摘 要:準噶爾盆地西北緣天然氣具有多種成因類型,為了明確不同類型天然氣的來源及其成藏規律,結合區域地質背景,運用有機地球化學分析和天然氣藏解剖方法對其進行了研究。結果表明:該區天然氣主要有油型氣和煤型氣兩種端元類型:①油型天然氣為濕氣,類型為氣頂氣,與原油相伴生,并與原油同源(下二疊統風城組烴源巖);②煤型天然氣為干氣,主要來自以腐殖型母質為主的下二疊統佳木河組烴源巖,于古近紀晚期成藏。結論認為,不同類型天然氣的分布具有序列性:①垂向上,中二疊統下烏爾禾組以油型氣為主,佳木河組頂面不整合附近以混合氣為主,佳木河組內幕以煤型氣為主;②平面上,環瑪湖凹陷分布的西北緣油氣運移有利指向區,僅在西段克拉瑪依 中拐地區分布有純天然氣藏,且在遠離氣源灶的方向上,依次分布油型氣、混源氣和煤型氣;③天然氣的有序分布是新近紀氣源灶供氣層位及分布范圍、“斷 蓋”遮擋條件、“斷一面”輸導條件三者耦合的結果。
關鍵詞:準噶爾盆地 西北緣 類型 成因 氣源灶 斷 蓋遮擋條件 輸導體系 油氣差異聚集
Sources and distribution patterns of natural gas of different genetic types at the northwestern margin of the Junggar Basin
Abstract:Various genetic types of natural gas occur at the northwestern margin of the Junggar Basin.In order to make clear the sources and accumulation patterns of natural gas of different genetic types,geochemical analysis and gas reservoir dissection were performed in the context of regional geologic settin9.The following results were obtained.There are mainly two end member types of natural gas in this area,namely oil-type gas and coal-type gas.As wet gas,the oil-type gas occurs in the cap of oil reservoirs.and is associated with crude oil sourced from the Lower Permian Fengcheng Fm.In contrast,the coal type gas is dry gas sourced from the humic source rocks of the Lower Permian Jiamuhe Fm and accumulated in the Late Paleogene.The distribution of different types of natural gas show obvious sequential patterns.Vertically,the Lower Wuerhe Fm of the Middle Permian is dominated by oil-type gas,reservoirs near the unconformity of top Jiamuhe Fm contains mainly mixed type gas,while the reservoirs in the inner part of the Jiamuhe Fm are dominated by coal-type gas.Laterally,in the northwestern margin area around the Mahu Depression which is a favorable target area for hydrocarbons migration,pure natural