石油勘探与开发
668 2012年12月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.39 No.6 文章编号：1000-0747(2012)06-0668-13
张水昌1,2，张斌1,2，杨海军3，朱光有1,2，苏劲1,2，王晓梅1,2（1. 提高石油采收率国家重点实验室；2. 中国石油勘探开发研究院；3. 中国石油塔里木油田公司）上帝已死
夺命连线
基金项目：国家重点基础研究发展规划（973）项目（2006CB202307）；国家自然科学基金（41002042）
摘要：为理清塔里木盆地油气分布规律，对喜马拉雅晚期构造运动背景下塔里木盆地油气藏的调整与改造进行分析。
塔里木盆地油气成藏过程受喜马拉雅运动影响十分强烈，主要发生了物理调整和化学改造两方面的次生作用：一方面由于地层的翘倾和圈闭的调整，早期形成的油气藏发生侧向长距离运移和垂向渗漏再聚集；另一方面巨厚的地层沉积加速了有机质的热演化，生成大量裂解气，天然气侵入早期油藏导致油气性质发生重大改变，重质油、轻质油、蜡质油、凝析气等各种类型的油气形成并分布在同一区域。喜马
拉雅晚期油气藏的物理调整和化学改造作用导致塔里木盆地横向上大面积油气差异分布，纵向上多层系含油、但油气性质各异的复杂格局。图12表1参35
关键词：油气藏物理调整；油气藏化学改造；地层反转；生物降解；高温裂解；喜马拉雅晚期
电子元件与材料中图分类号：TE122.2 文献标识码：A
Adjustment and alteration of hydrocarbon reservoirs during the late
Himalayan period, Tarim Basin, NW China
Zhang Shuichang1,2, Zhang Bin1,2, Yang Haijun3, Zhu Guangyou1,2, Su Jin1,2, Wang Xiaomei1,2
(1. State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Beijing 100083, China; 2. PetroChina Research Institute of Petroleum
Exploration and Development, Beijing 100083, China; 3. PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China)
Abstract:To figure out the oil and gas distribution pattern in the Tarim Basin, the adjustment and refor
mation of oil and gas reservoirs under the background of late Himalayan Orogeny are analyzed. Strongly affected by the tectonic movement, the oil and gas reservoirs in the Tarim Basin experienced secondary actions in physical adjustment and chemical alteration: on the one hand, during the course of physical adjustment, reversed strata caused the early-formed oil to seep vertically and to migrate laterally along the sandstone in large scale with long distance; on the other hand, in the process of chemical alteration, the deposition of massive strata accelerated the thermal evolution of organic matter, generating large amounts of cracking gas, which went into the pre-existing reservoirs and led to big change in oil and gas properties and the coexistence of heavy oil, light oil, waxy oil and condensate gas in the same area. The physical adjustment and chemical reformation of oil and gas reservoirs in late Himalayan period resulted in the lateral differential distribution of oil and gas in large area and multiple vertical oil-bearing layers with complex and diverse oil and gas properties.
