柴达木盆地北缘西段油气成藏动力学研究.pdf
2 0 1 3年 4月 石油勘探与开发 PETR0LEUM EXPL0R 1 0N AND DEVELOPM ENT Vb 1 . 4 0 NO . 2 l 59 文 章编号 1 0 0 0 - 0 7 4 7 2 0 1 3 0 2 0 1 5 9 1 2 DOI 1 0 . 1 1 6 9 8 / P E D. 2 0 1 3 . 0 2 . 0 4 柴达木盆地北缘西段油气成藏动力学研究 罗晓容 ,孙盈 ,汪立群 2 ,肖安成 。 ,马立协 2 ,张晓宝 ,王兆明 ,宋成鹏 1 .中国科学院油气资源研究重点实验室;2 .中国石油青海油田公 司勘探开发研究院;3 . 浙江大学地球科学系 基金项 目国家重点基础研究发展规划 9 7 3项目 2 0 1 1 C B 2 0 1 1 0 5 ;国家重大科技专项 2 0 1 1 Z X0 5 0 0 8 . 0 0 4 摘要 综合前人对柴达木北缘盆地演化和含油气系统的研 究成果 ,遵循油气成藏动力学研究的思路和方法,以动态 成藏要素研究为主线,采用盆地分析和数值模拟方法,恢复盆地演化过程;综合考虑不 同时期烃源岩特征 、流体势 场及主要输导层输导物性分布,对主要成藏期的油气运聚过程进行 了模拟分析,总结 了柴北缘油气成藏的主控因素 及成藏规律。研究结果表明,中新世是研究区侏罗系烃源岩主要的生油期 ,生排运量均足够 丰富,但这时赛什腾凹 陷只是一里坪坳陷的北部斜坡,构造 圈闭主要在盆地边缘,相当大部分的油都运移到盆地边部,可能在后期的构造 变动中逸散;上新世 以来的晚成藏期 ,研究区烃源岩以生气为主,这 时构造圈闭发育,天然气成藏条件具备,盆地 深层构造圈闭易于形成较大规模低渗气藏。图 6参 6 2 关键词柴北缘;成藏动力学;盆地演化;输导层;流体势;运移路径 中图分类号T E l 2 2 . 2 文献标识码A Dy n a m i c s o f h y dr o c a r b o n a c c u m u l a t i o n i n t he we s t s e c t i o n o f t h e no r t he r n ma r g i n o f t h e Qa i d a m B a s i n , NW Ch i n a Lu o Xi a o r o ng , S un Yi ng , Wa n g Li q u n , Xi a o An c he n g , M a Li x i e , Zh a ng Xi a o ba o , W a n g Zh a o mi n g , S o n g Ch e n g p e ng 1 . K e y L a b o r a t o r y ofP e t r o l e u m R e s o u r c e s R e s e a r c h , I n s t i t u t e o fG e o l o g y a n d Ge o p h y s i c s , C h i n e s e A c a d e m y o fS c i e n c e s , B e ij i n g 1 0 0 0 2 9 , C h i n a ; 2 . P e t r o C h i n a Q i n g h a i Oi lfie l d C o m p a n y , Du n h u a n g 7 3 6 2 0 2 , C h i n a ; 3 . De p a r t me n t o f E a r t h S c i e n c e s , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y , Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 7 , C h i n a Ab s t r a c t S t u d i e s we r e c o n d u c t e d o n t h e d y n a mi c p r o c e s s e s o f h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n a n d a c c u mu l a t i o n i n t h e we s t p a r t o f t h e n o r t h e r n m a r g i n o f t h e Qa i d a m B a s i n , b a s e d o n p r e v i o u s s