塔里木盆地GL3井鷹山組瀝青的發現及地質意義

馬慶佑，田　鵬，呂海濤，沙旭光

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發研究院，烏魯木齊830011）

塔里木盆地GL3井鷹山組瀝青的發現及地質意義

馬慶佑，田鵬，呂海濤，沙旭光

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發研究院，烏魯木齊830011）

塔里木盆地古城墟隆起GL3井在鷹山組發現了大量固體瀝青，其主要賦存于泥晶砂屑灰巖及云質灰巖的溶孔和裂縫中。通過巖心觀察、顯微照片和瀝青反射率（Rb）等分析，發現瀝青邊界較清晰，不溶于有機溶劑氯仿，無熒光顯示，Rb為2.76%～2.85%，與焦瀝青的基本特征相似，表現為古油藏裂解的殘跡。GL3井鷹山組瀝青的發現具有兩大地質意義：①瀝青發育段與圍巖波阻抗的差異可能是GL3井鷹山組“串珠狀”地震強反射形成的主要原因，會造成對該井儲層預測的偏差；②根據包裹體測溫，瀝青和天然氣成因、埋藏史及生烴史分析，恢復GL3井古油藏的成藏過程，其大致可分為加里東中—晚期古油藏形成與喜馬拉雅晚期古油藏裂解成氣并轉變為焦瀝青殘跡的兩大過程。該研究這對深化古城墟隆起成藏過程研究具有一定意義。

焦瀝青；古油藏；“串珠狀”反射；成藏過程；鷹山組；塔里木盆地

0　引言

塔里木盆地古城墟隆起是加里東晚期形成、海西期定型的古隆起（圖1），其東部與西的部構造及沉積特征具有明顯差異［1-3］。寒武紀—早中奧陶世，古城墟隆起大致沿古城4井區附近的臺緣坡折帶形成“東盆西臺”的沉積格局，西部為統一的碳酸鹽臺地，而東部為斜坡—盆地相沉積。志留紀—白堊紀受海西早期、印支期和燕山期構造運動的影響，古城墟隆起西部志留系（S）與泥盆系（D）不同程度地缺失，石炭系（C）直接覆蓋于奧陶系（O）之上，東部上古生界地層缺失更嚴重，侏羅系（J）直接覆蓋于奧陶系之上，反映出古城墟隆起西部活動弱、定型早，而東部活動強、定型晚的特征。古城墟隆起東部與西部已有多口井鉆遇高產氣流，從天然氣地球化學特征分析，其主要表現為原油裂解氣特征，古城墟隆起東部已發現的古油藏證據支持了原油裂解氣的成藏認識［4-7］，但在西部尚缺少此類證據，故限制了對古城墟隆起西部天然氣成藏過程的分析。

圖1　塔里木盆地GL3井區構造位置Fig.1　Tectonic location of GL3 well in Tarim Basin

含油氣盆地中普遍有固體瀝青產出，固體瀝青是石油經過一系列地球化學作用轉變而成的，記錄了油氣藏在形成之后的演化過程中所經歷的地質作用信息［8］。古城墟隆起東部多口鉆井中均已發現了固體瀝青，前人對其特征、成因及與油氣成藏的關系等均進行了研究［4-7］，認為古城墟隆起東部地區受構造熱事件影響較大，下古生界發育的固體瀝青是原油多期裂解的產物，而晚期油氣可能再次聚集成藏，因此其天然氣勘探前景較好。但是，目前關于古城墟隆起西部固體瀝青的報道及研究均較少。GL3井是古城墟隆起西部針對中下奧陶統鷹山組碳酸鹽巖“串珠狀”異常強反射部署的一口探井，于2010年8月鉆至鷹山組完鉆，完鉆井深6 270 m。取心證實，鷹山組發育大量固體瀝青。筆者應用有機巖石學方法，結合區域構造演化史分析，對GL3井鷹山組固體瀝青的特征、成因及地質意義進行研究，以期為該地區下一步油氣勘探提供理論依據。

1　瀝青特征和成因分析

1.1瀝青分布及產狀

圖2　塔里木盆地GL3井鷹山組“串珠狀”地震強反射的井震標定Fig.2　Calibration of“beaded”seismic reflection of Yingshan Formation in GL3 well of Tarim Basin

