疊合盆地成藏期流體歷史分析方法綜述

疊合盆地成藏期流體歷史分析方法綜述

藏期實際上是天然氣流動到西藏的時間。對于含油氣系統(tǒng)，關鍵時期是泉巖的生泉期和藏期。我國目前多是根據(jù)構(gòu)造發(fā)育史、圈閉形成史與烴源巖的生排烴史大致確定油氣成藏的時間。但由于我國許多含油氣盆地,特別是疊合盆地往往具有多烴源層、多期油氣生成、多期成藏,多期破壞的特點,因而運用傳統(tǒng)的成藏期研究方法難以準確認識油氣藏的形成演化史。20世紀90年代后期發(fā)展起來的流體歷史分析方法,借助油藏地球化學、儲層有機巖石學及粘土礦物演化史,進行儲層流體歷史分析,實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的定性(定期)研究到定量或半定量研究的轉(zhuǎn)變,可以較準確確定油氣藏形成時間。1西藏時期的傳統(tǒng)分析油氣藏傳統(tǒng)的分析方法主要是從圈閉形成時間和油藏飽和壓力兩方面分析成藏期,主要有以下3種方法。1.1油氣藏最早時間的確定油氣藏的形成是油氣在圈閉中聚集的結(jié)果,只有形成了圈閉,油氣才能聚集。因此,可以根據(jù)圈閉的形成時間確定油氣藏的最早時間。李志軍等根據(jù)圈閉形成時間認為臺南魯克沁稠油的成藏期為印支期末—燕山早期,油氣運聚成藏后遭受進一步稠化、調(diào)整、運移及破壞。然而對于疊合盆地而言,盆地的不同演化階段均有圈閉形成,圈閉形成期只能給出在此之后油氣聚集成藏的期限。1.2盆地生烴史確定成藏期對盆地熱史的影響油氣藏的形成是油氣生成、運移、聚集的結(jié)果。沒有油氣的生成,并從生油層中排到儲集層中,就不可能有油氣藏的形成。生油巖中油氣生成并排出的主要時期,是油氣藏形成時間的下限。王嶼濤等根據(jù)構(gòu)造演化史、生烴演化史將準噶爾盆地南緣油氣成藏史分為3個階段:印支運動末期形成古源型油藏,燕山運動末期形成中源型油藏,喜山期形成煤型天然氣藏。隨著成烴動力學理論的完善和盆地模擬軟件的廣泛運用,從生烴史確定成藏期已成為20世紀90年代常規(guī)的分析方法。含油氣盆地生烴史分析從地層分層、古地溫、化學動力學模型等方面進行。生烴史確定成藏期的準確性主要取決于埋藏史和熱史的恢復。目前,主要利用鏡質(zhì)體反射率(Ro)、鏡質(zhì)體反射率梯度、粘土礦物、有機地化、磷灰石裂變徑跡、牙形石色變指數(shù)(CAI)、自生礦物組合、流體包裹體測溫、氧同位素(δ18O)和40Ar/39Ar比值反演古地溫。對于復合疊合盆地而言,根據(jù)生烴史確定成藏期需要準確了解烴源巖的層位和烴源灶的展布、古地溫史、埋藏史。在進行生烴史精細分析時,還須重視以下3個方面:1)有機質(zhì)成熟度模擬計算數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)的對比;2)鏡質(zhì)體反射率、流體包裹體均一溫度和磷灰石裂變徑跡對盆地熱歷史的限定;3)油氣藏成熟度與對應烴源巖成熟度的比較。1.3原始飽和壓力計算原油或凝析氣自烴源巖中生成排出后,就飽含天然氣或輕質(zhì)油,以后運移到合適的圈閉聚集成藏,此時,原油或凝析氣的溶解作用在當時的地層溫壓條件下達到飽和狀態(tài),其飽和壓力反映了形成時的溫度和壓力條件,因而可以根據(jù)現(xiàn)今油藏的飽和壓力或凝析氣藏的露點壓力確定其形成時的埋藏深度。對于疊合盆地而言,油氣藏形成之后,后期盆地總體下降,沉積厚度較大,盡管原始飽和壓力(露點壓力)不再改變,但地層壓力卻因埋藏加深而增高。這種情況下,兩個壓力之間出現(xiàn)的差值,稱為原始飽和壓差。油氣藏形成時的埋藏深度越小,后期的下沉幅度越大,則原始飽壓差越大。