川东北地区嘉二气藏古流体势演化研究

赵莉萍，李 斌，郭 正，李 凯

（西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500）

川东北地区从晚三叠世以来先后经历了印支运动、燕山运动以及喜山运动等三次大的构造运动，对川东北地区的构造形变影响最为明显的是晚燕山期和喜山期二次构造运动［1-3］。通过天然气组分、储层沥青与二叠系烃源岩生标对比，嘉陵江组气藏的气源较为复杂，以外源为主，为二叠系煤型气和二叠系油型气的混合［4-5］。三叠纪末期，二叠系烃源岩进入生油门限，开始生排烃。燕山运动早期，二叠系烃源岩进入大量生油阶段，形成嘉陵江组古油藏。至燕山中晚期液态烃发生热裂解，形成燕山期古气藏。现今气藏为喜马拉雅造山运动使嘉陵江组气藏再调整的结果。嘉陵江组气藏具有薄储层、低孔渗、多产层、多气藏类型特征，气藏分布复杂，油气富集规律有待深化。因此，在相当长时期内，该区嘉陵江组勘探成效较差。此次研究运用含油气系统模拟软件PetroMod开展流体势研究，探讨燕山运动早-中期、喜山运动晚期流体在嘉陵江组二段储层中的分布规律，为嘉二气藏油气富集规律研究提供地质依据。

1 地质模型的建立方法

M.K.Hubbert定义流体势，系指单位质量的流体所具有机械能总和［6］。England提出的流体势概念，考虑了两相界面引起的界面势能，即毛管势［7］。综合Hubbert和England的流体势概念，可以把地下流体势定义为：相对于基准面（地表面、表测压力值为零）单位体积流体所具有的总势能［8-9］。

本次模拟层系从下到上包括三叠纪-第四系的所有地层；模拟地层年代采用国际标准地层年龄，更次级的组、段年代采用内插的方法获取；地层顶底埋深参考钻井分层数据，未钻遇的地层从地震上读取埋深数据；地层剥蚀量和剥蚀时间主要是参考前人的研究成果；地质模型中的地层岩性设置主要依据钻井的综合录井资料，通过单井砂岩、粉砂岩、泥岩以及碳酸盐岩的纯岩性统计，由IES软件的岩性混合器（Create Mix）模块生成混合岩性［9］。

2 流体势参数的建立

2.1 古埋深恢复

本文利用波动分析方法进行了地层沉积厚度和剥蚀厚度恢复。波动分析法是利用露头、钻井、录井、年代地层格架、地震等资料，建立描述盆地或研究目标沉积与剥蚀过程的波动方程，从而恢复无沉积记录时间段的沉积-剥蚀过程［10-11］。研究区具有独特的地质构造背景，受叠合盆地多期构造旋回的控制，自三叠纪到第四系，研究区主要发育3期沉积间断面，即：中三叠统雷口坡组顶部剥蚀面，形成于早印支期；上三叠统须家河组顶部剥蚀面，形成于晚印支期；侏罗系顶部剥蚀面，形成时期为晚燕山期至今。研究结果显示（图1），侏罗统顶部剥蚀面形成时期为晚燕山期至今，剥蚀厚度700～2 300 m；上三叠统须家河组顶部剥蚀面形成于晚印支期，剥蚀厚度80～150 m；中三叠统雷口坡组顶部剥蚀面形成于早印支期，剥蚀厚度240～450 m。

图1 雷4井古埋藏史演化

2.2 古地层压力恢复

利用Petromod盆地模拟软件对川东北地区的压力场进行了模拟。在盆地演化过程中，由于上覆岩层的增加，地层的孔隙度和厚度就减少，地层厚度的变化主要通过孔隙流体体积及孔隙度的变化来实现。一般情况下，埋深越大，孔隙度越小；时代越老，孔隙度也越小。

根据古地层压力恢复可知（图2），燕山早中期地层压力平均值为27.64 MPa，各区域地层压力稳定分布，其中雷音铺、龙会场及铁山构造地层压力相对较高。到燕山晚期，受构造等因素影响，嘉二地层压力升高，压力平均值达48.53 MPa，渡口河、黄龙场、罗家寨、亭子铺等构造为相对高压分布区，龙会场、铁山、铁山坡、温泉场构造则成为相对低压区。现今地层压力区域分布压差较大，雷音铺、铁山、温泉场、七里峡构造为低压区。

