庫車坳陷中生界烴源巖排烴史與資源潛力

邢恩袁，龐雄奇 中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心 中國石油大學(xué) （北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249

肖中堯，張寶收 （中石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒841000）

郭繼剛 （中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心，北京102249）

庫車坳陷中生界烴源巖排烴史與資源潛力

邢恩袁，龐雄奇 中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心 中國石油大學(xué) （北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249

肖中堯，張寶收 （中石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒841000）

郭繼剛 （中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心，北京102249）

為揭示庫車坳陷油氣勘探潛力，利用生烴潛力法分析了研究區(qū)烴源巖的排烴史與排烴特征。結(jié)果表明：三疊系排油高峰始于23Ma，早于侏羅系排油高峰 （12Ma）。古圈閉被破壞，新圈閉形成時(shí)間晚于23Ma，不利于來自三疊系的油源聚集成藏。三疊系與侏羅系烴源巖排氣量大，且時(shí)間與新圈閉形成時(shí)間耦合較好，有利于天然氣的晚期成藏。三疊系源巖排出的天然氣較難突破中上侏羅統(tǒng)的巨厚泥巖，但是該條件有利于天然氣在下侏羅統(tǒng)圈閉內(nèi)成藏。庫車坳陷具備發(fā)育深盆氣藏的烴源條件與致密儲(chǔ)層條件，有利于形成大面積的深盆氣藏，拜城凹陷與陽霞凹陷的斜坡帶是潛在的深盆氣藏資源區(qū)。

庫車坳陷；烴源巖；排烴史；資源潛力；深盆氣

庫車坳陷是塔里木盆地北部的重要天然氣產(chǎn)區(qū)，自1954年開始勘探，至目前共鉆探井70余口，油氣田16個(gè)，典型代表為克拉2大氣田，全國第三次資評(píng)的結(jié)果是庫車坳陷總資源量30.72×108t（油4.97×108t、氣25.75×108t油當(dāng)量），比二次資評(píng)結(jié)果有較大增長(zhǎng)。這表明隨著學(xué)者對(duì)庫車坳陷石油地質(zhì)條件的不斷認(rèn)識(shí)，該地區(qū)潛在的資源量在被不斷地挖掘出來［1～6］。但目前仍有諸多問題需要解答，如庫車坳陷目前發(fā)現(xiàn)的氣藏以來自侏羅系與三疊系的混源氣為主，其中以來自侏羅系的天然氣占絕大部分比例，其原因需探究；庫車坳陷深部油氣資源類型尚需進(jìn)一步分析。因此有必要對(duì)三疊系源巖的排烴史進(jìn)一步開展分析，以便進(jìn)一步了解庫車坳陷油氣藏的形成規(guī)律并探尋潛在的油氣資源。筆者從烴源巖排烴史角度分析了不同層系烴源巖的排烴特征，結(jié)合相關(guān)石油地質(zhì)研究成果指出了庫車坳陷潛在的資源類型與勘探方向。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北部，南天山南緣，北依南天山褶皺帶，南抵塔北隆起的輪臺(tái)斷隆，東起庫魯塔格山，西至柯平斷隆。整體呈NEE向線狀展布，東西長(zhǎng)450km，南北寬50～80km，輪廓面積2.7×104km2。庫車坳陷經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，尤其是喜馬拉雅中晚期 （23Ma至今）的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)庫車坳陷構(gòu)造變形的影響最為強(qiáng)烈，因此具有 “四帶三凹”的構(gòu)造格局 （圖1）。自北向南分別為：北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、依奇克里克構(gòu)造帶、秋里塔格背斜帶、前緣隆起帶及拜城凹陷、陽霞凹陷、烏什凹陷［7］。研究區(qū)儲(chǔ)層主要分布在中新生界：下侏羅統(tǒng)砂巖、下白堊統(tǒng)砂巖、東部古近系砂巖；烴源巖則主要分布在中生界的侏羅系與三疊系，除上侏羅統(tǒng)恰克馬克組發(fā)育Ⅱ型干酪根以外，自上而下，中下侏羅統(tǒng)的克孜勒努爾組與陽霞組以及三疊系的塔里奇克組與黃山街組均為Ⅲ型干酪根［8，9］。區(qū)域性蓋層為巨厚的古近系－新近系膏鹽泥巖和中上侏羅統(tǒng)的巨厚泥巖［7］。

