王陽 李忠權(quán)

1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610059

2. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室（成都理工大學(xué)） 四川 成都 610059

3. 自然資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗室（成都理工大學(xué)） 四川 成都 610059

1 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系地質(zhì)特征

塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系地質(zhì)特征主要表現(xiàn)為：構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沉積充填多樣，油氣成因類型多元，油氣成藏組合類型豐富，油氣運(yùn)聚成藏模式多樣。該區(qū)域經(jīng)過半個多世紀(jì)的勘探開發(fā)，已取得了顯著的油氣發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)量增長，但仍存在著剩余資源潛力和開發(fā)難度。為了有效挖掘該區(qū)域的油氣資源，需要深入研究其油氣地質(zhì)特征，選擇合理的開發(fā)層系、射孔方案、注水方式等技術(shù)措施，提高油氣采收率和經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 區(qū)域構(gòu)造背景

該區(qū)域位于塔里木盆地的中部，屬于克拉通盆地的一部分。該盆地是在古生代晚期受到擠壓造山運(yùn)動的影響，形成了一系列的拗拉槽和槽盆構(gòu)造[1]。在中生代早期，該盆地經(jīng)歷了一次強(qiáng)烈的伸展運(yùn)動，導(dǎo)致基底斷裂和沉積物下陷，形成了多個斷陷盆地。在中生代晚期至新生代，該盆地又受到逆沖擠壓作用，使得斷陷盆地發(fā)生了不同程度的復(fù)活和傾斜。該區(qū)域正處于一個復(fù)活斷陷盆地的中央部位，具有較厚的沉積層和較好的油氣資源潛力。

1.2 沉積層序和沉積相分析

該區(qū)域位于一個復(fù)活斷陷盆地的中央部位，具有較厚的沉積層和較好的油氣資源潛力。根據(jù)鉆井、地震和地層對比資料，區(qū)域的沉積層序可劃分為4個層序，分別對應(yīng)于盆地的初始斷陷期、強(qiáng)烈斷陷期、斷-拗轉(zhuǎn)換期和拗陷沉降期。每個層序由低位體系域、湖擴(kuò)展體系域和高位體系域組成，反映了湖平面的變化和沉積物的供給速率的變化[2]。

初始斷陷期層序以沖積扇、河流和扇三角洲為主，為加積或微弱退積的準(zhǔn)層序組疊置。低位體系域有大型低位濁積扇、沖積扇和低位扇三角洲，高位體系域有沖積扇和高位扇三角洲。湖擴(kuò)展體系域少見。

強(qiáng)烈斷陷期層序以河流、三角洲和重力流為主，為多種疊置樣式的準(zhǔn)層序組疊置。低位體系域有大型低位濁積扇、沖積扇和低位扇三角洲，高位體系域有高位三角洲、小型沖積扇、水下濁積體和重力滑塌體。湖擴(kuò)展體系域有洪水型濁積扇和大規(guī)模的扇三角洲。

斷-拗轉(zhuǎn)換期層序以長軸向河流和三角洲為主，為進(jìn)積或加積的準(zhǔn)層序組疊置。低位體系域與強(qiáng)烈斷陷期相似，高位體系域與初始斷陷期相似。湖擴(kuò)展體系域有濱淺湖的退積型三角洲和水下濁積體。

拗陷沉降期層序以河流-淺水三角洲為特征，為過補(bǔ)償狀態(tài)下的準(zhǔn)層序組疊置[3]。

2 塔里木順北奧陶系油氣開發(fā)項目構(gòu)造演化分析

2.1 構(gòu)造樣式和構(gòu)造單元劃分

依據(jù)地層劃分、構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造運(yùn)動等特征，將項目區(qū)域劃分為4個一級構(gòu)造單元：隆起、坳陷、斜坡和斷陷。每個一級構(gòu)造單元內(nèi)又進(jìn)一步劃分為若干個二級構(gòu)造單元，如背斜、向斜、斷塊等。每個二級構(gòu)造單元內(nèi)又細(xì)分為若干個三級構(gòu)造單元，如褶皺、裂縫等。通過對不同級別的構(gòu)造單元的識別和描述，揭示了該區(qū)域的構(gòu)造樣式和特點(diǎn)。

