库车前陆盆地含油气系统的地质特征.pdf

第 1 5卷 第 3期 2 0 0 4年 6月 天 然 气 地 球 科 学 NA TURAL GAS GE 0S C 1 E NCE Vo1 ．1 5 No．3 J u n 2 0 0 4 然气地 质 拳 库车前 陆盆地含油气 系统 的地质特征 吕锡 敏 。 ，皮 学军 ，任 战利 ，刘全新。 ，蔡振 忠 ，丁兆海。 1 ． 西北 大 学地 质 系，陕西 西安 7 1 0 0 6 9 ； 2 ．塔 里 木 油 田分公 司 ， 新 疆 库 尔勒 8 4 1 0 0 0 ； 3 ． 中国石 油勘探 开发研 究 院西 北分 院 ， 甘 肃 兰州 7 3 0 0 2 0 摘 要 论述 了库车含 油气 系统的地质特征 ①具有一个生烃灶 ， 发 育有三叠系和侏 罗系烃源岩 ， 岩 性为湖相泥岩、 沼泽相煤 系和高碳 泥岩 ， 干酪根 为 Ⅲ～ Ⅱ。 型 ； ②具有低温度场、 高压力场和强应 力 场 ， 这种能量场导致 了晚期运聚和事件成藏； ③成藏组合 包括 三叠 系～侏 罗系烃源岩， 休 罗系红 色 泥岩和下第三 系一上第三 系膏泥岩两套 区域盖层和其 它局部盖层， 和三叠系一上 第三 系的砾岩、 砂 岩、 粉砂岩和白云岩储层 ； ④ 圈闭主要为坳 陷区中新世 以来形成的成排成带的断层相关褶皱和前缘 隆起正断层下盘 的断块； ⑤ 由于强烈的构造运动 ， 有早 白垩世成油期和 中新世末 两个成 气期 ， 最重 要的成藏期为中新世末 1 ． 8 Ma前 ； ⑥ 有 3种成藏模式， 油藏 、 凝析气藏和气藏分布于三 叠系一休 罗 系的砂 岩 和砾 岩储 层 、 白垩 系和 下 第三 系的砂 岩和粉 砂 岩 以及 白云 岩储 层 。 认 为形 成 大油 气 田的 关键 因素有 区域盖层 、 有效烃源岩的范围、 疏导体 系的连通性和 圈闭的规模 等。 关键词 库车前 陆盆地 ； 含 油气系统 ； 成藏事件 中 图分 类 号 TE1 2 1 ． 1 文 献 标识 码 A 文 章 编号 1 6 7 2 1 9 2 6 2 0 0 4 0 3 0 2 1 4 - 0 4 库 车前陆盆地位于塔里木盆地北部 ， 总面积 为 4 2 7 0 0 k m。 。 在该盆地从西向东分布有 3个凹陷， 即 乌 什 凹 陷 、 拜 城 凹 陷和 阳霞 凹陷 。 后 两个 凹陷包 含 有 北 单 斜 带 根 带 、 克 拉 苏 构 造 带 和依 奇 克 里 克 构 造 带 逆冲席 、 拜城凹陷和阳霞凹陷 前陆坳陷 、 秋里 塔克构造带 锋带 和前缘隆起 ， 勘探程度较高。 在过 去 2 O年 ， 伴 随着油气理 论 的发 展和勘探技 术 的进 步 ， 对该油气 区进行 了大规模 的勘探 ， 发现了一批油 田、 凝析气 田和大气田。实践表明 库车含油气 系统 的油气资源丰富 ， 已探明 8个油气 田， 探明石油地质 储量 7 8 4 8 ． 4 1 0 t ， 探明天然气地质储量 3 5 9 9 ． 4 1 0 m。 ， 预测 天然气地质储量 2 8 1 0 1 0 m 3 [ 。库 车前陆盆地发育有三叠系一侏罗系优质烃源岩和多 套储盖组合 ， 区域盖层稳定分布 ， 局部构造发育 ， 具 备了 良好的油气成藏条件 。 近年来 ， 随着对库车前陆 盆地油气勘探力度 的加 大， 对含油气系统 的认 识不 断深 入 。 1 库车含油气系统的基本地质要素 1 ． 1 库 车 含油 气 系统 具 有优 质 烃 源岩 库车含油气系统的油气来源于上三叠统和中下 侏罗统的沼泽相高碳泥岩、 煤系和湖相泥岩 ， 中下侏 罗统的贡献显著 。库车前陆盆地在近海 内陆环境下 形成 了沼泽相高碳泥岩、 煤系和湖相泥岩两种类型 烃源岩 ， 这些烃源岩分布于 5个层位， 其分别为恰克 马克组 J q k 、 克孜勒努 尔组 J k z 、 阳霞组 J 。 