圖1 庫車坳陷構(gòu)造區(qū)劃圖

2 排烴史分析

2.1 研究方法簡(jiǎn)介

利用生烴潛力法研究烴源巖排烴量的方法是在排烴門限理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來的［10］，以物質(zhì)守恒原理為依據(jù)，認(rèn)為烴源巖中的有機(jī)質(zhì)在生排烴前后質(zhì)量不變，主要包括：①未轉(zhuǎn)化成烴的干酪根或殘余有機(jī)質(zhì)；②已生成并殘留于烴源巖中的烴類；③已排出烴源巖的烴類。烴源巖演化過程中生成的烴類沒有滿足自身殘留條件以前，其生烴潛力有逐漸增大的趨勢(shì)，烴類的排出是造成烴源巖生烴潛力減小的唯一原因［11～13］。因此通過研究烴源巖生烴潛力指數(shù)（（S1＋S2）／TOC）在地質(zhì)剖面上的變化關(guān)系可以研究烴源巖的排烴率、排烴速率、排烴效率以及排烴史等特征［14］。生烴潛力法是通過實(shí)驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算得到烴源巖排烴強(qiáng)度 （式 （1））［15］，再經(jīng)過面積積分得到排烴量，計(jì)算過程避免了利用生烴量計(jì)算排烴量過程中的人為干擾和誤差，使結(jié)果更可信。

式中，Ehc為排烴強(qiáng)度，10t／km2；z為埋深深度，m；zo為排烴門限，m；qe（z）為單位質(zhì)量有機(jī)碳的排烴量，mg／g；ρ（Z）為烴源巖密度，g／cm3；TOC為有機(jī)碳百分含量，%；H為烴源巖厚度，m。

在計(jì)算出排烴強(qiáng)度的基礎(chǔ)之上，通過物質(zhì)平衡優(yōu)化模擬計(jì)算方法［15］，求出油發(fā)生率和氣發(fā)生率，進(jìn)而根據(jù)油氣發(fā)生率比，可近似地將排烴量分為排油量和排氣量。該計(jì)算方法為：

當(dāng)i＝CH4，Qm（i）＝－0.0178KTI2＋4.92KTI＋103時(shí)，有：

當(dāng)i＝ 油，Qm（i）＝0.01136KTI2＋1.034KTI＋32時(shí)，有：

式中，Rp（i）為每噸有機(jī)母質(zhì)的總烴發(fā)生率，kg（或 m3）；Qm（i）為每立方米源巖生烴量，kg（或 m3）；K（i）為過程中烴類氣體、氫氣和液態(tài)烴的相對(duì)產(chǎn)率；KTI為干酪根類型指數(shù)；Ro為鏡質(zhì)體反射率，%；i代表不同的油氣組分。

2.2 排烴特征參數(shù)計(jì)算

2.2.1 排烴量基本計(jì)算參數(shù)

三疊系烴源巖的分布范圍基本與庫車坳陷相當(dāng)，而侏羅系烴源巖的分布范圍則超出了該范圍。庫車坳陷三疊系烴源巖厚度大，在北部露頭區(qū)出露厚度一般為230～600m，向南逐漸減?。毁_系暗色泥巖分布更加廣泛，其分布范圍大于三疊系，具有與三疊系烴源巖分布一致的北厚南薄的趨勢(shì)，一般厚度在250～600m［16，17］。眾多學(xué)者通過研究證實(shí)：庫車坳陷三疊系－侏羅系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高 （煤平均TOC＝55%、碳質(zhì)泥巖平均TOC＝15%、暗泥平均TOC＝1.2%），以腐殖型為主，主要由Ⅲ型干酪根組成，以生氣為主，但恰克馬克組存在較多的Ⅱ型干酪根，有一定的生油能力；烴源巖多數(shù)處在高成熟階段（Ro＝1.0%～3.0%），是形成庫車大氣區(qū)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［18～25］。對(duì)于庫車坳陷中生界烴源巖的平均密度，根據(jù)前人研究可取平均值2.305g／cm3［25］。

