鄂尔多斯盆地地层埋藏演化与油气成藏分析.pdf

东 北 石 油 大 学 学 报 J OURNAI F N RTHEAS T PETR I EUM UNI VERS I TY 第 3 6卷 第 6期 2 O l 2年 l 2月 V01 ．36 NO ． 6 De c ． 2 01 2 鄂尔 多斯盆地地层埋 藏 演化与油气成藏分 析 吴保 祥 ， 何金 先，张晓丽，徐 丽 ，夏 嘉 ，段 毅 中国科学院 地 质与地球物理研究所石油资源研 究重点 实验室 ， H ‘ 肃 兰州 7 3 0 0 0 0 摘 要 地层埋藏状况对有机质生烃及油藏保存 具有霞 要的控制作用． 通过对鄂尔 多斯 盆地晚 叠 世以来地层埋藏 史和有机质热演化生烃史的恢复 ， 对 比盆地不同地 之间地层剥蚀 和埋藏特点 ， 探 讨地层埋 藏演化特征对 油气成藏的影 响 ， 分析地层埋 藏对有机 质生烃及油藏保存条件的影响． 结果表 叫 在鄂尔多斯盆地晚三叠世以来经历的 4期 T一 、 J 、 J 、 K 沉 降抬升循环演化过程中 ， 不同地区的沉 积埋藏深度和埋藏速 率存在 明显差 异． 一方面 导致 各地区 间长 7烃源 岩 进 入生烃的时间提前或滞后． 北部古峰庄地 区和 中部 白豹地 区在 J 期 已进 入早期生烃 ， 姬塬 和镇北地 区在 J 。期进入 早 期生烃 ， 析南部西峰、 洛川地 和东部陕北地 区早期生烃的时 是 K 早中期． 进人大量生烃 阶段 的时问基本部在 Kt 期． 另一方面导致地区问成藏封存条件 的变化． 在北部和 中南部地 。 地层埋减 深度 大， 沉 积速率 高， 形成很好 的封闭 条件． 各生烃 阶段 ， 特别是 早期生成油气 也可很好地保存而成减． 关键词 鄂尔多斯盆地 ； 地层埋藏史 ；热演化 史；生烃时 ； 成藏保存条件 中图分类号 TE l 2 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号 2 0 1 5 4 1 0 7 2 0 l 2 0 6 0 0 0 8 0 6 0 引 言 鄂 尔多斯 盆地 是我 国重 要 的含油 气盆地 ， 其 油藏 主要 分布 于盆地 南 部 中生 代地层 中． 油气 成藏 问题 一 直 是鄂 尔多斯 盆 地油藏 研究 的 主要 内容_ 1 _ 。。 ． 大量研 究论 述盆 地 中生 界油藏 的成藏 过 程 和成 藏机 制 ， 极 大 地提升了人们对油气成藏问题的认识程度． 自印支运动晚期以来 ， 鄂尔多斯盆地发生多次构造变动 ， 发生 多起地层抬升和剥蚀事件 ’ ， 导致烃源岩生烃、 油气运移、 油气储层 、 油藏保存等成藏条件发生变化． 陈 瑞 银等 通过 地层 剥蚀 量估 算 ， 认 为鄂 尔多 斯盆 地 自 叠 纪 以来 的构 造变 动为 一掀 斜过程 ． 掀 斜构 造演 化 导致油 气运 移指 向盆 地东 部及 东南地 区． 印支运 动使 盆 地 大 幅沉 降 ， 沉积 形 成 中生 界 重 要 的烃 源 岩 ． 鄂 尔多斯 盆地 后期 构造 阶段 的抬 升作 用导致 烃 源岩上 部地 层剥蚀 和古地温 下 降 ， 引 发生烃 作 用减弱 ． 一 些相 关 研究 也获 得类 似结论 J ． 由此看 来 ， 研 究 这种 构 造 背 景控 制 下 的地 层埋 藏 演 化 与油 气 成 藏关 系 ， 对 于 了解油 气藏 的形 成过 程和 机制 ， 总结 成藏规 律极 为重 要 ． 尽 管 目前 相 关的研 究成 果较 多 ， 总体 上 还存 在 不 足之处 ， 如 多从全 盆地 整体 的角 度探 讨油 气成 藏规律 与 成藏特 点 ， 未能考 虑盆 地不 同部 位地 层埋 藏状 况多 变 ， 油气成藏在地域方面具有一定差别性 ， 也未对这种差别性进行对比分析． 