岩石学报  2013, Vol. 29 Issue (9): 3251-3262   PDF    
物理调整油气藏的类型与成藏机制研究——运用三维荧光定量研究塔里木盆地轮南三叠系油气藏调整机制
苏劲1, 朱光有1, 杨海军2, 党雪维3, 王宇1, 张保涛4, 刘星旺4     
1. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083;
2. 中国石油塔里木油田勘探开发研究院,库尔勒 841000;
3. 中国地质大学, 武汉 430074;
4. 中国地质大学,北京 100083
摘要: 轮南隆起是塔里木盆地海相油气最为富集的复式含油气区,从奥陶系到白垩系均发现工业油气流,均来源于中-上奥陶统海相烃源岩。中生界砂岩是海相油气成藏系统的“末端”,目前发现的油气均来自奥陶系油气藏的调整。其中,轮南地区三叠系油气藏油气性质复杂、相态多样,不同地区的油气调整期次和成藏过程均不一致。激光诱导三维荧光定量分析技术也可以分析古油水界面变化,在确定古油柱高度,反映油气水变迁等方面发挥重要作用。根据三维荧光定量研究,划分出垂向调整、侧向运移和油气混合三种调整类型:轮南断垒带三叠系仅发生一期油气充注,奥陶系油气发生垂向调整聚集成藏;中部平台区喜马拉雅山期三叠系地层发生翘倾,油气主要通过不整合发生侧向运移调整;晚期的构造运动不仅是油气调整的动力机制,而且构造高部位是早期油气调整和后期油气汇聚的有利区域。根据三种油气调整成藏模式的油气地质特征分析认为,垂向调整油气藏分布范围受断层断开层位和组合形式限制;侧向运移的油气沿不整合面和层状砂体调整距离较远,分布范围较广,在局部岩性或构造圈闭聚集成藏,但油气丰度较低;油气混合型调整油气藏形成于多期构造作用的叠加区,现今构造高部位有利于多期油气汇聚,形成油气性质复杂、相态多样的油气藏。
关键词: 物理调整油气藏     三维荧光定量     调整机制     轮南地区三叠系     塔里木盆地    
The research of types and formation mechanism of physical adjustment reservoirs: Applying the three-dimensional fluorescence quantitative to study on the adjustment mechanism of Triassic oil and gas reservoirs in the Lunnan area, Tarim Basin
SU Jin1, ZHU GuangYou1, YANG HaiJun2, DANG XueWei3, WANG Yu1, ZHANG BaoTao4, LIU XingWang4     
1. Research Institution of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China;
2. Research Institution of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oilfield, Kolar 841000, China;
3. China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
4. China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: Lunnan uplift is the most enriched area of marine petroleum in the Tarim Basin. The commercial oil and gas flow has been found from the Ordovician to the Cretaceous, all of that is derived from the marine source rock of Middle-Upper Ordovician. Mesozoic sandstone is the end of petroleum system in the marine hydrocarbons accumulation, the oil and gas found in which are from the adjustment of the oil and gas reservoirs in the Ordovician. Among them, the Triassic oil and gas reservoir in Lunnan area of oil and gas properties, phase diversity, different regions of the pool-forming time differences, description of oil and gas accumulation process inconsistency adjustment. Laser induced fluorescence quantitative analysis technology can analysis the oil-water interface changes, in determining the oil column height, oil water gas shift reflects aspects play an important role in. Through the analysis of three types of oil and gas of the adjustment model for main migration channel, vertical adjustment of oil and gas reservoir distribution is controlled by fault disconnection position and form restrictions; lateral migration of oil and gas along unconformity surface and layered sand body adjustment distance, wide distribution, lithologic traps in local or accumulation, but oil and gas abundance is low; oil and gas mixed adjustment of oil and gas reservoir formation in multi-episodic tectonic superposition area, high position in favor of multi stage oil gas pool formation, oil and gas properties, phase diversity of complex oil and gas reservoir. The late tectonic activity is not only oil and gas adjustment main reservoir-forming period and the main driving mechanism, but also caused the maturation of organic matter, the high point of the structure is the early oil and gas adjustment and late hydrocarbon accumulation and favorable areas, forming oil and gas mixed adjustment of oil and gas reservoirs, and a common vertical adjustment and the lateral migration a three major oil and gas reservoir forming pattern adjustment.
Key words: Physical adjustment of petroleum reservoirs     Three-dimensional fluorescence quantitative     Adjustment mechanism     Triassic in Lunnan area     Tarim Basin    

调整型油气藏是整个油气成藏“链条”的末端,具有成藏时间晚、保存概率高的特点,是最现实的勘探领域,逐渐受到石油地质学界的关注。中国含油气盆地大都经历多旋回构造演化(何登发等, 2005; Zhu et al., 2013a),发育多套含油气系统垂向叠置或横向连片(Zhu et al., 2011),受控于多套烃源岩分阶段成熟,多期次油气充注(杨海军等, 2007; 朱光有等, 2010),多类型的成藏条件演化使得油气藏普遍存在调整分配现象。在经历多期构造运动的油气藏中,油气和储层沥青均经历了多期的油气混合、改造和破坏作用(Horstad et al., 1997; Masterson et al., 2001; Zhu et al., 2012a, 2013c),给重构油气二次运移和调整的历史造成难度大、影响因素众多。然而,油气藏的地球化学特征、流体包裹体以及储层沥青是记录油气运移期次、油气地球化学特征和油水界面变迁的最直接的证据(England, 1994; Mango et al., 1997; Odden et al., 1998),是研究油气藏调整改造作用最直接的对象。利用定性和定量测试技术,分析储层中不同类型和赋存状态的油气物理化学性质等参数,结合构造活动期次、地层展布以及沉积埋藏史等地质研究,表征油气藏中流体的富集关系,识别油气调整途径,重构调整型油气藏的成藏过程,分析油气再富集的主控因素,这对于从整体上科学认识油气成藏过程,明确油气调整途径和方向对于油气勘探具有十分重要的科学价值和现实意义。

