东海陆架盆地西湖凹陷油气成藏动力学.pdf

倡 本文系国家自然科学基金资助项目（４０１７２０５１）部分成果 。 作者简介 叶加仁 ， １９６６ 年生 ， 教授 ； １９９６ 年毕业于中国地质大学（武汉）研究生院 ， 获数学地质专业博士学位 ， 现主要从事 油气地质与数学地质的教学与研究工作 。 地址 （４３００７４）湖北省武汉市洪山区鲁磨路 ３８８ 号中国地质大学资源学院 。 电话 （０２７）６２１５６０７３ 。 E‐mail jrye＠ cug ． edu ． cn 东海陆架盆地西湖凹陷油气成藏动力学 倡 叶加仁 １ 顾惠荣 ２ 贾健谊 ２ （１ ． 中国地质大学 武汉 ２ ． 中国石化上海海洋油气分公司） 叶加仁等 ． 东海陆架盆地西湖凹陷油气成藏动力学 ． 天然气工业 ， ２００５ ； ２５（１２） ５ ～ ８ 摘 要 采用静态描述与动态模拟相结合的方法 ， 对西湖凹陷的流体动力场 、 生排烃史 、 油气运聚及成藏机制 等油气成藏动力学特征进行了系统研究 。 研究表明 ， 西湖凹陷不同构造单元具有各异的地下地温场和压力场特 征 ； 始新统平湖组具有厚度大 、 分布广 、 有机质丰度高 、 热成熟度高和生排烃强度大等特点 ， 是凹陷内最重要的烃源 岩层系 ； 西湖凹陷曾发生 ２ 期重要的油气充注过程 ， 其中第一期主要充注液态烃 ， 第二期主要充注气态烃 ， 渗透性 砂岩层 、 断层及不整合面组成了凹陷内纵横向相互连通 、 有利于油气运聚的流体输导系统 ； 西湖凹陷的油气成藏具 有多期成藏 、 垂向运聚 、 近源成藏等特点 ， 油气富集受多种因素的联合控制 。 主题词 流体 动力场 生油层 排烃 油气藏形成 动力学 流体流动 西湖凹陷 西湖凹陷位于东海陆架盆地的东北部 ， 面积约 ４ ． ６ １０ ４ km ２ ， 是盆地油气勘探的重点凹陷 ； 凹陷的 油气勘探工作始于 ２０ 世纪 ７０ 年代初期 ， 迄今为止 已在凹陷内完成探井 ３０ 余口 ， 发现了 ８ 个油气田和 ４ 个含油气构造 。 一 、 温压场及生排烃史 １ ． 地温场 综合钻井测温资料 ， 西湖凹陷现今平均地温梯 度约为 ３ ． ４０ ℃ ／１００m ， 但不同埋深段和不同构造单 元具有各异的地温场特征（图 １）。 基于流体包裹体 、镜质体反射率和磷灰石裂变 径迹等资料 〔１ ～ ５〕推断出西湖凹陷的古地温梯度高于 今地温梯度 ， 有利于有机质成熟与烃类生成作用 。 ２ ． 压力场 西湖凹陷的泥岩段与储层（砂岩）段具有不同的 压力特征 。 根据声波时差资料 ， 大致以平湖组顶为 界 ， 之上的泥岩为正常压实 ， 处于正常压力状态 ， 而 平湖组及其以下地层的泥岩则普遍出现欠压实 ， 处 于异常高压状态 。 储层段的压力分布状况较为复 杂 。 根据钻井试油压力成果 ， 保俶斜坡带的深部储 层（平湖组中段及其以下层位）发育异常高压（图 ２a） ； 浙东中央背斜带内各钻井储层段的压力系数均 图 １ 西湖凹陷温度 深度关系 为 １ ． ０ 左右（图 ２b） ， 属正常压力系统 。 ３ ． 生排烃史 （１）本次研究采用岩石热模拟实验法定量恢复 了西湖凹陷主要烃源岩的生烃历史 。 模拟计算结果 表明 ， 平湖组源岩的生烃强度最高（１０ ． ５８ kg／m ３ ） ， 为凹陷主要的生烃岩系 ； 古新统源岩的生烃强度次 １ 第 ２５ 卷第 １２ 期 天 然 气 工 业 地 质 与 勘 探 图 ２ 西湖凹陷储层试油压力 深度关系图 之（８ ． ８８ kg／m ３ ） ， 花港组源岩的生烃强度相对较小 （７ ． ００ kg／m ３ ）。 在成烃历史上 ， 平湖组源岩在渐新 世中期进入油窗 ， 于中新世晚期进入气窗 ， 现今处于 高成熟阶段 ； 古新统源岩在始新世中期进入油窗 ， 于 中渐新世进入气窗 ， 现今为过成熟阶段 ； 花港组源岩 于中中新世进入油窗 ， 现今仍处于生油窗范围之内 。 （２）在生烃史模拟的基础上 ， 根据西湖凹陷的实 际地质情况和排烃研究的相关成果 〔６ ～ ８〕 ， 选用“含烃 饱和度与破裂压力双因素联合控制下的微裂缝排 烃”模式 〔９〕 ， 应用数值模拟技术 ， 模拟计算了凹陷主 要烃源岩层系的排烃历史 。 研究认为 ， 在层位上 ， 始 新统平湖组源岩的累计排烃强度最高 （６ ． ９７ kg／ m ３ ） ， 为凹陷的主要排烃层位 ； 古新统源岩次之（５ ． ５３ kg／m ３ ） ， 渐新统花港组源岩最小（４ ． ９５ kg／m ３ ）。 在 排烃历史上 ， 单位时间排烃强度曲线表现为“多峰 型” ， 烃类排出具阶段性 、 多期次幕式排烃的特点 ； 不 同源岩的排烃历史有所差异 ， 其中古新统源岩的排 烃期距今 ３８ ～ １４ Ma ， 并于距今 ２８ Ma 达到排烃高 峰 ； 平湖组源岩的排烃期距今 ２８ ～ ８ Ma ， 排烃高峰 出现在距今 １８ Ma ； 花港组源岩排烃始于距今 １８ Ma ， 一直延续至今 。 二 、 油气运聚 １ ． 输导系统 （１）砂岩层 。 西湖凹陷第三系为一套巨厚的砂 泥岩剖面 ， 砂岩具有层数多 、分布广 、 邻近烃源岩等 特点 ， 构成了凹陷油气横向输导的基本通道 。 统计 分析表明 ，始新统平湖组砂质岩占其总厚度的 １７ ． ８％ ～ ５９ ． ９％ ， 渐新统花港组为 ３８ ． ５％ ～ ８２ ． １％ ， 中新统龙井组为 ３３ ． ６％ ～ ８７ ． ６％ ， 中新统玉泉组为 ３９ ． ２％ ～ ７９ ． ９％ ， 各组均具有较高的砂质岩比例 。 （２）断层 。 与区域构造演化的断陷 、 坳陷和沉降 阶段相对应 ， 西湖凹陷分别发育了拉张性正断层 、 挤 压性逆断层和剪切平移断层 。 不同性质的断层在凹 陷油气运移 、 聚集过程中所起的作用不一样 ， 其中在 断陷阶段发育的 NE NNE 向正断层对古新统与始 新统源岩生成的油气向上运聚成藏起了重要的输导 作用 ， 是凹陷油气纵向运移的主要通道 。 （３）不整合面 。 西湖凹陷发育 T ０ ６、T ０ ４、T ０ ３、T ０ ２及 Tg等区域不整合面及 T ４ ２、T ４ ３等局部不整合面 ， 其在 不同时期可成为油气运移的通道 。 由于不整合面通 常受到风化 、地表水淋滤和地下水溶蚀等作用的改 造 ， 从而改善其岩石物性 ， 提高了岩石的孔隙度与渗 透性 ， 使之成为有利的油气运移通道 。 ２ ． 运聚期次 储层中的流体包裹体记录了流体充注储层时的 组成 、 性质及物理化学条件 ， 为含油气盆地油气成藏 动力学研究提供了有效途径与手段 〔１０ ～ １３〕 。 西湖凹 陷平湖油气田下第三系储层包裹体测试结果表明 ， 不同储层段的包裹体均一温度分布特征不尽一致 ， ２ 地 质 与 勘 探 天 然 气 工 业 ２００５ 年 １２ 月 其中花港组储层的包裹体均一温度分布呈单峰型 ， 集中值为 １１０ ～ １１５ ℃ ， 且具正态分布特征 ； 平湖组 上段和中段储层内的包裹体均一温度分布范围较 宽 ， 为 １０５ ～ １４５ ℃ ， 并呈双峰型 ， 可分为两组 第一 组的温度范围与花港组包裹体的相近 ； 第二组的温 度峰值分布在 １３０ ～ １３５ ℃ ； 平湖组下段储层包裹体 的均一温度分布呈单峰型 ， 主要分布在 １３０ ～ １４０ ℃ ， 与平湖组上段和中段的第 ２ 组相近 。 这说明平 湖油气田曾发生 ２ 期油气充注过程 ， 其中第一期充 注发生时间相对较早 ， 为烃源岩达到一定埋深后 ， 处 于成熟阶段 ， 生成石油并排出 ， 主要充注液态烃 ； 第 二期充注发生的时间相对较晚 ， 为烃源岩处于高成 熟阶段 ， 生成天然气并排出 ， 主要充注气态烃 ； 第一 期油气充注主要发生于平湖组中段 、 上段和花港组 ， 而第二期油气充注则主要发生于平湖组内 。 三 、 成藏机制 １ ． 