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摘要:含油气系统最早是由Dow在1972年基于对美国Williston盆地原油成因和分布规律的研究中提出的。在讨论含油气系统和复合含油气系统的概念和内涵的基础上,以塔里木盆地多旋回构造演化及其对叠合盆地石油地质条件和成藏的控制作用为主线,探讨复合含油气系统在塔里木盆地构造演化中的应用。
关键词:复合含油气系统;塔里木盆地;构造演化
中图分类号:TE
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)03-0305-02
1 含油气系统的发展历史
Dow被认为是含油气系统(petroleum system)理论的奠基人,基于对美国Williston盆地原油成因和分布规律的研究,他于1972年在AAPG年会上正式提出了“石油系统”概念,其主要观点是“在确定成熟烃源岩范围基础上,通过对石油运移通道和盖层分布范围的确定,可以预测或找到最有可能发现石油的含油气区带”、“确定和划分石油系统的依据是油源对比的地球化学原理”、“石油聚集依生烃灶的不同具有族群性特征”、“商业性石油聚集依赖于较好质量和规模以及成熟的烃源岩”。这一学术思想和成果奠定了现代含油气系统理论和研究的基础。Perrodon和Masse于1984年最早使用了“含油气系统”概念,并将含油气系统理解为“由一系列相关要素和地质事件组成的系统,……一个含油气系统的形成是各种物理、化学变化共同作用的结果,这些作用直接控制着油气的生成、聚集和散失”。之后,Demaison,Meissner等,Umishek、Magoon又相继提出了“产油盆地”(generative basin)、“石油生成器”(hydrocarbon machine)、“独立含油气系统”(independent petroliferous system)和“含油气系统”的概念,并分别阐述了它们的含义。
目前,人们普遍接受的含油气系统的概念是Magoon和Dow关于含油气系统的经典表述:含油气系统(petroleum system)“是一个自然的系统,它包含活跃的烃源岩及与该源岩有关的所有已形成的油、气,并包含油气藏形成时所必不可少的一切地质要素及作用”,其中,“地质要素”包括油气源岩、储集岩、盖层及上覆岩层等静态因素,上覆岩层的厚度、地温是源岩层生排烃的决定因素,因而是重要的地质要素之一(图1);“地质作用”则包括圈闭的形成及烃类的生成、运移和聚集过程,相互依存的地质要素和作用组成了形成油气藏的功能单元即含油气系统。尽管上述研究和认识大多是基于单旋回和非复杂结构的盆地,其油藏对应关系也相对简单,存在很多局限性,但(经典)含油气系统首次将系统论的观点引入到对油气形成的分析,使地质家和勘探家能更全面和有序地认识和追溯这一复杂的历史客观过程,准确地对油气藏进行“定时”、“定位”和“定量”,因而被广泛接受和应用。
2 复合含油气系统概念与内涵
复合含油气系统是指在叠合含油气盆地某一或数个负向单元内,由多期继承或跨越重大构造期的多套烃源岩集中发育,并在演化发展的全过程中出现多期生烃、运聚成藏与调整改造的变化,导致多个含油气系统叠置、交叉、窜通与油气的混聚,甚至在含油气系统形成过程中还出现过已聚集的油气藏大规模散失等情况,由此形成的含油气系统。这一概念是中国学者,针对中国大陆多旋回构造发展特点以及叠合含油气盆地独特的石油地质特征所提出的。和经典的含油气系统相比,复合含油气系统概念包括如下含义:(1)组成复合含油气系统的生烃灶至少有一个,而其中的烃源岩层系至少是两套以上,且在平面上重叠或大部分交叉。(2)两套以上的烃源岩层系或两个以上的生烃灶中的油气生成和大规模运移与聚集允许一期出现,但往往是多期次的,并共享部分石油地质要素,如同一套区域性盖层,同一个运移输导网络,统一的上覆层以及同一个油气聚集区带等。(3)每一套生烃层系都允许有自己独立的油气聚集,但相互叠置或交叉重叠的烃源岩所形成的油气又有一部分发生了窜通,如油气通过不整合面或断裂带发生运移,在两个生烃灶之间的隆起部位、斜坡部位或生烃灶侧缘的断裂背斜带上发生混合聚集,使两个或两个以上的含油气系统既有独立性,又很难独立分开。(4)复合含油气系统的形成往往有多个关键时刻,包括各生烃层系与各生烃灶大规模生烃和排烃与成藏的时间,也包括已经形成的油气藏大规模被破坏或被调整到新圈闭中再聚集的时间。(5)含油气系统的“复合”首先强调两个在空间位置上完全重叠或交叉分布的含油气系统之间存在部分烃类流体的交换。因此复合含油气系统的边界应在确定各相对独立系统边界的基础上,根据各系统叠置、交叉与油气窜通涉及的空间范围,取其最大外边界。
