克拉苏构造带克深区带超高压大气田成藏过程与特征

2013-09-03冯松宝张志军

合肥工业大学学报（自然科学版） 2013年10期

冯松宝，张志军

（1.宿州学院地球科学与工程学院，安徽宿州 234000；2.武警黄金第六支队，河南三门峡 472000）

库车坳陷克拉苏构造带克深区带发育大北1和克深2等超高压大气田。长期以来对克拉苏构造带克拉区带的研究较多，特别是对克拉2超高压大气田的研究较多。文献［1］通过对克拉2、克拉1构造油气聚集过程的分析，提出了晚期快速生烃和超压流体排放通道以及油气快速汇聚输导体系是天然气晚期快速成藏的2个非常重要的条件；文献［2］通过研究指出在优质盖层的保护下，地层增容产生的构造抽吸作用是克拉2型高效气藏形成的一种重要途径；文献［3］通过对储层发育的研究指出构造应力在克拉2超高压大气田形成过程中起了很大的作用；文献［4］指出克拉2超高压大气田优质储层的形成主要与砂岩储层早期长时间浅埋、晚期短时间快速深埋，异常高压对压实作用的抑制以及晚期溶蚀作用对孔隙一定程度的改造扩大有关。但是由于地质条件复杂多样以及勘探程度有限，针对克拉苏构造带克深区带的研究较少。基于此，本文在解剖克拉苏构造带克深区带克深2和大北1典型超高压大气田的基础上，分析了克深区带超高压大气田的成藏过程，研究了成藏特征。

1 研究区地质概况

克拉苏构造带形成于喜马拉雅晚期，是库车坳陷逆冲构造体系的主体［5］，位于库车坳陷北部，是南天山山前第2排构造带，南北约20km，东西约160km，介于拜城凹陷与北部单斜带之间，如图1所示。

图1 克拉苏构造带位置及构造单元划分

综合考虑区域构造变形的差异性将克拉苏构造带进一步划分为克拉苏背斜区带和克深区带（深部区带）［6］。克深区带是克拉苏构造带的一个次级构造单元，北以克拉苏断裂为边界，南以拜城断裂为边界，整体呈北东东向展布。目前在克深区带已经发现大北1气田、克深2和克深5等气藏，该带气藏主要受逆冲叠瓦断块控制，叠瓦断块被断裂切割极为复杂，断块上、下盘相互依存、密不可分，与克拉区带相比，气藏埋深大，巨厚膏盐岩盖层有利于油气聚集与保存。

2 大北1超高压大气田分析

2.1 气田地质特征

大北1气田位于克拉苏构造带克深区带大北－克深5段。喜马拉雅期，强烈的构造运动，产生由南向北的构造应力场，构造应力值最大达到130～150MPa［7］，储层压力系数达1.72，发育多条逆冲断层。逆冲断层平面上的展布以近北东东向为主，展布方向与克拉苏背斜区带的基本相同。这些逆冲断层向上断开白垩系和古近系下统，在古近系库姆格列木群的膏泥岩中消失，向下在侏罗系地层中消失。目前已经发现8个构造，现已钻探6个，圈闭面积达到292km2，总的储量规模达到1 960×108m3，所钻的6口井均获工业气流［8］。大北1大气田是由多个断背斜、断块叠置而成，具有“多层楼”的特点。

2.2 成藏要素特征

大北1大气田主要的源岩为侏罗系和三叠系发育的煤系源岩和湖相源岩，构造位置上比克拉2气田更靠近拜城凹陷和阳霞凹陷。

大北1大气田的天然气主要储集在白垩系巴什基奇克组（K1bs）中，有效储层埋深下限大概在8 200m［9］，岩性主要以岩屑砂岩为主，夹少量长石岩屑砂岩，其粒度以细－中粒为主。主要的孔隙组合为溶蚀孔－残余原生粒间孔，占储集空间总量的50%～90%，其次为微孔隙和构造缝。大北地区发育2～3期裂缝，多为高角度缝－高角度斜交缝、网状缝，其次为平行缝，以中缝、微细缝为主，半充填－未充填，充填物多为泥质、石膏、方解石及白云石。大北1大气田白垩系巴什基奇克组砂岩储层总体属于特低孔特低渗储层，非均质性强。岩芯孔隙度主要分布在2.0%～7.0%之间，渗透率主要分布在（0.01～0.10）×10－3μm2之间；测井孔隙度主要分布在3.5%～9.0%之间，渗透率一般小于0.10×10－3μm2。

