塔里木盆地中秋1凝析气藏成藏条件及演化过程

刘 春 徐振平 陈 戈 邓 毅 王俊鹏 赵继龙

1. 中国石油杭州地质研究院 2. 中国石油勘探开发研究院3.西南石油大学地球科学与技术学院 4.中国石油塔里木油田公司

0 引言

秋里塔格构造带是塔里木盆地库车坳陷的重要油气勘探区带，勘探前期在东西两侧发现了迪那2凝析气藏、东秋8气藏和却勒1油藏，之后16年持续勘探未获油气发现。2018年中秋1井在下白垩统巴什基奇克组6 073～6 182 m井段进行小型解堵酸化后，在油压为81.182 MPa条件下，测试日产天然气33.435 6×104m3、日产凝析油21.4 m3，计算凝析气地质储量超过1 000×108m3，凝析油地质储量近800×104t，属于千亿立方米规模的整装大型凝析气藏[1]。中秋1井钻探实现了对秋里塔格构造带油气勘探的重大突破，展示了该构造带广阔的油气勘探前景。

为了给该构造带下一步油气勘探部署提供依据，笔者在前人研究成果的基础上，利用秋里塔格构造带钻井、地震、岩心、地球化学等大量资料，结合邻区及区域背景资料，明确中秋1大型凝析气藏的气藏类型及油气来源，分析该构造带天然气成藏条件并推演其演化过程，以期为该造带乃至相似复杂构造区天然气勘探提供参考借鉴。

1 油气藏特征

1.1 区域地质概况

秋里塔格构造带位于塔里木盆地库车坳陷中部，东西长约300 km，南北宽介于10～30 km，面积为5 200 km2。西邻温宿凸起，北部从西到东依次是拜城凹陷、克拉苏构造带、北部构造带，东南部是阳霞凹陷，南部与南部斜坡带相连，走向与北边造山带平行，总体呈近东西向展布[2-4]（图1）。秋里塔格构造带油气资源十分丰富，天然气资源量为1.43×1012m3，石油资源量为2.83×108t，已发现迪那2凝析气藏、却勒1油藏和东秋8气藏，探明天然气地质储量为1 752×108m3、石油地质储量为1 339×104t，探明率分别为12.3%和4.7%[1]。

根据地层格架、构造模式、圈闭类型等方面的差异，秋里塔格构造带自西向东划分为佳木、西秋、中秋和东秋等4段。中秋1大型凝析气藏所在的三级构造单元中秋段平面上呈北东—南西向展布，东西长约120 km，南北宽约12 km，面积约1 000 km2（图1）。由于喜马拉雅中晚期南天山的快速挤压，中秋—东秋段受到古近系和新近系膏盐岩层变形和区域走滑断裂带的影响，使得区内盐层上发育大型薄皮褶皱，盐层下地层受盖层滑脱影响形成大量逆冲断片，发育盐下背斜及断鼻构造[5]。中秋①构造为受南北两侧逆冲断裂所夹持的完整背斜构造，轴向与边界断裂走向基本一致，为近北东向（图1）。

1.2 地层与沉积

目前，该构造带已钻遇地层自上而下包括第四系（Q），新近系中新统库车组（N2k）、康村组（N1-2k）和吉迪克组（N1j），古近系古新统—渐新统苏维依组（E2-3s）和始新统—古新统库姆格列木群（E1-2km），下白垩统巴什基奇克组（K1bs）（图1）。巴什基奇克组在中秋构造带发育三角洲前缘相水下分流河道、河口坝微相的中—细粒岩屑砂岩，是研究区主要储集层；其下伏三叠系发育的三叠系浅湖—半深湖相泥质岩、侏罗系湖相和沼泽相泥岩及煤层，生烃能力强，是研究区主要烃源岩[6-7]；古近系发育的咸化湖相膏泥岩和膏盐岩构成区域性盖层。巴什基奇克组发育的巨厚砂岩储层与上覆由古近系库姆格列木群盐岩、膏岩和含膏泥岩组成的优质盖层构成区内良好的储盖组合。