GL3井固體瀝青主要分布于中下奧陶統鷹山組，該井在鷹山組共取心4回次（圖2），根據取心觀察、薄片鑒定及測井曲線特征分析，瀝青集中發育段厚度大于20 m，主要分布于第3回次取心段下部和第4回次取心段，巖石薄片顯示瀝青占面孔的15%～30%。巖心觀察表明（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-2），GL3井鷹山組固體瀝青段以灰黑色、黑色含泥質紋層狀泥晶灰巖及云質泥晶灰巖為主，局部夾含砂屑（藻）泥晶灰巖、亮晶砂屑灰巖（小型中低能藻灘相）及泥晶灰質云巖，溶蝕孔洞整體欠發育，局部發育水平縫或直立縫，沿裂隙大量充填固體瀝青，瀝青呈結晶狀、性硬而脆、不染手。薄片觀察表明，GL3井鷹山組固體瀝青主要有2種賦存形式：①賦存于巖石孔洞中，如泥晶砂屑灰巖的粒間孔及粒間溶孔中（圖版Ⅰ-3～Ⅰ-4），或泥晶灰質云巖的白云石晶間孔及晶間溶孔中（圖版Ⅰ-5），瀝青可以全部或部分充填于孔隙中；②充填于巖石的微裂隙中，如沿碎裂云質灰巖的微裂隙呈脈狀交織分布（圖版Ⅰ-3、圖版Ⅰ-6），邊緣不規則，延伸長，連通性好。

1.2瀝青成因分析

前人對固體瀝青的成因研究取得了許多認識［9-11］，認為主要有以下3種成因。①熱裂解作用。原油在高溫系統中產生蒸發作用使油質（鏈烷烴）減少而形成軟瀝青，軟瀝青再通過縮合作用形成焦瀝青（亦稱碳質瀝青）。②氧化降解作用。原油在開啟環境下通過揮發、細菌降解及氧化水洗等變質作用，使原油中輕烴組分損失、重烴組分增加而形成軟瀝青。③脫瀝青作用。原油中由于氣態烴或輕烴的注入，產生物理分異作用導致瀝青質沉積并形成瀝青質瀝青。

GL3井鷹山組固體瀝青不染手，不溶于有機溶劑氯仿，在紫外光照射下沒有熒光（圖版Ⅰ-7），同時瀝青邊緣大多較清晰、平直（圖版Ⅰ-8），形狀多為規則的多邊形，明顯表現出焦瀝青的特征。另外，從對GL3井鷹山組固體瀝青5塊巖心樣品所做瀝青反射率（Rb）測定來看（表1），Rb為2.76%～2.85%。根據劉德漢等［11］所給出的等效鏡質體反射率（Ro）和Rb之間的關系（Ro=0.668Rb+0.346），得出GL3井鷹山組固體瀝青Ro為2.19%～2.25%，表明其處于高成熟—過成熟的熱演化階段。GL3井井底測溫大于180℃，井區附近火山活動明顯，因此推測鷹山組固體瀝青應為熱裂解成因。

表1　GL3井鷹山組固體瀝青光性參數Table1　Phototropism parameters of solid bitumen of Yingshan Formation in GL3 well

古城墟隆起西部GL3井區鷹山組頂面現今埋深普遍大于6 000 m，目前的地層溫度大于180℃，已經高于原油裂解的最低溫度條件（約為160℃）。同時，由于受加里東晚期—海西早期構造運動的影響，GL3井區下石炭統巴楚組下泥巖段（C1b1）直接覆蓋于上奧陶統卻爾卻克組（O3qq）之上，造成其間被剝蝕地層（上奧陶統頂部、志留系及泥盆系）的累計厚度超過4 000 m［12］，表明GL3井鷹山組古油藏在志留系沉積后，溫度已經大大超過了原油裂解的最低溫度，并且持續時間在20 Ma以上，具備了原油裂解的條件。

2　地質意義

2.1探討了“串珠狀”地震強反射對應于非儲層的地質成因

“串珠狀”地震強反射目前已經成為塔里木盆地碳酸鹽巖勘探與開發的主要鉆探目標，并被證實是碳酸鹽巖縫洞型儲層特有的地震響應特征［13-14］。然而，古城墟隆起針對中下奧陶統鷹山組“串珠狀”強反射鉆探的GL3井，在鷹山組并未鉆遇優質儲層，取心及測井資料均顯示儲層整體較差。通過對GL3井井震標定表明（參見圖2），“串珠狀”強反射的波谷正好對應于鷹山組焦瀝青發育段，即“串珠狀”地震異常體實際為焦瀝青含量較高的灰巖及云質灰巖，而圍巖巖性主要為致密的灰巖及云質灰巖。GL3井鷹山組瀝青發育段表現為GR值偏高、電阻率值偏低與三孔隙度曲線值均偏低的電性特征（參見圖2），可能正是由于焦瀝青含量較高造成瀝青發育段與圍巖波阻抗差異較大而表現為“串珠狀”強反射特征。