塔里木盆地是典型的复合型克拉通盆地,经历了多旋回构造演化,发育多套含油气系统垂向叠置或横向连片,受控于多套烃源岩分阶段成熟(王飞宇等, 2001;王铁冠等, 2004),多期次油气充注,多类型的成藏条件演化使得油气藏普遍存在调整再分配现象。塔北隆起是塔里木盆地海相油气最为富集的复式含油气区(李素梅等, 2004; 赵靖舟等, 2004; 朱光有等, 2012a, b ),从奥陶系到白垩系均发现工业油气流,均来源于中-上奥陶统海相烃源岩(张水昌等, 2002; 杨杰等, 2003; 史鸿祥等, 2005),中生界砂岩是海相油气成藏系统的末端。其中三叠系为中生界主要含油层系,油藏主要分布在两条E-W向断垒带,以及与下覆奥陶系不整合接触的石炭系“天窗区”,凝析气藏分布在喜山运动形成的N-S向雁列式右行走滑断裂以东的吉拉克背斜中(图 1),造就了多种调整型油气藏发育的地质背景。然而,有关三叠系油气藏的研究热点和难点有三方面:1)油气的调整时间不统一,有快有慢,有早有晚,造成油气成藏期次的认识纷杂;2)油气再聚集分配不均一,三叠系的中油组比上下两个油组的原油密度明显要轻,形成这种油质变化的机理尚不明确;3)油气藏类型复杂多样,构造与岩性圈闭并存、油藏与凝析气藏共生,油气调整途径和成藏过程也无定论(Zhu et al., 2013b)。针对三叠系油气藏的次生调整特征,详细分析油气调整机理,通过划分成藏类型建立调整型油气藏的形成模式,有助于丰富复式油气成藏理论,更为有效地预测油气调整的分布范围和勘探区域。

图 1 轮南地区三叠系顶面构造与油气藏分布图 Fig. 1 The top structure and petroleum distribution of the Triassic in Lunnan area
1 三叠系油气藏的地质特征 1.1 油气藏类型特点

塔北三叠系油气藏位于塔里木盆地轮南低凸起中南部(图 1)。印支期,南天山陆内造山带再生形成巨量构造挠曲负载,使塔里木北部地层发生翘倾变形,形成库车前陆盆地和轮南前缘隆起带(安海亭等, 2009)。台盆内三叠系以陆湖盆沉积为主,属前陆盆地系统的前隆斜坡带,发育辫状河-三角洲、浅湖-半深湖和湖底扇沉积体系(张纪易, 1992),沉积了深灰、灰黑色泥岩夹粉-细砂岩岩性组合,形成T3h1、T3k2和T2k1三套油组(顾家裕和何斌, 1994; 庞蚊等, 2007),与下伏石炭系、奥陶系呈区域不整合接触。燕山期,伴随南部昆仑造山带挤压作用的传递,塔北三叠系北高南低的原始产状开始向北低南高的格局转化。喜马拉雅期,印度陆块向北发生陆-陆碰撞,造成最为强烈的挤压作用,最终造成塔北地区三叠系由初始的区域南倾转变为区域北倾(贾承造等, 2007; 张水昌和朱光有, 2007)。这种构造枢纽带的地质运动对古生界油气藏调整和三叠系油气藏的再聚集均产生重要影响,特别是奥陶系地层先前聚集的油气将沿着油气源断裂向上运移,形成次生油气藏(朱光有等, 2007; Zhu et al., 2013d)。

目前,塔里木盆地轮南地区三叠系所发现的原油储量为6324万吨,天然气为198.07亿方,是塔里木台盆区唯一的三叠系油气藏富集带,研究其成藏机理的科学意义和实践价值不言而喻。轮南地区三叠系油气分布泾渭分明,以解放区-吉拉克地区雁列式右行走滑断裂为界,西边发育油藏;东边发育凝析气藏。从轮南地区三叠系顶面构造与油气分布关系图中可以看出(图 1),现今三叠系地层向西北方向倾斜,吉拉克地区为构造高点,发育吉拉克和吉南4两个构造-岩性凝析气藏,探明天然气储量分别为127.1×108m3和27.8×108m3。西部油藏主要发育在断裂带和地层尖灭线附近,呈现出分散聚集、局部富集的特点,大体可划分为轮南-桑塔木断垒带和解放渠断裂-岩性油藏,以及石炭系天窗区岩性-地层油气藏(图 2),探明原油储量分别为4723×104t、180×104t和1491×104t。轮南三叠系油气藏类型的多样性(Zhu et al., 2013d),暗示了油气运移与聚集机理的差异性,乃至成藏过程的复杂性。

图 2 轮南地区三叠系油气藏多样性对比图 Fig. 2 The diversity comparison of reservoirs in the Triassic of Lunnan area
1.2 油气的物理化学性质

轮南三叠系原油密度复杂多样,分布范围在0.75~0.93g/cm3之间,凝析油和重质油并存 (表 1)。吉拉克地区主要为凝析气藏,所以原油密度大部分都分布在小于0.80g/cm3区间,以产凝析油为主,只有少量的正常油以底油环的形式保存在凝析气藏底部;解放渠东的原油密度主体分布在0.75~0.89g/cm3之间,主要为正常原油,存在个别轻质的凝析油;轮南断垒带地区原油密度分布在0.85~0.93g/cm3之间,密度分布范围较广,凝析油和重质油都有产出;中部平台和桑塔木断垒带全部为正常原油,密度分布区间为0.84~0.89g/cm3。整体而言,轮南地区吉拉克地区的原油密度最轻,解放渠东、桑塔木断垒带和中部平台次之,轮南断垒带最重。

