川東北地區(qū)嘉二氣藏古流體勢(shì)演化研究

趙莉萍，李 斌，郭 正，李 凱

（西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500）

川東北地區(qū)從晚三疊世以來先后經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)以及喜山運(yùn)動(dòng)等三次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)川東北地區(qū)的構(gòu)造形變影響最為明顯的是晚燕山期和喜山期二次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［1-3］。通過天然氣組分、儲(chǔ)層瀝青與二疊系烴源巖生標(biāo)對(duì)比，嘉陵江組氣藏的氣源較為復(fù)雜，以外源為主，為二疊系煤型氣和二疊系油型氣的混合［4-5］。三疊紀(jì)末期，二疊系烴源巖進(jìn)入生油門限，開始生排烴。燕山運(yùn)動(dòng)早期，二疊系烴源巖進(jìn)入大量生油階段，形成嘉陵江組古油藏。至燕山中晚期液態(tài)烴發(fā)生熱裂解，形成燕山期古氣藏?，F(xiàn)今氣藏為喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)使嘉陵江組氣藏再調(diào)整的結(jié)果。嘉陵江組氣藏具有薄儲(chǔ)層、低孔滲、多產(chǎn)層、多氣藏類型特征，氣藏分布復(fù)雜，油氣富集規(guī)律有待深化。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，該區(qū)嘉陵江組勘探成效較差。此次研究運(yùn)用含油氣系統(tǒng)模擬軟件PetroMod開展流體勢(shì)研究，探討燕山運(yùn)動(dòng)早-中期、喜山運(yùn)動(dòng)晚期流體在嘉陵江組二段儲(chǔ)層中的分布規(guī)律，為嘉二氣藏油氣富集規(guī)律研究提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)模型的建立方法

M.K.Hubbert定義流體勢(shì)，系指單位質(zhì)量的流體所具有機(jī)械能總和［6］。England提出的流體勢(shì)概念，考慮了兩相界面引起的界面勢(shì)能，即毛管勢(shì)［7］。綜合Hubbert和England的流體勢(shì)概念，可以把地下流體勢(shì)定義為：相對(duì)于基準(zhǔn)面（地表面、表測(cè)壓力值為零）單位體積流體所具有的總勢(shì)能［8-9］。

本次模擬層系從下到上包括三疊紀(jì)-第四系的所有地層；模擬地層年代采用國際標(biāo)準(zhǔn)地層年齡，更次級(jí)的組、段年代采用內(nèi)插的方法獲?。坏貙禹?shù)茁裆顓⒖笺@井分層數(shù)據(jù)，未鉆遇的地層從地震上讀取埋深數(shù)據(jù)；地層剝蝕量和剝蝕時(shí)間主要是參考前人的研究成果；地質(zhì)模型中的地層巖性設(shè)置主要依據(jù)鉆井的綜合錄井資料，通過單井砂巖、粉砂巖、泥巖以及碳酸鹽巖的純巖性統(tǒng)計(jì)，由IES軟件的巖性混合器（Create Mix）模塊生成混合巖性［9］。

2 流體勢(shì)參數(shù)的建立

2.1 古埋深恢復(fù)

本文利用波動(dòng)分析方法進(jìn)行了地層沉積厚度和剝蝕厚度恢復(fù)。波動(dòng)分析法是利用露頭、鉆井、錄井、年代地層格架、地震等資料，建立描述盆地或研究目標(biāo)沉積與剝蝕過程的波動(dòng)方程，從而恢復(fù)無沉積記錄時(shí)間段的沉積-剝蝕過程［10-11］。研究區(qū)具有獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造背景，受疊合盆地多期構(gòu)造旋回的控制，自三疊紀(jì)到第四系，研究區(qū)主要發(fā)育3期沉積間斷面，即：中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部剝蝕面，形成于早印支期；上三疊統(tǒng)須家河組頂部剝蝕面，形成于晚印支期；侏羅系頂部剝蝕面，形成時(shí)期為晚燕山期至今。研究結(jié)果顯示（圖1），侏羅統(tǒng)頂部剝蝕面形成時(shí)期為晚燕山期至今，剝蝕厚度700～2 300 m；上三疊統(tǒng)須家河組頂部剝蝕面形成于晚印支期，剝蝕厚度80～150 m；中三疊統(tǒng)雷口坡組頂部剝蝕面形成于早印支期，剝蝕厚度240～450 m。

