川東北地區嘉二氣藏古流體勢演化研究

趙莉萍，李 斌，郭 正，李 凱

（西南石油大學資源與環境學院，四川成都610500）

川東北地區從晚三疊世以來先后經歷了印支運動、燕山運動以及喜山運動等三次大的構造運動，對川東北地區的構造形變影響最為明顯的是晚燕山期和喜山期二次構造運動［1-3］。通過天然氣組分、儲層瀝青與二疊系烴源巖生標對比，嘉陵江組氣藏的氣源較為復雜，以外源為主，為二疊系煤型氣和二疊系油型氣的混合［4-5］。三疊紀末期，二疊系烴源巖進入生油門限，開始生排烴。燕山運動早期，二疊系烴源巖進入大量生油階段，形成嘉陵江組古油藏。至燕山中晚期液態烴發生熱裂解，形成燕山期古氣藏。現今氣藏為喜馬拉雅造山運動使嘉陵江組氣藏再調整的結果。嘉陵江組氣藏具有薄儲層、低孔滲、多產層、多氣藏類型特征，氣藏分布復雜，油氣富集規律有待深化。因此，在相當長時期內，該區嘉陵江組勘探成效較差。此次研究運用含油氣系統模擬軟件PetroMod開展流體勢研究，探討燕山運動早-中期、喜山運動晚期流體在嘉陵江組二段儲層中的分布規律，為嘉二氣藏油氣富集規律研究提供地質依據。

1 地質模型的建立方法

M.K.Hubbert定義流體勢，系指單位質量的流體所具有機械能總和［6］。England提出的流體勢概念，考慮了兩相界面引起的界面勢能，即毛管勢［7］。綜合Hubbert和England的流體勢概念，可以把地下流體勢定義為：相對于基準面（地表面、表測壓力值為零）單位體積流體所具有的總勢能［8-9］。

本次模擬層系從下到上包括三疊紀-第四系的所有地層；模擬地層年代采用國際標準地層年齡，更次級的組、段年代采用內插的方法獲取；地層頂底埋深參考鉆井分層數據，未鉆遇的地層從地震上讀取埋深數據；地層剝蝕量和剝蝕時間主要是參考前人的研究成果；地質模型中的地層巖性設置主要依據鉆井的綜合錄井資料，通過單井砂巖、粉砂巖、泥巖以及碳酸鹽巖的純巖性統計，由IES軟件的巖性混合器（Create Mix）模塊生成混合巖性［9］。

2 流體勢參數的建立

2.1 古埋深恢復

本文利用波動分析方法進行了地層沉積厚度和剝蝕厚度恢復。波動分析法是利用露頭、鉆井、錄井、年代地層格架、地震等資料，建立描述盆地或研究目標沉積與剝蝕過程的波動方程，從而恢復無沉積記錄時間段的沉積-剝蝕過程［10-11］。研究區具有獨特的地質構造背景，受疊合盆地多期構造旋回的控制，自三疊紀到第四系，研究區主要發育3期沉積間斷面，即：中三疊統雷口坡組頂部剝蝕面，形成于早印支期；上三疊統須家河組頂部剝蝕面，形成于晚印支期；侏羅系頂部剝蝕面，形成時期為晚燕山期至今。研究結果顯示（圖1），侏羅統頂部剝蝕面形成時期為晚燕山期至今，剝蝕厚度700～2 300 m；上三疊統須家河組頂部剝蝕面形成于晚印支期，剝蝕厚度80～150 m；中三疊統雷口坡組頂部剝蝕面形成于早印支期，剝蝕厚度240～450 m。

圖1 雷4井古埋藏史演化

2.2 古地層壓力恢復

利用Petromod盆地模擬軟件對川東北地區的壓力場進行了模擬。在盆地演化過程中，由于上覆巖層的增加，地層的孔隙度和厚度就減少，地層厚度的變化主要通過孔隙流體體積及孔隙度的變化來實現。一般情況下，埋深越大，孔隙度越小；時代越老，孔隙度也越小。