表 1 轮南地区三叠系不同地区油气的物理性质和组成数据 Table 1 The physical properties and composition of the Triassic oil and gas in different regions of Lunnan area

轮南地区三叠系天然气干燥系数整体以湿气为主,只有局部地区出现干气。吉拉克、解放渠以及桑塔木地区天然气干燥系数主体分布在0.90~0.96之间,主体为湿气,相比之下,中部平台和轮南断垒带地区更低,天然气干燥系数均小于0.93,与吉拉克、解放渠东和桑塔木的天然气成熟度相比偏低(表 1)。

轮南地区三叠系原油密度与胶质沥青质含量具有良好的正相关关系(图 3),原油中胶质和沥青质的相对含量主要是受生物降解和后期天然气混合作用的影响,前者主要消耗原油中的饱和烃,同时造成原油密度的升高,后者则会降低胶质沥青质相对含量。轮南油气性质整体上存在从东南到西北逐渐升高的趋势,在中间的解放渠东和桑塔木断垒带,原油密度和与胶质沥青质含量均呈现突变现象,比如解放100井三叠系下油组为凝析油,上油组为中质油,桑塔木轮南22和解放124则发育稠油,并且轻质原油的GOR大多超过1800m3/m3,而重质稠油的GOR均小于500m3/m3(图 3)。

图 3 不同地区原油密度与胶质沥青质含量和GOR的关系图 Fig. 3 The relationship of crude oil density between asphaltene contents and GOR in the different regions

虽然轮南地区三叠系油气藏的油气物理性质存在明显差异,但是通过详细地对比原油分子生物标记化合物的组成和含量特征发现,不同区块、不同油气藏类型的原油均表现出中-上奥陶统生油岩的十分相似生物标记化合物特征(Hanson et al., 2000; Zhang et al., 2000; Zhang and Huang, 2005),与轮南地区奥陶系的原油的来源一致(图 4),因此三叠系油气物化性质的多样主要受控于复杂的成藏过程。

图 4 不同地区原油中芳烃组分中m/z231, 245的质量色谱对比图 1: C2620S三芳甾烷;2: C2620R+C2720S三芳甾烷;3: C2920S三芳甾烷;4: C2720S三芳甾烷;5: C2820S三芳甾烷;6: 3-甲基三芳甾烷(C27);7: 4-甲基三芳甾烷(C27);8:3, 24-二甲基三芳甾烷(C29);9:4-甲基-24-乙基三芳甾烷(C29);10:3-甲基-24-乙基三芳甾烷(C29);﹡:未识别 Fig. 4 The comparison of the m/z231, 245 chromatographic chart in the aromatic components of different oils 1: C2620S triaromatic sterane(TAS);2: C2620R+C2720S TAS;3: C2920S TAS;4: C2720S TAS;5: C2820 TAS;6: 3-methyl- C27 TAS ;7: 4- methyl- C27 TAS;8: 3, 24-dimethyl-C28 TAS;9: 4- methyl-24- ethyl-C29 TAS;10:3- methyl-24-ethyl- C29 TAS;﹡:unrecognized
1.3 油气成藏期次的差异性

自生伊利石测年能够用来确定油气成藏期,影响因素主要有温度和介质条件两方面(邱华宁和彭良, 1997; Hamilton et al., 1992; 王飞宇等, 1997, 2002; 周凤英等, 2001; Zhu et al., 2012b),轮南三叠系自沉积以来持续埋深,并未经历抬升过程,不会造成自生伊利石停止生长,因此自生伊利石K-Ar测年能够代表油气充注的时间。根据岩心样品自生伊利石的K-Ar同位素年龄测定结果,三叠系油气充注主要发生在燕山期到喜马拉雅山期(Zhu et al., 2013d)(表 2),晚于目前公认的奥陶系烃源岩主要生烃期——晚海西期。因此三叠系油气藏主要是奥陶系油气后期调整聚集形成的,并且不同构造带表现出不同的成藏年龄。桑塔木断垒的轮南44井和吉拉克的轮南57井三叠系油气充注主要发生在喜马拉雅山期,而轮南断垒的26轮南井油气充注主要发生在燕山期,由此可以看出轮南地区三叠系不同油气藏成藏期次的差异性,进而说明油气成藏过程也不一致。

表 2 轮南地区三叠系调整型油藏储层自生伊利石K-Ar同位素测年表 Table 2 The K-Ar isotopic of authigenic illite in the Triassic adjustment reservoirs in the Lunnan area
2 颗粒荧光定量方法

目前,油气藏储层中可动烃、吸附烃、流体包裹体以及储层沥青是反映油气运移期次、油气性质变化和油水界面变迁的最直接的证据,是研究原生油藏调整作用最直接的对象。Karlsen et al.(1993) 通过分析油、气包裹体与现今原油之间分子地球化学参数的差异,反映了挪威北海油田古、今油源的不同。潘长春等(2000) 利用连续抽提的方法,对比研究现今油藏和古油藏的有机质地球化学特征,重构出库车凹陷多期油气的充注过程。Liu and Peter(2005) 利用颗粒荧光定量评价储层中含油包裹体丰度(GOI, Gains Containing Oil Inclusions)表征储层中油水界面的变化。