图1 库车坳陷区域构造及地层柱状图

1.3 油气藏类型

中秋1井凝析油在20 ℃条件下的密度为0.807 2 g/cm3，50 ℃条件下的黏度为1.128 mPa·s，含硫量约为0.03%，含蜡量介于1.1%～7.2%（平均值为5.2%），胶质＋沥青质含量介于0.19%～0.47%（平均值为0.37%），凝固点介于－2～－14 ℃（平均值为－8.8 ℃），具有“低含蜡量、低凝固点”的特征。天然气甲烷含量为92.75%，CO2含量为0.29%，不含H2S，属于“微含二氧化碳、不含硫化氢”天然气。中秋1井地层测试资料表明，巴什基奇克组原始地层压力为120.72 MPa，地层温度为146.35 ℃，压力系数为1.83，PVT实验天然气露点压力低（36.24 MPa），地露压差大，凝析油含量为51.65 g/m3，属于低含凝析油的凝析气藏。结合杜金虎等[1]的研究认识，中秋1凝析气藏属于大型块状断背斜型常温超高压低含凝析油的凝析气藏。

2 油气成藏条件

2.1 两套巨厚高演化优质烃源岩奠定气藏形成的物质基础

2.1.1 烃源岩特征

库车坳陷是一个以陆源碎屑沉积为主的沉积坳陷，中生界—新生界沉积了巨厚碎屑岩，自西而东发育乌什、拜城和阳霞等3个生烃凹陷，中—上三叠统广泛沉积的浅湖—半深湖暗色泥岩和中—下侏罗统广泛沉积的沼泽相煤层是坳陷内主要烃源岩，分布范围介于1.2×104～1.4×104km2[6]。

三叠系烃源岩厚度介于800～1 000 m，在北部露头区出露厚度一般较大，向盆地南缘方向该套烃源岩逐渐减薄。烃源岩总有机碳含量（TOC）一般介于1%～3%，属好—非常好烃源岩，有机质类型以混合型—腐殖型为主[7]。

侏罗系煤层与三叠系泥质烃源岩大体一致，但分布范围明显大于三叠系，北部单斜带露头剖面泥岩厚度介于250～600 m，向塔北隆起逐渐减薄，尖灭于英买力以南地区，表现为北厚南薄的特征。侏罗系煤层烃源岩TOC普遍介于1.8%～4.0%，属非常好的烃源岩，有机质类型以腐殖型为主[7]。

中秋1井天然气ln(C1/C2)和ln(C2/C3)平均值分别为3.8和1.6，结合前人图版[8]判识为干酪根裂解气（图2-a）。此外，邻井东秋6井天然气烷烃甲烷、乙烷、丙烷碳同位素值分别为－33.2‰、－22.2‰、－22‰，根据戴金星等[9]油型气和煤成气判别标准，天然气为煤成气。东秋8井原油族组分碳同位素组成与盆地内部海相和煤系有较大差别，具有湖相偏煤系母源的特征（图2-b）。结合区内烃源岩发育情况综合认为，中秋1井原油主要来自三叠系湖相偏腐泥型烃源岩，天然气则主要来自区内侏罗系偏腐殖型的煤系烃源岩。

2.1.2 烃源岩生烃潜力

图2 油气成因判别图版

图3 中秋1井巴什基奇克组沉积埋藏史图

区域构造演化史分析结果表明，秋里塔格构造带中秋段早期为持续浅埋（小于3 000 m），晚期为快速深埋（6 000～7 000 m），末期仅仅是遭受喜马拉雅期构造运动的影响发生低幅度的抬升（图3）。这种埋藏方式决定了库车坳陷的整体挤压下坳，沉积物快速沉积，烃源岩快速成熟。其中三叠系烃源岩在上新世—第四纪（距今约5 Ma）进入生气阶段，此时，镜质体反射率（Ro）达到3.0%～3.5%，整体进入过成熟阶段；侏罗系烃源岩成熟期较三叠系烃源岩要稍晚，总体在库车期才大量进入生气阶段，特别是距今约3 Ma以来大量生成干气，目前的烃源岩Ro介于2.0%～2.5%，处于主要生气阶段，其生气强度介于30×108～150×108m3/km2，这种高生气强度为晚期强充注提供了物质基础[6]。

