北黃海盆地東部坳陷油氣成藏時(shí)間研究

劉振湖，王飛宇，劉金萍，胡小強(qiáng)

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760； 2.國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5107603.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

北黃海盆地東部坳陷油氣成藏時(shí)間研究

劉振湖1,2，王飛宇3，劉金萍1,2，胡小強(qiáng)1,2

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760； 2.國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5107603.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

東部坳陷是北黃海盆地唯一發(fā)現(xiàn)油流的沉積坳陷，具有較好的油氣勘探前景，其油氣藏形成時(shí)間將決定該區(qū)油氣勘探思路和油氣勘探方向。通過(guò)烴源巖的油氣生排烴史和油層的砂巖包裹體研究，綜合分析推斷了東部坳陷油氣藏成藏時(shí)間。研究表明，東部坳陷中侏羅統(tǒng)烴源巖的主要生烴期和排烴期為漸新世，下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層包裹體的油充注時(shí)間為早中新世。結(jié)合盆地構(gòu)造演化史綜合分析推斷，北黃海盆地東部坳陷的油氣藏形成時(shí)間為晚漸新世至早中新世。

儲(chǔ)層包裹體；生排烴史；油氣充注史；成藏時(shí)間；東部坳陷；北黃海盆地

1 石油地質(zhì)概況

北黃海盆地是印支—燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期在華北地塊東延部分的區(qū)域隆起背景之上發(fā)育的中、新生代陸內(nèi)斷陷盆地，包括東部坳陷、東部隆起、中部坳陷、中西部隆起、西部坳陷和南部凹陷群等6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[1](圖1)。盆地基底為中—深變質(zhì)的太古界、元古界和低變質(zhì)—未變質(zhì)的古生界，沉積蓋層為中—上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)和第四系等地層，厚度最大約8 100 m。其中，中生界厚度5 300 m，古近系厚度100～3 500 m，均為河流/沖積扇—三角洲相湖相碎屑巖系。盆地經(jīng)歷了燕山期和喜馬拉雅期多幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。斷層主要發(fā)育EW向、NW向和NE-NNE向3組斷裂，以正斷層為主，局部發(fā)育逆斷層。盆地經(jīng)歷了晚侏羅世—早白堊世斷陷、古近紀(jì)疊加斷陷和新近紀(jì)拗陷3個(gè)構(gòu)造演化階段[2-3]。

圖1 北黃海盆地構(gòu)造區(qū)劃

研究表明，東部坳陷是具有較好油氣勘探前景的沉積坳陷，其主要烴源巖為中侏羅統(tǒng)暗色泥巖，上侏羅統(tǒng)暗色泥巖為次要烴源巖；高豐度優(yōu)質(zhì)烴源巖主要賦存在上侏羅統(tǒng)下部—中侏羅統(tǒng)上部的地層。儲(chǔ)層主要為下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)的低孔低滲陸相碎屑巖儲(chǔ)層，個(gè)別層段發(fā)育有中孔中滲和高孔中滲的物性較好砂礫巖儲(chǔ)層。下白堊統(tǒng)上部泥巖層段和中侏羅統(tǒng)為2套區(qū)域蓋層。上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)局部構(gòu)造極為發(fā)育，圈閉類型以斷層有關(guān)的斷塊圈閉和斷鼻圈閉為主，圈閉主要形成于燕山四幕和喜馬拉雅二幕運(yùn)動(dòng)。

在東部坳陷，已有多口探井在下白堊統(tǒng)砂巖、含礫砂巖和上侏羅統(tǒng)細(xì)砂巖儲(chǔ)層中見(jiàn)油氣顯示和油氣流，這表明該區(qū)具有一定的油氣勘探前景。油源對(duì)比研究表明，下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)層的原油來(lái)源于上侏羅統(tǒng)下部和中侏羅統(tǒng)上部?jī)?yōu)質(zhì)湖相烴源巖。