另外 ， 缺乏对于地层埋藏演化 控 制有 机质 生烃 和影 响油 藏保存 的论 述 ， 限制 了对 丁鄂尔 多斯 盆地 中生 界油 藏的 更深认 识． 笔者 肝展 鄂尔 多斯盆 地地 层埋 藏演 化与 油气 成藏 关系地 域分 研 究 ， 分析地 层埋 藏对 烃源 岩生 烃 的影 响 特征 ， 为深 入分 析鄂 尔多斯 盆地 中生 界油 藏 的形成 条件提 供 基础 资料 和依据 ． 1 地层剥蚀厚度及埋藏史恢复 鄂 尔 多斯盆 地 中生代 地层 发育 稳定 ， 构造 类型 简单 ， 地 层各 接 触 界面 及 其划 分 标 志相 对 清 晰 ， 通过 地 层对 比法恢 复地 层剥 蚀厚 度 ， 利用泥 岩压 实 曲线法 及相 关研 究成果 一 进 行对 比和 校验． 对古 峰庄 、 姬塬 、 白 豹 、 陕北 、 镇 北 、 西 峰 及洛川 地 区 见图 1 进行 分 区 ， 以弥补 未能 细化 盆地 区域 上 地层 埋 藏变 化 和油 气 成藏 关系 的分析 ． 收稿 日期 2 0 l 2 0 9 2 7 ； 编辑 陆雅玲 基金项 目 国家基础研究发展规划“ 9 7 3 ” 项 目 2 0 1 2 ； B 2 1 ,1 7 0 1 0 5 ； I 科学院战略 先导科技 弩项 XD B 0 3 0 2 0 ,1 0 0 作者简介 吴保祥 1 9 7 2 ， 男 ， 博 f 一 ， 副研究 员． 主要从事油气地质 地球化学方面的研究． 8 第 j 6卷2 O l 2年 c 中侏罗f I十 J 末期 图 2 鄂 尔 多斯 盆地 中 生代 地 层 剥 蚀 厚度 等 值 线 部 分 内容 根 据 文 献 L 4 J 修 改 地 层埋 藏史恢 复 结果 见表 1 和 图 3 表 明 ， 在 鄂尔 多 斯 盆地 晚 ■叠世 以来 经历 的 4期 沉 降 抬 升 循 环演化过程 中， T 。 期是地层沉积速率最快的时期 ， 说明这 一 时期整个盆地快速沉降的特点． 主要沉降部位 为西北 北缘的古峰庄和陕北等地 ， 巾生代最大地层埋深为盆地西北缘的占峰庄等地 ， 超过 1 0 0 0 m． J J 期 间 ， 盆地 的最 大沉 降部 位位 于盆地 西北缘 古 峰 庄等 地 ， 最 大 中生 界 地 层埋 藏 深度 超 过 2 0 0 0 i n， 并 且 越向盆地以南地区， 埋藏深度越浅． K 期是盆地沉降幅度最大、 地层沉积累计厚度最大的时期 ， 至 K 末 期 ， 盆地沉 降达 到最 大 ， 古 峰庄 、 姬塬 、 白豹 等地 的 中生 界最 大埋 藏 深 度 普遍 超 过 3 0 0 0 m， 而 陕北 地 区 的在 3 0 0 0 m 以下． 表 1 鄂尔多斯盆地中生代地层沉降一 抬升阶段各地区埋藏底界深度和沉积速率统计结果 2 地层埋 藏与油气成藏关系 2 ． 1地层埋 藏 与生烃 史 参 照古 地温梯 度 数据 中生 代 末 期 1 0 0 ～ 1 4 0 Ma 异 常 古 地 温 梯 度 4 ／ 1 O 0 m， 大 地 热 流 值 为 9 0 mW／ m ； 其他 时代 为 正常 地温 梯 度 3℃ 1 O 0 m， 大地 热 流值 为 6 O mw m ； 地 表温 度 1 5 ” ～ ” ， 进 行 鄂 尔 多斯盆 地 中生 界主力烃 源 岩长 7烃 源岩 的受 热 史恢 复 ， 以考察 其生烃 状 况． 各个单井及其代表地 区地层古地温演化 见图 3 ． 存不同的地质时期 ， 各地的地层受热 史有所不同． 由 于地层 的最 大埋 深都 存 K 末 期 ， 各地 长 7油层组 达 到 的最 大 受热 温度 时 间也 在 这一 时期 ． 