应用油源对比技术分析油气源;利用地震、测井和分析化验资料,综合评价生储盖条件、输导体系及圈闭条件。结果表明:木垒凹陷油气来源于二叠系平地泉组烃源岩,二叠系平地泉组深湖—半深湖相暗色泥岩为主力烃源岩,纵向上发育砂砾岩、云质岩和火山岩三类优质储层;受多期构造运动的影响,发育多层系、多类型(构造、岩性和不整合等)圈闭,为油气聚集提供良好的储集空间;断裂和骨架砂体构成立体复合式输导体系。木垒凹陷存在自生自储型和古生新储型两类成藏模式,其中以二叠系平地泉组烃源岩为主要油源的自生自储型岩性油藏和古生新储型构造—岩性油藏,是最有利的勘探方向。
油源对比; 成藏条件; 成藏模式; 木垒凹陷; 准噶尔盆地
木垒凹陷位于准噶尔盆地东南部,与博格达山紧邻,东部为克拉美丽山,北部为奇台凸起,西部为古东凸起,面积约为1.720×103km2。自20世纪80年代以来,准噶尔盆地东部发现火烧山、北三台、三台、甘河和彩南等油气田,对于最东部的吉木萨尔—木垒地区勘探涉及很少。该地区构造活动频繁,遭受剥蚀严重,沉积盖层较薄[1],按照传统的含油气系统理论[2-4]不利于油气聚集。邓坚等认为,在木垒—七角井沿线石炭系居里得能组,存在深海平原相—半深海陆架斜坡沉积相的烃源岩[5]。林隆栋等认为,应在木垒凹陷的褶皱基底或结晶基底寻找非沉积储层[6]。2013年,木垒凹陷钻探第一口探井——木参1井,在侏罗系和二叠系见到丰富油气显示并突破出油关[7],证实木垒凹陷具有良好的油气资源潜力。
目前,对于木垒凹陷已发现油气的来源认识不清,还未见对生、储、盖、圈、运和保等成藏条件的研究。笔者应用油源对比技术,分析木垒凹陷已发现油气的来源,利用钻井、测井、录井及分析化验资料,研究油气成藏条件和成藏模式,为研究区的油气勘探提供有益的指导。
木垒凹陷呈西部宽缓、东部狭窄的不规则形态(见图1),是在拼合增生的微陆块和古生代岛弧带基底上发展起来的叠合型山前凹陷[8-9],其形成演化主要受博格达造山带控制,主体构造近南北向,具有“南断北削”的特点,可划分为隆起带、山前冲断带和地层剥蚀带(见图2)。准东地区经历晚石炭世的洋盆关闭、二叠纪至三叠纪的一体化沉积、侏罗纪早期沉降晚期抬升、白垩纪抬升剥蚀和新生代前陆盆地五个演化阶段[10-12]。木垒凹陷纵向发育石炭系巴山组(C2b)、二叠系平地泉组(P2p)、梧桐沟组(P3wt)、三叠系(T)、侏罗系(J)和新近系(N)等地层。准东地区在中二叠纪晚期(P2p),湖盆范围最大,发育半深湖—深湖相暗色泥岩,其油气主要来源于该层系或者与其时代相当的二叠系芦草沟组(P2l)[13-14]。
图1 准噶尔盆地东南缘构造单元划分Fig.1 Tectonic unit distribution map of southeastern Junggar basin
图2 木垒凹陷过木参1井南北向地震解释剖面Fig.2 The north-south seismic interpretation profile of Mucan1 well in Mulei sag
2.1 原油地球化学特征
木参1井在二叠系平地泉组(P2p)测试获得原油,密度为0.946 1 g/cm3,50 ℃温度时黏度为1 774 mPa·s,凝点为25 ℃,含蜡质量分数为16.62%,含硫质量分数为0.15%,属于低含硫重质稠油。在侏罗系见到油迹细砂岩。原油的族组成以烷烃为主,质量分数为48.01%~51.82%,芳烃为13.36%~19.80%,非烃为18.05%~25.27%,沥青质为8.66%,显示母质来源以低等水生生物为主的特征。原油的族组分碳同位素(烷烃为-31.9‰,芳烃为-30.4‰,非烃为-29.3‰)整体显示轻的碳同位素组成特征,为典型的腐泥型原油。
