苏北盆地高邮凹陷阜宁组油气成藏期研究-.pdf

D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n． 1 6 7 2 7 7 0 3 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 0 7 苏北盆地高邮凹陷阜宁组油气成藏期研究 吴向阳高德群 中国石化江苏油田分公司物探技术研究院，江苏省南京市 2 1 0 0 4 6 摘 要在前人研究的基础上，对苏北盆地高邮凹陷阜宁组的埋藏史、热演化史和生烃史进行了数值模拟，分析 了流体包裹体岩相特征及均一温度。 研究认为， 阜宁组经历持续沉降一抬升一再沉降的过程，从古新世阜宁末期到始新 世三垛末期大量生烃 ， 油气在始新世三垛期开始连续充注成藏。油气充注深凹带早于北斜坡， 三垛期为高邮凹陷主要成 藏时期。油气主要成藏期与烃源岩大量生排烃期和圈闭形成时间匹配，有利于该区油气充注成藏。 关键词 苏北盆地；高邮凹陷；阜宁组 ；成藏期；热演化；流体包裹体 中图分类号TE l 1 2 ． 3 文献标识码A 高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部，是苏北盆 地沉降最深的一个箕状凹陷，高邮 凹陷的构造格局可 分为南部断阶带、 中部深 凹带和北部斜坡带。 高邮凹陷 阜四段和阜二段是最主要的生油层段 ， 阜三段、 阜一段 是主的产油层段。由于高邮凹陷构造活动频繁，凹陷 不同构造部位油气藏形成历史不同，因此对阜宁组不 同构造带开展油气成藏期的研究，对认识该区油气藏 形成与分布规律具有重要意义。 目前 ，国内外在成藏年代学研究方面 已形成 了包 括油藏地球化学法、流体包裹体方法 、同位素测年法 、 有机岩石学方法、 饱和压力一露点压力法 、 油气水界面 追溯法等多种研究方法或技术 “ 。 尽管前人对高邮凹陷 阜宁组油气成藏期开展了较多的研究【 ， ，但对 凹陷不 同构造带尚未进行系统的油气成藏期研究。 为此 ， 本文 在前人研究的基础上 ，结合烃源岩的生烃演化史和包 裹体均一温度分析，对高邮凹陷阜宁组多个构造带的 成藏期进行确定。 1 烃源岩生烃演化史 烃源岩热史和埋藏史的模拟研究对于恢复烃源岩 的生烃过程具有重要的意义。 1 ． 1 模拟参数的获取 由于平均地温梯度法并不能很好地反映实际地质 情况，因此 ， 本文采用稳态热流值法模拟古地温演化。 该方法可以考虑岩石热导率及其随埋深的变化对地温 的影响 ，采用 E AS Y％R。 法模拟烃源岩的热演化成熟 史。地质分层年代数据参考苏北盆地第三次资源评价 使用的地层年代表。 模拟所需参数有地质分层数据表、 各层段岩性百分含量、 实测地温、 古地温梯度、 实测镜 质组反射率、剥蚀厚度、实测平均热导率数据等 。 1 ． 1 ． 1 地 层分层 数据及 各地 层 岩性 百分含 量 地层分层数据来源于钻井分层数据 ，地层的岩性 百分含量主要依据录井数据 ，按砂岩 、粉砂岩、泥岩、 页岩 、 碳酸盐岩以及火成岩的纯岩性进行统计 ，由I E S 模拟软件的岩性混合器 ，按各纯岩性的比例 自动生成 混合岩性。混合岩性的物性参数如密度、初始孔隙度、 渗透率 、 压缩系数 、 热导率、比热等 由I E S 软件通过对 纯岩性相应参数的算术平均或几何平均计算生成。 1 ． 1 ． 2 现今地温场特征 现今地温采用Z 8 6 井系统井温测井方法获取 ， 新生 界的平均地温梯度为 3 0 ． 5 ℃／ k in，其中盐城组平均地 第一作者简介吴向阳，男，博士，教授级高级工程师 ，从事石油地质综合研究工作。 