y 、 塔里奇克组 T。 f 和黄山街组 T。 h 。其 中阳霞组和 克孜勒努尔组生烃条件较好 ， 恰克马克组次之。 中、 下侏罗统煤系烃源岩是最好 的烃源岩 ， 其有 机质类型以 Ⅲ型为主 ， 其次是 Ⅱ。 型 。这些有机质具 有倾气型的特点 。 该烃源岩为河湖沼泽相煤 、 高碳泥 岩和湖相泥岩。根据库车前陆盆地侏罗系和三叠系 系烃源 岩 有 机 岩 石 学 特 征 和 有 机 地 化 特 征 表 1 ， 侏 罗系阳霞组和克孜勒努尔组是以煤系为主的烃源 岩， 其以厚度大、 有机质丰度高和生气量大为主要特 点 ； 恰克马克组生烃潜力最好 ， 含有大量葡萄球藻 ， 收稿 日期 ； 2 0 0 3 0 9 1 3 ； 修 回日期 2 0 0 3 1 1 2 2 、 作者简介 ； 吕锡敏 1 9 6 7 一 ， 男 ， 陕 西洛南人 ， 高级工程 师 ， 在读博士 ， 主要从事 盆地分析和油气 成藏研 究 NO ． 3 吕锡敏等 库车前陆盆地含油气系统的地质特征 2 1 5 是较好 的油源岩。三叠系塔里奇克组和黄山街组亦 含少量煤系， 虽为以生气为主的源岩 ， 但远不如侏罗 纪煤系发育 。 克拉玛依组为湖相泥岩 ， 有机质丰度不 高 ， 为差烃 源岩 ； 该源岩 以湖相泥岩为主， 生源 主要 以低等水生生物为主， 有机质类型偏 向腐泥型 ， 有机 质丰度较低。 所以， 侏罗系克孜勒努尔组和 阳霞组是 本 区最好的气源岩。 表 1 库车含油气 系统烃源岩地球化学特 征 在库车含油气系统中侏罗系暗色泥岩的生烃潜 力大。该暗色泥岩厚达 8 0 0 m， 有机碳含量平均为 0 ． 8 8 ％～3 ． 7 1 ％， 氯仿沥清 “ A” 平均 1 6 8 ～2 3 0 0 1 O ～， 热 解 生 烃 潜 量 S S 平 均 0 ． 2 9～ 1 3 ． 2 6 mg ／ g ， 总 烃 平 均 4 4 ～ 3 9 2 1 0 ～ ， 为较 好 生 油岩。侏 罗系煤岩有机碳平均 5 O ． 8 3 ～6 3 ． 4 6 ％， 氯仿 沥清“ A” 平均 9 2 0 0 2 5 2 0 0 1 0 一， 热解生 烃 潜 量 S 。 S 平 均 7 2 ． 9 3 ～ 1 5 7 ． 1 8 mg ／ g ， 总 烃 平 均 8 4 6 ～5 1 6 4 1 0 ～， 生 烃潜 力较 差 。 在该含油气系统 中侏罗系油气资源 丰富 中下 侏罗统有烃源岩的范围 比上三叠统大； 侏罗系烃源 岩有机质丰度高 ， 并在晚第三纪后期达到高一过成 熟阶段 ； 侏罗 系的生烃强度远大于三叠系， 据估算 ， 侏罗 系 的最 大生 烃强 度 7 5 0 0 m。 ／ k m ， 以生气 为 主， 而三叠系的最大生烃强度仅为 4 0 0 0 m。 ／ k m 2 f 。 1 ． 2 库车含油气系统具有优越的储集层 库车前 陆盆地 储集层 主要 为侏 罗系 的阿合组 L a 、 阳霞 组 J 。 Y 、 克孜 勒 努 尔组 J k z 和恰 克马 克组 J q k ， 白垩系的巴什基奇克组 K。 b s ， 第三系 的库姆格列木组 E k m 和吉迪克组 N。 。 侏罗系岩性 主要为 中细岩屑砂 岩、 砂砾质 岩屑 砂岩。 这种砂岩分选好 ， 杂基含量低 。 大致 以吐孜洛 克背斜 为界 ， 该盆地东 、 西两 区的储 集性质有所不 同。东区 吐格尔明背斜南翼 储 层孔隙度 1 5 ～ 2 5 ％， 渗透率 1 o ～1 0 0 1 0 p t m ， 部分大于 1 0 0 0 1 0 p t m ， 为中孔低渗型储层。 其砂 岩以原生孔 隙 为主 ， 次生孔隙的相对含量仅 占 2 O 。