塔東地區(qū)下古生界天然氣成藏主控因素及勘探領(lǐng)域

劉衛(wèi)紅，高先志，葉信林，冉啟貴，程宏崗

塔東地區(qū)下古生界天然氣成藏主控因素及勘探領(lǐng)域

劉衛(wèi)紅1，2，高先志1，葉信林2，冉啟貴2，程宏崗2

（1中國石油大學(xué)（北京）；2中國石油勘探開發(fā)研究院）

利用巖心、分析化驗及地球物理資料對塔東地區(qū)下古生界烴源巖和儲集層進(jìn)行了綜合分析。研究認(rèn)為寒武系—奧陶系烴源巖已處于高—過成熟階段，原油裂解氣是主要氣源，并圈定裂解氣有效供氣范圍主要集中在古城以北的地區(qū)。儲層主要為顆?；?guī)r和白云巖，顆?；?guī)r的孔隙類型主要為裂縫及與之伴生的溶蝕孔洞，分布在古城臺地邊緣帶和羅西臺地邊緣帶的奧陶系中；白云巖主要發(fā)育溶蝕孔，在塔東地區(qū)廣泛分布。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史分析，指出古城鼻隆及其西北地區(qū)是最有利的勘探區(qū)帶，其次為英東構(gòu)造帶及滿加爾凹陷、英吉蘇凹陷內(nèi)的其他隆起區(qū)。

塔里木盆地；下古生界；碳酸鹽巖；天然氣；成藏

塔東地區(qū)位于塔里木盆地東部，面積約10×104km2。在塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖分布廣泛，但勘探程度較低，目前鉆至下古生界碳酸鹽巖的探井約20口。2006年古隆1井在下古生界碳酸鹽巖中獲工業(yè)氣流，之后針對該層位的鉆井多年鉆探無成效。直到2012年，古城6井又獲得突破，隨后古城8井、古城9井以及順南4井、順南5井、順南7井均獲工業(yè)氣流［1］。 前人針對塔東地區(qū)烴源巖和儲層的研究認(rèn)為：下古生界碳酸鹽巖儲層中天然氣是原油裂解氣［2-5］，儲層主要為寒武系白云巖和奧陶系石灰?guī)r［6-10］，但受鉆井資料、地震資料（以二維地震為主且品質(zhì)較差）的限制，有效供氣范圍和有利儲層展布的研究難度較大，前人研究相對較少。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過實驗?zāi)M、鉆井、巖心分析和地化資料分析，結(jié)合測井、地震資料以及人工井分析，將對塔東地區(qū)下古生界有效供烴范圍及有利儲層分布展開綜合研究，并結(jié)合構(gòu)造演化史指出下一步勘探領(lǐng)域。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔東地區(qū)經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅等多期構(gòu)造活動的改造，其總體表現(xiàn)為早古生代拉張裂陷、晚古生代抬升剝蝕、中新生代穩(wěn)定沉降的特征，沉積地層厚度近萬米。海西早期及印支運動造就了研究區(qū)內(nèi)北東—南西向兩隆夾一坳即塔北隆起和塔東隆起夾北部坳陷的構(gòu)造格局（圖1），印支期—燕山晚期為局部變形調(diào)整的主要時期［11-12］。研究區(qū)發(fā)育三大斷裂系統(tǒng)，即孔雀河斷裂系統(tǒng)、東南斷裂系統(tǒng)和伸展斷裂系統(tǒng)［13］，可劃分成四個二級構(gòu)造單元：孔雀河斜坡、滿加爾凹陷、英吉蘇凹陷和塔東低凸起（圖1）。

寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)，塔里木盆地臺盆區(qū)古構(gòu)造—沉積格局呈近東西向展布［14-17］，沉積相帶受裂陷槽、斷隆、臺地、斜坡帶控制。塔東地區(qū)位于克拉通邊緣坳陷帶上，沉積相以盆地相為主，地層厚度變化大，發(fā)育東西兩個碳酸鹽巖臺地（圖2），沉積格局自西向東為臺地邊緣—斜坡—盆地—斜坡—臺地沉積［18-20］。臺地和臺地邊緣相地層發(fā)育以古城4井和羅西1井為代表，地層發(fā)育情況基本上可以與塔中地層對比；盆地相以塔東2井、塔東1井為代表，為繼承性的盆地（深海）相沉積；斜坡相則以米蘭1井為代表，地層發(fā)育特征與盆地相類似。

