准噶尔盆地玛湖准噶尔盆地油气成藏期次确定与成藏组合划分

准噶尔盆地玛湖准噶尔盆地油气成藏期次确定与成藏组合划分

1成藏期次及成藏组合油气藏形成期分析是油气勘探评价的核心内容之一。在构造发育相对简单的盆地中，盆地形成时间相对较新，泉岩分布集中，热态度简单。因此，油气藏的形成时间和发育相对容易分析。但对于经历了不同原型盆地的叠合盆地而言,各个构造期都可能有油气藏形成,现今的油气藏到底以哪期形成为主、油气的空间分布如何等就成了勘探评价中必须回答的问题,所以叠合盆地中油气成藏期次及其成藏组合的研究具有重要意义。准噶尔盆地是大型叠合含油气盆地,发育了晚石炭世—第四纪沉积盖层,具有多油源、多期生烃、多期成藏、多期调整、多油气系统控油的成藏特点。资料表明,对于像准噶尔盆地这样的叠合盆地,油气藏的形成都经历了复杂而漫长的过程,仅通过成藏期次研究来重塑成藏过程难以准确描述不同时期的油气成藏及其分布。为此,设想在确定成藏期次的基础上,再从纵向上划分出几个层次,即划分出具时空含义的成藏组合,来探讨油气藏的形成与演化历史,可能会大大提高对油气分布规律的认识。准噶尔盆地目前所发现的油气储量80%以上都分布在盆地西北缘和腹部地区(见图1),因此,本文以这两个地区为重点论述对象,确定盆地油气成藏期次,划分成藏组合。2储集层成岩矿物的同位素分析方法目前对油气成藏期次的确定通常有两种途径,一是绝对定年法,即储集层成岩矿物(主要是伊利石)同位素年代学分析法,二是相对定年法,即有机包裹体光性特征和均一温度分析法。2.1成藏期与成藏时代当油气进入储集层后,随着含油饱和度的增大,储集层中自生矿物的形成会受到极大抑制,直至停止,通常认为自生伊利石在油气进入储集层后就不再形成。根据该原理,油气进入储集层的时间应略等于储集层最年轻自生伊利石的同位素年龄。对于多期油气充注而言,储集层伊利石的同位素年龄是早期成藏事件的最大地质年龄。选取准噶尔盆地西北缘样品1块,腹部莫索湾、莫北、石西和陆梁油田样品7块(见表1)。西北缘三叠系样品所测油气充注时间显示为三叠纪末,说明印支末期为西北缘的一个大规模油气成藏期。盆地腹部除陆9井中侏罗统西山窑组(J2x)储集层的主要油气成藏期为新近纪外,其余测年结果均集中在中晚侏罗世和早白垩世,这与王飞宇等在本区的测试结果基本一致。因此,J2—K1与N是准噶尔盆地腹部地区侏罗系—白垩系储集层的两大油气充注和成藏期。考虑到玛湖—盆1井西复合含油气系统油气成藏的可比性,所以完全有理由认为T3、J2—K1和N是准噶尔盆地西北缘和腹部地区的3大成藏关键期。据前人对准噶尔盆地构造演化史、圈闭形成期次和烃源岩生排烃特点的分析,准噶尔盆地可能有4个大的成藏期次,即P2—3、T3、J2—K1和E,后3个关键时刻已经为本次测年数据所证实或稍有调整,但是由于笔者未能采到合适的二叠系样品,因此P2—3是否也是一次重要的成藏期还有待测试数据补充验证。2.2储集层包裹体均一温度分布有机包裹体的荧光色反映了其内可溶有机质的组分和含量,考虑到不同期次油气运移形成的有机包裹体的成分特征及热演化程度存在差异,因此从包裹体的光性特征可以判断充注油气的性质。