塔里木盆地地温场对油气成藏过程的控制作用——以古城墟隆起为例

塔里木盆地是中国海相碳酸盐岩油气勘探的重点区域,近几年中国石油化工股份有限公司在古城墟隆起西段奥陶系天然气勘探获得较大突破,但气藏的高温高压加大了勘探开发难度,且油气性质使得富集规律更为复杂。通过对地温场、油气碳同位素特征以及油气成藏过程剖析,认为古城墟隆起的多期构造活动使得地温异常,平面上具有剥蚀-热事件的差异演化;原油海西中—晚期聚集成藏,经历高温热蚀变,原油组分碳同位素变重;天然气为高成熟度干气,具有一定的原油裂解气的特征,喜马拉雅期聚集成藏;SHN1井成藏过程表征了热液对碳酸盐岩储层的建设作用和对油气的破坏与建设双重作用,使得奥陶系碳酸盐岩层系具有形成大型天然气藏的潜力。

塔里木盆地一类新海相原油的地球化学特征

对塔中52等井奥陶系储层产出的原油进行的分析结果表明,它们的三环萜烷系列较为特殊,主要表现为其相对丰度呈C19>C20>C21>C23>C24>C25>C26阶梯状的模式,C24四环萜烷异常丰富,且其丰度远高于C26三环萜烷,这一分布模式一般出现在淡水沼泽相和浅湖相沉积地层与原油中。在三萜烷分布特征上,其伽马蜡烷含量很低,甾烷系列和藿烷系列的分布与组成特征与该地区来源于中上奥陶统烃源岩的海相原油十分接近,同时它们的全油均具有轻的碳同位素组成,其δ13C值都小于-30‰,具有海相成因原油的特征。而塔中12井上奥陶统良里塔格组4-5段烃源岩中生物标志物的分析结果进一步证实了该类原油与那些富含宏观藻残片,且有机质类型偏腐殖型的上奥陶统海相烃源岩关系密切,是该地区油气勘探中值得关注的对象。

碳酸盐团簇同位素在海相盆地热史研究中的进展

沉积盆地热史研究对于油气成藏分析至关重要,在油气勘探以及油气资源评价领域有着举足轻重的影响,而海相盆地碳酸盐岩层系由于缺乏有效古温标导致很难对其热史进行恢复。碳酸盐团簇同位素是能够指示碳酸盐岩形成温度的指标,它将温度信息记录在^(13)C—^(18)O配对的化学键中,并通过其丰度变化将温度信息反映出来,即碳酸盐团簇同位素的丰度(Δ_(47))与地层温度演化密切相关。从碳酸盐团簇同位素测温以及热史恢复的基本原理、方法出发,结合近年来其在国内外海相盆地热史恢复的研究实例,综述了碳酸盐团簇同位素古温标的应用情况,并探讨了其存在的问题和未来的发展方向。碳酸盐团簇同位素作为一种新兴的古温标,在碳酸盐岩地层热历史恢复中展现出了巨大的潜力。团簇同位素热史研究实例表明,美国箭峡Bird Spring组经历的最高古温度约为175℃,四川盆地二叠系茅口组最高埋藏温度在213~225℃,塔里木盆地奥陶系受二叠纪岩浆活动影响存在160℃以上的异常高温。团簇同位素由于受热演化模式不成熟,重结晶作用以及沉积埋藏温度变化的影响,使得其在热史恢复方面仍存在不足,并建议精确恢复碳酸盐岩地层热史的下一步发展方向是将碳酸盐团簇同位素和U-Pb定年以及其他古温标相联合。

塔里木盆地库车坳陷烃源岩热模拟实验中甲烷碳同位素的二阶分馏

选用塔里木盆地库车坳陷三叠系和侏罗系的煤、黑色泥岩及碳质泥岩等样品进行了260～540℃之间的生烃热模拟实验，模拟温阶为40℃，并对产物中天然气的碳同位素和实验后的固态产物的镜质体反射率进行了测定，得到了模拟气态烃产物中甲烷的碳同位素与模拟产物成熟度Ro的关系。实验表明，在烃源岩由未成熟到过成熟的演化过程中，甲烷碳同位素存在二阶分馏，在未熟到成熟（Ro〈1．5％）阶段，甲烷碳同位素随温度（成熟度）的增加由重变轻，丽在成熟到过熟阶段，甲烷碳同位素随温度（成熟度）的增加由轻变重，在这2个演化阶段甲烷碳同位素与民均呈线性相关。

