准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气成藏研究

论文摘要

准噶尔盆地位于新疆北部，面积13．6×104km2，是我国大型叠合含油气盆地之一。研究区位于准噶尔盆地腹部中央坳陷的盆1井西凹陷、东道海子北凹陷和昌吉凹陷，矿权上属于中石化登记的中部4个区块，是准噶尔盆地勘探程度最低但勘探潜力巨大的一个区域。腹部地区地层展布平缓，大型断层不发育，深部目的层段（主要为中下侏罗统砂岩，部分为白垩系底部砂岩）普遍发育成岩后强超压系统，目前已发现的绝大多数油气储量集中分布在超压顶面附近（超压顶界面之上300m至之下100m范围内）的有利油气聚集区内。以准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气藏为研究对象，在刻画超压层展布的基础上，分析超压成因和演化过程，详细研究超压顶面附近源岩及油气地球化学特征、油气分布特征、主要储集空间类型及其形成过程，深入分析超压在超压顶面附近油气成藏过程中的作用，总结超压顶面附近油气成藏的机理，将为理解本区及类似强超压生烃型盆地超压顶面附近油气成藏规律和预测有利勘探目标区提供借鉴。论文的主要研究内容和成果认识概括为以下4个方面。1、准噶尔盆地腹部超压响应特征及机理，成因，展布和演化准噶尔盆地腹部普遍发育深层超压系统，实测砂岩超压揭示深度一般在4470-6160m，超压砂岩段主要为侏罗系，剩余压力约为11-57MPa，压力系数为1．24-2．07，实测超压砂岩样品物性多为低-特低孔渗；在超压带，钻井泥浆密度明显增加，泥页岩和砂岩共同具有相对于正常趋势的异常高声波时差、低电阻率和低地震层速度的响应特征，响应的机理是，超压可导致岩石骨架颗粒间有效应力的减小，从而直接引起通过岩石的速度减小，超压地层温度条件下的高压液态水的电离常数可能明显增加而减小地层电阻率；腹部超压很可能是由于侏罗煤系地层的热演化生烃增压与有效封闭层共同作用形成；利用叠加速度谱资料，选用Dix公式计算层速度、Fillippone公式计算地层压力，结果显示各构造单元超压层分布的深度范围不同，盆1井两凹陷较浅（4000-7000m），其次是东道海子北凹陷和昌吉凹陷东部（5000-9000m），昌吉凹陷中部和西部最深（6000-10000m），超压层大多顺层分布，只是在各凹陷边缘以及凹陷内局部有穿层上拱现象，超压顶面分布的层位由北往南、从东到西逐渐变浅，从三叠系顶部过渡到白垩系底部，超压分布层位主要为侏罗系顶部和白垩系底部；侏罗系的超压演化分为两个阶段，早期超压是由于下伏超压仓内超压流体垂向传递到侏罗系而引发的超压，形成于晚侏罗世到早白垩世，之后压力逐渐减小，到古近纪晚期降到接近静水压力水平，而后由于侏罗系源岩逐渐成熟，油气大量生成，有效封隔层形成，压力逐渐增加，现今压力系数可达到1．6-1．9。2、准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气藏油气地球化学特征及成藏过程分析（1）研究区主要烃源岩为中下二叠统湖相暗色泥岩，其次为侏罗煤系地层；侏罗煤系源岩样品显示母源性质以陆源高等植物来源为主，形成于湖沼相弱氧化环境，临近成熟阶段。（2）超压顶面附近各区域30个原油及油砂样品，1个天然气样品并结合其它收集到的资料分析显示二叠系与侏罗系来源的油气特点不同，其中原油碳同位素值、Pr/Ph值、三环萜烷含量丰度及分布型式、规则甾烷分布型式、伽马蜡烷指数、是否含有胡萝卜烷和三芳甾烷等是有效的区分指标；多种成熟度参数(MPI1、4，6-/1，4-DMDBT、αααC29S/（S+R）和C29ββ/（αα+ββ）)计算得出原油的R0值绝大多数介于0．7-1．