镜下观测发现,准噶尔盆地西北缘和腹部有大量有机包裹体赋存于自生方解石脉体、胶结物和石英次生加大边中,还有一些包裹体以串珠状沿石英裂隙分布,形态多种多样,从椭圆形到不规则形状皆有分布,长度一般小于10μm,宽度一般小于6μm。根据包裹体相态之间关系和荧光镜下观测结果,有机包裹体总体上可以划分为两大类,一是发褐黄色荧光的液态烃相包裹体,二是气态烃+液态烃的两相包裹体,其中后者又可以进一步划分为发黄绿色荧光的以气态烃为主(含20%～30%的液态烃)的包裹体以及发黄色荧光的以液态烃为主(含10%～20%的气态烃)的包裹体。因此,包裹体的光性特征初步表明准噶尔盆地西北缘和腹部储集层中普遍接受了至少3期油气充注。此外,对包裹体(通常是与烃类包裹体共生的流体包裹体)进行均一温度测试,再结合埋藏-热史曲线可以确定油气充注时间。首先,在西北缘地区,以风南油田的风南1井和风南2井为例,其二叠系和三叠系储集层样品中包裹体均一温度大致可分别划为3个区间(60～70℃,85～105℃,110～130℃)和2个区间(65～80℃和95～105℃)(见图2a)。结合沉积埋藏史和热史资料,二叠系油藏可能接受了3期油气充注,大致在中晚二叠世、晚三叠世和早白垩世,而三叠系储集层大致在晚三叠世和早白垩世接受油气注入(见图2b)。该结果较好地补充和印证了上述通过储集层自生伊利石K-Ar测年所确定的成藏期次,中晚二叠世确实也曾是本区一次重要的油气成藏期。其次,在腹部陆梁地区,现今发现的油气藏绝大部分赋存于侏罗系及白垩系砂岩储集层中,以石南油田为例,储集层包裹体的均一温度分布较分散(见图3a)。头屯河组(J2t)包裹体均一温度主要为65～80℃,呈单众数分布,西山窑组(J2x)和三工河组(J1s)数据呈多众数分布,温度分布范围宽:西山窑组包裹体均一温度为60～110℃,双众数分布,但主要集中在75～100℃的后主峰上,前一个主峰(65～70℃)丰度低;三工河组也呈双众数分布,前峰为65～80℃,后峰位置分布范围较宽,为85～100℃。包裹体均一温度分布反映了侏罗系储集层中至少记录了两期油气聚集过程。综合埋藏-热史资料(见图3b),侏罗系储集层的第一次成藏时间在早白垩世,第二次成藏作用发生在新近纪以来,该期油气成藏过程持续时间长,导致包裹体均一温度分布范围宽。综上所述,准噶尔盆地玛湖—盆1井西复合含油气系统共有4个大的油气成藏期次,即P2—3、T3、J2—K1和N,这是对前人3个期次成藏(T3、J2—K1和E)的有效补充和完善。中晚二叠世(P2—3)是本区油气成藏的第1个关键时期,兹以一实例对此进行简要说明。在西北缘风南油田,风南1井中二叠统夏子街组(3930m,P2x)发育大量泥砾,笔者曾在其石英颗粒中观测到有机包裹体的存在。泥砾呈浑圆状,无裂隙,说明笔者所观测到的包裹体是早期形成的,并不是后来进入的。换言之,该区的油气或许很早就已经成藏,至少在夏子街组沉积之前就已经有油气充注了。考虑到风城组烃源岩的主要生油期为三叠纪和早中侏罗世,而佳木河组烃源岩的主要生油期从风城组沉积期可以一直延续至三叠纪,因此该期古油气藏很有可能是佳木河组烃源岩早期生成的原油,只是由于成藏时代早,后期构造变动频繁,使得该期油气藏未能保存下来,亦或是深埋于地下深处尚未被发现。泥砾石英颗粒中的包裹体产状也说明了这一点:有机包裹体大多呈破裂状,气相组分泄漏。