圖1 塔東地區(qū)構(gòu)造區(qū)劃簡圖(據(jù)中國石油塔里木油田研究院勘探部署圖修改)

圖2 塔東地區(qū)下古生界上寒武統(tǒng)和中下奧陶統(tǒng)的地層厚度及碳酸鹽巖巖相古地理圖

2 成藏主控因素分析

針對塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖天然氣的成藏，本次研究對塔東地區(qū)的烴源巖和儲層特征作了綜合分析，結(jié)合該地區(qū)的構(gòu)造特征認(rèn)為：塔東地區(qū)下古生界構(gòu)造格局定型早，它與早期的快速深埋共同決定了下古生界碳酸鹽巖具有“早生烴，早成藏”的特點，晚期的原油裂解氣的充注決定了現(xiàn)今有利勘探區(qū)域的分布，有利儲層的發(fā)育特征決定了氣藏的形態(tài)及規(guī)模。

2.1 有效的氣源控制了天然氣藏的分布

塔東地區(qū)烴源巖主要分布于下寒武統(tǒng)及下奧陶統(tǒng),它為一套欠補(bǔ)償盆地相與臺緣斜坡相沉積的暗色泥巖和碳酸鹽巖，其分布范圍廣，近乎遍布整個塔東地區(qū)；厚度大，約在400～600m之間；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，有機(jī)質(zhì)豐度高，據(jù)塔里木油田研究院塔東2井單井評價中51個樣品統(tǒng)計，寒武系黑灰色硅質(zhì)泥巖和泥巖的TOC多在1%～3%，平均1.7%，下奧陶統(tǒng)藻紋層泥巖的TOC在0.35%～7.62%，平均2.84%，均屬于好的生油巖，但烴源巖演化程度較高，前人通過已鉆井資料證實，塔東地區(qū)的天然氣主要是來自于高—過成熟的寒武系—奧陶系腐泥型有機(jī)質(zhì)生成的原油裂解氣［21-24］。

對于原油裂解的溫度及成熟度，目前主要的實驗方法為封閉體系黃金管高壓釜模擬，它最為接近地下實際情況而被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用［25-28］。鑒于塔東地區(qū)鉆井無法取到下古生界碳酸鹽巖儲層內(nèi)原油，本次研究利用鄰區(qū)輪古7-8井下奧陶統(tǒng)高密度原油進(jìn)行模擬實驗，實驗由中國石油天然氣集團(tuán)公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室完成。塔東地區(qū)地溫梯度低，上奧陶統(tǒng)沉積厚度大，沉積速率快，對下伏碳酸鹽巖內(nèi)原油的裂解具有一定影響，為使結(jié)果更接近地下狀態(tài)，模擬過程中加入碳酸鹽巖，同時放入褐煤做標(biāo)定，壓力為50MPa，以2℃/h的升溫速率，從室溫加熱至610℃，結(jié)果表明，塔東地區(qū)原油裂解主要發(fā)生在Ro為1.5%～2.5%范圍內(nèi)，其中大量裂解階段的Ro為2.0%～2.5%，這一階段形成的裂解氣量占總裂解氣的80%（圖3）。

