塔里木盆地北部雅克拉地區(qū)海相油氣成藏特征與運聚過程

韓 強，黃太柱，耿 鋒 ，費劍煒，楊喜彥

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，西安 710069；2. 中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；3.中國石油 青海油田公司 氣田開發(fā)處，甘肅 敦煌 736200)

雅克拉油氣藏是塔里木盆地最早發(fā)現(xiàn)的海相油氣藏，1984年沙參2井在奧陶系古潛山獲得重大油氣突破，發(fā)現(xiàn)了雅克拉油氣藏，揭開了塔里木盆地海相油氣大發(fā)現(xiàn)的序幕[1-4]。雅克拉地區(qū)海相油氣藏成熟度較高，油氣同源，分布受寒武、奧陶系斷壘潛山及其上的中生界披覆背斜、斷背斜控制[5-7]。王月蕾等利用流體包裹體系統(tǒng)分析方法厘定雅克拉地區(qū)油氣成藏期為喜馬拉雅中—晚期，具有連續(xù)、快速充注的成藏特點[8]。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，發(fā)現(xiàn)雅克拉地區(qū)不同構(gòu)造、不同層位海相油氣原油物理性質(zhì)變化較大，其變化規(guī)律及控制因素尚不明確，無法用上述連續(xù)快速成藏來解釋。因此，有必要對雅克拉地區(qū)海相油氣充注及運聚過程進行研究，以期為本區(qū)的勘探開發(fā)部署提供支撐。

1 地質(zhì)背景及海相油氣特征

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于沙雅隆起北部雅克拉斷凸的中西段，南鄰哈拉哈塘凹陷，北接庫車坳陷(圖1b)。雅克拉斷凸是南北受輪臺、亞南斷裂夾持的繼承性斷塊的凸起。斷凸主要形成于海西晚期，由于長期隆升，前中生界地層遭受強烈剝蝕，形成了復(fù)雜的潛山系統(tǒng)[9]。前中生界古地質(zhì)圖顯示雅克拉古潛山是一個北東向展布的向斜，向斜核部為泥盆系和石炭系碎屑巖地層，向北東方向依次發(fā)育奧陶系、寒武系、震旦系碳酸鹽巖地層，地層依次變老。S4井以東和亞1號斷裂帶以北地區(qū)為前震旦系變質(zhì)巖發(fā)育區(qū)(圖1b)。 印支期隆起持續(xù)隆升，上三疊統(tǒng)地層從西南向北東方向超覆尖滅。燕山—喜馬拉雅早期，雅克拉斷凸進入快速沉降期，侏羅系—白堊系快速超覆沉積在古生界奧陶系—震旦系碳酸鹽巖或前震旦系變質(zhì)巖之上，全面形成潛山披覆構(gòu)造圈閉[10]。喜馬拉雅晚期，庫車前陸盆地不斷往南擴展，雅克拉地區(qū)開始區(qū)域性北傾，成為庫車坳陷南斜坡。

雅克拉地區(qū)從南向北依次發(fā)育輪臺斷裂、亞2號及亞1號3個斷裂構(gòu)造帶，沿3個斷裂構(gòu)造帶發(fā)育雅克拉、雅東5號(YD1井)、YD1號(S44)，雅東3號、雅東4號和雅東6號等局部構(gòu)造，其中雅克拉及雅東5號構(gòu)造均已獲得工業(yè)油氣；YD1號構(gòu)造的S44井在潛山及中、新生界見到良好的油氣顯示，但測試未獲油氣發(fā)現(xiàn)；雅東2號、雅東3號和雅東4號目前尚未鉆探(圖1c)。該區(qū)獲得油氣的層系既有古生界碳酸鹽巖潛山，又有潛山之上披覆的碎屑巖(圖1a)。雅克拉油氣藏分別在白堊系亞格列木組(K1y)、下侏羅統(tǒng)、奧陶系、寒武系及震旦系等層試獲工業(yè)油氣。雅東5號構(gòu)造(YD1井)在白堊系亞格列木組和下侏羅統(tǒng)砂巖獲得工業(yè)油氣。沙參2和S5井在古近系庫姆格列木群底砂巖測井解釋出油氣層，尚未測試。

圖1 塔里木盆地北部雅克拉地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖及地層柱狀圖

1.2 海相油氣性質(zhì)