3 复合含油气系统在塔里木盆地构造演化中的应用
塔里木克拉通多旋回构造演化控制了塔里木叠合盆地的形成及石油地质条件和复合含油气系统特征,进而决定了油气的分布和资源潜力。受古亚洲构造域和特提斯构造域演化控制,塔里木盆地经历了3个伸展-聚敛旋回、6个演化阶段,发育了多期不同类型的原型盆地,其间还发生了加里东晚期、海西早期、海西末期、印支期、燕山晚期和喜马拉雅晚期6次规模较大的构造运动,使先前形成的盆地遭受隆升、剥蚀、褶皱、断裂等改造作用。经历多旋回构造演化形成的塔里木叠合盆地,具有发育多套烃源岩和多个生烃灶,有多类储集层和多套储盖组合,多期生烃与成藏及多期调整、改造乃至破坏等油气地质特征。按照生烃灶分布及其所形成的油气藏关系,可以划分出10个复合含油气系统。
古生界含油气系统有加里东晚期—海西早期、海西晚期和喜马拉雅期3个关键时刻,不同关键时刻油气系统内的油气分布受有效生烃灶和古隆起匹配关系控制,多期油气系统叠加最终控制油气的分布。
3.1 不同关键时刻的古生界含油气系统
(1)加里东晚期—海西早期含油气系统。
加里东晚期—海西早期含油气系统最早形成,烃灶主体位于满加尔凹陷以东,在中-上奥陶统沉积厚度大于6000m的凹陷深处烃源岩达到高演化程度进入生气窗,其余大部分地区则处于生油窗内,此外在阿瓦提凹陷、塘古孜巴斯凹陷也分别形成两个供烃中心。围绕这些供烃中心克拉通盆地古隆起开始形成。该期最大规模的成藏时间是海西早期的志留系古油藏形成,其次是在寒武系、奥陶系烃源岩发育层系内部形成一些原生油藏。目前钻井已揭示大量该期油气系统形成的产物,如广泛分布的志留系沥青砂、塔中隆起塔中1井的奥陶系干沥青、塔北隆起西部玉东2井的奥陶系沥青以及柯坪地区寒武系、奥陶系露头中的残余油。海西早期末的强烈构造运动造成古油藏的大规模破坏,但在满加尔凹陷南缘塔东2井仍发现得以保存的寒武系古油藏。
(2)海西晚期含油气系统。
海西晚期盆地构造格局发生了很大的变化,古隆起范围进一步扩大,塔北、塔东、塔中、巴楚古隆起进入强烈发育阶段,有效烃源灶集中分布在克拉通盆地中心地带。该期含油气系统是克拉通盆地一期有效的含油气系统,大量古油藏得以形成和保存,如轮南-塔河奥陶系、塔中奥陶系、石炭系以及巴什托普石炭系油气藏。
(3)喜马拉雅期含油气系统。
喜马拉雅期盆地整体快速沉降,寒武系有效烃源灶发生很大的變化。满加尔凹陷、阿瓦提凹陷、塘古孜巴斯凹陷深处寒武系烃源岩达到过成熟阶段,基本不再具有供烃能力;塔北隆起周缘(可能包括满西地区)寒武系烃源岩进入成熟高峰期,成为有效烃源灶;满加尔凹陷以东地区由于海西早期后始终处于抬升状态,造成寒武系烃源岩早期成熟之后生烃终止,在印支期—喜马拉雅期再次埋深,特别是在英吉苏地区,三叠纪—侏罗纪表现为一坳陷湖盆,沉积了一套数千米厚的中生界,由此造成喜马拉雅期寒武系烃源岩再次成烃,早期形成的分散状液态烃可发生裂解、接力生气形成现今的英南2号、满东1号气藏,其中天然气为寒武系高成熟气。
此外,在喜马拉雅期塔中、塔北隆起上分别形成两个局部的中-上奥陶统烃源灶,为寒武系多期演化的含油气系统的复杂性又加上了重重的一笔,同时也表明这两个古隆起及其周缘地区具有长期油气聚集的有利条件,油气都很富集,成为叠合盆地油气资源及勘探潜力最大的地区。
3.2 含油气系统评价
在加里东晚期—海西早期、海西晚期以及喜马拉雅期含油气系统中,油气运聚格局受不同时期有效烃源灶及其与古隆起匹配关系控制。
