張小兵,呂海濤,趙錫奎,李 坤,何建軍
(1.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院,成都 610059; 2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,成都 610059;3.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院,烏魯木齊 830011;4.四川教育學(xué)院,成都 610059; 5.成都理工大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院,成都 610059)
自1997年沙46井、沙48井等獲高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)工業(yè)油氣流,實(shí)現(xiàn)了塔河奧陶系大油田的發(fā)現(xiàn)以來,已成功探明含油面積979.03 km2,探明地質(zhì)儲(chǔ)量原油達(dá)6.65×108t、天然氣797.43×108m3;保有控制儲(chǔ)量石油1.56×108t、天然氣648.92×108m3,保有預(yù)測石油儲(chǔ)量6.19×108t、天然氣471.15×108m3,三級(jí)儲(chǔ)量合計(jì)達(dá)到16.97×108t油當(dāng)量;預(yù)測奧陶系剩余圈閉資源量5.5×108t[1-2]。各級(jí)別儲(chǔ)量數(shù)據(jù)展示塔河油田奧陶系具有廣闊的勘探前景。
中下奧陶統(tǒng)自上而下共發(fā)育4個(gè)組,分別是中奧陶統(tǒng)恰爾巴克組、一間房組,中下奧陶統(tǒng)鷹山組,下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組,而恰爾巴克組在塔河主體部位剝蝕殆盡,一間房組、鷹山組是塔河油田主要勘探開發(fā)目的層。鷹山組中下部和蓬萊壩組在全區(qū)分布,勘探程度低,僅有沙88井、塔深1井等少數(shù)井揭示。從取得的資料來看,這2套層系儲(chǔ)層較發(fā)育,但缺少好的區(qū)域性垂向封隔因素,局部封隔條件好壞是能否成藏的一個(gè)關(guān)鍵因素,總體上還需要進(jìn)一步開展大量的基礎(chǔ)研究工作[3-4]。本文結(jié)合塔河油田的基本成藏條件,在中下奧陶統(tǒng)古構(gòu)造發(fā)展演化的基礎(chǔ)上,分析塔河油田的油氣成藏演化過程。
塔河油田原油和天然氣的油/氣源分析表明,氣主要來自海相腐泥型母質(zhì)寒武—奧陶系烴源巖[5-7]。顧憶等[5-6]根據(jù)原油與烴源巖地球化學(xué)研究與對比表明:塔河原油主要與寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖有關(guān),而與塔中原油及中—上奧陶統(tǒng)烴源巖有差異,與石炭系、三疊系烴源巖差別更大。塔北上奧陶統(tǒng)沉積環(huán)境、烴源巖及原油地球化學(xué)、資源潛力分析的研究認(rèn)為:塔北地區(qū)上奧陶統(tǒng)以低有機(jī)質(zhì)豐度為特點(diǎn),烴源巖不發(fā)育,基本不具備形成規(guī)模油氣的生油條件[5]。
受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及巖溶作用的影響,塔河油田奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)育多期裂縫、溶蝕孔洞和大型洞穴,它們構(gòu)成了具有極強(qiáng)非均質(zhì)性奧陶系灰?guī)r的主要儲(chǔ)集空間。
