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準(zhǔn)南前陸盆地瑪納斯背斜油氣動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程

2013-10-20 06:42白振華姜振學(xué)趙孟軍方世虎
天然氣工業(yè) 2013年4期
關(guān)鍵詞:瑪納斯凝析油烴類

白振華 姜振學(xué) 宋 巖 趙孟軍 方世虎 張 健

1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司盆地構(gòu)造與油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院

瑪納斯背斜位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯構(gòu)造帶(以下簡(jiǎn)稱:霍—瑪—吐構(gòu)造帶)的中部,2007年發(fā)現(xiàn)了瑪河高產(chǎn)凝析油氣藏,其主力產(chǎn)層為古近系紫泥泉子組三段[1]?,敽託馓锏陌l(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了準(zhǔn)南前陸盆地油氣勘探前景廣闊,也為南緣前陸沖斷帶復(fù)雜構(gòu)造油氣勘探提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn),具有重要的勘探意義[2-3]。近年來(lái),前人對(duì)霍—瑪—吐構(gòu)造帶油氣來(lái)源、特征以及成藏過(guò)程做了大量研究,普遍認(rèn)為天然氣為高—過(guò)成熟的煤成氣,鏡質(zhì)體反射率大于0.95%[4];凝析油為湖相烴源巖高成熟演化階段的產(chǎn)物[4-5];油氣不同源、不同期,油氣成藏過(guò)程為“早油晚氣、階段聚氣”[6]。

但隨著油氣勘探和研究的深入,一些科學(xué)問(wèn)題尚有爭(zhēng)議:①根據(jù)原油飽和烴和芳烴成熟度參數(shù)標(biāo)定,瑪納斯構(gòu)造所發(fā)現(xiàn)的凝析油其相應(yīng)烴源巖的鏡質(zhì)體反射率介于0.6%~0.9%,屬于成熟演化階段,這與對(duì)已發(fā)現(xiàn)凝析油的認(rèn)識(shí)和湖相烴源巖的生烴演化不匹配,那么此類成熟凝析油的成因是什么?②瑪納斯背斜目前所發(fā)現(xiàn)的多為凝析氣藏,這與高—過(guò)成熟煤成氣所形成的天然氣主要為干氣也有所矛盾,那么瑪河凝析油氣藏的成藏過(guò)程又是如何的?針對(duì)這些問(wèn)題,筆者對(duì)瑪納斯地區(qū)重點(diǎn)探井進(jìn)行了巖心樣品采集,應(yīng)用流體包裹體鏡下觀察結(jié)合顆粒熒光光譜分析技術(shù)等多種技術(shù)手段,對(duì)油氣成藏演化過(guò)程進(jìn)行初步的分析,以期對(duì)該區(qū)的油氣勘探提供一定的借鑒。

1 油氣特征與來(lái)源

瑪納斯背斜古近系紫泥泉子組原油為典型的凝析油。根據(jù)地化特征分析,該凝析油正構(gòu)烷烴分布完整,最高碳數(shù)可超過(guò)nC25,基本不含γ-胡蘿卜烷和β-胡蘿卜烷。全油中類異戊二烯Pr/Ph比值為0.83,顯示來(lái)源于淡水—半咸水湖相的還原環(huán)境,而與源自侏羅系的原油存在較大的差異。甾烷組成分布呈“V”字形,以C29、C27甾烷為主,其次是C28甾烷。三環(huán)萜烷中,C21三環(huán)萜烷最高,其次為C23,C28、C29三環(huán)萜烷也有一定的豐度;C24四環(huán)萜烷的豐度明顯低于C26三環(huán)萜烷;五環(huán)萜烷Ts的含量明顯大于Tm的含量,C29Ts、C30重排藿烷的含量也較高;伽馬蠟烷的含量很高,且存在有異構(gòu)體,伽馬蠟烷/C31烷的比值為0.34,這均是下白堊統(tǒng)湖相烴源巖的典型特征,由此綜合確定該凝析油源自下白堊統(tǒng)湖相烴源巖[7]。

