鄭 磊，金之鈞，周 瑾，呂雪雁，劉志強(qiáng)，Javed Ismail，李艷華

(1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. Saudi Aramco Upstream Ventures,Dhahran 31311)

魯卜哈里盆地古生界油氣藏成藏期分析

鄭 磊1,2，金之鈞2，周 瑾2，呂雪雁2，劉志強(qiáng)2，Javed Ismail3，李艷華2

(1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. Saudi Aramco Upstream Ventures,Dhahran 31311)

綜合運(yùn)用烴源巖生排烴史模擬、流體包裹體均一溫度測(cè)定以及儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年等方法確定了魯卜哈里盆地古生界油氣藏的主要成藏期次。中央凹陷區(qū)S2井生排烴史模擬結(jié)果表明中心凹陷區(qū)志留系源巖在三疊紀(jì)和白堊紀(jì)進(jìn)入生排烴高峰。斜坡區(qū)A2井生排烴史模擬結(jié)果表明斜坡區(qū)志留系源巖在早白堊世進(jìn)入生排烴高峰。流體包裹體均一溫度結(jié)果表明中央凹陷區(qū)S2井古生界儲(chǔ)層樣品包裹體均一溫度分布多為兩期，個(gè)別樣品有3期；結(jié)合熱史分析認(rèn)為這3期分別對(duì)應(yīng)三疊紀(jì)、早白堊世和晚白堊世。斜坡區(qū)A2井古生界儲(chǔ)層包裹體均一溫度分布主要為兩期，表明該井區(qū)奧陶系儲(chǔ)層至少發(fā)生過(guò)2次重要的油氣充注活動(dòng)。結(jié)合熱史分析認(rèn)為這2期分別為早白堊世和晚白堊世。儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年方法測(cè)試結(jié)果表明中央凹陷區(qū)S2井古生界成藏期為晚三疊世和晚侏羅世—早白堊世。綜合分析認(rèn)為，魯卜哈里盆地古生界存在3期油氣成藏：第一期為三疊紀(jì)，第二期為早白堊世，第三期為晚白堊世。其中第一期主要分布于中央坳陷區(qū)，第三期主要分布于斜坡區(qū)，第二期在中央坳陷區(qū)和斜坡區(qū)都有分布。

自生伊利石；生排烴；成藏期；流體包裹體；魯卜哈里盆地

油氣藏形成的早晚及聚散動(dòng)態(tài)特征對(duì)現(xiàn)今所發(fā)現(xiàn)的圈閉中烴類的賦存狀態(tài)和富集程度有很大影響。只有在聚多散少的動(dòng)態(tài)過(guò)程中方能形成具工業(yè)價(jià)值的油氣流。聚散過(guò)程發(fā)生的時(shí)間主要受生烴高峰、圈閉形成期以及后期保存條件制約。本文主要用各種控?zé)N因素在時(shí)間上的匹配關(guān)系分析及儲(chǔ)層成巖礦物組合法來(lái)確定油氣藏形成時(shí)間。

1 地質(zhì)背景

魯卜哈里盆地位于阿拉伯板塊的中南部陸上和海域(圖1)[1-2]，位于北緯16°40′—26°50′，東經(jīng)43°56′—56°44′，地域上涵蓋沙特阿拉伯、卡塔爾、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)、伊朗、阿曼和也門等國(guó)家的部分地區(qū)，總面積875 720 km2，陸上面積約占89.8% ，超過(guò)500 000 km2的面積被沙漠覆蓋，盆地北接中阿拉伯隆起，西與阿拉伯地盾相鄰，南靠Hadramout隆起，東以阿曼山為界。盆地被卡塔爾隆起的南部延伸部分(中央隆起帶)分為東、西兩個(gè)次盆。

1.1 地層特征

區(qū)域上，沿阿拉伯地盾邊緣露頭區(qū)，越往西地層越老，越往東地層越新，盆地地表大部分被第四系沙漠覆蓋。縱向上，中新生代地層以灰?guī)r為主，夾有碎屑巖和蒸發(fā)巖。古生界除了上二疊統(tǒng)Khuff組為碳酸鹽巖沉積以外，其余均為碎屑巖沉積(表1)。