圖1 雷4井古埋藏史演化

2.2 古地層壓力恢復(fù)

利用Petromod盆地模擬軟件對(duì)川東北地區(qū)的壓力場(chǎng)進(jìn)行了模擬。在盆地演化過程中，由于上覆巖層的增加，地層的孔隙度和厚度就減少，地層厚度的變化主要通過孔隙流體體積及孔隙度的變化來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，埋深越大，孔隙度越小；時(shí)代越老，孔隙度也越小。

根據(jù)古地層壓力恢復(fù)可知（圖2），燕山早中期地層壓力平均值為27.64 MPa，各區(qū)域地層壓力穩(wěn)定分布，其中雷音鋪、龍會(huì)場(chǎng)及鐵山構(gòu)造地層壓力相對(duì)較高。到燕山晚期，受構(gòu)造等因素影響，嘉二地層壓力升高，壓力平均值達(dá)48.53 MPa，渡口河、黃龍場(chǎng)、羅家寨、亭子鋪等構(gòu)造為相對(duì)高壓分布區(qū)，龍會(huì)場(chǎng)、鐵山、鐵山坡、溫泉場(chǎng)構(gòu)造則成為相對(duì)低壓區(qū)?，F(xiàn)今地層壓力區(qū)域分布?jí)翰钶^大，雷音鋪、鐵山、溫泉場(chǎng)、七里峽構(gòu)造為低壓區(qū)。

圖2 龍會(huì)2井古地層壓力擬合

3 流體勢(shì)展布

根據(jù)流體力學(xué)原理，流體在地下運(yùn)移的過程應(yīng)遵循高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，同時(shí)在具有成藏條件的低勢(shì)區(qū)聚集成藏，其中流體勢(shì)的等值線則控制著流體的運(yùn)移、聚集。

3.1 流體勢(shì)演化特征

早中侏羅時(shí)期，區(qū)域構(gòu)造受盆地邊緣造山帶控制，呈現(xiàn)四周向盆地?cái)D壓的狀態(tài)，嘉二段地層壓力平均值為27.64 MPa，平均埋深在2 562 m，流體勢(shì)主要分布在55～85 kJ／kg，平均流體勢(shì)值為71.776 kJ／kg；至晚侏羅時(shí)期，受周緣山系進(jìn)一步的擠壓，川東北構(gòu)造進(jìn)一步褶皺，嘉二氣藏埋深增加，平均埋深值達(dá)到4 651 m，地層壓力也隨之升高，平均值達(dá)48.53 MPa，流體勢(shì)主要分布在110～155 kJ／kg，平均流體勢(shì)值為129.546 kJ／kg。隨著川東北構(gòu)造于喜山晚期定型，現(xiàn)今嘉二氣藏平均埋深2 385 m，低于早中侏羅時(shí)期平均埋深，但地層壓力和流體勢(shì)平均值均高于早中侏羅時(shí)期，分別為32.96 MPa和89.114 kJ／kg，流體主要分布在30～130 kJ／kg。如圖3、圖4可見，流體勢(shì)主要受壓力控制，古流體勢(shì)演化具有一定的繼承性。

圖3 川東北嘉二氣藏地層壓力分布直方圖

圖4 川東北嘉二氣藏流體勢(shì)分布直方圖

3.2 流體勢(shì)平面展布

早中侏羅時(shí)期，二疊系烴源巖開始生排烴，流體勢(shì)呈現(xiàn)北西向南東遞減，油氣的運(yùn)移方向由北西向南東方向。渡口河、黃龍場(chǎng)、羅家寨、亭子鋪、鐵山坡處于相對(duì)低勢(shì)區(qū)（圖5）。

