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鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气成藏期次——以杭锦旗探区为例

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鄂尔多斯 盆地 北部 上古 天然气 成藏期次 杭锦旗
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第29卷第12期 天然气工业 鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气成藏期次* ——以杭锦旗探区为例 薛会 王毅 毛小平 徐波 聂海宽 殷毅 郭华强 1.中国石化石油勘探开发研究院 2.中国地质大学(北京) 薛会等.鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气成藏期次——以杭锦旗探区为例.天然气工业,2009,29(12):9摘 要 杭锦旗探区是中国石油化工股份有限公司在鄂尔多斯盆地北部的一个重点区块,油气生、储、盖条件 良好,目前对于该区上古生界天然气成藏期次的认识存在分歧。通过生烃时间法、圈闭形成期法、流体包裹体法以 及储层致密化时间和煤热解模拟结果等方法对该区上古生界油气成藏期次展开研究。结论认为杭锦旗探区上古 生界存在2期大规模油气运聚;结合生烃高峰和流体包裹体均一化温度结果,明确了该区上古生界油气成藏时间, 分别对应于中 晚侏罗世和早白垩世末 至今,前者为油气兼生期,后者为大规模天然气生成期。研究过程中结 合多种方法和手段来判识油气成藏期次,避免了单一方法的局限性,结论及认识的可信度更高。 关键词 鄂尔多斯盆地杭锦旗探区 晚古生代 天然气 成藏期次 生烃时间 圈闭形成期 流体包裹体 0.3787/j.000 0976.2009.12.003 研究油气成藏期次传统的方法是根据烃源岩主 生排烃期、圈闭形成期、油气藏饱和压力等进行油气 藏期次的分析。近年来,随着分析测试技术手段的 提高,应用流体包裹体、自生矿物测年、油气藏地球 化学以及油气水界面追溯等方法进行油气成藏期次 的研究日益受到科研人员的重视,目前应用最为广 泛的是运用流体包裹体确定油气成藏期[1。]。这些 新技术、新方法已经广泛地应用于油气地质勘探中, 并取得了很好的效果,但同时也发现了一些问题,如 测试样品的选择、测试误差、均一温度的不准确性、 自生矿物的分离等,加之上述方法在使用过程中需 要一些限制性条件[8。 ,导致了成藏期次研究的不确 定性和多解性。 鄂尔多斯盆地北部(以下简称鄂北)上古生界油 气勘探一直停滞不前。近年来,随着苏里格、大牛地 等亿吨级大气田的发现,给鄂北上古生界天然气勘 探带来了极大的希望。杭锦旗探区作为中国石 化鄂北地区一个重点区块被寄予了很高的期望,目 前已有学者对该区或附近油气成藏期次展开研究, 但是认识存在较大分歧,有两期成藏、三期成藏及五 期成藏等不同观点口。。 。针对上述问题,笔者将传统 方法和当前先进的油气成藏期次研究方法相结合,以 此来分析杭锦旗探区上古生界天然气成藏期次。 l 区域地质概况 杭锦旗探区(包括杭锦旗区块和杭南区块)位于 鄂北,横跨伊盟隆起和伊陕斜坡两大一级构造单元, 总面积为9 825 根据基底顶面起伏、盖层发育 情况以及构造形态特征,该区又可划分为乌兰格尔 凸起、公卡汉凸起、杭锦旗断阶、伊陕斜坡及天环向 斜一角等5个次一级构造单元(图1)[2o 213。在地形 特征上,杭锦旗探区是鄂北地区长期继承性古隆起, 被认为是鄂北油气运移的有利区。 晚古生代沉积前,研究区一直处于长期隆起状 态,属于基岩隆起区,基底主要由太古界一元古界混 合化变质岩系组成,基岩岩性包括灰白色含榴浅粒 变质岩、黑云母石英片岩、片麻岩、角闪岩、变粒岩、 大理岩和石英岩等。 