川西孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段致密油氣成藏主控因素分析

彭宏昶, 謝銳杰, 田 楊, 陳甄明

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院, 武漢 430100;2.長(zhǎng)江大學(xué) 非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 武漢 430100;4.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院, 武漢 430100)

川西坳陷是在中晚三疊世揚(yáng)子地臺(tái)與華北地臺(tái)因陸陸碰撞發(fā)生“盆山轉(zhuǎn)換”的過程中,形成的一個(gè)前陸盆地,孝泉-豐谷構(gòu)造帶位于龍門山前緣推覆帶的東部,在揚(yáng)子板塊西北邊緣。研究發(fā)現(xiàn)孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段長(zhǎng)期以來作為主要烴源巖段,具有較大的開發(fā)潛力[1]。然而該地區(qū)的成藏研究較少,缺少系統(tǒng)的研究。在此之前,有人從高效烴源巖、地質(zhì)構(gòu)造、地化特征等方面對(duì)川西坳陷的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層和成藏模式進(jìn)行了整體探討[2-4],但未對(duì)孝泉-豐谷地區(qū)進(jìn)行單獨(dú)的研究,同時(shí)未對(duì)該地區(qū)的成藏因素結(jié)合使用盆地模擬技術(shù)進(jìn)行分析。本文根據(jù)鉆井、測(cè)井和各種相關(guān)分析測(cè)試資料,同時(shí)通過盆地模擬技術(shù)進(jìn)行了油氣形成演化史、壓力系統(tǒng)的分析。結(jié)合須三段的優(yōu)質(zhì)烴源巖特征、沉積相的縱向與平面分布規(guī)律、優(yōu)質(zhì)烴源巖與高能砂巖儲(chǔ)層的空間配置關(guān)系等方面的研究,系統(tǒng)地對(duì)須三段的成藏主控因素進(jìn)行了剖析。同時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)自生自儲(chǔ)成藏的理論研究較少,孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段致密砂巖的自生自儲(chǔ)成藏模式具有較高的研究?jī)r(jià)值?？偨Y(jié)出川西坳陷孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段致密油氣的成藏主控因素,旨在對(duì)這一地區(qū)的油氣勘探開發(fā)提供進(jìn)一步指導(dǎo),以期對(duì)自生自儲(chǔ)成藏的研究提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 須三段成藏地質(zhì)特征

1.1 須三段烴源巖特征

為了準(zhǔn)確地對(duì)研究區(qū)的優(yōu)質(zhì)烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià),根據(jù)烴源巖累計(jì)總有機(jī)碳(total organic carbon,TOC)貢獻(xiàn)以及烴源巖累計(jì)相對(duì)厚度貢獻(xiàn)的相關(guān)關(guān)系探討了須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的下限[5],以相同的方法對(duì)須三段進(jìn)行探討,得出了須三段優(yōu)質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的下限值為1.56%,因此可將研究區(qū)須三段內(nèi)單層厚度較大,生烴能力較強(qiáng),且TOC含量為1.6%～10%,生烴潛量大于2%的烴源巖視為優(yōu)質(zhì)烴源巖。通過前人對(duì)烴源巖的評(píng)價(jià),得出須三段大部分烴源巖是中等烴源巖(1%

式中:T為類型指數(shù);A為腐泥組百分含量;B為殼質(zhì)組百分含量;C為鏡質(zhì)組百分含量;D為惰質(zhì)組百分含量?？梢缘贸龃蟛糠譄N源巖屬于成熟或者高成熟階段,烴源巖有機(jī)質(zhì)以III型干酪根為主(圖2)。

1.2 須三段儲(chǔ)層物性

對(duì)巖石樣品薄片鑒定資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,通過制作的粒度組成分析圖可得出須三段的細(xì)砂含量高于40%,以細(xì)砂為主。對(duì)脈沖孔滲分析的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),通過制作滲透率頻率、孔隙度頻率的分析圖,可得出須三段孔隙度為0.6%～6.7%,主要分布在1%附近,平均值為3.2%;須三段滲透率為0.12×10-3～20.849×10-3μm2,主要分布在0.16×10-3μm2附近,平均值為0.134×10-3μm2,屬于低孔低滲-特低孔特低滲致密儲(chǔ)層[7](圖3)。

1.3 須三段沉積特征

基于高分辨率層序地層學(xué)原理,利用露頭、測(cè)井資料及地震資料,通過地層分析的頻譜屬性趨勢(shì)分析技術(shù)——INPEFA(integrated prediction error filter analysis)并結(jié)合巖性組合特征將須三段劃分為一個(gè)三級(jí)層序(須三段)和三個(gè)四級(jí)層序(須三上亞段、須三中亞段、須三下亞段)[8-9](圖4)。

