油气充注与成藏史

2020-01-31 04:23 历史

  中地数媒(北京)科技文化有限责任公司奉行创新高效、以人为本的企业文化,坚持内容融合技术,创新驱动发展的经营方针,以高端培训、技术研发和知识服务为发展方向,旨在完成出版转型、媒体融合的重要使命

  定量研究一直是地质学家追求的目标,而模拟是地质学定量研究中可靠和现实的研究方法,是地质学三大研究方法中实验室分析方法的重要组成部分,历来被重视。以数学公式或数理方程的形式,将物理学、物理化学、岩石力学和水动力学等经典理论引入地质学某些方面的定量分析由来已久,基本方法是针对某些地质问题建立地质模型,从中抽提出反映问题本质的内容建立数学模型,以获得某些控制和影响该地质现象发生和演化的关键因素,进而定量地分析其相互关系及该地质现象发生的过程和机理。然而,地质问题的极其复杂性使得既能建立数学模型又能获得解析解的情况少之又少,很难在实际工作中普及使用。

  直至20世纪80年代,随着计算机技术和数值计算方法飞速发展,建立在有限元、有限差分等大型离散数值计算基础上的数值模型方法也随之迅速发展,这才为定量分析地质现象的发生、发展、演化过程提供了方便而又现实的方法和工具。在地质学领域,以盆地模型的发展最为迅速。数值盆地模型可以定量描述地质对象特征,综合考虑诸如沉积埋藏过程、成岩过程、温度场演化、压力场演化等沉积盆地演变的基本方面及其相互间的耦合关系,因而利用数值盆地模型,可以定量描述复杂地质现象,同时考虑多个因素的作用及其相互间的影响,为克服时空的限制、定量再现地质事件的发生、发展、演化过程提供了一条可行之路,因此在实际盆地分析和油气地质分析中已广泛应用。

  油源分析表明,二叠系和中下侏罗统烃源岩是能够向车排子地区提供油气的有效烃源岩,因此针对这两大套烃源岩进行了生烃史模拟。

  影响生烃史模拟结果的参数主要有烃源岩的沉积埋藏史、热史及烃源岩的生烃动力学参数。本次模拟研究的模拟软件采用IES盆地模拟软件,烃源岩沉积埋藏史主要根据盆地构造演化、沉积以及钻井实际资料,对埋藏史进行重建,地层分层数据由钻孔得到,在钻孔未钻达深度的地层厚度则由地震剖面得到;古地温等热参数主要参考邱楠生等(2000,2002)、潘长春等 (1997)研究资料;生烃模型采用Easy%Ro模型 (Sweeney等,1990),烃源岩的特征 (有机质类型、TOC等参数)参考本项目的研究成果,成熟度校正以实测的Ro为准;以Ro作为烃源岩成熟生油气阶段的划分指标。

  针对二叠系和中下侏罗统烃源岩,本项目选择两生烃凹陷之一的昌吉凹陷为例,进行烃源岩的沉积埋藏史、热演化史和生烃史模拟,共模拟了昌吉凹陷不同部位的二口井,其中一口为在西参2井正东和安4井正北处的虚拟井,模拟目的层为二叠系;另外一口为董3井,目的层为中、下侏罗统。

  由于南缘昌吉凹陷二叠系烃源岩因埋深较大没有实际钻井资料,因而在西参2井正东和安4井正北的交叉位置,利用地震资料读取了一口虚拟井,对烃源岩的沉积埋藏史、热演化史和生烃史进行了模拟 (图8-24~图8-27)。

  虚拟井的模拟结果表明,在现今埋深在4500m 左右,EASY%Ro约0.5,进入成熟门限,而进入大量生烃阶段EASY%Ro为0.7所对应的埋深在6500m 附近。模拟生烃史显示:下二叠统烃源岩在中二叠世进入大量生油阶段,晚二叠世进入生油高峰,三叠纪早期主要生油期基本结束。中二叠统烃源岩在早三叠世进入成熟期,中三叠世进入大量生油阶段,三叠世末到侏罗纪初期达生油高峰,中侏罗世主要生油期基本结束。由于虚拟井所处位置在盆地深洼处,因此其演化程度基本上代表了二叠系烃源岩的最高演化阶段。在昌吉凹陷的其他部位,二叠系烃源岩出现生烃高峰的时间应该相对晚一些。如中二叠统烃源岩的生油过程可能一直持续到早白垩世。