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 -1 9 ；修改 日期 2 0 1 0 -1 2 - 2 4 3 7 N o 4 2 0 1 1 C h in a P e t ro le u m E x p lo r a t lo n ’ ’ I S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 温梯度为 2 2 ． 6 ℃／ k in，三垛组平均地温梯度为 2 5 ． 2 ℃／ k m，戴南组平均地温梯度为 3 2 ． 1 ℃／ k m，阜宁组 地温梯度较高，平均为 3 5 ． 6 E／ k m。 1 ． 1 ． 3古地 温场恢复 镜质组反射率 尺 。 随热演化程度的增加而增大， 而且具有不可逆性 ， 因此 ， 镜质组反射率值主要受最高 古地温 的控制。 长期以来， 作为最常用的地质 温度计被广泛应用于烃源岩成熟度研究，以及古地温 和热演化史恢复 。 通过对高邮凹陷 1 9口井 1 0 5 块阜宁组烃源岩样品 镜质组反射率分析， 结果表明， 镜质组反射率与埋藏深 度具有较好的对数相关关系 图 1 ，关系式为 H 2 3 7 4 1 n R 。 3 5 4 1 ． 4 ，相关系数为 0 ． 7 5 。 图1高邮凹陷阜宁组镜质组反射率剖面 Fi g． 1 Vi t r i n i t e r e f l e c t a n c e p r o f i l e o f F u n i n g F o r ma tio n， Ga o y o u S a g 根据 B a r k e r 和 P a wl e wi c z t 1 建立的镜质组反射率 R 。 及其对应的最高温度 丁 m 。 之 间的回归关系式l n R 。 0 ． 0 0 7 8 T m 一1 ． 2 ，计算高邮凹陷古地温梯度为 5 4 C／ k m。 综合沉积埋藏史分析， 高邮凹陷在古新世和始新 世基本为连续沉积 ，三垛事件抬升运动持续 1 3 ． 4 Ma ， 始新世地层遭受较大程度的剥蚀， 三垛运动后， 沉积的 地层比较薄 ，泰州组一阜宁组的热演化程度维持在三 垛组沉积末期的水平 ，在三垛组沉积末期达到最高地 温，由镜质组反射率计算的地温梯度代表三垛期的地 温梯度。 由于镜质组反射率样品来自阜宁组泥岩， 计算 的地温梯度为阜宁组地温梯度，由镜质组反射率计算 的地温梯度又高于实际的地温梯度，推测高邮凹陷当 时的平均地温梯度可能在 4 0 ～4 5 ℃／ k in。 根据地温梯度逐渐降低这一地温变化模型，通过 中国石油勘探 2 o 1 ． 年第4 期 3 8 不断调整古地温梯度，来改善模拟风 值与实测值之间 的拟合程度 ， 最终得到比较好的拟合结果 ， 从而确定 了 该区一般的热流演化模型 古地温梯度在阜宁组沉积 时期最大， 为4 5 ℃／ k m， 三垛组沉积末期降低为4 1 ℃／ k m， 抬升剥蚀期快速降低，到2 4 Ma 为3 0 E／ k m， 然 后逐渐降低到现今的 2 9 E／ k m。 1 ． 1 ． 4剥蚀厚度 本文主要采用陈安定对剥蚀厚度的恢复结果[5 1 ， 在 热史和埋藏史模拟过程 中利用不同构造单元的剥蚀量 进行恢复。 在埋藏史和古地温演化史恢复的基础上对高邮 凹 陷不同地 区进行 了单井生烃史模拟 。根据苏北盆地 生油岩 C 甾烷与 C 。 藿烷异构化参数的研究，划分生 油岩未成熟与成熟阶段的标准为 C 2 9 2 0 S ／ 2 0 S 2 0 R S M值等于 0 ． 2 5 ，这与镜质组反射率 尺 。 值 0 ． 6 5 ％ 相对应。本文所采用的热演化指标具体为0 ． 3 ％R 。 0 ． 5 ％为未熟油阶段； 0 ． 5 ％R。 0 ． 6 5 ％为低熟油阶 段；0 ． 6 5 ％ R。 1 ． 0 ％为成熟油阶段； 1 ． 0 ％风1 ． 3 ％ 为伴生气阶段。 对高邮凹陷不同地区的重点井进行分析 ，结果如 下 图 2 。 1 H 2 井位于斜坡带东部， 模拟结果表明， 阜二 段烃源岩在垛一段沉积早期 5 0 ． 