塔里木盆地中秋1凝析氣藏成藏條件及演化過程

劉 春 徐振平 陳 戈 鄧 毅 王俊鵬 趙繼龍

1. 中國石油杭州地質研究院 2. 中國石油勘探開發研究院3.西南石油大學地球科學與技術學院 4.中國石油塔里木油田公司

0 引言

秋里塔格構造帶是塔里木盆地庫車坳陷的重要油氣勘探區帶，勘探前期在東西兩側發現了迪那2凝析氣藏、東秋8氣藏和卻勒1油藏，之后16年持續勘探未獲油氣發現。2018年中秋1井在下白堊統巴什基奇克組6 073～6 182 m井段進行小型解堵酸化后，在油壓為81.182 MPa條件下，測試日產天然氣33.435 6×104m3、日產凝析油21.4 m3，計算凝析氣地質儲量超過1 000×108m3，凝析油地質儲量近800×104t，屬于千億立方米規模的整裝大型凝析氣藏[1]。中秋1井鉆探實現了對秋里塔格構造帶油氣勘探的重大突破，展示了該構造帶廣闊的油氣勘探前景。

為了給該構造帶下一步油氣勘探部署提供依據，筆者在前人研究成果的基礎上，利用秋里塔格構造帶鉆井、地震、巖心、地球化學等大量資料，結合鄰區及區域背景資料，明確中秋1大型凝析氣藏的氣藏類型及油氣來源，分析該構造帶天然氣成藏條件并推演其演化過程，以期為該造帶乃至相似復雜構造區天然氣勘探提供參考借鑒。

1 油氣藏特征

1.1 區域地質概況

秋里塔格構造帶位于塔里木盆地庫車坳陷中部，東西長約300 km，南北寬介于10～30 km，面積為5 200 km2。西鄰溫宿凸起，北部從西到東依次是拜城凹陷、克拉蘇構造帶、北部構造帶，東南部是陽霞凹陷，南部與南部斜坡帶相連，走向與北邊造山帶平行，總體呈近東西向展布[2-4]（圖1）。秋里塔格構造帶油氣資源十分豐富，天然氣資源量為1.43×1012m3，石油資源量為2.83×108t，已發現迪那2凝析氣藏、卻勒1油藏和東秋8氣藏，探明天然氣地質儲量為1 752×108m3、石油地質儲量為1 339×104t，探明率分別為12.3%和4.7%[1]。

根據地層格架、構造模式、圈閉類型等方面的差異，秋里塔格構造帶自西向東劃分為佳木、西秋、中秋和東秋等4段。中秋1大型凝析氣藏所在的三級構造單元中秋段平面上呈北東—南西向展布，東西長約120 km，南北寬約12 km，面積約1 000 km2（圖1）。由于喜馬拉雅中晚期南天山的快速擠壓，中秋—東秋段受到古近系和新近系膏鹽巖層變形和區域走滑斷裂帶的影響，使得區內鹽層上發育大型薄皮褶皺，鹽層下地層受蓋層滑脫影響形成大量逆沖斷片，發育鹽下背斜及斷鼻構造[5]。中秋①構造為受南北兩側逆沖斷裂所夾持的完整背斜構造，軸向與邊界斷裂走向基本一致，為近北東向（圖1）。

1.2 地層與沉積

目前，該構造帶已鉆遇地層自上而下包括第四系（Q），新近系中新統庫車組（N2k）、康村組（N1-2k）和吉迪克組（N1j），古近系古新統—漸新統蘇維依組（E2-3s）和始新統—古新統庫姆格列木群（E1-2km），下白堊統巴什基奇克組（K1bs）（圖1）。巴什基奇克組在中秋構造帶發育三角洲前緣相水下分流河道、河口壩微相的中—細粒巖屑砂巖，是研究區主要儲集層；其下伏三疊系發育的三疊系淺湖—半深湖相泥質巖、侏羅系湖相和沼澤相泥巖及煤層，生烴能力強，是研究區主要烴源巖[6-7]；古近系發育的咸化湖相膏泥巖和膏鹽巖構成區域性蓋層。巴什基奇克組發育的巨厚砂巖儲層與上覆由古近系庫姆格列木群鹽巖、膏巖和含膏泥巖組成的優質蓋層構成區內良好的儲蓋組合。