瑪納斯背斜天然氣平均相對(duì)密度為0.640 4,干燥系數(shù)介于0.89~0.93,屬凝析氣類型。天然氣組分以烴類為主,甲烷含量介于78.85%~93.01%,重?zé)N含量介于6.64%~11.58%。在C7輕烴中,甲基環(huán)己烷占優(yōu)勢(shì),表明該區(qū)天然氣的母質(zhì)為陸源高等植物。天然氣甲烷碳同位素值介于-34.26‰~-32.26‰,乙烷碳同位素較重,其值介于-25.53‰~-23.81‰,明顯區(qū)別于二疊系的天然氣。此外,δ13C1與δ13C2-4差異較大,這是下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖的典型同位素特征,可以判斷瑪納斯背斜天然氣主要來(lái)自中下侏羅統(tǒng)煤系地層[8-9]。

2 油氣成藏期次

本次研究中依據(jù)詳細(xì)的流體包裹體巖相學(xué)觀察分析,以確定油氣包裹體特征與期次,并結(jié)合烴類包裹體所伴生鹽水包裹體的均一溫度測(cè)定結(jié)果,綜合盆地埋藏史、熱演化史研究,從而厘定油氣充注的期次與時(shí)間,為最終恢復(fù)油氣動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程提供必要前提。

2.1 烴類包裹體類型劃分

瑪納斯背斜紫泥泉子組儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)砂巖和粉砂巖,分選中等偏差。通過(guò)大量的薄片觀察,發(fā)現(xiàn)紫泥泉子組發(fā)育大量的烴類包裹體,主要呈群體狀或孤立狀分布于自生方解石脈體、膠結(jié)物和石英次生加大邊,部分沿石英微裂隙呈串珠狀分布,極個(gè)別孤立狀分布于顆粒內(nèi)部,形態(tài)多樣,大小一般小于15μm。

根據(jù)流體包裹體的發(fā)育產(chǎn)狀,賦存礦物,烴類包裹體熒光特征與紅外光譜特征,可將瑪納斯背斜儲(chǔ)層烴類包裹體劃分為2種主要類型:①第一類主要分布在顆粒邊緣和微裂隙中,為發(fā)黃綠色熒光的液態(tài)烴包裹體,熒光顏色表明此類包裹體中含有較多重?zé)N組分,而其紅外光譜特征CH2/CH3值較大,總體表現(xiàn)出中低成熟度油氣充注的特點(diǎn)(圖1-a);②第二類主要分布在顆粒內(nèi)部和微裂隙中,為發(fā)藍(lán)白色熒光的氣液兩相或液相烴類包裹體,氣泡呈淺褐—深褐色,氣液比變化較大,從5%~70%均有分布,主要集中在15%~50%,表明包裹體中輕組分較多,紅外光譜特征參數(shù)CH2/CH3值較小,顯示油氣具有較高成熟度(圖1-b)??紤]到不同期次油氣運(yùn)移形成的烴類包裹體的成分特征及熱演化程度存在差異,故而可以根據(jù)烴類包裹體的光性特征初步判斷充注油氣的性質(zhì)[10]。根據(jù)本次烴類包裹體巖相學(xué)鏡下觀察并結(jié)合其熒光顏色和紅外光譜特征,可以初步判斷瑪納斯背斜紫泥泉子組普遍接受了至少2期的油氣充注。

2.2 烴類包裹體形成溫度

圖1 烴類包體透光、熒光照片及紅外光譜特征圖

根據(jù)瑪納斯背斜紫泥泉子組中氣液兩相烴類包裹體的顯微測(cè)溫分析,發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層中部分烴類包裹體均一溫度較低,主要集中在60~80℃;另一部分均一溫度較高,主要集中在130~150℃,有些甚至超過(guò)160℃,可能為油氣不混溶捕獲所致(圖2)。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)前者主要是以液態(tài)烴為主的低氣液比烴類包裹體,可以與前面紅外分析中成熟度較低的包裹體相對(duì)應(yīng);后者主要以高氣液比兩相包裹體為主,對(duì)應(yīng)紅外分析中成熟度相對(duì)較高的包裹體類型。

