斋桑盆地东部天然气成因及勘探潜力.pdf

第3 5 卷第5 期 2 0 1 4 年 l 0 月 新船石油地质 XI NJ I A NG P E T ROL E UM GE OL OGY V l _ 3 5． No ． 5 0c t ． 2 Ol 4 斋桑盆地东部天然气成因及勘探潜力 刘 得光 ， 龚 红燕a ， 鲁 斌 ， 李 世宏 ， 何 云生 中冈石油 新疆油R 1 分公司 a ． 勘探开发研究院 ． 工程技术公司， 新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0 摘要 通过分析斋桑盆地东部萨尔布拉克地区天然气有机地球化学特征， 全面解剖气藏形成的地质条件， 认为该 区 天然气为二叠系和侏罗系稠油的生物降解气， 属于晚期或超晚期成藏。指出该区原油生物降解气资源量大、 丰度高、 勘探潜力大， 喜马拉雅运动期形成的一系列背斜、 断背斜等圈闭是天然气勘探的主要 目标。 关键词 哈萨克斯坦； 斋桑盆地； 萨尔布拉克地 区； 稠油； 生物降解气； 勘探潜力； 勘探目标 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 4 0 5 0 6 0 3 0 4 中图分类号 T E l 1 2 文献标识码 A Na t ur a l Ga s Or i g i n a nd Ex pl o r a t i o n Po t e n t i a l i n Ea s t e r n Za y s a n Ba s i n， Ka z a kh s t a n LI U De g ua n g “ ， GONG Ho n g y a n ，L U Bi n “ ， LI S hi h o n g ， HE Yu n s he ng 。 f P e t r o C h i n a Xi n j i a n g O i l fi e l d C o mp a n y ， a ． R e s e a r c h I n s t i t u t e o f E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t ’ b ．E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C o m p a n y ， K a r a m a y ， X i n j i a n g 8 3 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e a n a l y s i s o f t h e n a t u r a l g a s o r g a n i c g e o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e c o mp r e h e n s i v e s t u d y o f t h e g a s r e s e r v o i r s f o r mi n g g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s i n S m y b u l a k a r e a i n e a s t e r n Z a y s a n b a s i n o f Ka z a k h s t a n s h o w t h a t t h e g a s i n t h i s a r e a b e l o n g s t o b i o d e g r a d e d g a s o f t h e P e r m i a n a n d t h e J u r a s s i c h e a v y o i l s ， w i t h g a s a c c u m u l a t i o n o c c u r r i n g i n L a t e N e o g e n e t o Q u a t e r n a r y ． I t i s s u g g e s t e d t h a t t h e b i o d e g r a d e d g a s i n t h i s a r e a i s c h a r a c t e r i z e d b y a b u n d a n t r e s o u r c