至晚石炭世接受沉积以来,上古生界地层以不 同层位由南向北超覆于太古一元古界基底之上。上 石炭统太原组主要分布在研究区南部,为一套温暖 潮湿气候条件下的陆表海潮坪相含煤碎屑岩沉积, *本文受到国家自然科学基金《碎屑岩盆地天然气聚集主要机理类型及条件转换》(编号:40472073)的资助。 作者简介:薛会,1980年生,在中国石化石油勘探开发研究院博士后工作站从事综合石油天然气勘探研究工作。地址 (100083)北京市海淀区学院路31号中国石化石油勘探开发研究院。电话:13811254418。E— 天然气工业 2009年12月 图1 杭锦旗探区位置及构造单元划分图 包括潮道、砂坪、泥坪和沼泽坪等沉积微相,下二叠 统山西组沉积了一套温暖潮湿气候下的三角洲平原 相沉积,下石盒子组为一套辫状河沉积,上石盒子组 为干旱气候条件下的河流相沉积,石千峰组主要为 一套属内陆炎热干旱气候的河湖相沉积。 石炭系太原组和二叠系山西组发育的煤层、暗 色泥岩及碳质泥岩可以作为本区良好的烃源岩,这2 组地层中发育的砂体与石盒子组砂体、泥岩一起构 成了本区油气储集层和封盖层(图2)。 沉 烃 油气 资料 地层 矮 岩性 岩性简述 积 源 储 盖 系 统 组 段 (m) 剖面 相 层 层 层 显 来源 _—— 锦 井 Ⅲ 伊 深 I J^u 井 锦 7 皿 锦 占占占 11 井 锦 2 36o 上躯为厚层诔玛宦掘岩 石 堵峨 :碾 含量鞍赢浇 .分选中誊泥 下 词 ,衽密崮:泥 哝 L 崆 地 鼢 . 蛹、 组 懦 状刨 、 酱、埙 晴 棕褐包耗岩、{ 劂l 岩 E 二 2470 』一 石 灰紫邑、灰色 {顺泥岩、砂 统 盒 岩、分砂质 绿色 j 子 叠 组 盒 浅灰邑粗砂岩、食硒 三 砂砾岩 屠岩 卜 段 石 盒 嚣 黠 ,黠 二 底船涎岩 系 盒 段 子 盒 浅荻 噼罔砂岩 组 ● 砂碍若、砾石 统 段 井 山 —●_ 土部: ,耗 岩、细眇 : 锦 两 等厚 石 组 组 272l 臻禽 蘩 太 深毙灰黑色 砦与灰九色含 8 原 一 砾鞭眇岩、孝层气 井 组 鲴 圆 层匡 含气水层 图2 鄂北杭锦旗探区综合柱状圈 2成藏期分析 2.1生烃时间法 通常来说,烃源岩大量生烃期即为油气的成藏 ·10· 期 ,盆地模拟结果表明 (表1),杭锦旗探区上古 生界烃源岩主要经历了2次大规模的生烃高峰。第 一次生烃高峰发生于中侏罗世末,结束于侏罗纪末, 此时研究区烃源岩已经进入生油门限,烃源岩成熟 度不断增加,处于油气兼生阶段,但由于烃源岩有机 质类型主要为腐殖型,液态烃产率最高,但与气态烃 相比,气态烃仍然占据主导地位;第二次生烃高峰起 始于早白垩世末,此时研究区经历了强度最大的晚 燕山构造运动,地层发生倒转,形成现今东高西低, 由南西向北东方向延伸的斜坡,烃源岩处于最大埋 深,有机质成熟较高,R。普遍在1.0 左右,烃源岩 达到生气高峰。早白垩世以来,研究区又经历了构 造抬升事件,但幅度不大,对有机质演化无较大影 响,尺。与早白垩世末相当。该次生烃高峰也是本区 最大生烃高峰,山西组和太原组生烃量分别达到 18.597×lO 64×l0 此,根据 烃源岩生烃模拟结果,认为本区发生过2期大规模 的油气聚集成藏,一期为中一晚侏罗世,另一期为早 白垩世末至今。 表1杭锦旗探区烃源岩不同时期总生烃量模拟统计表 注:1)总生烃量的单位为lO 2.2圈闭形成期法 圈闭形成期法能够确定油气成藏的最早时期。 研究区的圈闭类型多属于地层超覆、岩性尖灭于加 里东侵蚀面古残丘上而形成的披覆构造和断层牵引 型的背斜及半背斜构造。一些受地形影响的圈闭, 其形成期与构造活动关系不大,主要与沉积时间有 关,如什股壕圈闭。而一些受褶皱、断裂影响的圈 闭,其形成期与褶皱和断裂活动期密切相关,从成因 上分析,这些与褶皱和断裂作用有关的圈闭主要受 燕山期水平挤压应力形成,研究区上古生界此类圈 闭定型期一般为燕山期或早于燕山期,如阿日柴达 木圈闭。因此,根据圈闭定型期,可以推断本区主要 油气成藏期应该在燕山期。 