1.2.1 儲(chǔ)層發(fā)育主控因素
(1)巖溶縫洞型儲(chǔ)層主要受海西早期巖溶作用的控制。阿克庫勒凸起中下奧陶統(tǒng)巖溶縫洞型儲(chǔ)層是多期次、多類型巖溶作用的產(chǎn)物,主要是海西早期大氣水巖溶作用,其次是加里東中期Ⅲ幕巖溶作用,而其它期次、類型巖溶作用對儲(chǔ)層發(fā)育和控制作用較小。從加里東中期開始,中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層開始發(fā)育,但Ⅰ,Ⅱ幕巖溶作用因受整體構(gòu)造抬升不強(qiáng)而對儲(chǔ)層的發(fā)育影響相對較??;而加里東中期Ⅲ幕巖溶則發(fā)育在一個(gè)整體抬升較強(qiáng)的環(huán)境,巖溶順著斷裂帶發(fā)育而在中下奧陶統(tǒng)形成了規(guī)模比較大的儲(chǔ)層,但主體范圍主要分布在阿克庫勒凸起西北部地區(qū)。海西早期巖溶作用是中下奧陶統(tǒng)巖溶縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育與展布面貌的主控因素。在桑塔木組尖滅線以北地區(qū),裸露型大氣水巖溶作用高度發(fā)育,加里東期巖溶縫洞體系被強(qiáng)烈改造,大部分地區(qū)保留海西早期巖溶的面貌;而在桑塔木組覆蓋區(qū),海西早期巖溶作用也很發(fā)育,但模式發(fā)生了改變,覆蓋型大氣水巖溶作用主要順斷裂帶、裂縫帶發(fā)育。而到了海西晚期,巖溶作用發(fā)育范圍相對較局限,對現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的中下奧陶統(tǒng)油藏的儲(chǔ)層建設(shè)作用不大。
(2)構(gòu)造縫型儲(chǔ)層主要受構(gòu)造變形作用的控制。裂縫在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中普遍發(fā)育,但在巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū),裂縫對儲(chǔ)集性能的貢獻(xiàn)有限,而在巖溶欠發(fā)育區(qū),構(gòu)造裂縫對碳酸鹽巖儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)則意義重大。如在托甫臺(tái)地區(qū),儲(chǔ)層預(yù)測發(fā)現(xiàn)了一系列與斷層走向一致的“屬性異常條帶”,而實(shí)鉆結(jié)果顯示,溶蝕作用不強(qiáng),裂縫型儲(chǔ)層相對較發(fā)育。
(3)裂縫—孔隙型儲(chǔ)層主要受巖性、白云石化作用和溶蝕作用的控制。裂縫—孔隙型儲(chǔ)層的分布主要受礁灘相灰?guī)r、高能帶顆?;?guī)r等控制,而儲(chǔ)集性能主要取決于原生及次生溶蝕孔隙的發(fā)育程度。在阿克庫勒凸起,高能相帶的顆?;?guī)r、生物礁灘相灰?guī)r發(fā)育比較局限,主要分布在南部一間房組上段,而且垂向上厚度薄、平面上規(guī)模小。
1.2.2 儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律
中下奧陶統(tǒng)一間房組、鷹山組儲(chǔ)層以孔、洞、縫作為儲(chǔ)集的空間,形成雙重或多重孔隙介質(zhì)的特殊儲(chǔ)層[8]。根據(jù)不同地區(qū)優(yōu)勢儲(chǔ)層類型的不同,可將塔河油田儲(chǔ)層分為洞穴型、縫洞型、裂縫型3個(gè)主要的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū),不同區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律存在較大差異[9-10]。