2.2 構(gòu)造應(yīng)力場分析

為了研究區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場特征，利用有限元軟件如何做的，對研究區(qū)儲層地應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)合實(shí)測地應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。沒有數(shù)據(jù)支持結(jié)果表明，該區(qū)域的最大水平主應(yīng)力方向為北東向，最小水平主應(yīng)力方向為南西向，垂向應(yīng)力為主導(dǎo)應(yīng)力。該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動歷史相一致，反映了燕山期以來的擠壓作用。構(gòu)造應(yīng)力場對油氣運(yùn)移和聚集有重要影響，有利于油氣在北東向斷裂和背斜上的富集。

2.3 構(gòu)造演化模擬

為了研究該區(qū)域的構(gòu)造演化過程和機(jī)制，采用物理模擬和數(shù)值模擬2種方法進(jìn)行了構(gòu)造演化模擬。物理模擬是利用相似材料和相似幾何形狀，按照相似準(zhǔn)則，模擬盆地的構(gòu)造變形過程。數(shù)值模擬是利用有限元或有限差分等方法，建立盆地的數(shù)學(xué)模型，求解控制方程，模擬盆地的應(yīng)力應(yīng)變分布。2種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合使用可以更好地恢復(fù)和解釋盆地的構(gòu)造演化歷史。

物理模擬結(jié)果表明，項目區(qū)域經(jīng)歷了3個主要的構(gòu)造演化階段：

（1）早白堊世伸展階段，形成了一系列北西向正斷裂，導(dǎo)致盆地的快速沉降和沉積充填。

（2）晚白堊世擠壓階段，形成了一系列北東向逆斷裂和走滑斷裂，導(dǎo)致盆地的抬升、侵蝕和變形。

（3）新生代再伸展階段，形成了一系列南北向正斷裂和走滑斷裂，導(dǎo)致盆地的再沉降和沉積充填。物理模擬結(jié)果與區(qū)域地質(zhì)資料和地震資料相吻合。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，該區(qū)域的最大水平主應(yīng)力方向為北東向，最小水平主應(yīng)力方向為南西向，垂向應(yīng)力為主導(dǎo)應(yīng)力。該區(qū)域的應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動歷史相一致，反映了燕山期以來的擠壓作用。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測地應(yīng)力數(shù)據(jù)相符合。

構(gòu)造演化模擬結(jié)果為該區(qū)域的油氣成藏條件和富集規(guī)律分析提供了重要依據(jù)。

3 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系油氣成藏規(guī)律

3.1 油氣運(yùn)移路徑和方式

油氣運(yùn)移是指油氣從生成地層到聚集地層的各種遷移過程，包括初次運(yùn)移和二次運(yùn)移2個階段。初次運(yùn)移是指油氣從烴源巖中排出到鄰近的儲集層中，主要受到壓力差、溫度差、溶解度差等因素的影響。二次運(yùn)移是指油氣在儲集層中的進(jìn)一步遷移，主要受到浮力、水動力、毛細(xì)管力等因素的影響。油氣運(yùn)移的路徑和方式是油氣成藏的重要環(huán)節(jié)，決定了油氣的分布和富集規(guī)律。根據(jù)相關(guān)資料和文獻(xiàn)，分析了該區(qū)域的油氣運(yùn)移路徑和方式，認(rèn)為該區(qū)域的油氣運(yùn)移主要受到烴源巖排出的超壓、浮力、水動力、毛管力等因素的影響，沿著主干走滑斷裂帶分布，形成斷控縫洞型油氣藏。分析結(jié)論如下：