圖3 塔東地區(qū)原油成熟度與氣態(tài)烴產(chǎn)率關(guān)系

圖4 塔東地區(qū)不同時期碳酸鹽巖頂原油裂解程度增量圖

利用研究區(qū)滿東1井、英南2井、英東2井、羅西1井、塔東2井和古城4井等6口探井（位置見圖1，圖2）的井溫資料，據(jù)塔里木盆地構(gòu)造演化史與熱演化史的特點，采用線性遞減模式預(yù)測古地溫，利用Sweeney和Burnham［29-30］推出的簡單動力學(xué)模型Easy（%）Ro法，恢復(fù)了奧陶系碳酸鹽巖頂成熟度演化史，進(jìn)而推斷出在不同時期的原油裂解程度增加量（圖4），由此可以看出不同時期增加了多少原油裂解氣。奧陶紀(jì)末，僅在滿加爾凹陷中部地區(qū)處于高裂解程度，數(shù)值大于80%，其余廣大地區(qū)裂解程度均較低，其中在古城以西和以北的地區(qū)（即古隆1井—滿南1井—滿參1井一線以西）以及塔東1井—華英參1井以東的地區(qū)，還處于未裂解狀態(tài)（圖4a）。志留紀(jì)末，裂解范圍向東西兩側(cè)擴(kuò)大（圖4b）,晚海西期—印支期，裂解增量主要集中在古城以北的地區(qū)，其增量值可達(dá)50%，滿加爾凹陷及其以東的地區(qū)未有新的裂解氣產(chǎn)出（圖4c）。燕山—喜馬拉雅期，新的原油裂解氣產(chǎn)出主要集中在古城以北和滿參1井以西的地區(qū)，產(chǎn)出量可以達(dá)到20%，在英吉蘇凹陷有少量的裂解氣產(chǎn)出，其量小于1%（圖4d）。由于油氣藏的形成受烴源巖的嚴(yán)格制約［31-33］，且古城地區(qū)及其周緣的下古生界碳酸鹽巖處于燕山—喜馬拉雅期碳酸鹽巖頂原油裂解增量中心以北的構(gòu)造高點上，因而，塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的勘探應(yīng)緊密圍繞古城地區(qū)及其周緣。

2.2 有利儲層的發(fā)育特征決定了氣藏的形態(tài)及規(guī)模

塔東地區(qū)碳酸鹽巖儲層主要有兩種：一是高能環(huán)境的顆粒灰?guī)r；二是白云巖。

塔里木盆地奧陶系巖溶儲層廣泛分布［34-35］，但學(xué)者們對塔東地區(qū)奧陶系石灰?guī)r儲層的研究卻較少，且還有學(xué)者認(rèn)為奧陶系石灰?guī)r為非儲層［7］。本次研究發(fā)現(xiàn)奧陶系石灰?guī)r中發(fā)育儲層，巖性主要為顆?；?guī)r，儲集空間主要為裂縫—孔洞。以古城臺地為例，奧陶系一間房組石灰?guī)r儲集空間有粒內(nèi)（粒間）溶孔（圖5a），部分被有機(jī)質(zhì)充填（圖5b），其形成是在有利的沉積相帶控制下的后期斷裂及順層巖溶作用疊加的結(jié)果，巖溶作用在塔里木盆地普遍存在［26-27］，塔東地區(qū)則以埋藏巖溶作用為主。

圖5 塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖儲層特征

此外，石灰?guī)r儲層中細(xì)小粒間溶孔以及粒內(nèi)溶孔亦較為發(fā)育（圖5c），雖連通性差，多呈孤立狀，且規(guī)模較小，但該地區(qū)裂縫比較發(fā)育（圖5d），且以有效寬度小于0.1mm的微裂縫為主，相應(yīng)地，與裂縫相伴生的溶蝕孔洞也較發(fā)育，且在高能灘相顆?；?guī)r內(nèi)更為發(fā)育。

塔東地區(qū)白云巖儲層的儲集空間有晶間（溶）孔（圖 5e）、晶內(nèi)溶孔（圖 5f）、裂縫（圖 5g，5h）、溶洞（圖5i）以及瀝青收縮孔等，其中，裂縫和溶蝕孔洞為主要的儲集空間。據(jù)7口井的41個樣品的分析化驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，白云巖儲層的基質(zhì)孔隙度集中分布在2.5%以下，粉晶白云巖和細(xì)晶白云巖的孔滲性較好（圖6a），泥晶白云巖的孔滲性稍差，中晶白云巖的孔滲性最差?？紫抖群蜐B透率相關(guān)性不大（圖 6b）。

圖6 塔東地區(qū)下古生界白云巖儲層物性特征

關(guān)于塔東地區(qū)白云巖儲層成因的研究較多［7，36-38］，筆者較為贊同這些儲層是在埋藏白云石化作用的基礎(chǔ)上疊合了熱液白云石化作用而形成的。白云巖儲層的溶蝕作用，主要是與有機(jī)質(zhì)演化有關(guān)的酸性流體順斷層向上運移而產(chǎn)生的溶蝕和熱液的溶蝕，深大斷裂或與之伴生的小斷裂則為流體運移提供了通道，這種斷裂在古城地區(qū)較為發(fā)育。古城4井白云巖儲層中充填的瀝青說明有機(jī)酸的溶蝕形成于油氣充填之前，研究區(qū)廣泛發(fā)育的鞍狀白云石、石英、黃鐵礦及天青石等熱液礦物組合也說明該地區(qū)曾經(jīng)有熱液通過。從成像測井可以看出白云巖基質(zhì)孔隙發(fā)育的層段裂縫比較發(fā)育，而石灰?guī)r儲層中順層溶蝕孔洞較為發(fā)育。