(2)縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育區(qū):①縱向上主要發(fā)育在距中下奧陶統(tǒng)頂面0~60 m的范圍內(nèi),可能與恰爾巴克組上部灰質(zhì)泥巖段隔水層的控制有關(guān);②平面上儲(chǔ)層的分布主要受斷裂帶、褶曲帶的控制,呈條帶狀展布,條帶的走向與斷裂帶走向一致。
(3)裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育區(qū):裂縫型儲(chǔ)層主要發(fā)育在托甫臺(tái)地區(qū)和南部鹽下地區(qū),多沿大型斷裂帶和局部構(gòu)造變形帶發(fā)育。
(4)裂縫—孔隙型儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律:裂縫-孔隙型儲(chǔ)層的發(fā)育受沉積相帶的控制明顯,主要分布在塔河油田南部一間房組上部礁灘相顆?;?guī)r中。
塔河油田中下奧陶統(tǒng)上覆可作為蓋層的有三疊系柯吐爾組泥巖段;下石炭統(tǒng)卡拉沙依組下部泥巖段、巴楚組雙峰灰?guī)r段、下泥巖段及膏泥巖;上奧陶統(tǒng)泥灰?guī)r及灰質(zhì)泥巖;中下奧陶統(tǒng)致密灰?guī)r段。其中下石炭統(tǒng)卡拉沙依組下部泥巖段和巴楚組及柯吐爾組的泥巖,巖性致密、單層厚度大、層位穩(wěn)定,是良好的區(qū)域蓋層。
在海西早期運(yùn)動(dòng)之前,巨厚的桑塔木組灰質(zhì)泥巖、泥巖和志留系的泥巖等為加里東晚—海西早期的成藏提供了非常好的封閉條件,但在海西早期運(yùn)動(dòng)中被破壞,僅殘留于阿克庫勒凸起翼部,成為局部蓋層。這次蓋層的破壞,也使得早期成藏于阿克庫勒凸起西北部的油氣藏氧化降解成重質(zhì)、超重質(zhì)油氣藏,部分地區(qū)甚至氧化成瀝青。
海西早期運(yùn)動(dòng)之后,隨著石炭系巴楚組和卡拉沙依組等沉積和壓實(shí)成巖,在凸起上的絕大部地區(qū),又具備了良好的區(qū)域封蓋性,為后期的油氣成藏提供了必要的封閉條件。但于奇地區(qū)大部分和阿克庫木斷壘帶卻缺乏這套蓋層。如于奇地區(qū)的LX4井區(qū),三疊系砂礫巖直接覆蓋在奧陶系碳酸鹽巖之上,阿克庫木斷壘帶中段S9井至LN3井區(qū)不含油氣,該段或三疊系砂礫巖直接覆蓋于奧陶系碳酸鹽巖之上(LN2井)、或僅有很薄的下三疊統(tǒng)泥巖作蓋層(S9井T1泥巖僅9 m),因而盡管有油氣顯示,而不能富集成藏。
印支期后,阿克庫勒凸起逐步進(jìn)入一個(gè)完全封閉的成藏系統(tǒng)演化階段,此后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不再改變奧陶系縫洞型圈閉群的總體面貌。
早震旦世—早寒武世,塔里木盆地處于伸展作用下的演化背景,包括阿克庫勒在內(nèi)的塔北隆起此時(shí)表現(xiàn)為與滿加爾凹陷連成一體的盆地—斜坡沉積區(qū),古地形為西高東低[10]。
中奧陶世末的加里東中期運(yùn)動(dòng),塔里木克拉通周緣由大陸伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榫蹟繕?gòu)造環(huán)境,盆地性質(zhì)由被動(dòng)大陸邊緣盆地向擠壓型盆地轉(zhuǎn)變。此期阿克庫勒凸起最大主應(yīng)力方向?yàn)槟媳毕?,區(qū)內(nèi)主要形成了“X”形NNE和NNW剪切斷裂和NE向三組斷裂。加里東中期塔里木克拉通北部邊緣形成前緣隆起,阿克庫勒北部露出水面,中奧陶統(tǒng)一間房組頂部遭受剝蝕。晚奧陶世良里塔格組沉積末期,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再度活躍,又一次地殼抬升(加里東中期第Ⅱ幕),致塔里木盆地廣大地區(qū)良里塔格組與上覆桑塔木組之間為不整合接觸,桑塔木組由鼻凸周緣向鼻凸高部位上超于平行不整合面上。此期形成一個(gè)向北抬升、向南傾沒的繼承性鼻凸,即形成阿克庫勒鼻凸雛型(圖1A)。