利用聲波測井計算出相應油藏地層壓力(P)與地層埋深(D)的關系式為對于高溫高壓條件下,未進行儲層流體測試的油氣藏,可以利用Standing公式計算油藏的飽和壓力式中Pb為飽和壓力,MPa;Rs為溶解氣油比,m3/m3;γg為天然氣相對密度;ρo為地表脫氣原油密度,g/m3;t為地層溫度,℃。根據(jù)公式求出地層壓力梯度,利用高溫高壓條件下,已進行儲層流體測試的各油氣藏的原始飽和壓力,近似計算出最終成藏的埋深(即原始成藏深度),以及最終成藏再度下沉的深度(即成藏表面的目前深度)。對于疊合盆地而言,由飽和壓力-露點壓力法確定的成藏時間帶有很大的不確定性。疊合盆地的油氣藏在形成以后一般都不同程度地經(jīng)歷過構(gòu)造抬升,造成油藏中的溶解氣體因構(gòu)造抬升而散失,凝析氣藏也往往因構(gòu)造抬升而發(fā)生反凝析作用,從而使油氣藏最初形成時的飽和壓力或露點壓力以及相態(tài)特征發(fā)生改變。多期次的油氣注入也會使早期油氣藏的飽和壓力或露點壓力發(fā)生變化。此外,由飽和壓力-露點壓力法所確定的成藏期屬于最早成藏時間還是最晚成藏時間,看法不盡相同。2橫向上的油氣地球化學研究油氣藏內(nèi)烴類流體在縱向上和橫向上的非均質(zhì)性是一個普遍現(xiàn)象。早期的研究認為重力分異、生物降解或水洗作用是造成烴類流體非均質(zhì)性的重要因素。近年來,研究發(fā)現(xiàn)油藏中的烴類流體非均質(zhì)性存在多種成因。England等提出3種油藏的混合作用機理:熱對流混合作用、重力驅(qū)動混合作用和擴散混合作用。England等還認為,在單個石油柱內(nèi),垂向上的擴散作用在地質(zhì)歷史時間上是快速進行的,導致在1Ma的時間內(nèi)使100m的油柱建立重力分異的平衡。在橫向上除非整個油藏的儲集層具有很高的滲透率,一般穿越大油田石油柱的擴散作用是緩慢進行的,成分的非均質(zhì)性可以保持數(shù)10Ma。油藏地球化學分析主要是通過原油地球化學分析,確定原油、天然氣成熟度[如原油輕烴成熟度、甲基菲指數(shù)(MPI)、18a(H)-22,29,30-三降藿烷/17α(H)-22,29,30-三降藿烷(Ts/Tm)、C2920S/(20S+20R)等、天然氣碳同位素換算出的等效鏡質(zhì)體反射率],進行原油族(組)群劃分,建立油氣藏與烴源巖之間的關系,通過油氣藏成熟度及成分在橫向上的變化[如氣油比、C2920S/(20S+20R)、MPI]建立油氣藏的充注方向。借助流體包裹體和同位素測年,進而確定油氣藏的成藏期。3包裹體成藏時溫度流體包裹體是在礦物生長過程中,被礦物晶格的缺陷或窩穴所包裹的部分流體。由于包裹體在形成之后沒有外來物質(zhì)的加入,因而能夠反映成藏時的條件。包裹體捕獲溫度反映其成巖時的溫度,因而可根據(jù)沉積巖中自生礦物中鹽水包裹體的均一化溫度,經(jīng)過壓力校正,計算宿主礦物形成的古溫度,而如今均一化溫度多不進行壓力校正。3.1流體包裹體均一溫度和時間分布的研究流體包裹體方法主要是利用包裹體在成巖礦物中的產(chǎn)狀、分布位置及其交切關系、顏色、均一溫度分布等,確定流體包裹體的形成期次。流體包裹體形成期次是反映油氣運移充注歷史的最好記錄,準確進行包裹體的分期是確定油氣藏形成期的關鍵。Burrus等通過對石油包裹體的產(chǎn)狀及其交切關系,結(jié)合埋藏史分析,確定了阿曼和阿拉伯聯(lián)合酋長國白堊系灰?guī)r儲層中的石油運聚期次和時間。Eadington等用包裹體資料研究澳大利亞Eromanga盆地流體運移時,強調(diào)埋藏史和熱歷史恢復的重要性,從深度、溫度、時間三個標尺描述熱史與烴類運移的關系。