珠江口盆地番禺低隆起—白云凹陷北坡干酪根热演化模拟与生烃

通过密封金管—高压釜体系对珠江口盆地番禺低隆起—白云凹陷北坡恩平组炭质泥岩的干酪根(PY),在24.1 MPa压力、20℃/hr(373.5～526℃)和2℃/h(343～489.2℃)两个升温速率条件下进行热模拟生烃实验,分析气态烃(C1-5)和液态烃(C6-14和C14+)的产率,以及沥青质和残余有机质碳同位素组成。同时与Green River页岩(GR)和Woodford泥岩(WF)的干酪根,分别代表典型的I型和II型干酪根进行对比研究。结果显示PY热演化产物中总油气量明显低于GR和WF干酪根,且气态烃(C1-5)最高产率是液态烃的1.5倍,揭示恩平组炭质泥岩主要以形成气态烃为主。在热演化过程中,有机质成熟度和母质类型是控制油气比的主要因素,气态烃和轻烃的产率比值主要受热演化成熟度的影响。干酪根残余有机质碳同位素和沥青质碳同位素在热演化过程中受有机质成熟度的影响较小,δ13C残余和δ13C沥青质可以间接反映原始母质的特征,为高演化烃源岩油气生成提供依据。

天然气甲烷碳同位素动力学研究及其应用:以塔里木盆地库车坳陷克拉2气田为例

通过有压力的黄金管封闭体系生烃模拟实验和GC IRMS测定,结合GOR IsotopeKinetics专用软件,求取了塔里木盆地库车坳陷三叠系—侏罗系烃源岩生成甲烷的碳同位素动力学参数。结合地质背景,探讨了克拉2气田天然气的成因。克拉2气田天然气主要来源于早中侏罗世煤系烃源岩,属阶段捕获气,为- 5Ma以来的天然气聚集,对应成熟度范围Ro为1.3%～2 .5 %。在此基础上,建立了克拉2气田天然气运聚成藏动力学模式。

异常热作用对原油正构烷烃碳同位素特征的影响——以塔里木盆地为例

原油正构烷烃碳同位素曲线特征分析是油-油、油-源对比的重要手段,研究发现,正构烷烃碳同位素曲线会受多种次生作用的改造而改变原始面貌。二叠纪发生的地幔柱事件不仅改造了塔里木盆地早期油气的储集条件,伴随的异常热作用对油气的地球化学特征和物理-化学性质也产生了较大影响。通过寻找TZ421井、TD2井、ZS1(ZS1c)井、TZ62井等受异常热作用改造的证据以及分析其原油正构烷烃碳同位素曲线的变化,发现原油正构烷烃碳同位素曲线特征记录了塔里木盆地存在的多种类型的异常热事件,反映了原油原始碳同位素特征经历的改造。通过分析异常热作用改造的正构烷烃碳同位素曲线特征,将其划分为3种类型,分别反映了热液和岩浆热作用、硫酸盐热化学还原反应以及热蚀变作用对正构烷烃碳同位素特征产生的差异性改造,揭示了不同类型异常热作用对正构烷烃单体碳同位素分馏的影响。正构烷烃碳同位素曲线特征在作为塔里木海相原油端元油划分的依据时还需谨慎考虑。

准噶尔盆地天然气地球化学特征及聚气条件的讨论

根据对准噶尔盆地典型低演化阶段侏罗系煤系烃源岩热模拟实验所产烃类气组分碳同位素的分析测试,研究了盆地赋存天然气的类型、热演化程度和赋存的地质条件。认为:盆地腹部陆南凸起以高演化阶段煤型气为主,源岩可能为盆地东部发育的石炭纪煤系;低演化阶段油型气主要赋存在盆地东部油气区;盆地南缘特殊构造地质条件和烃源岩热演化条件是构成不同演化阶段天然气分别聚集或混源聚集的原因。