gas reservoirs only occur in the Zhongguai area of western Karamay,and the oil-type gas,mixed-type gas and coal-type gas are distributed successively in the direction far away from the Neogene hydrocarbon kitchen.The sequential distribution of natural gas is jointly controlled by three factors including gas source distribution,“fault caprock”sealing conditions and“fault surface”migration conditions.
Keywords:Junggar Basin,northwest margin,type,origin,gas kitchen,fault caprock sealing conditions,carrier system,hydrocarbon differential accumulation
準噶爾盆地西北緣是一個油氣資源極為豐富的復式油氣聚集區[1-3],其天然氣資源勘探潛力較大,第三次全國油氣資源評價預測其天然氣總資源量為3307×108m3[4],探明率不足4%,并且集中分布在克拉瑪依—中拐地區。關于該區天然氣的有機地球化學特征、成因類型已有不同程度的探討[5-7]。但是,隨著目前該盆地西北緣油氣勘探的不斷深化,又出現了一系列的地質難題,例如,環瑪湖凹陷分布的西北緣斷裂帶有著相似的油氣運移背景,為何僅在西段克拉瑪依 中拐地區有大量天然氣分布?這些不同成因類型天然氣分布有無規律,又受哪些地質因素的控制?針對這些問題,筆者從天然氣組分特征和碳同位素組成特征的角度,分析了天然氣母質成因類型及運移效應,確定了不同類型天然氣的來源及其成藏時間;從各成藏主控因素綜合分析了不同類型天然氣聚集和分布的有序性,以期為該盆地西北緣天然氣勘探成果的擴大,提供基礎理論依據。
1 區域地質概況
準噶爾盆地的西北緣地區,勘探面積約為1.2×104km2,包括車拐、紅山嘴、白堿灘—百口泉、克拉瑪依、烏爾禾和夏子街等地區(圖1)。
經過40多年的勘探開發,無論是油氣探明儲量還是產量,西北緣都在中國石油新疆油田公司中居首位[8]。有機地球化學研究結果表明,二疊系烴源巖是西北緣地區的主力烴源巖,現已在西北緣發現的油氣大都與二疊系烴源巖密切相關。一般認為,二疊系烴源巖分布在下二疊統佳木河組、風城組以及中二疊統下烏爾禾組。佳木河組烴源巖由于演化程度最高,以生氣為主,對西北緣油氣藏的貢獻較小。
天然氣在平面上主要分布在克拉瑪依—中拐地區,垂向上主要分布在佳木河組及烏爾禾組,呈現“上油下氣”的分布特征,靠近盆地邊緣斷裂的地層上傾方向主要分布石油,而遠離盆地邊緣主斷裂的地層下傾方向則主要分布天然氣。依據氣藏與佳木河組頂部不整合面的位置關系,可進一步將佳木河組氣藏分為不整合型和內幕型兩類。
2 天然氣母質成因類型
2.1 天然氣組分特征
西北緣天然氣組分以烴類氣體為主,具有氣頂氣與氣藏氣兩種類型。其中,氣頂氣主要分布在克拉瑪依五、八開發區,甲烷含量(體積分數,下同)主要分布為73.64%~85.81%,為濕氣;氣藏氣主要分布在中拐凸起,甲烷含量為91.52%~95.75%,為干氣。非烴組分中主要為N2,平均含量為2.10%;CO2平均含量僅為0.16%。從天然氣的分布特征來看,濕氣主要分布在佳木河組頂面不整合附近,干氣分布較為廣泛,既有不整合型又有內幕型分布。
2.2 天然氣碳同位素組成特征
天然氣碳同位素組成特征分析結果表明,該區天然氣類型主要有油型氣和煤型氣兩種,并有不同程度的混合。油型氣與煤型氣的乙烷碳同位素組成分布均較為集中,煤型氣的乙烷碳同位素值主要介于-27.49‰~-25.81‰。甲烷碳同位素值則有較火的變化范圍,油型氣主要介于-48.92‰~-34.26‰,煤型氣主要介于-46.46‰~-29.60‰,前者總體偏輕,后者總體偏重。從兩類天然氣的分布特征來看,煤型天然氣主要分布在佳木河組內部遠離其頂部不整合面,即內幕型天然氣;在不整合面附近則分布油型或混合型天然氣,即不整合面型天然氣。
