四川盆地东部石炭系含气系统的形成与演化Ξ 黎颖英 林维澄(中国石油天然气集团总公司信息研究所,北京100011) (西南石油学院) 摘要 为了探讨四川盆地东部石炭系含气系统的形成与演化规律,研究了川东石炭系含气系统的早期聚集和二次成藏模式:第一次成藏从中三叠世末印支运动期—渐新世末喜山运动前,是以开江古隆起继承性发展为背景的烃类持续稳定向古隆起方向聚集和转化的过程,在喜山运动前形成了川东石炭系大面积的地层—构造复合型古气藏;第二次成藏始于渐新世末喜山运动早期,是以开江古隆起为背景的天然气在地层—构造复合圈闭、潜伏背斜圈闭及主体背斜圈闭中重新聚集成藏过程。
主题词 石炭系;含气系统;二次成藏;演化;四川盆地中图分类号 TE111.1文章编号 1000-2643(1999)01-35-38 文献标识码 A1 含气系统的展布与地质要素川东石炭系含气系统是四川盆地一个已知的重要的含油气系统,资源量占川东区的47.4%,其实质是以四川盆地成熟的下志留统泥页岩为烃源岩,以上石炭统黄龙组为储层,并受川东地区已形成的下志留统烃源岩控制,具有多种圈闭类型的气藏的总和,包括石炭系气藏形成时所必不可少的一切地质要素和作用。
含气系统现今气藏的主要特征为:圈闭类型多、气藏充满度大、天然气储量丰富、连片含气,主要大中型气田围绕开江古隆起呈环状分布。
1.1 含气系统的展布含气系统的空间展布以烃源岩展布为背景,严格受储集岩体和控边高陡背斜带(华蓥山、七跃山)的控制(图1),向北以石炭系剥蚀边界为北界与大巴山台缘断褶带相邻,向南以石炭系剥蚀边界为南界与川南低陡断褶带相邻,向西以华蓥山断裂为界,向东以七跃山及四川盆地东界与滇黔川鄂台褶带相邻,面积大约30000km2。
在此区域内构造属于川东高陡背斜褶皱区,以一系列北北东向为主体的高陡背斜带为特征,自西向东有华蓥山—铁山、七里峡、温泉井、明月峡—大天池、南门场、云安厂、大池干井等近平行的高陡背斜带呈雁列分布,背斜宽度5～7km,向斜宽度10～20km,呈隔挡式构造格局展布。
1.2 含油气系统的地质要素1.2.1 烃源岩川东石炭系含气系统的烃类主要来源于在川东地区广泛分布的下志留统龙马溪组灰黑色页岩。
烃源岩平均厚度203m。
有机C丰度0.2%～1.78%,生烃母质为腐泥型。
有机质演化程度很高,中三叠世进入成油高峰期,侏罗纪末演化成干气阶段,目前除华蓥山—大巴山前缘R0<3%外,川东大部分地区R0>3%,有机质演化已进入过成熟期。
根据干酪根热模拟法和有机C质量平衡计算生成的天然气量为328×1012m3,为石炭系的天然气富集和大、中型气田的形成提供了丰富的物质基础。
1.2.2 储集岩川东石炭系含气系统的储层是覆盖于志留系源岩之上的上石炭统黄龙组碳酸盐岩孔隙性储集层,残厚一般是20～40m,在达县洼陷、垫江洼陷、万县洼陷残厚较大,开江隆起带和邻水隆起带最薄。
储层的主要的岩性为白云岩和石灰岩。
储层孔隙以次生溶蚀孔隙为主,主要孔隙类型是粒间、粒内溶孔和晶间溶孔。
常规物性表明,川东石炭系Φ<19%,其中小于6%者占60%～70%,K值0.001×10-3～10×10-3μm2,小于0.01×10-3μm2者占70%以上,岩样的平面孔面积、孔喉半径相差悬殊,所以,石第21卷 第1期 西南石油学院学报 Vol.21 No.1 1999年 2月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Feb 1999Ξ1998—10—15收稿基金项目:“九五”国家重点科技攻关项目(96-110-01-01-09)黎颖英,女,1973年生,现从事煤气田地质勘探与科研管理工作炭系储层具有低孔、中—低渗、非均质强的特点,裂缝的存在对储渗性能的改善具有明显意义,石炭系储渗类型以裂缝—孔隙型为主。