（1）該區(qū)域位于塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系沉積盆地的中部，屬于克拉通盆地的一部分。該盆地經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動和沉積充填，形成了復(fù)雜的構(gòu)造結(jié)構(gòu)和沉積層序。項目區(qū)域正處于一個復(fù)活斷陷盆地的中央部位，具有較厚的沉積層和較好的油氣資源潛力。

（2）該區(qū)域的主要烴源巖為奧陶系馬家溝組、志留系龍王廟組和二疊系克拉通組，主要為Ⅱ型和Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)，以藻類為主，含量一般在0.5%～2%之間，成熟度在0.6%～1.2%之間，生排烴能力較弱。根據(jù)有機(jī)地球化學(xué)、測井評價和地質(zhì)模擬等方法，預(yù)測了不同地質(zhì)時期和區(qū)域的生烴強(qiáng)度和生排烴量。結(jié)果表明，項目區(qū)域的烴源巖在奧陶紀(jì)晚期開始生烴，到二疊紀(jì)早期達(dá)到生烴高峰，之后逐漸減弱。該區(qū)域的烴源巖總體生烴潛力為0.5～1.5 t / t，總體生排烴量為0.1～0.4 t / t，主要以氣為主。

（3）該區(qū)域的初次運(yùn)移主要受到壓實(shí)水流和微裂縫排烴2種模式的影響。由于盆地處于持續(xù)下沉、大量接受沉積的年輕時期，由不均勻的沉積負(fù)荷和差異壓實(shí)作用而產(chǎn)生了壓實(shí)水流。壓實(shí)水流方向呈離心狀，主要是由盆地中心流向盆地邊緣，由深處流向淺處。同時，在異常高壓作用下巖石產(chǎn)生了微裂縫，通過微裂縫排出游離石油或天然氣。初次運(yùn)移的方向主要受到烴源巖的分布和壓實(shí)水流的控制，一般由盆地中心向邊緣或中央隆起帶運(yùn)移，由深層向淺層運(yùn)移。

（4）該區(qū)域的二次運(yùn)移主要受到浮力和水動力2種因素的影響。浮力是由于油氣與水的密度差而產(chǎn)生的向上的推力，是油氣運(yùn)移的主要動力。水動力是由于沉積盆地中壓實(shí)水流和重力水流產(chǎn)生的水流，是油氣運(yùn)移的輔助動力。二次運(yùn)移的方向總是沿著阻力最小的方向運(yùn)移，通常位于凹陷附近的隆起斜坡帶，易成為油氣運(yùn)移的主要方向，特別是其中長期繼承性的隆起帶最為有利。二次運(yùn)移的距離可長可短，主要受到儲集層的巖性、巖相變化，地層不整合，斷層，水動力條件等因素的影響。一般情況下，項目區(qū)域的油氣運(yùn)移距離較短，多在50 km以內(nèi)。

3.2 油氣成藏時代和期次

油氣成藏時代和期次是指油氣從生成到聚集形成油氣藏的地質(zhì)時期和次序。油氣成藏時代和期次的研究，對于揭示油氣成藏的規(guī)律、評價油氣資源潛力、指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)具有重要意義。根據(jù)塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系地質(zhì)特征，綜合運(yùn)用地質(zhì)、地球化學(xué)、測井、地質(zhì)模擬等方法，對該區(qū)域的油氣成藏時代和期次進(jìn)行了分析。根據(jù)油氣地球化學(xué)、流體包裹體和構(gòu)造演化資料，順北地區(qū)不同斷裂帶油氣物性和成熟度存在差異，由西向東從7號斷裂帶向1號斷裂帶原油密度變小，西部的7號帶和5號帶北段油氣成熟度低，5號帶南段和1號帶油氣成熟度高；順北地區(qū)奧陶系油氣藏存在加里東晚期、海西晚期及喜馬拉雅期多期油氣充注過程。結(jié)果表明，該區(qū)域的油氣成藏主要發(fā)生在中生代早期至新生代，經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動和多期加熱事件，形成了多源、多期、多層系、多類型的油氣成藏組合。其中，奧陶系馬家溝組為最主要的油氣源巖層段，其生烴高峰期為二疊紀(jì)早期，主要生成以氣為主的低熟海相碳酸鹽巖型油氣。該區(qū)域的油氣運(yùn)移受到斷裂和不整合面的控制，主要以不連續(xù)沉積生儲蓋組合為特征，形成了以斷-拗轉(zhuǎn)換期層序為主要儲集層系的大型復(fù)式圈閉型油氣藏。