圖1 庫車坳陷區域構造及地層柱狀圖

1.3 油氣藏類型

中秋1井凝析油在20 ℃條件下的密度為0.807 2 g/cm3，50 ℃條件下的黏度為1.128 mPa·s，含硫量約為0.03%，含蠟量介于1.1%～7.2%（平均值為5.2%），膠質＋瀝青質含量介于0.19%～0.47%（平均值為0.37%），凝固點介于－2～－14 ℃（平均值為－8.8 ℃），具有“低含蠟量、低凝固點”的特征。天然氣甲烷含量為92.75%，CO2含量為0.29%，不含H2S，屬于“微含二氧化碳、不含硫化氫”天然氣。中秋1井地層測試資料表明，巴什基奇克組原始地層壓力為120.72 MPa，地層溫度為146.35 ℃，壓力系數為1.83，PVT實驗天然氣露點壓力低（36.24 MPa），地露壓差大，凝析油含量為51.65 g/m3，屬于低含凝析油的凝析氣藏。結合杜金虎等[1]的研究認識，中秋1凝析氣藏屬于大型塊狀斷背斜型常溫超高壓低含凝析油的凝析氣藏。

2 油氣成藏條件

2.1 兩套巨厚高演化優質烴源巖奠定氣藏形成的物質基礎

2.1.1 烴源巖特征

庫車坳陷是一個以陸源碎屑沉積為主的沉積坳陷，中生界—新生界沉積了巨厚碎屑巖，自西而東發育烏什、拜城和陽霞等3個生烴凹陷，中—上三疊統廣泛沉積的淺湖—半深湖暗色泥巖和中—下侏羅統廣泛沉積的沼澤相煤層是坳陷內主要烴源巖，分布范圍介于1.2×104～1.4×104km2[6]。

三疊系烴源巖厚度介于800～1 000 m，在北部露頭區出露厚度一般較大，向盆地南緣方向該套烴源巖逐漸減薄。烴源巖總有機碳含量（TOC）一般介于1%～3%，屬好—非常好烴源巖，有機質類型以混合型—腐殖型為主[7]。

侏羅系煤層與三疊系泥質烴源巖大體一致，但分布范圍明顯大于三疊系，北部單斜帶露頭剖面泥巖厚度介于250～600 m，向塔北隆起逐漸減薄，尖滅于英買力以南地區，表現為北厚南薄的特征。侏羅系煤層烴源巖TOC普遍介于1.8%～4.0%，屬非常好的烴源巖，有機質類型以腐殖型為主[7]。

中秋1井天然氣ln(C1/C2)和ln(C2/C3)平均值分別為3.8和1.6，結合前人圖版[8]判識為干酪根裂解氣（圖2-a）。此外，鄰井東秋6井天然氣烷烴甲烷、乙烷、丙烷碳同位素值分別為－33.2‰、－22.2‰、－22‰，根據戴金星等[9]油型氣和煤成氣判別標準，天然氣為煤成氣。東秋8井原油族組分碳同位素組成與盆地內部海相和煤系有較大差別，具有湖相偏煤系母源的特征（圖2-b）。結合區內烴源巖發育情況綜合認為，中秋1井原油主要來自三疊系湖相偏腐泥型烴源巖，天然氣則主要來自區內侏羅系偏腐殖型的煤系烴源巖。

