克拉蘇構造帶克深區(qū)帶超高壓大氣田成藏過程與特征

馮松寶， 張志軍

（1.宿州學院 地球科學與工程學院，安徽 宿州 234000；2.武警黃金第六支隊，河南 三門峽 472000）

庫車坳陷克拉蘇構造帶克深區(qū)帶發(fā)育大北1和克深2等超高壓大氣田。長期以來對克拉蘇構造帶克拉區(qū)帶的研究較多，特別是對克拉2超高壓大氣田的研究較多。文獻［1］通過對克拉2、克拉1構造油氣聚集過程的分析，提出了晚期快速生烴和超壓流體排放通道以及油氣快速匯聚輸導體系是天然氣晚期快速成藏的2個非常重要的條件；文獻［2］通過研究指出在優(yōu)質蓋層的保護下，地層增容產生的構造抽吸作用是克拉2型高效氣藏形成的一種重要途徑；文獻［3］通過對儲層發(fā)育的研究指出構造應力在克拉2超高壓大氣田形成過程中起了很大的作用；文獻［4］指出克拉2超高壓大氣田優(yōu)質儲層的形成主要與砂巖儲層早期長時間淺埋、晚期短時間快速深埋，異常高壓對壓實作用的抑制以及晚期溶蝕作用對孔隙一定程度的改造擴大有關。但是由于地質條件復雜多樣以及勘探程度有限，針對克拉蘇構造帶克深區(qū)帶的研究較少?；诖耍疚脑诮馄士死K構造帶克深區(qū)帶克深2和大北1典型超高壓大氣田的基礎上，分析了克深區(qū)帶超高壓大氣田的成藏過程，研究了成藏特征。

1 研究區(qū)地質概況

克拉蘇構造帶形成于喜馬拉雅晚期，是庫車坳陷逆沖構造體系的主體［5］，位于庫車坳陷北部，是南天山山前第2排構造帶，南北約20km，東西約160km，介于拜城凹陷與北部單斜帶之間，如圖1所示。

圖1 克拉蘇構造帶位置及構造單元劃分

綜合考慮區(qū)域構造變形的差異性將克拉蘇構造帶進一步劃分為克拉蘇背斜區(qū)帶和克深區(qū)帶（深部區(qū)帶）［6］。克深區(qū)帶是克拉蘇構造帶的一個次級構造單元，北以克拉蘇斷裂為邊界，南以拜城斷裂為邊界，整體呈北東東向展布。目前在克深區(qū)帶已經發(fā)現(xiàn)大北1氣田、克深2和克深5等氣藏，該帶氣藏主要受逆沖疊瓦斷塊控制，疊瓦斷塊被斷裂切割極為復雜，斷塊上、下盤相互依存、密不可分，與克拉區(qū)帶相比，氣藏埋深大，巨厚膏鹽巖蓋層有利于油氣聚集與保存。

2 大北1超高壓大氣田分析

2.1 氣田地質特征

大北1氣田位于克拉蘇構造帶克深區(qū)帶大北－克深5段。喜馬拉雅期，強烈的構造運動，產生由南向北的構造應力場，構造應力值最大達到130～150MPa［7］，儲層壓力系數達1.72，發(fā)育多條逆沖斷層。逆沖斷層平面上的展布以近北東東向為主，展布方向與克拉蘇背斜區(qū)帶的基本相同。這些逆沖斷層向上斷開白堊系和古近系下統(tǒng)，在古近系庫姆格列木群的膏泥巖中消失，向下在侏羅系地層中消失。目前已經發(fā)現(xiàn)8個構造，現(xiàn)已鉆探6個，圈閉面積達到292km2，總的儲量規(guī)模達到1 960×108m3，所鉆的6口井均獲工業(yè)氣流［8］。大北1大氣田是由多個斷背斜、斷塊疊置而成，具有“多層樓”的特點。

