引用本文
Yang Fan,Wei Yanzhao,Yang Chun,et al.Evaluation of Carboniferous structural traps of Mahu Sag in the Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(2):251-260.[杨帆,卫延召,杨春,等.准噶尔盆地玛湖地区石炭系构造圈闭勘探潜力[J].天然气地球科学,2016,27(2):251-260.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0251
准噶尔盆地玛湖地区石炭系构造圈闭勘探潜力
中图分类号:TE122.3 文献标志码:A 文章编号:1672-1926(2016)02-0251-10
Evaluation of Carboniferous structural traps of Mahu Sag in the Junggar Basin
Key words: Mahu Sag; Carboniferous; Weathered volcanic crust; Interval velocity; Fluid phase behavior;
引言
随着认识的不断深化和技术水平的提高,油气勘探的深度不断下延。目前国际上将埋深4 500~6 000m的油气藏定义深层油气藏,大于6 000m的为超深层[1,2]。深层、超深层油气勘探新增储量不断提高,截至2 009年底,全球超深层共发现149个工业性油气藏,超过6 000m的主要以产气为主[3]。近年来,以叠合盆地中下组合油气成藏认识为指导,中国陆上深层、超深层油气勘探获得一系列重大突破[4-6]。如塔里木盆地发现轮南—塔河、塔中等海相碳酸盐岩大油气区;大北、克深等陆相碎屑岩大气田;四川盆地普光、龙岗及高石梯等碳酸盐岩大型气田;渤海湾盆地在碳酸盐岩中也获得重大发现。深层、超深层已成为中国陆上油气勘探的重大接替领域。 20世纪80年代,老一辈勘探家就已经认识到准噶尔盆地深层油气勘探的潜力,在盆地的石炭系中识别出多个构造圈闭。随着石西凸起上石西油田的发现,以及后续针对石炭系构造圈闭探井的接连失利,大家逐渐认识到石炭系火山岩成藏条件复杂,并非有了构造和烃源岩就能找到油气,更重要的还要看是否有风化壳储层。近几年,围绕准噶尔盆地玛湖富烃凹陷石炭系—下二叠统佳木河组(P1j)、风城组(P1f)及夏子街组(P2x)落实一批未钻探的构造圈闭,面积合计超过5 000km2。玛湖地区石炭系构造圈闭是否发育有效的储层,以及当前油价低迷的行情下和以经济效益为核心的工作指导下,深层是否有轻质油或天然气这类对储层要求不高的轻质流体[7],是制约勘探能否成功,开发能否高产的重要因素。针对石炭系火山岩储层和深部流体相态这2个关键问题,在缺乏钻井资料的情况下,本文尝试利用航磁、地震速度等间接资料开展深层构造圈闭的储层研究,并通过烃源岩演化、天然气成因分析等预测深层构造圈闭内的流体相态,为无井地区火山岩储层预测和流体相态分析提供一些探索性的方法,也为这一领域的勘探部署提供重要依据。
1 玛湖石炭系基本油气地质特征
玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘地区,向西紧靠扎伊尔山和哈拉阿拉特山,西南侧与中拐凸起毗邻,东南侧有夏盐—达巴松凸起(图1)。玛湖凹陷是准噶尔盆地油气富集程度最高的生烃凹陷,闻名遐迩的准噶尔盆地西北缘“百里油区”就诞生于此。 玛湖凹陷经历了被动陆缘、前陆盆地、坳陷盆地等演化阶段。准噶尔盆地西北缘在中寒武世—早石炭世处于准噶尔—吐哈块体西北部的被动大陆边缘,准噶尔洋与哈萨克斯坦板块之间形成了一个以中酸性火山岩为主的大陆边缘火山弧。