e s ， h i g h a b u n d a n c e a n d h u g e p o t e n t i a l s f o r e x p l o r a t i o n ． A s e r i e s o f a n t i c l i n a l a n d f a u h e d a n t Mi n a l t r a p s f o r m e d d u r i n g H i ma l a y a n o r o g e n i c p e r i o d c o u l d b e t h e in a j o r t a r g e t s f o r n a t u r a l g a s e x p l o r a t i o n i n t h i s a r e a ． Ke y W o r d s Ka z a k h s t a n ； Z a y s a n b a s i n ； S a r y b u l a k a r e a ； h e a v y o i l ； b i o d e g r a d e d g a s ； e x p l o r a t i v e p o t e n t i a l ； e x p l o r a t i o n t a r g e t 斋桑盆地东部位于哈萨克斯坦斋桑湖以东， 南为 曼拉克山 ， 北为纳雷姆山， 东邻中国新疆吉木乃县 图 1 ， 面积约8 5 0 0 k m ． 目前 ， 发现了2 个油气 田， 位 于南部 山前萨尔布拉克主区块和东区块 。油藏分布 于二叠 系和侏罗系 ， 原油性质均 为稠油 ， 气藏分布在 古 近系斋桑组和下侏罗统托洛戈伊组 J , t 1 ， 已探 明 天然气储量4 0 x 1 0 I n ． 图1 斋桑盆地东部地理位置及勘探成果 斋桑盆地东部 萨尔布拉克地 区发育二叠 系一新 近系沉积岩 ， 其间缺失少部分地层。生油岩主要为上 二叠统麦恰特组 P mt 和阿考尔康组 P a k k 半深湖一 深湖相泥岩， 分布在斋桑盆地南缘山前凹陷内， 呈箕 状 凹陷沉 积特征 ， 由南缘 山前向盆地 中部二叠系越来 越薄 ， 直至削蚀尖 灭。山前 凹陷内暗色泥岩厚 1 2 0 ～ 6 0 0 m． 该套生油岩有机质丰度高 ， 处于低成熟一 成熟 热演化阶段 ， 尚未达到生气阶段。侏罗系煤系地层不 发育 ， 为一 套未成熟烃源岩 ， 不可能为气源岩 。研究 该 区天然气成因 、 气藏形成机理 、 勘探潜力及 目标等 对指导该区今后天然气勘探有重要意义。 1气藏地质特征 萨尔布拉克地 区气藏主力产层为古近系斋桑组 下部三角洲相杂色 、 灰绿色砂体 ， 厚度一般为8 ～ 1 5 m； 斋 桑组 中上部 主要 为褐色 、 灰 色湖相泥 岩 ， 厚 度约 5 0 ～ 6 0 m， 为气藏直接盖层 。另一产层为下侏罗统托 洛戈伊组 ， 是一套扇三角洲沉积 ， 为砂砾岩与泥岩互 层 。两套产层在垂 向上 紧邻 ， 为区域性不整合接触 ， 之间缺失白垩系。由于这两套砂体分布稳定、 储集性 好 ， 气藏只受构造控制。 萨尔布拉克地区气藏位 于山前冲断带前沿褶皱 带高部位的背斜网闭中， 为一背斜型构造气藏。其南 收稿 13 期 2 0 l 4 0 2 1 4 修订 日期 2 0 1 4 0 4 0 1 作者简介 刘得光 1 9 6 5 一 ， 男， 河北玉田人， 高级 1 程师． 油气勘探， T e 1 1 8 6 9 9 0 0 1 6 9 6 E - m a i l h t g p e t r o c h i n a ． c o rn ． c n 6 0 4 新疆石油地质 部下倾方 向为一倾角较大的单斜 ， 地层发育较齐全 ； 北部紧邻萨尔布拉克大断裂， 断裂下盘发育侏罗系及 其以上地层 ， 缺失二叠系和三叠 系。主区块气藏之下 主要为二叠系稠油油藏 ， 侏罗系含一定丰度 的稠油 ； 油藏面积、 规模明显大于气藏 图2 。东区块斋桑组 气藏之下为侏罗系稠油油藏 ， 该气藏可看成稠油油藏 的气顶气。此外 ， 主区块气藏埋深为7 0 0 9 0 0 m， 东区 块气藏埋深一般为 1 2 0 0 ～ l 4 0 0 m． 图 2 斋桑盆地 东部 萨尔布拉 克地区油气田与圈闭分布 2天然气地化特征 主区块 S 一 2 井和 S 一 4 井天然气组分均表现出干气 特征 ， 甲烷含量 大于 9 7 ％， 干燥 系数为 0 ． 