tud i e s o n b a s i n e v o l u t i o n a n d h y dro c ar b o n s y s t e m. B a s e d o n t h e d y n a mi c s o f p e t r o l e u m a c c u mu l a t i o n, ba s i n a n a l ys i s a n d t he nu me r i c a l s t i mu l a t i o n me t h od we r e a p p l i e d t o r e c o n s t r u c t the b a s i n e vo l ut i o n .Si mul a t i o n a n a l ys i s o f p e tro l e u m a c c u mu l a t i o n i n the ma i n r e s e r v o i r - f o r mi n g s t a g e s we r e c o n d u c t e d i n t h e l i g h t o f s o u r c e r o c k p r o p e rt i e s i n d i ff e r e n t s t a g e s , fl u i d p o t e n t i a l fie l d a n d p h y s i c a l p r o p e r t y d i s t r i b u t i o n o f c a r r i e r b e d s . Co n tro l l i n g f a c t o r s o f r e s e r v o i r f o r ma t i o n i n t h e n o r t h e r n marg i n o f the Qa i d a m Ba s i n we r e s u mma r i z e d . S tud i e s s h o we d t h a t t h e Mi o c e n e i s the ma i n p e ri o d o f o i l g e n e r a t i o n f o r the J u r a s s i c s o urc e r o c k s i n th e s tu d i e d a r e a . T h e o i l g e n e r a t i o n a n d mi g r a t i o n v o l u me w e r e l a r g e . H o w e v e r , S a i s h i t e n g S a g w a s j u s t o n t h e s l o p e i n the n o r th e rn p a r t o f Yi l i p i ng S a g. St r u c t u r a l fla p s we r e di s t rib u t e d a t the margi n o f the ba s i n. Th e r e wa s a b u nd a n t oi l mi g r a t i on t o t h e n o r t h ma r g i n a n d a d i s s i p a t i o n o f t h e o i l the r e d u r i n g t h e l a t e r s o n g t e c t o n i c a c t i v i t i e s . Du r i n g t h e l a t e r e s e rvo i r f o r ma t i o n s tag e a f t e r the P l i o c e n e , the S O urc e r o c k s g e n e r a t e d ma i n l y g a s a n d n o t o i l , an d s t r u c t u r a l t r a p s we r e we l l d e v e l o p e d an d p r o v i d e d g o o d c o n d i t i o n s for t h e n a t u r a l g a s r e s e rvo i r f o rm a t i o n . De e p s t r u c tur a l fla p s i n t h e b a s i n s we