2 烴源巖生排烴主峰期分析

盆地模擬結(jié)果表明，東部坳陷中侏羅統(tǒng)烴源巖生、排烴量分別占其總量的95.3%和92.3%，而上侏羅統(tǒng)烴源巖的生、排烴量占其總量分別小于5%和7%，因此主要烴源巖中侏羅統(tǒng)黑色泥巖生排烴期決定了東部坳陷油氣藏的形成時(shí)間。中侏羅統(tǒng)烴源巖在白堊世末，局部進(jìn)入生烴門限，開(kāi)始生成少量的油氣(約占該烴源巖總生烴量的6.2%)，漸新世該烴源巖處于主生烴期的生烴高峰，約占其總生烴量的81%，并以生成液態(tài)烴為主；中新世—全新世該烴源巖繼續(xù)生成一定數(shù)量的液態(tài)烴(約占總生烴量的12.8%)。因此，漸新世為北黃海盆地東部的主生烴期。

從排烴史分析(圖2)可知，中侏羅統(tǒng)烴源巖在漸新世之前排烴量?jī)H為總排烴量的3%，而在漸新世大量排烴，占總排烴量的91%，在新近紀(jì)其排烴量不大，約占總排烴量的6%，因此漸新世為東部坳陷中侏羅統(tǒng)烴源巖主排烴期。

綜上所述，北黃海盆地東部的主生烴期和主排烴期都為漸新世。

3 油氣充注期分析

由油氣充注期可確定油氣藏形成時(shí)間，20世紀(jì)90年代以來(lái)，油氣地質(zhì)學(xué)家通過(guò)自生礦物(自生石英、自生鈉長(zhǎng)石和自生鉀長(zhǎng)石)中包裹體的均一化溫度、含油包裹體的油氣地球化學(xué)分析，結(jié)合熱史和埋藏史，綜合分析油氣藏的充注期次和油氣來(lái)源[4-10]。油氣成藏時(shí)限分析時(shí)測(cè)試對(duì)象應(yīng)是與烴類包裹體共生的均相捕獲的鹽水包裹體，其主礦物最好為石英，如主礦物為方解石或長(zhǎng)石類礦物，應(yīng)注意識(shí)別可能的流體包裹體次生變化，研究中按FIA (Fluid Inclusion Assemblage)概念進(jìn)行流體包裹體巖相分析、測(cè)溫和數(shù)據(jù)解釋，一個(gè)流體包裹體組合(FIA)由不同大小和形態(tài)的流體包裹體組成，其均一化溫度基本一致。

3.1 流體包裹體特征

在北黃海盆地東部坳陷，具有油流和油氣顯示的層位主要為下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)的含礫砂巖和砂巖儲(chǔ)層。本研究對(duì)應(yīng)用QGF技術(shù)確定為油層段的A、B、C3口探井的下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層包裹體進(jìn)行油氣充注史研究。砂巖儲(chǔ)層烴類流體包裹體主要賦存在石英顆粒裂隙愈合帶和石英次生加大邊上，主要是油包裹體，大部分油包裹體沒(méi)有氣泡或氣泡較小(圖3)，氣液比小于10%，大部分在5%以下，沒(méi)有見(jiàn)到能均一為氣相的天然氣包裹體。

圖2 北黃海盆地東部中侏羅統(tǒng)烴源巖排烴量隨時(shí)間的變化

圖3 北黃海盆地在石英顆粒內(nèi)裂紋愈合帶中存在油包裹體和同期生成的鹽水包裹體

3.2 根據(jù)流體包裹體均一溫度和埋藏史曲線確定油氣充注時(shí)間

圖4 北黃海盆地A井油層包裹體均一化溫度和冰融點(diǎn)溫度關(guān)系

圖5 北黃海盆地A井埋藏?zé)釟v史和石油充注期

圖6 北黃海盆地B井油層包裹體均一化溫度和冰融點(diǎn)溫度關(guān)系

圖7 北黃海盆地B井埋藏?zé)釟v史和石油充注期

圖8 北黃海盆地C井油層包裹體均一化溫度和冰融點(diǎn)溫度關(guān)系

圖9 北黃海盆地C井埋藏?zé)釟v史和石油充注期

3.2 根據(jù)流體包裹體形成條件和埋藏史曲線確定油氣充注時(shí)間

根據(jù)油層段砂巖樣品中油包裹體相態(tài)特征可限定充注的油氣相態(tài)性質(zhì)。目前觀察到的油包裹體主要賦存在石英顆粒裂隙愈合帶和石英次生加大邊上，主要是油包裹體，大部分油包裹體沒(méi)有氣泡或氣泡較小，氣液比小于10%，大部分在5%以下，油包裹體的這一特點(diǎn)表明充注的石油GOR 低，與源巖灶特征是基本一致的，目前凹陷部位源巖灶有機(jī)成熟度(Ro)介于1.0%～1.4%，還沒(méi)有進(jìn)入大量生氣階段，所形成的石油應(yīng)為低油氣比的石油。