但是这些方法当中均使用了不同极性的溶剂提取游离烃和束缚烃,本次研究使用相同溶剂,采用物理方法消除极性对于划分古今油气藏的干扰。首先,确定储层颗粒的粒级范围,人工破碎后筛分出粒径适中的样品,对于储层质量差的样品需要进行样品挑选。取3g筛选好的砂粒样品,经过DCM(Dichloromethane,二氯甲烷)搅拌浸泡抽提,去除有机污染物,50℃以下烘干后使用H2O2(w=10%)浸泡1h,氧化活性有机质并去除附着在石英颗粒表面的粘土,再使用HCl(w=3.6%)去除碳酸盐矿物和产生荧光的包壳。经去离子水清洗后的颗粒转移到无荧光的烧杯中,用20mlDCM超声抽提代表现今油藏残留的可动油(QGF-O),确保抽提后的颗粒仅在包裹体中包含有机质(QGF-A)。抽提液在短波长254nm的激光下产生荧光,通过对比发射出的300nm到600nm荧光强度谱、最大发射荧光波长λmax和强度Imax、Δλ(1/2Imax之间波长范围)等参数发现,含水砂岩的Imax小于4pc,荧光波谱平缓;含凝析气砂岩的λmax=360nm,Δλ为320~460nm,颗粒荧光指数>10;含油包裹体的荧光λmax在375nm附近,Δλ在345nm到445nm之间,当包裹体丰度GOI>5%时,Imax大于10pc,两者呈现线性正相关的变化关系。

3 油气调整机理讨论 3.1 构造活动期次与油气调整的动力机制

轮南地区三叠系共发育四期主要的断裂系统(李曰俊等, 2008),分别是晚加里东期NNE-SSW向左行走滑断裂,形成了轮南东、西两组断裂;晚海西期发育左旋剪切共轭断裂,主要分布在轮南南部和轮南东部;印支-燕山期披覆式同沉积断裂,形成轮南和桑塔木断垒带;以及晚喜山期左行燕列式走滑断裂,主要分布在解放渠和吉拉克地区(图 5)。

图 5 轮南地区三叠系断裂活动期次与油气分布关系 Fig. 5 The relationship between the stages of fault activity and distribution of oil and gas of Triassic in the Lunnan area

其中轮南东部、解放渠和吉拉克地区受到晚加里东期、印支-燕山期和晚喜山期三期构造叠加作用,油气性质和油气藏相态复杂多样,平面上从西北向东南原油密度由0.85g/cm3以上变轻到0.77g/cm3以下,油气藏相态从油藏变到凝析气藏;垂向上由深到浅部原油密度从0.75g/cm3增重到0.88g/cm3,油气藏相态从凝析气藏变到油藏。而轮南三叠系的油藏主要分布在桑塔木和轮南断垒带,两个断垒带中间的平台区分布零星油藏,因此轮南地区三叠系油气的总体分布格局主要受断裂控制,不同活动期次的断裂成为油气调整的主要通道。

结合自生伊利石K-Ar同位素测年结果,轮南断垒带的轮南26井三叠系油藏成藏于燕山期,是在轮南断垒带形成之后就捕获了第一期油气充注;而同时期形成的桑塔木断垒带则直到喜马拉雅山期才经历首次油气的聚集;解放渠和吉拉克地区受三期构造作用叠加,但是现今的油气藏形成于喜马拉雅山期,表明相同期次的断裂系统对油气成藏的作用不尽相同,不同地区的油气成藏过程也存在差异。通过轮南三叠系顶面构造演化分析认为(图 6),在形成轮南和桑塔木断垒带的印支-燕山期,此时轮南三叠系构造高部位在轮南断垒带,成为油气富集的有利区域;喜马拉雅山期受天山隆升运动影响,轮南地区处于NE-SW向左旋剪性挤压应力场,发育一系列走滑和燕列式断层,早期发育的断层大多再次活动开启,轮南三叠系构造高部位向南迁移,成为轮南三叠系油气次生调整的最主要的动力机制,喜马拉雅山期也成为油气调整的最主要时期。

图 6 轮南三叠系顶面构造演化图 Fig. 6 The evolution of top tectonic in the Triassic of Lunnan area
3.2 油气成藏过程与调整机制

根据对油层、水层和凝析气层颗粒荧光相应的定量认识,结合油气成藏期次、断裂演化与构造展布格局,分析塔北地区三叠系三油组五口井颗粒荧光定量分析的结果进一步证实了,该含油层系的油气水界面变化关系存在三种明显的油气调整充注类型和过程:

(1) 位于轮南断垒带的LN26井通过测井资料显示现今的油水界面在5008m附近,在这个深度以上QGF-O样品的Imax大于180pc,向深部位突然降低到Imax=30pc左右(图 7),同样与之对应的QGF-A也表现出相同的特点,这与现今油水界面保持一致。不同的是QGF-O样品的λmax均为375.5nm,而QGF-A样品的λmax在浅部位为400nm,向深部位从5008m到5018m的QGF-A样品测得λmax为380nm,这说明该井区三叠系Ⅲ砂组储层含油并通过轮南断裂输导经历一期充注保持至今,只是该储层顶部原油中弱极性物质散失对下部油气有一定保护作用。

图 7 轮南三叠系激光诱导颗粒荧光定量波谱 Fig. 7 The quantitative spectroscopy of laser induced fluorescent of Triassic in the Lunnan area