2.2 成藏要素特征

大北1大氣田主要的源巖為侏羅系和三疊系發(fā)育的煤系源巖和湖相源巖，構造位置上比克拉2氣田更靠近拜城凹陷和陽霞凹陷。

大北1大氣田的天然氣主要儲集在白堊系巴什基奇克組（K1bs）中，有效儲層埋深下限大概在8 200m［9］，巖性主要以巖屑砂巖為主，夾少量長石巖屑砂巖，其粒度以細－中粒為主。主要的孔隙組合為溶蝕孔－殘余原生粒間孔，占儲集空間總量的50%～90%，其次為微孔隙和構造縫。大北地區(qū)發(fā)育2～3期裂縫，多為高角度縫－高角度斜交縫、網狀縫，其次為平行縫，以中縫、微細縫為主，半充填－未充填，充填物多為泥質、石膏、方解石及白云石。大北1大氣田白堊系巴什基奇克組砂巖儲層總體屬于特低孔特低滲儲層，非均質性強。巖芯孔隙度主要分布在2.0%～7.0%之間，滲透率主要分布在（0.01～0.10）×10－3μm2之間；測井孔隙度主要分布在3.5%～9.0%之間，滲透率一般小于0.10×10－3μm2。

大北1大氣田白堊系巴什基奇克組儲層壓汞資料相對較少，根據文獻［10］的測試結果，儲層排驅壓力值主要分布在1.379～11.807MPa之間，平均值為4.200MPa，僅個別點的排替壓力較小，如大北102井的K1bs3層位深度為5 792.54m的排替壓力為0.037MPa。最大孔喉半徑主要分布在0.064～20.500μm，平均最大孔喉半徑分布為0.065～1.520μm之間。通過以上分析可知大北1大氣田白堊系巴什基奇克組儲層具有排驅壓力較高、孔喉較細的特點。大北1大氣田蓋層主要分布在古近系的庫姆格列木群中。庫姆格列木群蓋層主要分為泥巖段、膏鹽巖段、上膏泥巖段、白云巖段和下膏泥巖段5個巖性段，蓋層厚度一般在1 000m左右，大北102井蓋層厚度較小，厚度為529m。庫姆格列木群蓋層排替壓力分布在5.937～14.029MPa之間，大北201井排替壓力最大。大北大氣田構造綱要圖如圖2所示［11］。

2.3 氣田流體特征

大北1大氣田天然氣組成以烴類氣體為主，非烴含量很低，φ（CO2）為0～1.55%，φ（N2）為0.88%～3.82%；烴類氣體以甲烷為主，φ（CH4）為 91.44% ～96.70%，φ（C2H6）為 1.26% ～4.39%，φ（C3H8）為0.030%～0.501%，幾乎不含大于丙烷的烴類組分。大北1氣田天然氣干燥系數大，全部大于95%，組分明顯偏干；最小的為大北1井，干燥系數為96%；最大的為大北3，干燥系數為98.6%。大北1大氣田的C1為－3.41% ～ －4.07%，C2為 －2.67% ～－2.81%C3為－1.92%～－2.18%，為正常系列烷烴氣碳同位素組成，即C1＜C2＜C3，是典型熱成因作用下腐殖型源巖形成的天然氣，為有機成因氣特征。大北1大氣田的地層水類型為CaCl2型，總礦化度為180g／L，鈉氯比系數為0.67，脫硫系數為0.45。

2.4 成藏作用

（1）構造演化及圈閉形成。大北氣田構造演化示意如圖3所示［12］。大北區(qū)塊自燕山晚期開始構造活動，定型于喜山末期，期間經歷了以下3個主要活動階段：① 白堊系沉積前，構造活動較弱，該區(qū)沉積沒有受到構造運動影響，沉積分布穩(wěn)定，且厚度較大；白堊紀晚期構造開始較強烈活動，但構造起伏不大，有部分斷裂開始發(fā)育。② 古新世以來，整個庫車坳陷均進入相對穩(wěn)定時期；除南天山山前在吉迪克組沉積期有活動外，坳陷主體基本沒有發(fā)生較大規(guī)模的構造運動；該區(qū)古近系沉積了一套巨厚的庫姆格列木群、蘇維依組和吉迪克組厚泥夾砂的陸相地層。③ 中新世康村組沉積的中晚期，南天山造山活動開始加劇，一直持續(xù)到第四系沉積結束，該時期的強烈活動不僅是大北區(qū)塊構造的定型時期，也是庫車坳陷主要構造活動時期；穿鹽斷裂形成于康村期，鹽下斷裂形成于庫車期。