根据 各 自的代 表 性井 位古 地温恢 复 结果 ， 古 峰 庄 、 姬 塬 和 白豹 等 地 长 7油层 组 的 最 大 受热 温 度 达 到或 稍 微 超 过 1 3 0 ℃ ， 镇 北地 区 为 1 2 5℃ ， 西峰地 区稍微 超过 1 1 0℃ ， 陕 北 和洛川 地 最 小 ， 达到 或超 过 1 0 0℃． 鄂尔 多斯 盆地不 同地 区主力长 7烃 源岩 的受 热情 况有 明 显差 别 ， 并且 直 接影 响各 地 区烃 源 岩 生烃 时 间 的先后次 序 ． 在有机 质 生烃过 程 中 ， 当加热温 度 达到 6 5℃时 ， 有 机质 即 可进 入 早期 生烃 阶段 ； 加热 温 度达 到 8 5℃时 ， 即可进 入大量 生烃 阶段【 ． 鄂 尔多斯 盆地 长 7烃 源岩 生烃 阶段划 分 结 果 图 3 ， 各地 1 0 第 3 6卷2 l 2年 随着 地层 埋藏 深度 的持 续加 大 ， 古 峰庄 和 白豹地 区古 地 温达 到 有机 质早 期 生烃 的 6 5℃温 度 条件 ， 由 此 J 。 期 长 7烃源 岩 即进 入早 期生 烃 的 阶段 ， 这 比以前认 为 的盆地 在 J 。 期 进 入早期 生 烃 的时 间要早 ． 姬 塬和镇北地区在 J 。 期开始生烃 ， 而洛川、 陕北和西峰地区受到地层埋藏深度条件的限制， 早期生烃时间是 K 早 中期 ， 比传统 认 为 的 J 。 期 时 间 要 晚． 因 此 ， 在 盆地 的不 同地 ， 由于 地 层 埋 藏 情 况 和 受 热 情 况 不 一 致 ， 导致 生烃 时 间上 出现延迟 或 提前． 在地域 E盆地 西北 部地 区最早 进入 生烃 阶段 ， 之后 是 中部地 区 ， 南 部 和东部地区最后进入早期生烃阶段． 整个盆地达到最大生烃阶段的时间基本在 K。 期． 2 ． 2 油气 形成 温度 与保存 条件 鄂尔多斯盆地主要油藏分布区基本具备早期生烃到大量生烃的温度条件． 由于各个地 区地层埋藏条 件不同， 其生烃条件和后期保存条件相应存在差别 ， 进而引起油气成藏各异． 鄂尔多斯盆地 中新生代地层 先后 经历 印支 、 燕 山和喜 山构 造运 动的改 造 ， 特 别 是盆地 周缘 地 区 ， 这种 作用 极 为强烈 ， 地层 被抬 升剥 蚀 和 构造 变形 ， 造成 油藏 几乎 被完 全破坏 ． 在 盆地 主体 区 ， 构 造 对地 层 的影 响 明显 减 弱． 近 年来 ， 人们 怀 疑构 造 一 定 程度 上影 响主体 区油 气藏 的形 成和保 存 ， 但 是对 于作 用 程度 和 影 响机 制 的 了解 目前 还 处 于 探索 之 中 ， 岩性地 层仍 然是 最 主要 的油气藏 封 闭层． 因此 ， 地层 的埋 藏 厚度 和 岩性 组 合 是控 制 油气 藏保 存 条件 的 重要 因素 ， 也是 文 中讨论 的主 要依 据． 古峰 庄地 区处 于天 环 向斜 的核 部 ， 该 区产 油层 位相 对 较少 ， 主要 集 中在 长 7油 层 组 以下 层 位 ， 油气 基 本来源于长 7烃源岩[ 1 ． 该地区 J 。 期地层埋藏深度达到 2 0 1 0 r n ， 沉积速率为 3 O ． 7 m／ Ma 见表 1 ． 同时 在该地区延长组长 7及以上地层 ， 特别是侏罗系发育多套煤系地层和泥 页 岩地层， 形成很好的岩性封闭 层， 在构造上有利于油气的聚集保存． 该地区长 7烃源岩发育相对较差， 生烃能力与盆地沉降中心相 比较 弱 见 图 2 ， 加之 这一 地 区早期 J 。 的有 机质生 烃持 续 时间也 较短 见 图 3 a ， 造 成早 期生 烃 阶段 油 气 来 源 不足而 不 易成藏 ， 甚 至主要 生烃 阶段 的产烃 量也 一口 『 能较 少． 