中晚石炭世—早二叠世,西准噶尔洋向哈萨克斯坦板块之下俯冲消减,在西北缘形成推覆构造,并形成了具有前渊性质的玛湖凹陷和前隆性质的达巴松构造;同时,由于早二叠世塔里木板块向北挤压形成的南北向主应力,以及哈萨克斯坦板块引起的北西—南东向主应力的叠加,在腹部形成了多隆多凹的构造格局[8-10];晚二叠世西北缘内部碰撞挤压、冲断作用达到高潮,将前期形成的推覆体前缘断裙带掩覆,致使前陆坳陷的沉降中心向盆内迁移;三叠纪—早白垩世是坳陷盆地的发育阶段,早期的推覆体被超覆,发育多个水进—水退旋回;晚白垩世—第四纪为西北缘局部性隆起阶段,至此准噶尔盆地西北缘的构造格局基本定型。准噶尔盆地石炭系以发育火山岩为特征,克拉美丽气田、石西油田等的主力产层都是石炭系的火山岩;早二叠世西北缘的地应力由碰撞挤压转为造山期后短暂的松弛环境,使得下二叠统佳
木河组、风城组有零星的火山喷发活动,风城组局部地区发育云质岩。石炭系、佳木河组、风城组之间都发育角度不整合,普遍经历了10Ma以上的风化作用,从准噶尔盆地石炭系火山岩、塔里木盆地奥陶系、四川盆地震旦系、鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩的勘探经验表明,在风化淋滤和断裂的作用下,火山岩、云质岩等特殊储层在6 000m以深仍可存在较高的孔隙度和渗透率。 围绕玛湖凹陷落实了一批构造,包括背斜圈闭和断块、断鼻及断层—地层圈闭,圈闭埋深在5 800~6 800m之间,主要围绕2个构造带发育,分别为乌尔禾—玛湖构造带和中拐—达巴松—夏盐构造带。夏子街—玛湖构造带包括风2井背斜、玛北背斜、玛湖背斜,中拐—达巴松—夏盐构造带包括夏盐2井背斜、达1井背斜和玛南背斜(图1)。这些深层的构造圈闭从石炭系开始继承性发育,背斜、断背斜隆起幅度高,形态清楚,尤其在主成藏期,构造幅度明显高于周边的凹陷(图2)。图2 达1井背斜、玛湖背斜主成藏期侏罗系沉积前地震剖面(剖面位置见图1)
Fig.2 Pre-Jurassic seismic profile of Dayijing and Mahu anticlines
2 玛湖凹陷石炭系储层分析
鉴于研究区钻井资料少,单井资料匮乏,因此只能通过地震、重磁等手段预测深层储层发育情况和圈闭内的流体相态。
2.1 储层发育情况
火山岩、碎屑岩在地球磁场磁化作用下产生的磁异常不同,火山岩较强磁性、较高电性和较大密度等地球物理特性,因此可以根据磁力异常来区分石炭系(包括二叠系佳木河组)火山岩和碎屑岩[11-14]。根据玛湖地区1∶50万航磁资料向下延拓、求取剩余异常等高分辨率处理结果,可以发现玛北背斜、达1井背斜、夏盐2井背斜处于红色、黄色的中—强磁异常区,玛湖背斜、玛南背斜绝大部分处于绿色、浅蓝色的弱磁异常区(图3)。对比石西油田、陆东地 区已钻遇的火山岩,通过已钻井的岩石物性(密度、 磁性、电阻率)标定,认为中—强磁异常是中基性火 山岩的响应特征,中—弱磁异常是中酸性火山岩的
图3 准噶尔盆地西北缘石炭系1∶50万磁异常分布图与大构造电法剖面
Fig.3 Carboniferous aeromagnetic anomaly of western Junggar Basin
岩性岩相 | 电性特征/(Ω·m) | 磁力异常/nT | 重力异常/(×10-5m/s2) | |
中基性火山岩 | 基性喷发岩岩相 | 高阻(>70) | 强磁性(>50) | 重力高(>0.5) |
中基性喷发岩岩相 | 高阻(>70) | 中强磁性(50~20) | 重力高(0.5~0.3) | |
中基性侵入岩岩相 | 高阻(>70) | 强磁性(>50) | 重力高(>0.5) | |