考虑到3930m之下90m处为中二叠统与下二叠统之间的不整合,所以笔者推断,该期油气是风城组沉积后,构造抬升导致地层风化剥蚀,使得古油气藏遭破坏后进入。由此看来,中晚二叠世应是准噶尔盆地,特别是西北缘克—夏断阶带及斜坡区的第1次大规模油气成藏期。除此之外,本次研究所得出的其他3个油气成藏关键期与前人研究结果基本相同,但稍有差异:三叠纪末,是佳木河组烃源岩大量生气期和风城组烃源岩生油高峰期,也是西北缘主要的油气成藏期;晚侏罗世—早白垩世,是下乌尔禾组烃源岩主要生油期,为陆梁隆起中西部及莫索湾凸起成熟油气主要的成藏期;新近纪(持续至今),是下乌尔禾组烃源岩的生气高峰期,也是陆梁隆起中西部及莫索湾地区高熟油及天然气的主要成藏期。3不同成藏组合油气勘探方向吕修祥等和金之钧等曾基于塔里木盆地多旋回演化的特点,提出过“成藏旋回”的概念,指油气从烃源岩排出、运移、聚集成藏以及在后期各种地质作用影响下已形成的油气藏重新调整或被破坏的全过程,每一旋回对应于盆地持续下沉、生排烃至隆升剥蚀的整个过程。准噶尔盆地油气成藏的最大特点在于断裂对不同层系油气的沟通使得油气混源现象相当普遍,导致现今发现的油藏易见早期降解油与后期未降解油的混合,各层组的油气性质有同有异。换言之,很难用涵盖了一次完整生、运、聚的“成藏旋回”来追踪、描述油气的成藏演化过程及油气分布。因此,笔者采用具有时空含义的“成藏组合”概念描述叠合盆地油气成藏及其时空分布特征。成藏组合划分以油气成藏期次研究为基础,结合垂向封隔层(异常高压层、盖层)分布特征,从垂向上将油气成藏划分成若干区间,每一区间代表着一次成藏过程及其油气分布,以此来反映油气成藏的动态演化及分布。准噶尔盆地早中二叠世为具多个沉积中心的非海相沉积盆地,晚二叠世形成统一的陆相湖盆。中生界以来发生过3次盆地级规模湖侵,从而形成了3套区域性盖层,即上三叠统白碱滩组(T3b)、下侏罗统三工河组上部(J1s1)和下白垩统吐谷鲁群(K1tg)泥岩,此外,古近纪盆地南部还发育了一套封盖条件较好的泥岩。这些盖层在盆地或区带范围内对下伏油气聚集起到了明显的控制作用。勘探实践表明,对于古生界烃源岩生成的油气(以下简称为古源型油气)而言,只要在白碱滩组有效盖层范围内,若无油源断裂沟通,古源型油气严格分布在该套盖层之下,如西北缘玛北油田的下三叠统百口泉组(T1b)和上二叠统上乌尔禾组(P3w)油藏、腹部石西油田石炭系油藏等。从侏罗系聚集的古源型油气来看,在没有油源断裂沟通时,其油气分布同样严格受三工河组上部泥岩和吐谷鲁群泥岩两套区域性盖层控制,如石南油田中侏罗统头屯河组(J2t)和西山窑组(J2x)油藏。据此可将准噶尔盆地玛湖—盆1井西复合含油气系统纵向上划分为4大成藏组合,即C—T3、T3—J1、J2—K1和K—N(见图4)。不同成藏组合在不同区带具有不同的油气勘探意义和价值。①中晚二叠世,石炭系—下二叠统佳木河组烃源岩生成的油气在中二叠统下乌尔禾组泥岩之下聚集;侏罗纪之前,下二叠统风城组排出的油气被上三叠统白碱滩组泥岩封盖,大量原生油藏赋存于石炭系—中三叠统。这两次成藏事件共同属于成藏组合Ⅰ。如西北缘地区勘探实践表明,区内80%的油气都聚集在白碱滩组泥岩之下的C—T2砂砾岩和火山岩储集层中。