除主要的類型劃分參數乙烷和丙烷碳同位素值外[9-10],其他參數也能較好地區分油型氣與煤型氣。油型氣甲烷碳同位素組成較輕,C1/(C2+C3)較低,說明濕度大;煤型氣甲烷碳同位素組成較重,C1/(C2+C3)總體偏高,均高于油型氣,說明煤型氣濕度小。在甲烷與乙烷相對含量關系中,油型氣的甲烷含量高,乙烷含量低,煤型氣則相反。
此外,從油型氣乙烷碳同位素值與乙烷含量關系來看,部分井天然氣的乙烷碳同位素組成偏重,應該存在煤型氣的混入。這些井均位于風城組尖滅線以外,腐殖型母質為主的佳木河組烴源巖和腐泥型母質為主的風城組烴源巖都可以向其供給油氣[11]。所以,從地質條件來說,兩種不同類型天然氣的混合是合理的。
綜上所述,克拉瑪依五、八開發區天然氣主要為濕氣,類型為氣頂氣,主要賦存于不整合面附近,成因類型以油型氣為主,個別樣品屬于煤型氣或混合氣;中拐區天然氣主要為干氣,類型為氣藏氣,主要賦存于佳木河組內部,即內幕型天然氣,成因類型為煤型氣。
2.3 天然氣來源
下二疊統佳木河組烴源巖沉積上受火山作用的影響明顯,以凝灰質泥巖為主,有機質豐度整體偏低,有機碳含量為0.08%~2.00%,平均值為0.55%,氯仿瀝青“A”含量介于0.0014%~0.0696%,平均值為0.0088%,總烴含量介于0.89~51.8mg/g,S1+S2含量介于0.05~0.25mg/g。
佳木河組干酪根碳同位素值很重,581井、514井和594井9個樣品干酪根的碳同位素值為-21.96‰~-20.29‰,有機質類型以腐殖型干酪根為主。這套烴源巖成熟度較高,鏡質體反射率為1.38%~1.90%,綜合評價為高成熟的較差氣源巖。依據沉積古地理推測在凹陷中泥巖的有機碳含量應該更高。因此,佳木河組應該是一套(且是研究區內唯一一套)具有一定有機質豐度、演化程度較高、具有生氣能力的烴源巖。加之煤型氣與其碳同位素值相近,并且同一來源天然氣的順層運移會造成碳同位素分餾,以煤型氣為主的天然氣甲烷碳同位素值在該區區域性斜坡的背景上,呈現出自佳木河組氣源中心向氣藏方向逐漸變輕的趨勢(圖2),指示了天然氣白東向西的運移方向。油型氣來源已有大量研究[12],皆表明其與原油同源,主要來自于風城組烴源巖。
3 天然氣的分布規律及其主控因素
3.1 天然氣的分布規律
3.1.1平面分布規律
不同類型天然氣的分布特征是其來源的重要反映,從平面分布來看,各類天然氣呈條帶狀分布(圖2)。風城組尖滅線以內,主要分布油型氣,尖滅線以外較近的區域主要分布混源氣,尖滅線以外較遠的區域則主要分布煤型氣。
3.1.2垂向分布規律
垂向自上而下,上烏爾禾組分布范圍最廣,底部為一套重要的不整合面,其賦存的天然氣成因類型多樣。其中,克拉瑪依五、八區主要分布油型氣,中拐區則以煤型氣及混源氣為主。下烏爾禾組分布范圍小于下伏風城組,受風城組的封隔,僅能接受來自于風城組烴源巖的油型氣。佳木河組主要為內幕型煤型氣聚集,其平面分布范圍比風城組大,且佳木河組頂部為一套不整合面,風城組生成的油型氣也可沿不整合面運移進入佳木河組形成}昆源氣,構成了其以煤型氣為主、少量混源氣的天然氣成因格局。
3.2 主控因素
3.2.1氣源灶控制了天然氣的集中分布
佳木河組氣源灶的演化歷史模擬結果表明,佳木河組氣源灶在風城末期即開始出現,但此時范圍較小,主要分布在瑪湖凹陷的西北斜坡部位;隨著地質時間的推移,氣源灶的范圍不斷擴大,位置也由瑪湖凹陷的中心向東南方向遷移。二疊紀末期,氣源灶范圍達到最大,之后由于部分地區烴源巖過成熟不再產氣而氣源灶范圍開始縮小。到現今,氣源灶的范圍主要分布在中拐區(圖3)。根據煤型氣(克82井)碳同位素值計算出天然氣R。值(R。=2.17%),與佳木河組下亞段烴源巖演化史對比分析發現,天然氣應當是古近紀一現今的產物[13]。目前發現的煤型氣藏也主要分布在西北緣的中拐區[14-17],說明新近紀氣源灶控制了煤型氣藏的集中分布[18]。
風城組烴源灶是該區油型氣的主要來源,該烴源灶形成于風城組沉積末期,但當時有效生烴范圍較小,主要分布在瑪湖凹陷中心部位,且以生油為主(圖4)。