原油和油砂的生物标志物特征基本一致。其中原油饱和烃色谱保存完整,显示以C21为主的单峰型分布(见图3(d));油砂的饱和烃保存不完整(见图3(a)),是由埋藏浅、经历轻微的生物降解或水洗作用造成的。β胡萝卜烷含量较高,Pr/Ph为1.18,表明岩石的沉积环境为还原环境。萜烷以C30藿烷为主(见图3(c)),三环二萜烷含量中等,C20、C21、C23三环二萜烷呈以C21为主的山峰型分布,表明低等水生生物的贡献较大;Ts/Tm小于1,伽马蜡烷指数为0.18,显示相对偏咸化的沉积环境。重排甾烷含量中等,规则甾烷中C28胆甾烷含量高,C27、C28、C29规则甾烷在原油中呈山峰型分布(见图3(e)),在油砂中呈上升型分布(见图3(b))。根据规则甾烷体积分数三角图(见图4),C29胆甾烷体积分数为33.0%~43.0%;其次为C28胆甾烷,体积分数为31.0%~39.0%;C27胆甾烷体积分数为20.0%~30.0%。高体积分数的C28胆甾烷说明母源以藻类等低等水生生物的贡献为主。
图3 木参1井原油与源岩的生物标志物特征Fig.3 The crude oil and source rock' biological marker of Mucan1 well
2.2 油源分析
木参1井揭示,P2p三角洲前缘相暗色泥岩的生物标志化合物特征与原油的存在较大差别:(1)不含β胡萝卜烷(见图3(g));(2)规则甾烷C27、C28、C29呈“V”型分布(见图3(h))。主要原因是木参1井处于不是有利生烃相带的三角洲前缘相,其母质来源中高等植物的含量显著高于深水相带的。处于深湖—半深湖相的暗色泥岩有机质来源主要为藻类等低等水生生物,其生物标志物特征比较一致,如博格达山大黄山剖面芦草沟组暗色泥岩,与平地泉组时代相当,沉积背景相似,烃源岩的典型特征为含β胡萝卜烷(见图3(j)),规则甾烷C27、C28、C29呈上升型或山峰型分布(见图3(k))。原油与以大黄山剖面为代表的平地泉组深湖—半深湖相烃源岩具有很好的相似性。根据原油的类异戊二烯特征(见图5),Pr/Ph为0.60~1.30,Ph/C18-Pr/C17小于0,与深湖—半深湖相烃源岩一致,与木参1井钻遇的三角洲前缘相及石炭系烃源岩差异明显。此外,原油的碳同位素组成为-30.0‰,碳同位素较轻的特点与准东地区二叠系原油的一致[15-16]。因此,木参1井P2p原油主要来源于该时期深湖—半深湖相泥岩。
图4 木参1井原油与源岩规则甾烷体积分数三角图Fig.4 The triangular diagram of the regular sterane percentage composition of crude oil and source rock in Mucan1 well
图5 木参1井原油与岩石的类异戊二烯特征Fig.5 The acyclic isoprenoid alkane characteristic comparison chart of crude oil and source rock in Mucan1 well
3.1 烃源条件
钻井、野外露头资料表明,研究区发育二叠系平地泉组和石炭系巴山组两套烃源岩[17];油源对比结果表明,木参1井原油来源于二叠系平地泉组深湖—半深湖相烃源岩。
二叠系平地泉组(P2p)沉积时期,博格达山尚未隆升,整个准东地区发生大范围湖侵,呈现广盆一体化沉积的特点;木垒凹陷北部位于滨浅湖相,南部发育半深湖—深湖相沉积。木参1井揭示P2p暗色泥岩厚度为254 m,岩性以灰色泥岩、碳质泥岩、云质泥岩和油页岩为主。在博格达山西段奇台庄—大黄山露头区一带,见半深湖—深湖相暗色泥岩出露,厚度为100~300 m。该套烃源岩在地震剖面上表现为弱振幅、不连续、亚平行反射特征,木垒凹陷向南部山下呈明显增厚特征。根据地震解释与识别结果,该套烃源岩主要分布于博格达山山前,面积为902 km2,最厚达500 m。
根据有机地化特征,该套烃源岩显示南好北差的特点,与烃源岩厚度分布具有较好的对比性。北部的木参1井暗色泥岩总有机碳(TOC)质量分数为0.31%~1.58%,平均为0.64%,生烃潜量(S1+S2)为2.69~17.90 mg/g,综合评价为中等烃源岩;在南部露头区,TOC质量分数为3.01%~7.29%,生烃潜量(S1+S2)为5.90~66.39 mg/g,氯仿沥青“A”质量分数为0.08%~0.19%,有机质类型以Ⅰ型为主,镜质体反射率一般为0.78%~0.80%,属于优质的成熟烃源岩。