2.2.2 排烴模型建立與排烴量計(jì)算

在明確了排烴量相關(guān)計(jì)算參數(shù)后，對(duì)庫車坳陷井下侏羅系至三疊系烴源巖的1358塊不同類型的干酪根樣品的熱解數(shù)據(jù)與熱成熟度Ro數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，分別建立了研究區(qū)Ⅱ型和Ⅲ型干酪根的排烴模式（圖2）。這里利用成熟度Ro數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合避免了因抬升剝蝕造成的 “較淺排烴門限”的假象，真實(shí)地反映了烴源巖排烴時(shí)的埋深條件。由圖2可知：Ⅲ型干酪根為主的烴源巖排烴門限為Ro≈0.8%，Ⅱ型干酪根為主的烴源巖排烴門限為Ro≈0.7%。對(duì)應(yīng)到每套烴源層系，即除了恰克馬克組的排烴門限約為Ro＝0.7%外，三疊系與侏羅系烴源巖的排烴門限都在Ro＝0.8%左右。

圖2 庫車坳陷不同類型干酪根排烴模式

在建立了上述模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合烴源巖厚度、有機(jī)碳含量、成熟度、巖石密度等相關(guān)數(shù)據(jù)［18～25］，根據(jù)排烴強(qiáng)度公式 （式 （1））可計(jì)算出研究區(qū)不同地質(zhì)歷史時(shí)期的排烴強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，通過研究區(qū)不同時(shí)期的烴源巖分布面積［25］與排烴強(qiáng)度的乘積可獲得其各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期的總排烴量；進(jìn)一步通過式 （2）～式 （4）計(jì)算出研究區(qū)不同時(shí)期的烴源巖排油氣量 （圖3）。其中KTI的確定是在理論值基礎(chǔ)上 （Ⅱ型干酪根KTI＝25～75；Ⅲ型干酪根KTI＝0～25），結(jié)合前人對(duì)研究區(qū)烴源巖熱模擬分析化驗(yàn)結(jié)果綜合分析得出的：Ⅱ型干酪根KTI＝35～45，Ⅲ型干酪根KTI＝25［26，27］。

圖3 庫車坳陷三疊系與侏羅系源巖排烴史

2.3 結(jié)果分析

通過對(duì)庫車坳陷三疊系至侏羅系烴源巖排烴量的計(jì)算，其結(jié)果表明：

1）三疊系源巖排油高峰早于侏羅系源巖。三疊系與侏羅系源巖分別排油97.95×108t和99.09×108t，三疊系源巖在吉迪克組沉積期 （23～12Ma）進(jìn)入排油高峰，侏羅系源巖在康村組沉積期 （12～5Ma）進(jìn)入排油高峰 （圖3 （a）、 （b））。據(jù)前人研究［28］，庫車坳陷在大北、克拉和依奇克里克地區(qū)存在古隆起，因此，這些古隆起部位在吉迪克組沉積期可能聚集了來自三疊系排出的原油；自12Ma以來，庫車坳陷進(jìn)入強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓階段，山前帶構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，尤其在5Ma時(shí)最為強(qiáng)烈［29］，依奇克里克地區(qū)剝蝕量高達(dá)1500m，大北及克拉地區(qū)也遭受了不同程度的抬升剝蝕［25］，古隆起范圍內(nèi)早期聚集的三疊系原油遭到調(diào)整破壞而難以保存。而此時(shí)侏羅系源巖正進(jìn)入排油高峰期，因此，目前庫車坳陷發(fā)現(xiàn)的大宛齊、依奇克里克油田都是以侏羅系原油為主，含有少量三疊系原油的油藏［30］，且為調(diào)整型或殘留油藏。此外，侏羅系源巖總排油量大于三疊系也是造成該現(xiàn)象的原因之一。

2）2套層系的源巖排氣量大是庫車坳陷富氣的主要原因。三疊系和侏羅系2套烴源巖分別排氣85.29×1012m3和117.12×1012m3。主要烴源層系中，除了恰克馬克組，其他源巖均在白堊紀(jì)末期開始排氣，5Ma左右進(jìn)入排氣高峰 （圖3（c）、（d））。該時(shí)期正好與喜山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下新圈閉的形成相耦合，形成了庫車坳陷富氣區(qū)。