2.1.2 烴源巖生烴潛力

圖2 油氣成因判別圖版

圖3 中秋1井巴什基奇克組沉積埋藏史圖

區域構造演化史分析結果表明，秋里塔格構造帶中秋段早期為持續淺埋（小于3 000 m），晚期為快速深埋（6 000～7 000 m），末期僅僅是遭受喜馬拉雅期構造運動的影響發生低幅度的抬升（圖3）。這種埋藏方式決定了庫車坳陷的整體擠壓下坳，沉積物快速沉積，烴源巖快速成熟。其中三疊系烴源巖在上新世—第四紀（距今約5 Ma）進入生氣階段，此時，鏡質體反射率（Ro）達到3.0%～3.5%，整體進入過成熟階段；侏羅系烴源巖成熟期較三疊系烴源巖要稍晚，總體在庫車期才大量進入生氣階段，特別是距今約3 Ma以來大量生成干氣，目前的烴源巖Ro介于2.0%～2.5%，處于主要生氣階段，其生氣強度介于30×108～150×108m3/km2，這種高生氣強度為晚期強充注提供了物質基礎[6]。

2.2 規模砂巖儲層為氣藏的形成提供良好的儲集空間

2.2.1 發育大規模扇三角洲（或辮狀河三角洲）前緣砂體

自中生代以來，庫車坳陷受南天山造山帶多期次復合隆升、陸內造山作用的影響，總體上呈現“北山南盆”的古構造與古地理格局。南北向的“北高南低”、東西向“坳—隆相間”的古地貌控制了白堊紀沉積期沉積相帶與砂體的展布。古地形的北高南低決定了區內古水流方向為由北向南，南天山前存在多個點物源構造成的線物源出口，沉積物供應充足，由于地勢變緩，隨距離增加水體能量逐漸減弱，碎屑物質快速入湖并大量沉積保存下來。由北向南沉積相依次為沖積扇、扇三角洲或辮狀河三角洲、濱淺湖沉積的分布格局。多期河道砂體垂向上相互疊置，平面上多個扇體相互連接，形成的沖積扇－扇（或辮狀河）三角洲復合體直接進入湖盆發育白堊紀時期規模巨大的砂體（圖4）[10-11]。中秋構造帶整體處于三角洲前緣相帶，沉積微相以三角洲前緣水下分流河道為主。巴什基奇克組砂體橫向連續穩定分布，泥巖夾層薄且不連續，由于受到區域性剝蝕的影響，地層總體上東厚西薄，中秋段厚度約350 m。

2.2.2 有效儲層特征及控制因素

中秋1井巴什基奇克組巖石類型主要為中—細粒巖屑砂巖，少量長石巖屑砂巖；砂巖碎屑顆粒分選中等—好，磨圓度主要為次棱—次圓，顆粒以點—線接觸為主，孔隙式或連晶—孔隙式膠結為主。中秋1井未取心，但是從該井的巖屑薄片來看，儲集層儲集空間類型以粒間孔為主，包括粒間（長石、黏土礦物、碳酸鹽礦物）溶蝕孔、殘余原生粒間孔以及在原生孔隙基礎上的擴大溶蝕孔隙（圖5-a、b）；其次是粒間黏土以及部分顆粒內部的微孔隙（圖5-c）；再次為粒內溶孔，主要為長石質顆粒發生表生溶蝕形成（圖5-b）；薄片下構造裂縫發育較少。從東秋8井巖心觀察來看，晚期裂縫基本未充填，溝通孔隙形成了油氣運移通道（圖5-d～f）。裂縫對于砂巖滲濾能力的改善具有顯著的影響[12-16]，喜馬拉雅期強烈的構造運動使得中秋—東秋段儲層遭受一定的擠壓減孔，但由于是快速埋藏時期，構造擠壓的減孔得到一定的緩解，儲層巖石致密后受喜馬拉雅晚期的構造推覆擠壓導致裂縫的產生，改善了致密儲層的滲濾通道，使得儲層滲透率有顯著提高。