中泥盆世末的海西早期運(yùn)動(dòng),是阿克庫勒地區(qū)最重要的一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[11]。在NW-SE方向區(qū)域壓扭應(yīng)力作用下,沙雅隆起在整體隆升背景上,形成“東西分塊、凸凹相間”的格局(圖1B,C),北高南低、東高西低,雅克拉—輪臺(tái)一帶持續(xù)高凸,庫爾勒鼻凸、阿克庫勒鼻凸以及沙西凸起進(jìn)一步強(qiáng)化,形成了向西南傾伏的NE-SW走向的阿克庫勒大型鼻凸。海西早期為擠壓背沖斷裂的發(fā)育時(shí)期,除了加里東中期的一部分?jǐn)嗔牙^續(xù)活動(dòng)外,NE向斷裂的發(fā)育成為這一時(shí)期斷裂活動(dòng)的主要特點(diǎn)。
海西晚期運(yùn)動(dòng)是影響本區(qū)的一次重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),也是斷裂活動(dòng)的主要時(shí)期之一。阿克庫勒凸起乃至整個(gè)沙雅隆起再次強(qiáng)烈抬升隆起,阿克庫勒地區(qū)總體上表現(xiàn)為:北高南低、傾向南南西、傾角較為平緩、局部發(fā)育古構(gòu)造高點(diǎn)及平臺(tái)的單斜構(gòu)造,古構(gòu)造等值線總體呈NWW—SEE向延伸,形態(tài)較為復(fù)雜,工區(qū)東北部最高,東南部最低(圖1D)。
阿克庫勒凸起受北東—南西向擠壓應(yīng)力場作用,宏觀上主要呈現(xiàn)了一組“X”型共扼剪切斷裂帶及北西向、北北西向低幅度擠壓背斜。印支—燕山期阿克庫勒凸起繼承性發(fā)展,總體北高南低,發(fā)育一個(gè)軸向北北東,向南西傾覆、形態(tài)不規(guī)則的大型鼻狀構(gòu)造;在此鼻狀構(gòu)造背景上,在S99井、LG15井、S9井、S47井、LG3井分別發(fā)育一些閉合面積不大,閉合幅度較低的次級(jí)古構(gòu)造高點(diǎn),使鼻狀構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜化,構(gòu)造形態(tài)變化不大(圖1E)。
圖1 塔河油田中下奧陶統(tǒng)頂面構(gòu)造演化過程Fig.1 Tectonic evolution of Lower—Middle Ordovician top, Tahe Oil Field
加里東中期是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)初始活動(dòng)的重要時(shí)期,形成的一系列斷裂帶對后期構(gòu)造格局、儲(chǔ)層、巖溶及油氣聚集具有重要的影響。雖然塔河北部的大部分地區(qū)僅處于生油門限,尚不具備供油條件,但位于塔河地區(qū)南部的寒武系下部地層已進(jìn)入生油高峰,與阿克庫勒凸起在加里東中晚期的構(gòu)造、巖溶及成巖共同作用下形成的儲(chǔ)集空間,共同為塔河油田最早一期成藏提供了條件。