（2）運移充注。白堊系和古近系儲集層中的天然氣來源于中下侏羅統(tǒng)和中上三疊統(tǒng)。文獻［13］對白堊系儲層中高嶺石的研究以及文獻［14］的物理實驗結果都表明，溝通儲集層和源巖層的鹽下斷裂是大北1超高壓大氣田的優(yōu)勢運移通道。在這些鹽下斷裂的溝通下，形成了下生上儲的配置。根據文獻［15］對斷層封閉史的恢復，鹽下斷裂形成于庫車期，第四紀活動最強。斷裂在活動時開啟，靜止時期封閉。結合源巖的生烴演化研究，庫車期烴源巖快速埋藏，熟化率增加，侏羅系烴源巖大量生氣，在剩余流體壓力差的作用下，快速充注成藏。實例研究表明，在超壓盆地中，且以垂向運移為主的盆地中，剩余壓力差是最主要的運移動力（成藏動力）［16］。斷裂輸導效率的研究也表明，大北1井周圍是斷裂輸導系數的高值區(qū)［17］。

（3）成藏時間。天然氣組分偏干，組分碳同位素偏重，具有晚期成藏的特征。庫車期和西域期是斷裂的主要活動期，在斷裂活動期形成了斷背斜、背斜等圈閉，表明大量的天然氣充注是在庫車期以后才發(fā)生。本次研究在觀察了大北1大氣田4口井古近系和白堊系儲層樣品鏡下特征的基礎上，測試了與含烴包裹體同期的鹽水包裹體的均一溫度，測試結果表明，均一溫度主頻區(qū)分布在110～140℃之間，結合大北地區(qū)的埋藏史和熱史，分析得出大北1大氣田天然氣藏形成時間大約發(fā)生在距今3Ma。

圖3 大北氣田構造演化示意圖

3 克深2超高壓大氣田分析

3.1 氣田地質特征

克深2大氣田位于克拉蘇構造帶克深區(qū)帶克深1－克深2段，北邊鄰近克拉2構造，距克拉2井15km，完鉆井深達6 780m，構造埋深6 500m。克深2構造背斜圈閉面積為49.2km2，含氣面積64.2km2，探明儲量達1 290.39×108m3?？松?大氣田的圈閉類型以背斜和斷背斜為主，氣藏以邊水氣藏為主，如圖4所示。克深2大氣田實測地層溫度為167℃，地溫梯度約為每100m2.19℃，屬于正常的溫度系統(tǒng)。地層實測壓力為112.92MPa，壓力系數達1.73，屬于典型超高壓氣藏，氣藏天然氣相對密度為0.57。

圖4 克深2大氣田東西方向構造剖面圖

3.2 成藏要素特征

克深2大氣田白堊系巴什基奇克組是主要產氣層。儲層測井解釋井段6 510.5～6 769.0m有如下特征：總有效厚度126.3m，古近系白云巖段為6 510.5～6 516.5m（有效厚度5.2m），凈毛比86.7%，平均孔隙度5.9%。白堊系巴什基奇克組砂巖段為6 571.5～6 769.0m，有效厚度121.1m，凈毛比59.2%，平均孔隙度6.6%?？傮w而言，厚度大，凈毛比高，未見明顯水層。

白堊系巴什基奇克組巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，與克拉2氣田相比，填隙物含量較低，成分成熟度較高?？松?井孔隙度主要分布在3.5%～9.0%之間，平均孔隙度為6.1%，略好于大北1氣田（平均為5.6%），滲透率主要分布在（0.1～1.0）×10－3μm2之間，屬低孔低滲—特低孔特低滲儲層。儲層空間類型以孔隙和裂縫為主，裂縫主要是斷裂形成過程中伴生的。白堊系巴什基奇克組沉積相橫向穩(wěn)定、砂體連續(xù)性較好，泥巖薄層且不連續(xù)。

