塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣成藏理論的深化與發(fā)展

在50多年的油氣勘探過程中，塔里木盆地的油氣勘探方向經(jīng)歷了三次戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移（塔西南-塔北和塔中-塔車和完整盆地），主要探測層也發(fā)生了四次變化（侏羅系寒武系、下奧陶系石炭系、三疊系、下奧陶系和白亞系下奧陶系）[1.4]。“九·五”以來,先后在盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)了塔河、哈德遜、克拉2、迪那2等大型油氣田。大型油氣田發(fā)現(xiàn)的頻率和節(jié)奏明顯加快。油氣勘探的新成果、新認(rèn)識展示了未來塔里木盆地油氣勘探的主攻方向更加明確、油氣勘探領(lǐng)域更加寬廣。1研究1.1油氣成藏條件對成藏過程的控制塔里木克拉通盆地油氣藏的勘探實(shí)踐表明,油氣分布受古隆起、古斜坡等正向構(gòu)造單元的控制,儲集層系、保存條件對油氣成藏也具有重要的控制作用[5～8]。1.1.1繼承性發(fā)育特征塔里木盆地臺盆區(qū)主要發(fā)育塔北、塔中和巴楚3個古隆起。目前已發(fā)現(xiàn)的奧陶系油氣藏全部位于這3個隆起及其斜坡部位。這些以古生界為主體的古隆起和斜坡在其形成演化過程中具繼承性發(fā)育的特征,一方面是盆地內(nèi)的正向構(gòu)造單元,為流體勢的低勢區(qū),是油氣運(yùn)移聚集的有利部位,能夠聚集油氣形成油氣藏。另一方面,由于塔北、塔中和巴楚古隆起分別經(jīng)歷了加里東期、海西期的構(gòu)造抬升,使中上奧陶統(tǒng)—泥盆系部分或全部遭受剝蝕,下奧陶統(tǒng)暴露地表,廣泛發(fā)育巖溶作用,形成巖溶型儲層,改善了碳酸鹽巖儲層的儲集性能。由于古隆起及其斜坡部位巖溶的發(fā)育往往具有繼承性,如阿克庫勒凸起經(jīng)歷了加里東中期、晚期和海西晚期等多次巖溶作用,形成3期甚至更多期的巖溶疊加,使巖溶作用的深度和發(fā)育范圍更大。1.1.2中—斷裂和不整合面油氣源對比表明,不同構(gòu)造單元的奧陶系油氣藏具有不同的油氣來源。其中,塔北隆起塔河油田、輪南油田的油氣主要來源于滿加爾坳陷的寒武系—下奧陶統(tǒng);塔中隆起的塔中1號、塔中4號奧陶系油氣藏的油氣主要來源于塔中隆起圍斜區(qū)的中—上奧陶統(tǒng);巴楚隆起的和田河氣田奧陶系油氣主要來源于塔西南坳陷的寒武系下奧陶統(tǒng);哈得遜油田和東河砂巖原油均來自中—上奧陶統(tǒng)烴源巖。上述油氣田中,塔中油田的油氣屬近源,其余均需長距離的穿層運(yùn)移。斷層和不整合面既是油氣運(yùn)移的有利通道,同時,也是巖溶儲層形成的先決條件。1.1.3白云巖-淺埋碳儲層儲層塔里木盆地,碳酸鹽巖儲層主要有溶蝕孔隙、溶蝕孔洞、洞穴、構(gòu)造和風(fēng)化裂隙5類儲滲空間。根據(jù)儲滲空間、結(jié)合灰?guī)r與白云巖溶蝕機(jī)理的差異,塔里木臺盆區(qū)碳酸鹽巖儲層劃分為巖溶洞穴型、礁灘相溶蝕孔隙型、裂隙型和白云巖溶蝕孔隙(洞)、裂隙型4種類型[9～11]。