考虑到油气的多期成藏与调整,即有效烃源灶与古隆起的多期匹配关系,可将塔里木盆地古生界海相油气系统划分出9个有利油气运聚单元:①轮南凸起及其周缘,目的层为奥陶系、石炭系与三叠系;②英买力凸起及其周缘,目的层为奥陶系;③塔中凸起,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;④哈得逊地区,目的层为石炭系;⑤巴楚凸起区,目的层为寒武系;⑥麦盖提斜坡,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;⑦英吉苏凹陷区,目的层为侏罗系与志留系;⑧阿满过渡带,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;⑨塔东隆起,目的层为奥陶系。
从不同时期含油气系统比较可以看出,海西晚期、喜马拉雅期含油气系统是油气聚集的主要场所,目前发现的油气藏几乎都归属于这两期含油气系统。塔北古隆起、塔中古隆起在两期油气系统中都是主要的油气运聚单元,勘探潜力最大。巴楚古隆起自海西期后一分为二,隆起主体部位由于晚期抬升而缺乏油源条件,只能寻找海西期形成的古油藏;麦盖提斜坡部位则经历了海西期油气由北向南和喜马拉雅期油气由南向北的运移过程,地层岩性油气藏勘探潜力大。塔东凸起在塔东2井发现了加里东期的古油藏、塔东1井寒武-奧陶系中见大量的气测显示、英东2井寒武系获低产气流,这些证实该地区具有较好的油气保存条件和晚期天然气充注条件,寒武-奥陶系储层条件成为制约油气大规模富集的的主要因素。英吉苏地区中生界已发现寒武系高演化阶段的天然气,证实喜马拉雅期该地区寒武系仍然具备供气能力。
参考文献
[1]张光亚,宋建国.塔里木克拉通盆地改造对油气聚集和保存的控制[J].地质论评,1998,44(5):511-521.
[2]张恺,论塔里木盆地类型、演化特征及含油气远景评价[J].石油与天然气地质,1990,11(1):1-15.
[3]罗开平,周祖翼,何治亮.含油气系统理论在中国盆地研究中的应用与发展[J].石油实验地质,2007,29(2):143-148.
[4]徐旭辉.塔里木古生代原型盆地分析的油气勘探意义[J].石油与天然气地质,2002,23(3):224-228.
[5]Perrodon A. Petroleum systems:models and applications[J].Journal of Petroleum Geology,1992,15(3):319-326.
关键词:复合含油气系统;塔里木盆地;构造演化
中图分类号:TE
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)03-0305-02
1 含油气系统的发展历史
Dow被认为是含油气系统(petroleum system)理论的奠基人,基于对美国Williston盆地原油成因和分布规律的研究,他于1972年在AAPG年会上正式提出了“石油系统”概念,其主要观点是“在确定成熟烃源岩范围基础上,通过对石油运移通道和盖层分布范围的确定,可以预测或找到最有可能发现石油的含油气区带”、“确定和划分石油系统的依据是油源对比的地球化学原理”、“石油聚集依生烃灶的不同具有族群性特征”、“商业性石油聚集依赖于较好质量和规模以及成熟的烃源岩”。这一学术思想和成果奠定了现代含油气系统理论和研究的基础。Perrodon和Masse于1984年最早使用了“含油气系统”概念,并将含油气系统理解为“由一系列相关要素和地质事件组成的系统,……一个含油气系统的形成是各种物理、化学变化共同作用的结果,这些作用直接控制着油气的生成、聚集和散失”。之后,Demaison,Meissner等,Umishek、Magoon又相继提出了“产油盆地”(generative basin)、“石油生成器”(hydrocarbon machine)、“独立含油气系统”(independent petroliferous system)和“含油气系统”的概念,并分别阐述了它们的含义。
