川西前陆盆地成藏动力学

川西前陆盆地天然气成藏动力学研究,徐国盛,题纲一、油气成藏动力学的提出二、川西前陆盆地天然气成藏动力学研究(一)流体压力特征及古压形成与演化的定量模拟(二)流体的跨层流动与成藏效应(三)天然气成藏的动力学过程,一、油气成藏动力学概念的提出,1、我国复杂地质情况研究的需要2、油气成藏动力学概念的提出3、油气成藏动力学与成藏动力学系统和成藏流体动力系统的关系,1、我国复杂地质情况研究的需要,我国含油气盆地以陆相盆地为主，陆相盆地明显区别于海相盆地，对多凹多生油中心多油源多含油层系多构造旋回多断裂系统的复式油气藏和以多期成盆、多期改造、多期生烃、多期运移、多期散失、多期聚集成藏为独有特色形成的众多分散的中小型的残余原生油气藏、再生油气藏和次生油气藏的残余盆地，如果采用马贡(Magoon)根据成熟烃源岩体来划分含油气系统，进而分别进行研究的方法，则将出现很复杂的结果，实际上很难进行，并将导致混乱，难以有效地指导油气勘探。,一、油气成藏动力学概念的提出,2、油气成藏动力学概念的提出,含油气系统理论是从一个海相、简单盆地(威尼斯顿盆地)中提出，并且其发展与完善都是在海相盆地中进行的，而我国沉积盆地主要以陆相盆地为主且多数具有多构造沉积旋回、多套油气源层、多套生储盖组合和多期成藏的特点。因此，有必要结合我国沉积盆地的特点进行含油气系统的研究，并在此基础上形成新的理论。,一、油气成藏动力学概念的提出,2、油气成藏动力学概念的提出,1995年，G.Demaison提出了以充注因素、运移排驱方式和捕集方式三因素对含油气系统进行成因分类的方案，这里主要考虑的已是成藏动力学过程。同年，费琪在引进“PetroleumSystem”这一概念时，译为“成油体系”，她强调“Petroleum”是进入圈闭中的石油，对应的状态空间为油气藏。“成油体系”本身是一动态概念，体现了油气成藏动力学思想。,2、油气成藏动力学概念的提出,1996年田世澄提出了“成藏动力学系统”的概念，指出“成藏动力学系统包括两个最基本的部分:一是成藏的最基本条件，诸如油源、输导系统、储层、封盖层、圈闭等及成藏的动力学条件;二是这些成藏条件和动力学条件在地质历史中有机地配合所发生的动力学过程及其结果”。“成藏动力学就是以地球动力学为基础，以油气运移聚集的动力学系统和过程为核心。把油气的生、储、运、聚、散连结成为一个统一的整体，探讨盆地油气生成、运移、聚集和分布的规律，从而指导油气勘探工作”。,2、油气成藏动力学概念的提出,郝芳等(2000)提出，成藏动力学是综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术，在盆地演化历史中和输导格架下，通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析，研究盆地油气形成、演化和运移过程及聚集规律的综合学科。,2、油气成藏动力学概念的提出,刘树根、徐国盛等(2004)认为，油气成藏动力学是含油气系统理论的新发展，是一门刚刚起步的新学科，油气成藏动力学就是以地球动力学(主要是成山动力学和成盆动力学)为基础，以油气运聚的动力学系统和过程为核心，把油气的生、储、运、聚、散连结成为一个统一的整体，探讨盆地油气的生成、运移、聚集和分布规律，进而指导油气勘探的一门科学。,它研究的基础是盆地演化历史和流体输导格架，研究的核心是能量场(包括温度场、压力场、应力场)演化及其控制的化学动力学和流体动力学过程，研究内容包括成藏空间和成藏物质基础、成藏过程和控制因素、成藏流体分析等方面，研究方法分静态分析和动态模拟。,2、油气成藏动力学概念的提出,2、油气成藏动力学概念的提出,可见油气成藏动力学是由我国学者提出。