  董3井的模拟结果表明 (图8-28~图8-32),其生烃门限深度相对较浅,现今成熟门限深度大约在4000~4500m 之间,进入大量生烃阶段时的深度在6000~6200m 之间,比实测镜质体反射率对应深度稍深一些。

  生烃史模拟结果表明,下侏罗统八道湾组烃源岩在白垩世中期进入生烃期,古近纪中晚期进入大量生油阶段,新近纪中期进入生油高峰,现今主要生油期基本结束。三工河组烃源岩在白垩世中晚期进入生烃期,新近纪早期进入大量生油阶段,现今基本处于生油高峰期。西山窑组烃源岩在古近纪早期进入生烃期,新近纪晚期进入大量生油阶段,目前仍处于大量生油期,但尚未达到生油高峰,与实测镜质体反射率 (Ro为0.80%~0.84%)比较接近。

  包裹体类型和相态的划分是研究流体的性质、组分、物化条件和地球动力学条件的基础。车排子地区由于原油类型复杂,存在多源、多种相态的原油,如轻质油与稠油,因此,捕获的油气包裹体的类型也较多,按照流体的赋存相态主要分为以下几种:

  1)液态烃类包裹体 (图版Ⅰ、图版Ⅱ)。沙湾组与白垩系储层中液态烃类包裹体均较发育,往往沿切穿石英、长石颗粒的微裂隙分布或者石英颗粒加大边微裂隙面成群、线状以及带状分布。沙湾组储层液态烃类包裹体单偏光下呈褐色、深褐色、褐黄色、浅黄色或淡黄色分布,荧光下为浅黄色或淡黄色、黄色、浅黄色荧光;白垩系储层液态烃类包裹体单偏光下为深褐色、灰褐色、褐黄色、浅褐黄色、浅黄色,荧光下呈黄褐色、褐黄色、浅黄色以及蓝绿色;侏罗系储层液态烃类包裹体不发育,以气液包裹体为主,总体上,液态烃类包裹体的形状不规则,呈棱角状,大小不一,从几微米至几十微米均有分布。

  2)气态+液态烃类包裹体 (图版Ⅲ、图版Ⅳ、图版Ⅴ、图版Ⅵ)。车排子地区气液烃类包裹体也较为发育,往往分布在石英、长石的微裂隙中,部分在石英或长石的次生加大边呈线状、带状以及群状分布,另外还有个别包裹体呈孤立状分布。沙湾组储层包裹体单偏光下呈浅黄-灰色、褐黄-灰色、淡黄色-灰色、黄色-灰色,荧光下强蓝白色、浅蓝绿色、强浅蓝色、浅绿色;侏罗系 (排1井)储层气液包裹体单偏光下呈浅褐黄-灰色、浅黄-灰色、黄-灰色,荧光下呈黄绿色、强黄色、黄色;白垩系储层气液包裹体单偏光下呈褐黄-灰色、浅褐黄-灰色、浅黄-灰色、淡黄-灰色、淡黄-灰色,荧光下呈黑褐色、暗褐黄色、褐黄色、暗褐色、浅黄色、浅黄绿色,包裹体的形状规则,大小不一,从几微米至十几微米均有分布。

  3)气态烃类包裹体 (图版Ⅶ)。排2-86井、排19井与排20井沙湾组储层发育少量的气态烃类包裹体,沿石英颗粒加大边分布呈带状分布,单偏光下呈灰色、灰黄色及透明无色,显示环状的弱浅绿色荧光,形状较为规则,从几微米至几十微米均有分布。

  4)含烃盐水包裹体 (图版Ⅷ)。此类包裹体在研究区分布较广,与烃类包裹体共生,偏光下为无色,部分呈灰色与深灰色,荧光略显淡黄色或者无色,气泡和液态烃的界限处存在一条粗的、颜色呈黑色或黑褐色的环带状边缘,多数气泡的中心无色透明,常与沿裂隙分布的烃类包裹体有明显的共生关系,分布于石英颗粒、长石颗粒的裂隙或者次生加大边上。