張金亮等根據(jù)瞬時熱流法,依據(jù)實際測量的反射率(Ro)與計算的反射率(Rv)的平方差值,利用化學動力學方程進行擬合的方法,進行熱流史的恢復。在此基礎上利用泥巖壓實和剝蝕厚度恢復,編制了巴參1井精細分層的時間-溫度埋藏史曲線。確定第一期成藏時間為100Ma,相當于早白堊世晚期;第二期為14Ma,相當于中新世中期,第二期對油氣藏形成起重要作用。目前,國內(nèi)許多單位流體包裹體均一化溫度數(shù)據(jù),由于測試時沒有區(qū)分期次、是否均相捕獲,造成大部分測試數(shù)據(jù)可靠性差,或者均一化溫度離散,影響了該方法在油氣藏分析中的應用。運用包裹體均一溫度進行成藏年代分析時,還應當注意后期溫度、壓力變化對包裹體均一溫度的影響,特別是應排除已發(fā)生均一溫度再平衡的包裹體,否則所確定的成藏年代便可能偏新。成藏分析時,均一化溫度的測試對象是與烴類流體包裹體共生的鹽水包裹體,而非烴類包裹體本身。就均一化溫度而言,烴類包裹體的均一化溫度比共生的鹽水包裹體溫度低20℃,甚至40℃以上。對于烴類包裹體的均一化溫度,一些研究者認為它可能代表了油氣藏開始注入時的古地溫。3.2流體包裹體年齡和k-ar年齡的一致性Shepherd等率先進行了流體包裹體中RbSr等時線年齡分析。他們分析了英格蘭Cumbria的CarrockFell鎢礦床流體包裹體中Rb-Sr同位素等時年齡,得出成礦流體成礦年齡為392Ma±5Ma,與通過石英脈云母中測得的K-Ar年齡387Ma±5Ma基本一致。這種一致性有效地驗證了流體包裹體Rb-Sr等時年齡的可靠性。但在油氣藏成藏期中,絕對定年的工作開展很少。周雯雯等報道了珠三坳陷油氣包裹體Rb-Sr等時線年齡的測定結(jié)果,認為珠三坳陷第二期有機包裹體的形成年齡為6Ma。3.3油藏充注歷史研究油氣在成藏過程中,油源和成熟度均會發(fā)生變化。儲集巖中的油氣組分事實上是不同階段注入油氣的混合物。傳統(tǒng)的油源對比是建立在現(xiàn)今油氣成分和烴源巖中殘留烴之間的對比,恢復油氣不同充注階段的分子地球化學特征對于恢復油氣的油源及油氣成藏過程是極其重要的。Karlsen等對北海油田Ula油田侏羅系Ula油組包裹體成分分析可以視為這方面的典范。澳大利亞CSRIO石油資源部的地球化學學者利用在線(on-line)和離線(off-line)分析技術,獲得了包裹體中烴類分子地球化學信息,在線分析技術主要分析氣體和輕質(zhì)組分,而離線分析技術主要分析生物標志物,并將兩者結(jié)合進行對比分析,用于重建油藏的充注歷史。George等、Lisk等對澳大利亞Carnarvon盆地SouthPepper油田的研究表明:油藏中的原油來源于侏羅系的Dingo組粘土巖,原油含有較高含量的C25-降藿烷,而包裹體中的原油C25-降藿烷含量很低,它代表了初次充注原油的面貌。進一步研究表明,在包裹體形成后,早期充注的原油在始新世經(jīng)歷了嚴重的生物降解,其后,構(gòu)造中又被來源于侏羅系的Dingo組粘土巖的原油再次充注,并與油藏中遭受生物降解作用的早期原油混合,形成現(xiàn)今的地球化學特征。MCI分析必須建立在嚴格的分析檢測條件下,必須有嚴格的質(zhì)量保證/質(zhì)量控制體系,成功的分析必須有:過程的空白實驗;有效分離礦物顆粒和膠結(jié)物;移去所有地層流體,特別是富含有機成分的流體和固體;整個制樣過程必須高度潔凈。周鳳英等通過對塔里木盆地輪南2井流體包裹體成分研究,結(jié)合輪南地區(qū)構(gòu)造演化史,埋藏史和生烴史分析,明確了塔里木盆地輪南2井三疊系油藏主要為一次油氣大規(guī)模注入形成,油氣注入時間主要在14～16Ma,油源來自于中、上奧陶統(tǒng)烴源巖。