r e c o n d u c i v e t o the f o r ma t i o n o f a l arg e - s c a l e l o w p e r me a b i l i t y g a s r e s e rvo i r . Ke y wo r d s n o r t h e m ma r g i n o f Qa i d a m Ba s i n ;p e tr o l e u m a c c um u l a t i o n d yna mi c s ;b a s i n e v o l u t i o n ;c a r r i e r b e d ;fl u i d p o t e n t i a l ; mi gr a t i o n p a t hwa y 0引言 含油气系统概念及其系统论的研究思想和方法⋯ 极大地促进 了石油地质学的发展 ~ l ,但在指导中国叠 合盆地复杂油气地质条件基础研究 和勘探实践中也显 露出不足[ 4 - 5 ] o 叠合盆地中多个含油气系统间相互叠置 、 交叉 ,多期 的油气生成、运移 、聚集及改造决定了油 气藏分布的复杂性和多样性 ,形成复杂的油气成藏 、 调整过程及油气分布特征 J 。为认识这些 问题 ,中国 学者相继提出了油气成藏动力学的概念及相关 的系统 划分方法、研究内容等l 。 ” 。但关于油气成藏动力学 目前学术界争论很大,焦点主要在于成藏动力学是独 立于石油地质学的一门分支学科还是一种先进适用的 研究思路和方法 加 。笔者认为,油气成藏动力学是对 油气运聚成藏地质条件、影响因素 、动力条件及演化 过程的动力学研究 ,应按照油气运聚成藏期和油气 1 6 2 石油勘探与开发 油气勘探 V b 1 . 4 0 NO . 2 对柴达木盆地形成演化的研究表明【 1 , 柴达木盆地 在中、新生代经历了较为复杂的盆地演化过程 ,可分 为早 、中侏罗世裂陷阶段 ,晚侏罗世一白垩纪挤压阶 段 ,古近纪一上新世晚期挤压拗陷与局部走滑 、逃逸 阶段 ,上新世晚期一第四纪挤压 、推覆阶段 。其 中, 柴北缘中、新生代 的构造形成过程主要受控于两期构 造活动 ,即晚白垩世的隆升剥蚀和新生代晚期 的冲断 变形【 ” 。 区内不同构造带的活动时间具有明显差异[ , 总体而言是西部强 、东部弱 ,边缘相对早而强 、内部 晚而相对较弱 。 柴北缘地区中生界主要发育侏罗系和白垩系[4 3 1 。 中、下侏罗统以河流和沼泽相为主,上侏罗统为形成 于干旱气候条件下的河流沉积体系。上侏罗统在许多 地区缺失 ,但在一些地区 如红山地区 发育较好 , 与上覆 白垩系犬牙沟组呈平行不整合关系。白垩系下 部主要为一套以砾岩沉积为主的冲积扇和辫状河沉积 体系 ,砾石成分多为碳酸盐岩 ,磨圆度好 ,基质支撑 或颗粒支撑 。白垩系上部为泛滥平原沉积 ,其中曲流 河砂岩沉积构成了区内主要储集层。 对赛什腾山内部新生界 的研究表明【 4 引 ,始新统路 乐河组底部为冲积扇砾岩沉积 ,中上部为河流相沉积; 下干柴沟组主要 由河流相沉积组成 ,夹少量冲积扇沉 积组合【 引, 上干柴沟组 由河流三角洲沉积组合构成[ 4 5 1 ; 下油砂山组为湖相沉积 ,上油砂山组以及狮子沟组构 成向上变粗层序 ,由湖泊三角洲沉积逐渐演变为辫状 河和冲积扇沉积。 柴北缘西段 目前已证实的烃源岩有两套 ,分别为 下侏罗统和中侏罗统 , 两者的分布范围基本不重叠[ 4 引 。 下侏罗统有效烃源岩主要分布于冷湖一南八仙构造带 以南的一里坪坳陷和冷湖以西的昆特依 凹陷 ,分布范 围约 2 1 1 0 0k m ,厚度较大 ,部分地区厚达 7 0 0IT I ;中 侏 罗统烃 源岩则主要分布于冷 湖一南八 仙构造带 以 北 、现今的赛什腾凹陷以及马海凸起北部的鱼卡凹陷 和马海凸起东南的尕丘凹陷 ,总面积约 4 6 6 0 k m ,大 部分地区厚度小于 1 0 0 m。 研究区晚侏罗世和晚白垩世 经历了较为强烈的抬升剥蚀 ,造成研究 区中生界不 同 程度剥蚀 ,侏罗系烃源岩在新生代盆地形成之前基本 未进入成熟门限[ 4 7 - 4 8 ] 。因而从含油气系统角度 ,包括 未成熟烃源岩在内的中生界可视为新生代盆地的一个 组成部分,并随着新生代盆地的形成发展而经历热演 化过程 。 柴北缘地 区储集层物性 总体偏差 ,以中孔 中渗一 特低孔特低渗为主,各区块、层位之间孑 L 渗性变化较 大【 引 。但一些地 区部分层段也存在较优质储集层 , 如仙 6井下干柴沟组下段顶部砂岩孑 L 隙度为 2 0 . 6 %~ 2 2 . 9 %, 渗透率为 3 3 4 . 4 1 0 - 3 ~7 0 3 . 