3.3 油氣成藏控制因素分析

油氣成藏的主要控制因素分析，包括油氣來源、生儲蓋組合、圈閉條件和保存條件。油氣來源是油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，生儲蓋組合是油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)鍵，圈閉條件是油氣富集的前提，保存條件是油氣穩(wěn)定存在的保障。該區(qū)位于塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系沉積盆地內(nèi)，具有良好的油氣成藏條件，已發(fā)現(xiàn)多個大中型油氣藏。根據(jù)該區(qū)域的地質(zhì)特征，對各個控制因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析和評價。

順北地區(qū)奧陶系油氣主要來源于強(qiáng)還原環(huán)境下形成的下寒武統(tǒng)-中下奧陶統(tǒng)烴源巖，特別是臺盆區(qū)下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組，烴源巖分布及其演化受到層序地層學(xué)、沉積相與沉積環(huán)境等因素的影響；順北地區(qū)奧陶系儲集層主要為斷控縫洞型儲層，儲集層發(fā)育受到走滑斷裂帶及其分支斷裂帶的控制，斷裂帶的活動性、連通性和分布規(guī)律影響了儲集層的形成和改造；順北地區(qū)奧陶系蓋層主要為碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖，蓋層厚度、完整性和滲透性等因素影響了油氣的保存和運(yùn)移；順北地區(qū)奧陶系構(gòu)造復(fù)雜，受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，形成了多套斷裂帶和斷塊體系，構(gòu)造演化對油氣成藏具有控制作用，加里東晚期、海西晚期和喜馬拉雅期為主要成藏期，構(gòu)造活動性、構(gòu)造格局和構(gòu)造類型等因素影響了油氣的運(yùn)聚和充注；順北地區(qū)奧陶系地溫低，為2.12℃/100 m，埋深8 000 m的地層目前僅為160～170℃，地溫梯度、地溫場和地溫演化等因素影響了油氣的生成、裂解和蝕變。

通過對油氣成藏主要控制因素的分析，可以得出以下結(jié)論：項目區(qū)具有充足的油氣來源，生油巖有機(jī)質(zhì)豐富、成熟度適中、排烴率高；生儲蓋組合以不整合型為主，不整合面為油氣運(yùn)移的主要通道，儲集巖發(fā)育良好，蓋層厚度、連續(xù)性和完整性均較高；圈閉條件以構(gòu)造圈閉為主，規(guī)模較大，形態(tài)復(fù)雜，形成時間早，穩(wěn)定性強(qiáng)；保存條件較好，后期地質(zhì)作用較弱，未對圈閉和蓋層造成明顯破壞。綜上所述，該區(qū)域是一個有利的油氣勘探區(qū)域，值得進(jìn)一步開發(fā)利用。

4 結(jié)束語

通過對塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系的地質(zhì)特征、構(gòu)造演化和油氣成藏規(guī)律的研究，揭示了該區(qū)域的油氣成藏規(guī)律，為該區(qū)域的油氣勘探開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。該研究對于深入認(rèn)識該區(qū)域的構(gòu)造演化歷史，優(yōu)選有利的油氣勘探目標(biāo)，提高油氣勘探成功率，具有重要的理論意義和實(shí)際價值。同時，該研究也為類似區(qū)域的油氣勘探開發(fā)提供了參考和借鑒，為我國油氣資源的有效開發(fā)和利用做出了貢獻(xiàn)。