隨著地質時間的推移,烴源灶范圍不斷擴大,中心位置也逐漸由油源灶向氣源灶轉化。至今,大部分地區仍在供烴,靠近凹陷邊緣位置的烴源灶以生油為主,靠近凹陷中心位置的烴源灶以生氣為主,凹陷中心由于演化程度過高而不再生成油氣。這樣的烴源灶分布形成了油型氣與原油相伴生、油氣圍繞風城組尖滅線環帶狀分布的特征。
3.2.2“斷一蓋”遮擋控制了油氣的差異聚集
斷層是形成二疊系圈閉的重要封閉條件,克百地區斷層遮擋具有以下特征:①斷層較為古老,二疊紀后未活動,剖面上表現為未錯斷上烏爾禾組蓋層;②延伸較長,斷距較大的斷層控制了主要油氣藏的形成;③呈弧形彎鹽的斷層易形成有效的圈閉和油氣藏。統計結果表明(圖5),當前三疊系斷層斷距大于單砂層厚度時[19],利于形成上傾方向遮擋,如581井北斷裂、56l井北斷裂、克007井北斷裂、克80井西斷裂等,而當斷層斷距小于單砂層厚度時,不利于形成上傾方向遮擋。
該區主要發育烏爾禾組頂部、風城組、佳木河組頂部3套蓋層。其中,烏爾禾組頂部蓋層為湖相暗色泥巖沉積,是該區最為重要的區域性蓋層,厚度為20~80m,受其對油氣的分隔作用形成了該區“上油下氣”的特征;風城組蓋層對應于二疊紀最大湖侵期沉積的泥巖,厚度可達200m;佳木河組頂部蓋層為風化黏土層,厚度介于10~20m,對聚集于佳木河組內幕的煤型氣起封蓋作用。蓋層的宏觀封閉性主要取決于蓋層厚度[20],天然氣藏與油藏的統計結果表明,該區天然氣對蓋層厚度要求更為苛刻,在蓋層厚度小于10m的條件仍有油藏形成,卻無法形成天然氣藏,最終形成了油氣平面分布的差異性。
3.2.3“斷—面”輸導體系控制了不同成因天然氣的分布序列
在區域向東傾斜的背景下,佳木河組頂部不整合面之下的風化黏土層構成了有效封閉,其下的半風化巖石是二疊系油氣重要的側向運移通道。統計結果表明,距離不整合面越近,儲集層物性越好,有油氣顯示的層數越多。風城組生成的油型氣一方面受自身烴源巖的封隔作用,另外一方面由于烴源巖的演化階段未完全進入生氣階段,使得油型氣主要分布在風城組尖滅線以內。而佳木河組氣源巖生成的煤型氣大量沿著這套半風化巖石發生長距離的側向運移(圖6),大范圍分布在斜坡外緣。煤型氣與油型氣之間則分布了混源氣。輸導斷層相比遮擋型斷層,其發育規模更大,歷史上經歷了多期活動,垂向上斷穿至白堊系,平面上主要分布于西北緣斜坡外環的克拉瑪依一烏夏斷裂、紅山嘴斷裂等,主要對早期生成并運移至此的原油及油型氣起到縱向調節作用[21]。
綜上所述,供氣層位及分布范圍、“斷一蓋”遮擋條件及“斷一面”輸導條件的配置關系,構成』,西北緣克拉瑪依—中拐區不同類型天然氣有序分布的格局(圖6):靠近凹陷一側的佳木河組上部與油型氣源灶對接形成油型氣藏,下部則接收了來自凹陷中心的煤型氣;
由于斷裂與不整合面對天然氣垂向的調整作用,在風城組尖滅線附近形成了混合氣藏;佳木河組內幕的煤型氣則順著該組頂部的不整合面發生較長距離的側向運移。
4 結論
1)準噶爾盆地西北緣五八區天然氣主要為濕氣,類型為氣頂氣,主要賦存于烏爾禾組頂部不整合而附近,成因類型以油型氣為主,個別樣品屬于煤型氣或混合型天然氣,成藏期次與成藏過程與風城組烴源巖生成的原油一致。
2)中拐區天然氣主要為干氣,類型為氣藏氣,主要賦存于佳木河組內部,成因類型為煤型氣。該類天然氣成藏時間較晚,為古近紀至今,平面分布主要受控于佳木河組新近紀氣源灶。
3)不同成因類型天然氣的有序分布受控于供氣層位及分布范圍、“斷一蓋”遮擋條件及“斷一面”輸導條件三者的耦合關系。
參考文獻
[1]王惠民,吳華,靳濤,等.準噶爾盆地西北緣油氣富集規律[J].新疆地質,2005,23(3):278-282.
WANG Huimin,WU Hua,JIN Tao,et al.Rule of hydro carbons accumulation in the northwest edge of Junggar Basin[J].Xinjiang Geology,2005,23(3):278-282.
[2]柳波,劉定勇,郭天旭,等.準噶爾盆地西北緣烴源灶遷移演化及其對油氣藏的定位作用[J].石油實驗地質,2013,35(6):621-625.