綜上所述，塔東地區(qū)石灰?guī)r及白云巖儲層的發(fā)育主要受沉積相和斷裂控制的溶蝕作用的影響。塔東地區(qū)顆?；?guī)r儲層主要發(fā)育于西部的古城臺地邊緣帶和東部的羅西臺地邊緣帶，層位是奧陶系鷹山組。白云巖儲層發(fā)育規(guī)模相對較大，相對于斜坡相白云巖，灘相白云巖的儲集性能更為優(yōu)越，它主要分布在古城臺地邊緣以西和羅西臺地邊緣以東的寒武系及奧陶系蓬萊壩組中。上寒武統(tǒng)灘相白云巖及中下奧陶統(tǒng)灘相石灰?guī)r均為有利的儲層發(fā)育區(qū)，而上寒武統(tǒng)臺內(nèi)灘則為潛在的儲層發(fā)育區(qū)，斜坡部位由于斷裂發(fā)育，可能為潛在的熱液白云巖儲層發(fā)育區(qū)，據(jù)此，筆者根據(jù)不同時期臺緣帶展布范圍預(yù)測了塔東地區(qū)有利儲層展布區(qū)（圖7）。

3 塔東地區(qū)天然氣勘探領(lǐng)域

在此筆者將裂解氣區(qū)、有利儲層分布區(qū)和構(gòu)造綱要圖等三類要素疊合起來（圖8），并綜合評價和劃分有利勘探區(qū)帶如下。

3.1 古城鼻隆及其西北是最有利的勘探區(qū)

古城鼻隆及其西北（圖1，圖7）位于持續(xù)裂解供烴區(qū)（圖4，圖8），古油藏的后期裂解為氣藏提供了充足的氣源，古城4井高瀝青含量也證實了古城地區(qū)古油藏的存在，程宏崗等［39］通過儲層中固體瀝青含量初步估算的古城4井區(qū)裂解氣量為2.11×1012m3，其北側(cè)及東側(cè)發(fā)育盆地相的烴源巖，也是提供后期氣源的主要來源。古城4井以西的古隆1井（位置見圖7）、古城6井、古城8井、古城9井（位置見圖8）獲得工業(yè)氣流也證實該區(qū)具有有效的成藏過程。同時，古城鼻狀構(gòu)造帶寒武系—下奧陶統(tǒng)儲層類型多樣，既有寒武系的灘相白云巖儲層，也有奧陶系鷹山組—一間房組的臺緣灘相及臺內(nèi)灘相石灰?guī)r儲層，且它們相互疊置。此外，古城地區(qū)斷裂比較發(fā)育，有機(jī)酸性水順早期的張性斷裂向上運移，形成溶蝕孔洞，極大地改善了儲集性能，同時又可以形成多個巖性圈閉。

圖7 塔東地區(qū)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖有利儲層分布區(qū)

圖8 塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖綜合評價圖

3.2 英東構(gòu)造帶及凹陷內(nèi)其他局部隆起區(qū)是潛在的勘探區(qū)

英東構(gòu)造帶的西側(cè)緊鄰生烴凹陷的中心（圖8），烴源巖中吸附的液態(tài)烴裂解可以為成藏提供氣源條件。從成熟度演化分析，原油裂解成氣在侏羅系沉積前已經(jīng)結(jié)束，此時英東構(gòu)造帶已經(jīng)形成，并且后期改造不明顯，因而具有形成古油氣藏的條件，古油氣藏的裂解可以為英東構(gòu)造帶提供很好的氣源條件。英東構(gòu)造帶上已鉆的英東2井在寒武系見到較好的氣顯示，并獲得了氣流。