油气成藏动力学是系统论、动力学思想和传统的石油地质学理论与我国复杂的地质情况相结合的必然产物，是指导油气勘探和开发的新理论新思路，将随着各种分析测试技术的应用和计算机技术及数学地质等边缘学科的发展而不断完善。,2、油气成藏动力学概念的提出,目前国内外对油气成藏动力学尚没有统一的、明确的定义，对其理解也因侧重点不同而异，同时也出现了一些相关或类似的概念，典型的有:油气成藏动力学(系统)。是将含油气盆地看作一低温化学反应器，认为油气藏的形成实际上是含油气盆地在地球动力学背景下，由沉积动力学、热动力学、化学动力学和流体动力学综合作用的结果。,2、油气成藏动力学概念的提出,油气系统动力学。综合运用系统论、控制论、系统力学、决策理论、仿真技术等，从四维时空上解决油气系统模型的统一性和整体性问题，沟通系统内部各子系统之间的联系。,2、油气成藏动力学概念的提出,油气成藏流体动力学(系统)。认为在盆地固定格架中和动水或静水环境中油气水共同组成流体动力系统，每个系统具有特定的功能和相对稳定的边界与相对统一的压力体系，其中的油气藏具有类似或可比的成藏条件和成藏作用。,2、油气成藏动力学概念的提出,油气成藏动力学研究系统。集成石油地质学的动力学成果，通过模型研究，从三维格架上对烃源体和流体输导体系进行研究。油气藏动力学。将油气从生成、运聚到油田开发、废弃的全过程看作是“油气系统”，油气藏动力学研究的主要内容是指依靠油藏描述和油藏模型来将油藏静动态分析相统一，核心是动力学模型。,2、油气成藏动力学概念的提出,石油地质动力学。在现代地质理论基础上，应用数学、物理学、化学和生物学等理论与方法，借助计算机和实验室测试、模拟技术，定量研究沉积盆地油气生成、运聚和保存的机制、速率和过程。,题纲一、油气成藏动力学的提出二、川西前陆盆地天然气成藏动力学研究(一)流体压力特征及古压形成与演化的定量模拟(二)流体的跨层流动与成藏效应(三)天然气成藏的动力学过程,(一)流体压力特征及古压形成与演化的定量模拟,川西前陆盆地经历了长期而复杂的形成过程，在复杂的地质背景下，上三叠统储层流体地层压力的形成、演化经历了曲折而漫长的发展过程，现今地层压力的分布是古压力长期发展、演化与破坏、改造的结果。在整个川西地区以及向川中过渡地带范围内，须家河组-香溪群储层现今原始地层压力系数在平面上的分布具有明显的分区性。,1、上三叠统碎屑岩储层原始地层压力系数在平面上的展布,1、上三叠统碎屑岩储层原始地层压力系数在平面上的展布,川西前陆盆地须家河组香溪群储层原始地层压力系数等值线图,1、上三叠统碎屑岩储层原始地层压力系数在平面上的展布,2、侏罗系碎屑岩储层原始地层压力系数在平面上的展布,川西前陆盆地侏罗系储层原始地层压力系数等值线图,3、原始地层流体压力的纵向分布特征,川西前陆盆地致密碎屑岩储层原始地层压力与深度关系图,4、上三叠统须家河组含油气压力封存箱的构成,川西前陆盆地上三叠统须家河组可视为一个完整的含气高压封存箱。封存箱的顶板为区域性致密高压盖层须五段泥岩层，底板为致密高压层须一段泥岩层，侧向隔板为低孔、低渗的致密岩层。该含气封存箱中还发育一层中隔板即须三高压泥岩层，将须家河组含气封存箱分为上、下两个子封存箱。,川西前陆盆地含气高压封存箱自早侏罗世须家河组烃源岩成熟生经增压起便开始形成，发育于中侏罗世至古近纪，后经喜山期强烈的构造运动作用，川西地区完整的含气高压封存箱被打破后解体，各自改造与发展，一方面在局部地区形成超高压流体封闭存箱，另一方面箱内流体能量释放而形成箱外气藏。现今存在的大小各异、压力不等的流体封存箱定型于新近纪至第四纪。,据ColinBarker（1987）的研究得出：地层在逐渐埋深的过程中，古地温逐渐升高，烃类成熟，因天然气的生成而造成地层中压力的变化，他曾提出三种类型：,地层沉降过程的地质模型示意图,5、川西前陆盆地上三叠统箱内古压力的形成与演化,箱内古地层压力形成与演化地质模型,川西前陆盆地上三叠统储层原始地层压力的形成演化过程：早期为沉积型异常地层压力发育和消失阶段（T3x1T3x5）；中期为充气型异常地层压力发育阶段（J1bE）；晚期为构造型异常地层压力发育和改造阶段（NQ）。