西 区砂岩孔 隙度 6 ～8 ， 渗透率一般小于 1 ． 0 1 0 I 。 m ， 平 均孔 隙度 比东 区约低 1 1 ． 0 ％ 为特低 孔特低 渗储 层 ， 储集空间 以次生孔 隙型 为主 、 以裂缝一次生孔 隙 型为 次 。 白垩系巴什基奇克组 K。 b s ～第三系砂砾岩段 E k m 主 要岩 性 为 中 、 细 粒 岩屑 砂 岩 和含 砾 岩 屑砂 岩 ； 孔 隙度 主要 在 8 ％～2 O ％之间 ， 最大达 2 2 ． 4 ％； 渗 透率 主要 在 0 ． 1 ～1 0 0 0 1 0 g m。 之 间， 最大 达 1 7 7 O ． 1 5 1 0 p t m ， 平 均 为 4 9 ． 4 2 1 0 - 。p t m。 。 该岩段孔渗指数关系好 ， 表明储层孔喉分布较均匀， 储层物性较好 ； 孔隙类型以剩余原生粒间孔为主， 次 为各种类型的溶蚀孔和一些微裂缝 。 上第三系吉迪 克组 N。 J 主要 为一套分选较好 的 滨浅 湖相粉 、 细砂 岩。该 储集 岩平 均孔 隙度 为 9 ． 2 ％， 平均渗透率为 2 ． 2 6 1 0 - 。 m ， 孔隙类型 以 次生孔隙为主。 1 ． 3库车含油气 系统具 有优 良的 以断层相关褶皱 为 主 的圈 闭类 型 库 车前陆盆地的二级构造带具有南北 分带 、 东 西分块、 上下叠置的特点。从北到南分为北单斜带 、 克拉苏构造带、 依奇克里克构造带、 秋里塔克构造带 和亚肯构造带， 并发育有多种类型的断层相关褶皱， 如断层转折褶皱、 断层传播褶皱 、 滑脱褶皱 、 断层传 播一滑脱混生褶皱 、 双重逆冲构造 、 断层转折一滑脱 混生褶皱和断层转折一传播叠加构造。这些断层相 关褶皱的类型在各构造带的表现各有特色 。该前陆 表 2 库车含 油气 系统储 层特征 盆地构造发育 的复杂性主要受地层条件和区域应力 场等因素控制。 逆冲席 克拉苏构造带和依奇克里克 2 1 6 天 然 气地球科 学 Vo 1 ． 1 5 构造带 和锋带 秋里塔克构造带 的区带具有上下 叠置的特点 ， 地表以断层传播褶皱和滑脱褶皱为主， 容易受到破坏。中深层以断层转折褶皱为主。这种 构造 具有 背斜 完整 、 圈 闭面积 大 和幅度 高的特 点 ， 是 大中型油气藏形成的重要场所。 库车坳陷三叠系一侏罗系煤系地层与下第三系 一 上 第 三 系盐膏 岩 层 形 成 了 4 个 塑性 滑 脱层 ， 并 与 脆性 砂岩地 层 间互 出现 。 因此 ， 有利 于形 成断坪 一断 坡一褶皱构造组合， 这是库车前陆逆冲构造带形成 的地质 基础 。 前陆逆冲带构造形成时间有其规律性。根据断 层生长三角的研究 ， 库车前陆逆 冲带是由山前向盆 地逐渐连续扩展 的。 自北向南构造形成时间从 中新 世初 2 5 Ma 到更 新世 1 ． 8 Ma 逐 步 变新 。。 。 j 。主逆 冲带 的变 形作 用 自北 向南 推 移 ， 由于喜 山期南 天 山 的强烈挤压隆升 ， 自中新世至今一直处于活动状态， 并在此 过程 中形 成 了丰富 多样 的油气 圈 闭 。 2 库车含 油气系统成藏 的地 质条件 库车前陆盆地 的低温场 是晚期 成藏的决 定因 素 。 该盆 地平 均地 温梯 度 2 ． 1 8 8 C／ 1 0 0 m， 古 温度场 具有成熟度区域上总体呈现西部高 R 。 高达 1 ． 8 1 ～ 1 ． 8 3 ％ 、 东部 低 R 。 在 0 ． 5 6 ％～ 0 ． 7 9 和 北 部 低 R 在 0 ． 7 5 ～0 ． 6 8 、 南部高的特点 ] 。这是 由基底性质 从北部褶皱基底向南过渡为结 晶基底 决定 的 。 