不同類型儲層的形成機(jī)制及控制因素不同。巖溶洞穴型儲層的形成是多期巖溶作用的結(jié)果,海西早期是巖溶發(fā)育的主要時期,其次是加里東中期。礁灘相溶蝕孔隙型儲層儲滲空間的形成主要受沉積相、深埋溶蝕及熱水作用所控制。白云巖儲層主要有白云巖溶蝕孔、洞型儲層和巖溶縫、孔、洞型儲層。白云巖溶蝕孔洞型儲層主要受四級層序界面控制的大氣水溶蝕及三級層序不整合面控制的大氣水-海水混合白云石化等因素的控制;白云巖縫、孔、洞型儲層的形成主要受奧陶紀(jì)末的加里東中期和泥盆紀(jì)末的海西早期的巖溶改造,同時又受控于巖石地層中的原始通道條件。裂隙型儲層又包括構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙兩種,前者主要為垂直或高角度部分充填的構(gòu)造裂隙,構(gòu)造應(yīng)力和巖性對該類儲層的形成具有重要控制作用;后者主要為不規(guī)則密集發(fā)育的網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙系統(tǒng)或不規(guī)則分枝狀系統(tǒng),分布于海西早期和加里東中期不整合面之下或附近,與巖溶作用的滲流帶相關(guān)。巖溶型、裂縫型儲層對油氣藏具有明顯的控制作用。塔河油田4區(qū)的TK406井、輪南油田的Ln34井均位于奧陶系不整合巖溶頂面的較高部位,鉆探結(jié)果均為干井,而構(gòu)造位置相對較低的S64和Ln8井均為高產(chǎn)井。這說明構(gòu)造高點(diǎn)對油氣并沒有明顯的控制作用,而巖溶、裂縫型儲層與探明儲量具有明顯的相關(guān)性。在塔河油田,奧陶系已探明儲量中約67%油氣儲集在溶洞型儲層中,22%和8.2%的油氣儲集于構(gòu)造裂縫和風(fēng)化裂縫型儲層中。在全盆地范圍,奧陶系油氣藏也明顯表現(xiàn)出與巖溶-裂縫型儲層的對應(yīng)關(guān)系。其中,下奧陶統(tǒng)白云巖含油氣層主要分布在風(fēng)化面之下100m的深度范圍之內(nèi),灰?guī)r含油氣一般在風(fēng)化面下200～300m,最深達(dá)400m。1.1.4奧陶系油氣的保存阿克庫勒凸起油氣的分布并不是位于凸起的最高部位,已發(fā)現(xiàn)的塔河油田、輪南油田、桑塔木油田均位于斜坡帶。這與優(yōu)質(zhì)蓋層良好的封蓋能力有著密切關(guān)系。塔河、輪南等奧陶系油藏的形成與直接覆蓋于其上的下石炭統(tǒng)下泥巖段數(shù)十米的泥巖蓋層直接接觸,對奧陶系油氣的保存起到了至關(guān)重要的作用;而凸起高部位的于奇、阿克敦等地區(qū),除了距油氣源區(qū)遠(yuǎn)、喜馬拉雅期不是油氣運(yùn)移的指向區(qū)外,蓋層條件差也是重要原因,如LX4井區(qū),與奧陶系儲層直接接觸的不是石炭系下泥巖段,而是三疊系砂礫巖直接覆蓋在奧陶系之上,其余地區(qū)盡管有下三疊統(tǒng)泥質(zhì)巖覆蓋,但厚度較薄,難以形成有效封蓋。1.1.5不同構(gòu)造單元油氣藏成藏期次的復(fù)雜性塔里木盆地酸鹽巖油氣藏和碎屑巖油氣藏,均經(jīng)歷了不同程度的調(diào)整和改造。其中,碳酸鹽巖油氣藏以改造后殘留的油氣藏為主,而碎屑巖油氣藏則是次生油氣藏。