1.2 古生界油氣成藏條件

魯卜哈里盆地古生代已經(jīng)證實(shí)的烴源巖為下志留統(tǒng)Qusaiba段頁(yè)巖，另外在盆地東南緣可能發(fā)育前寒武的Huqf組烴源巖，Qusaiba段上覆的Sharawra段頁(yè)巖也是潛在的烴源巖，其中志留系Qusaiba段頁(yè)巖為古生界油氣藏的烴源巖。Qusaiba段頁(yè)巖根據(jù)有機(jī)質(zhì)豐度可以劃分為上下兩段，下段為志留系底部的深色頁(yè)巖，因富含有機(jī)質(zhì)，測(cè)井曲線上自然伽馬值高被稱為“熱頁(yè)巖”，是一套黑色海相頁(yè)巖，是古生界油氣系統(tǒng)主要的烴源巖。一般自然伽馬大于150API，TOC(有機(jī)質(zhì)碳含量)大于2%，是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。該套烴源巖區(qū)域分布廣泛，但厚度變化較大。

圖1 魯卜哈里盆地區(qū)域構(gòu)造位置

以源巖為界，古生界可以劃分成上、下兩大套儲(chǔ)蓋組合。下部組合儲(chǔ)層以?shī)W陶系砂巖為主，其上部的志留系泥巖既為源巖層，也為蓋層，為新生古儲(chǔ)式組合；上部組合儲(chǔ)層有多套，分別是志留系中部砂巖、石炭系-二疊系的Unayzah組砂巖，二疊系Khuff組碳酸鹽巖，蓋層為Khuff組上部的致密碳酸鹽巖或三疊系Sudair組泥巖，組成了古生新儲(chǔ)式組合。兩套儲(chǔ)蓋組合各有利弊，下部組合緊鄰烴源巖，但由于埋藏深，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差；上部組合儲(chǔ)層物性好，厚度大，但是垂向上距離烴源巖遠(yuǎn)，尤其是中間有較厚的志留系泥巖封隔，油氣要運(yùn)移到上部?jī)?chǔ)層中，需要有較好的運(yùn)移通道連通。

目前發(fā)現(xiàn)的古生界圈閉類型以構(gòu)造圈閉為主。但不同組合的圈閉類型不盡相同，下部組合以構(gòu)造圈閉為主(背斜和斷背斜)，其次是地層-構(gòu)造復(fù)合型圈閉；上部組合，特別是位于海西不整合面之上的Unayzah組，橫向上沉積環(huán)境變化較大，圈閉類型以巖性和構(gòu)造圈閉為主。

2 烴源巖生排烴史及圈閉發(fā)育史

2.1 生烴史

利用Petromod軟件模擬中央坳陷區(qū)S2井古生界熱頁(yè)巖生烴演化見(jiàn)圖2,單井熱頁(yè)巖的生烴總量為0.231×106t。三疊紀(jì)時(shí)古生界熱頁(yè)巖Ro(鏡質(zhì)體反射率)為0.7%～0.9%，大量生烴，生烴速率最高達(dá)12 mg·g-1·Ma-1，該期生烴量占總量的40%；侏羅紀(jì)時(shí)，由于源巖的成熟演化速率降低，雖然反映演化程度的Ro小于1.0%，處于成熟的生烴階段，但生烴速率低，僅為0.1～0.8 mg·g-1·Ma-1，生烴量為占總生烴量的10.91%；白堊紀(jì)時(shí)，源巖Ro為1.0%～1.3%，演化速率加快，最高為Ro0.011%/Ma，相應(yīng)源巖的生烴速率也提高，最高至5.4 mg·g-1·Ma-1，該期生烴量占總生烴量的43.64%；古近紀(jì)至今，S2井源巖的生烴速率逐漸降低，生烴量呈平緩趨勢(shì)，生烴量?jī)H占總量的1.82%。

A2井位于斜坡處，生烴演化見(jiàn)圖2，該井源巖厚度僅4.0 m，地質(zhì)演化過(guò)程中的總生烴量為0.144×106t。早三疊世，源巖進(jìn)入成熟門限開始生烴，但生烴速率僅為0.002 mg·g-1·Ma-1，三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)的生烴量?jī)H占總生烴量的3.125%；從早白堊世開始，源巖進(jìn)入大量生烴階段，生烴速率達(dá)到最大值為21 mg·g-1·Ma-1，該時(shí)期生烴量占源巖總生烴量的87.7%；晚白堊世源巖演化速率緩慢，生烴速率降低，為0.03～0.006 mg·g-1·Ma-1，該期生烴量?jī)H占總生烴量的6.9%；古近紀(jì)至今，生烴量呈平緩趨勢(shì)，生烴量?jī)H占總生烴量的2.2%左右。