因此 ， 目前古 峰 庄 地 区保 存 的 油气 主 要 是 在 大量 生烃 阶段 形成 的 ， 温 度相 对较 高 大 于 1 2 O℃ ， 见 图 3 a ， 这种 推测 被储 层有 机 包 裹体 均 一温 度 的 分 析结 果证 实 见 图 4 a ． 3 O 0 对 蠹 2O 工 ～ l 。 _．● ． ● ． _ ． 一 _ ． 0 80 90 1 0 0 1 l 0 1 2O 1 30 1 4 0 均温度／ w a 峰 2 。 }， Kq O 90 1 0o 1 1 0 l 20 1 30 1 4 0 l 5 0 均温度／ ℃ c 』 } 5 l ． K _ _ _ 一 ．_ ． - ． _ ． ． _ _ o 6 0 7 0 8o 9 0 1 o0 1 I o l 2 0 均 温度／ ℃ b j l， I l 7 2 ”， } ．_ ． ． _ ． 0 60 7 0 8 0 9 0 1 O 0 1 l 0 1 20 1 3 0 均温度／ oc f d 几 1 4 0 ” ， K8 图 4 鄂 尔多斯盆地 中生界延长组 油藏储层 有机包 裹体 均一温度分 布频率 ㈨ 如 砖晷 帅 ∞ } 。簧 警 第 6期 吴保祥等 鄂尔 多斯盆地地层埋藏演化 与油气成藏分析 西峰地 区是鄂尔多斯盆地的主力产油 区， 产油层位较多， 长 8 、 长 7及长 6油层组等是主力产油层 ， 烃 源岩主要为长 7含有机质泥岩． 该区烃源岩发育好 ， 生烃能力较强 见图 2 ． 西峰地区长 7烃源岩进入早 期生油阶段的时间较晚 K ， 但经历 的时间较长， 并且处于埋 藏速度 高， 持续埋深增大的情况下 见表 1 和图 3 e ． 上部侏罗系发育多套煤 系地层和泥 页 岩地层 ， 形成很好的岩性封闭条件． 因此， 早期生成 的 油气易于被保存而成藏． 目前 ， 已经发现这种早期低温 6 0 ～8 0℃ 油气藏 见图 4 b ． 进入大量生烃阶 段 ， 最大埋深为 2 0 0 0 m左右， 古地温最高仅为 1 l 0℃左右 ， 明显较低 见图 3 e ， 有机质 的生烃能力未完 全被 释放 ． 由于该 地 区 K 末 期 的地 层抬 升 幅度相 对 很小 2 5 0 m 见 图 2 d ， 至今 延 长组 的埋 藏深 度 多 在 2 0 0 0 m 以下 ， 有 利 于油藏 的保存 ． 因此 ， 油 气成 藏也 体 现 中温 1 0 0 ～1 1 O℃ ， 见 图 3 d 的特 点 见 图 4 c ． 姬塬地区与 白豹、 镇北地区油气成藏条件较为相似 ， 主力延长组产层包括长 8 、 长 6和长 4 5等． 长 7 烃源岩发育较好 ， 生烃能力较好． 早期生烃始于 J 。 期至 K 早期 ， 期间 J 。 末期的抬升幅度相对较弱 ， 同时 延长组埋藏深度持续增加， 岩性地层 中包含多层泥岩 和煤 ， 有利于早期生成的烃类 的保存 见 图 3 b 、 c ． 大量 生 烃 阶段 温度最 高达 到 1 3 0℃ ， 有 利于 烃类 的生 成 ． 该 阶段延 长组 最小 埋深 在 2 0 0 0 m 以下 ， 而 K 末期持续至今地层抬升幅度相对于其他地区也较小 4 5 0 m 见表 1和图 2 d ， 这 2个地区有利于油 气 的封存和油气藏的形成． 因此 ， 该地 区已发现油气的形成温度范 围为低温到高温 6 0 ～1 2 0℃， 见图 3 b 、 c ， 见 图 4 d ． 陕北地 区延 长组 主 力产层 为 长 6 ， 长 7 烃 源 岩发 育 较好 见 图 2 ． 该 地 区地 温达 到 早期 和大 量 生烃 所 需 要 的温度 条件 ， 最 大古 地温 仅 为 1 2 0℃ 见 图 3 f ， 在 早期 生 烃 阶段 和 大量 生 烃 阶段 的油 气 皆有 可 能 得到保存 ， 正常古地温条件下成藏温度一般较低． 