,箱内古地层压力形成与演化的定量模拟,（1）喜山期以前川西前陆盆地上三叠统古压的形成演化将原始地层压力的形成演化分中侏罗世沉积末、早白垩世沉积末、老第三世沉积末三个阶段以须一、须二层、须三层下封存箱为例计算并代表整个上三叠统流体压力的变化。,该区原始地层压力的形成演化以喜山期为界，分为前后两大阶段。前阶段表现为循序渐进的生烃增压过程；后阶段则为强烈的龙门山推覆体侧向挤压对前期的古高压进行调整改造和破坏释放作用。,箱内古地层压力形成与演化的定量模拟,须一至须三层系内因天然气生成引起的增压计算，采用真实气体定律来计算，使用的参数：不同地史期各构造区须一、二层系古埋深、古地温、古孔隙度、累计生气强度等。,川西前陆盆地主要构造须一、二层各历史时期末的原始地层压力,川西前陆盆地须一、二层系各历史时期末地层压力系数等值线图,箱内古地层压力形成与演化的定量模拟,(2)喜山期以后川西前陆盆地上三叠统地层古压的形成演化,川西前陆盆地喜山期构造应力场最大剪应力等值线图,川西前陆盆地须一须二层喜山期前后构造应力与古今压力差值关系图,川西前陆盆地须一须二层喜山期前后构造应力与古今压力系数差值关系图,构造应力（相对值）,箱内古地层压力形成与演化的定量模拟,喜山期前后须一须二层构造应力与古、今压力及压力系数差值图可以看出，两者存在较密切的线性对应关系，通过古今压力对比，结合应力场的模拟，从而得出了古今压力、古今压力系数与应力场拟合关系方程式：,P古、E古为喜山期前地层的古压力、古压力系数；P拟、E拟为喜山期构造作用改造后的地层压力、地层压力系数；为最大剪应力值（相对值）。,箱内古地层压力形成与演化的定量模拟,川西前陆盆地典型构造上三叠统箱内古压的形成与演化,中坝老关庙八角场须一须二古压演化模式图,川西前陆盆地典型构造上三叠统箱内古压的形成与演化,平落坝孝泉合兴场须一须二古压演化模式图,二、川西前陆盆地天然气成藏动力学研究(一)流体压力特征及古压形成与演化的定量模拟(二)流体的跨层流动与成藏效应(三)天然气成藏的动力学过程,川西前陆盆地流体的跨层流动,川西前陆盆地上三叠统和侏罗系地层水K+Na+-Cl-含量关系,1、下白垩统地层水;2、侏罗系地层水；3、上三叠统须3段地层水；4、上三叠统须2、4段地层水；,1、上三叠统与侏罗系地层水元素地球化学离子之间的相互关系,(1)气田上三叠统地层水中Mg2+离子含量与Cl-离子含量则表现出复杂关系。少数投影点落在混合趋势线上，大部分偏离。Ca2+含量与Cl-离子也是如此。这表明Ca2+、Mg2+在地层内流体混合演化过程中有加入（矿物溶解）或带出（沉淀）。这与上三叠统中有两期方解石，白云石脉体出现是一致的。,上三叠统和侏罗系地层水Mg2+-Cl-含量变化图解,上三叠统和侏罗系地层水Ca2+-Cl-含量变化图解,川西前陆盆地上三叠统和侏罗系地层水矿化度与钠氯系数的关系图解,(2)气田上三叠统地层水流体发生混合作用的影响，还表现在矿化度与钠氯系数（rNa+/rCl-）双对数座标上呈负相关线性关系。川西前陆盆地致密砂岩含气区表现为一个统一的地层水演化特点。落入到钠氯系数1区域的是河湾场等无气显示的NaHCO3型地层水。,1、侏罗系地层水；2、上三叠统地层水；3、准噶尔盆地不同类型地层水,川西前陆盆地侏罗系和上三叠统地层水Br-Cl-离子含量图解,2、地层水氢氧同位素特征,(1)川西前陆盆地气田区获得的侏罗系地层水的氢氧同位素数据投影略偏离全球大气降水趋势线，但落在上三叠统地层水范围之中，一部分水近渗流水（上三叠统无气藏地区地层水），大部分水向上三叠统封存地层水变化，整体上表现出侏罗系地层水以上三叠统地层水为两端员成分的混合趋势，部分可能直接来自下部地层水。