而在腹部地区,20世纪90年代初中期对深部石炭系—三叠系进行了大量钻探,除了发现石西油田的石炭系潜山工业油藏外,其他地区都因储集层埋深大、储集层物性差而没有获得大的发现。最近10多年来,对于白碱滩组盖层之下的深部储集层油气勘探没有给予足够关注。笔者认为,今后腹部地区在重视成藏组合Ⅱ及成藏组合Ⅲ油气勘探的同时,应适度探索成藏组合Ⅰ,寻找原生油气藏,其往往是盆地中寻找大型油气田的重要目标,但要加强储集层质量评价及有利储集层分布区研究。②晚侏罗世—早白垩世早期,下乌尔禾组烃源岩进入生油高峰,生成的油气在油源断裂输导下,更多地充注于成藏组合Ⅱ,即J1s1泥岩盖层之下的侏罗系储集层中。此外,J3—K1期断裂活动使成藏组合Ⅰ中的油气藏破坏、调整形成了大量次生油气藏或与下乌尔禾组生成的油气混源成藏,使油气分布范围扩大,含油层系增多。如克乌断裂上盘的大量稠油油藏和部分稀油油藏,以及陆梁西部、莫索湾地区侏罗系三工河组中的油气藏。这些混源油气具有典型的分子有机地球化学特征,即在油气饱和烃组分的气相色谱图上可以清晰看到出峰完整的正构烷烃与“UCM(unresolvedcomplexmixture)”峰共存。③白垩纪,下乌尔禾组烃源岩排出的油气在油源断裂输导下,持续向K1tg泥岩盖层之下的K1tg底砾岩以及J2t、J2x的砂岩储集层中充注,形成成藏组合Ⅲ。该成藏组合中的油气与成藏组合Ⅱ中油气的宏观地球化学性质类似,都是残余次生P1f油气+原生成熟P2w油气及P1f高熟油气,但其成藏时间、过程及油气空间分布不尽相同,这也正是笔者将其划分为不同油气成藏组合的原因所在。以石南油气田石南4井区油藏为例对此作一简要说明。石南4井区纵向上由下而上存在J1s22油藏、J1s21气藏和J2t油藏。各油气藏饱和压力与油气藏中部海拔呈负相关,气藏与未饱和油藏纵向并存,说明它们并不是同源同期形成的。油气分析表明,天然气成熟度明显高于原油成熟度,且生烃母质也有所差异。物性分析表明,J1s22及J2t油层孔隙度中值为15%～17%,连通性中等,孔隙直径均值91～102μm,而J1s21气层孔隙度均值为12%,且连通性差,孔隙直径均值为44μm,J2t和J1s22的渗透率均值与J1s21的渗透率均值之比大于100。正因J1s21储集层有较大的排驱压力,使得早期原油运移期未能成藏。在后期天然气运移使J1s21成藏的同时,J2t和J1s22油藏受到了气侵。该成藏实例说明J1s1和K1tg作为不同的油气垂向封隔层,具有不同的封闭能力,使得下伏储集层中的油气具有不同的成藏过程。该认识对于腹部地区的油气勘探有着重要的现实意义:在靠近盆1井西生烃凹陷的周缘地带,油气优先形成成藏组合Ⅱ,如莫索湾、莫北等油气田;而在远离生烃凹陷的聚集带中,油气充注形成成藏组合Ⅲ,如石南油田和陆梁油田。二者具有不同的有利勘探区带。④新生代尤其是新近纪以来昌吉坳陷急剧沉降,下乌尔禾组烃源岩进入高成熟生油气阶段,K1tg盖层异常高压增强,而莫索湾凸起—陆梁隆起不断翘升,异常压力系统被打破,在腹部浅层(T—K)正断层发育部位,异常压力封隔层被突破,油气自下而上在白垩系—新近系中聚集,形成了第Ⅳ个成藏组合,如腹部陆梁油田K1tg中的油气聚集就是个典型实例。此外,盆地