陕北地区在 K 末期之后地层抬升幅度最大 ， 一般都超 过 i 0 0 0 m 见表 I和图 2 d ． 这种相对较浅的地层埋藏深度对于油气藏形成的岩性封闭条件极为不利， 影响油气 的聚集和保存． 洛川 地 区长 7 烃 源岩 发育 一般 ， 位 于生 油 中心边 部 ， 生 烃 能力 一般 ． 该地 区地 温 达 到早 期 和 大量 生 烃 所需要的温度条件 ， 但最大古地温仅为 1 0 0℃， 并且持续时间较短 见 图 3 g ， 限制油气的生成． 该地区 延 长组在 K 末 期 最大 埋藏 深度 接 近 2 0 0 0 m 见 表 1和 图 3 g ， 并 且 之后 的抬 升最 强 ， 地层 剥 蚀厚 度 大 超过 1 0 0 0 m 见表 1和 图 2 d ， 其埋 深条 件 在盆 地所 有地 区 中是最 差 的． 现 今保 留 的油气 藏 主要 为该 地 区烃源 岩在 大量 生 烃温度 阶段生 成 的烃类 ， 或 者 由地 势抬 升 造 成其 他 地 区 油气 运 移 而来 的油 气． 因此 ， 该地区的油气成藏条件较差 ， 成藏规模有限． 总之 ， 地层埋藏 和演化状况在油气成藏过程中起到重要的控制作用． 对于具有较好长 7烃源岩发育条 件和生烃能力的地区 ， 如姬塬、 白豹 、 西峰、 陕北地 区， 油源充足 ； 埋藏越迅速 、 深度越大， 保存条件越有利 、 成藏潜力越大． 长 7烃源岩发育条件不太好的地区 ， 如洛川地区能否规模成藏取决 于其后期 的保存条件． 古峰庄地区具有很好的埋藏和保存条件 ， 成藏规模 主要取决于该地区长 7 烃源岩的生烃潜力． 3 结论 1 在鄂尔多斯盆地晚三叠世以来经历的 4期 T 。 、 J 、 J 。 、 K 沉降一抬升循环演化过程 中， 不 同地区 的沉积埋藏深度和埋藏速率存在明显差异． T。 期是地层埋藏速率最快 的时期 ， 主要沉降部位西北一北缘 的古峰庄 和陕北等地 区， 最大 中生代地层埋深为盆地西北缘 的古峰庄等地 区． J 一J 期间盆地的最大沉降 部位位于盆地西北缘古峰庄等地区； K 期是盆地沉降幅度最大 、 地层沉积累计厚度最大的时期 ， 古峰庄等 地 区相 对 于陕北 地 区 中生界 最大埋 藏 深度 普遍 较 大． 2 地区间地层埋藏特征的差异引起长 7 烃源岩进入生烃的时问提前或滞后． 北部古峰庄地区和中部 白豹地区在 J z 期 已进人生烃 ， 姬塬 和镇北地区 J 。 期进入早期生烃 ， 而南部西峰和洛川地区， 以及东部 的 陕北地区早期生烃时间是 K 早 中期． 各个地 区进入大量生烃阶段的时间基本在 K 期． 3 在姬塬、 白豹 、 西峰、 陕北等地 区， 地层埋藏深度大 ， 沉积速率高 ， 形成很好的封闭条件． 各生烃阶 段 ， 特别是早期生成的油气也可很好地保存而成藏． 地层埋藏对于油藏的保存条件形成 下转第 4 8页 第 3 6卷2 0 1 2年 [ 9 ] 杨立强 ， 陈月明 ， 王宏远 ， 等． 超稠油 占井 一水平 井组合蒸汽辅助重力泄油物理和数值模拟[ J ] ． 中国石 油大学 学报 自然科学 版， 2 0 0 7 3 l 4 6 4 6 9 ． [ 1 ] L ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] L l 1 ] [ 1 5 L 1 6 ] L 1 7 ] 1 8 ] [ I 9 ] [ 2 J ] L 2 1 ] 纪佑军 ， 程林松 ， 刘志波 ， 等． S AGD过程注氮气改善开发效果实验研 究[ J ] ． 西南石 油大学学报 自然科学版 ， 2 o ] o ． 