同時(shí)通過對(duì)地區(qū)典型單井相進(jìn)行分析,并結(jié)合砂地比制作了須三段沉積相平面分布圖(以須三中亞段為例,如圖5所示),得出須三段主要為三角洲前緣-濱淺湖亞相沉積,物源方向?yàn)槟?北長(zhǎng)軸方向,其中孝泉-豐谷構(gòu)造帶以水下分流河道、前緣席狀砂和河口壩為主。

圖2 須三段有機(jī)質(zhì)類型分析

圖3 須三段粒度、孔隙度、滲透率分布

圖5 須三中亞段沉積相-壓力系數(shù)平面分布

2 源內(nèi)成藏主控因素

2.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育

通過研究區(qū)鉆井、地震的資料,以及實(shí)測(cè)Ro、溫度等資料,針對(duì)孝泉-豐谷構(gòu)造帶的典型井模擬結(jié)果,可以將川西地區(qū)須三段的埋藏演化史劃分為三個(gè)時(shí)期[10](圖6):第一時(shí)期有機(jī)質(zhì)為早期成熟,埋深在5 000 m左右;第二時(shí)期是白堊系晚期到古近系早期,研究區(qū)須三段有機(jī)質(zhì)開始進(jìn)入成熟階段(Ro=1%),在這個(gè)時(shí)期埋深繼續(xù)增大;第三時(shí)期是古近系早期,從那以后研究區(qū)須三段有機(jī)質(zhì)部分進(jìn)入成熟階段,地層開始發(fā)生抬升,埋深變淺。

綜上所述,烴源巖持續(xù)生排烴為川西地區(qū)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)為表征優(yōu)質(zhì)烴源巖的品質(zhì),利用單井產(chǎn)氣量和相關(guān)資料計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)烴源巖優(yōu)質(zhì)指數(shù)TOC×H(有機(jī)碳含量×厚度)的平面分布圖,發(fā)現(xiàn)靠近烴源巖相對(duì)發(fā)育的位置,且烴源巖優(yōu)質(zhì)指數(shù)較高的區(qū)域,往往產(chǎn)氣量更高,說明研究區(qū)氣藏位于優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍內(nèi),優(yōu)質(zhì)烴源巖影響著氣藏的分布(圖7)。由于孝泉-豐谷構(gòu)造帶儲(chǔ)層低孔滲-特低孔滲的特點(diǎn),使油氣難以運(yùn)移;同時(shí)因?yàn)榇ㄎ髹晗輧?chǔ)層巖性非均質(zhì)性的特點(diǎn),油氣想要進(jìn)行二次運(yùn)移也比較困難[11]。所以整體上孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段呈現(xiàn)近氣源成藏的特點(diǎn)。

圖6 川豐125井優(yōu)質(zhì)烴源巖小層T×3-3生排烴史,及其埋藏史、熱史

圖7 須三下烴源巖優(yōu)質(zhì)指數(shù)平面分布

2.2 源儲(chǔ)配置關(guān)系

綜合對(duì)比研究區(qū)典型井資料,通過上文得到的優(yōu)質(zhì)烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和層序地層學(xué)原理,在研究區(qū)識(shí)別出三個(gè)優(yōu)質(zhì)烴源巖小層(圖3),采用樣品分析、測(cè)井粒度分析和GR曲線重構(gòu)的INPEFA曲線對(duì)須三段砂體進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)高能砂主要發(fā)育在TX3-2下部和TX3-2上部,高能砂與優(yōu)質(zhì)烴源巖小層在平面上互相交織,縱向上互相疊置,表現(xiàn)為接觸直接供烴。從典型井內(nèi)發(fā)育裂縫性氣層可知層內(nèi)發(fā)育微斷層、微裂縫(圖3),微斷層、微裂縫可為油氣提供良好的橫向和垂直輸送條件[12]。分析得知,孝泉-豐谷地區(qū)的天然氣主要來源于須三段內(nèi)部自身的暗色泥頁巖[13]。在平面和縱向上,須三段發(fā)育的泥頁巖能夠?qū)ρ芯繀^(qū)氣藏形成良好的垂向封堵,因此具有較為明顯的油氣自生自儲(chǔ)自保的源內(nèi)成藏特征。