2.2深化了對古城墟隆起古油藏聚集史及勘探前景的認識

因為車爾臣斷裂產生的構造活動及伴隨的熱事件［6］對古城墟隆起東部的影響較西部強烈得多，所以目前在古城墟隆起發現的以瀝青形式存在的古油藏殘跡主要集中在東部地區，且東部焦瀝青的成熟度比西部更高［4-7］，如米蘭1井中上奧陶統焦瀝青的Rb為3.2%～4.0%，塔東2井上寒武統焦瀝青的Rb為2.7%～5.0%，古城4井上寒武統焦瀝青的Rb為3.94%～6.65%。而古城墟隆起西部GL3井中下奧陶統鷹山組焦瀝青的Rb為2.76%～2.85%。分析其原因可能是GL3井區距離車爾臣斷裂遠，受大斷裂活動產生的構造熱事件影響弱。

GL3井鷹山組發現了大量氣態烴包裹體及少量氣液兩相鹽水包裹體，鹽水包裹體溫度主要可分為3期：其中第一期為95～125℃（圖版Ⅱ-1），主要反映原油充注時期；第二期為135～165℃（圖版Ⅱ-2），主要反映天然氣充注時期；第三期一般大于175℃（圖版Ⅱ-3），主要反映原油大量裂解時期。根據包裹體測溫，瀝青和天然氣成因、埋藏史及生烴史分析［15-16］，恢復出GL3井區古油藏的成藏過程為：中—下寒武統烴源巖在加里東中—晚期大量生油，并向上運移至上寒武統—中下奧陶統縫洞型圈閉中形成古油藏；在深埋作用下，隨著溫度與壓力的不斷增加，古油藏于喜馬拉雅晚期原油大量裂解成天然氣，古油藏轉變為焦瀝青的殘跡保存下來。GL3井鷹山組固體瀝青的發現擴大了古城墟隆起早古生代古油藏的存在范圍，提升了該地區原油裂解氣的勘探前景。

3　結論

（1）塔里木盆地古城墟隆起西部鉆探的GL3井，首次在奧陶系鷹山組發現了大量固體焦瀝青，反映了古油藏裂解的殘跡，支持了該地區原油裂解氣的成藏認識。

（2）GL3井鷹山組固體瀝青發育段與圍巖波阻抗的差異，同樣會引起“串珠狀”地震強反射。

（3）GL3井古油藏大致可分為兩大成藏過程：加里東中—晚期古油藏形成與喜馬拉雅晚期古油藏裂解成氣并轉變為焦瀝青。該認識將進一步深化對古城墟隆起成藏過程的研究，并提升該地區原油裂解氣的勘探前景。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅱ

（本文編輯：李在光）

Discovery of bitumen of Yingshan Formation in GL3 well of Tarim Basin and its geologic significance

MA Qingyou，TIAN Peng，LU Haitao，SHA Xuguang
（Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Sinopec，Urumqi 830011，China）

Great number of soild bitumen have been found in Yingshan Formation from GL3 well in Guchengxu Uplift of TarimBasin.It occurred in the vug and fissure of micritic calcarenite and dolomitic limestone.Based on the analyses of core observation，micrograph and coefficient of reflection，we found that bitumen has many characteristics of clear boundary，insoluble in chloroform，no fluorescent display，with coefficient of reflection ranging from 2.76%to 2.85%. This characteristics are similar to pyrobitumen resulted from paleo-reservoir cracking.The discovery of bitumen in Yingshan Formation in GL3 well has two major geological significances：（1）the difference of wave impedance between bitumen development segment and wall rock may be the main reason for string beads reflection in Yingshan Formation in GL3 well，and can cause a deviation of reservoir prediction of；（2）through the analysis of inclusion thermometry，origin of bitumen and gas，burial history and hydrocarbon generation history，we reconstructed the accumulation process of the paleo-reservoir in GL3 well.We can divide the process into two phases：Middle-Late Caledonian paleoreservoir formation and Late Himalayan paleo-reservoir cracking to gas and transforming to pyrobitumen.It is of certain significancetodeepeningthestudyof reservoir formingconditionsof GuchengxuUplift.

pyrobitumen；paleo-reservoir；stringbeads reflection；accumulation process；Yingshan Formation；Tarim Basin

TE122.1+16

A

1673-8926（2015）03-0082-05

2014-08-26；

2014-10-29

國家科技重大專項專題“塔里木盆地中央隆起區海相碳酸鹽巖層系油氣成藏主控因素與勘探突破目標評價”（編號：2011ZX05005-004）資助

馬慶佑（1981-），男，碩士，工程師，主要從事石油地質綜合研究工作。地址：（830011）新疆烏魯木齊市新市區長春南路中石化西北油田科研園區研究院A301室。電話：（0991）3161538。E-mail：37337428@qq.com。