,川西前陆盆地上三叠统和侏罗系地层水氢氧同位素组成,1、海水；2、上三叠统地层水两端员组份；3、侏罗系地层水组成混合趋势线,3、侏罗系气藏区地层水显示出三叠系须家河组地层水特征,须家河组、侏罗系地层水“诺瓦克”水化学特征图显示该区域侏罗系气藏地层水不显该层位盆地背景图特征，而与下伏须家河组地层水水化学背景图相似，证实了侏罗系地层水来源于下伏三叠系须家河组。,四川盆地：区域上侏罗系与上三叠统地层水化学组成差异明显,川西前陆盆地：气田区侏罗系地层水与三叠系须家河地层水化学组成相似,四川盆地三叠统须家河组与侏罗系地层水的“诺瓦克”图解,1、下白垩统;2、侏罗系；3、上三叠统须3段；4、上三叠统须2、4段,气田区侏罗系地层水的离子组成均落在上三叠统地层水混合趋势线上，表明侏罗系与上三叠统地层水之间存在交流和混合,3、侏罗系气藏区地层水显示出三叠系须家河组地层水特征,(1)从矿物同位素地球化学混合角度，以河湾场、雾中山一带井中地层水为一端员，只要11%渗流水加入就可以使原生流体氧同位素降低3；从Cl含量估算，假设原生流体70g/l，渗流水5g/l，原生流体加入30-60%左右的渗流水混合，则达到中等Cl含量3050g/l的流体。侏罗系内地层水（近渗流水成分）加入40-60%左右的上三叠统封存流体，则可达到九龙山地区上侏罗统现在流体的成分。,4、上三叠统与侏罗系之间流体的跨层流动,4、上三叠统与侏罗系之间流体的跨层流动,(2)Worden等（1995）在研究巴黎盆地三叠系和侏罗系流体时提出存在跨层混合流体，迁移的距离达几百米。这种跨层的混合用扩散作用难以解释，而需要一种对流的机制。在对流机制中,渗流水或流体沿断裂、裂缝或地层界面等构成的网络流动是必要的条件。川西前陆盆地存在这种条件，其迁移的距离达千米以上，应该有大规模的流体混合作用。依据孝泉-丰谷地区剖面，提出初步的流体混合跨层对流机制。,4、上三叠统与侏罗系之间流体的跨层流动,(3)三叠系须家河组地层压力具西北高东南低特点，为流体大循环对流提供了动力条件，古近纪末的喜山运动致使断裂通道重新打开，引发了此次流体大循环。钻井测温揭示研究区西部地温梯度较高（达2.5/100米），东部洛带气田地温梯度较低（为2/100米或小于2/100米）；虽然气田主体部位地层水均为CaCl2型，但由西向东地层水矿化度具增高趋势，如新场气田蓬莱镇组地层水矿化度为7.3627.64g/l,东部洛带气田为34.5153.9g/l；,西部马井气田侏罗系砂岩中次生溶蚀作用强烈，次生孔隙成为主要储渗空间，部分层段高岭石成为岩石中主要的粘土矿物，中部新场气田次生溶蚀作用仍较强烈，储渗空间以原生孔隙为主，次生溶蚀孔隙有重要贡献，可见自生高岭石;而洛带气田侏罗系砂岩中缺乏次生溶蚀作用，原生粒间孔隙是最主要的储渗空间，基本不见自生高岭石存在，反映出由西向东酸性水成岩作用减弱特征；西部气藏甲烷含量相对较低，如新场气田侏罗系上部蓬莱镇组气藏甲烷含量为87.191.6%，东部洛带气田蓬莱镇组气藏甲烷含量相对较高，为89.4194.08%；等等则可能是这一流体大循环的结果。,4、上三叠统与侏罗系之间流体的跨层流动,侏罗系地温梯度西高东低、地层水矿化度西低东高、次生溶蚀作用西强东弱：三叠统和侏罗系地层水区域循环的结果？