4 8 Ma 开始低熟生 油，在三垛组沉积早期 4 3 ． 5 5 Ma 开始成熟生油； 阜四段烃源岩在垛二段沉积早期 4 3 ． 1 8 Ma 开始低 熟生油 ，在垛二段沉积晚期 3 9 ． 5 3 Ma 开始成熟生 油。 2 S 7 井位于斜坡带中部 ，临近深 凹带，模拟结 果表明，阜二段烃源岩在垛一段沉积早期 5 0 Ma 开 始低熟生油， 在垛二段沉积晚期 4 0 ． 9 7 Ma 开始成熟 生油；阜四段烃源岩在垛二段沉积晚期 3 9 Ma 开始 低熟生油 ， 由于埋藏较浅 ， 阜四段烃源岩未进入成熟生 油阶段。 3 F S 1 井位于深凹带中部， 模拟结果表明， 阜二 段烃源岩戴二段沉积末期 5 0 ． 8 5 Ma 开始低熟生油， 在垛一段沉积末期 4 5 ． 3 7 Ma 开始成熟生油； 阜四段 烃源岩在垛二段沉积早期 4 4 ． 8 9 Ma 开始低熟生油， 在垛二段沉积中期 4 1 ． 2 3 Ma 开始成熟生油。 F S 1 井 两套烃源岩进入生烃门限的时间要早于H2 井。由于后 期沉降量大于剥蚀量，在深 凹带存在盐城期的二次生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 构造运动渐缓而以披覆式沉积为主 ； 三垛期形成 了大 量的断块、断鼻 圈闭，吴堡期形成的圈闭也在此期接 受改造 ，三垛事件后 ，这些 圈闭基本定型，为油气聚 集提供 了有利的场所。 3 油气成藏期 3 ． 1 包裹体特征 高邮凹陷包裹体数量较少 ， 并且个体小。 包裹体按 成分分为三大类型， 即烃类包裹体、 盐水包裹体和C O 包裹体。 烃类包裹体具有荧光效应 ，呈灰黄色、暗黄一亮 黄色、黄 白色 、蓝色或蓝 白色荧光，少数呈绿色、暗 红色荧光， 不同的荧光效应反映了多期油气充注的特 征 。 包裹体形态大多数不规则 ， 常呈叶片状 、 树枝状 、 细弯管状 ，部分呈 圆粒 、椭 圆粒等较不规 则形状 。包 裹体体积较大 ，直径一般为 5 ～1 0 m，少数达 2 0 ～ 3 0 m以上。按照包裹体 内流体相态和含量的不同， 可进一步分为液态烃包裹体 、气液态烃包裹体 、气态 烃包裹体和含烃包裹体4 个小类，其中气液态烃包裹 体最常见。 盐水包裹体常温下无色 气相有时呈灰色 ， 无荧 光反映 ，主要为单相液体包裹体 ，部分两相气液包裹 体和少量气体包裹体。该类包裹体在该区广泛发育 ， 其数量大于烃类包裹体。盐水包裹体主要分为 3期 I 期包裹体均一温度较低 ，且无烃类包裹体共生 ，未 发生过油气充注 ；Ⅱ期包裹体多与烃类包裹体共生 ， 为油气充注期形成 ， 与烃类包裹体共生的盐水包裹体 的均一温度即为油气包裹体被捕获时的地层温度 ， 即 油气充注的温度 ； Ⅲ期包裹体只见于少数井 ，零星分 布在石英加大边外缘和方解石的中心部位 ， 均一温度 较高 。 C O 包裹体主要由C O 和盐水溶液组成， 常温下多 呈三相， 即气态 C O 、 液态 C O 和液态水 。 在高邮凹陷 F 1 2 井阜一段储层中见少量该类包裹体 ， 经测定该类包 裹体的三相点温度为9 ． 6 ～2 3 ． 3 ℃， 与标准C O 2 的三相 点温度相近。 可能属于无机成 因气 ， 表明临近的真 1 断 层可沟通深部无机气源。 3 ． 2油气成藏时间．期次分析 由圈闭形成期和烃源岩生烃史可知，高邮凹陷主 要在垛二期成藏。 一般情况下， 与油气同期形成的盐水 包裹体均一温度可以近似看作油气充注时的地层流体 温度 ， 因此流体包裹体均一温度记录了油气运移充 注时储层的古地温 ，通过热史和储层埋藏史的恢复可 确定包裹体形成时的埋藏深度 ，其对应的地层时代即 是油气成藏的绝对时间。 高邮凹陷斜坡带包裹体均一温度主要温度区间为 7 0 ～1 2 0 ℃， 原油成藏期主要为垛二段沉积时期 ， 不同 地区存在一些差异。 