志留紀(jì)—中泥盆世(海西早期運(yùn)動(dòng)前)是阿克庫勒凸起最早一期成藏期,無論奧陶系碳酸鹽巖還是志留系等碎屑巖,均經(jīng)歷了大規(guī)模的油氣充注[12]。對于奧陶系而言,油氣聚集成藏于早期形成的縫、洞、孔隙等中,但受海西早期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,阿克庫勒凸起北部地區(qū)奧陶系上覆地層相繼被剝蝕殆盡,中—下奧陶統(tǒng)本身也遭受不同程度的剝蝕,進(jìn)而使油藏被破壞,在凸起高部位僅殘留了一些瀝青質(zhì)指示著古油藏的存在,如塔河主體區(qū);但在相對低部位,破壞作用相對較弱,盡管古油藏被破壞,但重質(zhì)成分仍可能部分保留,在后期輕質(zhì)油氣充注改造下形成重質(zhì)油藏,如艾丁地區(qū)等重質(zhì)油藏。
海西早期運(yùn)動(dòng)在破壞先期已成藏的古油藏的同時(shí),也在建設(shè)著阿克庫勒凸起奧陶系碳酸鹽巖的儲(chǔ)集性能,在海西早期巖溶作用下形成的規(guī)模巨大的縫洞系統(tǒng)為后來的成藏提供了儲(chǔ)集條件。同時(shí),此時(shí)寒武系下部地層大部分地區(qū)處于高成熟階段,部分地區(qū)處于過成熟階段,上部地層大部分地區(qū)處于生油高峰,部分地區(qū)處于生油門限。下奧陶統(tǒng)基本處于生油門限,下部地層部分地區(qū)處于生油高峰階段,為后來的成藏提供了烴源巖條件。
隨著石炭紀(jì)地層的沉積,奧陶系封閉系統(tǒng)開始逐步形成,為油氣的再充注、聚集成藏提供了條件。此時(shí),生油演化基本延續(xù)海西早期的演化格局。寒武系下部地層大部分進(jìn)入高成熟階段,部分為過成熟,上部地層全部進(jìn)入生油高峰。位于塔河地區(qū)南部的中下奧陶統(tǒng)下部地層部分進(jìn)入生油高峰,但往北的大部分地區(qū)仍處于生油門限階段;海西晚期充注的油氣首先進(jìn)入在海西早期運(yùn)動(dòng)形成的儲(chǔ)集空間,同時(shí)不斷改造早期殘留的古油藏,被混合改造的重質(zhì)、超重質(zhì)油在縫洞型圈閉再次調(diào)整,形成新的油氣聚集。這樣的混合改造與調(diào)整運(yùn)移,也成為塔河油田西北部艾丁地區(qū)中下奧陶統(tǒng)盡管蓋層條件不佳但還能成藏的一種解釋。
海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得奧陶系油氣藏再次被抬升,上覆蓋層石炭系被剝蝕,在阿克庫木斷裂帶、于奇中部地區(qū)等甚至形成了“禿頂”,而在凸起的翼部因有石炭系、上奧陶統(tǒng)蓋層而相對較好。保存條件的變差,使得阿克庫勒凸起奧陶系油氣藏進(jìn)入了新一輪的氧化、降解等階段。
從三疊紀(jì)開始,阿克庫勒凸起又開始進(jìn)入了穩(wěn)定的構(gòu)造沉降期,封閉系統(tǒng)自此開始逐步完全形成,在輪臺(tái)斷裂以南從此再?zèng)]有被破壞過。但目前各方面的分析表明,該時(shí)期可能存在一定的持續(xù)油氣充注,改造著前期的古油藏,但規(guī)模可能不大。
燕山晚期,寒武系下部地層基本均處于過成熟階段,上部地層處于高成熟,部分地區(qū)的上部地層仍處于生油高峰。此時(shí)下奧陶統(tǒng)下部地層基本均進(jìn)入生油高峰,位于南部的中下奧陶統(tǒng)達(dá)到高成熟,上部地層仍處于生油門限。
喜馬拉雅晚期,寒武系南部地層全部進(jìn)入過成熟階段,北部地區(qū)寒武系上部地層仍處于高成熟階段。中下奧陶統(tǒng)下部地層此時(shí)全部進(jìn)入高成熟階段,上部地層進(jìn)入生油高峰,而位于南部的上奧陶統(tǒng)下部地層也進(jìn)入生油高峰,但上部地層仍處于生油門限階段。位于塔河?xùn)|部相應(yīng)地層進(jìn)入生油門限和高峰的各個(gè)階段要早于西部。