塔里木盆地S74井稠油热模拟实验研究(一)——模拟产物地球化学特征

对塔里木盆地S74井稠油开展了热模拟实验,对原油、模拟残渣抽提物、排出油的族组分及其碳同位素进行了测试,并对饱和烃进行了气相色谱与气相色谱—质谱分析,同时进行了烷烃气碳同位素分析。研究表明:1)模拟残渣抽提物饱和烃结构组成、甾萜烷生物标志化合物随模拟温度的变化具较大幅度的变化,而排出油除在350℃出现异常外,饱和烃结构组成、甾萜烷生标特征随模拟温度的变化不大;2)模拟残渣抽提物及其馏分碳同位素随模拟温度的增高而逐渐变重,而排出油及其馏分碳同位素随模拟温度的变化规律不明显;3)烷烃气碳同位素随模拟温度的增高而逐渐变重,各模拟温度点烷烃气碳同位素呈正常组合序列分布。

沁水盆地山西组煤岩的生气热模拟实验研究

热模拟实验是研究烃源岩有机质成烃演化的重要手段。为了客观了解沁水盆地高演化煤系烃源岩的生烃特征和生气性能，采用封闭高压釜体系对沁水盆地山西组煤岩样品进行了生气热模拟实验。结果表明：沁水盆地山西组煤岩样品可以生成大量的气态烃（其产率高达226 m^3／t），是良好的气源岩；随着热模拟温度的增加，气态烃产率增大，气态烃产率表现出“两急两缓”的增加模式，高演化阶段以产甲烷为主，主生气期为热模拟温度450～600℃（ Ro＝1．2％～2．7％）；温度影响煤岩热解气组分碳同位素值的变化，总体上甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值随热模拟温度升高有逐渐变重的趋势，并且相同热模拟温度时具有δ13 C1＜δ13 C2＜δ13 C3的特征，符合气态烃碳同位素正序系列。

碳酸盐团簇同位素在沉积盆地热演化中的应用——以塔里木盆地顺托果勒地区为例

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层是近年来油气勘探的热点.然而,由于碳酸盐岩地层缺乏有效的古温标,极大的制约了热历史的研究.团簇同位素作为一种新的有效古温标,为碳酸盐岩地层的热历史恢复提供了可能.本文通过测试塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系碳酸盐岩储层中不同结构组分的团簇同位素,利用固态重排模型重建了塔里木盆地顺托果勒地区不同构造单元的奥陶纪以来的热历史.塔里木盆地顺北、顺托和顺南地区泥晶基质的团簇同位素温度(TΔ47)平均值分别为92.34℃、124.35℃和170.27℃,除了顺南地区SN501井和SN4井外,其他的所有样品在最高埋藏温度下尚未达到完全热平衡,可用于热历史重建.通过对顺托果勒地区典型单井设置不同的热史路径,进而明确最高埋藏温度的上限为170~190℃.此外,二叠纪的异常高温可能是地层抬升剥蚀和岩浆活动热事件共同作用的结果,顺托果勒地区二叠纪地温梯度范围为26~46℃/km,呈现西北高东南低的趋势,地温梯度的空间变化表明可能与岩浆活动有关,且岩浆活动中心可能位于塔北地区附近,岩浆活动造成热响应可能在SN3井附近终止.