根據(jù)流體包裹體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用Duan(1992)建立的NaCl-H2O-CH4狀態(tài)方程實(shí)現(xiàn)了鹽水包裹體PVT 模擬計(jì)算，應(yīng)用VTFlinC 或PIT 軟件可實(shí)現(xiàn)PVT 重構(gòu)，估算油氣藏油氣充注的壓力，結(jié)合壓力梯度資料和儲(chǔ)層埋藏史估算油氣藏形成時(shí)的油氣充注時(shí)間[11-12]。水溶液和石油在地表或地下條件下是不混溶的，但它們以水相和油相包裹體形式被同時(shí)捕獲，共生的水相和油相包裹體兩種體系的相圖的疊合則可提供有關(guān)捕獲P-T 條件和流體中天然氣飽和度的準(zhǔn)確信息。雖然烴類流體包裹體中流體的成分不能準(zhǔn)確知道，但根據(jù)目前流體包裹體中的GOR 可大致推測(cè)烴類流體的類型，在VTFlinC 實(shí)現(xiàn)PVTX 計(jì)算。A井3 190～3 196 m 的油層中，與油包裹體共生的鹽水包裹體均一化溫度為95～110 ℃，平均為103 ℃，油包裹體均一化溫度為77～84 ℃，平均為80 ℃，油包裹體GOR 為3%～10%，平均8%。如果按黑油模型計(jì)算，油包裹體捕獲壓力為19.8 MPa，如按揮發(fā)油模型計(jì)算，油包裹體捕獲壓力為24.7 MPa，我們認(rèn)為油包裹體形成時(shí)充注的烴類流體為黑油，油包裹體捕獲壓力約為19.8 MPa(圖10)；如果是正常壓力體系，油包裹體形成時(shí)埋深約為2 000 m，對(duì)比A井埋藏?zé)釟v史，指示油充注發(fā)生在20 Ma(N1)。

綜上所述，在北黃海盆地東部坳陷，下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)的油包裹體，其油充注時(shí)間均為20～15 Ma之間。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)烴源巖生排烴史，北黃海盆地東部坳陷中侏羅統(tǒng)烴源巖的主要生烴期和主要排烴期為漸新世，而下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層包裹體研究表明其油充注時(shí)間為早中新世，因此綜合生排烴史和儲(chǔ)層油氣充注史研究結(jié)果，可以推斷北黃海盆地東部的油氣藏形成時(shí)間為晚漸新世至早中新世。

圖10 北黃海盆地A井3 190～3 196 m流體包裹體形成條件PVTX計(jì)算

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(編輯 徐文明)

Time of hydrocarbon accumulation in eastern depression of North Yellow Sea Basin

Liu Zhenhu1,2, Wang Feiyu3, Liu Jinping1,2, Hu Xiaoqiang1,2

(1.Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou, Guangdong 510760, China; 2.Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou, Guangdong 510760, China; 3.China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

The eastern depression is the only depression in which petroleum was found with good potential in the North Yellow Sea Basin. The time of petroleum accumulation in this depression will decide the strategy of petroleum exploration. Based on the studies of petroleum generation and expulsion history as well as sandstone inclusions in oil layers, the accumulation time for reservoirs in the eastern depression was discussed. Hydrocarbon was formed and expulsed from the middle Jurassic source rocks in Oligocene, and the sandstone inclusions in the Lower Cretaceous and the Upper Jurassic reservoirs were filled by oil in the early Miocene. Combined with the tectonic evolution of the basin, it was inferred that petroleum accumulated from the Late Oligocene to the Early Miocene in the eastern depression of the North Yellow Sea Basin.

inclusion in reservoir; history of hydrocarbon generation and expulsion; history of hydrocarbon filling; accumulation time; eastern depression; North Yellow Sea Basin

1001-6112(2014)05-0550-05

10.11781/sysydz201405550

2013-03-13；

2014-07-05。

劉振湖(1956—)，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事石油地質(zhì)綜合研究與油氣資源評(píng)價(jià)工作。E-mail: zhenhuliu@163.com。

國(guó)家地質(zhì)調(diào)查專項(xiàng)研究項(xiàng)目(GZH200700410)資助。

TE122.3+1

A