3）三疊系源巖的排氣時(shí)間與侏羅系源巖接近，都在庫車組沉積期。三疊系源巖與中上侏羅統(tǒng)巨厚泥巖之間僅存在一套下侏羅統(tǒng)阿合組儲(chǔ)層，相對(duì)密閉的空間使深部源巖與儲(chǔ)、蓋層之間形成一套超壓體系［28］，使來自三疊系源巖的天然氣較難直接運(yùn)移至侏羅系巨厚泥巖之上的中新生界儲(chǔ)層中，但這有利于來自于三疊系源巖天然氣在阿合組中聚集成藏。因此，現(xiàn)今庫車坳陷白堊系至古近系儲(chǔ)層中較少發(fā)現(xiàn)來自三疊系的天然氣。

4）侏羅系源巖的排氣速率達(dá)到0.79×108m3／（km2·Ma），三疊系源巖的排氣速率達(dá)到0.58×108m3／（km2·Ma），均已達(dá)到或超過世界部分深盆氣區(qū)烴源巖的排氣速率［31，32］，表明庫車坳陷還具備形成深盆氣藏的烴源條件。此外，研究表明［33，34］：庫車坳陷部分地區(qū)古近系與白堊系儲(chǔ)層大約在20～5Ma期間逐漸達(dá)到致密化，而下侏羅統(tǒng)的阿合組儲(chǔ)層也普遍致密化［35］，部分地區(qū)的儲(chǔ)層致密化時(shí)間早于天然氣大量排出的時(shí)間，這均有利于形成大面積的深盆氣藏［36］，如陽霞凹陷與拜城凹陷的斜坡帶等構(gòu)造平穩(wěn)地區(qū)都是潛在的深盆氣藏發(fā)育帶。

3 結(jié) 論

1）三疊系排油高峰始于23Ma，早于侏羅系排油高峰 （12Ma）。新圈閉形成時(shí)間晚于23Ma，與侏羅系源巖的排油期耦合的更好，因此現(xiàn)今庫車坳陷少見以三疊系油源為主的油藏。

2）三疊系與侏羅系烴源巖排氣量大，排氣高峰為庫車組沉積期 （5～2Ma），在時(shí)間上與新圈閉形成時(shí)間耦合較好，有利于天然氣的晚期成藏。

3）三疊系源巖排出的天然氣較難突破中上侏羅統(tǒng)的巨厚泥巖，但是該條件有利于天然氣在下侏羅統(tǒng)阿合組圈閉內(nèi)成藏。

4）2套源巖為庫車坳陷發(fā)育深盆氣藏提供了良好的烴源條件，且排氣時(shí)間晚于部分新生界儲(chǔ)層的致密化時(shí)間，有利于形成大面積的深盆氣藏。拜城凹陷與陽霞凹陷的斜坡帶是潛在的深盆氣藏資源區(qū)，勘探工作可以進(jìn)一步向深部進(jìn)軍。

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Hydrocarbon Expulsion History of Mesozoic Source Rocks and Resource Potential in Kuqa Depression

XING En-yuan，PANG Xiong－qi，XIAO Zhong－yao，ZHANG Bao-shou，GUO Ji-gang （First Author’s Address：Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing102249，China；State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

For revealing the potential force of gas and oil exploration in Kuqa Depression，the hydrocarbon expulsion history and the characteristics of hydrocarbon expulsion of the studied area were analyzed by using the method of hydrocarbon-generation potential.The results show that，firstly，the peak of oil expulsion of the Triassic source rocks is started at 23Ma，it is earlier than Jurassic source rocks（12Ma）.At this time the ancient trap was destroyed，and new trap is formed later than 23Ma.It is not beneficial for Triassic source rock accumulation.Secondly，the exhaust volume of the Triassic and Jurassic source rocks is larger，and the exhaust time is coupled better with that of new trap formation，which is favorable for late gas accumulation.Thirdly，the gas of the Triassic source rocks is difficult to break through the giant thick mudstone in middle and upper Jurassic，but the condition is advantageous to the natural gas accumulation in the Jurassic traps.Fourthly，Kuqa Depression developes deep basin gas source conditions and tight reservoir conditions，which is favorable for the formation of large area of deep basin gas reservoirs，and the slope of Baicheng Sag and Yangxia Sag is the potential of deep basin gas resource area.

Kuqa Depression；source rock；hydrocarbon expulsion history；resource potential；deep basin gas reservoir

TE122.1

A

1000-9752 （2012）04-0036-05

2011-10-18

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 （2006CB202300）。

邢恩袁 （1982-），男，2005年大學(xué)畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事油氣藏形成機(jī)理與分布規(guī)律方向的研究工作。

［編輯］ 宋換新