,6、上三叠统与侏罗系之间流体的跨层流动,川西前陆盆地流体跨层流动的成藏效应,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,(1)川西前陆盆地有关构造侏罗系砂岩碎屑成分及成岩作用的统计结果，可见由西向东碎屑成分变化不大，略显稳定组分增加，不稳定组分减少的趋势；但不同构造侏罗系砂岩成岩作用既有相似性，又有差异性，相似性表现在它们都经受了较强的压实作用改造，都普遍发育绿泥石（或伊利石）衬垫、见碎屑石英次生加大边，具方解石（或白云石）胶结和交代作用；,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,川西前陆盆地侏罗系砂岩成岩作用差异性体现在:由西向东，硬石膏胶结交代作用不断增强，马井气田侏罗系砂岩缺乏硬石膏，洛带气田侏罗系砂岩硬石膏胶结交代异常严重；由西向东，次生溶蚀作用具逐渐减弱趋势，高岭石含量逐渐减少，马井气田侏罗系砂岩中次生溶蚀作用强烈，次生孔隙成为主要储渗空间，部分层段高岭石成为岩石中主要的粘土矿物，而洛带气田侏罗系砂岩中缺乏次生溶蚀作用，原生粒间孔隙是最主要的储渗空间，基本不见自生高岭石存在。,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,(2)岩石学观察揭示出侏罗系砂岩中自生矿物及有关成岩作用发生的先后关系如下：局部的微一细粉晶方解石胶结物斑块局部粒间孔隙内粒状亮晶方解石胶结物粒间孔隙内自生绿泥石或伊利石生长形成粘土衬垫或粘土桥碎屑石英次生加大边连晶方解石胶结交代作用(或硬石膏)卸载裂隙次生溶蚀作用自生高岭石自生石英的形成。,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,上述特征反映出侏罗系砂岩储层先后经历了两大成岩环境的改造。其一，岩石中先期连续析出的自生绿泥石或伊利石碎屑石英次生加大边连晶方解石胶结交代和菱形白云石（硬石膏）的形成，指明地层首先经历了碱性溶液成岩作用的改造；根据石英次生加大边和连晶方解石未见烃类包裹体、包体均一法温度为72.587.7、连晶方解石稳定同位素分析结果13C值为-2.57-3.78PDB，18O值为-11.1-13.05PDB等综合分析，认为这种碱性溶液来源于侏罗系内部，是沉积后持续埋藏加深阶段受侏罗系泥岩压实和粘土矿物成岩转变释出的碱性水。,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,其二，连晶方解石胶结交代之后出现的铝硅酸盐矿物（碎屑长石及岩屑）的溶解、自生高岭石、自生石英的形成，则揭示出侏罗系砂岩储层在经历了碱性成岩溶液成岩作用改造之后又经历了酸性溶液成岩作用的改造，证据如下：（1）溶蚀孔隙主要为碎屑长石和岩屑受溶形成，酸性水的溶蚀作用发生于连晶方解石沉淀之后。由连晶方解石胶结的粒间孔隙体积为1315%、包裹体均一法温度为72.587.7等综合恢复得到其形成的埋藏深度在15832400米范围内，这意味着酸性水的成岩作用发生时的地层埋深应大于2400米。由此，可以推知此期酸性水成岩作用发生于喜山期。,碱性介质侏罗系地层水,酸性介质来源于三叠系的地层水,侏罗系砂岩经历了两种成岩环境早期碱性成岩环境：以发育自生绿泥石、石英次生加大、连晶方解石和硬石膏为特征，反映侏罗系内部地层水的成岩作用；晚期酸性成岩环境：以长石溶解、自生高岭石发育为特征，反映深部上三叠统地层水的注入,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,(2)侏罗系砂岩的溶蚀主要是铝硅酸盐的溶蚀，碳酸盐矿物基本不受影响等等都表明这一时期进入侏罗系砂岩中的酸性水不是来源于地表或近地表的大气水。(3)侏罗系为一套红色砂泥岩地层，有机质缺乏，这也使得由侏罗系地层本身泥岩成岩转变释出的水溶液来解释次生溶蚀的机制非常困难。,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,（4）马井气田、新场气田侏罗系产气井和不产气井成岩作用比较分析表明砂岩中早期的碱性水成岩作用在这两类井中均发育，而喜山期的酸性水成岩作用仅在产气井中发育，也表明此期酸性水来源于上三叠统须家河组，与天然气运移相联系。