多期成藏 根据原油芳烃成熟度参数计算 ， 西湖凹陷原油 的成熟度主要相当于 Ro值为 ０ ． ６％ ～ １ ． １％ 〔１４〕 ， 为 烃源岩处于成熟演化阶段的产物 ， 而天然气的演化 程度则较高 ， 根据碳同位素与 Ro关系折算的天然气 成熟度相当于 Ro为 １ ． ３０％ ～ １ ． ９５％ 〔１５〕 ， 为烃源岩 处于高熟阶段的产物 。 平湖油气田原油的成熟度和 密度在纵向上出现倒转现象 ， 揭示出后期充注的天 然气对早期形成油藏的改造作用 。 此外 ， 如前所述 ， 平湖油气田储层流体包裹体均一温度分布多呈双峰 型 。 这些均反映出凹陷油气具有多期成藏的特征 。 ２ ． 垂向运聚 （１）西湖凹陷目前勘探发现的油气主要分布于 保俶斜坡带和浙东中央背斜带 ， 其中保俶斜坡带油 藏主要赋存于渐新统花港组 ， 气藏则主要产于始新 统平湖组 ； 浙东中央背斜带气藏主要赋存于渐新统 花港组 。 油 气 岩分析与对比表明 ， 西湖凹陷油 气主要来源于始新统平湖组 〔１４ ， １５〕 ； 保俶斜坡带平湖 组烃源岩目前主要处于生油窗内 ， 尚未进入成气带 。 显然 ， 凹陷油气生成层位与产出层位的差异揭示着 垂向运聚在凹陷油气藏形成过程中的重要性 。 （２）垂向运聚特征也表现在同一油气藏内不同 产层地球化学参数的规律性变化上 ， 如 自始新统平 湖组到渐新统花港组 ， 再到上部的中新统龙井组储 层 ， 天然气中 N２含量不断增多 ， 比值 N２／C２H６和 N２／C３H８也不断加大 〔１５〕 ； 从井段３０３１ ． ５ ～ ３０３９ ． ０ m 到 ２５１２ ．５ ～ ２５１９ ．０ m ，断桥 １ 井天然气藏 的 ４０ Ar／ ３６ Ar 值由 ３２７ ．３ 减少到 ３０１ ．５ ，δ １３ C１值由 －３６ ． ０９ ‰ 减少为 －３８ ． ２２ ‰ 〔１６〕 ； 由深至浅 ， 残雪 、断 桥 、 宝云亭和天外天等油气藏中的凝析油含量 、 重烃 含量及天然气相对密度不断增加 ， 而气／油比和甲烷 含量却逐渐减少 〔１６〕 。 断陷期形成的拉张性正断层是 西湖凹陷油气垂向运聚的主要通道 。 ３ ． 近源成藏 受烃源岩性质的控制 ， 西湖凹陷不同油气田的 流体性质存在着较大的差别 ， 反映出近源成藏的特 征 。 例如 ， 平湖油气田与残雪油气田原油的海松烷／ nC２１值存在着较大差异 〔１７〕 ， 其中平湖油气田原油的 海松烷／nC２１值大于 １ ， 而残雪油气田原油的海松烷／ nC２１值则小于 １ ， 这种差异反映了烃源岩对油气性质 的控制作用 。 研究表明 〔１７〕 ， 原油中海松烷／nC２１值的 大小取决于烃源岩中树脂体丰度的高低 ， 而树脂体 主要来源于壳质组 。 在显微组成上 ， 平湖地区平湖 组烃源岩的壳质组含量较高 ， 其中泥岩为 １７ ． １％ ， 煤 为 １２ ． ９％ ； 而残雪地区平湖组烃源岩的壳质组含量 则低得多 ， 其中泥岩为 １２ ． ７％ ， 煤为 ５ ． １％ ， 且平湖 地区煤的含量高于残雪地区 ， 由此揭示平湖油气田 油气主要来自于平湖地区源岩 ， 残雪油气田油气则 主要来自残雪地区源岩 ， 并导致平湖油气田原油的 海松烷／nC２１值大于残雪油气田 。 四 、 结 论 （１）西湖凹陷不同构造单元具有各异的温压场 特征 。 浙东中央背斜带具有较高的地温梯度 ， 储层 处于正常压力系统 ； 保俶斜坡带地温梯度相对较低 ， 平湖组储层处于异常超压系统 ， 花港组及其以上储 层则多为常压系统 。 （２）油气生排烃史模拟表明 ， 始新统平湖组具有 较高的生烃和排烃强度 ， 是凹陷内最重要的烃源岩 层系 ； 古新统为次要的烃源岩 。 （３）相互连通的渗透性砂岩层 、 断层及不整合面 组成了西湖凹陷内有利于油气运聚的流体输导系 统 ； 西湖凹陷曾发生二期重要的油气充注过程 ， 其中 第一期充注液态烃 ， 第二期主要充注气态烃 。 （４）西湖凹陷的油气成藏具有多期成藏 、 垂向运 聚 、 近源成藏等显著特征 。 参 考 文 献 １ 郝芳 ， 邹华耀 ， 姜建群 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