LIU Bo LIU Dingyong,GUO Tianxu,et al.Oil accumulation related to migration of source kitchens in northwestern margin struerural belt,Junggar Basin[J].Petroleum Geology&Experiment,2013,35(6):621-625.
[3]石昕,張立平,何登發,等.準噶爾盆地西北緣油氣成藏模式分析[J].天然氣地球科學,2005,16(4):460-463.
SHI Xin,ZHANG Liping,HE Dengfa,et al.The reservoir formation model in the northwestern margin of Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2005,16(4):460-463.
[4]潘建國,郝芳,譚開俊,等.準噶爾盆地西北緣天然氣特征及成藏規律[J].石油與天然氣學報,2007,29(2):20-23.
PAN Jianguo,HAO Fang,TAN Kaijun,et al.Characteristics of natural gas and rules of hydrocarbon accumulation in the northwest margin of Junggar Basin[J].Journal of Oil and Gas Technology,2007,29(2):20-23.
[5]王嶼濤.準噶爾盆地西北緣天然氣成因類型及分布規律[J].石油與天然氣地質,l994,15(2):133-140.
WANG Yutao.Genetic types and distribution regularity of natural gas in northwest margin of Junggar BasinEJ].Oil&Gas Geology,1994,15(2):133-140.
[6]楊海風,柳廣弟,雷德文,等.準噶爾盆地西北緣中拐、五、八開發區佳木河組天然氣與石油成藏差異性研究[J].高校地質學報,2008,14(2):262-268.
YANG Haifeng,LIU Guangdi,LEI Dewen,et al.Differences between oil and gas accumulations in Zhongguai,5th &8th Districts of Karamay Oil Field.northwestern margin
of Junggar Basin[J].Geological Journal of China Universities,2008,14(2):262-268.
[7]陶困亮,胡文璃,張義杰,等.準噶爾盆地西北緣北西向橫斷裂與油氣成藏[J].石油學報,2006,27(7):23-28.
TAO Guoliang,HU Wenxuan,ZHANG Yijie,et al.NW-trending transverse faults and hydrocarbon accumulation in the northwestern margin of Junggar Basln[J].Acta Petrolei Sinica,2006,27(7):23-28.
[8]魏國齊,張春林,張福東,等.中國大氣田勘探領域與前景[J].天然氣工業,2013,33(1):25-34.
WEI Guoqi,ZHANG Chunlin,ZHANG-Fudong,et al.Exploration domain and prospect of giant gas fields in China[J].Natural Gas Industry,2013,33(1):25-34.
[9]鄭平,施雨華,鄒春艷,等.高石梯磨溪地區燈影組、龍王廟組天然氣氣源分析[J].天然氣工業,2014,34(3):50-54.
ZHENG Ping,SHI Yuhua,ZOU Chunyan,et al.Natural gas sources in the Dengying and Longwangrniao Fins in the Gaoshiti-Maoxi area,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2014,34(3):50-54.
[10]魏國齊,謝增業,白貴林,等.四川盆地震旦系下古生界天然氣地球化學特征及成因判識[J].天然氣工業,2014,34(3):44-49.
WEI Guoqi,XIE Zengye,BAI Guilin,et al.Organic geochemical characteristics arid origin of natural gas in the Sinian-Lower Paleozoic reservoirs,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2014,34(3):44-49.
[11]楊海風,柳廣弟,楊海波,等.準噶爾盆地中拐五、八區天然氣地球化學特征及分布規律[J].天然氣工業,2010,30(8):13-16.
YANG Haifeng,LIU Guangdi,YANG Haibo,el al.Geochemical behaviors and distribution of natural gas in Zhongguai 5 and 8 blocks on the J unggar Basin[J].Natural Gas Industry,2010,30(8):13-16.
[12]辛也,王偉鋒,吳孔友.準噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶油氣成藏組合特征[J].中國石油大學學報:自然科學版,2011,35(2):32-38.
XIN Ye.WANG Weifeng,WU Kongyou.Oil gas plays characteristics analysis of Wu Xia Fault Belt,the north-western margin in Junggar Bain[J].Journal of China University of Petroleum:Natural Science Edition,2011,35(2):32-38.