0%，处于大量生油的成熟阶段，其中二叠系来源的原油的成熟度稍高；天然气组成以侏罗系米源的煤成湿气为主，兼有侏罗-二叠米源的混源气，烷烃气的成熟度较高，大多在0．9-1．0%。（3）各构造单元不同来源的油气分布特点不同。在盆1井西凹陷北部沙窝地地区，超压顶面之上从上往下分别主要为下二叠统佳木河组和风城组原油，超压仓内主要为中二叠统下乌尔禾组原油；盆1井西凹陷南部莫西庄地区，超压顶面之上相对靠上主要为下二叠统风城组原油，靠近超压顶面的则主要为中二叠统下乌尔禾组原油，天然气主要为混源气，超压顶面之下基本上是中二叠统下乌尔禾组原油，天然气为煤成湿气；昌吉凹陷两段北部的征沙村地区，油气分布在超压顶面之下，主要为中二叠统下乌尔禾组原油；昌吉凹陷西段永进地区，超压顶面之上主要为中二叠统下乌尔禾组原油，超压顶面之下主要为中二叠统下乌尔禾组原油和侏罗煤系原油以及二者的混源油，天然气主要为二叠-侏罗源岩的混源气；东道海子北凹陷CH1井和昌吉凹陷东段D字号井区，油气主要集中在超压仓内，均为侏罗煤系原油，D字号井区天然气为侏罗-二叠混源气。（4）源岩热演化模拟显示，下二叠统烃源岩在早二叠世晚期进入生油门限，在晚二叠世进入生油高峰，并很快达到了生气阶段；相比下二叠统源岩，中二叠统源岩的生油区间更宽，从中二叠世晚期可以一直持续到晚白垩世；侏罗煤系源岩在早侏罗世晚期开始进入生烃门限，但各构造单元现今热演化的程度有差异，盆1井西凹陷凹陷目前仍未达到生油高峰，成熟度介于0．7-1．0%，而昌吉凹陷和东道海子北凹陷已达到生油高峰，成熟度介于0．8-1．2%。（5）腹部油气经历了早晚两期油气成藏，而晚期经历了两次大的油气充注（分别为晚A期和晚B期）。早期（J2-K1），盆1井西凹陷佳木河组和风城组来源的原油聚集于J1b及以下有利圈闭，保存较好，而下乌尔禾组开始排烃；昌吉凹陷西段风城组原油已聚集于较高部位的中上侏罗统储层中，破坏严重，稍后下乌尔禾组原油充注，也遭到了中等程度的生物降解。晚A期（K2-E），盆1井西凹陷J1b及以下佳木河组和风城组油藏向上部层位调整成藏，而下乌尔禾组原油聚集于J1b及以下有利圈闭；昌吉凹陷两段下乌尔禾组原油继续充注，向上和向北运移，侏罗煤系开始排烃生气，超压逐渐发育。晚B期（N-Q），盆1井西凹陷，侏罗煤系生成天然气，超压逐渐发育，原有油藏进一步向上部层位及向北调整；昌吉凹陷西段，超压仓内下乌尔禾组原油在超压驱动下向上和向北运移，征沙村地区充注成藏，侏罗煤系继续生烃，近源聚集成藏；东道海子北凹陷和昌吉凹陷东段侏罗煤系开始排烃生气，超压逐渐发育，近源或超压驱动远源聚集油气。3、准噶尔盆地腹部超压顶面附近主要储集空间类型与形成过程分析（1）侏罗系沉积时期，准噶尔盆地总体呈现“盆大水浅，源多坡缓，河长扇短，隆坳相间”的格局。纵向上从J1b到J2t，腹部沉积砂体总体上是由4个湖退进积三角洲沉积体系构成；平面上为不同时期不同沉积相带的拼合和叠置，形成了滨浅湖砂泥、三角洲多种水道砂体交织发育，为岩性圈闭的形成和油气输导奠定了基础。（2）单井岩性电性组合特征、古生物资料、粘土矿物资料、地层接触关系等方面的证据显示研究区存在J2t，说明研究区发育J2t/J2x和K/J两期区域性不整合，含有类型丰富的地层型圈闭。（3）中晚侏罗世，由于燕山早期Ⅰ、Ⅱ幕构造运动，盆地腹部曾发育一大型的NE-SW向古隆起即车莫古隆起，经历了初始发育阶段（J1s）、第一次强隆升阶段（J2x末期）、相对稳定沉积阶段（J2t沉积期）、第二次强隆升阶段（J2t末期）、隐伏埋藏阶段（K-E）和掀斜消亡阶段（N-Q）等6个演化阶段。（4）研究区发育2种5类地层、岩性隐蔽油气藏，即不整合/滩坝砂体地层油气藏、不整合/三角洲平原泥岩/三角洲前缘砂体地层油气藏、不整合/河道砂体地层油气藏、河流三角洲透镜体砂岩岩性油气藏和多砂体叠置拼合非均质隔挡型岩性油气藏。