油氣藏所處構(gòu)造位置的不同、烴源巖層位和類型的差異,造成了塔里木盆地奧陶系油氣藏成藏期次的復(fù)雜性,一方面表現(xiàn)為不同構(gòu)造單元油氣藏成藏期次不同,另一方面也表現(xiàn)為同一油氣田油氣成藏期次的多期性。塔北隆起成藏時期以海西期為主,而卡塔克隆起的油氣藏以喜馬拉雅期居多;同是塔北隆起的塔河3號、塔河4號油田的成藏期分別為喜馬拉雅期和海西晚期。而輪南油田、桑塔木油田則有海西晚期、燕山期和喜馬拉雅期3期成藏。因此,成藏多期次、后期多次調(diào)整形成了塔里木盆地多層系含油的立體格局和復(fù)式成藏組合。1.2烏參地層氣藏成藏特征前陸盆地油氣成藏特征及主控因素與克拉通之間存在顯著差異。庫車坳陷從克拉2氣田到迪那2氣田,從烏參1井到野云2井的氣藏特征表明:庫車凹陷天然氣藏具有“源深藏淺、斷蓋控藏、運(yùn)動成藏”的特征。其天然氣源為侏羅系和三疊系,成藏主要定位在白堊系—下第三系,氣藏普遍具有異常高壓,因此,溝通源和儲層的斷裂與封閉條件成為成藏的主要控制因素。1.2.1斷層是油氣運(yùn)移的通道前陸盆地油氣分布與斷裂帶具有明顯伴生關(guān)系庫車坳陷已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于下白堊統(tǒng)和第三系。由于侏羅系上部和下白堊統(tǒng)發(fā)育上千米厚的泥巖,阻隔了油氣向上的運(yùn)聚,只有溝通了深部烴源層的斷裂才能成為油氣垂向充注聚集成藏的主要通道。但是,斷層的作用是雙重的,可以作為油氣運(yùn)移的通道,也可能使油氣藏遭受破壞、油氣散失。東秋8構(gòu)造由于變形強(qiáng)烈,在東秋斷裂上盤發(fā)育數(shù)條突破斷層,破壞了本區(qū)蘇維依組頂面、巴什基奇克組頂面構(gòu)造的完整性,使鹽下大套砂巖油氣保存條件變差,僅在鹽膏層內(nèi)的薄層砂巖形成了小型油氣藏。1.2.2東秋里塔格構(gòu)造帶前陸盆地發(fā)育擠壓與披覆背斜油氣藏、斷背斜油氣藏、底辟背斜油氣藏、斷層遮擋油氣藏等構(gòu)造型油氣藏。東秋里塔格構(gòu)造帶,鹽上斷層傳播褶皺和鹽下斷層的轉(zhuǎn)折褶皺,突發(fā)構(gòu)造是主要的圈閉類型。迪那2氣田的主要構(gòu)造樣式即為斷層轉(zhuǎn)折褶皺。在亞肯構(gòu)造帶,相對較弱的變形作用形成形態(tài)較為完整、幅度較為平緩的擠壓背斜應(yīng)當(dāng)是重要的勘探方向。1.2.3庫車提出巖鹽地基之地位優(yōu)質(zhì)蓋層對油氣成藏的控制作用在庫車坳陷表現(xiàn)得尤為突出。庫車坳陷主要發(fā)育侏羅系、上第三系和下第三系多套區(qū)域性蓋層,其中坳陷西部下第三系、坳陷東部上第三系巨厚的膏鹽巖、膏泥巖區(qū)域性蓋層,對氣藏的形成與后期保存起到了決定性的作用。已發(fā)現(xiàn)的迪那1、迪那2凝析氣藏及其他大中型氣田主要聚集在這套蓋層之下。吉迪克組的膏鹽、巖鹽蓋層分布在庫車河以東的庫車坳陷東部地區(qū),鉆井及地表剖面實(shí)測厚度為800～1200m。這套蓋層不僅厚度大,且發(fā)育有純鹽層和純膏巖層,純鹽層厚度可達(dá)250m以上,泥巖中普遍含有膏質(zhì),封蓋能力強(qiáng)。