圖5 川東北地區(qū)嘉二氣藏中侏羅世流體勢(shì)分布

至晚侏羅世期，烴源巖進(jìn)入排烴高峰，嘉二氣藏也隨之進(jìn)行了再充注和調(diào)整。油氣向北西和南東方向運(yùn)移進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)移，在北西和南東方向出現(xiàn)低勢(shì)區(qū)，同早中侏羅時(shí)期一樣，鐵山坡構(gòu)造仍為低勢(shì)區(qū)，黃龍場(chǎng)、溫泉場(chǎng)一帶形成閉合低勢(shì)帶，此低流體勢(shì)帶從黃龍場(chǎng)起向南東方向敞開（圖6）。該時(shí)期流體勢(shì)受構(gòu)造作用的影響強(qiáng)烈，天然氣被印支運(yùn)動(dòng)早期形成的北東-南西向圈閉捕獲。

圖6 川東北地區(qū)嘉二氣藏晚侏羅世流體勢(shì)分布

由于構(gòu)造變形強(qiáng)度減弱，以及隨后喜馬拉雅期的構(gòu)造隆升，嘉二氣藏進(jìn)行了再調(diào)整。油氣主要向北東方向運(yùn)移，被大巴山前陸盆地有利構(gòu)造圈閉捕獲。現(xiàn)今區(qū)域流體勢(shì)差值變化較大，隨著構(gòu)造定型，喜山運(yùn)動(dòng)后流體能量已經(jīng)大致達(dá)到平衡，流體勢(shì)格局基本穩(wěn)定（圖7）。溫泉場(chǎng)、鐵山坡、雷音輔、七里峽構(gòu)造區(qū)形成了幅度可觀的閉合低流體勢(shì)區(qū)。流體勢(shì)低值區(qū)特別是閉合的低值區(qū)，成為良好的油氣聚集部位。

圖7 川東北地區(qū)嘉二氣藏現(xiàn)今流體分布

從早中侏羅時(shí)期到晚侏羅時(shí)期，流體變化較大，區(qū)域勢(shì)差由14 kJ／kg上升到71 kJ／kg，氣相流動(dòng)能力大幅度增加，由早中侏羅時(shí)期的局部性運(yùn)移作用發(fā)展到區(qū)域性運(yùn)移。晚侏羅時(shí)期至今，渡口河、黃龍場(chǎng)、雷音鋪、羅家寨、鐵山、鐵山坡、溫泉場(chǎng)構(gòu)造流體勢(shì)值均有所下降，區(qū)域勢(shì)梯度明顯上升，可達(dá)到122 kJ／kg，雷音鋪、溫泉場(chǎng)等構(gòu)造帶呈現(xiàn)閉合低值區(qū)，十分有利于油氣運(yùn)集（圖8）。

4 油氣運(yùn)聚規(guī)律

川東北流體勢(shì)展布規(guī)律表明，三疊紀(jì)末期，印支運(yùn)動(dòng)使四川盆地普遍抬升遭受剝蝕，二疊系烴源巖開始生排烴，偏腐泥的腐殖型龍?zhí)督M“煤系烴源巖”也會(huì)生成一定量的石油。燕山運(yùn)動(dòng)早期，二疊系烴源巖均進(jìn)入大量生油階段，并經(jīng)斷層向上跨層運(yùn)移至開江古隆起中，形成嘉陵江組古油藏。中-晚期的燕山運(yùn)動(dòng)使盆地東北部發(fā)生強(qiáng)烈活動(dòng)，形成了一些局部構(gòu)造和斷裂通道。隨后，盆地下陷接受沉積，二疊系烴源層和先期古油藏的液態(tài)烴發(fā)生熱裂解，生成的高壓油裂解氣便沿著斷層和裂縫向高部位和上覆層段繼續(xù)運(yùn)移聚集，形成燕山期古氣藏。受喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)作用，無論是圈閉還是斷層裂縫系統(tǒng)，均發(fā)生了不同程度的改變，使嘉陵江組氣藏也隨之進(jìn)行了再調(diào)整。