（5）准噶尔盆地腹部超压顶面附近砂岩是流体-岩石频繁交互作用的场所，其中普遍发育的碳酸盐胶结物与超压顶封层形成和次生孔隙带发育带密切相关。①准噶尔盆地腹部超压顶面附近深层砂岩中，碳酸盐胶结物是最主要的胶结成分，普遍发育以晚成岩阶段含铁方解石、含铁白云石或铁白云石胶结为主的、与有机质成熟过程有关的碳酸盐胶结；垂向上超压顶面附近发育有几个次生孔隙带，其中碳酸盐胶结物含量和孔隙度呈互相补偿的关系。②超压顶面附近砂岩中碳酸盐胶结物碳、氧同位素的分布特征可为总结超压顶面附近超压流体流动规律提供如下证据：样品中碳酸盐胶结物碳、氧同位素同时较明显的偏负，砂岩中碳酸盐胶结物碳、氧同位素集中分布在受有机质氧化分解作用影响的有限区域，绝大多数泥岩的碳酸盐碳、氧同位素也分布在这一区域；碳酸盐胶结物氧同位素温度分布和自生碳酸盐胶结物的流体包裹体数据均显示，本区的碳酸盐胶结物主要是晚期热流体活动的产物；超压顶面附近碳、氧同位素具有在超压顶面处δ13C和δ18O为最大值，而向上向下均减小的变化特点，这是超压流体向上部超压顶面附近相对低能环境多期次排放、动力分馏作用的结果。③准噶尔盆地腹部侏罗煤系地层热演化形成的大量油气和酸性物质溶蚀-胶结作用形成的碳酸盐胶结物封隔层，形成了古近纪晚期以来的强烈超压；砂岩储层主要经历了两期次生孔隙生成，早期中晚侏罗世构造抬升导致的大气淡水淋滤溶蚀对现存孔隙贡献不大，而晚期在超压驱动下由有机酸及CO2向上幕式排放产生了规模较大的溶蚀，由于超压的支撑和保护作用，使该期形成的次生溶孔最具意义。4、准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气成藏机理及有利勘探目标预测（1）准噶尔盆地腹部油气主要在超压顶面附近聚集（超压顶界面之上300m至之下100m范围内）。（2）在准噶尔盆地腹部这样的成岩后生烃型强超压盆地中，烃源岩位于超压仓内，超压顶面本身就是一个岩性物性封堵面，也是油气运移的平衡面，源岩的生烃热演化、输导格架的空间构成、超压能量场的演化、超压顶封层的性质以及超压顶面附近有利圈闭的类型和分布，共同控制着超压顶面附近油气成藏的过程和现今油气富集区的分布。（3）与超压演化过程密切联系，准噶尔盆地腹部超压顶面附近侏罗系圈闭经历了早晚两期油气成藏，而晚期经历了两次大的油气充注。（4）准噶尔盆地腹部超压顶面附近有利勘探目标应为超压流体集中排放点附近的有利圈闭和超压仓内近超压顶面的有利圈闭。论文取得的创新点主要体现在以下两个方面：1、提出研究区超压顶面附近存在碳酸盐胶结物发育带，且这些胶结物的组成物质应来自深部的高压热流体，与有机流体物质的迁移有关，碳酸盐胶结物所对应的碳、氧离子具有白超压仓向上部相对低能环境迁移的趋势；2、提出研究区超压顶面上下有限区域内的油气富集主要是晚侏罗-早白垩世以来深部超压仓内的与油气生成增压有关的含烃超压流体通过断层-裂缝输导系统向上部岩性和地层圈闭等储集空间排放、充注和成藏的结果。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 选题的国内外研究现状
• 1.2.1 沉积盆地地质流体研究
• 1.2.2 超压和碳酸盐胶结带研究
• 1.2.3 准噶尔盆地超压研究
• 1.3 研究思路、技术路线和主要研究内容
• 1.3.1 研究思路和技术路线
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 完成的主要工作量
• 1.5 主要创新点
• 第二章 准噶尔盆地油气地质特征
• 2.1 盆地地质概况
• 2.2 地层特征及沉积演化