大北1大气田白垩系巴什基奇克组储层压汞资料相对较少，根据文献［10］的测试结果，储层排驱压力值主要分布在1.379～11.807MPa之间，平均值为4.200MPa，仅个别点的排替压力较小，如大北102井的K1bs3层位深度为5 792.54m的排替压力为0.037MPa。最大孔喉半径主要分布在0.064～20.500μm，平均最大孔喉半径分布为0.065～1.520μm之间。通过以上分析可知大北1大气田白垩系巴什基奇克组储层具有排驱压力较高、孔喉较细的特点。大北1大气田盖层主要分布在古近系的库姆格列木群中。库姆格列木群盖层主要分为泥岩段、膏盐岩段、上膏泥岩段、白云岩段和下膏泥岩段5个岩性段，盖层厚度一般在1 000m左右，大北102井盖层厚度较小，厚度为529m。库姆格列木群盖层排替压力分布在5.937～14.029MPa之间，大北201井排替压力最大。大北大气田构造纲要图如图2所示［11］。

2.3 气田流体特征

大北1大气田天然气组成以烃类气体为主，非烃含量很低，φ（CO2）为0～1.55%，φ（N2）为0.88%～3.82%；烃类气体以甲烷为主，φ（CH4）为 91.44% ～96.70%，φ（C2H6）为 1.26% ～4.39%，φ（C3H8）为0.030%～0.501%，几乎不含大于丙烷的烃类组分。大北1气田天然气干燥系数大，全部大于95%，组分明显偏干；最小的为大北1井，干燥系数为96%；最大的为大北3，干燥系数为98.6%。大北1大气田的C1为－3.41% ～－4.07%，C2为－2.67% ～－2.81%C3为－1.92%～－2.18%，为正常系列烷烃气碳同位素组成，即C1＜C2＜C3，是典型热成因作用下腐殖型源岩形成的天然气，为有机成因气特征。大北1大气田的地层水类型为CaCl2型，总矿化度为180g／L，钠氯比系数为0.67，脱硫系数为0.45。

2.4 成藏作用

（1）构造演化及圈闭形成。大北气田构造演化示意如图3所示［12］。大北区块自燕山晚期开始构造活动，定型于喜山末期，期间经历了以下3个主要活动阶段：① 白垩系沉积前，构造活动较弱，该区沉积没有受到构造运动影响，沉积分布稳定，且厚度较大；白垩纪晚期构造开始较强烈活动，但构造起伏不大，有部分断裂开始发育。② 古新世以来，整个库车坳陷均进入相对稳定时期；除南天山山前在吉迪克组沉积期有活动外，坳陷主体基本没有发生较大规模的构造运动；该区古近系沉积了一套巨厚的库姆格列木群、苏维依组和吉迪克组厚泥夹砂的陆相地层。③ 中新世康村组沉积的中晚期，南天山造山活动开始加剧，一直持续到第四系沉积结束，该时期的强烈活动不仅是大北区块构造的定型时期，也是库车坳陷主要构造活动时期；穿盐断裂形成于康村期，盐下断裂形成于库车期。

（2）运移充注。白垩系和古近系储集层中的天然气来源于中下侏罗统和中上三叠统。文献［13］对白垩系储层中高岭石的研究以及文献［14］的物理实验结果都表明，沟通储集层和源岩层的盐下断裂是大北1超高压大气田的优势运移通道。在这些盐下断裂的沟通下，形成了下生上储的配置。根据文献［15］对断层封闭史的恢复，盐下断裂形成于库车期，第四纪活动最强。断裂在活动时开启，静止时期封闭。结合源岩的生烃演化研究，库车期烃源岩快速埋藏，熟化率增加，侏罗系烃源岩大量生气，在剩余流体压力差的作用下，快速充注成藏。实例研究表明，在超压盆地中，且以垂向运移为主的盆地中，剩余压力差是最主要的运移动力（成藏动力）［16］。断裂输导效率的研究也表明，大北1井周围是断裂输导系数的高值区［17］。

（3）成藏时间。天然气组分偏干，组分碳同位素偏重，具有晚期成藏的特征。库车期和西域期是断裂的主要活动期，在断裂活动期形成了断背斜、背斜等圈闭，表明大量的天然气充注是在库车期以后才发生。本次研究在观察了大北1大气田4口井古近系和白垩系储层样品镜下特征的基础上，测试了与含烃包裹体同期的盐水包裹体的均一温度，测试结果表明，均一温度主频区分布在110～140℃之间，结合大北地区的埋藏史和热史，分析得出大北1大气田天然气藏形成时间大约发生在距今3Ma。

图3 大北气田构造演化示意图

3 克深2超高压大气田分析

3.1 气田地质特征

克深2大气田位于克拉苏构造带克深区带克深1－克深2段，北边邻近克拉2构造，距克拉2井15km，完钻井深达6 780m，构造埋深6 500m。克深2构造背斜圈闭面积为49.2km2，含气面积64.2km2，探明储量达1 290.39×108m3。克深2大气田的圈闭类型以背斜和断背斜为主，气藏以边水气藏为主，如图4所示。克深2大气田实测地层温度为167℃，地温梯度约为每100m2.19℃，属于正常的温度系统。地层实测压力为112.92MPa，压力系数达1.73，属于典型超高压气藏，气藏天然气相对密度为0.57。