圖4 庫車坳陷巴什基奇克組沉積相圖

圖5 秋里格塔構造帶巴什基奇克組儲層孔隙及裂縫發育特征照片

中秋1井巴什基奇克組儲層物性較好。測井解釋孔隙度介于1.9%～16.9%，平均值為12.8%，滲透率介于0.05～5.32 mD，平均值為1.40 mD，總體表現為低孔低滲特點。鄰區東秋8井巖心實測孔隙度介于9.1%～20.8%，平均值為15.3%，滲透率介于0.06～1 355.00 mD，平均值為123.23 mD。巴什基奇克組儲層孔滲相關性好，總體呈現孔隙型儲層特征（圖6）。平面上看，中秋1井儲層物性與克拉蘇構造帶克拉2井相當，優于大北、克深氣藏，造成這種差異可能與中秋1井相對遠離沖斷帶，應力降低，構造橫向擠壓減弱有關。

圖6 巴什基奇克組砂巖孔滲相關性圖

秋里格塔構造帶儲集層發育的關鍵是巖相和溶蝕作用。區域大量露頭及鉆井巖石物性統計表明：沉積條件的不同導致儲層巖石粒度、成分和填隙物的差異，這種差異使得不同巖相儲層的物性存在較大差別。從中秋1井巴什基奇克組含氣層段砂巖儲層物性與不同巖相關系上看，細砂巖分選好、泥質含量低，物性最好，平均孔隙度達15.2%，平均滲透率達2.69 mD；含礫細砂巖分選差、泥質含量中等，儲層物性較差，平均孔隙度為8.9%，平均滲透率為1.53 mD；粉砂巖粒度細、泥質含量高、顆粒相對抗壓實能力弱，儲層物性差，平均孔隙度為6.2%，平均滲透率為0.24 mD。白堊紀沉積期的干旱蒸發環境使得地層水持續以弱酸性狀態存在，薄片下明顯可見多期溶蝕作用的產生，早期溶蝕主要為早成巖期沉積物在從沉積—淺埋藏的過程中受壓實作用的影響，砂巖排除同沉積期的孔隙水，導致孔隙水與長石、云母等顆粒的相互作用，使得儲層孔隙中各類易溶產物隨孔隙水排除，形成粒間孔，而各類硅鋁酸鹽如長石等也不同程度地遭受溶蝕改造，形成大量粒內溶孔。后期溶蝕主要為白堊紀晚期受構造抬升剝蝕的影響，儲層巖石暴露遭受大氣淡水淋濾溶蝕，造成儲層膠結物不同程度的溶蝕，早期硅鋁酸鹽顆粒粒內溶孔繼續擴大溶蝕，形成大量溶蝕殘余。

2.3 鹽湖相膏鹽巖為天然氣成藏提供優越的封蓋條件

由于膏鹽巖的低孔滲性和強塑性，使得其自身受成巖演化影響不大，在不同的演化階段均可以保持良好的封蓋性能。前人研究表明，膏鹽巖的排驅壓力可以高達14～25 MPa，區域性穩定分布的膏鹽巖層成為有效封閉蓋層與其厚度相關性不明顯，即便厚度不大也可形成良好蓋層[17-21]。庫車坳陷古近系和新近系膏鹽巖、膏泥巖層基本覆蓋全區，由于膏鹽巖地層塑性流動及沉積差異，膏鹽巖層厚度從幾十米到幾千米不等，局部厚度超過3 000 m，是該區大中型高壓氣藏封蓋和保存的關鍵條件[8]。中秋1井蓋層厚度為419 m，其中純鹽層厚度為138 m，純鹽層向東至東秋8井（厚度為62 m）減薄，向西逐漸加厚（圖7），且埋藏深，塑性流動性強，封蓋能力更強。這為中秋①斷背斜圈閉成藏提供了優越的保存條件。