（5）侏罗系砂岩中溶蚀作用表现为铝硅酸盐（长石和岩屑）的溶蚀，碳酸盐矿物基本不受影响。这可能指示酸性溶液具高CO2分压和有机酸控制碱度的特征，这恰好是晚侏罗世一早第三纪早期上三叠统须家河组源岩有机质热演化可以形成的地层水特征；而且由于喜山运动致断裂通道重新打开和上三叠统须家河组异常高压的形成也有利于这种上三叠统须家河组酸性水上升进入侏罗系砂岩地层中。,（6）此外，须家河组地层内，这种有机酸性水可导致碎屑石英的部分溶解。因此，须家河组地层水相对富含SiO2；而由深部至浅部，地层温度降低，则促使地层水中自生石英沉淀，这与区内侏罗系砂岩残余粒间孔内在自生绿泥石充填后留下的剩余空间及长石粒内溶孔中自生石英晶体的析出相一致。因此,川西前陆盆地侏罗系砂岩中受酸性水控制的次生溶蚀作用、自生高岭石、自生石英等是深部三叠系须家河组流体侵入到侏罗系砂岩地层中作用的标志,即上三叠统流体与侏罗系岩石间发生了相互作用。,1、上三叠统流体与侏罗系岩石的相互作用,马井气田、新场气田、洛带气田侏罗系砂岩中发育的储渗空间有残余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和粘土矿物晶间微孔等四类。残余粒间孔的发育是构成储层的基本条件，而由于深部流体活动导致的次生溶孔发育则形成储集条件较好的储层。但区域上显示出西部马井地区深部酸性水溶蚀作用最强。该区蓬莱镇组碎屑岩绝大多数样品次生溶蚀孔隙对总孔隙度的贡献都在50%以上。,2、改善侏罗系的储集条件,侏罗系厚约2000m,为一套干旱半干旱气候的内陆湖泊相碎屑岩红色沉积,不具备生烃能力,但却发现了可观的天然气储量(蔡开平等,2000)。侏罗系下伏地层上三叠统为侏罗系气藏烃类的主要来源(郭正吾,1997;符晓等,1997;饶丹,1998)。也有人认为,侏罗系气藏的形成是先期形成的气藏被断层破坏后,烃类沿断层面向上运移进入侏罗系而形成的(孙甫南等,1994)。因此,侏罗系天然气主要来源于下伏的上三叠统。,3、提供侏罗系天然气的气源,川西前陆盆地流体跨层流动的通道及其古流体特征,川西前陆盆地，由于地层岩石的致密化和储层的强烈非均质性，天然气通过常规的渗滤和扩散运移通道，是很难在远离源岩层(气库区)千米之上的储层中聚集成大规模气藏的。川西前陆盆地天然气运移的通道主要是断层及与之衔接的裂缝网络系统。,1、流体跨层流动的通道,新场气田J2s和J3p气藏成藏模式,据采自川西前陆盆地不同部位和层位的、具不同标型和包裹体成因特征的次生石英ESR结晶年龄测定结果，可将充填裂缝的次生石英划分为5个结晶年龄段,代表有关裂缝形成期的时间上限。以此为依据，可将川西前陆盆地自早白垩世以来构造运动过程中所发生的断裂作用确定为5个主要活动期次。与此相对应的区域构造活动时代分别为燕山晚期早幕（125-110Ma）、燕山晚期晚幕（94-82Ma）、喜山早期早幕（53.7-63Ma）、喜山早期晚幕（45-21.6Ma）和喜山中期（14.9Ma）。这些期次可与龙门山造山带川西前陆盆地系统的构造事件(刘树根等,2001)相对应。,2、断裂活动期次的确定,川西前陆盆地裂缝石英成因特征及ESR测年结果（1）,川西前陆盆地裂缝石英成因特征及ESR测年结果(2),川西前陆盆地裂缝石英的ESR年龄段划分与对应的区域构造运动关系和期次划分,龙门山造山带川西前陆盆地系统构造事件,川西前陆盆地流体跨层流动的动力和天然气相态演变,1、流体跨层流动的动力,一方面，烃类气体的大量生成是增压的重要机制；另一方面，古压力异常的形成反过来又促使天然气由气源层向储集层作初次运移，在储集层内部作二次运移（储层致密化之前），或在适宜的地质条件下穿过不同层系向上部储集层运移。