2.3流体包裹体分析法 流体包裹体是矿物结晶过程中捕获于晶体中的 成岩成矿流体,是流体生成、运移、聚集过程中遗留 第29卷第12期 天然气工业 下来的原始样品和历史记载,直接记录了沉积盆地 油气成藏的条件及过程。通常由包裹体恢复古地 温,根据古地温梯度进一步确定包裹体的形成深度, 再根据研究区的沉积埋藏史和热演化史来确定包裹 体的形成时间,进而确定油气的充注时间 ]。 在对研究区锦6、锦7、锦8、锦9、锦1岩心观察基础上,根据测井、试井解释结果,对油 气活跃段山西组和下石盒子组进行系统取样,共计 切制了11块流体包裹体样品,在00冷热台上进行测试。 测试结果表明,包裹体绝大多数属于气液两相 包裹体,个别探井存在含油包裹体,显微镜下有明显 的荧光现象(图3)。宿主矿物为石英,一般在裂缝中 成串分布(图4),形态不规则,大小为2~4 m,气液 比较低,一般在5 左右,包裹体颜色主要呈黑色或 无色(占绝对优势)。包裹体盐度基本上反映了地质 历史时期包裹体形成时水介质的含盐度。本区上古 生界古盐度分布在0~8 ,表明当时研究区沉积水 古盐度比较淡,属于潮湿环境。 图3杭锦旗地区锦4锦8井盒2段、山西组气液包裹体图 通过对6口探井的包裹体测试结果分析统计, 研究区上古生界包裹体均一化温度区间为85~140 ℃,其中绝大部分数值分布在90~130℃。在这个 范围内,均一化温度又可分为2个区间(90~和115~13O℃)(图5),表明上古生界可能至少存在 2期油气充注。根据对研究区上古生界古地温史和 埋藏史分析,古地表温度取2O℃,古地温梯度取2.7 ℃/100 m,分别计算2组包裹体对应的深度2 540~ 3 270 54~3 810 m。其对应的油气大规模 运移期分别为中一晚侏罗世和早白垩世末一至今 (图6)。该结果与研究区烃源岩生烃模拟结果相匹 配且与圈闭形成期不冲突,表明计算结果合理。 30 8O 90 1OO 4O 温度(℃) 图5杭锦旗探区流体包裹体均一化温度分布图 图6杭锦旗探区上古生界成藏史图 2.4 其他方法 除了上述几种方法外,笔者还通过杭锦旗探区 上古生界储层致密化时间和煤热解模拟结果来判别 该区油气的大致成藏时间。 根据杭锦旗探区上古生界储层致密化研究可 知口 ,该区上古生界储层致密化时间大约发生在晚 侏罗世末一早白垩世初,结合上古生界发现的油气 分布特征,认为该区上古生界至少经历了2期油气 充注。根据油气两类含烃流体对运移通道要求的区 别,油运移主要发生在储层致密化之前,而之后只能 满足天然气的运移条件。也就是说,储层致密化期 间前后分别经历了1期油气充注,前期(晚侏罗世以 前)为油气兼生期,后期(早白垩世初以后)为天然气 大规模运聚期。 根据前人对上古生界煤热解气的甲烷碳同位素 分析研究 ,指出上古生界煤成气都是在煤的变质 程度为肥煤阶段产生的,对比研究区上古生界煤层 热演化结果(表2),可知本区上古生界天然气大规模 成藏时间应该为早白垩世末。 ·1 1· 加 0 天然气工业 2009年12月 表2杭锦旗探区上古生界煤层热演化程度表 3结论及认识 杭锦旗探区上古生界具备良好的天然气生成、 储集及封盖条件,并已有良好的天然气发现。通过 生烃时间法、圈闭形成期法、流体包裹体法以及储层 致密化时间和煤热解模拟结果等方法手段共同展开 杭锦旗探区上古生界油气成藏期次研究,研究结果 认为该区上古生界油气成藏时间和期次主要落在燕 山期内,存在2期大规模油气运聚,分别对应于中一 晚侏罗世和早自垩世末一至今。本次研究结合多种 方法和手段来判识油气成藏期次,避免了单一方法 所产生的误差,结论认识具有较高的可信度。同时 也存在探井样品收集不全,范围集中等缺点,今后有 必要在全区范围内展开进一步油气成藏期次研究工 作,为更准确地认清该区油气成藏及分布规律服务。 参 考 文 献 [1]王飞字,金之钧,吕修祥,等.含油气盆地成藏期分析理论 和新方法[J].地球科学进展,2002,17(5):754 762. 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