1.2.4造山帶的隆升期受印度板塊與歐亞板塊碰撞遠(yuǎn)程效應(yīng)的控制,塔里木盆地周邊造山帶在新生代發(fā)生活化,重新隆升,大規(guī)模隆升的時期主要是在新近紀(jì)以來。造山帶的活動最顯著的特征是在山前形成成排成帶分布的構(gòu)造,為油氣聚集提供有利場所;造山帶的活動加速了前淵坳陷快速沉降,增大了埋深,促進(jìn)了烴源巖成熟和油氣的生成;而且,晚期的構(gòu)造運(yùn)動還為油氣運(yùn)聚成藏提供驅(qū)動力。2油氣勘探前景分析截止2004年底,塔里木盆地已發(fā)現(xiàn)油氣田34個,其中大中型油氣田22個(圖1)。探明石油儲量10.31×108t,探明程度為9.5%;探明天然氣儲量0.68×1012m3,探明程度為8.5%。1991—1997年,盆地年平均油氣探明速度為0.28%。1998年以來,隨著塔河、克拉2等大型油氣田的發(fā)現(xiàn),塔里木盆地年平均探明速度增加到0.95%。2004年塔里木盆地新增探明油氣儲量2.59×108t,儲量呈明顯增長趨勢(圖2)?？傮w來看,盆地目前仍處于低探明程度、儲量上升緩慢的勘探初期。隨著塔里木盆地勘探程度的不斷深入,將迎來盆地持續(xù)、高速的儲量增長階段。勘探實(shí)踐表明,克拉通領(lǐng)域的古隆起及其斜坡部位、前陸盆地領(lǐng)域的沖斷褶皺帶仍是塔里木盆地勘探的重要領(lǐng)域。塔里木盆地克拉通區(qū)發(fā)育5個古隆起及9個斜坡:塔中穩(wěn)定古隆起及塔中北部、塔中南部斜坡;塔北殘余古隆起及英買力、輪南-庫南斜坡;塔東殘余古隆起及塔東西部斜坡;巴楚活動古隆起及麥蓋提、巴楚東部斜坡;塔南活動古隆起及塔南西部、塔南南部斜坡;以及近年來發(fā)現(xiàn)的滿加爾西部哈徳遜古隆起。塔北、塔中、巴楚、塔東與哈徳遜等古隆起及其斜坡均已發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大油氣田。雅克拉斷凸、阿克庫勒凸起、塔中古隆起、和田河古隆起與古城墟隆起是“十一·五”期間進(jìn)一步尋找大油氣田的有利目標(biāo)區(qū)。塔里木盆地發(fā)育有塔西南和庫車兩個前陸盆地。庫車前陸盆地油氣主要富集在沖斷褶皺帶。油氣藏呈環(huán)帶狀分布:內(nèi)環(huán)為氣,晚期生成、晚期成藏;外環(huán)多油,成藏較早,多期混合。塔西南前陸盆地已發(fā)現(xiàn)了柯克亞、阿克1井油氣田(藏)。2.1油氣勘探方向塔北隆起是盆地內(nèi)最早進(jìn)行奧陶系碳酸鹽巖油氣勘探的地區(qū),也是奧陶系油氣勘探程度最高的地區(qū),臺盆區(qū)原油儲量的近40%集中在阿克庫勒凸起。自1984年9月沙參2井于下奧陶統(tǒng)白云巖中獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流至今,塔北隆起已完成探井、評價井、開發(fā)井近300口,年產(chǎn)油420×104t。平面上,剩余資源量主要分布在阿克庫勒凸起和雅克拉斷凸?？v向上,剩余資源量主要分布在奧陶系和泥盆—石炭系以及三疊系的碎屑巖領(lǐng)域。阿克庫勒凸起和雅克拉斷凸是塔北隆起有利的勘探區(qū)。