(2) 石炭系“天窗区”的三叠系尖灭线附近的轮南101井与轮南26井同属于构造低隆部位,但附近断裂不甚发育,油气主要通过不整合运移输导,现今油水界面4922m。储层样品QGF-O的Imax在4921m为150pc,从4924m的Imax=157pc开始逐渐降低到4938m的Imax=38pc(图 7),并且样品QGF-A的也表现出相似的变化特征,与现今油水界面吻合,指示发生一次油气充注。但在4938m以下样品的QGF-O中λmax=360nm,略低于油层中λmax=375nm,结合地质条件这可能是由于深埋阶段圈闭幅度降低造成的。

(3) 位于桑塔木断垒上的轮南44井和轮南22井虽然属于同一构造带,但是断垒带东西构造演化不同,发育断层情况差异明显,直接影响油气充注历史。断垒西段的轮南44井比东段的轮南22井构造位置低,构造活动简单,现今油水界面与荧光测试结果一致。晚期的地层倾向反转期轮南22井构造位置抬升剧烈,并在左行剪切应力场作用下叠加雁列式走滑断裂,输导条件优越,油水界面变化复杂。轮南22井样品的QGF-O荧光曲线中Imax均大于200pc,并且QGF-O荧光曲线中Imax均大于150pc(图 7),但通过测井曲线得到的现今油水界面在4628m附近,这说明轮南22井三叠系Ⅲ油组从油气充注到最近都整体含油,在发生地层倾向反转后油气沿地层上倾方向向南运移,油水界面上升。并且4636m样品QGF-O荧光曲线中的Imax达到900pc,这说明三叠系Ⅲ砂组中存在优势运移通道,含油饱和度非常高。

(4) 轮南57井位于轮南地区现今三叠系Ⅲ油组的构造最高点,现今油水界面在4357m左右,附近发育一排右行走滑断层,是油气注入的主要通道。通过分析轮南57井的QGF-O荧光曲线发现,所有样品的Imax=60pc,λmax=360nm,Δλ在320nm~480nm之间(图 7),表现出Ⅲ砂组整体充注凝析气的特征。并且通过分析轮南57井的QGF-A荧光曲线,其Imax均小于10pc,也说明仅存在一期凝析油充注。但是现今油水界面上升,储层充满度下降,有可能是三叠系Ⅲ砂组对凝析气的封闭条件欠佳造成的。

通过定量研究储层砂岩的荧光特征,通过λmax和Δλ区分了含油储层和含凝析气储层的荧光特征差异。定量分析了油气充注初期与现今油水界面的关系,结合构造演化情况判断油水界面上升的原因。尤其根据Imax的对比,在整体含油储层中识别出优势运移通道,在进入晚喜山期以后的三叠系地层倾向反转仅改造了轮南22井附近油水界面,原油沿输导层上倾方向运移。

4 调整型油气藏的成藏模式

三维荧光定量研究表明轮南地区三叠系中油、气和水的变化和迁移,油气调整成藏的动力机制是由于北部库车前陆再生造成中生界地层倾向由区域南倾反转为区域北倾,油气运移途径主要为不整合接触区和两条E-W向断垒带。在砂岩储层分布、聚集形成岩性-构造油气藏,由于受到不同区块构造演化的影响,并发生了油气水关系的多次变化。目前三叠系发现的油气完全来源于奥陶系烃源岩,与下覆奥陶系油气藏的油源一致,因此三叠系调整的油气与奥陶系油气藏有关。并且根据三叠系砂岩中自生伊利石K-Ar同位素测年结果,确定了油气调整主要发生在喜马拉雅山期,其次是燕山期。

根据三维荧光定量研究,划分出垂向调整、侧向运移和油气混合三种调整类型。轮南断垒带三叠系仅发生一期油气充注,古今油水界面发生明显的变迁,三叠系披覆在奥陶系油气藏之上,同沉积期形成的断层成为油气调整的主要通道,奥陶系油气发生垂向调整聚集成藏;中部平台区也处于构造低隆部位,但附近断裂不甚发育,古今油水界面吻合,喜马拉雅山期三叠系地层发生翘倾,油气主要通过不整合发生侧向运移调整,调整方向与现今三叠系上倾方向一致;晚期的构造运动不仅是油气调整的动力机,而且造成有机质的成熟演化,现今构造高部位是早期油气调整和后期油气汇聚的有利区域,形成油气混合型调整油气藏。垂向调整、侧向运移发生的晚期构造活动的地质条件下,因此比较常见,而油气混合的调整型油气藏还需要满足叠合盆地发生差异埋深的地质条件,不仅存在发生调整的动力机制而且还有晚期不同性质油气的充注,在局部构造高部位及斜坡区形成油气混合的调整型油气藏(图 8)。

图 8 三种调整型油气藏成藏模式图 Fig. 8 Three types of accumulation pattern of adjustment reservoirs
5 结论

轮南地区三叠系油气藏的油气物理性质和油气藏相态复杂多样,通过详细对比原油分子生物标记化合物的组成和含量特征发现,不同区块、不同油气藏类型中的原油均来源于中-上奥陶统烃源岩,是奥陶系油气藏调整形成的。根据三叠系自生伊利石的K-Ar同位素年龄测定结果,油气充注主要发生在燕山期到喜马拉雅山期,不同油气藏成藏期次的差异性,进而说明油气调整成藏过程也不一致。

激光诱导三维荧光定量分析技术也可以分析古油水界面变化,在确定古油柱高度,反映油气水变移等方面发挥重要作用。根据三维荧光定量研究,划分出垂向调整、侧向运移和油气混合三种调整类型:轮南断垒带三叠系仅发生一期油气充注,古今油水界面发生明显的变迁,三叠系披覆在奥陶系油气藏之上,同沉积期形成的断层成为油气调整的主要通道,奥陶系油气发生垂向调整聚集成藏;中部平台区也处于构造低隆部位,但附近断裂不甚发育,古今油水界面吻合,喜马拉雅山期三叠系地层发生翘倾,油气主要通过不整合发生侧向运移调整,调整方向与现今三叠系上倾方向一致;晚期的构造运动不仅是油气调整的动力机制,而且造成有机质的成熟演化,现今构造高部位是早期油气调整和后期油气汇聚的有利区域,形成油气混合型调整油气藏。