雅克拉地區(qū)各層系整體上具有相似的流體性質(zhì)。該區(qū)多數(shù)鉆井原油密度在0.781 4～0.829 6 g/cm3，運動黏度分布在1.66～2.42 mm2/s、含硫量在0.09%～0.13%、含蠟量為2.4%～4.29%，按照原油地面分類標準屬于低硫、低蠟、低黏度、低凝固點的揮發(fā)油和輕質(zhì)油[11]。但YK18井和YK16井潛山采出原油密度在0.844 2～0.853 3 g/cm3，YD1井侏羅系原油密度為0.889 8 g/cm3。同時，該區(qū)油氣藏氣油比變化范圍在900～6 776 m3/t，顯示了原油性質(zhì)變化的復(fù)雜性。該區(qū)多數(shù)原油正構(gòu)烷烴分布主峰碳為nC15-nC17，奇偶優(yōu)勢不明顯，OEP值為1.0左右，油質(zhì)較輕，以低分子量正構(gòu)烷烴為主，nC21-/nC22+比值在0.35～4.85，具有高成熟原油特征[12]。原油碳同位素輕，δ13C油值分布于-32.2‰～-30.4‰，Pr/Ph比值整體小于1.6，三環(huán)萜烷C21TT/C23TT比值均小于1.0，原油中硫芴含量均達到60%以上，海相原油特征明顯，與庫車陸相油氣原油物理性質(zhì)及地球化學(xué)特征差異明顯[13]。

雅克拉凝析氣藏天然氣組分以烴類氣體為主，平均占氣體總體積的94.37%；非烴氣主要有N2和CO2，其平均含量分別占2.64%和2.99%。烴氣中甲烷平均含量達到75%～88.05%，平均84.70%；重?zé)N含量較高，平均9.67%；干燥系數(shù) (C1/C1-5) 介于0.79～0.92之間，平均0.91，為濕氣特征[14]。天然氣的重?zé)N(乙烷和丙烷)碳同位素主要受生源母質(zhì)類型的影響，雅克拉海相輕質(zhì)油氣藏的天然氣δ13C2<-29‰，δ13C3<-25‰，為油型氣，表明其生源母質(zhì)為Ⅰ型干酪根(腐泥型)[15-16]。從天然氣甲烷碳同位素反映的成熟度來看，雅克拉天然氣主要為高—過成熟氣。天然氣δ13C1<δ13C2<δ13C3，呈正序排列，顯示天然氣為典型的有機成因[17]。

上述資料表明雅克拉原油與天然氣的成熟度基本相同，海相油氣特征明顯。不同鉆井原油性質(zhì)、氣油比的變化可能與該區(qū)油氣多期充注有關(guān)。

2 油氣多期充注特征及成藏期確定

2.1 儲層流體包裹體特征

流體包裹體是礦物結(jié)晶生長過程中所捕獲的成巖成礦流體組分，可作為原始成礦流體來研究，其包含了油氣充注時代流體溫度、壓力和成分等信息。流體包裹體均一溫度—埋藏史投影法已廣泛應(yīng)用于油氣成藏研究[18]。為了進一步厘定油氣充注時期，本文采集了S5井奧陶系4個流體包裹體樣品，YD1井侏羅系和白堊系各2個流體包裹體樣品進行分析。

2.1.1 流體包裹體類型

地層中捕獲的有機包裹體是油氣運聚最直接的證據(jù)[19]。雅克拉地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖以粉—細晶白云石為主。其在顯微鏡下見重結(jié)晶自形白云石晶體及霧心狀構(gòu)造白云石晶體，重結(jié)晶白云石發(fā)生在深埋藏階段，即晚成巖階段[20]。裂縫—溶蝕孔洞是該區(qū)白云巖的主要儲層。儲層有機包裹體比較發(fā)育，主要附存于白云石、白云巖裂縫、溶蝕孔洞、硅質(zhì)交代白云石中。白云巖儲層中主要檢測到單一液相油包裹體、純氣相有機包裹體，還有油—瀝青兩相等含烴包裹體(圖2a-d)。其中，原油—瀝青兩相油包裹體最為豐富，占有機包裹體總數(shù)的75%左右。有機包裹體形狀多樣，主要有圓球狀、長條狀和不規(guī)則形態(tài)。透射光下有機包裹體呈淺褐色、褐色及透明色。