圖2 儲(chǔ)層烴類包裹體均一溫度顯微測(cè)溫結(jié)果圖

綜合上述烴類包裹體的熒光特征、紅外特征及顯微測(cè)溫分析,認(rèn)為瑪納斯背斜紫泥泉子組油氣藏存在先油后氣的充注順序,前期成藏主要捕獲以油為主的烴類包裹體,后期主要捕獲以氣為主的氣液兩相烴類包裹體。

2.3 成藏期次綜合分析

大量研究結(jié)果表明,與烴類包裹體共生的鹽水包裹體可以記錄油氣成藏的溫度和壓力,通過(guò)對(duì)該類鹽水包裹體的均一溫度分析,依據(jù)盆地的古地溫模式以及儲(chǔ)層埋藏史圖,就可以確定與烴類包裹體流體形成或與成藏對(duì)應(yīng)的地層埋深和相應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代[10]。

通過(guò)瑪納斯地區(qū)典型井瑪納001井紫泥泉子組儲(chǔ)層中與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度測(cè)定,并編制均一溫度頻率直方分布圖,分析得知鹽水包裹體均一溫度主要集中在90~100℃和120~140℃這2個(gè)區(qū)間,這與烴類包裹體觀察結(jié)果相符合,可以確定瑪納斯背斜主要存在2期成藏。結(jié)合埋藏史和熱演化史曲線綜合分析,進(jìn)行瑪納斯背斜成藏期次標(biāo)定,確定瑪納斯背斜第一成藏期在距今11Ma左右,即沙灣組沉積末期,此時(shí)下白堊統(tǒng)湖相烴源巖正處于生排烴高峰,該期充注以中低成熟度原油為主;第二成藏期在距今3Ma左右,即獨(dú)山子組沉積末期,此時(shí)中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖處于大量排氣高峰,以天然氣充注為主伴隨較高成熟度原油充注(圖3)。

3 油氣成藏動(dòng)態(tài)過(guò)程

3.1 早期原油充注形成古油藏

圖3 瑪納001井成藏期次標(biāo)定圖

準(zhǔn)南沖斷帶經(jīng)歷了晚中生代、新生代多次構(gòu)造活動(dòng),晚新生代構(gòu)造變形始于中新世(距今24Ma左右)[11]。新近系沙灣組沉積時(shí)期,由于受北天山持續(xù)隆升的影響,沿西山窯組煤系地層產(chǎn)生的順層滑脫斷層,向上刺穿吐谷魯群地層并順勢(shì)繼續(xù)沿吐谷魯群泥巖滑動(dòng),當(dāng)滑動(dòng)受阻時(shí)則向上逆沖形成了瑪納斯背斜的雛形[11]。由于下白堊統(tǒng)烴源巖在古近紀(jì)末期即進(jìn)入生油門限開始生油,油氣開始沿反沖斷層向上運(yùn)移,流體包裹體研究該期充注以中低成熟度原油為主,那么此次充注能否在安集海河組泥巖蓋層下的構(gòu)造有利部位形成早期的古油藏呢?其古油藏規(guī)模又如何?

針對(duì)這些問(wèn)題,筆者采用了顆粒熒光光譜分析技術(shù)(QFT),其為一套新型儲(chǔ)層包裹體檢測(cè)技術(shù)[12-13],勘探實(shí)踐表明其在識(shí)別儲(chǔ)層烴類包裹體與古流體類型[14]、儲(chǔ)層含油氣性與油氣運(yùn)移途徑[15]、古今油水界面的界定[16]等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特色。通過(guò)建立儲(chǔ)層顆粒熒光剖面,可以對(duì)古油水界面進(jìn)行判識(shí),以確定古油藏的存在與規(guī)模。