  车排子地区新近系沙湾组、白垩系与上侏罗统储层油气包裹体主要分布在石英、方解石的微裂隙面上,仅在排2-86井与排20井新近系沙湾组埋深大,储层成岩作用强一些,在石英颗粒的加大边可见油气包裹体,同时在个别井的储层溶蚀颗粒以及部分胶结物中存在油气包裹体,如排1井侏罗系储层中可见长石颗粒中溶蚀成因、孤立状分布的气液包裹体,排204井白垩系储层中可见石英颗粒中溶蚀成因、孤立状分布、呈浅褐黄-灰色的气液烃包裹体,排103井白垩系储层也可见石英颗粒中溶蚀成因、成群分布的气液烃包裹体,排21井白垩系储层胶结物也可见孤立状分布的盐水+气烃包裹体 (图版Ⅴ、图版Ⅵ、图版Ⅵa~d)。

  根据储层油气包裹体的产状分析表明,侏罗系与白垩系储层油气包裹体形成时间早一些,大致在白垩纪末期,此时储层胶结程度不高,皇冠老虎机包裹体主要分布在矿物的微裂隙以及裂隙面上,偏光下呈褐色、深褐色、褐黄色,荧光下为浅黄色、黑褐色以及褐黄色,后期由于长石颗粒被溶解,少量包裹体在长石的溶蚀面以及胶结物中呈孤立状分布 (图版Ⅱc、d)。新近系沙湾组储层中油气包裹体主要形成于新近纪末期至现今,如在排203井、排19井存在深褐色的液态稠油包裹体,荧光显示较弱。在排2井区南部的排20井新近系沙湾组也存在此类稠油包裹体,而在排206-12井存在轻质油的储层中发现的包裹体明显与此类存在差异,主要为透明无色-灰色气液包裹体,显示强浅蓝色、蓝白色以及浅蓝绿色的荧光,具有轻质油的包裹体特征 (图版Ⅲ,图版Ⅳ)。

  另外,从含烃盐水包裹体的盐度特征上看 (图8-33),侏罗系和白垩系的含烃盐水包裹体的盐度明显要高一些,大于5%,而新近系沙湾组储层含烃盐水包裹体的盐度在5%以下,表明存在两期油气流体的充注活动。因此,车排子地区包裹体的形成可能至少存在两期:第一期,白垩纪末至古近纪,以形成稠油包裹体为主;第二期,新近纪末期至现今,以形成轻质油包裹体为主,部分充注稠油包裹体。

  流体包裹体记录了含油气流体及其他各种来源流体的性质、组分、物化条件和地球动力学条件。根据储层和断裂带中流体包裹体的均一化温度,结合盆地热演化史和埋藏史特征分析,可以确定油气运移时间和成藏期次 (Eadintong,1991)。在成藏温度的确定方面,由于是深部烃源岩含油气流体向上运移,包裹体在形成时,流体温度是深部烃源岩热流体和浅部储层相对冷的流体的混合温度,进入储层的含油气流体逐渐冷却,因此捕获的流体温度具有一定变化。

  根据车排子地区储层含烃盐水包裹体均一化温度分析表明,排2井区沙湾组储层包裹体均一化温度主要分布在60~80℃之间,排1等井侏罗系和白垩系储层包裹体均一化温度分布在60~90℃之间,排20井沙湾组包裹体均一化温度介于97~110℃之间,排2-86井沙湾组包裹体均一化温度介于94~116℃之间。排20井和排2-86井沙湾组由于埋藏深度大,均一化温度明显偏高,但也主要分布一期。另外在侏罗系与白垩系储层中还存在高温的气液包裹体,部分气液包裹体的均一化温度在160℃以上,推测存在深部高温油气流体注入现象 (图8-34,表8-4)。