根据三种油气调整成藏模式的油气地质特征分析认为,垂向调整油气藏分布范围受断层断开层位和组合形式限制;侧向运移的油气沿不整合面和层状砂体调整距离较远,分布范围较广,在局部岩性或构造圈闭聚集成藏,但油气丰度较低;油气混合型调整油气藏形成于多期构造作用的叠加区,现今构造高部位有利于多期油气汇聚,形成油气性质复杂、相态多样的油气藏。

致谢 感谢塔里木油田公司研究院在原油样品和物性数据方面对本文提供的支持和帮助;感谢提高石油采收率国家重点实验对于K-Ar同位素测年和GC-MS分析测试方面的大力支持;并对在本文撰写和评审过程中给予指导和建议的专家表示感谢。
参考文献
[] An HT, Li HY, Wang JZ, Du XF. 2009. Tectonic evolution and its controlling on oil and gas accumulation in the northern Tarim Basin. Geotectonica et Metallogenia, 33(1): 142–147.
[] England WA. 1994. Secondary migration and accumulation of hydrocarbons. In: Magoon LB and Dow WG(eds.). The Petroleum System from Source to Trap. Tulsa, Okla: American Association of Petroleum Geologists: 211–218.
[] Gu JY, He B. 1994. Study on Triassic fan delta sedimentation and reservoir in Lunnan area, Tarim Basin. Acta Sedimentologica Sinica, 12(2): 54–62.
[] Hamilton PJ, Giles MR, Ainsworth P. 1992. K-Ar dating of illites in Brent Group Reservoir: A regional perspective. In: Morton AC(ed.). Geology of the Brent Group. Geological Society, London, Special Publication, 61: 377–400. DOI:10.1144/GSL.SP.1992.061.01.19
[] Hanson AD, Zhang SC, Moldowan JM, Liang DG, Zhang BM. 2000. Molecular organic geochemistry of the Tarim Basin, Northwest China. AAPG Bulletin, 84(8): 1109–1128.
[] He DF, Jia CZ, Li DS, Zhang CS, Meng QR, Shi X. 2005. Formation and evolution of polycyclic superimposed Tarim Basin. Oil & Gas Geology, 26(1): 64–77.
[] Horstad I, Latter SR. 1997. Petroleum migration, alteration, and remigration within troll field, Norwegian North Sea I. AAPG Bulletin, 81(2): 222–248.
[] Jia CZ, Li BL, Zhang XY, Li CX. 2007. Formation and evolution of the Chinese marine basins. Chinese Science Bulletin, 52(Suppl.1): 1–8.
[] Karlsen DA, Nedkvitne T, Larter SR, Bjørlykke K. 1993. Hydrocarbon composition of authigenic inclusions: Application to elucidation of petroleum reservoir filling history. Geochimica et Cosmochimica Acta, 57(15): 3641–3659. DOI:10.1016/0016-7037(93)90146-N
[] Li SM, Wang TG, Zhang SC. 2004. Formation and accumulation of oil and gas in Lunnan area, Talimu Basin. Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition), 19(4): 18–23.
[] Li YJ, Wu GY, Meng QL, Shi J, Feng XJ, Zheng M. 2008. Active modes and mechanisms of the Paleozoic faultings in western Tarim. Chinese Journal of Geology, 43(4): 727–745.
[] Liu KY, Peter E. 2005. Quantitative fluorescence techniques for detecting residual oils and reconstructing hydrocarbon charge history. Organic Geochemistry, 36(7): 1023–1036. DOI:10.1016/j.orggeochem.2005.02.008
[] Mango FD. 1997. The light hydrocarbons in petroleum: A critical review. Organic Geochemistry, 26(7-8): 417–440. DOI:10.1016/S0146-6380(97)00031-4
[] Masterson WD, Dzou LIP, Holba AG, Fincannon AL, Ellis L. 2001. Evidence for biodegradation and evaporative fractionation in West Sak, Kuparuk and Prudhoe Bay field areas, North Slope, Alaska. Organic Geochemistry, 32(3): 411–441. DOI:10.1016/S0146-6380(00)00187-X
[] Odden WA, Parience RL, Van Graas GW. 1998. Application of light hydrocarbons(C4-C13)to oil/source rock correlation: A study of the light hydrocarbon compositions of source rocks and test fluids from offshore Mid-Norway. Organic Geochemistry, 28(12): 823–847. DOI:10.1016/S0146-6380(98)00039-4
[] Pan CC, Fu JM, Sheng GY. 2000. Kuqa Depression of Tarim oil and gas reservoir rocks and continuous extraction of oil and gas inclusions. Chinese Science Bulletin, 45(Suppl.1): 2750–2757.
[] Pang W, Shi BH, Xia DL, Chen ML. 2007. Triassic reservoir characteristics in Lunnan region. Journal of Oil and Gas Technology, 29(5): 28–31.