根據古地層壓力恢復可知（圖2），燕山早中期地層壓力平均值為27.64 MPa，各區域地層壓力穩定分布，其中雷音鋪、龍會場及鐵山構造地層壓力相對較高。到燕山晚期，受構造等因素影響，嘉二地層壓力升高，壓力平均值達48.53 MPa，渡口河、黃龍場、羅家寨、亭子鋪等構造為相對高壓分布區，龍會場、鐵山、鐵山坡、溫泉場構造則成為相對低壓區。現今地層壓力區域分布壓差較大，雷音鋪、鐵山、溫泉場、七里峽構造為低壓區。

圖2 龍會2井古地層壓力擬合

3 流體勢展布

根據流體力學原理，流體在地下運移的過程應遵循高勢區向低勢區運移，同時在具有成藏條件的低勢區聚集成藏，其中流體勢的等值線則控制著流體的運移、聚集。

3.1 流體勢演化特征

早中侏羅時期，區域構造受盆地邊緣造山帶控制，呈現四周向盆地擠壓的狀態，嘉二段地層壓力平均值為27.64 MPa，平均埋深在2 562 m，流體勢主要分布在55～85 kJ／kg，平均流體勢值為71.776 kJ／kg；至晚侏羅時期，受周緣山系進一步的擠壓，川東北構造進一步褶皺，嘉二氣藏埋深增加，平均埋深值達到4 651 m，地層壓力也隨之升高，平均值達48.53 MPa，流體勢主要分布在110～155 kJ／kg，平均流體勢值為129.546 kJ／kg。隨著川東北構造于喜山晚期定型，現今嘉二氣藏平均埋深2 385 m，低于早中侏羅時期平均埋深，但地層壓力和流體勢平均值均高于早中侏羅時期，分別為32.96 MPa和89.114 kJ／kg，流體主要分布在30～130 kJ／kg。如圖3、圖4可見，流體勢主要受壓力控制，古流體勢演化具有一定的繼承性。

圖3 川東北嘉二氣藏地層壓力分布直方圖

圖4 川東北嘉二氣藏流體勢分布直方圖

3.2 流體勢平面展布

早中侏羅時期，二疊系烴源巖開始生排烴，流體勢呈現北西向南東遞減，油氣的運移方向由北西向南東方向。渡口河、黃龍場、羅家寨、亭子鋪、鐵山坡處于相對低勢區（圖5）。

圖5 川東北地區嘉二氣藏中侏羅世流體勢分布

至晚侏羅世期，烴源巖進入排烴高峰，嘉二氣藏也隨之進行了再充注和調整。油氣向北西和南東方向運移進行大規模運移，在北西和南東方向出現低勢區，同早中侏羅時期一樣，鐵山坡構造仍為低勢區，黃龍場、溫泉場一帶形成閉合低勢帶，此低流體勢帶從黃龍場起向南東方向敞開（圖6）。該時期流體勢受構造作用的影響強烈，天然氣被印支運動早期形成的北東-南西向圈閉捕獲。

圖6 川東北地區嘉二氣藏晚侏羅世流體勢分布

由于構造變形強度減弱，以及隨后喜馬拉雅期的構造隆升，嘉二氣藏進行了再調整。油氣主要向北東方向運移，被大巴山前陸盆地有利構造圈閉捕獲。現今區域流體勢差值變化較大，隨著構造定型，喜山運動后流體能量已經大致達到平衡，流體勢格局基本穩定（圖7）。溫泉場、鐵山坡、雷音輔、七里峽構造區形成了幅度可觀的閉合低流體勢區。流體勢低值區特別是閉合的低值區，成為良好的油氣聚集部位。