  图8-34 车排子地区沙湾组(a)与侏罗系、白垩系 (b)储层流体包裹体均一化温度分布直方图

  利用车排子地区部分探井的分层数据、地质年代以及可能的剥蚀厚度确定了埋藏史,古地温梯度采用 208Ma为 3.25℃/100m,145.6Ma为 2.65℃/100m,65Ma为 2.3℃/100m,23.2Ma 为 2.21℃/100m,15Ma 为 2.21℃/100m,5.1Ma 为 2.2℃/100m,1.65Ma为2.2℃/100m,现今为2℃/100m,从而确定了车排子地区部分探井的热史。但由于储层流体包裹体的均一化温度过高,明显高于储层的最高受热温度,无法依据均一化温度在研究区埋藏史图上确定油气的成藏期次 (图8-35),表明储层流体包裹体的均一化温度与储层温度不匹配。在沙湾组沉积之后不可能有过高的剥蚀量,地层基本上为连续沉积,因此,只有一种可能是深部的油气由于快速的运移而未降至储层的温度就已经被捕获,导致矿物捕获的油气包裹体的温度略高,与储层流体的温度不匹配。从四参卡6井和1井埋藏史上可以看出 (图8-36,图8-37),新近纪以来地层的沉积速度较快,大约为100m/Ma,因此可以确定侏罗系的烃源岩生成的油气在短时间内,至少在新近纪中后期快速成熟,进入生油高峰,油气的快速充注导致油气未降至储层温度之后被矿物捕获形成包裹体。

  车排子地区的油气主要分布有稠油与轻质油两大类。油源对比表明,稠油主要来源于二叠系烃源岩,且主要分布在排2井区北部的排1井、排6、排203等井区,层位包括侏罗系、白垩系以及新近系。轻质油主要来源于侏罗系与白垩系烃源岩的混源,主要分布在排2井区和排8井区,其次为排2-86、2-87、2-88、2-92等井区。从生烃的角度必然要考虑到昌吉凹陷的二叠系、昌吉凹陷与四棵树凹陷的侏罗系以及白垩系生排烃史。

  1)二叠系烃源岩的生排烃史。昌吉凹陷二叠系烃源岩的生烃时间较早,根据靠近边缘一虚拟井的生烃强度分析表明 (图8-38),下二叠统烃源岩生油时间为236~157Ma,生油高峰时间为 213Ma,即侏罗 纪 早 期;生气 时 间 为 236~81Ma,生气 高峰 时间为210Ma和190Ma,即侏罗纪早期与侏罗纪中后期。中二叠统的生油时间为220~123Ma,生油高峰时间为200Ma,即侏罗纪早中期;生气时间为220~50Ma,生气高峰为197Ma和81Ma,即侏罗纪末期和白垩纪末期。

  图8-38 昌吉凹陷二叠系烃源岩不同地质历史时期的生烃强度与累计生烃强度分布图

  从生排烃强度的计算分析也表明 (表8-5~表8-8),下二叠统在三叠纪末期达到最大生油强度,约为1000x10

  2,中二叠统在八道湾组沉积末期达到最大生油强度,约为1600x104t/km2,生气强度的高峰时期略显滞后,在三叠纪末至侏罗纪的中后期,因此二叠系烃源岩生排烃时间主要在三叠纪末至侏罗纪时期,目前所发现的来源于二叠系的稠油分布在侏罗系以上的地层,与生烃史是不匹配的,因此,稠油主要为后期原生油气藏后期调整运移至车排子凸起带的,在运移过程中受到生物降解,形成稠油。侏罗系与白垩系稠油的成藏时间为白垩纪之后,新近纪之前,上覆盖层并不发育,油气极易被生物降解,然后聚集成藏;新近系稠油为新近纪之后再一次调整的产物,与轻质油成藏时间是一致的。2)侏罗系和白垩系烃源岩的生烃史。侏罗系与白垩系烃源岩在四棵树凹陷与昌吉凹陷均有分布,从目前的油源与油气运移特征看,轻质油主要来源于四棵树凹陷,昌吉凹陷的贡献略小。根据四棵树凹陷卡6井侏罗系和白垩系生油强度分析表明 (图8-39,表8-9),侏罗系八道湾组烃源岩生油时间为18Ma至现今,生气时间为16Ma至现今;三工河组烃源岩生油时间为13Ma至现今,生气时间为12Ma至现今。目前八道湾组和三工河组烃源岩处于主要生烃阶段,与轻质油的成藏时间较为一致,即在新近纪末期以来聚集成藏。白垩系烃源岩生油时间在第四纪以来,目前仍未进入生油高峰期,可生成少量的低熟油气。此外,从累计生油、生气强度看,四棵树凹陷侏罗系八道湾组和三工河组烃源岩累计生油强度高,可达 10x104

  2,最高可达 70x104t/km2,而生气强度均较低,为10x108m3/km2,因此,侏罗系八道湾组、三工河组的供油强度明显要高一些,油聚集效率也就高一些。表8-5 昌吉凹陷不同层位烃源岩不同地质历史时期生油强度(10