阿克庫勒凸起目前已經(jīng)形成了10×108t級石油儲量規(guī)模的塔河油田和多層系、多領(lǐng)域含油的立體勘探格局。奧陶系鷹山組裂縫-溶蝕孔洞型儲集體、一間房組顆?；?guī)r裂縫-溶蝕孔隙型儲集體、良里塔格組裂縫-溶蝕孔洞型儲集體、志留系砂巖、泥盆系東河塘組砂巖地層尖滅與復(fù)合型圈閉及石炭系卡拉沙依組復(fù)合型圈閉、三疊系、白堊系卡普沙良群砂巖低幅度背斜圈閉或巖性圈閉成為多領(lǐng)域勘探目標(biāo)。以巖溶縫洞儲集體和生物礁灘溶蝕孔隙-裂縫儲集體為主體的大型不整合-古巖溶圈閉,是阿克庫勒凸起的現(xiàn)實(shí)勘探領(lǐng)域。阿克庫勒凸起南鹽下是重要的勘探方向。該區(qū)處于滿加爾生油坳陷的北側(cè),是油氣長期運(yùn)移聚集的有利地區(qū)。該區(qū)油源供給充足,具有多套、多類型疏導(dǎo)體系構(gòu)成的油氣運(yùn)移通道,而且,奧陶系內(nèi)部致密碳酸鹽巖封擋層、志留—石炭系泥巖、膏鹽巖封蓋條件良好。雅克拉斷凸油氣資源豐富,南、北逢源,發(fā)育多套儲集層,具有極有利的油氣運(yùn)移聚集條件,是有利的勘探領(lǐng)域。雅克拉斷凸(輪臺斷隆)頂部將塔北隆起“一分為二”(圖3),以南是滿加爾含油氣系統(tǒng),其海相碳酸鹽巖儲層和陸相碎屑巖儲層的油氣均來自海相寒武—奧陶系烴源層;以北是庫車陸相含油氣系統(tǒng),其海相碳酸鹽巖儲層和陸相碎屑巖儲層的油氣來自陸相三疊系、侏羅系烴源巖。雅克拉斷凸非碎屑巖潛山圈閉是重要勘探方向。該類圈閉主要是受海西、印支、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動抬升、剝蝕,殘余的前中生界變質(zhì)巖和碳酸鹽巖潛山。由石炭—白堊紀(jì)地層披覆形成的潛山型圈閉分為兩種:一是碳酸鹽巖潛山,主要發(fā)育于雅克拉斷凸南部、西南部以及大澇壩構(gòu)造帶及其以北的地區(qū);二是變質(zhì)巖潛山,主要發(fā)育在雅克拉斷凸軸部。其中,碳酸鹽巖潛山是勘探的有利目標(biāo)。2.2油氣運(yùn)移井及斜區(qū)塔中地區(qū)是尋找多類型油氣藏的有利地區(qū),其中大型巖溶、地層-巖性油氣藏是重要勘探方向。利用巖溶儲層的成因預(yù)測模式和儲層識別技術(shù),在塔中地區(qū)圈定有利儲層發(fā)育區(qū)約4000km2。已完鉆的中1、中1H井均獲得工業(yè)油氣流,實(shí)現(xiàn)了塔中圍斜區(qū)油氣突破。加里東中晚期、海西早期與大型古隆起有關(guān)的風(fēng)化殼巖溶型圈閉中的塔中Ⅱ號帶、南坡潛山及斜坡帶是勘探突破的方向。沿塔中Ⅰ號斷裂帶或順托果勒西的礁灘相、塔中西北部(即塔中10號構(gòu)造帶)西延的巖溶帶或多類型巖溶作用帶和卡塔克1區(qū)塊、順托果勒的志留系及上泥盆統(tǒng)—石炭系的構(gòu)造圈閉(包括火山遮擋圈閉)、大型地層圈閉及塔中南部圍斜區(qū)古潛山和內(nèi)幕構(gòu)造是尋找奧陶系碳酸鹽巖油氣藏的有利領(lǐng)域。2.3基本成藏條件和田河古隆起古構(gòu)造位置橫跨現(xiàn)今的麥蓋提斜坡,呈北東向展布,主體部位缺失中上奧陶統(tǒng)—泥盆系。古隆起經(jīng)歷了加里東期的抬升剝蝕、海西期的水下低幅度潛山和喜山期的破壞3個階段。