根据对 烃源 岩成 熟度 演化 的研究 ， 三叠 系源 岩 在 白垩 纪进 入 生烃 门 限 ， 在 始新 世 一 中新世 E N 处于生油高峰 ， 目前处于千气 阶段； 侏罗系源岩 在 晚第三纪 N 处于生烃高峰 ， 目前处于湿气 一干 气阶段 。在晚第三纪 ， 南天 山急剧隆起 ， 导致库车前 陆盆 地迅 速 下沉 ， 三叠 系 和侏 罗 系烃 源 岩 有机 质 成 熟度在晚第三纪快速增高 这是库车含油气系统 晚期成藏富气的关键因素。 库车前陆逆冲带的油气圈闭主要形成于中新世 晚期 到 上新世 。 在 此期 间 ， 断 坪 一断坡构 造组 合沟通 了烃源岩和圈闭 ， 为油气运移提供 了通道。 从时间上 看构造的形成期与烃源岩的主排烃期一致 。渐新世 末期发生的喜山运动二幕 不仅形成 了一批圈闭 ， 而 且区域应 力场 的急剧变化有利于油气 的运移 和聚 集， 于是形成了一系列气藏。 这说明库车坳陷天然气 聚集成藏是喜山运动二幕这一构造事件的产物 ， 是 一 次成 藏事件 。 油气运移的动力主要是构造应力和地层的水动 力。 盆内压力场具有高压一超高压型的特点 ， 平均压 力系数 1 ． 9 5 ～2 ． 2 O ， 其主控因素是喜山晚期短时间 内南天山褶皱带对塔里木地块 的强烈挤压 ] 。 良好 的 区域 性 盖层 是 运 聚单 元 的 重要 因素 ， 其 有效性决定了油气运移的空间范围。研究区盖层分 为区域盖层和局部盖层。 区域盖层有两套 一套是上 第三系和下第三系两套膏盐和膏泥岩的侧向叠置所 构成的良好储盖组合 ； 另一套为奇古组稳定分布的 红色泥岩。局部盖层 为发育于阳霞组 J Y 、 克孜勒 努尔组 J k z 和恰克马克组 J q 走 的煤 系泥岩 。 该盆地油气藏形成的疏导体 系由断层 、 裂缝 、 烃 源层的砂岩、 不整合和煤系构成。其 中断层、 裂缝是 油气 垂 向运 移 的通道 。油源断 层切 穿 的层位控 制 了 圈 闭的有 效性 和产 油层 位_ 6 ] ， 烃 源层 的砂 岩 、 不整 合 和煤系是油气横向运移的通道。烃类运移的通量高 峰与构造 运 动有 一定 的吻 合性 ] 。研 究 区已发 现的 油气藏主要有两大类 一类是侏罗系 自生 自储型油 气藏 ， 如依奇克里克油田的克孜勒努尔组 、 依南 2 气 藏的阿合组和阳霞组 ； 另一类是它源型油气藏 ， 主要 是围绕区域盖层形成的 4个亚类气藏 ， 盐上背斜 大 宛齐油 田 、 盐间背斜 克拉 3气藏 、 盐下背斜 克拉 2气田、 迪那 2气田、 却勒 2气 田、 吐孜洛克气 田 和 盐下张性断块 牙哈油气田 气藏。这些油气藏有 3 个 共性 断层 沟通 了源 岩 和储 层 ， 圈 闭都是 完整 的断 层相关褶皱， 其分布于由有效的烃源岩范围、 油源断 层和区域盖层构成的疏导体系中。垂 向运移和侧向 运移在库车含油气系统中都有明显的表现。油气运 移 的动 力主要 为构 造应 力 和地 层水 动 力 。 库车含油气系统具有两期成藏的特征。第一期 为早 白垩世末 ， 主要形成油藏。排烃史模拟结果表 明 三叠系烃源岩的排烃起始期及现今 的生排烃 阶 段在 各 个 区域 有 所 不 同_ 】 ] ， 最早 为早 白垩 世 末达 到 排 油一排 凝 析 气高 峰 ； 侏 罗 系烃 源 岩 的排 烃 期 在 晚 第三纪至今； 三叠系烃源岩 自早白垩世末 至早第三 纪排出的油气 向南长距离侧向运移 ， 形成了以侏罗 系和 白垩系为储集层的油藏， 向北运移形成米斯布 拉克油藏和依奇克里克油藏 。第二期发生在中新世 以来 ， 主要形成气藏 。此时， 三叠 系烃源岩达到了干 气生排烃阶段 ， 侏罗系烃源岩也 已进入生排气高峰 ， 成为主力烃源岩。 从库车烃源岩凹陷排出的油气， 向 南运移至前缘隆起 如玉东 2 、 羊塔克、 提尔根 、 台 2 等油气田 ， 或与早期形成的油藏相混合 ， 形成凝析 油气藏 如英买 7 、 红旗、 牙哈等油气 田 。