各種資料表明,喜山期是阿克庫勒凸起的一個(gè)重要時(shí)期。由南、南西、南東、東等方向運(yùn)移而來的輕質(zhì)油氣控制了凸起東、南、西翼部的油氣分布。并強(qiáng)烈地改造了早期的古油藏,使得阿克庫勒凸起油藏由重變輕、由差變好[13]。但在各地因充注情況不同具有較大差異:
(1) 阿克庫勒凸起西北部地區(qū)此時(shí)構(gòu)造位置已經(jīng)低于凸起的軸部,因此,由東、南等方向的輕質(zhì)油氣很難越過凸起軸部而到達(dá)西翼,唯有西北、西南方向的輕質(zhì)油氣能夠到達(dá)此地。但烴源與油氣運(yùn)移研究表明,西北、西南方向不是阿克庫勒凸起晚期輕質(zhì)油氣充注的主方向,故該區(qū)仍主要以重質(zhì)油、超重油為主。
(2) 阿克庫勒凸起軸部地區(qū)是此時(shí)油氣充注改造的主要地區(qū),因充注改造程度的不同,呈現(xiàn)除了由北東向南西油質(zhì)逐步變輕的分布特征。
(3) 在凸起的翼部,一些縫洞發(fā)育帶可能在早期油氣充注時(shí)缺乏有效側(cè)向封檔條件,因而未能或者僅捕獲少量的油氣,但演化到喜山期,構(gòu)造、成巖膠結(jié)等各種因素使得這些縫洞帶具備了側(cè)向遮擋條件而成為有效的圈閉,如TP7條帶、S106-S117條帶。而一些側(cè)向遮擋條件不佳的縫洞帶盡管位于有利的充注部位和優(yōu)勢運(yùn)移通道上,也不能富集成藏,如S113-S110條帶。
(4) 喜山期不僅僅是阿克庫勒凸起奧陶系油氣藏的一個(gè)重要成藏期,也是上覆層位油氣藏的主要成藏期。喜山期油氣在奧陶系圈閉中富集成藏的過程中,也不斷沿著斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移,在上覆地層中的各類圈閉中聚集成藏,如鹽邊、鹽上三疊系各類油氣藏、輪南油田、阿克庫勒油田、東、西達(dá)里亞油氣田等。
1)本區(qū)的烴源巖是寒武系—下奧陶統(tǒng)海相腐泥型含有機(jī)質(zhì)泥巖和碳酸鹽巖,主要儲(chǔ)集空間為多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及巖溶作用下形成的溶蝕孔洞、構(gòu)造裂縫和大型洞穴,巨厚的桑塔木組灰質(zhì)泥巖、石炭系巴楚組和卡拉沙依組在不同成藏期起著封閉油氣的作用。
2)塔河油田中下奧陶統(tǒng)在加里東Ⅱ幕期表現(xiàn)為一北東向較寬緩的鼻凸,高點(diǎn)在現(xiàn)今輪臺(tái)斷裂附近,海西早期構(gòu)造軸向轉(zhuǎn)為北北西,海西晚期—喜馬拉雅早期,表現(xiàn)為一由近北西向、北東向斜坡組成的,軸向?yàn)楸睎|向的、緩頂式直角狀凸起;喜馬拉雅晚期到現(xiàn)今,該區(qū)受西部應(yīng)力作用和區(qū)域翹傾結(jié)果,南部軸線保持呈北東向不變,而北部軸線由西往東遷移,構(gòu)造高點(diǎn)也由北向南遷移。
3)長期發(fā)育的古隆起及古斜坡控制油氣運(yùn)移、聚集與成藏,碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體的高度發(fā)育是油氣富集成藏的基礎(chǔ),區(qū)域性蓋層的發(fā)育是油氣成藏的重要控制因素,成藏封閉系統(tǒng)的演化控制了成藏特征。加里東中晚期構(gòu)造、巖溶及成巖等作用,為阿克庫勒地區(qū)第一次油氣成藏提供了儲(chǔ)集空間;受海西早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響,先期油藏被破壞并在局部地區(qū)形成重質(zhì)油藏,同時(shí)為海西晚期的油氣充注提供了儲(chǔ)集空間;印支期以來,該區(qū)的成藏系統(tǒng)主要以整體調(diào)整為主。
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