2.2 规模砂岩储层为气藏的形成提供良好的储集空间

2.2.1 发育大规模扇三角洲（或辫状河三角洲）前缘砂体

自中生代以来，库车坳陷受南天山造山带多期次复合隆升、陆内造山作用的影响，总体上呈现“北山南盆”的古构造与古地理格局。南北向的“北高南低”、东西向“坳—隆相间”的古地貌控制了白垩纪沉积期沉积相带与砂体的展布。古地形的北高南低决定了区内古水流方向为由北向南，南天山前存在多个点物源构造成的线物源出口，沉积物供应充足，由于地势变缓，随距离增加水体能量逐渐减弱，碎屑物质快速入湖并大量沉积保存下来。由北向南沉积相依次为冲积扇、扇三角洲或辫状河三角洲、滨浅湖沉积的分布格局。多期河道砂体垂向上相互叠置，平面上多个扇体相互连接，形成的冲积扇－扇（或辫状河）三角洲复合体直接进入湖盆发育白垩纪时期规模巨大的砂体（图4）[10-11]。中秋构造带整体处于三角洲前缘相带，沉积微相以三角洲前缘水下分流河道为主。巴什基奇克组砂体横向连续稳定分布，泥岩夹层薄且不连续，由于受到区域性剥蚀的影响，地层总体上东厚西薄，中秋段厚度约350 m。

2.2.2 有效储层特征及控制因素

中秋1井巴什基奇克组岩石类型主要为中—细粒岩屑砂岩，少量长石岩屑砂岩；砂岩碎屑颗粒分选中等—好，磨圆度主要为次棱—次圆，颗粒以点—线接触为主，孔隙式或连晶—孔隙式胶结为主。中秋1井未取心，但是从该井的岩屑薄片来看，储集层储集空间类型以粒间孔为主，包括粒间（长石、黏土矿物、碳酸盐矿物）溶蚀孔、残余原生粒间孔以及在原生孔隙基础上的扩大溶蚀孔隙（图5-a、b）；其次是粒间黏土以及部分颗粒内部的微孔隙（图5-c）；再次为粒内溶孔，主要为长石质颗粒发生表生溶蚀形成（图5-b）；薄片下构造裂缝发育较少。从东秋8井岩心观察来看，晚期裂缝基本未充填，沟通孔隙形成了油气运移通道（图5-d～f）。裂缝对于砂岩渗滤能力的改善具有显著的影响[12-16]，喜马拉雅期强烈的构造运动使得中秋—东秋段储层遭受一定的挤压减孔，但由于是快速埋藏时期，构造挤压的减孔得到一定的缓解，储层岩石致密后受喜马拉雅晚期的构造推覆挤压导致裂缝的产生，改善了致密储层的渗滤通道，使得储层渗透率有显著提高。

图4 库车坳陷巴什基奇克组沉积相图

图5 秋里格塔构造带巴什基奇克组储层孔隙及裂缝发育特征照片

中秋1井巴什基奇克组储层物性较好。测井解释孔隙度介于1.9%～16.9%，平均值为12.8%，渗透率介于0.05～5.32 mD，平均值为1.40 mD，总体表现为低孔低渗特点。邻区东秋8井岩心实测孔隙度介于9.1%～20.8%，平均值为15.3%，渗透率介于0.06～1 355.00 mD，平均值为123.23 mD。巴什基奇克组储层孔渗相关性好，总体呈现孔隙型储层特征（图6）。平面上看，中秋1井储层物性与克拉苏构造带克拉2井相当，优于大北、克深气藏，造成这种差异可能与中秋1井相对远离冲断带，应力降低，构造横向挤压减弱有关。

图6 巴什基奇克组砂岩孔渗相关性图

秋里格塔构造带储集层发育的关键是岩相和溶蚀作用。区域大量露头及钻井岩石物性统计表明：沉积条件的不同导致储层岩石粒度、成分和填隙物的差异，这种差异使得不同岩相储层的物性存在较大差别。从中秋1井巴什基奇克组含气层段砂岩储层物性与不同岩相关系上看，细砂岩分选好、泥质含量低，物性最好，平均孔隙度达15.2%，平均渗透率达2.69 mD；含砾细砂岩分选差、泥质含量中等，储层物性较差，平均孔隙度为8.9%，平均渗透率为1.53 mD；粉砂岩粒度细、泥质含量高、颗粒相对抗压实能力弱，储层物性差，平均孔隙度为6.2%，平均渗透率为0.24 mD。白垩纪沉积期的干旱蒸发环境使得地层水持续以弱酸性状态存在，薄片下明显可见多期溶蚀作用的产生，早期溶蚀主要为早成岩期沉积物在从沉积—浅埋藏的过程中受压实作用的影响，砂岩排除同沉积期的孔隙水，导致孔隙水与长石、云母等颗粒的相互作用，使得储层孔隙中各类易溶产物随孔隙水排除，形成粒间孔，而各类硅铝酸盐如长石等也不同程度地遭受溶蚀改造，形成大量粒内溶孔。后期溶蚀主要为白垩纪晚期受构造抬升剥蚀的影响，储层岩石暴露遭受大气淡水淋滤溶蚀，造成储层胶结物不同程度的溶蚀，早期硅铝酸盐颗粒粒内溶孔继续扩大溶蚀，形成大量溶蚀残余。