塔里木盆地古城墟隆起顺南1井古油藏热裂解过程的分子碳同位素地球化学记录

塔里木盆地古城墟隆起顺南1井高成熟度轻质原油被认为是典型的热裂解残余油。研究揭示顺南1井原油中高丰度的苯系物和丰富的稠环芳烃,是其在地质历史上经历强烈热裂解的次生产物之一;苯系物应为热裂解、环化、芳构化过程的中间产物,而稠环芳烃可能指示了缩聚过程。烃类分子裂解—缩聚过程诱发的碳同位素分馏,不仅使顺南1井原油正构烷烃分子碳同位素较下古生界含油气系统中正常原油的重8‰~10‰,而且烷基萘系物分子碳同位素也比下古生界含油气系统中的正常原油重6‰~8‰。研究结果进一步实证了与裂解成因相关的芳烃分子及其稳定碳同位素组成是判识深层—超深层油藏是否经历热蚀变的有效手段,其对于准确评估深层—超深层油气相态与资源格局具有重要意义。

塔里木盆地顺北地区深部油藏轻烃地球化学特征及其指示意义

深部高温高压环境下原油的成因类型判识一直是深部油气勘探评价中的关键问题之一。塔里木盆地顺北地区7300~8000 m埋深奥陶系鹰山组以及一间房组轻质油藏的发现为研究其成因提供了一个很好的契机。本研究以原油轻烃及其分子稳定碳同位素地球化学组成为基础,系统探讨了塔里木盆地顺北地区深层原油成因特征。研究结果表明,顺北深层原油热演化程度高,为轻质油-凝析油阶段成烃产物。通过与邻区典型油藏热裂解成因原油对比,揭示顺北深层原油总体未受或经历轻微热改造影响,但不同井区存在一定差异性。顺北1井区(SB1井区)、顺北2井(SB2井)和顺北5井区(SB5井区)原油属于正常干酪根热降解成烃产物,未受显著热改造作用影响;顺北3井(SB3井)原油可能受轻微热改造作用影响;顺北7井(SB7井)原油高的姥植比、甲基环己烷重碳同位素、低的芳构化特征,指示可能具有特殊的成烃来源或成藏改造过程。

准噶尔盆地沙湾凹陷周缘中、浅层天然气地球化学特征及成因

沙湾凹陷周缘天然气混源现象普遍,前期缺少对地区的整体研究,制约了研究区天然气成藏研究。为此,系统开展了天然气地球化学特征分析,结合烃源岩热模拟技术,明确研究区中、浅层天然气的成因。研究显示,沙湾凹陷周缘中、浅层天然气以甲烷为主,干燥系数分布在0.73~1.00,δ^(13)C_(1)值分布在-56.0‰~-31.5‰,反映研究区成熟与高-过成熟天然气共存;δ^(13)C_(2)值分布在-30.4‰~-22.8‰,反映研究区煤型气、油型气和混合型气均有分布。结合烃源岩热解气碳同位素特征,认为研究区天然气具有4种成因类型:Ⅰ类天然气来源于佳木河组烃源岩,主要分布在红车断裂带中段白垩系,具有极重的δ^(13)C_(2)值,大于-25.5‰,C_(7)轻烃中甲基环己烷含量大于50%;Ⅱ类天然气分布少,主要为原油降解次生生物气,具有异常偏负δ^(13)C_(1)值和极高的干燥系数;Ⅲ类天然气来源于下乌尔禾组烃源岩,主要分布在小拐地区及红车断裂带南段侏罗系,δ^(13)C_(2)值分布在-27.9‰~-26.4‰,具有混合型烃源岩特征;Ⅳ类天然气为下乌尔禾组烃源岩与风城组烃源岩混源,主要分布在红车断裂带南段、北段及金龙地区,以下乌尔禾组来源为主的天然气δ^(13)C_(2)值大于-29‰,以风城组来源为主的天然气δ^(13)C_(2)值小于-29‰。