選取瑪納002井為研究對(duì)象,應(yīng)用顆粒熒光光譜分析技術(shù)判識(shí)瑪納斯背斜是否存在古油藏。瑪納002井位于瑪納斯背斜主體部位,現(xiàn)今氣水界面為2 464 m,烴柱高度為48m。在2 429.3~2 507.5m的取心井段內(nèi)系統(tǒng)采集了21塊巖石樣品,其中,氣水界面2 464m之上樣品12塊,氣水過(guò)渡帶(2 464~2 470 m)樣品1塊,水層2 470m之下樣品8塊。巖石樣品定量顆粒熒光分析(Quantitative Grain Fluorescence,QGF)表明,儲(chǔ)層巖石 QGF—E(Quantitative Grain Fluorescence on Extract,顆粒間萃取物定量熒光技術(shù))熒光光譜強(qiáng)度可以與現(xiàn)今的氣水剖面較好地對(duì)應(yīng),現(xiàn)今水層的樣品QGF—E熒光光譜強(qiáng)度均小于150,而油氣層該值則大多大于250;而QGF熒光光譜特征和指數(shù)是用來(lái)判識(shí)古油水界面或古油柱的位置的主要參數(shù)。對(duì)應(yīng)分析QGF指數(shù)垂向變化,埋深超過(guò)2 492 m時(shí),QGF指數(shù)普遍大于5,表明具有了古油藏特征,即使在現(xiàn)今的氣水過(guò)渡帶和水層的部位也是如此,而2 492m以下QGF指數(shù)則迅速下降到5以下(圖4)。因此,可以界定2 492m為瑪納002古油藏的古油水界面位置,對(duì)比現(xiàn)今氣水界面位置(2 464m),古油水界面低于現(xiàn)今氣水界面28m,推測(cè)古油柱高度可達(dá)76m,表明原古油水界面在后期成藏演化過(guò)程中發(fā)生了向上的調(diào)整。

圖4 瑪納002井儲(chǔ)層顆粒熒光剖面圖

3.2 后期遭受氣侵改造,形成凝析油氣藏

既然早期古油藏為中低成熟度的原油充注,那么為何現(xiàn)今呈現(xiàn)出凝析油氣的面貌呢?經(jīng)典的石油生成理論認(rèn)為凝析油是生成于成巖作用晚期高成熟階段,但近來(lái)的一些研究及地質(zhì)地化證據(jù)表明相當(dāng)數(shù)量的凝析油屬于原油蒸發(fā)分餾作用機(jī)制的產(chǎn)物[17]。所謂的“蒸發(fā)分餾作用”可以概況為下伏高成熟氣源巖生成的大量天然氣進(jìn)入已生成的油藏,在儲(chǔ)層高溫高壓條件下對(duì)已生成的原油進(jìn)行溶解抽提,并將原先溶解于原油中的輕餾分甚至中等分子量烴類運(yùn)移至條件適宜的儲(chǔ)層,形成凝析油或輕質(zhì)油藏的分餾過(guò)程[18]。由于普遍認(rèn)為瑪納斯地區(qū)中下侏羅統(tǒng)煤系氣源巖演化處于成熟—高成熟階段[2],已具備蒸發(fā)分餾作用的必要條件,而瑪納斯背斜的凝析油中αααC29甾烷20S/(20S+20R)比值為0.53,αββC29(20S+20R)/ΣC29為0.59,異膽甾烷的含量也高,表明該凝析油并非屬于高成熟的凝析油,而屬于成熟凝析油。另外,該凝析油中苯和甲苯含量很高,甲苯/nC7比值大于1.5,這是“蒸發(fā)分餾”作用的典型標(biāo)志。結(jié)合該地區(qū)的構(gòu)造演化與油氣充注特點(diǎn),綜合分析認(rèn)為是由于后期斷裂活動(dòng)形成優(yōu)勢(shì)的運(yùn)移通道,致使大量高成熟天然氣注入而將原先的古油藏逐漸改造為現(xiàn)今的凝析油氣藏。

此外,通過(guò)包裹體鏡下觀察,在瑪納001井現(xiàn)今為氣層的薄片樣品還發(fā)現(xiàn)大量?jī)?chǔ)層瀝青的存在,儲(chǔ)層瀝青主要發(fā)褐色熒光,賦存于儲(chǔ)層顆粒間和石英微裂縫中,表明瀝青成熟度相對(duì)中等偏低,為膠質(zhì)瀝青。推測(cè)該類儲(chǔ)層瀝青應(yīng)該是早期原油充注后遭受改造而殘留形成的,這正是瑪納斯背斜早期原油充注,后期遭受氣侵改造的有力證據(jù)。

