四川盆地普光气田天然气成因及成藏模式

四川盆地普光气田天然气成因及成藏模式

四川东北部的区块位于四川省东北部。从结构上看，它是东川弧形隔离带的位移区和南拱弧形隔离带的重叠、概括和干预部分（图1）。2003年,位于川东断褶带双石庙—普光NE向背斜构造带北段一个鼻状1沉积体系及沉积相特征川东北地区地层发育较齐全,震旦系—白垩系均有分布,但由于多期次构造运动影响,部分地层缺失和遭受剥蚀(表1)。其中川东北地区的古生代地层,除了由于加里东早幕构造运动致使米仓山及其前缘地区缺失中、上寒武统和下奥陶统,加里东晚幕构造运动致使整个川东北地区普遍缺失中上志留统、泥盆、石炭系大部分外,古生代其余时代的地层均保留较全,发育较好。川东北地区下古生界总厚度2000～4000m,上古生界厚度较小,总厚为400～1000m。川东北地区的沉积相研究表明,其沉积环境演化主要受控于该区的古构造、古地貌、古水动力条件以及古气候等因素。沉积具有以下5个特点:1)多旋回,多韵律性;2)广阔的浅海环境和碳酸盐岩台地;3)潮汐带广泛发育和蒸发潮汐坪周期性发育;4)碳酸盐岩台地的分异性,即其上发育丰富的礁、滩、台盆和台沟等;5)陆源区对碳酸盐岩沉积的制约作用。晚二叠世时期,研究区为台地局限浅海相的硅质、泥质台盆地沉积。晚二叠世早期(龙潭期)为潮坪—泻湖沉积环境,沉积了一套碎屑岩与碳酸盐岩互层地层;晚期为开阔台地沉积环境,沉积了长兴组开阔台地相碳酸盐岩,形成规模巨大的台缘礁滩相组合。长兴末期因发生大规模海退,早期生物礁或浅滩等高地貌区暴露,沉积巨厚的白云岩。因此,长兴期台地边缘形成的礁滩及白云岩组合储层,是二叠系油气储集的有利相带。早三叠世飞仙关组沉积初期,继承了长兴组中、晚期海侵,而其本身又经历了海侵—海退的完整旋回,主要沉积相类型包括滨外海盆相、开阔台地相、粒屑滩相和深水缓坡相。川东北地区以浅海开阔台地相沉积为主,局部为台盆相。飞一—飞三段,台地相区逐渐扩大,发育粒屑滩、鲕粒滩,飞三段是滩体主要发育时期,鲕粒滩发育受潮汐作用控制,呈席状展布。2生物礁滩相系中的粒岩储层普光气田长兴—飞仙关组储层沉积微相及微观地质特征研究表明,该层段主要发育于开阔台地相、台地边缘礁滩相、台地蒸发岩相等3种沉积相,泥岩微相、石膏微相、泥晶灰岩微相、砂屑颗粒灰岩微相、泥晶白云岩微相、鲕粒颗粒白云岩微相、含砾鲕粒颗粒白云岩微相、砂屑颗粒白云岩及泥晶鲕粒白云岩微相等9种沉积微相,其中台地边缘礁滩相暴露浅滩亚相鲕粒白云岩微相为该区最有利的储层微相,优质储层的发育受该沉积微相带的严格控制(图2)。长兴组生物礁滩是川东北地区的一个重要储层,具有产能较高、稳产期长、规模成藏的特点。该储层往往发育于台地向盆地过渡的台地边缘相带,是二叠系长兴组特有的储集岩类型。礁体岩性为生物灰岩、生物碎屑灰岩、生屑粉—细晶白云岩等。储层孔隙度较高,但不同岩类的孔隙度、渗透率仍有所差别,如白云岩、灰质白云岩、云质灰岩、灰岩平均孔隙度分别为6.3%,4.3%,2.2%,1.68%左右,渗透率分别为29.1×10-3,22.6×10-3,15.1×10-3,9.1×10-3μm2左右,由此反映出白云岩的储集性好于灰岩。主要的储集空间为晶间、粒内、粒间溶孔、铸模孔、溶洞等,是溶蚀和白云岩化2种成岩作用的产物。飞仙关组鲕粒灰岩储层与长兴组生物礁类似,也主要发育于台地边缘隆起的高地地带。岩性为鲕粒灰岩、砂砾屑灰岩、亮晶灰岩和白云化鲕粒灰岩。储层基质孔隙度平均6%左右,残余鲕粒白云岩储集性最好,平均孔隙度可达10%左右,渗透率(0.65～4.23)×10-3μm2;储层储集空间主要为粒内、粒间、晶溶孔、溶蚀缝,是后生成岩作用的产物。储层段厚80～130m,有效厚度可达10～50m。