2.3 盐湖相膏盐岩为天然气成藏提供优越的封盖条件

由于膏盐岩的低孔渗性和强塑性，使得其自身受成岩演化影响不大，在不同的演化阶段均可以保持良好的封盖性能。前人研究表明，膏盐岩的排驱压力可以高达14～25 MPa，区域性稳定分布的膏盐岩层成为有效封闭盖层与其厚度相关性不明显，即便厚度不大也可形成良好盖层[17-21]。库车坳陷古近系和新近系膏盐岩、膏泥岩层基本覆盖全区，由于膏盐岩地层塑性流动及沉积差异，膏盐岩层厚度从几十米到几千米不等，局部厚度超过3 000 m，是该区大中型高压气藏封盖和保存的关键条件[8]。中秋1井盖层厚度为419 m，其中纯盐层厚度为138 m，纯盐层向东至东秋8井（厚度为62 m）减薄，向西逐渐加厚（图7），且埋藏深，塑性流动性强，封盖能力更强。这为中秋①断背斜圈闭成藏提供了优越的保存条件。

区域研究表明，上覆巨厚膏盐岩层的存在使盐下地层压实程度降低，成岩作用减弱[6,11]。膏盐岩层厚度与储集层孔隙度有负相关趋势，相同埋深条件下膏盐岩层厚度增加300 m可使得下伏保护的储集层孔隙度增加约1%[6]。此外，库车坳陷上覆古近系膏盐岩层与下伏巴西改组泥岩分布稳定，压力系数介于1.5～2.5，为高压—超高压系统，形成的封隔空间一定程度抑制了压实减孔与胶结减孔。同时，膏盐岩层的塑性流动使储集层所受重力载荷及埋藏压实效应大致相当，未能造成大的压实减孔量差异。

2.4 喜马拉雅期以来构造运动形成的楔状叠瓦构造圈闭提供了油气聚集场所

受北边克拉苏双重滑脱和冲断作用的影响，秋里塔格构造带形成了较为复杂的构造格局。断裂对构造圈闭的形成以及油气运聚成藏起着至关重要的作用：①断裂起滑脱、冲断作用，平面上冲断带深层发育众多断裂，多处合并、分叉，形成“多层楼”构造样式，纵向上受一系列逆冲断层控制形成众多的逆冲叠瓦断片，构成了盐下集中分布的背斜、断背斜、断块圈闭[22]；②断裂是油气运聚成藏的重要通道，油气通过断裂运移到圈闭后聚集成藏。中秋段构造为盐下构造受基底卷入逆冲断层控制的楔形断块构造，垂直断距大，圈闭密集分布，发育背斜、断背斜、断鼻圈闭。在断层的控制下，叠瓦状背斜差异升降使得地层差异对接，可形成侧向封挡条件，中秋1井白垩系地层与下盘古近系膏盐岩对接，圈闭完整、幅度大、面积大，使高压气藏得以保存完好，有利于大型气藏的形成（图8）。

图7 库车坳陷古近系库姆格列木群膏盐岩段沉积相图

图8 秋里塔格构造带中秋—东秋段三维叠前深度偏移剖面图

3 油气成藏形成与演化

3.1 充注时间

多套烃源岩在多期构造运动的差异作用下往往造成油气多期充注并聚集成藏。库车坳陷具有多期成藏过程，但是具体成藏时间仍存有异议。梁狄刚等[23]解剖了克拉2气田认为库车坳陷经历了中新世早期和上新世以来的两期成藏；赵孟军等[24-25]解剖了大北—克拉气田认为库车坳陷经历了白垩系末—古近系时期油气聚集、破坏和喜马拉雅晚期天然气聚集、调整的两期成藏；鲁雪松等[26]解剖克拉—克深气藏认为库车坳陷存在中新世早中期原油充注、上新世库车期高成熟油气充注与破坏、第四纪高—过成熟煤成气充注的3期成藏。可见，以晚期成藏为主形成了统一认识。由于中秋段与东秋段紧邻，构造背景和圈闭类型相似，因此应该具有相同的油气充注成藏时间，东秋8井流体包裹体主要是气态包裹体，根据均一温度频率直方图并结合中秋1井沉积埋藏史（图3），认为中秋—东秋构造带油气充注是一个持续过程，有两个充注高峰，第一个油气充注高峰是距今5～4 Ma （充注时地层温度主要介于90～110 ℃），第二个油气充注高峰是距今3～2 Ma（充注时地层温度主要介于120～130 ℃）（图9）。