蓋層主要是古近系庫姆格列木群膏泥巖蓋層，蓋層厚度達1 000m，排替壓力在4～6MPa左右，蓋層的剩余壓力近25MPa，具有很好的超壓封閉能力。

3.3 氣田流體特征

克深2超高壓大氣田以烴類氣體為主，非烴氣體含量低。φ（CH4）為 97.45%，φ（N2）為1.14%，φ（CO2）為0.806%，干燥系數達0.99，為典型的干氣藏。甲烷碳同位素值為－2.83%，乙烷碳同位素值為－1.77%，丙烷碳同位素值為－1.57%，屬于正碳同位素系列，典型的高－過成熟煤成氣特征。天然氣成熟度（Ro）達到2.93%?？松?大氣田的地層水類型為CaCl2型，總礦化度為150g／L，鈉氯比系數為0.78，脫硫系數為1.2。

3.4 成藏作用

（1）構造演化及圈閉形成?？松?構造演化剖面如圖5所示［18］。庫車組沉積前，克深2構造的北部出現(xiàn)了逆沖斷裂，但逆沖作用不大。庫車組沉積時期（距今5.3Ma），鹽下斷裂形成，此時北部的克拉2斷背斜初具規(guī)模，但是克深2出現(xiàn)了逆沖斷層。庫車組沉積末（距今2.3Ma），克深2構造形成，背斜圈閉形成。

（2）運移充注。庫車期構造運動形成的鹽下斷裂是天然氣運移的高效輸導體系，天然氣在強大的剩余壓力差作用下，快速充注成藏。需要特別說明的是天然氣快速充注成藏之前，無早期油充注，所以克深2大氣田為晚期一次充注。

（3）成藏時間。從圈閉形成時間分析，克深2大氣田的成藏時間晚于大北1大氣田，大約在距今2.3Ma形成。

圖5 克深2構造演化剖面

4 克深區(qū)帶氣田的成藏過程與特征

克深區(qū)帶鹽下斷裂形成于上新世庫車期（距今大約5.0Ma），庫車期到西域期（距今5.0～1.2Ma）是斷裂主要活動期，斷裂活動期斷裂開啟，斷裂成為天然氣垂向運移的有效通道。由于庫車期強烈的構造運動，源巖快速埋藏，成熟度加快，熟化率達到每 Ma 0.539%［1］，烴源巖快速生烴。由于烴源巖的快速生烴和構造擠壓作用，源儲間剩余壓力差增大，剩余壓力差成為天然氣運移的動力，天然氣在剩余壓力差的作用下，沿著鹽下斷裂輸導體系向上運移至圈閉中，在超高壓的蓋層封閉條件下快速成藏。在西域期末，隨著充注活動的進行，源儲之間的剩余壓力差逐漸減小，斷裂活動也趨于靜止，斷裂封閉。

克拉蘇構造帶克深區(qū)帶由于構造條件的不同有其自身的成藏特征，主要表現(xiàn)在以下2個方面：

（1）具有晚期一次成藏特征?？松顓^(qū)帶天然氣組分以甲烷為主，干燥系數在96%以上，組分偏干，甲烷碳同位素值分布在－2.83%～－4.07%之間，烷烴氣具有正碳同位素系列特征。本研究區(qū)源巖干酪根為Ⅲ型，Ⅲ型干酪根隨著成熟度的增加，生成的天然氣的甲烷碳同位素變重。烷烴氣呈正碳同位素系列表明可能沒有2期以上氣體的混入。大北1大氣田在早期的寬緩背斜中有少量的油氣充注，目前形成的克深2和大北1等大氣田是晚期一次成藏的。

（2）具有快速高效的特征。儲層屬于特低孔特低滲儲層，但是輸導體系發(fā)育，輸導效率高。剩余壓力差為天然氣運移的主要動力，在較大的源儲剩余壓力差下，相對較短的時間里成藏?？松顓^(qū)帶天然氣成藏發(fā)生在3Ma以來。

5 結 論

（1）克深區(qū)帶大北1和克深2超高壓大氣田成藏過程相似，但是也有自身的特點，主要表現(xiàn)在大北1大氣田成藏早于克深2大氣田，大北1大氣田成藏前可能發(fā)生過油氣充注，但是克深2大氣田沒有發(fā)生過油氣充注，是晚期一次充注。

（2）克深區(qū)帶超高壓大氣田形成是一個快速高效的成藏過程，具有晚期一次成藏的特征。

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