  图8-39 四棵树凹陷侏罗系烃源岩不同地质历史时期的生烃强度与累计生烃强度分布图

  表8-9 四棵树凹陷不同地质历史时期不同层位烃源岩的生油气强度表 (108 m

  昌吉凹陷侏罗系烃源岩的生排油时间要早一些 (图8-40),为97Ma至今,生排气时间为90Ma至今;三工河组和西山窑组生烃时间要晚一些,且其生烃强度明显偏低。由于昌吉凹陷侏罗纪末期的构造抬升,西山窑组发生较大剥蚀,地层基本缺失,而三工河组烃源岩在昌吉凹陷并不发育,因此,两者的生油强度均较低。八道湾组的生油强度明显较高,可达(16~35)x10

  2,生气强度为 (10~22)x108m3/km2,并且至今处于生烃高峰,因此昌吉凹陷八道湾组供烃效率高,对于油气的贡献最大,三工河组与西山窑组要小的多。

  图8-40 昌吉凹陷侏罗系烃源岩不同地质历史时期的生烃强度与累计生烃强度分布图

  值小于0.4%,孢粉颜色为黄色;②古近-新近系、白垩系岩石比较疏松,固结程度较低,原生粒间孔隙发育,以孔隙胶结为主,石英一般未见次生加大边,长石的溶解也较少,局部可能发育次生加大边,侏罗系岩石局部半固结,胶结略显致密;③砂岩和泥岩中富集蒙皂石,无序混层;④砂岩局部可见少量自生高岭石、伊利石,多为它生,存在少量的陆源重矿物。

  从地层埋藏深度与孔隙度的演化模式图上可以看到 (图8-43),局部地区具有孔隙度随埋藏深度的增加而增加趋势,如排1井分布有稠油的侏罗系储层的孔隙度明显较高,表明油气在侏罗系未成岩时就已经进入。油气的充注阻碍地层孔隙水的流动,抑制储层成岩作用,导致储层保持原有的孔隙度。此外,这些储层中次生孔隙不发育,以原生孔隙为主。排2井侏罗系和白垩系储层的孔隙度要高于新近系,可能是由早期油气注入侏罗系和白垩系储层造成的。由此推测,稠油的充注期为白垩纪末期至古近纪时期;而在新近系个别井中所分布的稠油,可能是在新近系沙湾组沉积期间早期古油藏的调整而成的。因此,成岩阶段的演化与油气的充注密不可分,同样也用于成藏期次的推测。

  综合上述分析表明:①第一期成藏的稠油主要分布在侏罗系和白垩系,古近系尽管有些稠油分布,但分布比较局限,推测稠油充注早于古近纪;②侏罗系储层成岩作用明显强于白垩系,尽管有稠油的井段储层物性略好于其他井段,但总体上看,已经固结成岩,表明稠油应是在侏罗系开始固结之后注入的;③含有稠油的白垩系储层普遍比较疏松,甚至胶结作用比古近系还弱,推测在白垩系未固结时稠油开始注入;④侏罗系稠油包裹体一部分分布在石英颗粒的微裂隙面上,少量分布在溶蚀成因的长石颗粒中,表明油气是在侏罗系储层固结成岩发生溶蚀作用之后充注的。因此稠油充注时间为白垩纪之后古近纪时期最为合理;⑤北部地区新近系沙湾组见稠油的储层中,岩石胶结疏松,成岩作用很差,储层中油气包裹体很少,几乎没有见到稠油包裹体,说明在新近纪晚期到第四纪存在一期稠油的充注。⑥沙湾组轻质油储层胶结疏松,成岩作用很差,结合四棵树凹陷侏罗系烃源岩的生排烃史,可以认为油气充注时间为新近纪到现在。

  总之,据烃类包裹体、生排烃史、储层成岩演化等油气充注证据分析,侏罗系和白垩系中稠油于白垩纪之后古近纪时期由在三叠纪末至侏罗纪时期原生油藏后期调整生物降解形成的稠油第一期充注成藏,北部地区新近系沙湾组稠油于新近纪晚期至第四纪由第一期稠油古油藏再调整而第二期充注成藏;新近系沙湾组轻质油充注成藏时间为新近纪到现在。

上一篇:香港历史 下一篇:历史发展