2 1 0 l a m , 分析发 现该层段物性较好的原因在于砂岩粒径较大 ,分选好 , 填隙物和陆源碳酸盐碎屑含量低[ 如 】 。 在多期成盆构造作用控制下 ,研究区圈闭形成的 时间差异很大 ,不仅有新近纪一 第四纪形成的圈闭 , 也有早 、中侏罗世时期形成的圈闭。构造圈闭主要为 背斜 、断背斜和断块圈闭,在柴北缘逆冲带普遍发育 , 如鱼卡背斜 ,冷湖一南八仙构造带发育的断背斜和断 块。地层不整合控制的圈闭主要分布在冷湖三号西段 、 昆特依北斜坡带及马海 凸起地区。岩性 圈闭主要发育 于昆特依北斜坡 ,主要为路乐河组河道砂岩和扇三角 洲前缘形成 的岩性变化带。 3盆地演化过程中运移动力场特征 笔者采用盆地数值模拟方法【 , 】 分析了研究区的 盆地演化 ,盆地模拟基于岩石力学 、物理化学 、流体 力学 、生烃动力学等基本原理 ,综合模拟分析盆地沉 积埋藏过程 中地温场 、压力场、流体流动 、压实作用 、 油气生成和烃类运移等的时空变化【 , ” 。在实际应用 过程中 ,模拟结果的准确与否在很大程度上取决于研 究者对地质现象的认识深度 、地质模型设计 的正确与 否 以及边界条件和参数的选取L 2 。 在三维地质建模过程 中,地层格架采用徐凤银等 的研究成果 , ,地层残余厚度 、新生界不同地层剥 蚀量等均采用 肖安成等【 5 3 】 的研究成果 ,侏罗系有效烃 源岩厚度分布图采用沈亚等 ] 的研究成果 ,烃源岩的 地球化学参数主要根据柴达木盆地第三次资源评价结 果[ 5 5 - 5 6 设定 , 其 中,下侏罗统烃源岩干酪根类型为 Ⅱ一 Ⅲ型 ,中侏罗统烃源岩干酪根类型为 Ⅱ型。地表温度 与古地热梯度参照前人研究成果[ 5 ;压实参数根据研 究区内 4 4 口单井正常压实段的孔隙度. 深度关系回归 拟合后获得 。泥岩的孔渗关 系采用模型软件给定的文 献值 ,而砂岩孔渗关系由柴北缘地 区 2 8口井共 6 4 8 个 实测数据拟合获得。 柴北缘地区大部分构造 圈闭形成时间较晚,主要 定型期在上新世末期 “ , ,之后构造变形非常剧烈, 导致构造斜坡部位地层陡倾 ,部分地 区倾角大于 3 0 。 , 造成地层视厚度和真厚度间存在较大差异 。为避免古 构造重建过程 中出现构造假象 ,结合该区构造形成时 间的厘定 ,采用分阶段建模方法 在全新世之前采用 地层厚度图的累计来建立地层格架 ,之后则采用现今 2 0 1 3 年 4月 罗晓容 等 柴达木盆地北缘西段油气成藏动力学研究 1 6 5 见图 4 b 、4 C 和上新世末期至今 距今 O ~7 . 2 Ma ,见 图 4 i 、4 1 。以图 3 所示的古构造起伏为基础 ,考虑烃 类密度特征 ,可以获得研究 区排油高峰期和排气高峰 期新生界 主要输导层路乐河组顶界 的流体 势场特征 见图 5 。由图 5可见,在下侏罗统烃源岩主要排油 期 中新世 ,距今 7 . 2 ~2 3 . 8 Ma ,路乐河组输导层顶 面的流体势场围绕研究 区主要供油区一里坪坳陷形成 了 3个运聚单元 见 图 5 a 自坳陷中心 向北部鄂博梁 I 号一冷湖构造带的运聚单元 ; 由一里坪坳陷东部向南 八仙的运聚单元 ;由一里坪坳陷中心向南 的运聚单元。 其中一里坪坳陷中心 向南的运聚单元在图 5的范围内 不完整 ,其应该与盆地西南部大风山凸起带 的北部构 成一个完整的油气运聚成藏系统 见图 2 。在盆地 的 北部边缘带,由于鄂博梁 I 号、 平 台隆起、南八仙一马 海一 大红沟 隆起 等继 承性 古隆起 的存在 以及冷 湖一 号 、二号、三号构造 的形成 ,油气运移的方 向被复杂 化。但从盆地的尺度考虑,总体原油运移方 向指 向盆 地边缘 见图 5 a 。 研究 区侏罗系一古近系含油气系统烃源岩在 中新 世均已进入成熟门限,以生油为主 见图 4 b 、4 g ,主 要排油范围在一里坪坳陷和昆特依凹陷之内。现冷湖 构造带以北的中侏罗统烃源岩也进入生油门限 ,但这 套烃源岩有机质丰度不高 ,以 Ⅱ型干酪根为主 ,排油 强度远逊于其南的下侏罗统烃源岩 ,只在鱼卡凹陷小 范围内的排油强度较高 见图 4 b 、4 c 。 在上新世末期 距今 3 . 0 Ma ,除一里坪坳陷东部 外 ,其余范围内构造圈闭均已成形 ,成藏单元相对复 杂,汇聚区基本以各构造圈闭为单位 ,自成体 系 见 图 5 b 。 从流线上看 , 由于冷湖六号、 七号构造的隆起 , 赛什腾 凹陷与一里坪坳 陷主体分开,自成一个生烃凹 陷,以中侏罗统烃源岩为主。冷湖六号、七号构造上 油气主要来 自一里坪坳 陷,少量来 自赛什腾凹陷;南 八仙地 区油气主要来 自一里坪坳陷,少量来 自赛什腾 凹陷 ;马海地 区油气主要来 自赛什腾 凹陷,少量来 自 一 里坪坳陷 、鱼卡凹陷和尕丘凹陷。 