雅克拉地區(qū)侏羅系—白堊系碎屑巖儲層主要處于中成巖A亞期，顯微鏡下巖石顆粒之間以線接觸為主，次生孔隙發(fā)育，可見石英和長石次生加大及微裂隙[21]。碎屑巖儲層流體包裹體發(fā)育，主要賦存于石英顆粒內(nèi)愈合裂隙、穿石英顆粒裂紋，石英、長石次生加大邊和方解石膠結(jié)物中(圖2e-l)。在碎屑巖中檢測到單一液相油包裹體、油—瀝青兩相含烴包裹體，其中油—瀝青兩相含烴包裹體較發(fā)育。

2.1.2 流體有機包裹體熒光顏色

有機包裹體熒光顏色從火紅色—橙色—黃色—綠色—藍白色—無色，反映了內(nèi)在有機質(zhì)從低成熟到高成熟的熱演化趨勢。隨著有機質(zhì)成熟度的增高，有機包裹體顯微熒光光譜發(fā)生藍移，反之則紅移[22]。在研究區(qū)潛山白云巖儲層中可見發(fā)橘紅—深黃色、淺黃色和藍白色熒光的油包裹體及發(fā)微弱白色熒光純氣相包裹體，表明有中等成熟—高成熟度的油充注和天然氣充注。侏羅系—白堊系碎屑巖中普遍檢測到代表成熟的發(fā)綠色、黃色熒光油包裹體和代表成熟—高成熟油充注的發(fā)黃綠色、藍白色的油包裹體。此外，潛山和碎屑巖樣品中均檢測到不發(fā)熒光的黑色殘留瀝青，這表明早期油氣遭受了后期氧化降解[23]。

圖2 塔里木盆地雅克拉地區(qū)典型井有機包裹體顯微熒光照片特征

a-b.S5井，奧陶系白云巖樣品1，5 389.58 m，沿裂縫充填微晶白云石中見少量發(fā)橘紅色和藍白色熒光2期油包裹體，見大量不發(fā)熒光瀝青；c-d.S5井，奧陶系白云巖樣品2，5 407.88 m，溶洞充填細晶白云石晶體裂紋中見大量細小發(fā)白色熒光純氣相包裹體；e-f.YD1井，侏羅系砂巖樣品1，5 432.37 m，結(jié)晶方解石中見發(fā)綠色及藍白色熒光油包裹體；g-h.YD1井侏羅系砂巖樣品2，5 432.53 m，瀝青充填方解石，見發(fā)黃色及藍色—藍白色熒光油浸染；i-j.YD1井，白堊系砂巖樣品1，5 339.40 m，穿石英顆粒裂紋中見大量發(fā)藍色熒光的油包裹體。k-l.YD1井，白堊系砂巖樣品2，5 339.60 m，穿石英顆粒裂紋中見大量發(fā)黃色熒光的油包裹體

Fig.2 Photomicrographs of fluid inclusions from different typical wells in Yakela area, Tarim Basin

2.2 油氣注入期次確定

2.2.1 流體包裹體均一溫度

在有機包裹體熒光觀察的基礎(chǔ)上，我們對標定的有機包裹體及其同期鹽水包裹體進行顯微測溫。鹽水包裹體分期依據(jù)有2點原則：一是具有相同產(chǎn)狀和相似氣/液比的流體包裹體組合[24]；二是對同一產(chǎn)狀和不同氣/液比包裹體的均一溫度按15 ℃間隔分期。S5井奧陶系潛山中檢測到2期流體包裹體，液態(tài)烴類與氣態(tài)烴類包裹體為同期產(chǎn)物，第一期油包裹體均一溫度在80～95 ℃，同期鹽水包裹體均一溫度為95～110 ℃；第二期油包裹體均一溫度在100～125 ℃，同期鹽水包裹體均一溫度為110～140 ℃(圖3a，d)。YD1井侏羅系檢測到了2期流體包裹體：第一期油包裹體均一溫度范圍65～80 ℃，同期鹽水包裹體均一溫度為75～100 ℃；第二期油包裹體均一溫度在100～115℃，同期鹽水包裹體均一溫度為105～135℃(圖3b，e)。YD1井白堊系檢測到一期流體包裹體，油包裹體均一溫度在85～115 ℃，同期鹽水包裹體均一溫度為100～130 ℃(圖3c，f)。