3.3 油氣動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程恢復(fù)

阿布力米提[7-8]曾對(duì)霍—瑪—吐構(gòu)造帶的含油氣系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究,認(rèn)為山前凹陷中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖在早白堊世即進(jìn)入生油門限,并在晚白堊世處于生油高峰,而古近紀(jì)開始生氣,第三紀(jì)末至今處于生氣高峰期;與之對(duì)應(yīng)的下白堊統(tǒng)烴源巖則在古近紀(jì)末期進(jìn)入生油門限開始生油,第三紀(jì)末—第四紀(jì)達(dá)到生油高峰期,目前還在生油?,敿{斯背斜所處的霍—瑪—吐構(gòu)造帶主要形成于喜山中期并定型于喜山晚期,構(gòu)造形成時(shí)間可以與烴源巖大規(guī)模排烴期相匹配。根據(jù)瑪納斯構(gòu)造帶顆粒熒光定量分析結(jié)果,結(jié)合霍—瑪—吐構(gòu)造帶2期成藏、油先氣后的成藏特征,瑪納斯背斜的油氣動(dòng)態(tài)成藏過(guò)程可被恢復(fù)。

首先是沙灣組沉積末期(距今11Ma),對(duì)應(yīng)了包裹體研究所確定的第一主成藏期。下白堊統(tǒng)生成的中低成熟原油大量幕式充注,沿著斷裂型輸導(dǎo)體系向上運(yùn)移,逐級(jí)占據(jù)有利儲(chǔ)集空間,被上覆安集海河組泥巖蓋層封蓋,并在斷層兩側(cè)滲透性好、構(gòu)造有利的部位聚集并形成了早期古油藏,由瑪納002井處顆粒熒光分析顯示古油水界面為2 492m,推測(cè)古油柱高度可達(dá)76m。

然后是獨(dú)山子組沉積末期(距今3Ma)至今,對(duì)應(yīng)了包裹體研究所確定的第二主成藏期。此時(shí)正是中下侏羅統(tǒng)烴源巖生氣高峰期和下白堊統(tǒng)烴源巖生油高峰期。在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕的影響下,中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖產(chǎn)生大量的干氣經(jīng)由斷裂輸導(dǎo)體系并被快速運(yùn)移到古近系儲(chǔ)層中,從而對(duì)早期古油藏進(jìn)行改造,發(fā)生“蒸發(fā)分餾”作用逐漸形成了瑪河氣田的凝析油氣藏,與此同時(shí),古油水界面在保持古油藏格局的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)后期的逐漸向上調(diào)整,最終形成現(xiàn)今的氣水界面。

總之,瑪納斯背斜主要形成于喜山中期并定型于喜山晚期,構(gòu)造形成時(shí)間與烴源巖大規(guī)模排烴期相匹配。原油來(lái)源于白堊系烴源巖,中低成熟度原油先充注,并形成早期古油藏;天然氣來(lái)源于侏羅系煤系烴源巖,為干酪根裂解氣,大量干氣后期持續(xù)充注,原有古油藏遭受強(qiáng)烈的蒸發(fā)分餾作用,被逐漸改造成現(xiàn)今的凝析油氣藏。

4 結(jié)論

1)瑪納斯背斜的凝析油來(lái)源于下白堊統(tǒng)吐谷魯群湖相烴源巖,凝析氣來(lái)源于中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖,為干酪根裂解氣。

2)瑪納斯背斜主要發(fā)育2期成藏,第一期成藏在距今11Ma左右,以中低成熟度原油充注為主,并形成一定規(guī)模的古油藏;第二期成藏在距今3Ma左右,以天然氣充注為主伴隨較高成熟度原油充注。

3)現(xiàn)今的凝析油氣藏是由于后期大量高成熟天然氣的注入導(dǎo)致原先的古油藏發(fā)生“蒸發(fā)分餾”作用而逐漸改造形成的,而現(xiàn)今的氣水界面是伴隨著“蒸發(fā)分餾”作用的進(jìn)行,由古油水界面在保持原古油藏格局的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)后期的逐漸向上調(diào)整而形成的。

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