准噶尔盆地南缘侏罗系煤生烃热模拟实验研究

采用黄金管-高压釜热模拟体系,开展准噶尔盆地南缘地区侏罗系八道湾组和西山窑组煤的生油和生气演化特征研究,对区域油气资源评价和油气资源研究具有重要意义。煤热模拟实验结果表明,准噶尔盆地南缘八道湾组煤生油潜力明显高于西山窑组煤,其生油高峰在Ro(镜质体反射率)=1.07%,最大生油产率的分布范围为60.13~83.27 mg/g,具有一定的排油能力;西山窑组煤生油高峰在Ro=0.96%,最大生油产率分布范围为27.14~62.14 mg/g,部分样品具有一定的排油能力。八道湾组煤和西山窑组煤生气能力接近且均较好,生气窗长。Ro为0.90%时,煤开始生气;Ro在1.07%~1.65%时,煤进入快速生湿气阶段,煤裂解气产量是最大产气量的50%左右;Ro达1.65%后,煤进入干酪根裂解生气阶段;Ro在3.60%时,煤生气基本结束,最大生气产率分布范围为92.23~141.26 mg/g。南缘西段艾卡构造带八道湾组煤层厚度为10~20 m,Ro在1.0%左右,处于煤生油高峰,生油量在57.10~81.19 mg/g,且煤具有有机碳含量高的特点,认为该区煤具有形成带气顶的油藏的潜力。准噶尔盆地南缘中段霍玛吐背斜带和昌吉—乌鲁木齐地区侏罗系煤层厚度大,最厚达60 m,烃源岩Ro在1.3%~2.0%之间,处于煤大量生干气阶段,生气量为60.21~104.27 mg/g,认为准噶尔盆地南缘中段煤具有形成凝析气藏和干气藏的条件。

准噶尔盆地南缘下组合煤系烃源岩生烃模拟及高探1井油气源研究

随着准噶尔盆地勘探的不断深入,准南下组合日益成为油气勘探的重点,但目前针对下组合烃源岩生烃演化特征尚未进行系统性研究,不同岩性煤系烃源岩生烃能力和生油气量如何等尚未进行系统性实验分析。最近获得高产的高泉背斜高探1井油气与哪种岩性煤系源岩关系最为密切等都值得进一步讨论。通过对侏罗系煤岩、碳质泥岩和泥岩进行密闭容器高压釜加水热模拟实验,对3种岩性煤系烃源岩生烃特征及油气源对比进行了研究。碳质泥岩和泥岩具有较高的生油潜力,碳质泥岩是侏罗系煤成油的主要贡献者,且角质体可能是碳质泥岩主要生油母质。煤岩在更高演化阶段较碳质泥岩和泥岩具有更高的生气潜力,且主要为干酪根降解气。模拟气体随演化程度升高均不同程度出现碳同位素分馏效应,即随成熟度增加气体稳定碳同位素先变轻后变重,且δ^(13)C_(1)分馏效应较δ^(13)C_(2)明显。结合模拟实验进一步对高探1井油气源进行了分析,认为高探1井下白垩统清水河组原油主要为侏罗系碳质泥岩生成的较高成熟度原油,而3种岩性煤系烃源岩对天然气均有贡献。

鄂尔多斯盆地山西组低成熟度页岩生烃热模拟

为查明鄂尔多斯盆地古生界二叠系山西组页岩生烃过程中产物的变化规律及影响因素,揭示页岩生烃潜力,选取了鄂尔多斯盆地东缘山西组地层低成熟度富有机质页岩样品,采用密封黄金管—高压釜体系,在50 MPa围压下,以20℃/h和2℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,测定气态烃和液态烃的产量及气态烃的碳同位素组成,分析不同升温速率下实验产物的演化规律,探讨碳同位素特征及成因,并建立了山西组页岩生烃模式。研究表明:(1)相对低的升温速率有利于烃类气体的生成;(2)相对低的升温速率下,液态烃产率和最大产率对应的温度都较低;(3)温度对热解气碳同位素有明显影响,而升温速率对热解气碳同位素并无明显影响。建立了鄂尔多斯盆地山西组页岩生烃模式。生烃热模拟结果显示鄂尔多斯盆地山西组页岩生烃潜力较好。