[] Qiu HN, Peng L. 1997. 40Ar/39Ar Chronology and Fluid Inclusion Dating. Hefei: China Science and Technology University Press: 10-120.
[] Shi HX, Xu ZM, Lin F, Wang TD. 2005. Oil source analysis and exploration prospect of Lunnan field in Tarim Basin. Xinjiang Petroleum Geology, 26(6): 623–626.
[] Wang FY, He P, Zhang YC Zhao MJ, Lei JJ. 1997. The K-Ar isotopic dating of authigenic illites and timing of hydrocarbon fluid emplacement in sandstone reservoir. Geological Review, 43(5): 540–546.
[] Wang FY, Bian LZ, Zhang SC, Zhang BM, Liang DG. 2001. Two kinds of hydrocarbon source rocks of Ordovician marine source rocks in Tarim Basin. Science in China(Series D), 31(2): 96–102.
[] Wang FY, Jin ZJ, Lü XX, Xiao XM, Peng PA, Sun YG. 2002. Timing of petroleum accumulation: Theory and new methods. Advances in Earth Sciences, 17(5): 754–762.
[] Wang TG, Wang CJ, He FQ, Wang JQ, Zhu D, Wang CG, Xie ML. 2004. Determination of double filling ratio of mixed crude oils in the Ordovician oil reservoir, Tahe oilfield. Petroleum Geology & Experiment, 26(1): 74–79.
[] Yang HJ, Hao F, Han JF, Cai ZX, Gu QY. 2007. Fault systems and multiple oil-gas accumulation play of the Lunnan lower uplift, Tarim Basin. Chinese Journal of Geology, 42(4): 795–811.
[] Yang J, Huang HP, Zhang SC, Chen FJ. 2003. Semi-quantitative evaluation of mixed oil in northern uplift of the Tarim basin. Geochimica, 32(2): 105–111.
[] Zhang JY. 1992. Analysis of sedimentary facies of Triassic strata in Lunnan area of Tarim basin. Xinjiang Petroleum Geology, 13(4): 322–338.
[] Zhang SC, Hanson AD, Moldowan JM, Graham SA, Liang DG, Chang E, Fago F. 2000. Paleozoic oil-source rock correlations in the Tarim Basin, NW China. Organic Geochemistry, 31(4): 273–286. DOI:10.1016/S0146-6380(00)00003-6
[] Zhang SC, Liang DG, Li MW, Xiao ZY, He ZH. 2002. Molecular fossils and oil-source rock correlations in Tarim Basin, NW China. Chinese Science Bulletin, 47(Suppl): 16–23.
[] Zhang SC, Huang HP. 2005. Geochemistry of Palaeozoic marine petroleum from the Tarim Basin, NW China: Part 1. Oil family classification. Organic Geochemistry, 36(8): 1204–1214.
[] Zhang SC, Zhu GY. 2007. Natural gas origins of large and medium-scale gas fields in China sedimentary basins. Science in China(Series D), 51(Suppl.2): 1–11.
[] Zhao JZ, Guo DY, Yan HJ, Shi BH, Pang W. 2004. Geological age and mode of hydrocarbon accumulation in Lunnan region, north Tarim Basin. Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition), 19(6): 1–9.
[] Zhou FY, Sun YS, Zhang SC. 2001. Study on direction, phases and pathways of petroleum migration in the Lunnan area, Tarim Basin. Geological Review, 47(3): 329–335.
[] Zhu GY, Zhao WZ, Liang YB, Wang ZJ. 2007. Discussion of gas enrichment mechanism and natural gas origin in marine sedimentary basin, China. Chinese Science Bulletin, 52(Suppl.1): 62–76.
[] Zhu GY, Zhang SC, Zhang B, Su J, Yang DB. 2010. Reservoir types of marine carbonates and their accumulation model in western and central China. Acta Petrolei Sinica, 31(6): 871–878.
[] Zhu GY, Zhang SC, Huang HP, Liang YB, Meng SC, Li YG. 2011. Gas genetic type and origin of hydrogen sulfide in the Zhongba gas field of the western Sichuan Basin, China. Applied Geochemistry, 26(7): 1261–1273. DOI:10.1016/j.apgeochem.2011.04.016
[] Zhu GY, Jiang NH, Su J, Yang HJ, Hu JF, Cui J. 2012a. Distribution and implication of adamantane in crude oils in Lunnan area, Tarim basin in China. Energy Exploration & Exploitation, 30(6): 957–970.