图1 四川盆地东部石炭系含气系统示意图1.2.3 盖层与上覆岩层石炭系之上覆盖的是下二叠统梁山组铝土质泥页岩,一般厚度为10m ,可封闭气柱高度为133.6～255.3m ,远小于实际气藏高度,如卧龙河、五百梯石炭系气藏高度分别为1560m 、1341m 。
因此,间接盖层才是石炭系气藏封闭气柱高度大的主要原因。
根据计算,下二叠统栖霞组—下三叠统嘉陵江组段1千多米厚的碳酸盐岩、泥页岩和膏岩层段组合为含气系统的间接盖层。
含气系统中使烃源岩达到成熟时的上覆岩层是上石炭统—中三叠统海相碳酸盐岩地层,考虑到本系统以产干气为主,将上覆岩层上沿到使烃源岩大部份演化成干气阶段的上侏罗统。
2 石炭系含气系统的形成与演化根据构成含油气系统的各地质要素及作用形成与演化特征的综合分析,川东石炭系含气系统的形成与演化迄今为止已经历了4亿年的时间,其间有两次成藏过程。
2.1 川东含气系统的第一次成藏———烃类转化期在第一次成藏过程中,川东石炭系已具备大型油气藏形成的基本条件。
按照含油气系统各地质要素和作用的演化特征可将成藏过程分成三个阶段。
2.1.1 志留纪—二叠纪末本阶段志留系烃源岩未进入成烃高峰期。
由于烃源岩的沉积厚度大,在其沉积后不久,底面R 0值即达到0.6%,进入生油门限。
其中,梁平—开江东部地区烃源岩成熟早于西部地区,到晚二叠世前,烃源岩热演化缓慢,R 0值增长很少。
据1993年资源评价预测,志留纪时烃源岩以产生物气为主,生烃总量397.35×108t 。
储集岩石炭系沉积后由于云南运动的抬升作用,经风化剥蚀和淋滤等成岩作用,改善了储集性能,形成了多种类型的储集空间,具有良好的储渗条件。
此段时间之内,由于川东地区在云南运动和东吴运动强烈的升降作用影响下,在开江—梁平一带形成以剥蚀为主要特征的古隆起,隆起两侧分布着环带状的坳陷:万县坳陷,垫江坳陷及达县坳陷,构成石炭系一隆三坳的古构造格局。
从烃源岩初次运移的烃类以沉积水为载体呈水溶相态垂向运移至储层后,在水动力条件下向古地形高部位运移,呈分散状聚集于储集性能好及微地形高部位,形成小型地层圈闭的油藏。
另一方面由于缺乏足够的盖层条件,也造成大部分烃类的散失。
2.1.2 中三叠世—白垩纪前从三叠纪到早中侏罗世近1亿年的时间,是烃源岩大规模生排烃并达到过成熟的阶段,也是古圈闭形成和发展的阶段。
中三叠世末,川东石炭系含气系统大部分的烃源岩都已进入成油高峰期,万县东北及长寿东部地区烃类已开始向湿气转化(R 0>1.3%),生烃强度迅速增大。
中三叠世末印支运动,结束了上扬子古地台的海相沉积历史,四川盆地进入陆相碎屑岩沉积时期,盆地内呈现大隆大坳的构造格局。
川东开江古隆起再度抬升遭受风化剥蚀,按中三叠统雷口坡组分布面积2457.6km 2计算,这时古隆起的面积为2007.5km 2。
石炭系古构造格局仍呈一隆三坳的局面。
烃类从下志留统烃初次运移进入储层后,由于上伏巨厚的盖层遮挡作用及古水动力条件,主要向储层古隆起方向,即川东中部的开江古隆起方向63西南石油学院学报 1999年运移。
由于开江古隆起的分隔作用,在古隆起东、西两侧形成油藏,东侧油藏邻近烃源岩的生排烃中心,烃类充满度优于西侧油藏。
中三叠世时开江古圈闭油气充满度不到10%(图2)。
图2 中三叠世末含油气系统示意图早侏罗世时,烃源岩已进入排烃高峰期。