區域研究表明，上覆巨厚膏鹽巖層的存在使鹽下地層壓實程度降低，成巖作用減弱[6,11]。膏鹽巖層厚度與儲集層孔隙度有負相關趨勢，相同埋深條件下膏鹽巖層厚度增加300 m可使得下伏保護的儲集層孔隙度增加約1%[6]。此外，庫車坳陷上覆古近系膏鹽巖層與下伏巴西改組泥巖分布穩定，壓力系數介于1.5～2.5，為高壓—超高壓系統，形成的封隔空間一定程度抑制了壓實減孔與膠結減孔。同時，膏鹽巖層的塑性流動使儲集層所受重力載荷及埋藏壓實效應大致相當，未能造成大的壓實減孔量差異。

2.4 喜馬拉雅期以來構造運動形成的楔狀疊瓦構造圈閉提供了油氣聚集場所

受北邊克拉蘇雙重滑脫和沖斷作用的影響，秋里塔格構造帶形成了較為復雜的構造格局。斷裂對構造圈閉的形成以及油氣運聚成藏起著至關重要的作用：①斷裂起滑脫、沖斷作用，平面上沖斷帶深層發育眾多斷裂，多處合并、分叉，形成“多層樓”構造樣式，縱向上受一系列逆沖斷層控制形成眾多的逆沖疊瓦斷片，構成了鹽下集中分布的背斜、斷背斜、斷塊圈閉[22]；②斷裂是油氣運聚成藏的重要通道，油氣通過斷裂運移到圈閉后聚集成藏。中秋段構造為鹽下構造受基底卷入逆沖斷層控制的楔形斷塊構造，垂直斷距大，圈閉密集分布，發育背斜、斷背斜、斷鼻圈閉。在斷層的控制下，疊瓦狀背斜差異升降使得地層差異對接，可形成側向封擋條件，中秋1井白堊系地層與下盤古近系膏鹽巖對接，圈閉完整、幅度大、面積大，使高壓氣藏得以保存完好，有利于大型氣藏的形成（圖8）。

圖7 庫車坳陷古近系庫姆格列木群膏鹽巖段沉積相圖

圖8 秋里塔格構造帶中秋—東秋段三維疊前深度偏移剖面圖

3 油氣成藏形成與演化

3.1 充注時間

多套烴源巖在多期構造運動的差異作用下往往造成油氣多期充注并聚集成藏。庫車坳陷具有多期成藏過程，但是具體成藏時間仍存有異議。梁狄剛等[23]解剖了克拉2氣田認為庫車坳陷經歷了中新世早期和上新世以來的兩期成藏；趙孟軍等[24-25]解剖了大北—克拉氣田認為庫車坳陷經歷了白堊系末—古近系時期油氣聚集、破壞和喜馬拉雅晚期天然氣聚集、調整的兩期成藏；魯雪松等[26]解剖克拉—克深氣藏認為庫車坳陷存在中新世早中期原油充注、上新世庫車期高成熟油氣充注與破壞、第四紀高—過成熟煤成氣充注的3期成藏?？梢?，以晚期成藏為主形成了統一認識。由于中秋段與東秋段緊鄰，構造背景和圈閉類型相似，因此應該具有相同的油氣充注成藏時間，東秋8井流體包裹體主要是氣態包裹體，根據均一溫度頻率直方圖并結合中秋1井沉積埋藏史（圖3），認為中秋—東秋構造帶油氣充注是一個持續過程，有兩個充注高峰，第一個油氣充注高峰是距今5～4 Ma （充注時地層溫度主要介于90～110 ℃），第二個油氣充注高峰是距今3～2 Ma（充注時地層溫度主要介于120～130 ℃）（圖9）。

3.2 油氣藏形成過程及演化

根據氣藏特征并結合前人對庫車坳陷油氣成藏研究成果，推斷中秋1大型凝析氣藏總體上是先油后氣、氣侵成藏的成藏模式。綜合構造演化恢復并結合生烴史[27]，將秋里塔格構造帶東秋—西秋段油氣成藏演化大致劃分為以下4個具體過程（圖10）。