其中加里東期的抬升剝蝕使該區(qū)缺失中上奧陶統(tǒng)—泥盆系,下奧陶統(tǒng)長期暴露地表,具備發(fā)育巖溶型儲層的條件;隆起南部為塔西南坳陷,發(fā)育寒武—奧陶系、石炭—二疊系兩套烴源巖,生成的油氣易于向和田河古隆起的構(gòu)造高部位運(yùn)移而聚集成藏。已發(fā)現(xiàn)的和田河氣田、鳥山氣藏表明該區(qū)除發(fā)育巖溶型儲層外,尚發(fā)育裂縫型儲層,展示了該區(qū)良好的油氣成藏條件。經(jīng)過研究,瑪南斷褶帶及其他奧陶系巖溶發(fā)育帶是該區(qū)重點(diǎn)勘探目標(biāo)。古城墟隆起具有古構(gòu)造大背景、近源、斷裂溝通、封蓋條件好,是保存早期油氣并捕獲晚期油氣的有利地區(qū)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)和塔中29井奧陶系古生物研究,發(fā)現(xiàn)古城墟隆起上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組與中下奧陶統(tǒng)之間缺失6個牙形刺帶,表明該區(qū)曾較長時間暴露地表而遭受風(fēng)化淋濾,具有形成巖溶儲層的地質(zhì)條件?？?-順托果勒南區(qū)塊發(fā)現(xiàn)的下奧陶統(tǒng)剝蝕殘丘或斷背斜是主要勘探方向。位于卡4區(qū)塊北部的塔中28東斷背斜是受一條北西向斷層控制的有利構(gòu)造,是尋找奧陶系巖溶儲層油氣藏的有利地區(qū)。該區(qū)目前已部署了古隆1預(yù)探井。2.4油氣地質(zhì)條件中、新生界構(gòu)造與中生界地層-巖性圈閉是庫車凹陷兩大勘探領(lǐng)域。受庫車前陸沖斷擠壓影響,庫車南緣形成的擠壓背斜和斷背斜構(gòu)造是重要的勘探方向;發(fā)育在庫車-二八臺-陽霞南側(cè)一線,以侏羅系及白堊系底砂巖尖滅型的地層-巖性圈閉是重要勘探目標(biāo)。最現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)是亞肯-陽霞地區(qū)擠壓背斜型構(gòu)造。這類構(gòu)造一般規(guī)模較大油氣地質(zhì)條件配置較好秋南號圈閉位于天山南緣區(qū)塊北部邊緣地帶,鄰近庫車坳陷拜城生烴凹陷,同一構(gòu)造帶已發(fā)現(xiàn)迪那1號和2號氣藏。秋南1號圈閉依附秋里塔格斷裂帶,油源溝通順暢,并且處于斷裂帶下盤,油氣保存條件較好,是庫車凹陷主要勘探方向。3值得探索的領(lǐng)域3.1寒武—巴楚-麥蓋提巴楚隆起形成時間南早、北晚,保存條件南好北差。從區(qū)域構(gòu)造保存條件分析,巴楚隆起南部古生界在斷裂逆沖作用下,早期形成的以牽引背斜構(gòu)造為主的局部構(gòu)造,受晚期構(gòu)造運(yùn)動(尤其是喜馬拉雅晚期)的破壞程度相對較弱,古生界保存相對完整,而且該區(qū)巖漿侵入活動較弱,油氣藏保存條件較好。因此,寒武—奧陶系、石炭—二疊系碳酸鹽巖儲層是現(xiàn)實(shí)的勘探目的層。巴楚隆起南部古生界具有多套優(yōu)質(zhì)儲蓋組合,如下奧陶統(tǒng)和上寒武統(tǒng)發(fā)育以巖溶、微裂隙為主的儲集層與其上致密純灰?guī)r段、泥巖段的儲蓋組