從儲集層條件上看，英東構(gòu)造帶上寒武統(tǒng)白云巖發(fā)育，屬于臺地邊緣—臺地斜坡相沉積。已鉆遇的英東1井巖心及測井資料顯示，上寒武統(tǒng)突尓沙克塔格組儲層巖性為白云巖，巖心中可見多期構(gòu)造裂縫，早期裂縫多為方解石、白云石及瀝青質(zhì)所充填，晚期裂縫則被部分充填。成像測井圖上可見儲層多發(fā)育垂直縫，局部見溶蝕孔洞，裂縫發(fā)育的層段，相應(yīng)地孔洞也發(fā)育。

滿加爾凹陷和英吉蘇凹陷內(nèi)的局部隆起區(qū)是潛在的勘探領(lǐng)域（圖8），其主要原因為：一是靠近烴源巖，天然氣最先聚集于此；二是這些隆起通常由古隆起長期繼承性發(fā)展而來，儲層也較為發(fā)育；三是凹陷內(nèi)的局部隆起遠(yuǎn)離邊界深大斷裂，形成的氣藏被破壞的可能性較小。因而，凹陷內(nèi)的其他隆起區(qū)，如大西海構(gòu)造帶、龍口構(gòu)造帶、英北構(gòu)造帶等是潛在的勘探領(lǐng)域。

4 結(jié) 論

（1）塔東地區(qū)下古生界天然氣藏的展布主要受原油裂解氣的控制，晚海西期以來，有效供氣范圍主要集中在古城以北的地區(qū)，塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的勘探應(yīng)緊密圍繞古城地區(qū)及其周緣。

（2）塔東地區(qū)下古生界顆?；?guī)r儲層主要發(fā)育于西部古城臺地邊緣帶和東部羅西臺地邊緣帶的奧陶系鷹山組中；白云巖儲層發(fā)育規(guī)模相對較大，主要分布在古城臺地邊緣以西和羅西臺地邊緣以東的寒武系及奧陶系蓬萊壩組中。

（3）塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖最有利的勘探領(lǐng)域集中在古城鼻隆及其西北地區(qū)；其次為英東構(gòu)造帶以及滿加爾凹陷、英吉蘇凹陷內(nèi)的其他隆起區(qū)，如大西海構(gòu)造帶、龍口構(gòu)造帶、英北構(gòu)造帶等。

致謝：研究工作中得到了塔里木油田勘探開發(fā)研究院大力支持，特此表示誠摯的謝意，同時，審稿專家和編輯老師對論文提出了寶貴意見，深表感謝!

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編輯:黃革萍

Liu Weihong:PhD.Add:PetroChina Research Institutes of Petroleum Explorationamp;Development,Langfang,Hebei,065007,China

Conditions for Gas Accumulation and Potential Areas in Lower Paleozoic Eastern Tarim Basin

Liu Weihong,Gao Xianzhi,Ye Xinlin,Ran Qigui,Cheng Honggang

By means of drilling core and analysis data,as well as logging data and seismic data，the source rock and reservoir rock of the Lower Paleozoic in eastern Tarim Basin are comprehensively evaluated.It is indicated that,the source rock within the Lower Paleozoic from Cambrian to Ordovician is in high and over mature stage,therefore providing hydrocarbon in the form of oil-cracking gas.It is pointed out that the effective cracking gas-bearing targets are concentrated in the northern Gucheng area.The primary reservoir is in two forms as follows:The granular limestone with fracture and dissolution pores mainly distributed in the west platform edge of Gucheng and in the east Luoxi platform;The dolomite with dissolution pores mainly distributed in the platform of eastern Tarim Basin.Combined with the analysis of regional tectonic evolution history,it is proposed that the nose structure of Gucheng and its north-west area are the most favorable areas,and Yingdong structure belt and other uplifts in the sag are the secondary favorable areas.

Carbonate;Natural gas;Accumulation;Lower Paleozoic;Tarim Basin

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.04.008

1672-9854(2017)-04-0061-08

2016-06-08；改回日期：2017-03-03

本文受國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號：2016ZX05007）和國家重大科技專項“南大西洋兩岸重要盆地層序地層格架與烴源巖和儲層評價研究”（編號：2016ZX05033-001-002）資助

劉衛(wèi)紅：女，1979年生，工程師，博士，主要從事沉積儲層及天然氣成藏特征研究。通訊地址：河北省廊坊市廣陽區(qū)萬莊石油分院；E-mail：lweihong05@petrochina.com.cn