2.2.2 油氣充注時間

將各期與油、氣包裹體相伴生的同期鹽水包裹體的均一溫度范圍投影到單井埋藏史圖上(圖4)，就可以比較準確地確定該地區(qū)的油氣成藏時期[25]。S5井奧陶系均一溫度投影到埋藏史圖上，其對應(yīng)的地質(zhì)時期距今45.5～16.5 Ma。YD1井侏羅系2個峰值均一溫度對應(yīng)的地質(zhì)時期距今分別為22～10 Ma和10～4 Ma。YD1井白堊系碎屑巖均一溫度對應(yīng)的地質(zhì)時期距今為10～4 Ma。說明雅克拉地區(qū)海相輕質(zhì)—凝析氣藏成藏期為喜馬拉雅早期和中晚期，以喜馬拉雅中晚期為主。喜馬拉雅中晚期充注分別對應(yīng)新近紀吉迪克組沉積期—庫車組沉積期，表明該區(qū)油氣晚期成藏的特點。

3 構(gòu)造演化及對油氣運聚的控制

加里東中晚期滿加爾坳陷烴源巖已經(jīng)開始生烴，為沙雅隆起提供充足的烴源。雅克拉南部的塔河奧陶系油田保留了加里東中—晚期和海西期的油氣藏[26]。至燕山期雅克拉才結(jié)束古隆起演化開始形成潛伏的古隆起，雅克拉地區(qū)圈閉長期缺乏有效蓋層，S5井、YD1井潛山巖心普遍見干瀝青，加里東中晚期—燕山期屬于雅克拉海相油氣充注逸散階段(圖5)。只有在喜馬拉雅早期侏羅系—白堊系沉積埋深達1 000 m而進入中成巖期，該區(qū)有效封蓋性能初步建立，至喜馬拉雅晚期封蓋性能達最佳[26]。喜馬拉雅早期到喜馬拉雅中晚期，雅克拉地區(qū)發(fā)生了構(gòu)造“翹傾”作用，導(dǎo)致了該區(qū)海相油氣藏的聚集—破壞—調(diào)整及再充注成藏的復(fù)雜過程。

圖3 塔里木盆地雅克拉地區(qū)鉆井有機包裹體及其同期鹽水包裹體均一溫度分布

圖4 塔里木盆地雅克拉地區(qū)典型井埋藏史—均一溫度投影法確定其油氣充注時期

3.1 喜馬拉雅早期古構(gòu)造格局及油氣運聚

喜馬拉雅早期，滿加爾坳陷烴源巖所生油氣難以越過阿克庫勒北東向古生界鼻狀隆起至雅克拉地區(qū)。輪臺斷裂以南凹陷區(qū)寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖開始成熟生烴，為本區(qū)提供的了充足的烴源[27-28]。喜馬拉雅早期，由于應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的局部引張作用，使輪臺斷裂、亞1號斷裂沿原有斷面下滑，斷裂性質(zhì)發(fā)生負反轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)為正斷層性質(zhì)[29]。輪臺斷裂在喜馬拉雅早期的活動，為油氣向上運移提供了有利通道[30]，南部凹陷區(qū)寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖所生油氣沿古生界不整合面向北運移，再沿輪臺斷裂向上至中、新生界，順中、新生界不整合面?zhèn)认蜻\移至圈閉成藏(圖5)。雅克拉地區(qū)前中生界不整合面(T50)是雅克拉地區(qū)油氣橫向運移輸導(dǎo)的主要不整合面，所發(fā)現(xiàn)油氣藏多在前中生界不整合面的上下。圖6a是前中生界不整合面在新近系吉迪克組沉積期的古構(gòu)造圖，可以看出雅克拉地區(qū)喜馬拉雅早期呈北高南低的構(gòu)造格局，油氣自輪臺斷裂運移至前中生界侵蝕面后從南往北運移成藏，雅克拉構(gòu)造、雅東等構(gòu)造均能處于喜馬拉雅早期油氣運移指向區(qū)。