其时R 0值1.2%～1.6%,生烃强度排烃强度继续增大。
烃源岩除达县北部地区外,都已进入生成湿气阶段。
储集岩处于深部溶孔发育及孔隙保存阶段,孔隙度普遍>10%,并有油气区域运移的连通孔隙存在。
古构造仍保持中部隆起、东西两侧为厚度稍大的凹陷格局。
开江古隆起的古圈闭合面积比三叠纪有所增大。
油气运移方向仍指向古隆起,使开江古隆起两侧古圈闭的充满度进一步增大,此时东侧古圈闭充满度已达100%,西侧只充满60%。
泸州古隆起北翼与川东石炭系侵蚀边界形成的地层—古构造圈闭中也有油气的聚集。
晚侏罗世末(图3),烃源岩已进入过成熟期。
此时R 0值2.2%～3.0%,烃源岩以生成干气为主,生烃强度、排烃强度无明显改变。
晚侏罗世末的燕山运动使开江古隆起持续性发展,石炭系一隆三坳古构造格局继续保持,天然气由扩散方式进入储层后,进一步向古隆起方向运聚。
随着储集岩埋深增大,古圈闭油气藏中一部分液态烃开始裂解成天然气,石炭系含油气系统进入天然气富集期。
随着时间的推移,油环越来越小,天然气富集程度加大,形成开江石炭系地层—构造复合圈闭古气藏。
川东石炭系早期含气系统基本成形。
图3 晚侏罗世末含油气系统示意图2.1.3 白垩纪—喜山运动前进入白垩纪后,烃源岩R 0值在2.0%～3.2%之间,到喜山运动前,烃源岩的成熟度增加不大,生排烃量也无明显增加。
储层孔隙度略低于现今值,开江古隆起持续性发展达到高峰,古圈闭闭合面积扩大到2812km 2,天然气的进一步富集形成了大面积含气的川东石炭系地层—古构造复合型大气藏(图4)。
由于开江古隆起继承性发展,川东中部沿北东—南西方向形成地下分水岭,南起新市,经卧龙河西直达现今大天池构造南段,将储层水动力场分隔成两个部分,因此川东中部开江古隆起东、西两侧古气藏具有不同水动力系统。
2.2 川东含气系统的第二次成藏—次生重组期渐新世末开始的喜玛拉雅山运动是川东石炭系含气系统发展演化过程的分界线,强烈的构造运动使四川盆地沉积盖层全面褶皱,在川东地区形成隔挡式平行褶皱景观,改变了含油气系统的构造格局,天然气以古气藏为气源再次运移,由高陡背斜的端部和翼部向主体背斜高部位运移聚集,在保存条件73第1期 黎颖英等: 四川盆地东部石炭系含气系统的形成与演化良好的地层—构造复合圈闭、潜伏背斜圈闭及主体背斜圈闭中二次成藏。
处于宽向斜内的低背斜,潜伏构造最先捕获天然气形成充满度高的气藏,同时,宽向斜的次级隆起和高陡构造带侧翼断下盘和端部的圈闭其天然气充满度优于主体背斜,一些古地层圈闭气藏由于保存条件未被完全破坏可能形成地层和构造因素控制的古今叠置型气藏。
古隆起、构造运动、储层物性三个因素综合作用,形成了目前川东石炭系含气系统气藏分布于开江古隆起附近多种类型圈闭中格局。
图4 喜山运动前含油气系统示意图以上分析说明:含油气系统具有“早期聚集、二次成藏”的成藏模式,烃源岩的主要生烃期是中三叠世到早中侏罗世之间,圈闭形成期是中三叠世印支运动期及早第三纪末喜山运动期。
油气生成—运移—聚集的时间从S 末到E 末。
川东含(油)气系统的持续时间是指烃源岩志留系沉积到达到高成熟阶段的时间段,即S —J 。
保存时间指油气生成—运移—聚集作用完成之后的时间段,是从N —现在。
关键时刻是指大部分烃类运移和聚集在最初的圈闭中的持续时间即将结束的时刻,川东石炭系含气系统的关键时刻有两个:T 2末与E 末,据此,作出川东石炭系含油气系统事件图(图5),描述形成含油气系统所必需的各地质要素与各地质作用之间的时间配置关系。