圖9 東秋8井流體包裹體均一化溫度頻率直方圖

3.2.1 中新世吉迪克早期（距今20 Ma以前）

該時期盆地相對穩定，拜城凹陷侏羅系烴源巖未成熟（Ro＜0.5%），三疊系烴源巖進入低成熟期（0.5%≤Ro＜0.7%），局部小范圍進入成熟階段并開始生排烴，此時由于缺乏有效構造，難以形成規模油氣藏（圖10-a）。

3.2.2 中新世康村早中期（距今20～12 Ma）

該時期受喜馬拉雅運動影響，由北向南方向構造擠壓開始，中秋構造帶斷裂形成，三疊系烴源巖開始大規模生油（0.7%≤Ro＜1.3%），侏羅系烴源巖進入低成熟階段少量生油（0.5%≤Ro＜0.7%），原油沿斷層向上運移到白堊系砂體中局部聚集成藏，大量原油向南橫向運移（圖10-b）。

3.2.3 中新世康村晚期（距今12～5 Ma）

圖10 中秋1大型凝析氣藏成藏演化過程示意圖

該時期中秋構造形成雛形，三疊系、侏羅系烴源巖廣泛進入成熟—高成熟階段并大量生排烴（侏羅系烴源巖：0.7%≤Ro＜1.3%；三疊系烴源巖：1.3%≤Ro＜2.0%），油氣持續向南運移、聚集，部分油藏發生氣侵。該時期在中秋構造帶南北形成兩條大斷裂切穿了白堊系及侏羅系，為油氣的垂向運移提供了有利條件，中秋①構造開始聚氣成藏（圖10-c）。

3.2.4 上新世庫車期以來（距今5 Ma以來）

受喜馬拉雅運動的影響，白堊系地層發生推覆擠壓，中秋①構造圈閉幅度變大、構造定型，三疊系、侏羅系烴源巖大量持續生氣（侏羅系烴源巖：1.3%≤Ro＜2.0%；三疊系烴源巖：2.0%≤Ro＜3.0%），中秋①構造天然氣在高溫高壓下對先期油藏形成氣侵，導致原油可溶組分溶解進入天然氣，瀝青在儲集層中沉淀下來（圖5），先期油藏轉換為凝析氣藏，特別是上新統庫車晚期（距今3 Ma以來），拜城凹陷烴源巖整體進入高成熟階段并大量生氣，新構造運動使部分聚集的油氣沿斷層向上運移并在淺層新近系吉迪克組圈閉再次聚集成藏，如東秋⑧構造（圖10-d）。

綜上所述，從拜城凹陷烴源巖中排出的油氣在生烴超壓動力條件下，在上覆巨厚、區域分布穩定的膏鹽巖蓋層的控制下，沿斷裂運移至較早形成的中秋①構造，呈現出“早期聚油、晚期氣侵、改造調整、快速成藏”的成藏過程。

4 結論

1）中秋1氣藏屬塊狀斷背斜型常溫超高壓低含凝析油大型凝析氣藏，天然氣為煤成氣，天然氣主要來自區內侏羅系腐殖型煤系烴源巖。

2）秋里塔格構造帶能夠形成大型油氣藏的地質條件是三疊系和侏羅系發育的兩套巨厚高演化烴源巖、白堊系發育的大型辮狀河三角洲規模有效砂巖儲集層、喜馬拉雅期以來的構造活動形成的大規模楔狀疊瓦構造圈閉、古近系和新近系巨厚膏鹽巖形成的優越保存條件以及油氣生成與圈閉形成的良好時空匹配。

3）秋里塔格構造帶中秋1大型凝析氣藏是先油后氣、氣侵成藏的成藏模式，具有“早期聚油、晚期氣侵、改造調整、快速成藏”的成藏過程。