圖8 不同時(shí)期主要構(gòu)造流體勢(shì)直方圖

七里峽構(gòu)造在三個(gè)時(shí)期流體勢(shì)均較低，溫泉場(chǎng)構(gòu)造、雷音鋪構(gòu)造在晚侏羅時(shí)期之后始終處于相對(duì)低勢(shì)區(qū)，黃龍場(chǎng)構(gòu)造、羅家寨構(gòu)造、亭子鋪構(gòu)造、鐵山構(gòu)造在早中侏羅時(shí)期流體勢(shì)較低，受壓力和埋深影響到晚侏羅時(shí)期升高，現(xiàn)今流體勢(shì)也普遍降低。實(shí)際勘探開發(fā)資料顯示，研究區(qū)嘉陵江組在鐵山、雷音鋪構(gòu)造獲天然氣探明儲(chǔ)量16.65×108m3，其中鐵山氣田獲天然氣探明儲(chǔ)量15.58×108m3，探明可采儲(chǔ)量7.79×108m3。此外，黃龍場(chǎng)構(gòu)造黃龍8井在嘉二測(cè)試產(chǎn)氣為0.15×104m3／d，黃龍004-X4井測(cè)試產(chǎn)量13.36×104m3／d，雷音鋪構(gòu)造雷3井裸眼測(cè)試獲氣50.91×104m3／d，川17井嘉二測(cè)試獲氣32×104m3／d，溫泉場(chǎng)構(gòu)造溫泉4井嘉二用經(jīng)驗(yàn)公式換算氣產(chǎn)量為90×104m3／d，溫泉12井嘉二測(cè)試獲氣10.02×104m3／d，可見，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的嘉二油氣富集區(qū)主要分布在雷音鋪構(gòu)造、七里峽構(gòu)造、鐵山構(gòu)造、黃龍場(chǎng)構(gòu)造、溫泉場(chǎng)構(gòu)造。綜合認(rèn)為，嘉二氣藏流體勢(shì)研究符合生產(chǎn)開發(fā)實(shí)際，對(duì)于川東北嘉二氣藏主要形成于構(gòu)造圈閉中，并以斷層-背斜型構(gòu)造圈閉為主，其受流體勢(shì)影響大，已發(fā)現(xiàn)的氣藏都處于相應(yīng)的低勢(shì)區(qū)，溫西-正壩、亭子鋪-雷音鋪-鐵山等繼承性的流體勢(shì)低值區(qū)是油氣富集的有利指示區(qū)。

5 結(jié)論

（1）早中侏羅世時(shí)期，流體勢(shì)主要分布在55～85 kJ／kg，平均流體勢(shì)值為71.776 kJ／kg；至晚侏羅世時(shí)期，流體勢(shì)普遍提高，主要分布在110～155 kJ／kg，平均流體勢(shì)值為129.546 kJ／kg，主要原因是構(gòu)造抬升使嘉二氣藏埋深增加，地層壓力升高；現(xiàn)今流體勢(shì)主要分布在30～130 kJ／kg，平均流體勢(shì)值為89.114 kJ／kg。

（2）嘉二氣藏古流體勢(shì)分布主要受壓力控制，古流體勢(shì)演化具有一定的繼承性。天然氣流動(dòng)以壓力為動(dòng)力。

（3）嘉二氣藏受流體勢(shì)影響較大，繼承性的流體勢(shì)低值區(qū)是油氣富集的有利指示區(qū)。從古流體勢(shì)場(chǎng)與現(xiàn)今油氣藏分布特征來看，氣藏多分布在相對(duì)低的流體勢(shì)區(qū)。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為溫西-正壩、亭子鋪-雷音鋪-鐵山區(qū)塊是川東北地區(qū)嘉陵江組天然氣勘探有利區(qū)帶。

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