Key words:hydrocarbon reservoir adjustment; chemical alteration; strata reversal; biodegradation; oil cracking; late Himalayan period
0 引言
油气的聚集是一个动态平衡过程。已经形成的油气藏在地壳中处于相对平衡状态，后期的构造活动可将这种平衡打破，使得油气重新分配达到新的平衡，从而形成新的油气藏[1]，这些过程并没有导致油气组分的改变，可称之为物理调整作用。地层中的油气处于流动状态，不可避免会与其他流体发生相互作用，其地球化学性质也可能会随之发生改变，如遭受水洗、氧化和生物降解作用等，导致其密度增大，胶质沥青质含量增加[2-3]，同时高温可使原油裂解导致其重组分减少，比重降低[4-6]，这些过程可称之为化学改造作用。油气藏形成之后经历的物理调整和化学改造作用使得油气分布和性质变得更为复杂。 塔里木盆地油气藏经历了多期调整与改造作用，次生油气藏非常发育。频繁的构造活动是塔里木盆地油气调整改造的关键因素。在漫长的地质历史过程中，塔里木盆地先后经历了多次构造演化，多次拉张与挤压过程以及地层格架的频繁变化不仅对油气的生成、运移、聚集过程具有明显的控制作用，而且圈闭也随之形成或破坏，油气也会发生再分配，或成藏或散失。伴随着地层埋藏深度的增大或减小，油气的地球化学性质也会发生相应变化，或裂解或降解。台盆区海相烃源岩时代老、分布广、演化不同步，造成了该地区
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存在多期油气充注，早期形成的油气藏受到构造活动的影响发生调整，而后期生成或调整重新分配的
油气又可以对早期油气藏加以改造；陆相烃源岩虽然时代较新，生烃期晚，但由于其主要分布在前陆区，对应于两个前陆坳陷剧烈沉降时期，构造活动非常强烈，烃源岩的生烃过程同样也存在“油早气晚”的不同步现象，油气藏的调整改造程度更大。本文主要对喜马拉雅晚期这一相对较短时期内构造运动背景下塔里木盆地油气藏的调整与改造进行分析。根据塔里木盆地构造运动阶段划分，晚喜马拉雅运动期对应于新近纪末—更新世，即吉迪克组沉积以来。塔里木盆地喜马拉雅晚期构造活动强烈，是叠合前陆盆地发育的重要时期[7]，尤其是库车组沉积以来，随着南北两个坳陷的快速强烈沉降，地层形态发生了重大变化。塔里木盆地喜马拉雅
稀土永磁无铁芯电机晚期的油气调整改造过程包括物理调整和化学改造两方面，而且由于构造活动强烈，在较短时间内油气藏调整幅度较其他地区更大，且表现出一定特殊性。通过对这些剧烈调整改造过程的剖析，可为复杂油气藏的形成机理研究及其分布预测提供参考。
1 油气藏强烈调整改造的地质背景
塔里木盆地位于中国西北天山南麓，是一个发育在前震旦纪陆壳基底上的大型复合叠合盆地。盆内油气田分布广泛，除塔东南地区外，几乎各个构造单元均有油气藏分布，但分布很不平衡，目前已发现的工业油气田主要集中在塔中、塔北隆起区以及库车前陆区（见图1）。盆地经历了多期构造运动，喜马拉雅晚期的构造活动对油气藏的影响尤为强烈。
K 1bs—下白垩统巴什基奇克组；K 1bx—下白垩统巴西改组；S 1t—下志留统塔塔埃尔塔格组；S 1k—下志留统柯坪塔格组；O 3s—上奥陶统桑塔木组
图1 塔里木盆地油气田分布及南东—北西向构造剖面图
喜马拉雅晚期的构造运动改变了圈闭的形态。在库车前陆区，随着地层的强烈逆冲推覆，形成了一系
列褶皱构造，是油气聚集的主要场所，此外还形成一些小型断块油气藏，而喜马拉雅晚期之前形成的圈闭则普遍遭受调整和破坏。大量研究证明，库车坳陷内现今保存的圈闭几乎都形成于喜马拉雅晚期[8-10]。喜马拉雅晚期的构造运动对台盆区的影响虽没有库车坳陷强烈，但同样也非常明显。一方面由于地层的不均衡沉降导致前期形成的圈闭形态发生改变，石炭系及以上地层发生倒转，圈闭发生调整甚至完全破坏，同时
又有新的圈闭形成；而下部地层倾角也大为减小，圈闭溢出点降低（见图1）。另一方面，构造活动产生了新的断层，或激活了以前存在的断层，成为油气垂向运移的通道。轮南中部平台、吉拉克、塔中4等油气藏的形成，都与喜马拉雅晚期的断层活动有关。