而天然气的运移、聚集直至定型成藏或气藏的解体破坏过程，又可以导致地层压力的重新调整，并达到新的动态平衡。正是箱内外的相差悬殊的压力差，是天然气跨层运移持续作用的原动力。,2、天然气跨层运移的相态演变,中侏罗世以后至老第三系是有机质成熟高峰期，大量天然气生于此期，同时，由于在须家河组中赋存有大量的地层水，生成的天然气大部分以溶解气和弥散气的形式存在于地层水中。通过计算，在白垩纪末期区域隆升前，整个川西前陆盆地须家河组高压封存箱内地层水量共3.731012m3，其中溶解了63.031012m3天然气，另外还有205.151012m3以弥散气的形式赋存于地层水中，这两部分天然气占烃源岩生气总量的62%。白垩纪之后的喜山期的区域隆升，地层遭受剥蚀，地层压力和温度下降，天然气的溶解度降低，水中的溶解气和弥散气游离出来，开始出现气相。,川西前陆盆地隆升前各种天然气量统计表（引自安凤山，1995）,不同温压条件下淡水的天然气溶解度,川西前陆盆地须家河组天然气单位溶解量及游离量统计表,2、天然气跨层运移的相态演变,（1）不考虑弥散气时的跨层运移相态演变当不考虑弥散气时，在须家河组地层中，1m3地层水中含有6.21m3天然气，当流体向上运移时，因为地层压力和地层温度下降，溶解度减小，多余的天然气从水中脱溶出来而成为游离态天然气。1m3地层水从须家河组高压封存箱中运移到蓬莱镇组上部地层时，将有77%的溶解气脱溶成为游离气。,2、天然气跨层运移的相态演变,1、不考虑弥散气时的跨层运移相态演变在上沙溪庙组储层中，游离气：溶解气为2.51:3.70，比值小于1，在蓬莱镇组下部地层中，游离气：溶解气为4.11:2.10，比值大于1。这说明在须家河组地层中，天然气全溶于水，在运移到千佛崖组时，已有部分气脱溶出来，以水相和气相两相混相运移，但以水相运移为主，游离气相运移为辅。当运移至上沙溪庙组上部地层或蓬莱镇组下部地层的某个层位，游离气与溶解气的比值为1，在这个层位之上，游离气量开始大于溶解气量，运移以气相运移为主，水相运移为辅。进入蓬莱镇组之后，气相运移更是占绝对优势。,新场构造纵向地层参数及地层水中天然气溶解度,新场构造天然气纵向运移过程中溶解气与游离气量变化表(不考虑弥散气),新场构造天然气纵向运移过程中溶解气与游离气量变化表(考虑弥散气),2、天然气跨层运移的相态演变,（2）考虑弥散气时的跨层运移相态演变在须家河组高压封存箱内，1m3地层水中有6.21m3溶解气，还有17.42m3的弥散气（安凤山，1995）。在须家河组地层中，1m3地层中溶解有23.63m3天然气。运移过程中的相态转变历程与不考虑弥散气时一致，只不过在上沙溪庙地层及以下层位，更以水相运移占主导地位，相反在蓬莱镇组及以上层位，便以气相更占主导地位。,川西前陆盆地侏罗系天然气的爆发式成藏,1、天然气成藏的基本特征,(1)天然气活动的烟囱作用(效应)构造相对活跃地区,深部已形成的油气聚集,通过断层和裂缝垂向上窜,大部分可能散失于地表,部分被封盖截流成为各种较浅的次生油气藏。这一作用过程称之为油气活动的烟囱作用(效应)。川西前陆盆地碎屑岩领域天然气活动具有明显的烟囱作用效应(王金琪,1997),如新场气田上百口钻井和测试资料揭示了上三叠统须家河组天然气向侏罗系红层运移的烟卤作用。天然气活动的烟囱效应造成天然气的多级成藏(谢泽华,2000)。,(一)天然气成藏的基本特征,(2)天然气的早聚晚藏燕山中晚期是上三叠统烃源岩的主要排烃期上三叠统须一段(小塘子组、马鞍塘组)源岩生烃和排烃高峰在须家河组三段至上侏罗统蓬莱镇组(T3x3-J3p)沉积时期,上三叠统须家河组三段源岩生烃和排烃高峰在沙溪庙组至白垩系(J2s-K)沉积时期,其生气量均大于90%,表明川西前陆盆地主力源岩的生烃和排烃高峰在燕山中晚期已基本结束(杨克明,2003)。