9 9 表 1 ， 非 烃类气体含量不高， s 一 4 井天然气中氮气仅含2 ． 8 ％． 这 2口井气组分特征基本一致 ， 显示其与生物成因有 密切关系。 天然气 甲烷碳 同位 素轻 ， 为一 5 2 ． 6 3 ％ 。 一5 1 ． 1 3 ％ 。 表 1 ， 明显轻于干酪根热降解成因气 ， 同样具有生 物成因气特点。 表 1 斋桑盆地天然气组分及碳同位素数据 原油降解气属于次生型生物气， 是指原油在厌氧 微生物降解过程中形成的以甲烷为主的生物气 ， 又称 为稠油降解气或菌解气u I。原油降解后的主要产物是 甲烷 ， 多分布在浅层 。稠油降解气形成 的基础是原油 厌氧降解 ， 生物在降解原油的过程中 ， 一方面消耗了 原油中的低碳数烃类 ， 使原油密度 、 黏度 、 含硫量升 高 ； 同时原油被厌氧微生物 降解成简单化合物后 ， 产 甲烷菌可利用其生成甲烷气， 并导致甲烷碳同位素变 轻 l 。 甲烷生成是一个独特的厌氧过程 ， 在这一过程 中 存在强烈的碳同位素分馏作用， 稠油降解气甲烷碳同 位素值呈高负值特征 一 1 0 0 ％ 。 ～5 5 ％ 。 [2 -4 1 。也有学者 认为稠油降解气甲烷碳同位素值小于一 4 5 ％ 。 I 一 I， 而热 成因甲烷碳同位素值为一 4 5 ％ 。 一3 0 ％ 。 ． 据统计 ， 我 国 原油降解气 甲烷碳同位素值一般为一 7 5 ％ 。 ～4 5 ％ 。 I。 可见 ， 萨尔布拉克地区天然气具有稠油降解气的特征。 除了斋桑盆地天然气有机地化特征与稠油降解 气一致外 ， 该区同样具有形成这类生物气的得天独厚 地质条件。 3 原油降解气形成的地质条件 3 ． 1 与稠油油藏相伴生 在地下被生物降解油藏或生物降解成 因稠油油 藏附近 ， 常常形成一些干气藏 。这些气藏都是以油藏 的溶解气、 气顶气、 油环气或是油藏上方气层气等形 式出现， 即原油降解气与生物降解稠油具有很好伴生 关系， 这些气主要是原油在缺氧条件下生物降解生成 的甲烷。统计发现 ， 在我国大多数含油气盆地被生物 降解油藏或稠油油藏附近发现这种类型气藏 ， 如松辽 盆地西斜坡、 渤海湾盆地和准噶尔盆地西北缘等一些 大型含油气盆地稠油油藏附近均有原油降解气藏分 布 。 前已述及， 萨尔布拉克地区气藏之下就是大规模 分布的稠油油藏， 它们之间有密切的伴生关系 图2 ， 且主区块侏罗系稠油油藏上部储集层就有气层 ， 与稠 油呈互层 出现 。 3 ． 2 埋深、 温度及原油性质 在原油降解生成 甲烷的微生物 中 ， 主要 贡献者 第3 5 卷第5 期 刘得光， 等 斋桑盆地东部天然气成因及勘探潜力 6 0 5 是产 甲烷菌 ， 由于产 甲烷菌最适宜繁殖的温度为3 5 ～ 4 2 o C t ， 活动温度一般低于8 0 ℃， 故与原油降解气关联 的油层温度一般应低于8 O o C ； 这就决定了生物降解原 油形成的降解气多分布在 中、 浅层 ， 一般分布在浅于 2 5 0 0 m的储集层。降解气对应的原油成熟度一般为 中一 低成熟度 ， 而在镜质体反射率大于 0 ． 9 ％的储集层 中几乎没有生物降解原油 。 斋桑盆地二叠系生油岩在古近系沉积前就已进 人生油门限 ， 并开始成藏 ， 此时油藏埋深小于 1 0 0 0 m． 古近 新近系沉积后， 二叠系油藏埋深虽然大于2 0 0 0 m， 但 由于地温梯度低 ， 油藏所处的地 温不超过 5 0 ℃， 仍 处于适合生物降解的温度范 围内。因此 ， 二叠系油藏 一 直遭受生物降解， 并处于生气状态。侏罗系油藏现 今埋深一般小于 1 3 0 0 m， 地温小于 4 0 ℃， 正处于最适 宜生物降解作用带， 其稠油降解程度高于二叠系。原 油物性资料也证实了这一点 ， 侏罗系稠油 比二叠系的 稠化程度更高。 该区原油及油砂中的正构烷烃几乎被生物降解 殆尽 ， 同时检测到了2 5 一 降藿烷， 相对含量较高， 降解 程度偏高 ， S 一 4 井侏罗系油砂降解程度比s 一 1 井和 s 一 2 井二叠系原油稍高 图3 。K 一 1 井二叠系含油层 深， 降解程度较弱， 有一部分正构烷烃保存完好， 说明 原油遭受生物降解程度不同。随着油藏埋深的变浅， 原油降解等破坏程度增加， 显然生物降解是本区稠油 5 l 0 I 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 时间， ra i n 图3 斋桑盆地 萨尔布拉 克地 区原油及油砂饱和烃总 离子流 主要成 因， 副产物则是以甲烷为主的原油降解气 。 