3气圈闭演化史及气藏特征通过对普光气藏烃源岩埋藏热演化史、储层孔隙演化史、油气圈闭演化史的分析及对普光1井、2井岩心资料的分析,普光飞仙关—长兴组气藏为一由早期古油藏深埋热裂解形成的构造—岩性复合孔隙型气藏,具有中温、常压、高含硫的特征。3.1成熟期有机质和裂解气普光气田长兴组—飞仙关组气藏气源对比表明,源主要来自中下寒武统、下二叠统、上二叠统烃源岩。从成烃演化看(图3),下二叠统烃源岩有机质在印支晚期开始成熟,燕山早期进入生油高峰期,燕山中期进入高成熟期,为生气高峰期,燕山晚期进入过成熟期。现今Ro为2.5%～3.3%,已进入过成熟中、晚期。早期生成的液态烃已全部热裂解为天然气。由此可见,燕山早期、中晚期(即晚侏罗世—白垩纪)是川东北地区主要烃源层的油气大量生成期,即油气初次运移和二次运移期,该时期晚于局部构造形成期(印支期)、早于局部构造定形期(喜马拉雅期)。3.2层间溶蚀孔隙古油藏的形成时代岩性圈闭的形成过程主要与储层孔隙演化相关,普光气田飞仙关组鲕滩气藏储层孔隙发育过程可以划分为4个阶段,即原生粒间孔阶段、白云石晶间孔阶段、前期埋藏溶解孔阶段和后期埋藏溶解孔阶段。1)原生粒间孔阶段主要表现为鲕粒岩中的原生粒间孔全为方解石胶结物所充填,此时尚未发生烃类运聚。2)到了白云石晶间孔阶段,白云岩储层中的大量多面体晶间孔都因白云石晶粒的逐渐生长而缩小至消失,只有少量残存的四面体孔内见到沥青充填,这说明储层晶间孔发育时期仍未发生液烃聚集。3)但到了前期埋藏溶解孔阶段,主要表现为晶粒溶孔、粒间溶孔、溶缝等,孔径一般较小,但也有一些较大的超大溶孔和鲕内模孔,最重要的是这些孔隙中常见到全充填、半充填及微充填的沥青,表明这些孔隙发育时期发生过液烃聚集,而成为古油藏。在开江地区的渡口河鲕滩气藏、铁山坡鲕滩气藏和铁山鲕滩气藏的储层前期埋藏溶解孔中都不同程度地见到焦沥青,推测可能是古油藏的残留物。4)后期埋藏溶解孔洞阶段古油藏深埋热解破坏后,在储层内被沥青充填后剩余的孔隙系统的基础上发育了后期埋藏溶解孔洞。后期埋藏溶解孔多明显较前期的大,可能扩大前期的孔隙、裂缝并切割前期的孔渗系统,其内没有充填沥青或包含有原前期溶孔内的沥青,有时甚至有在储层孔隙系统内经过短距离移动或搬运过的沥青。后期埋藏溶蚀孔是现今鲕滩气藏储层中的主要储集孔隙,说明其形成时期与区内气态烃成藏期一致,与之相关的圈闭是形成气藏的有效圈闭。从时间上看,以前期埋藏溶蚀孔为主的圈闭存在于早侏罗世晚期—中侏罗世;以后期埋藏溶蚀孔为主的圈闭始于晚侏罗世并一直保存下来,燕山运动和喜马拉雅运动对它们进行改造以致发生破坏,那些非含气层的储层中的孔隙会因此被晚期的方解石或其它矿物充填。3.3油气藏成岩与开江的地质背景从飞仙关组鲕滩气藏的储层孔隙发展过程及其与层内烃类运聚演化的关系来看,在鲕滩油气藏发展过程中,印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动都应该对圈闭形成及油气藏的过程有影响,特别是那些与构造有密切关系的圈闭中的油气藏。川东北部渡口河—黄金口一带,地震勘探与成图已证实构造复杂、断层发育,在马头寨—老鹰岩一带因靠近大巴山前,以NEE向为主,构造圈闭呈紧闭状排列,向南逐渐宽缓;在罗家寨一带发育NE向正向断层和紧闭褶皱,两者之间的“三角”带的五宝场构造,由于受2个方向的挤压作用,构造形态呈椭圆形,构造圈闭形态宽缓。在中三叠世末早印支运动早期,开江隆起逐渐形成,并在燕山期、喜马拉雅期继承性发育,从而控制了构造演化,形成有利油气运聚带。从预测的鲕滩分布看,鲕滩分布面积往往超过构造圈闭范围,两者构成岩性—构造复合型圈闭。钻探己证实,普光鲕滩气藏除受构造控制外,还受岩性控制,表现出复合型气藏特征。