3.2 储层条件
准噶尔盆地东南缘多期构造旋回和沉积作用导致多套储集层在平面上、垂向上叠合拼接。主要储集层为二叠系梧桐沟组(P3wt)、三叠系上仓房沟群(T1ch)、侏罗系八道湾组(J1b)和西山窑组(J2x)。根据岩性可以分为三类储层:砂砾岩、云质岩和火山岩。
砂砾岩储集体主要分布于侏罗系、三叠系和晚二叠系梧桐沟组,总体为辫状河三角洲、扇三角洲相的砂砾岩体、细砂岩、粉砂岩。储层单层砂体平均厚度约为10 m,最厚达25 m;储集空间类型以原生粒间、粒内孔隙和次生溶蚀孔隙为主(见图6(a));孔隙度主要分布在7.00%~18.00%之间,平均为11.00%,渗透率主要分布在(0.01~51.67)×10-3μm2之间;总体表现为低孔低渗特征。
云质岩为近几年在准东地区的主要勘探对象,研究区主要分布于二叠系平地泉组,为一套滨浅湖—半深湖相沉积的白云质细砂岩和白云岩。根据钻井取心物性分析结果,云质岩孔隙度在5.97%~11.34%之间,平均为9.41%;渗透率为(0.40~5.45)×10-3μm2,总体表现为特低孔特低渗特征。云质岩岩性较脆,受构造活动的影响易产生裂缝,地层水和有机流体沿裂缝进行进一步的溶蚀改造,成为油气储集的有利空间。
火山岩储层主要分布于石炭系巴山组,岩性以爆发相火山角砾岩和溢流相玄武岩、安山岩为主,孔隙度一般为6.40%~19.50%,平均为8.40%;渗透率一般为(1.64~10.05)×10-3μm2,平均为6.48×10-3μm2,局部岩心有裂缝(见图6(b)),属于中孔—低渗型储层。木垒凹陷整体缺失上石炭统及下二叠统,说明石炭系巴山组遭受长期风化淋滤,并且在构造运动的改造作用下,岩体内部形成各种类型的孔隙、裂缝、孔洞,孔、缝、洞交织在一起,构成火山岩的“三孔介质”储集空间,进而形成优质储层[18]。
3.3 圈闭条件
受印支、燕山和喜山等多期构造运动的影响[19],现今构造总体表现为“西断东削、南断北削”的特点。受北东—南西向挤压应力作用,发育多排北西—南东向断裂,形成构造和地层两类圈闭。西南部断褶带发育一系列断层相关褶皱,构造类圈闭较发育;东北部斜坡带的二叠系、三叠系、侏罗系及新近系地层之间呈削截接触,构造相对简单,是寻找地层类圈闭的有利区带。同时,二叠系梧桐沟组发育滩坝砂,三叠系克拉玛依组发育辫状河三角洲平原、前缘相河道砂体,易形成岩性圈闭。此外,石炭系顶面长期遭受风化、淋滤、溶蚀作用,易形成古潜山圈闭。
3.4 输导条件
研究区以P2p和C2b为主要油源岩[20],发育自生自储和古生新储型源储组合,深大断裂纵向沟通油源,骨架砂体控制油气横向运聚,两种运移通道在空间上构成立体复合输导体系。
(1)断裂.断裂起沟通下部油源与上部圈闭的桥梁作用[21],是油气在纵向上穿层系长距离运移的重要途径。该区断裂分为两类,一类是活动时间长、直接延伸到P2p和C2b烃源岩的基底卷入式油源断层,如F1、F9等。这类断裂平行于博格达山,呈北西—南东向展布,平面延伸距离长,可达40~50 km;纵向上切穿石炭系至新近系,是油气运移的直接通道。另一类是受主干断裂派生的次一级调节型油源断裂,如F5、F7等。这类断裂平面延伸距离短,纵向上大多向下收敛于油源断层,是油气向不同方向、不同类型圈闭运移的优势通道。
(2)骨架砂体.木垒凹陷侏罗系、三叠系和晚二叠系梧桐沟组沉积的辫状河三角洲、扇三角洲相的砂体构成该地区主要输导层,砂体具有厚度大、物性好的特点,以及良好的侧向输导能力,能够快速地运移大规模的油气。烃类从烃源岩进入骨架砂体后,沿骨架砂体输导体系向低势区的圈闭中运移聚集,完成烃类从源岩到圈闭的运聚过程。
断裂、骨架砂体作为研究区油气运移的主要通道,断裂是油气垂向运移的重要通道,具有连通孔隙的储集层是油气侧向运移的重要通道。研究区南部油源断裂发育,与二叠系梧桐沟组发育的扇三角洲前缘砂体、三叠系发育的辫状河三角洲前缘砂体具有良好空间配置关系,它们在地下形成一个纵横交错的运移通道,共同构筑木垒凹陷油气成藏的复合输导体系。
3.5 盖层条件