,1、天然气成藏的基本特征,(2)天然气的早聚晚藏J2K末期上三叠统发生致密化作用王金琪(2001)认为,大约从J2K末期间,须家河组(T3x)砂岩发生致密化作用,形成目前所见的低孔隙度、低渗透率致密砂岩储层。因此,上三叠烃源岩在成熟和排烃的大部分时间内,上三叠统储层并未致密化,应有较好的孔渗性能。天然气规模运移聚集发生在储层致密化之前(杨克明,2003),上三叠统储层在致密化前应是天然气聚集和保存的最佳层位。,1、天然气成藏的基本特征,(2)天然气的早聚晚藏深盆气是川西前陆盆地早期聚集的基本形式罗启后等(1996)认为常规气藏与深盆气并存使川西前陆盆地上三叠统具广阔的勘探领域。宋岩等(2001)从川西前陆盆地上三叠统气层具有异常压力、致密砂岩普遍含气、油气分布不严格受构造圈闭的控制和气藏未发现统一的气水界面等,表明该区确实具备深盆气特征。因此,深盆气是天然气早期聚集在川西前陆盆地上三叠统(主要是须二段和须四段)的基本形式,并是后期天然气成藏的基础,本文称之为气库区。,1、天然气成藏的基本特征,(2)早聚晚藏侏罗系红层天然气成藏时期为喜山期燕山期最有利于川西前陆盆地上三叠统须家河组原生油气藏形成,但并不是侏罗系红层气藏的主成藏期,“四川运动”(喜马拉雅运动)是川西前陆盆地最重要的构造运动,侏罗系圈闭、断至侏罗系的断层和发育于侏罗系的裂缝系统主要形成于喜山期;喜山期是川西前陆盆地流体跨层流动的主要时期。,1、天然气成藏的基本特征,(3)天然气储层具异常高压特征川西前陆盆地上三叠统天然气储层异常高压分布在白龙、柘坝场、老关届、魏城、丰谷镇、八角场、孝泉、隆丰场等地区,也即异常高压主要位于龙门山中北段前缘地区,而在川西前陆盆地南部地层最大压力系数为1.31.4。川西前陆盆地侏罗系异常高压主要分布于绵阳-德阳地区,其中以孝泉构造最大,压力系数可达2.0,其它广大地区压力系数为1.0-1.4。川西前陆盆地南部地区,压力系数最低,为1.0左右。,2、天然气的爆发式成藏,(1)川西前陆盆地侏罗系天然气气藏形成机理研究现状两期“次生成藏”模式王当奇等(1992)认为成藏有两期:一是J3p末期,背斜初具雏形,此期主要控制区域聚集;二是喜马拉雅运动,构造幅度增大、抬升、裂缝发育,重新分配、改造早期气藏。张百灵等(1997)、孙甫南等(1994)都提出两期或多期成藏意见;叶军(1998)则认为J2s气藏是在J3E期间储集体形成过程中成藏的。混相涌流成藏模式周东升等(1988)根据油气水(少量H2S)多沿区域性断层分布的现象,提出深部以游离相态为主,溶解气为辅沿断裂混相向上涌流,并强调超压破裂水平缝在侧相运移中的作用。,2、天然气的爆发式成藏,燕山期成藏观点邓康龄等(1999)和黎邦荣等(1998)认为孝泉新场红层气藏是燕山中晚期T3x源岩进入生气高峰时,增压机制作用下储层剩余压力大于泥岩突破压力,克服毛管阻力形成自下而上的渗流,在红层中形成远源气藏。周文英等(1999)按“欠压实”流体理论,认定侏罗系各红层气藏形成于燕山期各阶段。水溶气动态平衡隆升成藏模式不同意高压气沿断层上窜成藏的观点,提出燕山中晚幕水相运移的重要性,适时隆升最有利于油气成藏。同时认为喜马拉雅期隆升更高,游离气大量淅出进入气相运移成矿系统。关键是水溶脱气条件和对应的圈闭。强调古、今构造的叠加才有油气效应。,2、天然气的爆发式成藏,晚期适时成藏论点金晓华(1998)重视T3x5目前仍处于生气高峰,与早喜马拉雅构造、红层砂岩适时配套成藏。构造圈闭高度、面积和裂缝发育程度都取决于喜马拉雅期的褶皱幅度。红层有效储层控气作用王胜等(1998)的新场气田研究,在古、今构造的基础上,以相带控气进行精细描述,按地震响应划分有利储集部位,钻探效果良好。杨克明等(1999)进一步强调储层的有效性是控制成藏的最主要因素,否则红层的今构造也无意义。同时重视断层和裂