表1 魯卜哈里盆地古生界地層單元

綜上所述，Qusaiba段底部熱頁(yè)巖在志留系沉積后就開始了生烴過(guò)程，但生烴量和生烴速率都很低；直至早二疊世，隨著源巖埋深的增加，凹陷區(qū)的源巖才逐漸進(jìn)入成熟生烴階段；三疊紀(jì)(生油為主)和白堊紀(jì)(生氣和油為主)是源巖大量生烴的高峰時(shí)期，部分的熱頁(yè)巖達(dá)到成熟-高成熟的生烴階段；晚白堊世之后，源巖生烴緩慢。因此凹陷處源巖有兩期主生烴過(guò)程：三疊紀(jì)(生油為主)和白堊紀(jì)(生氣和油為主)。斜坡處源巖生烴較晚，早三疊世開始生烴，早白堊世為生烴高峰期，之后生烴緩慢。所以斜坡處只有一期主生烴過(guò)程為早白堊世。

2.2 排烴史

源巖排烴史與源巖生烴過(guò)程及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，烴源巖在生烴的同時(shí)，也進(jìn)行大量的排烴。單井排烴模擬顯示，總體上，大量排烴時(shí)間略滯后于源巖大量生烴時(shí)間，S2井熱頁(yè)巖大量排烴開始于早三疊世末(約240 Ma)，一直持續(xù)至現(xiàn)今。其中三疊紀(jì)和白堊紀(jì)是源巖排烴的高峰期，侏羅紀(jì)源巖緩慢生烴，排烴量相對(duì)較低(圖3)。單井模擬該井的總排烴量占總生烴量的68.76%。A2井處烴源巖大量排烴始于早白堊世(約125 Ma)(圖3)，源巖大量生烴的同時(shí)也是大量排烴的時(shí)期，因此白堊紀(jì)是該井烴源巖的主要排烴期。

圖2 魯卜哈里盆地古生界源巖生烴模擬

圖3 魯卜哈里盆地古生界源巖排烴模擬

2.3 圈閉發(fā)育史

魯卜哈里盆地古生界構(gòu)造圈閉形成較早，多與早期基底隆起有關(guān)，在志留紀(jì)就有雛型，后期受石炭紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和古近紀(jì)-新近紀(jì)的多期運(yùn)動(dòng)的影響，有不同程度的改造。主要的構(gòu)造增長(zhǎng)期有3期，即石炭紀(jì)海西運(yùn)動(dòng)、晚白堊世、新生代構(gòu)造擠壓和褶皺作用，這3次構(gòu)造作用導(dǎo)致了構(gòu)造增長(zhǎng)、斷裂形成及復(fù)活，這3個(gè)時(shí)期也成為了重要的構(gòu)造圈閉形成和改造期。其中石炭紀(jì)海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，不僅導(dǎo)致板塊的擠壓褶皺，加強(qiáng)了原構(gòu)造，形成新構(gòu)造，同時(shí)板塊抬升導(dǎo)致大量地層剝蝕，形成了海西期不整合；白堊紀(jì)構(gòu)造擠壓作用使構(gòu)造圈閉再一次增強(qiáng)，對(duì)油氣聚集十分有利；新生代的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得阿拉伯板塊整體調(diào)整為向東傾斜，對(duì)原來(lái)油氣分布有一定的調(diào)整作用并最終形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局和油氣分布。

綜上所述，Qusaiba段底部熱頁(yè)巖大量生烴的高峰時(shí)期為三疊紀(jì)和白堊紀(jì)，源巖排烴期稍滯后于生烴高峰期，主要排烴期亦為三疊紀(jì)和白堊紀(jì)，這與圈閉形成期具有良好的匹配關(guān)系，排烴期亦是圈閉成藏期。

3 包裹體均一溫度分布

流體包裹體記錄了孔隙原始流體被捕獲時(shí)的物理、化學(xué)特征，因而被廣泛用于地下流體運(yùn)聚和成礦作用的研究[3-8]。烴類流體包裹體只記錄了油氣成藏的主要過(guò)程，并不能記錄全部過(guò)程，且烴類流體包裹體記錄的主要是早期成藏過(guò)程[9-10]。

在中央坳陷S2井古生界共采集了7個(gè)巖心樣品，其中Khuff組白云巖1塊，Unayzah組砂巖和細(xì)砂巖樣品2塊，Jauf組砂巖1塊，Sarah組砂巖樣品3塊，采樣深度為3 923～5 690 m，測(cè)定了50個(gè)包裹體均一溫度