图2 龙会2井古地层压力拟合

3 流体势展布

根据流体力学原理，流体在地下运移的过程应遵循高势区向低势区运移，同时在具有成藏条件的低势区聚集成藏，其中流体势的等值线则控制着流体的运移、聚集。

3.1 流体势演化特征

早中侏罗时期，区域构造受盆地边缘造山带控制，呈现四周向盆地挤压的状态，嘉二段地层压力平均值为27.64 MPa，平均埋深在2 562 m，流体势主要分布在55～85 kJ／kg，平均流体势值为71.776 kJ／kg；至晚侏罗时期，受周缘山系进一步的挤压，川东北构造进一步褶皱，嘉二气藏埋深增加，平均埋深值达到4 651 m，地层压力也随之升高，平均值达48.53 MPa，流体势主要分布在110～155 kJ／kg，平均流体势值为129.546 kJ／kg。随着川东北构造于喜山晚期定型，现今嘉二气藏平均埋深2 385 m，低于早中侏罗时期平均埋深，但地层压力和流体势平均值均高于早中侏罗时期，分别为32.96 MPa和89.114 kJ／kg，流体主要分布在30～130 kJ／kg。如图3、图4可见，流体势主要受压力控制，古流体势演化具有一定的继承性。

图3 川东北嘉二气藏地层压力分布直方图

图4 川东北嘉二气藏流体势分布直方图

3.2 流体势平面展布

早中侏罗时期，二叠系烃源岩开始生排烃，流体势呈现北西向南东递减，油气的运移方向由北西向南东方向。渡口河、黄龙场、罗家寨、亭子铺、铁山坡处于相对低势区（图5）。

图5 川东北地区嘉二气藏中侏罗世流体势分布

至晚侏罗世期，烃源岩进入排烃高峰，嘉二气藏也随之进行了再充注和调整。油气向北西和南东方向运移进行大规模运移，在北西和南东方向出现低势区，同早中侏罗时期一样，铁山坡构造仍为低势区，黄龙场、温泉场一带形成闭合低势带，此低流体势带从黄龙场起向南东方向敞开（图6）。该时期流体势受构造作用的影响强烈，天然气被印支运动早期形成的北东-南西向圈闭捕获。

图6 川东北地区嘉二气藏晚侏罗世流体势分布

由于构造变形强度减弱，以及随后喜马拉雅期的构造隆升，嘉二气藏进行了再调整。油气主要向北东方向运移，被大巴山前陆盆地有利构造圈闭捕获。现今区域流体势差值变化较大，随着构造定型，喜山运动后流体能量已经大致达到平衡，流体势格局基本稳定（图7）。温泉场、铁山坡、雷音辅、七里峡构造区形成了幅度可观的闭合低流体势区。流体势低值区特别是闭合的低值区，成为良好的油气聚集部位。

图7 川东北地区嘉二气藏现今流体分布

从早中侏罗时期到晚侏罗时期，流体变化较大，区域势差由14 kJ／kg上升到71 kJ／kg，气相流动能力大幅度增加，由早中侏罗时期的局部性运移作用发展到区域性运移。晚侏罗时期至今，渡口河、黄龙场、雷音铺、罗家寨、铁山、铁山坡、温泉场构造流体势值均有所下降，区域势梯度明显上升，可达到122 kJ／kg，雷音铺、温泉场等构造带呈现闭合低值区，十分有利于油气运集（图8）。

4 油气运聚规律

川东北流体势展布规律表明，三叠纪末期，印支运动使四川盆地普遍抬升遭受剥蚀，二叠系烃源岩开始生排烃，偏腐泥的腐殖型龙潭组“煤系烃源岩”也会生成一定量的石油。燕山运动早期，二叠系烃源岩均进入大量生油阶段，并经断层向上跨层运移至开江古隆起中，形成嘉陵江组古油藏。中-晚期的燕山运动使盆地东北部发生强烈活动，形成了一些局部构造和断裂通道。随后，盆地下陷接受沉积，二叠系烃源层和先期古油藏的液态烃发生热裂解，生成的高压油裂解气便沿着断层和裂缝向高部位和上覆层段继续运移聚集，形成燕山期古气藏。受喜马拉雅造山运动作用，无论是圈闭还是断层裂缝系统，均发生了不同程度的改变，使嘉陵江组气藏也随之进行了再调整。