木垒凹陷发育石炭系火山岩、二叠系平地泉组、三叠系黄山街组、侏罗系泥岩四套盖层[22]。石炭系致密的凝灰岩和沉凝灰岩覆盖在火山岩上,形成良好局部盖层。二叠系平地泉组湖相暗色泥岩厚度大于150 m,可以作为石炭系储层的区域性盖层。三叠系黄山街组沉积时期,湖盆面积扩大,湖泛面上下广泛发育泥质岩,可对下伏的克拉玛依组砂岩起较好的封盖作用。侏罗系下部发育三角洲平原亚相的湖泊沼泽,在顶部出现泥岩及煤层等,是一套较好的盖层。
根据油气成藏条件分析结果,结合已发现油藏的成藏特点,认为研究区发育两种类型油气藏,即自生自储型岩性油藏和古生新储型构造—岩性油藏(见图7),以二叠系平地泉组烃源岩为主要油源。
图7 木垒凹陷油气运聚成藏模式Fig.7 Hydrocarbon migration-accumulation models prediction diagram in Mulei sag
4.1 自生自储型岩性油藏
侏罗纪中期,二叠系平地泉组深湖—半深湖相烃源岩进入大量生排烃高峰期,油气首先横向运移,进入同时期沉积且与烃源岩直接接触的白云岩和砂岩中,周围被不渗透的泥岩围挡而形成岩性圈闭,进而形成二叠系自生自储型岩性油藏。以木参1井揭示的二叠系油藏最为典型,由三角洲前缘相砂体与深凹部深湖—半深湖相泥岩直接接触,形成上倾岩性圈闭,使得油气从烃源层直接运移到砂体中而成藏。平地泉组沉积时期,凹陷南部为深凹区,发育烃源岩;中部发育三角洲前缘相砂体,因此自生自储型油藏主要分布于木垒凹陷的中部。
4.2 古生新储型构造—岩性油藏
一方面,在印支和燕山两期构造运动的改造下,木垒凹陷形成北西和近南北两组断裂,其中北西向断裂断距大、活动时间长,直接沟通油源和上覆侏罗系、三叠系、晚二叠系辫状河三角洲、扇三角洲相砂体。油气沿断裂运移至上覆构造、岩性类圈闭中而聚集成藏,形成古生新储型油藏,木参1井揭示的侏罗系油藏属于该种类型。二叠系烃源岩主要发育于南部,油源断裂和储层主要分布于中部和南部,油藏主要分布于木垒凹陷的中部和南部。
另一方面,喜山晚期大规模造山运动,使得二叠系平地泉组中自生自储的原生油藏遭受改造,油气沿断裂、骨架砂体构成的复合输导体系二次运移至上覆中生界构造、岩性圈闭中而聚集成藏,形成古生新储型次生油藏。在运移和成藏过程中,二叠系油藏遭受破坏,油气沿断裂和不整合面再次运移,沿着运移的方向,受温度压力降低和氧化作用的影响,原油的气体或轻质组分不断发生扩散,重组分相对增多,导致原油相对密度增大,二叠系原油稠化形成稠油。
综上所述,以二叠系为油源的自生自储型岩性油藏和古生新储型构造—岩性油藏是木垒凹陷最有利的勘探方向。此外,石炭系巴山组是该地区潜在的烃源岩,与二叠系具有相似的成藏特征,石炭系上部的火山岩遭受构造和风化淋滤的双重改造,可以成为优质的储层,再加上二叠系泥岩盖层,可以形成以石炭系为油源的古生古储型构造、地层不整合油藏。
(1)木垒凹陷已发现的原油为低含硫重质稠油,原油族组分同位素较轻,为典型的腐泥型原油。生物标志物特征显示β胡萝卜烷含量较高,三环二萜呈以C21为主的山峰型分布。木参1井原油来源于深凹带二叠系平地泉组深湖—半深湖相烃源岩。
(2)木垒凹陷成藏条件有利,发育二叠系深湖—半深湖相优质烃源岩,主要分布于南部山前,面积广、厚度大、地化指标好;纵向发育砂砾岩、云质岩和火山岩三类优质储层,以及由油源断裂与厚层毯砂构成的复合输导网络。
(3)研究区发育自生自储型和古生新储型两类成藏模式,其中以二叠系平地泉组烃源岩为主要油源的自生自储型岩性油藏,以及古生新储型构造—岩性油藏是木垒凹陷最有利的勘探方向。
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2016-05-05;编辑:任志平
国家科技重大专项(2016ZX05002-002);中国石化科学技术研究开发项目(P15080)
吕铁良(1982-),男,博士研究生,工程师,主要从事地质综合方面的研究。
TE122.1
A
2095-4107(2016)05-0001-08
DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.05.001