數(shù)據(jù)。在A2井共采集分析了包括Qusaiba段和Sarah組8個(gè)樣品，深度為5 182 m至5 472 m，共測(cè)定113個(gè)包裹體均一溫度數(shù)據(jù)(表2)，包裹體均一溫度均測(cè)自氣液比≤10%的鹽水溶液包裹體。

1) S2井

儲(chǔ)層樣品包裹體均一溫度分布多為2期，個(gè)別樣品有3期(表2)，表明S2井所處構(gòu)造構(gòu)造至少發(fā)生過(guò)2～3次的油氣注入。

下部組合奧陶系Sarah兩期包裹體的古地溫均低于今地溫，根據(jù)各期古地溫及盆地古地溫模式和儲(chǔ)層埋藏史判別(圖4)，從三疊紀(jì)中期就有油氣向奧陶系儲(chǔ)層中充注，早白堊世油氣發(fā)生第二次充注，但各時(shí)期油氣的充注強(qiáng)度還應(yīng)依據(jù)烴包裹體的發(fā)育程度來(lái)判斷。目前由于包裹體數(shù)據(jù)限制，僅從均一溫度分析S2井所處構(gòu)造奧陶系主要存在兩期油氣充注：第一期為三疊紀(jì)，第二期為早白堊世。此外晚白堊世還可能存在第三期油氣充注。

2) A2井

A2井包裹體均一溫度均測(cè)自氣液比小于5%的鹽水溶液包裹體，溫度見(jiàn)表2，主要發(fā)育兩期包裹體，表明該井區(qū)奧陶系儲(chǔ)層至少發(fā)生過(guò)兩次重要的油氣充注活動(dòng)，結(jié)合儲(chǔ)層熱埋藏史分析(圖5)，兩期烴類充注運(yùn)聚時(shí)期為早白堊世和晚白堊世。

4 儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年

利用儲(chǔ)層自生伊利石礦物同位素年代結(jié)果判斷流體運(yùn)聚至儲(chǔ)層的時(shí)間，其基本原理是：儲(chǔ)層中伊利石是在富鉀水介質(zhì)環(huán)境中形成的，當(dāng)油氣大量進(jìn)入砂巖儲(chǔ)層后，由于介質(zhì)條件的改變，儲(chǔ)層中伊利石的形成就會(huì)終止。所以自生伊利石K-Ar年齡將會(huì)記錄油氣注入事件的發(fā)生時(shí)間并代表圈閉構(gòu)造形成的最大年齡[9]。自生伊利石測(cè)年得到的油氣注入時(shí)間應(yīng)該是最早的油氣注入時(shí)間，而對(duì)以后的其它期次則反映不出來(lái)。由于自生伊利石在碎屑巖儲(chǔ)層中普遍存在,所以很多學(xué)者都利用這種方法分析油氣成藏期[11-13]。

表2 魯卜哈里盆地古生界包裹體實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)

注：鹽水包裹體溫度為最小值～最大值(平均值)。

圖4 魯卜哈里盆地S2井古地溫演化與包裹體測(cè)溫分布關(guān)系

圖5 魯卜哈里盆地A2井古地溫演化與包裹體測(cè)溫分布關(guān)系

自生伊利石同位素年齡測(cè)試的難度大，特別是伊利石選礦時(shí)難以將搬運(yùn)來(lái)的伊利石剔除，以至測(cè)試結(jié)果要加以分析才能應(yīng)用。S2井研究選取了2塊樣品，A2井研究選取了奧陶系1塊樣品，進(jìn)行自生伊利石同位素測(cè)年(表3)，其中S2井一塊樣品的泥質(zhì)含量高，結(jié)果供參考。一般認(rèn)為最小粒級(jí)樣品的測(cè)年結(jié)果更準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)果S2井奧陶系Sarah組5 689.6～5 690.2 m樣品同位素地質(zhì)年齡是208～212 Ma，為晚三疊世Minjur沉積期，是油氣進(jìn)入儲(chǔ)層開始成藏的年代。S2井4 022.3 m晚石炭世—早二疊世Unayzah A組樣品的同位素年齡是127.42～138.28 Ma，為早白堊世。

A2井奧陶系5 472.3～5 472.5 m樣品同位素地質(zhì)年齡是132.37～124.79 Ma，為早白堊世，反映油氣大量進(jìn)入儲(chǔ)層的時(shí)期，與該井包裹體測(cè)溫確定的油氣充注時(shí)期相當(dāng)。