现今研究区各构造均已形成 ,汇聚区以构造为单 位 ,成藏单元也基本独立 见图 5 c 。因而侏罗系一古 近系含油气系统在上新世末期一更新统油气运聚期可 以划分出十多个油气成藏单元 ,这时整个盆地 的烃源 岩埋藏深度均较大,以生气为主 见图 4 Hj ,但昆 特依 凹陷和鱼卡凹陷等局部地区由于烃源岩埋藏相对 较浅 ,仍以生油为主。 5主要成藏期油气运移模拟 在上述工作基础上 , 采用作者研制的 Mi g MOD油 气运移模型[ , ,综合考虑烃源岩特征 、流体势以及 输导层 3方面的作用 ,对研究 区主要成藏期的油气运 聚过程进行 了模拟分析 。以路乐河组为地层单位 ,建 立输导层模型[ 5 8 _ 。 , 。 见图 6 。由图 6可见,不同 时刻 ,从烃源岩各点排 出的油、气 见 图 4 发生了不 同程度的侧 向运移 ,且排出量越小 ,侧 向运移距离越 有限;排 出量越大 ,运移距离越长。从某一点开始 的 油气运移路径较远 ,就有可能与其他路径合并 ,合并 后路径上 的运移通量增加 ,当许多路径汇聚在一起则 形成了优势运移路径 ,运移通量大大增加 ,从而有可 能形成工业性油气藏。 图 6油气运移模拟结果表明 ,中新世期间,研究 区内一里坪坳陷侏 罗系烃源岩处于成熟生油阶段 见 图 4 b ;中新世早期油 的生成量较大 见图 6 a ,排出 的油主要 向北运移 ,在东部则主要向南八仙 、马海构 造运移 。这时冷湖六号和七号构造尚未隆起 ,赛什腾 凹陷实际上只是一里坪坳陷的北部斜坡 ,盆地内部的 构造圈闭尚未形成 。因而这时生排的油量虽然很可观, 但只有一部分运移到冷湖五号一冷湖 四号构造及南八 仙 、马海构造聚集成藏 ,其余大部分都运移到北部山 前带聚集 ;受上新世末期以来强烈推挤构造变形作用 , 大部分油气 已散失 ,在平 台等地 尚可发现残 留油显 示[ 6 。此时天然气的生成量很少 见 图 4 g ,所形成 的侧 向运移规模亦很小。 上新世以后 , 研究区以生气为主, 生油量有限 见 图 4 d 、4 i 。位于研究区西北 的昆特依凹陷和东北 的鱼 卡凹陷等地 区的烃源岩埋藏深度一直保持在石油的成 熟度范围, 在距今 0 ~3 . 0 Ma 的油气运聚成藏期均 以生 油为主 见 图 4 d 、4 e ,因而昆特依凹陷周围的冷湖一 号到五号以及鄂博梁 I 号构造上以油运聚为主 见图 6 c 、6 e 。而南八仙一马海凸起带早期主要接受来 自一 里坪坳陷的油 ,晚期则接受来 自一里坪坳陷的气和来 自鱼卡凹陷的油 见图 4 d 一4 i ,图 6 ,造成 了该凸起 带油气共存 的结果。 上新世之后 ,研究 区侏罗系烃源岩大都进入较高 成熟阶段 ,以生气为主 ,这时冷湖六号、七号构造已 经隆起 ,赛什腾凹陷相对下沉 ,凹陷内中侏罗统烃源 岩成熟生烃 见图 4 d 、4 i ,但其排烃量相对较小;冷 湖六号、 七号构造成为一里坪坳陷及赛什腾凹陷天然气 1 6 8 石油勘探与开发 油气勘探 V b I . 4 0 N o . 2 号一冷湖五号 、一里坪中部一赛什腾斜坡 、一里坪东 部一南八仙一马海等成藏单元 ;晚期可划分为昆特依 凹陷一冷湖一号一冷湖五号一鄂博梁 I 号 、 一里坪东一 南八仙一马海 、一里坪一 冷湖六号一冷湖七号 、马海 一 尕秀等成藏单元, 以及一里坪坳陷内部的成藏单元。 研究区油气生排运聚特点总体为 中新世为研究 区主要生油期 ,油的生排运量均足够丰富 ,在冷湖一 号一冷湖五号及南八仙一 马海地 区形成油藏 ,但这时 赛什腾凹陷只是一里坪坳 陷的北部斜坡 ,构造圈闭主 要在盆地边缘 , 相当部分的油都 向北运移到盆地边部, 很可能 已被后期构造作用破坏。上新世以来的晚成藏 期 ,研究 区烃源岩以生气为主 ,这时构造 圈闭发育 , 天然气成藏较为容易 ,但这时烃源岩及主要储集层的 埋藏较深 ,储集层多具有低渗一特低渗特征。 油气成藏动力学的研究结果表明,柴达木盆地北 缘西段资源较为丰富 、油气勘探潜力仍然十分可观。 柴北缘西段在冷湖一号一冷湖五号、鄂博梁 I 号及南 八仙一 马海~红山等地区的勘探应 以油为主 ,兼探天 然气 ,而研究区其他地 区的勘探 目标应 以深层天然气 为主。综合评价认为 ,冷湖七号 、鄂博梁 Ⅲ号 、冷湖 六号等区带是柴北缘西段下步最为有利 的勘探 目标 , 其次为葫芦山、鄂博梁 Ⅱ号 、赛什腾潜伏带等区带 。 参考文献 [ 1 】 Ma g o o n L B, Do w W G. 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