形成的凝 析气沿断层向上运移到白垩系一上第三系地层中。 在生烃凹陷 内， 天然气向上沿断层运移到主断层下 No ． 3 吕锡敏 等 库 车前 陆盆 地 含 油 气 系统 的地 质 特征 2 l 7 盘 的喜山晚期圈闭中形成气藏 ， 如依南 2气 田、 克拉 2气田、 大北 l气田和迪那 2气 田。 库 车前 陆盆地 含油气 系统保 存时间为第 四纪。 在喜山晚期 ， 随着南天山不断向南逆 冲 ] ， 主要活动 性断层切穿了盖层 ， 导致部分油气藏遭受破坏 ， 形成 了大量 的地表油苗 。另一方面， 断层 的持续活动 ， 部 分油气藏 因埋深加大和幅度增加而保存下来 。 可见 ， 油气的保存和散失是第四纪断层活动与盖层相互作 用 的结 果 。 3 结 论 1 库 车含 油 气 系统 的 油 气 来 源于 上 三 叠统 和 中下侏 罗统 的 沼泽 相 高碳 泥 岩 、 煤 系和 湖 相 泥岩 ， 中 下侏 罗统 的贡 献 显著 。 2 库 车 前 陆 盆 地 发 育 多套 储 盖 组合 ， 其 中 下 第 三 系一 上 第 三 系膏 盐 岩是 良好 的 区域 盖层 ， 其 控 制 了油 气藏 的 纵 向 分 布 ； 白 垩 系一 上 第 三 系发 育 优 质 砂 岩 储 层 ， 这 些是 形 成 埋 深 浅 、 层 位 新 、 储 量 丰 富 的 大 中型 油 气藏 的基 本 地 质条 件 。 3 断层 和 不 整 合 面 是 油 气运 移 的 疏 导 层 ， 其 控制 了运聚单元的形成和分布。 在运聚单元 内， 油气 运 移 有垂 向运 移和 侧 向 运移 2种 方式 。 构造 应 力是 油 气运 移 的诱 导 力。 4 主 成 藏 时期 为 中新 世 末期 ， 与 构 造 运 动 相 对应 ， 天然气成藏具有事件性 。 天然气聚集成藏的关 键 时刻 为 1 ． 8 Ma 前 ， 主 要 受 喜 山运动 二 幕 控 制 。其 中晚期事件成藏是库车前陆盆地含油气系统的突出 特 点 。 参 考文献 [ 1 ] 田作基 ， 张光 亚 ， 邹华耀 ， 等 ．塔里 木库车含油气 系统成藏 的主 控因素 和成 藏模式E J ] ．石油勘探与开 发， 2 0 0 1 ， 2 8 5 1 2 1 6 ． [ 2 ]赵孟军 ， 卢双舫 ， 李剑 ．库车含 油气 系统天然气 地球 化学特 征 及气源探讨 E J ] ．石油勘探与 开发 ， 2 0 0 2 ， 2 9 6 4 7 ． [ 3 ] 雷 刚林 ， 张 国伟 ， 刘志宏 ．库车前陆 逆 冲带 生长 地层及其 在油 气勘探 中的意义E J ] ．新疆 石油地质 ， 2 0 0 1 ， 2 2 2 1 O 7 一 uO ． I- 4 ] 王飞 宇 ， 张水昌．塔里木盆地库 车坳陷 中生界烃源 岩有机质 成 熟 度[ J ] ． 新疆 石油地质 ， 1 9 9 9 ， 2 O 3 2 2 1 2 2 4 ． [ 5 ] 周兴 熙 ．塔里 木盆地 克拉 2气 田成藏机 制再认 识[ J ] ． 天 然气 地球科学 ， 2 0 0 3 ， 1 4 5 3 5 4 3 6 1 ． [ 6 ] 梁狄 刚， 顾 乔元 ， 皮学军 ， 塔里 木盆地塔北隆起凝 析气藏的分布 规律 [ J ] ．天然气工业 ， 1 9 9 8 ， 1 8 3 5 - 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Ne o g e n e。