图8 不同时期主要构造流体势直方图

七里峡构造在三个时期流体势均较低，温泉场构造、雷音铺构造在晚侏罗时期之后始终处于相对低势区，黄龙场构造、罗家寨构造、亭子铺构造、铁山构造在早中侏罗时期流体势较低，受压力和埋深影响到晚侏罗时期升高，现今流体势也普遍降低。实际勘探开发资料显示，研究区嘉陵江组在铁山、雷音铺构造获天然气探明储量16.65×108m3，其中铁山气田获天然气探明储量15.58×108m3，探明可采储量7.79×108m3。此外，黄龙场构造黄龙8井在嘉二测试产气为0.15×104m3／d，黄龙004-X4井测试产量13.36×104m3／d，雷音铺构造雷3井裸眼测试获气50.91×104m3／d，川17井嘉二测试获气32×104m3／d，温泉场构造温泉4井嘉二用经验公式换算气产量为90×104m3／d，温泉12井嘉二测试获气10.02×104m3／d，可见，现已发现的嘉二油气富集区主要分布在雷音铺构造、七里峡构造、铁山构造、黄龙场构造、温泉场构造。综合认为，嘉二气藏流体势研究符合生产开发实际，对于川东北嘉二气藏主要形成于构造圈闭中，并以断层-背斜型构造圈闭为主，其受流体势影响大，已发现的气藏都处于相应的低势区，温西-正坝、亭子铺-雷音铺-铁山等继承性的流体势低值区是油气富集的有利指示区。

5 结论

（1）早中侏罗世时期，流体势主要分布在55～85 kJ／kg，平均流体势值为71.776 kJ／kg；至晚侏罗世时期，流体势普遍提高，主要分布在110～155 kJ／kg，平均流体势值为129.546 kJ／kg，主要原因是构造抬升使嘉二气藏埋深增加，地层压力升高；现今流体势主要分布在30～130 kJ／kg，平均流体势值为89.114 kJ／kg。

（2）嘉二气藏古流体势分布主要受压力控制，古流体势演化具有一定的继承性。天然气流动以压力为动力。

（3）嘉二气藏受流体势影响较大，继承性的流体势低值区是油气富集的有利指示区。从古流体势场与现今油气藏分布特征来看，气藏多分布在相对低的流体势区。综合评价认为温西-正坝、亭子铺-雷音铺-铁山区块是川东北地区嘉陵江组天然气勘探有利区带。

［1］ 李爱国，易海永，刘超，等.川东北地区嘉陵江组嘉二段储层特征研究［J］.天然气勘探与开发，2008，31（3）：10-14.

［2］ 舒姚，胡明.川东北地区构造特征及变形期次探讨［J］.复杂油气藏，2010，3（2）：21-24.

［3］ 胡明，邓绍强，陈蓉，等.川东北地区构造应力场及与油气运移关系研究［J］.特种油气藏，2008，15（3）：18-23.

［4］ 秦建中，孟庆强，付小川，等.川东北地区海相碳酸盐岩三期成烃成藏过程［J］.石油勘探与开发，2008，35（5）：41-49.

［5］ 徐言岗，贺自爱，曾凡刚.川东北天然气成藏特征［J］.石油与天然气地质，2004，26（3）：39-43.

［6］ Hubbert M K，Entrapment of petroleum under hydrodynamie conditions［J］.AAPG Bulletin，1953，37（8）：1954-2026.

［7］ England W A，Mackenzie A S，Mann U，et al.The movement and entrapment of petroleum fluids in the subsurface［J］.J.Geol.Soc.Lond，1987，1（114）：327-347.

［8］ 刘四兵.川西坳陷中段上三叠统古流体势研究［D］.四川成都：成都理工大学硕士学位论文，2007：43-58.

［9］ 唐健程.东营凹陷沙三段古流体势恢复及油气运聚特征研究［D］.湖北武汉：中国地质大学硕士学位论文，2007：60-72.

［10］ 吕明久，姚亚明，赵增录，等.周口盆地谭庄-沈丘凹陷下白垩统剥蚀厚度恢复方法研究［J］.河南石油，1999，13（4）：5-7.

［11］ 李丽贤，李延，李国辉，等.塔里木盆地孔雀河地区地层剥蚀量恢复方法及应用探讨［J］.石油地质与工程，2011，25（3）：43-45.