5 結(jié)論

1) 烴源巖生排烴史模擬結(jié)果標(biāo)明，Qusaiba段底部熱頁(yè)巖在凹陷部位大量生烴的高峰時(shí)期為三疊紀(jì)和早白堊世，在斜坡帶的生烴高峰期為早白堊世。源巖排烴期稍滯后于生烴高峰期，凹陷部位主要排烴期為三疊紀(jì)和白堊紀(jì)，斜坡帶的主要排烴期為白堊紀(jì)。圈閉形成于三疊紀(jì)之前，且在白堊紀(jì)構(gòu)造擠壓作用中再一次增強(qiáng)，說(shuō)明源巖生排烴期與圈閉形成期具有良好的匹配關(guān)系，排烴期亦是圈閉成藏期。

表3 魯卜哈里盆地K-Ar自生伊利石測(cè)年確定的成藏開始時(shí)期

2) 包裹體均一溫度分析結(jié)果標(biāo)明S2井發(fā)育3期包裹體，A2井發(fā)育2期包裹體，結(jié)合埋藏史分析認(rèn)為，S2井所處的構(gòu)造經(jīng)歷3期油氣充注：三疊紀(jì)、早白堊世及晚白堊世，A2井所處的構(gòu)造經(jīng)歷2期油氣充注：早白堊世和晚白堊世。儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年分析結(jié)果與包裹體均已溫度分布分析結(jié)論一致，S2井儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年認(rèn)為烴類最早充注時(shí)間為晚三疊世和早白堊世，A2井儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年認(rèn)為烴類最早充注時(shí)間為早白堊世。

3) 利用烴源巖生排烴史模擬及其與圈閉發(fā)育史的匹配關(guān)系、包裹體均一溫度分布和儲(chǔ)層自生伊利石測(cè)年方法，所獲得的油氣成藏期次是一致的。即S2井所處的凹陷內(nèi)有3期油氣成藏：三疊紀(jì)、早白堊世和晚白堊世；A2井所處的斜坡帶有2期成藏：早白堊世和晚白堊世。

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(編輯 張亞雄)

Timing of hydrocarbon accumulation of the Paleozoic reservoir in Rub Al Khali Basin

Zheng Lei1,2,Jin Zhijun2,Zhou Jin2,Lu Xueyan2,Liu Zhiqiang2,Javed Ismail3,Li Yanhua2

(1.SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;3.UpstreamVentures,SaudiAramco,Dhahran31311,SaudiArabia)

In order to determine the main stages of the hydrocarbon accumulation of the Paleozoic reservoir in Rub Al Khali Basin,four key methods are applied in this paper including hydrocarbon generation and expulsion history simulation,measurements of fluid inclusions homogenization temperature and Illite K-Ar dating.The simulation of hydrocarbon generation and expulsion history of Well S2 shows that hydrocarbon generation and expulsion of the Silurian source rocks in the central depression peaked in the Triassic and Cretaceous.The simulation of hydrocarbon generation and expulsion history of Well A2 shows that the hydrocarbon generation and expulsion of the Silurian source rocks in the slope zone peaked in the Early Cretaceous.The analysis of homogenization temperature of fluid inclusions of Well S2 shows that most of the samples can be divided into two main stages and only some samples can be divided into three stages.In combination with the geothermal history,these three stages are the Triassic,Early Cretaceous and Late Cretaceous respectively.In contrast,the homogenization temperature of fluid inclusions of Well S2 in the slope zone can be separated into two stages,indicating that at least two periods of oil and gas charging occurred in the Ordovician.In combination with the geothermal history,the two periods are in the Early Cretaceous and Late Cretaceous respectively.The result of Illite K-Ar dating shows that the hydrocarbon accumulation in the Paleozoic of Well S2 in the central depression occurred mainly in the Triassic and Late Jurassic-Early Cretaceous.A comprehensive analysis indicates that the hydrocarbon accumulation of the Paleozoic reservoir in Rub Al Khali Basin mainly occurred in three periods.The first one is the Triassic,the second one is the Early Cretaceous and the last one is the Late Cretaceous.The hydrocarbon accumulations formed in the first stage are mainly distributed in the central depression,and that in the third stage are mainly distributed in the slope zone,and that in the second stage occurred in both the central depression and slope zone.

authigenic illite,hydrocarbon generation and expulsion,accumulation stage,fluid inclusion,Rub Al Khali Basin

2014-11-03;

2015-05-15。

鄭磊(1967—),男，博士研究生，油氣地質(zhì)。E-mail:zhlei.syky@sinopec.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05031-002,2011ZX05031-001-001)。

0253-9985(2015)03-0378-07

10.11743/ogg20150305

TE122.1

A