目前,人们普遍接受的含油气系统的概念是Magoon和Dow关于含油气系统的经典表述:含油气系统(petroleum system)“是一个自然的系统,它包含活跃的烃源岩及与该源岩有关的所有已形成的油、气,并包含油气藏形成时所必不可少的一切地质要素及作用”,其中,“地质要素”包括油气源岩、储集岩、盖层及上覆岩层等静态因素,上覆岩层的厚度、地温是源岩层生排烃的决定因素,因而是重要的地质要素之一(图1);“地质作用”则包括圈闭的形成及烃类的生成、运移和聚集过程,相互依存的地质要素和作用组成了形成油气藏的功能单元即含油气系统。尽管上述研究和认识大多是基于单旋回和非复杂结构的盆地,其油藏对应关系也相对简单,存在很多局限性,但(经典)含油气系统首次将系统论的观点引入到对油气形成的分析,使地质家和勘探家能更全面和有序地认识和追溯这一复杂的历史客观过程,准确地对油气藏进行“定时”、“定位”和“定量”,因而被广泛接受和应用。
2 复合含油气系统概念与内涵
复合含油气系统是指在叠合含油气盆地某一或数个负向单元内,由多期继承或跨越重大构造期的多套烃源岩集中发育,并在演化发展的全过程中出现多期生烃、运聚成藏与调整改造的变化,导致多个含油气系统叠置、交叉、窜通与油气的混聚,甚至在含油气系统形成过程中还出现过已聚集的油气藏大规模散失等情况,由此形成的含油气系统。这一概念是中国学者,针对中国大陆多旋回构造发展特点以及叠合含油气盆地独特的石油地质特征所提出的。和经典的含油气系统相比,复合含油气系统概念包括如下含义:(1)组成复合含油气系统的生烃灶至少有一个,而其中的烃源岩层系至少是两套以上,且在平面上重叠或大部分交叉。(2)两套以上的烃源岩层系或两个以上的生烃灶中的油气生成和大规模运移与聚集允许一期出现,但往往是多期次的,并共享部分石油地质要素,如同一套区域性盖层,同一个运移输导网络,统一的上覆层以及同一个油气聚集区带等。(3)每一套生烃层系都允许有自己独立的油气聚集,但相互叠置或交叉重叠的烃源岩所形成的油气又有一部分发生了窜通,如油气通过不整合面或断裂带发生运移,在两个生烃灶之间的隆起部位、斜坡部位或生烃灶侧缘的断裂背斜带上发生混合聚集,使两个或两个以上的含油气系统既有独立性,又很难独立分开。(4)复合含油气系统的形成往往有多个关键时刻,包括各生烃层系与各生烃灶大规模生烃和排烃与成藏的时间,也包括已经形成的油气藏大规模被破坏或被调整到新圈闭中再聚集的时间。(5)含油气系统的“复合”首先强调两个在空间位置上完全重叠或交叉分布的含油气系统之间存在部分烃类流体的交换。因此复合含油气系统的边界应在确定各相对独立系统边界的基础上,根据各系统叠置、交叉与油气窜通涉及的空间范围,取其最大外边界。
3 复合含油气系统在塔里木盆地构造演化中的应用
塔里木克拉通多旋回构造演化控制了塔里木叠合盆地的形成及石油地质条件和复合含油气系统特征,进而决定了油气的分布和资源潜力。受古亚洲构造域和特提斯构造域演化控制,塔里木盆地经历了3个伸展-聚敛旋回、6个演化阶段,发育了多期不同类型的原型盆地,其间还发生了加里东晚期、海西早期、海西末期、印支期、燕山晚期和喜马拉雅晚期6次规模较大的构造运动,使先前形成的盆地遭受隆升、剥蚀、褶皱、断裂等改造作用。经历多旋回构造演化形成的塔里木叠合盆地,具有发育多套烃源岩和多个生烃灶,有多类储集层和多套储盖组合,多期生烃与成藏及多期调整、改造乃至破坏等油气地质特征。按照生烃灶分布及其所形成的油气藏关系,可以划分出10个复合含油气系统。
古生界含油气系统有加里东晚期—海西早期、海西晚期和喜马拉雅期3个关键时刻,不同关键时刻油气系统内的油气分布受有效生烃灶和古隆起匹配关系控制,多期油气系统叠加最终控制油气的分布。
3.1 不同关键时刻的古生界含油气系统
(1)加里东晚期—海西早期含油气系统。
加里东晚期—海西早期含油气系统最早形成,烃灶主体位于满加尔凹陷以东,在中-上奥陶统沉积厚度大于6000m的凹陷深处烃源岩达到高演化程度进入生气窗,其余大部分地区则处于生油窗内,此外在阿瓦提凹陷、塘古孜巴斯凹陷也分别形成两个供烃中心。围绕这些供烃中心克拉通盆地古隆起开始形成。该期最大规模的成藏时间是海西早期的志留系古油藏形成,其次是在寒武系、奥陶系烃源岩发育层系内部形成一些原生油藏。目前钻井已揭示大量该期油气系统形成的产物,如广泛分布的志留系沥青砂、塔中隆起塔中1井的奥陶系干沥青、塔北隆起西部玉东2井的奥陶系沥青以及柯坪地区寒武系、奥陶系露头中的残余油。海西早期末的强烈构造运动造成古油藏的大规模破坏,但在满加尔凹陷南缘塔东2井仍发现得以保存的寒武系古油藏。