3 2 2 1 0 8 1 1 2 ． S a s a k i K ，Aki b a y a s hi S，Ya z a wa N，e t a 1 ．Ex p e r i m e n t a l mo d e l i n g of t h e SAGD p r o c e s s e n h a n c i n g S AGD p e r f o r ma n c e wi t h p e r t o d i c s t i n ml a t io n o f t h e h o r i z o n t a l p r o d u c e r [ J ] ．S P E J o u r n a l ，2 0 0 l ， 6 1 8 9 9 7 ． 袁帅， 李春兰， 曾保全 ， 等． 压裂水平井裂缝 参数优化 实验[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 1 o ， 3 8 4 9 9 1 0 3 ． 刘建中 ， 刘翔鹤． 水平 井水 力压 裂真 i 维物理模拟实验[ J ] ． 石油勘探 与开发， l 9 9 3 ， 2 0 6 6 9 7 5 ． 王家禄 ， 江如意． 侧钻水平 井开采剩余油的 维物理模拟研 究l J ] ． 油学报 ， 2 0 0 0 ， 2 1 6 5 0 5 6 ． 刘玉 章， “静． _E家禄 ， 等． 水平 』 f 置胶成坝深部液流转向物理模拟[ J j ． t 油勘探与升发 ， 2 0 1 l ， 3 8 3 3 3 2 3 3 5 ． Ha d i a N， C h a u d h a r i l ， Mi t r a S K， e l a 1 ．E x p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n o f u s e o f h o r i z o n t a l we l l s i n w a t e r f l o o d i n g [ J ． J o u r n a l o f P e t r o I e u m S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g． 2 0 0 7 5 6 3 0 3 3 1 0 ． 张智春 ， 刘广友， 李拥安 ， 等． 孤 岛油 田河流相砂岩油藏储 集层非均 质性定量表征 方法l J j ． 石油勘探 与开发 ， 2 0 0 3 ， 3 0 5 6 8 7 0 ． 刘建 ， 束青林 ， 张本华， 等． 孤 岛油田河流相厚油层储层构型研 究及应用 [ J ] ． 油气地质 与采收 率， 2 0 0 7 ， l 4 6 1 4 ． 孔祥言 ， 陈峰磊． 水驱油物理模拟理论 和相似准则[ J ] 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u l l e t i n ，1 9 9 ,t ， 7 8 1 1 8 6 1 2 0 9 ． T a n g Y， J e n d e n P D，N i g r i n i A。c t a 1 ．Mo d e l i n g e a r l y me t b a n e g e n e r a t i o n in e o a i [ J ] ．E n e r g y a n d F u e l s ， j 9 9 6 1 0 6 5 9 6 7 1 ． 哭保祥 ， 段毅 ， 郑朝 阳， 等． 鄂尔多斯盆地 占峰庄 洼子地l K 9油层组流体 过剩压 力 与油气运移研 究L J ] ． 地质学报 ， 2 0 0 8 8 2 6 8 4 4 8 4 9 48