3 ． 3 储集层特征 与原油降解气相关的生物降解原油储集层岩性 大多为碎屑岩， 很少分布在致密碳酸盐岩储集层或源 岩 中， 这是 因为粒径 、 孔 隙度和渗透率能够极大地影 响微生物活动。大孑 L 隙可为产甲烷菌 约 1 0 m 的 活动提供充足空间， 且连通岩石组构比致密岩石组构 能为营养物和细菌运动提供更好 的条件 。此外 ， 与 地层水的水型也有很大关系， 原油降解气大多发生在 N a H C O 型和 C a C 1 型地层水 的含油系统 中， 而在高浓 度硫酸根离子存在的地方 ， 即水型为 N a S O 型时， 很 难形成原油降解气藏” 。 萨尔布拉克地区下侏 罗统托洛戈伊组油层平均 孔隙度 为2 3 ． 6 ％， 平均孔喉半径为 l 6 ． 2 m， 最大可达 1 2 4 ． 8 I x m． 上 二 叠 统 麦 恰 特 组 油层 平 均孔 隙度 为 2 2 ． 6 ％， 平 均孔喉半径为 1 1 ． 9 I．z m， 最大为 3 4 ． 5 m． 可 见这两套储集层为 甲烷菌活动和繁殖提供了 良好 的 空间环 境。下侏罗统地层水型为 N a HC O ， 型 ， 上二叠 统水型多为 C a C 1 型。 4 天然气成藏特征 上二叠统麦恰特组具有 自生 自储 、 源储一体特 征， 受构造控制程度低， 更多地受生油岩和砂体控制， 有利于原油大规模成藏， 在前沿冲断带二叠系原油最 为富集。侏罗 系油藏多为二叠系油藏被破坏向上二 次运移调整的产物， 其成藏规模小于后者 图4 。这 两套地层储量规模大 、 且被生物降解的油藏为上覆圈 闭提供了较为充足的气源 ， 在有二叠系 、 侏罗系稠油 发育 区域 ， 发现气藏的可能性就会大大增加。 0 n 5 一I ． 0 一 I 5 。 每 - 2 5 -3 ． 0 -3 5 4_ 0 南西 S - 1 N E ．／ 窝枣 ／ 固[]回国 日 已知油层已知气层 硬测油层 烃源岩 油气运移方向 图4 萨尔布拉克构造带天然气成藏模式 一 部分稠油生物降解气直接聚集在侏 罗系储集 层中， 更多部分穿过侏罗系与古近系的不整合面和断 裂等聚集在古近系斋桑组成藏 ， 其上吉木乃组是一套 很稳定的区域湖相泥岩盖层 ， 厚度为 9 5 ～ l 1 0 r n ， 有效 新疆石油地质 地封盖了下伏气藏。天然气成藏明显受构造控制 ， 运 移聚集在前沿冲断带背斜圈闭中成藏 图4 。 喜马拉雅运动的推覆挤压使萨尔布拉克地区古 近系、 部分侏罗系形成了一系列近东西向的长轴背斜 以及断背斜 ， 从生长地层、 断层发育时间可看出， 这些 背斜构造形 成很晚 ， 均是在新近 纪末一 第 四纪 。此 时， 正是侏罗系、 二叠系油藏生物降解程度最旺盛时 期， 生成了大量的原油生物降解气 ， 聚集在背斜圈闭 中成藏， 而且这时的盖层封闭性也是最好的。综合判 断， 该区原油降解气具有典型的晚期或超晚期成藏特 点。 5 资源潜力与勘探 目标 成都沼气所对稠油进行厌氧微生物降解实验 3 5 ℃下历时3 6 0 d ， 测出其新生气态产物分别是 C H 4 1 6 2 ． 7 0 ～ 1 7 6 ． 7 5 m。 ／ t ， C 0 2 6 3 ． 3 3 7 8 ． 0 0 m ／ t ， 即 1 t 原油能生成 2 2 6 ． 0 3 ～ 2 5 4 ． 7 5 m 的天然气 ， 其 中甲烷约 占7 0 ％嘲 。最新计算的萨尔布拉克地区二叠系三级原 油地质储量为2 ． 3 7 x 1 0 。 t ， 侏罗系预i 贝 4 原油地质储量 0 ． 2 3 6 x 1 0 t ， 控制原油地质储 量为0 ． 1 1 6 x 1 0 t ． 除了这 些聚集程度较高的储量外， 还有未发现的储量和一定 数量的分散状态稠油， 因此， 实际能生成天然气的稠 油量应 比现在储量要大。按照 1 t 原油能生成 2 5 0 m 的 天然气计算， 该区生物降解气资源量约为6 8 0 x 1 0 。 m ， 其资源丰度高。而目前只探明了4 0 x 1 0 。 m 天然气， 探 明率仅为5 ．9 ％， 可见本区生物降解气勘探潜力大。 断层封闭天然气的能力很差， 喜马拉雅运动期形 成的断层封闭性更差， 所以断块等类型圈闭保存条件 差， 而背斜圈闭保存条件最好 ， 断背斜次之。