喜马拉雅晚期地层的强烈沉降使烃源岩埋深快速增加，导致油气的生成也在很短的时间内完成。库车坳陷三叠系湖相烃源岩在吉迪克组—康村组沉积期大量生油，原油沿着不整合面和连通砂体向南北两侧隆起区运移聚集，在库车前缘隆起带形成较大规模的油
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气聚集，而北部单斜带早期聚集的原油因后期构造抬升破坏殆尽，目前仅有少量油苗显示[11]。此外，三叠系生成的原油在坳陷区早期形成的圈闭中也有残留，如克拉苏构造带以及大宛齐油田中的原油都有湖相原油的特征[12]。侏罗系湖相烃源岩大量生气期主要对应于库车组沉积期，并主要在库车
坳陷区的圈闭中聚集，目前所发现的大北气田、克拉2气田以及迪那2等气田的天然气均主要来源于侏罗系，天然气充注时间均发生在库车组沉积以来[13]。对于海相烃源岩，由于多数已经在加里东或海西期完成了大量生油过程，在喜马拉雅晚期生成的液态烃数量有限，多数地区海相烃源岩以生气为主。这一时期原油高温裂解也占据了重要地位，在轮古东、塔中Ⅰ号坡折带以东埋藏较深的地区，早期聚集的原油发生高温裂解，形成大量轻质油和天然气[10, 14]。
2 油气藏的物理调整
常见的油气藏物理调整方式有两种[1]：①地壳运动破坏了圈闭的完整性，其聚集油气的能力丧失或减弱，油气发生再运移，这主要归因于断层的形成；②构造运动没有破坏圈闭完整性，但原有的平衡被打破，圈闭溢出点抬高，部分或全部油气从原有圈闭中溢出并在新的圈闭中聚集，这种调整多是由于地层形态的改变而造成的。塔里木盆地油气藏普遍经历了多次调整作用，以上两种调整方式均十分常见。喜马拉雅晚期的地层快速沉降，使得油气藏调整更为强烈，具体表现在以下两方面。
2.1 地层反转与油气长距离侧向调整
喜马拉雅晚期库车坳陷的强烈沉降导致塔北隆起石炭系及其以上地层倾向发生倒转，由之前的向南倾斜变为向北倾斜（见图1），原先聚集在圈闭中的油气也随之而发生较长距离的大规模侧向迁移。
以哈得逊油田为例[15-19]，该地区经历了两期油气充注。黏土矿物自生伊利石测年表明，第1期油气充注发生在晚海西期，第2期油气充注则发生在喜马拉雅晚期。荧光显微分析结果显示，该地区储集层中存在两种不同的沥青，分别发黄褐和蓝白荧光。其中，黄褐荧光沥青主要呈分散状附着在颗粒表面，或位于连通性相对较差的孔隙或喉道中，代表了第1期油气充注；而蓝白荧光沥青位于较大且连通性较好的粒间孔隙中，多呈连片状分布，代表第2期油气充注。从两期沥青分布特征及范围来看，第2期油气充注占主导地位，现阶段可动油主要来源于第2期充注的油气（见图2）。
构造演化分析表明，晚海西期哈得逊地区所有地层均处于南倾状态，来源于南部的原油可沿石炭系由
图2 哈得11井石炭系东河砂岩显微照片
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南向北运移。通过精细构造解析，恢复了哈得逊油 田在不同时期的古构造形态，认为在海西期油气大 量充注时，哈得逊地区不存在圈闭，原油只是经过 了该地区，然后继续向北运移至当时的构造高点即乡 3井附近大规模聚集，形成古油藏。喜马拉雅晚期以 来，石炭系发生反转，乡3井附近的油藏被破坏， 原油由北向南运移调整（见图3）。哈得逊地区原油
密度、黏度、胶质+沥青质含量等均表现为由北向南依次降低特征，指示了油气由北向南运移。肖中尧等[18]研究证实，哈得逊油田、塔河油田以及乡3井原油化学组成具有较好的相似性，成因上具有亲缘关系。同时，含氮化合物中的“屏蔽”型、“半屏蔽”型和“暴露”型组分含量的变化亦指示油藏中可动原油由北向南运移。
N 1j—新近系吉迪克组；N 1b —新近系巴什布拉克组；D 1d—下泥盆统东河塘组
图3 塔北哈得逊地区油藏构造演化图（据文献[20]修改）
表1列出了哈得逊油田7口开发井东河砂岩原油生物标志化合物组成参数，从中可以看出，指示母质来源和成熟度的参数具有较好的一致性，即哈得逊油田东河砂岩可动原油具有相同的来源和成熟度；而与运移作用有关的参数则呈现出明显的规律性变化。相同碳数的藿烷与甾烷的比值由北向南逐渐降低，而原油组分中轻重化合物含量的比值则由北向南逐渐增高，反应了原油为由北向南运移（见表1、图4）。结合哈得逊油田不同时期的构造演化图[19]分析发现，与油气运移相关的参数变化规律与现今构造线相对应，即由北向南分别向哈得1和哈得4两个相对独立的构
造高点规律变化，而与库车组沉积后期构造线并不完全一致，表明哈得1和哈得4构造可动原油充注时间非常晚，主要发生在库车组沉积后期以来。