[13]李偉,朱智鵬,張海杰.中西部含油氣盆地喜山期強烈隆升剝蝕與大氣田的成藏效應[J].天然氣工業,2012,32(8):48-55.
LI Wei,ZHU Zhipeng,ZHANG Haijie.Relationship be tween strong uplifting and denudation during the Himala yan epoch and hydrocarbon accumulation effects of large gas fields in the central-western petroliferous basins of China[J].Natural Gas Industry,2012,32(8):48-55.
[14]張枝煥,秦黎明,李偉,等.準噶爾盆地腹部車莫古隆起南北兩側含油構造油源及烴源灶轉移[J].中國地質,2009,36(4):826-836.
ZHANG Zhihuan,QIN Liming,LI Wei,et al.The distribution of oil sources and the transforn,ation of hydrocarbon kitchens in oil-bearing structural belts on northern and southern sides of the Chemo plaeo-uplift within central Junggar Basin[J].Geology in China.2009,36(4):826-836.
[15]馬劍,黃志龍,張越遷,等.準噶爾盆地西北緣紅旗壩地區油氣成藏條件[J].新疆石油地質,2012,33(I):58-60.
MA Jian,HUANG Zhilong,ZHANG Yueqian,et al.Hydrocarbon accumulation conditions in Hongqiba Area in northwestern margin of Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2012,33(1):58-60.
[16]逯曉喻,黃志龍,張美艷,等.準噶爾盆地西北緣紅旗壩地區烴源巖特征與油源分析[J].高校地質學報,2012,l8(2):350-357.
Lu Xiaoyu,HUANG Zhilong,ZI IANG Meiyan,et al.Source rock characteristics and oil source correlation in the Hongqiba Area,Northwestern Junggar Basin[J].Geological Journal of China Universities,2012,l8(2):350-357.
[17]陳新發,靳軍,楊海波.準噶爾盆地中拐凸起上二疊統佳木河組氣藏地質特征[J].天然氣工業,2010,30(9):19-21.
CHEN Xinfa,JIN Jun,YANG ftaibo.Geological characteristics of gas reservoirs in the Upper Permian Jiamuhe Formation in Zhongguai Salient,Junggar Basin[J].Natural Gas Industry,2010,30(9):19-21.
[18]DEMING D,CHAPMAN D S.Thermal histories and hydrocarbon generation:Example from Utah-Wyoming thrust belt[J].AAPG Bulletin,l989,73(12):1455-1471.
[19]魯新川,孔玉華,常娟,等.準噶爾盆地西北緣克百地區二疊系風城組砂礫巖儲層特征及主控因素分析[J].天然氣地球科學,2012,23(3):474-481.
LU Xinchuan,KONG Yuhua,CHANG Juan,et al.Characteristics and main controlling factors of sand-gravel stone reservoir of Permian Fengcheng Formation in Kebai area,Northwest Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2012,23(3):474-481.
[20]付廣,楊敬博.斷蓋配置列沿斷裂運移油氣的封閉作用——以南堡凹陷中淺層為例[J].地球科學:中國地質大學學報,2013,38(4):783-791.
FU Guang,YANG Jingbo.Sealing of matching between fault and caprock to oil gas migration along faults:An example from middle and shallow strata in Nanpu Depression[J].Earth Science Geosciences,2013,38(4):
[21]高崗,王緒龍,柳廣弟,等.準噶爾盆地西北緣克百地區天然氣成因與潛力分析[J].高校地質學報,2012,l8(2):307-317.
GAO Gang,WANG Xulong,LIU Guangdi,et al.Analyses of the genesis and potential of natural gas in Kebai Area of northwest margin,Junggar Basin[J].Geological Journal of China Universities.2012.18(2):307-317.
本文作者:柳波 賀波 黃志龍 張越遷 殷忠樸 郭天旭 吳凡
作者單位:“非常規油氣成藏與開發”省部共建國家重點實驗室培育基地·東北石油大學
黑龍江省高等學校科技創新團隊“斷裂變形、封閉性及與流體運移”
中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室
中國石油新疆油田公司勘探開發研究院
中國石油大慶油田有限責任公司第一采油廠
您可以選擇一種方式贊助本站
支付寶轉賬贊助
微信轉賬贊助