[] Zhu GY, Zhang SC, Su J, Huang HP, Yang HJ, Gu LJ, Zhang B, Zhu YF. 2012b. The occurrence of ultra-deep heavy oils in the Tabei Uplift of the Tarim Basin, NW China. Organic Geochemistry, 52: 88–102. DOI:10.1016/j.orggeochem.2012.08.012
[] Zhu GY, Yang HJ, Su J, Han JF, Zhu YF, Wang Y, Gu LJ, Liu XW. 2012a. New progress of marine hydrocarbon geological theory in China. Acta Petrologica Sinica, 28(3): 722–738.
[] Zhu GY, Yang HJ, Su J, He K, Han JF, Gu LJ, Zhu YF, Zhang BT. 2012b. True exploration potential of marine oils in the Tarim Basin. Acta Petrologica Sinica, 28(4): 1333–1347.
[] Zhu GY, Zhang SC, Liu KY, Yang HJ, Zhang B, Su J, Zhang YG. 2013a. A well-preserved 250 million-year-old oil accumulation in the Tarim Basin, western China: Implications for hydrocarbon exploration in old and deep basins. Marine and Petroleum Geology, 43: 478–488. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2012.12.001
[] Zhu GY, Zhang SC, Su J, Zhang B, Yang HJ, Zhu YF, Gu LJ. 2013b. Alteration and multi-stage accumulation of oil and gas in the Ordovician of the Tabei uplift, Tarim Basin, NW China: Implications for genetic origin of the diverse hydrocarbons. Marine and Petroleum Geology, 46: 234–250. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2013.06.007
[] Zhu GY, Zhang SY, Su J, Meng SC, Yang HJ, Hu JF, Zhu YF. 2013c. Secondary accumulation of hydrocarbons in Carboniferous reservoirs in the northern Tarim Basin, China. Journal of Petroleum Science and Engineering, 102(1): 10–26.
[] Zhu GY, Su J, Yang HJ, Wang Y, Fei AG, Liu KY, Zhu YF, Hu JF, Zhang BS. 2013d. Formation mechanisms of secondary hydrocarbon pools in the Triassic reservoirs in the northern Tarim Basin. Marine and Petroleum Geology, 46: 51–66. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2013.06.006
[] 安海亭, 李海银, 王建忠, 都小芳. 2009. 塔北地区构造和演化特征及其对油气成藏的控制. 大地构造与成矿学, 33(1): 142–147.
[] 顾家裕, 何斌. 1994. 塔里木盆地轮南地区三叠系扇三角洲沉积与储集层研究. 沉积学报, 12(2): 54–62.
[] 何登发, 贾承造, 李德生, 张朝军, 孟庆任, 石昕. 2005. 塔里木多旋回叠合盆地的形成与演化. 石油与天然气地质, 26(1): 64–77.
[] 贾承造, 李本亮, 张兴阳, 李传新. 2007. 中国海相盆地的形成与演化. 科学通报, 52(增刊I): 1–8.
[] 李素梅, 王铁冠, 张水昌. 2004. 塔北轮南地区油气成因与成藏探讨. 西安石油大学学报(自然科学版), 19(4): 18–23.
[] 李曰俊, 吴根耀, 孟庆龙, 师骏, 冯晓军, 郑民. 2008. 塔里木西部地区古生代断裂活动的方式和机制. 地质科学, 43(4): 727–745.
[] 潘长春, 傅家谟, 盛国英. 2000. 塔里木库车坳陷含油、气储集岩连续抽提和油、气包裹体成分分析. 科学通报, 45(S1): 2750–2757.
[] 庞蚊, 时宝宏, 夏东领, 陈明亮. 2007. 轮南地区三叠系储层特征. 石油天然气学报, 29(5): 28–31.
[] 邱华宁, 彭良. 1997. 40Ar/39Ar年代学与流体包裹体定年. 合肥: 中国科学技术大学出版社: 10-120.
[] 史鸿祥, 徐志明, 林峰, 王廷栋. 2005. 塔里木盆地轮南油田油源分析及勘探前景. 新疆石油地质, 26(6): 623–626.
[] 王飞宇, 何萍, 张水昌, 赵孟军, 雷加锦. 1997. 利用自生伊利石K-Ar定年分析烃类进入储集层的时间. 地质论评, 43(5): 540–546.
[] 王飞宇, 边立曾, 张水昌, 张宝民, 梁狄刚. 2001. 塔里木盆地奥陶系海相源岩中两类生烃母质. 中国科学(D辑), 31(2): 96–102.
[] 王飞宇, 金之钧, 吕修祥, 肖贤明, 彭平安, 孙永革. 2002. 含油气盆地成藏期分析理论和新方法. 地球科学进展, 17(5): 754–762.
[] 王铁冠, 王春江, 何发岐, 王君奇, 朱丹, 王传刚, 谢明亮. 2004. 塔河油田奥陶系油藏两期成藏原油充注比率测算方法. 石油实验地质, 26(1): 74–79.
[] 杨海军, 郝芳, 韩剑发, 蔡忠贤, 顾乔元. 2007. 塔里木盆地轮南低凸起断裂系统与复式油气聚集. 地质科学, 42(4): 795–811.
[] 杨杰, 黄海平, 张水昌, 陈发景. 2003. 塔里木盆地北部隆起原油混合作用半定量评价. 地球化学, 32(2): 105–111.
[] 张纪易. 1992. 塔里木盆地轮南地区三叠系沉积相分析. 新疆石油地质, 13(4): 322–338.
[] 张水昌, 梁狄刚, 黎茂稳, 肖中尧, 何忠华. 2002. 分子化石与塔里木盆地油源对比. 科学通报, 47(增刊): 16–23.
[] 张水昌, 朱光有. 2007. 中国沉积盆地大中型气田分布与天然气成因. 中国科学(D辑), 37(增刊Ⅱ): 1–11.
[] 赵靖舟, 郭德运, 阎红军, 时保宏, 庞雯. 2004. 塔北轮南地区油气成藏年代与成藏模式. 西安石油大学学报(自然科学版), 19(6): 1–9.
[] 周凤英, 孙玉善, 张水昌. 2001. 塔里木盆地轮南地区油气运移的路径、期次及方向研究. 地质论评, 47(3): 329–335.
[] 朱光有, 赵文智, 梁英波, 王政军. 2007. 中国海相沉积盆地富气机理与天然气的成因探讨. 科学通报, 52(增刊Ⅰ): 46–57.
[] 朱光有, 张水昌, 张斌, 苏劲, 杨德彬. 2010. 中国中西部地区海相碳酸盐岩油气藏类型与成藏模式. 石油学报, 31(6): 871–878.
[] 朱光有, 杨海军, 苏劲, 韩剑发, 朱永峰, 王宇, 顾礼敬, 刘星旺. 2012a. 中国海相油气地质理论新进展. 岩石学报, 28(3): 722–738.
[] 朱光有, 杨海军, 苏劲, 何坤, 韩剑发, 顾礼敬, 朱永峰, 张保涛. 2012b. 塔里木盆地海相石油的真实勘探潜力. 岩石学报, 28(4): 1333–1347.