3.2 喜馬拉雅晚期構(gòu)造翹傾及油氣成藏聚集過程

喜馬拉雅晚期輪臺斷裂以南寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖有機成熟度快速增高，進入距今最近一次高熟油氣的排烴高峰，再次為本區(qū)提供了烴源[31]。喜馬拉雅晚期，印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，受其影響塔里木板塊向北發(fā)生陸內(nèi)俯沖，南天山造山帶強烈復(fù)活、急劇抬升并向南逆沖推覆。在造山負載作用下，庫車坳陷快速沉降，在山前坳陷——庫車坳陷中形成了巨厚陸相紅色建造，沉積厚度達4 000余m。新生界北厚南薄，前陸巖石圈撓曲形成的前緣隆起已遷移至塔中一帶，雅克拉地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閹燔囒晗菽闲逼耓32]。受此影響，雅克拉地區(qū)地層發(fā)生“翹傾”作用[33-34]，翹傾作用不僅使油氣快速充注，也使喜馬拉雅早期形成的油氣藏發(fā)生破壞調(diào)整。同時輪臺斷裂再次活動，S5井以東地區(qū)輪臺斷裂向上均斷至康村組—庫車組，為南部深部凹陷所生油氣向上垂向運移提供了有利輸導(dǎo)條件(圖5)。

圖5 塔里木盆地雅克拉地區(qū)海相油氣成藏演化剖面剖面位置見圖1b。

喜馬拉雅晚期康村組—庫車組沉積期及現(xiàn)今雅克拉潛山頂面構(gòu)造形態(tài)變化記錄了構(gòu)造“翹傾”作用的過程。庫車組沉積之后，該區(qū)由北高南低逐漸變?yōu)槟细弑钡停筜D1—雅東4號油氣藏發(fā)生破壞向南調(diào)整，雅克拉—YD1井區(qū)長期處于油氣充注及早期油氣調(diào)整運移的有利區(qū)。雅東6號斷裂帶處于構(gòu)造反轉(zhuǎn)的樞紐帶，也是油氣調(diào)整的有利指向區(qū)(圖6b-d)。

雅克拉地區(qū)鉆井在潛山、侏羅系碎屑巖及白堊系亞格列木組砂巖巖心中所發(fā)現(xiàn)的瀝青和包裹體油—瀝青兩相現(xiàn)象，均說明了油氣破壞調(diào)整再聚集的過程。另據(jù)前人對雅克拉油氣地球化學(xué)特征方面研究，雅克拉地區(qū)白堊系亞格列木組凝析油飽和烴總流子圖上UCM峰明顯，反映淺層凝析油遭受一定程度的生物降解作用[35]。雅克拉潛山及YD1井侏羅系密度較大的輕質(zhì)油氣是喜馬拉雅早期油氣的代表，說明在反轉(zhuǎn)過程中非均質(zhì)強的碳酸鹽巖潛山油氣藏及侏羅系透鏡狀砂體油氣藏更容易保存，而塊狀砂體的白堊系油氣藏均遭受一定破壞降解。這也是潛山油氣藏和侏羅系油氣藏油氣性質(zhì)變化的主要原因。

圖6 喜馬拉雅運動不同階段雅克拉潛山頂面構(gòu)造形態(tài)變化

4 結(jié)論

(1)雅克拉地區(qū)海相油氣存在多期充注過程，加里東—海西晚期本區(qū)因缺乏蓋層，導(dǎo)致油氣逸散。輕質(zhì)原油—凝析氣藏主要形成于喜馬拉雅期。依據(jù)流體包裹體劃分出主要油氣充注期，第一期主要充注成熟油，油包裹體發(fā)桔紅色或黃色熒光；第二期主要充注高熟油，油包裹體發(fā)黃綠色或藍白色的熒光。奧陶系潛山油氣充注時間為45.5～16.5 Ma；碎屑巖充注的地質(zhì)時期距今分別為22～10 Ma和10～4 Ma。

(2)喜馬拉雅晚期庫車組沉積(5.332 Ma)之后雅克拉地區(qū)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，該區(qū)前中生界不整合面由東北高、西南低的構(gòu)造格局逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂细?、東北低，海相油氣經(jīng)歷了充注—破壞—調(diào)整。輪臺斷裂構(gòu)造帶分布的雅克拉構(gòu)造、雅東5號處于油氣調(diào)整的有利區(qū)，北西向展布的雅東6號斷裂帶是構(gòu)造反轉(zhuǎn)的樞紐帶，也是油氣調(diào)整聚集相對有利目標區(qū)。

(3)雅克拉地區(qū)海相油氣多期充注、多期調(diào)整是油氣性質(zhì)橫向變化的主要原因，非均質(zhì)強的潛山圈閉油氣藏及侏羅系透鏡狀砂巖油氣藏，在構(gòu)造反轉(zhuǎn)調(diào)整過程中比白堊系塊狀砂體油氣藏保存更好，保留了早期充注的油氣藏。