3.4早期油气藏成藏模式油气演化埋藏史、热史及包裹体资料分析反映,普光气藏的形成经过多次调整与转化,也经历了圈闭变位与调整,主要表现在现今普光—东岳寨构造从NE向SW方向,飞仙关组构造高点逐渐升高,但在构造高部位的川岳83、川岳84井的钻探结果反映该带存在相变带,鲕滩欠发育,在沉积环境上明显处于低部位(受峨嵋裂陷活动影响),而在现今构造翼部的普光2井、1井鲕滩明显发育,表明沉积时存在NE高、SW低的古地貌。此外东岳寨、普光构造钻井资料揭示,现今普光气藏储层——长兴组—飞仙关组鲕滩发育多期次的成岩改造作用,在孔隙及裂缝中充填沥青,而在东岳寨构造却明显不发育,以裂缝发育为主,除受岩相、岩性控制外,进一步反映该构造早期油气成藏过程处于低部位,充满度低,因此,在深埋过程中油气转化残留少,储层沥青不发育。由此可见,早期东岳寨—普光构造带存在NE高、SW低的构造,并在三叠纪末随古生界(包括下古生界)的埋深而进入生烃阶段,大量烃类(以油为主)向高部位运聚,形成以普光—铁山坡为高点的油藏。燕山—喜马拉雅早期,随着周边褶皱冲断带向盆地内推进,前陆盆地逐渐沉降、地层深埋,先期存在的油藏受热而发生热裂解,形成大量裂解气,在上覆巨厚膏盐层的封盖下,这些天然气被压溶于地层水中。喜马拉雅晚期(新近纪),这一地区进一步卷入构造隆升,构造发生调整,地层遭受剥蚀,随构造变形改造与卸压,地层中的溶解气大量析出,重新定位于现今的构造部位,形成构造—岩性复合型气藏。4储存过程根据普光气田长兴组—飞仙关组气藏成藏模式探讨,川东北地区长兴组—飞仙关组气藏的成藏过程可以划分为3个阶段。4.1盆地内粒岩发生早期溶解该阶段出现在燕山早期。此时盆地内烃源岩完成从未成熟到成熟的转变,进入液态窗。燕山运动早期除在盆地边部形成狭长的背斜外,在盆地内部形成宽缓背斜。液烃成熟过程中排出的富有机酸流体在有利位置的鲕粒岩内发生溶解作用形成前期埋藏溶解孔,使部分鲕粒岩成为孔隙性储层。这些储层与背斜构造配套形成地层—构造复合圈闭,液烃运移至圈闭中形成油藏。4.2早期气藏成岩该阶段发生在燕山中、晚期。持续的沉降、深埋过程使烃源岩进入气态窗,同时使前期形成的油藏因高温裂解转变为气藏并在储层孔隙中留下焦沥青。地层水中CO2含量增高,在储层中发生溶解作用形成晚期埋藏溶解孔,改变储层分布状况的同时也改变了复合圈闭形态。随燕山运动的加强,背斜构造变得狭长。原油裂解气和干酪根热解气共同聚集形成早期气藏,对古油藏有继承性。此外,由于埋深增大、地温增高,在有沉积硫酸盐参与的情况下发生高温硫酸盐热还原作用(TSR),产生H2S和CO2,使气藏含硫量和CO2含量增高。4.3构造圈闭形态的改变强烈的喜山运动对燕山期形成的气藏有明显的改造。抬升、剥蚀作用使气藏埋深变浅、温度降低,终止或减缓了气藏中的硫酸盐热还原作用。对燕山期构造的改造以及喜山期不同期次、不同方向构造的叠加、复合,使气藏圈闭形态改变、高点迁移,从而造成气藏的调整、改造,最终定型为现今的气藏。如通南巴地区,受印支中晚期水平挤压,呈现鼻状隆起。燕山中晚期,形成低缓褶皱背斜,此时S—T海相烃源岩都已进入高成熟—过成熟的大量生气阶段,伴随褶皱隆升,下部及邻近的天然气通过断裂、裂缝、不整合面及输导层向隆起高部位运移聚集;喜山早、中期,褶皱定型、圈闭形成的同时,在构造轴部伴生大量构造裂缝,极大地改善了储层的孔、渗性能,致使天然气再次向构造高点运移富集;喜山晚期运动对早期气藏进行改造,油气再次分配聚集形成现今的面貌。5有利储集空间1)川东北地区具有有利储集岩发育的广阔浅海环境和碳酸盐岩台地沉积相带。中下寒武统、下二叠统、上二叠统暗色泥质灰岩、页岩成为主力烃源岩,经历了成