2.3 有利相帶決定源內(nèi)油氣富集程度

根據(jù)須三段沉積特征,可知孝泉-豐谷構(gòu)造帶主要為水下分流河道、席狀砂和河口壩微相。同時(shí)根據(jù)鉆井資料和制作的沉積、砂體、優(yōu)質(zhì)烴源巖及氣測(cè)解釋剖面圖,可知橫向上砂體主要受沉積巖相控制,優(yōu)質(zhì)砂體都處于水下分流河道微相中,說明發(fā)育三角洲前緣微相的砂體有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育(圖3)。其次,研究區(qū)有明確的天然氣產(chǎn)量井,根據(jù)制作的沉積相平面分布圖可以看出,濱淺湖亞相基本沒有含氣顯示。相比較,產(chǎn)氣量較高的單井主要分布在水下分流河道微相和河口壩微相發(fā)育的區(qū)域(圖4),說明沉積相帶是源內(nèi)油氣富集的關(guān)鍵。

2.4 異常壓力的形成

使用單井泥巖聲波時(shí)差資料,采用Eaton法計(jì)算了地層壓力[14]。針對(duì)孝泉-豐谷構(gòu)造帶及其附近的區(qū)域,并根據(jù)計(jì)算的單井壓力預(yù)測(cè)結(jié)果和相關(guān)資料繪制了須三段上、中、下三個(gè)亞段的壓力系數(shù)平面分布圖(以須三中亞段為例,如圖4所示)。

由須三段儲(chǔ)層物性可得川西地區(qū)氣藏類型主要是低孔特低滲的巖性氣藏,在川西地區(qū)這種低孔滲-特低孔滲型儲(chǔ)層中,天然氣運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ钱惓８邏?源巖排出的含烴氣流不能依靠自身浮力運(yùn)輸,只能依靠異常高壓來填充附近的儲(chǔ)層,以異常高壓驅(qū)趕天然氣為主,運(yùn)移具有高壓、快速的特點(diǎn),形成近氣源成藏[15]。

根據(jù)壓力系數(shù)平面分布圖可得出最大壓力系數(shù)分布在孝泉豐谷構(gòu)造帶附近,分布范圍為1.2～1.8(圖5),孝泉-豐谷構(gòu)造帶全區(qū)都發(fā)育超壓或弱超壓,壓力系數(shù)平穩(wěn)變化,同時(shí)壓力系數(shù)較大的區(qū)域與下分流河道、席狀砂等沉積微相對(duì)應(yīng),處于烴源巖發(fā)育的有利相帶,且預(yù)測(cè)氣井也皆多于其他構(gòu)造帶。其次根據(jù)工區(qū)內(nèi)典型單井川羅562井的單井壓力演化史(圖8)可知,早期在欠壓實(shí)時(shí)期,由欠壓實(shí)和生烴增壓的兩者共同作用促進(jìn)了烴類初次運(yùn)移聚集成藏,晚期構(gòu)造改造泄壓過程中與構(gòu)造擠壓形成壓力平衡使研究區(qū)普遍存在較高的壓力系數(shù)。故研究區(qū)天然氣的富集受到了異常高壓的影響,異常高壓是天然氣運(yùn)移的主要?jiǎng)恿Α?/p>

圖8 川羅562井單井壓力演化史

3 源內(nèi)成藏模式

綜上可知,須三段層內(nèi)發(fā)育多套三角洲前緣砂體(圖3),優(yōu)質(zhì)烴源巖和優(yōu)質(zhì)砂體呈平面交織,縱向疊置型;層內(nèi)源儲(chǔ)空間配置良好,具有自生自儲(chǔ)的油氣成藏特征,具有典型的近源成藏的特點(diǎn);全區(qū)發(fā)育超壓或弱超壓,高壓為油氣運(yùn)移提供了動(dòng)力?？偨Y(jié)須三段源內(nèi)油氣成藏系統(tǒng)為縱向疊置-平面交織-近距離疊覆運(yùn)聚模式如圖9所示。

圖9 孝泉-豐谷構(gòu)造帶須三段成藏模式

4 結(jié)論

川西坳陷孝泉-豐谷構(gòu)造帶為縱向疊置-平面交織-近距離疊覆運(yùn)聚模式。源內(nèi)成藏為三角洲前緣亞相的氣藏成藏類型,主要為源儲(chǔ)直接接觸供烴。成藏主控因素如下。

1)源控藏:優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育和分布決定了氣藏的分布和規(guī)模。作為研究區(qū)主力烴源巖,須三段氣藏位于優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍內(nèi),烴源巖對(duì)氣藏的分布有明顯的控制作用。

2)相控儲(chǔ):有利相帶決定了研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育,須三段發(fā)育了大量砂體作為油氣聚集的潛在空間,其中發(fā)育三角洲前緣微相的砂體最有利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育,產(chǎn)氣量相對(duì)較高的單井主要分布在水下分流河道和河口壩發(fā)育的位置。

3)異常高壓:異常壓力的形成和保持是孝泉-豐谷構(gòu)造帶源內(nèi)成藏的重要保證。異常高壓的發(fā)育影響了油氣的聚集與運(yùn)移。