目前， 三 维地震详查后， 在古近系、 侏罗系已经查明多个背斜 及断背斜 ， 例如 K 一 1 井南背斜、 s 一 1 O 井东背斜等， 这 些圈闭规模较小， 埋藏浅 ， 均小于 l 5 0 0 m， 钻探成本 低， 应是今后勘探天然气的主要目标 图2 。 6 结论 1 斋桑盆地东部地区天然气具有组分干、 甲烷 同位素轻的特征 ， 并与生物降解稠油伴生 ， 且具有形 成原油生物降解气的地质条件 ， 确定为原油生物降解 气。 2 斋桑盆地东部二叠系、 侏罗系大量稠油在适 宜埋深、 温度环境下 ， 通过甲烷菌生物降解作用生成 了大量 的天然气 ， 沿着南缘 山前冲断带斜坡 、 断裂 以 及不整合面等运移聚集在构造高部位的背斜圈闭中 成藏， 成藏时间为新近纪末一第四纪， 属于晚期或超 晚期成藏 。 3 初步估计萨尔布拉克地区原油降解气资源 量为6 8 0 x 1 0 。 m ， 探明率仅为5 ． 9 ％， 勘探潜力大； 喜马 拉雅运动期形成的一系列背斜 、 断背斜圈闭是最佳 的 天然气勘探 目标 。 参考文献 [ 1 ] Z h u G u a n g y o u ，J i n Q i a n g ，Z h a n g S h u i c h a n g ， e t a 1 ． C h a r a c t e r a n d g e n e t i c t y p e s o f s h a l l o w g a s p o o l s i n J i y a n g d e p r e s s i o n [ J ] ． Or g a n i c Ge o c h e mi s t r y， 2 0 05， 3 5 l 6 5 0 -1 6 6 3 ． [ 2 ] 朱光有， 赵文智， 张水昌， 等． 稠油降解气的特征与识别及其勘探 潜力[ J ] ． 中国石油勘探， 2 0 0 6 ， 1 2 4 5 2 ～ 5 4 ． Z h u Gn a n g y o u， Zh a o W e n z h i ， Z h a n g S h u i c h a n g， e t a 1 ．C h a r a e t e r i s t i c s a n d r e c o g n i t i o n o f b i o d e g r a d a t i o n g a s o ／ h e a v y 0 i 1 a n d i t s e x p l o r a t i o n p o t e n t i al [ J J ． C h i n a P e t r o l e u m E x p o r a t i o n ， 2 0 0 6 ， 1 2 4 5 2 5 4 ． [ 3 ] L a r t e r S ， Wi l h e l m s A， H e a d a I ， e t a 1 ． T h e c o n t r o l s o n t h e c o m p o s i t i o n o f b i o d e g r a de d o i l s i n t h e d e e p s u b s u rfa c e -- Pa r t 1 b i o d e g r a d a t i o n r a t e s i n p e t r o l e u m r e s e r v o i r s l J j ． O r g a n i c Ge o c h e mi s t ry， 2 0 0 3 ， 3 46 01 61 3． [ 4 ] 戴金星． 各类烷烃气的鉴别 [ J ] ． 中国科学B辑 ， 1 9 9 2 ， 2 2 2 1 8 5 1 9 3 ． Da i J i n x i n g ．I d e n t if i c a t i o n o f v a r i o u s t y p e s o f h y d r o c arb o n pa r a f fin g a s l J ] ． S c i e n c e i nC h i n a S e r i e s B， 1 9 9 2 ， 2 2 2 1 8 5 1 9 3 ． 【 5 ] Ho r s t A D I，L a r t e r S ． P e t r o l e u m mi g r a t i o n a l t e r a t i o n a n d r e mi g - 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