中酸性火山岩 | 中酸性侵入岩岩相 | 高阻(>70) | 弱磁性(<10) | 重力低(<0.1) |
中酸性喷发岩岩相 | 高阻(>70) | 弱磁性(20~10) | 重力低(<0.1) | |
火山沉积岩 及沉积岩 | 火山角砾岩、凝灰岩岩相 | 次高阻(40~70) | 中弱磁性(30~1) | (0.2~0.3) |
火山碎屑岩岩相 | 低阻(40~30) | 弱磁性(<10) | (0.1~0.3) | |
砂泥岩岩相 | 低阻(<30) | 无磁 | (0.1~0.3) |
图4 玛湖地区4个主要构造电法剖面、地震剖面及平面属性
Fig.4 Electromagnetic anomaly,seismic profile and plane RMS of the 4 structural traps in Mahu Sag
2.2 火山岩风化壳储层预测
根据地震解释确定石炭系上覆地层在未遭受剥蚀的凹陷中心区的厚度和对应的沉积时间,与构造圈闭发育处石炭系上覆地层的实际厚度相比,可近似计算出各个圈闭遭受风化的时间。当火山岩风化壳之上覆盖新的碎屑岩地层时,风化壳上部的火山岩年龄与上覆碎屑岩新地层年龄之差即为风化淋蚀时间。按照前人[14]建立的火山岩风化壳厚度预测模型:
背斜圈闭 | 面积 /km2 | 高点埋深 /m | 风化时间 /Ma | 风化壳厚度 /m |
夏盐2井背斜 | 53 | 5 300 | 29 | 415 |
达1井背斜 | 61 | 5 800 | 16 | 392 |
玛南背斜 | 155 | 6 900 | 9 | 340 |
玛北背斜 | 90 | 6 500 | 8.5 | 332 |
玛湖背斜 | 231 | 6 400 | 7.5 | 322 |
图5 玛湖地区深层背斜圈闭高点地震层速度纵向变化曲线
Fig.5 Vertical velocity changes of 4 structural traps in Mahu Sag
3 玛湖凹陷深层构造流体相态分析
玛湖地区深层流体相态复杂,有佳木河组、风城组2套主力烃源岩供烃,存在高熟轻质油、干酪根裂解气、原油裂解气3种类型流体[20,21]。
3.1 烃源岩演化阶段及烃类相态分析
玛湖凹陷二叠系发育佳木河组、风城组、下乌尔禾组3套烃源岩。佳木河组烃源岩主要分布在中拐凸起、克乌断裂带周缘,以Ⅲ型干酪根为主,有机碳丰度普遍较低,大部分烃源岩样品有机碳含量小于0.74%,生气能力有限,玛湖大部分地区的生气强度小于15×108m3/km2(图6),因此,佳木河组烃源岩 对
图6 玛湖地区佳木河组、风城组生气强度(×107m3/km2)
Fig.6 Intensity of gas generation of P1j,P1f in Mahu Sag
3.2 玛湖地区原油裂解气分析
风城组烃源岩演化阶段及已知天然气特征均证明玛湖地区除了存在正常的干酪根初次裂解气之外,还存在原油裂解气。根据模拟实验结果,原油裂解气发生的温度为160℃[22,23],如果地温梯度已知,那么原油裂解气发生的深度界限可以利用地表温度及地温梯度进行估算。根据第三次全国油气资源评价结果,准噶尔盆地西北缘现今的地温梯度为2.3℃/100m,平均地表温度为15℃,据此计算玛湖地区原油裂解的深度界限大约为6 300m,理论上6 300m以深的地层中烃类流体以气相为主。 统计准噶尔盆地已发现油、气密度与深度之间的关系,发现原油的密度随深度增加有变小的趋势,并且,目前在6 200m以深还没有发现石油(图7),似乎验证了玛湖地区原油裂解气深度界限为6 300m的推测。当然,深部钻井较少,该推测还有待今后深层勘探进一步加以证实。 前人[24-26]通过对干酪根和原油实验热模拟生成的轻烃以及典型干酪根和原油裂解气中轻烃组成对比研究认为干酪根裂解气和原油裂解气在轻烃组成上存在差别。