(2)海西晚期含油气系统。
海西晚期盆地构造格局发生了很大的变化,古隆起范围进一步扩大,塔北、塔东、塔中、巴楚古隆起进入强烈发育阶段,有效烃源灶集中分布在克拉通盆地中心地带。该期含油气系统是克拉通盆地一期有效的含油气系统,大量古油藏得以形成和保存,如轮南-塔河奥陶系、塔中奥陶系、石炭系以及巴什托普石炭系油气藏。
(3)喜马拉雅期含油气系统。
喜马拉雅期盆地整体快速沉降,寒武系有效烃源灶发生很大的變化。满加尔凹陷、阿瓦提凹陷、塘古孜巴斯凹陷深处寒武系烃源岩达到过成熟阶段,基本不再具有供烃能力;塔北隆起周缘(可能包括满西地区)寒武系烃源岩进入成熟高峰期,成为有效烃源灶;满加尔凹陷以东地区由于海西早期后始终处于抬升状态,造成寒武系烃源岩早期成熟之后生烃终止,在印支期—喜马拉雅期再次埋深,特别是在英吉苏地区,三叠纪—侏罗纪表现为一坳陷湖盆,沉积了一套数千米厚的中生界,由此造成喜马拉雅期寒武系烃源岩再次成烃,早期形成的分散状液态烃可发生裂解、接力生气形成现今的英南2号、满东1号气藏,其中天然气为寒武系高成熟气。
此外,在喜马拉雅期塔中、塔北隆起上分别形成两个局部的中-上奥陶统烃源灶,为寒武系多期演化的含油气系统的复杂性又加上了重重的一笔,同时也表明这两个古隆起及其周缘地区具有长期油气聚集的有利条件,油气都很富集,成为叠合盆地油气资源及勘探潜力最大的地区。
3.2 含油气系统评价
在加里东晚期—海西早期、海西晚期以及喜马拉雅期含油气系统中,油气运聚格局受不同时期有效烃源灶及其与古隆起匹配关系控制。
考虑到油气的多期成藏与调整,即有效烃源灶与古隆起的多期匹配关系,可将塔里木盆地古生界海相油气系统划分出9个有利油气运聚单元:①轮南凸起及其周缘,目的层为奥陶系、石炭系与三叠系;②英买力凸起及其周缘,目的层为奥陶系;③塔中凸起,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;④哈得逊地区,目的层为石炭系;⑤巴楚凸起区,目的层为寒武系;⑥麦盖提斜坡,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;⑦英吉苏凹陷区,目的层为侏罗系与志留系;⑧阿满过渡带,目的层为奥陶系、志留系与石炭系;⑨塔东隆起,目的层为奥陶系。
从不同时期含油气系统比较可以看出,海西晚期、喜马拉雅期含油气系统是油气聚集的主要场所,目前发现的油气藏几乎都归属于这两期含油气系统。塔北古隆起、塔中古隆起在两期油气系统中都是主要的油气运聚单元,勘探潜力最大。巴楚古隆起自海西期后一分为二,隆起主体部位由于晚期抬升而缺乏油源条件,只能寻找海西期形成的古油藏;麦盖提斜坡部位则经历了海西期油气由北向南和喜马拉雅期油气由南向北的运移过程,地层岩性油气藏勘探潜力大。塔东凸起在塔东2井发现了加里东期的古油藏、塔东1井寒武-奧陶系中见大量的气测显示、英东2井寒武系获低产气流,这些证实该地区具有较好的油气保存条件和晚期天然气充注条件,寒武-奥陶系储层条件成为制约油气大规模富集的的主要因素。英吉苏地区中生界已发现寒武系高演化阶段的天然气,证实喜马拉雅期该地区寒武系仍然具备供气能力。
参考文献
[1]张光亚,宋建国.塔里木克拉通盆地改造对油气聚集和保存的控制[J].地质论评,1998,44(5):511-521.
[2]张恺,论塔里木盆地类型、演化特征及含油气远景评价[J].石油与天然气地质,1990,11(1):1-15.
[3]罗开平,周祖翼,何治亮.含油气系统理论在中国盆地研究中的应用与发展[J].石油实验地质,2007,29(2):143-148.
[4]徐旭辉.塔里木古生代原型盆地分析的油气勘探意义[J].石油与天然气地质,2002,23(3):224-228.
[5]Perrodon A. Petroleum systems:models and applications[J].Journal of Petroleum Geology,1992,15(3):319-326.