塔西南地区苦恰克石炭系油气藏也有类似特征。张春明等[21]曾基于苯并咔唑类化合物的含量确定石炭系原油的充注方向为由东向西，但这与目前的构造面貌正好相反。构造研究表明，海西期该地区地层整体向东倾斜，构造高点位于西段5井附近，深部烃源岩在海西期生成的油气沿断层进入石炭系，然后沿着石炭系储集层由东向西侧向运移进入圈闭，在5井附近聚集形成古油藏。喜马拉雅期以来，尤其是新
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表1 哈得逊油田原油生物标志化合物参数表
半衰期
指示原油母质来源参数指示原油成熟度参数运移作用相关参数井号
Pr/Ph C21/C23C29/C30 Gama/C30C3122S/（22S+22R）C2920S/（20S+20R）C29ββ/（αα+ββ）MPI1C29H/C29S C21/C29C23/C30哈得111H 0.64 0.42 0.91 0.27 0.51 0.51 0.54 0.60 5.10 1.29 0.98 哈得4-44H 0.67 0.42 0.89 0.28 0.50 0.50 0.55 0.59 4.91 1.51 1.10 哈得4-10 0.66 0.43 0.94 0.29 0.48 0.51 0.53 0.62 4.67 1.45 1.12 哈得4-28H 0.67 0.42 0.86 0.28 0.48 0.52 0.54 0.56 4.60 1.66 1.28 哈得4-75H 0.68 0.43 0.86 0.28 0.49 0.52 0.55 0.56 4.45 1.66 1.33 哈得4-89H 0.64 0.42 0.88 0.28 0.49 0.52 0.54 0.59 4.89 1.69 1.31 哈得4-19H 0.66 0.42 0.87 0.28 0.50 0.52 0.54 0.58 4.72 1.66 1.32 注：Pr/Ph—姥鲛烷/植烷；C21/C23—C21三环萜烷/C23三环萜烷；C29/C30—C29藿烷/C30藿烷；Gama/C30—伽马蜡烷/C30藿烷；C3122S/（22S+22R）—C31藿烷22S/(22S+22R)；C2920S/（20S+20R）—C29藿烷20S/(20S+20R)；C29ββ/(αα+ββ)—ββ-20S-C29甾烷/(αα+ββ)-20S-C29甾烷；MPI1—甲基菲指数1，MPI1=1.5×(2-甲基菲+3-甲基菲)/(菲+1-甲基菲+9-甲基菲)；C29H/C29S—C29藿烷/C29甾烷；C21/C29—C21三环萜烷/C29藿烷；C23/C30—C23三环萜烷/C30藿烷
图4 哈得逊油田开发井中可动原油生物标志化合物参数与东河砂岩埋深叠合图（据文献[19]修改）
端子箱近纪以来随着塔西南坳陷的快速沉降，西段沉降幅度远远大于东段，导致地层反转整体向西倾斜，构造高点向东迁移，油气由西向东运移调整。
2.2 断层封闭性与油气垂向差异调整
喜马拉雅晚期的构造运动使得大量断层再次活动，从而导致塔里木盆地普遍的油气垂向调整，如塔中4石炭系油藏。塔中4油田为一个短轴背斜，自西向东由3个高点组成，南北有两条北西向逆断层[22]。纵向上，塔中4石炭系油藏自上而下可划分为CⅠ、CⅡ和CⅢ3个油层组（见图5），其中CⅠ、CⅢ为碎屑岩储集层，而CⅡ为生屑灰岩储集层。油气地球化学研究表明，无论是这3个油层组中的原油，还是含油包裹体，均具有几乎完全一致的甾烷和萜烷分布特征，C28甾烷含量低，伽马蜡烷含量低，并含有少量25-降藿烷。3个油层原油的碳同位素组成也完全一致。张水昌等[23]还报道了原油和油包裹体中的高二苯并噻吩含量和低甲藻甾烷含量高。这些特征表明各层系原油和储集层包裹体均具有同一来源。另外储集层谱和含油包裹体丰度证据指示塔中4油藏在海拔−2 610 m存在统一的古油水界面[22]，低于现今油水界面30～100 m，即古油藏发生了调整，早先聚集在石炭系CⅢ油层组的原油受断层活动影响，沿断层垂向调整进入上面的CⅠ和CⅡ油层组。
塔里木盆地喜马拉雅晚期的快速沉降还导致了断层输导能力随时间的变化，在油气调整初期断层完全
开启，随着后期埋藏深度的增加及挤压作用的增强，断层逐渐闭合，其作为油气垂向运移通道的有效性减弱直至消失，使得油气在调整过程中输导通道存在差异，形成了“深气浅油”的复杂格局。
轮南低凸起中部平台区是一个典型的多层系含油的“复式”油气聚集区，奥陶系风化壳、石炭系泥岩段和三叠系砂岩储集层中均有油气分布，并且来源于相同的烃源岩[22-23]，但油气性质却存在很大差异。浅层的三叠系原油密度最大，天然气含量最低，其中的重组分含量明显高于石炭系和奥陶系原油；下伏石炭系泥岩段原油密度最小，天然气含量最高，奥陶系介于二者之间。原油生物标志化合物对比（见图6）也表
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