利用团簇同位素恢复沉积盆地热历史的探索

海相碳酸盐岩层系由于缺乏有效的古温标,其热历史的恢复一直是困扰地球科学界的难题.碳酸盐团簇同位素(clumped isotope)作为一种新兴的古温标,在碳酸盐岩地层热历史研究中展现出了巨大的潜力.本文选取了塔里木盆地与四川盆地多口钻井受后期成岩作用影响较弱的碳酸盐岩样品进行团簇同位素古温标(Δ47)测试与分析,探讨了不同岩性的深层自然演化碳酸盐岩样品Δ47温度的意义、方解石团簇同位素^(13)C-^(18)O键固态重排规律以及沉积盆地热历史对不同岩性的团簇同位素的影响.塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区碳酸盐Δ47为0.443‰～0.634‰,计算团簇同位素温度为49.9～201.7℃,川中古隆起碳酸盐Δ47为0.423‰～0.537‰,计算团簇同位素温度为105.7～233.5℃.测得的团簇同位素温度远高于可能的成岩温度,表明上述研究区自然样品的碳酸盐团簇同位素受到了后期埋藏升温作用的影响,可能发生了^(13)C-^(18)O键的固态重排.根据塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区团簇同位素温度与钻孔温度关系推测自然样品方解石团簇同位素^(13)C-^(18)O键固态重排的"封闭温度"不高于120℃,热力学"平衡温度"不低于160℃,与国外实验室条件下得到的结果相一致.综合分析认为一阶近似模型能够较为准确地描述盆地热历史对方解石^(13)C-^(18)O键固态重排的影响;而盆地热历史对白云石团簇同位素影响的热演化模型还需要进一步研究.

塔里木盆地原油裂解生烃特征与生气过程研究

为了揭示原油裂解生气过程,用热模拟实验方法研究了不同原油裂解生烃特征与演化规律.采用50MPa压力下封闭体系黄金管原油热解实验,使用气相色谱定量、色谱-同位素质谱分析,研究了塔里木盆地牙哈和哈得原油样品热解生烃产率、碳同位素特征及其生气过程.提出原油裂解生气潜力大,在高演化阶段仍有较大的生气产率,发现了原油裂解生气的"二段式"演化过程.结果表明:牙哈、哈得原油样品具有很高的总气产率,C1-5产率分别达738.87mL/g,598.98mL/g;随热解温度升高,牙哈、哈得原油样品热解生成的甲烷和沥青产率不断增加,C2-5和C6-14产率先增加后减少,C14+产率不断降低,δ13C1值先变轻后变重,δ13 C2,δ13 C3值逐渐变重;原油裂解生气过程划分为两个阶段,第1阶段以液态烃裂解成湿气为主,第2阶段为C2-5烃气裂解成甲烷和沥青.分析不同原油样品裂解生烃特征与生气过程,有助于研究原油裂解生烃机理.

塔里木海齐姆根剖面早古近纪极热事件及其环境效应

早古近纪的极热事件长期受到国际学术界的广泛关注.本研究以塔西南齐姆根剖面齐姆根组碳酸盐岩为研究对象,追踪东特提斯洋浅海环境下早古近纪极热事件的记录,在重建地层时代与古环境基础上探讨极热事件与沉积环境的关系.通过生物地层学和年代地层学研究,限定齐姆根组下段时代为Thanetian晚期至Ypresian早期(NP8~NP10,P4b~P6b/P7).全岩碳同位素组成显示3次碳同位素负偏移事件,负偏移值分别为-2.6‰、-4.3‰、-2.2‰.通过与全球记录对比,确定这3次CIE事件分别对应于古新世-始新世极热事件(PETM)前负偏移事件(POE)、PETM和早始新世极热事件2(ETM2)三次事件.根据碳酸盐颗粒、基质类型和生物化石组合,齐姆根组划分出10个微相类型,整体为陆表海碳酸盐缓坡环境,可进一步分为内缓坡、中缓坡和外缓坡环境,呈现出一次完整的海侵海退旋回.大规模海侵始于POE启动段,相应的沉积环境从内缓坡转变为中外缓坡,同时出现加强的风暴作用,海侵及加强的风暴作用贯穿PETM,一直持续到ETM2事件结束,相应的沉积环境由中外缓坡开始转变为近滨岸潮坪,代表一次大规模海退.相比于ETM2事件和POE事件,PETM事件期间可能存在海洋酸化、缺氧以及明显的钙质生物种属更替现象.