圖7 川東北地區嘉二氣藏現今流體分布

從早中侏羅時期到晚侏羅時期，流體變化較大，區域勢差由14 kJ／kg上升到71 kJ／kg，氣相流動能力大幅度增加，由早中侏羅時期的局部性運移作用發展到區域性運移。晚侏羅時期至今，渡口河、黃龍場、雷音鋪、羅家寨、鐵山、鐵山坡、溫泉場構造流體勢值均有所下降，區域勢梯度明顯上升，可達到122 kJ／kg，雷音鋪、溫泉場等構造帶呈現閉合低值區，十分有利于油氣運集（圖8）。

4 油氣運聚規律

川東北流體勢展布規律表明，三疊紀末期，印支運動使四川盆地普遍抬升遭受剝蝕，二疊系烴源巖開始生排烴，偏腐泥的腐殖型龍潭組“煤系烴源巖”也會生成一定量的石油。燕山運動早期，二疊系烴源巖均進入大量生油階段，并經斷層向上跨層運移至開江古隆起中，形成嘉陵江組古油藏。中-晚期的燕山運動使盆地東北部發生強烈活動，形成了一些局部構造和斷裂通道。隨后，盆地下陷接受沉積，二疊系烴源層和先期古油藏的液態烴發生熱裂解，生成的高壓油裂解氣便沿著斷層和裂縫向高部位和上覆層段繼續運移聚集，形成燕山期古氣藏。受喜馬拉雅造山運動作用，無論是圈閉還是斷層裂縫系統，均發生了不同程度的改變，使嘉陵江組氣藏也隨之進行了再調整。

圖8 不同時期主要構造流體勢直方圖

七里峽構造在三個時期流體勢均較低，溫泉場構造、雷音鋪構造在晚侏羅時期之后始終處于相對低勢區，黃龍場構造、羅家寨構造、亭子鋪構造、鐵山構造在早中侏羅時期流體勢較低，受壓力和埋深影響到晚侏羅時期升高，現今流體勢也普遍降低。實際勘探開發資料顯示，研究區嘉陵江組在鐵山、雷音鋪構造獲天然氣探明儲量16.65×108m3，其中鐵山氣田獲天然氣探明儲量15.58×108m3，探明可采儲量7.79×108m3。此外，黃龍場構造黃龍8井在嘉二測試產氣為0.15×104m3／d，黃龍004-X4井測試產量13.36×104m3／d，雷音鋪構造雷3井裸眼測試獲氣50.91×104m3／d，川17井嘉二測試獲氣32×104m3／d，溫泉場構造溫泉4井嘉二用經驗公式換算氣產量為90×104m3／d，溫泉12井嘉二測試獲氣10.02×104m3／d，可見，現已發現的嘉二油氣富集區主要分布在雷音鋪構造、七里峽構造、鐵山構造、黃龍場構造、溫泉場構造。綜合認為，嘉二氣藏流體勢研究符合生產開發實際，對于川東北嘉二氣藏主要形成于構造圈閉中，并以斷層-背斜型構造圈閉為主，其受流體勢影響大，已發現的氣藏都處于相應的低勢區，溫西-正壩、亭子鋪-雷音鋪-鐵山等繼承性的流體勢低值區是油氣富集的有利指示區。

5 結論

（1）早中侏羅世時期，流體勢主要分布在55～85 kJ／kg，平均流體勢值為71.776 kJ／kg；至晚侏羅世時期，流體勢普遍提高，主要分布在110～155 kJ／kg，平均流體勢值為129.546 kJ／kg，主要原因是構造抬升使嘉二氣藏埋深增加，地層壓力升高；現今流體勢主要分布在30～130 kJ／kg，平均流體勢值為89.114 kJ／kg。

（2）嘉二氣藏古流體勢分布主要受壓力控制，古流體勢演化具有一定的繼承性。天然氣流動以壓力為動力。

（3）嘉二氣藏受流體勢影響較大，繼承性的流體勢低值區是油氣富集的有利指示區。從古流體勢場與現今油氣藏分布特征來看，氣藏多分布在相對低的流體勢區。綜合評價認為溫西-正壩、亭子鋪-雷音鋪-鐵山區塊是川東北地區嘉陵江組天然氣勘探有利區帶。

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