3.2 油气藏形成过程及演化

根据气藏特征并结合前人对库车坳陷油气成藏研究成果，推断中秋1大型凝析气藏总体上是先油后气、气侵成藏的成藏模式。综合构造演化恢复并结合生烃史[27]，将秋里塔格构造带东秋—西秋段油气成藏演化大致划分为以下4个具体过程（图10）。

图9 东秋8井流体包裹体均一化温度频率直方图

3.2.1 中新世吉迪克早期（距今20 Ma以前）

该时期盆地相对稳定，拜城凹陷侏罗系烃源岩未成熟（Ro＜0.5%），三叠系烃源岩进入低成熟期（0.5%≤Ro＜0.7%），局部小范围进入成熟阶段并开始生排烃，此时由于缺乏有效构造，难以形成规模油气藏（图10-a）。

3.2.2 中新世康村早中期（距今20～12 Ma）

该时期受喜马拉雅运动影响，由北向南方向构造挤压开始，中秋构造带断裂形成，三叠系烃源岩开始大规模生油（0.7%≤Ro＜1.3%），侏罗系烃源岩进入低成熟阶段少量生油（0.5%≤Ro＜0.7%），原油沿断层向上运移到白垩系砂体中局部聚集成藏，大量原油向南横向运移（图10-b）。

3.2.3 中新世康村晚期（距今12～5 Ma）

图10 中秋1大型凝析气藏成藏演化过程示意图

该时期中秋构造形成雏形，三叠系、侏罗系烃源岩广泛进入成熟—高成熟阶段并大量生排烃（侏罗系烃源岩：0.7%≤Ro＜1.3%；三叠系烃源岩：1.3%≤Ro＜2.0%），油气持续向南运移、聚集，部分油藏发生气侵。该时期在中秋构造带南北形成两条大断裂切穿了白垩系及侏罗系，为油气的垂向运移提供了有利条件，中秋①构造开始聚气成藏（图10-c）。

3.2.4 上新世库车期以来（距今5 Ma以来）

受喜马拉雅运动的影响，白垩系地层发生推覆挤压，中秋①构造圈闭幅度变大、构造定型，三叠系、侏罗系烃源岩大量持续生气（侏罗系烃源岩：1.3%≤Ro＜2.0%；三叠系烃源岩：2.0%≤Ro＜3.0%），中秋①构造天然气在高温高压下对先期油藏形成气侵，导致原油可溶组分溶解进入天然气，沥青在储集层中沉淀下来（图5），先期油藏转换为凝析气藏，特别是上新统库车晚期（距今3 Ma以来），拜城凹陷烃源岩整体进入高成熟阶段并大量生气，新构造运动使部分聚集的油气沿断层向上运移并在浅层新近系吉迪克组圈闭再次聚集成藏，如东秋⑧构造（图10-d）。

综上所述，从拜城凹陷烃源岩中排出的油气在生烃超压动力条件下，在上覆巨厚、区域分布稳定的膏盐岩盖层的控制下，沿断裂运移至较早形成的中秋①构造，呈现出“早期聚油、晚期气侵、改造调整、快速成藏”的成藏过程。

4 结论

1）中秋1气藏属块状断背斜型常温超高压低含凝析油大型凝析气藏，天然气为煤成气，天然气主要来自区内侏罗系腐殖型煤系烃源岩。

2）秋里塔格构造带能够形成大型油气藏的地质条件是三叠系和侏罗系发育的两套巨厚高演化烃源岩、白垩系发育的大型辫状河三角洲规模有效砂岩储集层、喜马拉雅期以来的构造活动形成的大规模楔状叠瓦构造圈闭、古近系和新近系巨厚膏盐岩形成的优越保存条件以及油气生成与圈闭形成的良好时空匹配。

3）秋里塔格构造带中秋1大型凝析气藏是先油后气、气侵成藏的成藏模式，具有“早期聚油、晚期气侵、改造调整、快速成藏”的成藏过程。