• 2.2.1 地层特征
• 2.2.2 沉积演化
• 2.3 构造特征
• 2.3.1 构造演化阶段
• 2.3.2 断裂特征
• 2.4 油气地质特征
• 2.4.1 生储盖组合
• 2.4.2 油气田发现历程
• 2.4.3 油气藏类型及模式
• 第三章 准噶尔盆地腹部超压响应特征及机理、成因、展布与演化
• 3.1 实测砂岩超压特征
• 3.2 超压段地球物理响应特征
• 3.3 超压成因及超压段地球物理响应机理探讨
• 3.3.1 超压成因探讨
• 3.3.2 超压段地球物理响应机理探讨
• 3.4 超压层展布特征
• 3.4.1 利用叠加速度计算压力
• 3.4.2 超压层顶面展布特征
• 3.4.3 超压层剖面展布特征
• 3.4.4 最大剩余压力和最大压力系数等值线
• 3.5 超压发育演化史
• 3.5.1 盆地数值模拟超压发育演化史
• 3.5.2 流体包裹体参数模拟超压发育演化史
• 3.5.3 超压发育演化史综合分析
• 第四章 准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气藏油气地球化学特征及成藏过程分析
• 4.1 主要烃源岩地化特征
• 4.1.1 二叠系湖相源岩分子地化特征
• 4.1.2 侏罗系煤系源岩分子地化特征
• 4.2 油源对比主要标志
• 4.3 超压顶面附近油气的地球化学特征
• 4.3.1 超压顶面附近原油的地球化学特征
• 4.3.2 超压顶面附近天然气的地球化学特征
• 4.4 各构造单元超压顶面附近油气的纵向分布
• 4.4.1 盆1井西凹陷超压顶面附近油气的纵向分布
• 4.4.2 昌吉凹陷西段超压项面附近油气的纵向分布
• 4.4.3 其它地区油气地化特征及纵向分布
• 4.5 源岩热演化及油气成藏期次
• 4.5.1 准噶尔盆地腹部热演化史
• 4.5.2 各构造单元源岩成熟史
• 4.6 各构造单元油气成藏过程分析
• 4.6.1 各构造单元油气成藏过程分析
• 4.6.2 成藏期次划分及油气成藏过程探讨
• 第五章 准噶尔盆地腹部超压顶面附近主要储集空间类型与形成过程
• 5.1 车莫古隆起控制下的超压顶面附近隐蔽型圈闭类型
• 5.1.1 主要沉积相与岩性特征
• 5.1.2 主要圈闭类型
• 5.2 超压顶封层形成与超压顶面附近次生孔隙发育带展布
• 5.2.1 超压顶面附近砂岩的岩石学特征和成岩作用类型
• 5.2.2 超压顶面附近超压顶封层形成与次生孔隙发育带分布
• 第六章 准噶尔盆地腹部超压项面附近油气成藏机理及有利勘探目标预测
• 6.1 准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气分布特征
• 6.2 准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气成藏机理
• 6.2.1 源岩的生烃热演化
• 6.2.2 输导格架的空间构成
• 6.2.3 超压顶封层的性质
• 6.2.4 超压系统的演化及其油气成藏过程中的作用
• 6.2.5 超压控制下的油气藏类型
• 6.3 超压控制下的油气成藏过程分析
• 6.4 超压顶面附近有利勘探目标预测
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附图及附表
• 附表1 准噶尔盆地腹部部分地区超压顶面上下原油、砂岩及泥岩抽提物主要地球化学参数及油源判断
• 附图1 准噶尔盆地腹部各区域超压顶面附近原油及油砂样品不同芳烃化合物组成特征
• 附图2 准噶尔盆地腹部超压顶面附近砂岩储层岩石学显微照片及说明
• 附图3 准噶尔盘地腹部韶压顶面附近油气聚集示意图