如表 1 、图3 所示 ， 北斜坡J 1 井 阜 一 段 均一温度介于 9 0 ． 5 ～1 1 3 ． 5 ℃之间， 对应的地质 时间为 4 4 ． 9 3 8 ． 9 Ma ，相当于垛二段沉积时期；S 7 井 阜三段顶部均一温度介于 8 l ～1 0 2 C之间， 对应 的地质时 间为 4 3 ． 2 3 9 ． 2 Ma ，相 当于垛二段沉积中 期； W6 井阜一段主要温度区间为7 0 ～7 9 ． 5 ℃， 对应的 地质时间为4 0 ． 5 3 8 ． 4 Ma ， 相当于垛二段沉积晚期 。 距离深凹带越远 ， 油气开始充注的时间越晚 ； 距离深 凹 带较近的沙埝、 卸甲庄等地区油气充注的时间较长。 断 阶带阜二段型原油储层包裹体均一温度分布范围较宽 7 0 ～1 5 0 C ， 主要温度区间为8 0 ～l 3 0 C。 如 C 2 井阜 一 段的均一温度介于8 8 ～1 0 9 ． 4 ℃之间， 对应的地质时 间为 4 3 ． 9 3 8 ． 2 Ma ，相 当于垛二段沉积中晚期 ，油 气充注时间跨度较大。阜宁组深层油气藏主要位于深 凹带烃源岩的上下储层中， 埋藏比较深 ， 距离烃源岩比 较近 ，与阜宁组浅层相比，油气开始充注的时间较早 ， 且充注的时间跨度较长 图 4 。 表 1苏北盆地盐水包裹体特征及均一温度表 Ta ble 1 F e a t u r e s a n d h o mo g en e o u s t e mp e r a t u r e o f s al i n e i n cl u s i o n s i n S u b ei Ba s i n 均一温度 ℃ 井 号 深度 m 层 位 包裹体分布 气液比 测点数 变化 范围 主要变化 范围 J 1 2 9 0 8 阜一段 孔 隙充填石英 、方解石 1 ～1 0 l 3 8 4 ～1 l 3 ． 5 9 0 ． 5 ～l l 3 ． 5 S 7 2 3 0 6 ． 5 阜三段 石英加大边 、微 晶石英 1 ～1 0 6 8 1 ～1 0 2 8 1 ～1 0 2 C 2 2 4 4 6 ． 5 阜一段 石英裂缝 、加大边 l ～l 0 5 7 8 ～l 0 9 ． 4 8 8 ～l 0 9 ． 4 W6 3 5 1 5 阜一段 石英 内裂 隙 1 0 ～1 2 7 7 0 ～8 5 7 0 ～7 9 ． 5 中国石油勘探 2 0 1 1 年第4 期 4 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 7油页岩矿点综合评价指标计算结果 Ta b l e 7 Co mp r e h e n s i v e e v alua t i n g i n d e x r e s ul t s o f 0 s h al e t a r g e t a r e a s 名 次 矿 点 综合评价指标 1 黑龙江林 口 6 ． 8 0 2 2 廷吉老黑 山 6 ． 4 5 2 3 吉林农安 6 ． 0 9 2 4 吉林 罗子沟 5 ． 8 3 6 5 内蒙 阿荣旗 5． 7 3 6 6 陕西铜 川 5 ． 2 9 2 7 黑 龙江达连河 5 ． 0 2 6 8 甘肃炭 山岭 4 ． 9 9 2 9 新疆芦草沟 4 ． 9 l 8 1 0 四川宜 宾一 内江 3 ． 9 4 8 l 1 甘肃窑街 3 ． 8 6 6 价指标排在后三位的得分分别是新疆芦草沟、四川宜 宾一 内江和甘肃窑街。 由此可见， 用层次分析法得到的 油页岩开发最有利 目标区是黑龙江林 口、延吉老黑 山 和吉林农安。 3 结论 本文使用层次分析法建立 了新的油页岩评价指标 上接 第 4 1 页 3 包裹体分析表明， 垛二段沉积期是高邮凹陷阜 宁组油气藏最主要的成烃一成藏期 ， 与浅层相比， 深层 油气开始充注的时间较早 ， 时间跨度较大。 