Cr e t a c e o u s a n d J u r a s s i c s a n d s t o n e r e s e r v o i r r o c k，a n d t h e s e a l r o c k s o f r e g i o n a l J u r a s s i c r e d m u ds t on e a n d Te r t i a r y Ne o ge ne’ s s a l t y g yps e o us m u ds t on e ． Tr a p s ar e m a i nl y c o m p os e d of a nt i c l i ne s f o r me d i n f a u l t r e l a t e d f o l d s i n t h e d e p r e s s i o n a n d f a u l t b l o c k a t t h e f o o t wa l l o f n o r ma l f a u l t i n t h e f r o n t i e r u pl i f t ． The oi l po ol f or me d i n t he e nd o f e a r l y Cr e t a c e ou s，a nd g a s po ol ，i n t he e nd of Ne o c e n e ． So t hr e e t y p e o f p e t r o l e u m r e s e r v o i r o i l 。c o n d e n s a t e a n d g a s p o o 1 d i s t r i b u t e d i n t h e s a n d s t o n e a n d c o n g l o me r a t e o f Tr i a s s i c J u r a s s i c a n d t h e s a n d s t o n e。s i l t s t o n e a n d d o l o mi t e o f l o we r Cr e t a c e o u s，Te r t i a r y a n d Ne o c e n e ． Th e ma i n k e y p o i n t o f t h e r e s e r v o i r f o r ma t i o n i s a t t h e e n d o f Ne o c e n e 1 ． 8 M a ．Th e k e y e l e me n t s t o f o r m a l ar g e g a s f i e l d i s v a l i d c o m bi na t i on of t ho s e ge ol o gi c a l e l e me nt s，s uc h a s a n a c t i v e s ou r c e p a d， r e g i o n a l s e a l r o c k。c a r r i e r s y s t e m s a n d s t o n e，c o a l b e d s ，f a u l t s a n d f i s s u r e ，t h e c a p a c i t y o f t r a p s ．An d t h e s e ma i n l y d i s t r i b u t e d u n d e r t h e ma i n f a u l t s ma y b e f o r m a l a r g e o n e ． Ke y wo r ds Kuc ha f or e l a n d b a s i n；Pe t r o l e um s y s t e m ；Re s e r v oi r f or ma t i o n ev e n t ．