图4 克深2大气田东西方向构造剖面图

3.2 成藏要素特征

克深2大气田白垩系巴什基奇克组是主要产气层。储层测井解释井段6 510.5～6 769.0m有如下特征：总有效厚度126.3m，古近系白云岩段为6 510.5～6 516.5m（有效厚度5.2m），净毛比86.7%，平均孔隙度5.9%。白垩系巴什基奇克组砂岩段为6 571.5～6 769.0m，有效厚度121.1m，净毛比59.2%，平均孔隙度6.6%。总体而言，厚度大，净毛比高，未见明显水层。

白垩系巴什基奇克组岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，与克拉2气田相比，填隙物含量较低，成分成熟度较高。克深2井孔隙度主要分布在3.5%～9.0%之间，平均孔隙度为6.1%，略好于大北1气田（平均为5.6%），渗透率主要分布在（0.1～1.0）×10－3μm2之间，属低孔低渗—特低孔特低渗储层。储层空间类型以孔隙和裂缝为主，裂缝主要是断裂形成过程中伴生的。白垩系巴什基奇克组沉积相横向稳定、砂体连续性较好，泥岩薄层且不连续。

盖层主要是古近系库姆格列木群膏泥岩盖层，盖层厚度达1 000m，排替压力在4～6MPa左右，盖层的剩余压力近25MPa，具有很好的超压封闭能力。

3.3 气田流体特征

克深2超高压大气田以烃类气体为主，非烃气体含量低。φ（CH4）为 97.45%，φ（N2）为1.14%，φ（CO2）为0.806%，干燥系数达0.99，为典型的干气藏。甲烷碳同位素值为－2.83%，乙烷碳同位素值为－1.77%，丙烷碳同位素值为－1.57%，属于正碳同位素系列，典型的高－过成熟煤成气特征。天然气成熟度（Ro）达到2.93%。克深2大气田的地层水类型为CaCl2型，总矿化度为150g／L，钠氯比系数为0.78，脱硫系数为1.2。

3.4 成藏作用

（1）构造演化及圈闭形成。克深2构造演化剖面如图5所示［18］。库车组沉积前，克深2构造的北部出现了逆冲断裂，但逆冲作用不大。库车组沉积时期（距今5.3Ma），盐下断裂形成，此时北部的克拉2断背斜初具规模，但是克深2出现了逆冲断层。库车组沉积末（距今2.3Ma），克深2构造形成，背斜圈闭形成。

（2）运移充注。库车期构造运动形成的盐下断裂是天然气运移的高效输导体系，天然气在强大的剩余压力差作用下，快速充注成藏。需要特别说明的是天然气快速充注成藏之前，无早期油充注，所以克深2大气田为晚期一次充注。

（3）成藏时间。从圈闭形成时间分析，克深2大气田的成藏时间晚于大北1大气田，大约在距今2.3Ma形成。

图5 克深2构造演化剖面

4 克深区带气田的成藏过程与特征

克深区带盐下断裂形成于上新世库车期（距今大约5.0Ma），库车期到西域期（距今5.0～1.2Ma）是断裂主要活动期，断裂活动期断裂开启，断裂成为天然气垂向运移的有效通道。由于库车期强烈的构造运动，源岩快速埋藏，成熟度加快，熟化率达到每 Ma 0.539%［1］，烃源岩快速生烃。由于烃源岩的快速生烃和构造挤压作用，源储间剩余压力差增大，剩余压力差成为天然气运移的动力，天然气在剩余压力差的作用下，沿着盐下断裂输导体系向上运移至圈闭中，在超高压的盖层封闭条件下快速成藏。在西域期末，随着充注活动的进行，源储之间的剩余压力差逐渐减小，断裂活动也趋于静止，断裂封闭。

克拉苏构造带克深区带由于构造条件的不同有其自身的成藏特征，主要表现在以下2个方面：

（1）具有晚期一次成藏特征。克深区带天然气组分以甲烷为主，干燥系数在96%以上，组分偏干，甲烷碳同位素值分布在－2.83%～－4.07%之间，烷烃气具有正碳同位素系列特征。本研究区源岩干酪根为Ⅲ型，Ⅲ型干酪根随着成熟度的增加，生成的天然气的甲烷碳同位素变重。烷烃气呈正碳同位素系列表明可能没有2期以上气体的混入。大北1大气田在早期的宽缓背斜中有少量的油气充注，目前形成的克深2和大北1等大气田是晚期一次成藏的。

（2）具有快速高效的特征。储层属于特低孔特低渗储层，但是输导体系发育，输导效率高。剩余压力差为天然气运移的主要动力，在较大的源储剩余压力差下，相对较短的时间里成藏。克深区带天然气成藏发生在3Ma以来。