距离深 凹带 越远 ，油气开始充注的时间越晚。 研究表明，高邮凹陷不同地区的阜宁组生烃演化 史、 油气成藏史存在一定的差异， 平面上深凹带阜宁组 烃源岩的演化、 油藏的形成要早于斜坡带 ； 而阜宁组深 层油气成藏规律的研究相对还很薄弱，研究成果为进 一 步深化阜宁组深层油气藏形成与分布规律认识提供 了依据。 参考文献 【 1 】查明，张一伟，邱楠生 ，等． 油气成藏条件及主要控制因 素[ M】 ． 北京石油工业出版社，2 0 0 3 9 6 ～1 0 0 ． [ 2 】唐焰，陈安定，冯武军． 包裹体测温资料在苏北盆地高邮、 金湖凹陷油气成藏期研究中的应用[ J ] ． 石油天然气学报 ， ， r 中国石油勘探 2 0 1 1 年第4 期 8 6 体系 ，对中国 1 1 个油页岩矿点进行评价分析，得到以 下结论 I 层次分析法可以较为全面 、 客观地建立评价模 型， 并确定评价指标权重， 从而对各油页岩开发 目标区 进行综合评价与比较 ； 2 地质及资源条件是油页岩开发选区中的最重 要因素 ， 而油页岩含油率、 油页岩矿体埋深及页岩油资 源量是影响油页岩开发选区的关键因素； 3 在参加评选的 1 1 个油页岩矿点中，黑龙江林 IZ l 油页岩的综合评价指标最高， 最具开发前景； 其次是 延吉老黑山和吉林农安 ；最不具开发前景的油页岩矿 点是新疆芦草沟、四川宜宾一内江和甘肃窑街。 参考文献 [ 1 】 张海龙． 东北北部区油页岩资源评价及评价方法研究【 D】 ． 吉林大学博士学位论文，2 0 0 8 1 4 2 ～1 4 8 ． [ 2 ]王莲芬，许树柏． 层次分析法引论【 M] ． 北京中国人民大 学出版社 ，1 9 9 0 5 ～1 8 ． [ 3 】刘招君，董清水，叶松青，等． 中国油页岩资源现状[ J ] ． 吉 林大学学报，2 0 0 6 ， 3 6 6 5 6 9 ～5 7 6 ． 【 4 】刘招君 ，柳蓉． 中国油页岩特征及开发利用前景分析[ J 】 ． 地学前缘，2 0 0 5 ， 1 2 3 3 1 5 ～3 2 3 ． [ 5 ]5 张昌民． 储层研究中的层次分析法 ． 石油与天然气地质， 1 9 9 2 ， 3 1 3 3 4 4 ～3 5 0 ． 2 0 0 5 ， 2 7 1 1 9 ～2 0 ． [ 3 ]3 李儒峰，陈莉琼 ，李亚军 ，等． 苏北盆地高邮凹陷热史恢 复与成藏期判识[ J ] ．地学前缘，2 0 1 0 ， 1 7 4 1 5 1 ～1 5 9 ． 【 4 ]B a r k e r C E，P a wl e wi c z M J ． 1 1 1 e c o r r e l a t i o n o f v i t r i n i t e r e fl e c t a n c e wi t h ma x i mu m t e mp e r a t u r e i n hu mi c o r g a n i c ma t t e r ． I nB u n t e b a r t h G， S t e g e n a L， e e l s ． P a l a e o g e o t h e r mi c s ． Ne w Yo r kS p r i n g e r -Ve r l a g，1 9 8 6 7 9～9 3． 【 5 】陈安定． 苏北第三系成熟演化指标与深度关系的 3 种模式 [ J 】 ． 石油实验地质，2 0 0 3 ， 2 5 1 5 8 ～6 3 ． [ 6 】刘平，夏斌，唐在秋 ，等 ． 北部湾盆地涸西南凹陷储集层 流体包裹体[ J 】 ． 石油勘探与开发，2 0 0 8 ， 3 5 2 1 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