侏羅系油藏則具有兩次的油氣注入,第一次的油氣注入主要發(fā)生在14～16Ma,油源來自于中、上奧陶統(tǒng)烴源巖;第二期油氣注入主要發(fā)生在晚喜山期(晚第三紀早期)之后的最近的5Ma間,主要沿重新開啟的斷層向上運移、注入,進行油氣再次分配和調(diào)整,可能還混有少量的陸相油的注入。潘長春等對Karlsen等人的方法進行了改進,對塔里木盆地庫車坳陷儲集巖包裹體進行了研究,認為庫車坳陷含油氣儲集巖具有兩期油、氣充注的過程,早期注入的油、氣來自下古生界(寒武—奧陶系)海相烴源巖,而晚期注入的油氣來自中生界陸相烴源巖,以陸相油氣組分為主。4伊利石成巖年齡利用自生礦物同位素年代學確定烴類進入儲層的時間是國際上20世紀80年代后期逐步發(fā)展起來的新技術。其方法與礦床學中利用自生和蝕變礦物同位素年代學確定礦化年代相似。其原理是砂巖儲層中自生伊利石是烴類充填儲層前最晚形成的。儲層中自生伊利石僅在流動的水介質(zhì)環(huán)境形成,油氣進入儲層后伊利石形成過程就會停止。一般來說油氣藏形成時間略滯后于伊利石同位素年齡或基本同步。利用自生礦物伊利石同位素分析數(shù)據(jù)確定成巖事件時代,限定成藏時間在北海油田和西北歐地區(qū)已成為常規(guī)的方法。國內(nèi)王飛宇等對塔中4油田K/Ar同位素作了測定,認為塔中4油田CI油藏的形成時間為白堊紀末前后。伊利石K/Ar定年的準確性在于樣品的代表性。張有瑜等認為充分發(fā)育的伊利石成巖作用及伊利石成巖作用與油氣注入事件具有成因聯(lián)系,是應用該項技術的基礎。此外,對于測試數(shù)據(jù)必須結(jié)合樣品特征及地質(zhì)條件進行分析。5儲層瀝青反射率瀝青作為石油與天然氣的伴生產(chǎn)物最早用來作為尋找油氣藏的標志,自20世紀70年代,瀝青反射率被用作烴源巖成熟度的指標,近年來有些研究表明瀝青可作為油氣生成與運移的標志,瀝青所包含的地質(zhì)信息日益受到重視。儲層瀝青是一類特殊的成巖礦物,它是油藏中石油蝕變的產(chǎn)物,記錄了油藏被改造、破壞的信息。固體瀝青反射率反映了烴類流體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w瀝青后所經(jīng)歷的熱歷史。從儲層固體瀝青反射率,結(jié)合儲層埋藏史和熱演化分析,可以確定油氣藏的形成時間。肖賢明等基于有機成熟理論,應用改進的Karweil方法,以塔里木盆地塔中地區(qū)某些鉆孔為實例,提出了應用瀝青反射率推算油氣生成與運移地質(zhì)時代的原理與方法,塔中地區(qū)古生代地層中的3組瀝青形成的地質(zhì)時代分別為中、晚奧陶世、晚白堊世—早第三紀和晚第三紀。6成藏期研究方法規(guī)則油氣藏(不規(guī)則的巖性油氣藏和水動力油氣藏除外)的現(xiàn)今油水界面或氣水界面一般為水平面。這類油氣藏最初形成時的油氣水界面一般也呈水平狀態(tài),后因構(gòu)造變動等因素的影響,油氣水界面可能發(fā)生變遷,直至新的構(gòu)造穩(wěn)定期,其油氣水界面又重新演變成水平面。因而可以通過現(xiàn)今已知油氣藏水截面演變史的分析,追溯出其油氣水界面(即水平面)在地質(zhì)歷史時期上最早形成的時期,即可確定出其成藏期。該方法首先是編制大比例尺圈閉發(fā)育史剖面圖(或平面圖),然后采用回剝法,計算油氣藏的現(xiàn)今油氣水界面在各地質(zhì)歷史時期的古埋深,標于相應時期的剖面(或平面)上,古埋深點最早可連成水平直線或水平界面的時期就是成藏期。此方法的優(yōu)點是簡便、直觀,尤其是將油氣水界面的變遷與圈閉發(fā)育史相結(jié)合,避免了脫離地質(zhì)背景和圈閉形成條件而單純依據(jù)某些地球化學指標分析成藏期的片面性。鄧良全等運用油氣水界