原油二次裂解生成的天然气中异构烷烃和环烷烃含量较高,而干酪根裂解气该值较低。主要表现在甲基环己烷/正庚烷和(2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷2项指标上。一般情况下原油裂解气这2项指标均较高,甲基环己烷/正庚烷大于1.0,(2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷大于0.5。而干酪根裂解气这2项比值均较低。根据这一指标来分析玛湖地区二叠系已发现的天然气,发现玛湖凹陷区大部分天然气样品落在干酪根裂解区,同时也有少量的原油裂解气和混合气的存在(图8),说 明玛湖地区与风城组烃源岩有关的天然气有2种成 因类型:一种来源于干酪根初次裂解气;另一类来源于原油裂解气,这一点与风城组烃源岩所处的演化阶段及生烃类型相吻合。
根据玛湖地区风城组烃源岩演化阶段及原油裂解深度界限6 200m的推测对玛北背斜、玛湖背斜、达1井背斜及玛南背斜的流体相态进行评价预测,玛北背斜、玛湖背斜位于风城组烃源岩的生烃中心,早期生油窗阶段形成油藏,白垩纪以来风城组烃源岩进入干酪根生气高峰阶段,早期的油藏被天然气置换形成气藏,玛北背斜、玛湖背斜现今的流体相态应该是干酪根裂解气藏。达1井背斜位于风城组烃源岩生烃中心边缘,早期生油窗阶段形成油藏,生气高峰期可能充注部分天然气形成油气藏。达1井背斜石炭系高点埋深5 900m,佳木河组高点埋深5 800m、风城组高点埋深5 620m,各圈层埋深均小于原油裂解深度6 200m,原油没有发生裂解,达1井背斜的流体相态应该是油气共存。玛南背斜风城组高点埋深6 600m,佳木河组高点埋深6 700m,石炭系高点埋深7 025m,各圈层埋深均大于原油裂解深度6 200m,生油窗阶段形成的油藏发生原油裂解形成天然气藏,因此,玛南背斜应该是原油裂解气藏(图9)。图9 玛湖深层构造流体相态预测
Fig.9 Fluid phase behavior prediction of deep layer in Mahu Sag
4 结论
(1)根据航磁异常、钻井资料、地震资料综合分析玛北背斜、达1井背斜石炭系、下二叠统佳木河组发育风化壳型火山岩储层,其中玛北背斜、达1井背斜石炭系发育中基性火山岩,而玛湖背斜、玛南背斜发育中酸性火山岩。地震层速度资料显示玛北背斜、玛湖背斜、达1井背斜石炭系、佳木河组、风城组下部存在明显的低速带,速度范围为4 900~5 400m/s,这一速度值远低于未风化火山岩的速度,高于相同深度下碎屑岩的速度,推测目的层段发育火山岩风化壳储层的可能性极大。玛南背斜目的层段地震层速度随深度呈直线增加趋势,不存在明显的低速带,推测可能不发育有效储层。 (2)风城组烃源岩是玛湖深层构造的主力烃源岩,白垩纪以来该套烃源岩已进入干酪根裂解生气高峰,玛北背斜、玛湖背斜位于风城组烃源岩生烃中心,早期形成的油藏被晚期干酪根裂解气置换形成气藏。达1井背斜位于风城组生烃中心边缘,早期形成的油藏部分被干酪根裂解气置换,主要目的层埋深浅于6 200m,没有达到原油裂解的深度,流体相态为油气共生。玛南背斜早期形成油藏,但主要目的层埋深均大于6 200m的原油裂解门槛深度,油藏内发生原油裂解过程,推测该圈闭内流体相态应该为原油裂解气。 (3)玛湖深层构造圈闭比较落实,圈闭多、面积大,成藏条件优越,是重要的风险勘探领域之一。其中玛北背斜和达1井背斜成藏条件优越,成藏潜力大,有望获得高产气流及发现规模整装大气田,这一认识也直接推动了达1井背斜上达探1风险井的上钻。
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