本文版权归天然气工业杂志社所有
未经允许,不得转载
张良杰, 张兴阳, 王思琦, 等. 中亚地区阿姆河盆地高含硫天然气成因及其富集规律[J]. 天然气工业, 2024, 44(11): 60-71.
ZHANG Liangjie, ZHANG Xingyang, WANG Siqi, et al. Formation mechanisms and enrichment patterns of high-sulfur gas in the Amu Darya Basin of Central Asia[J]. Natural Gas Industry, 2024, 44(11): 60-71.
作者简介:张良杰,1985 年生,高级工程师,硕士;主要从事海外阿姆河右岸项目天然气勘探开发研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路20 号。ORCID: 0000-0002-6685-3300。
E-mail: zlj520@petrochina.com.cn
通信作者:王思琦,1992 年生,工程师,博士;主要从事层序地层、开发地质和油气地质综合研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路20 号。ORCID: 0000-0001-9590-9097。
E-mail: Wangsq2022@petrochina.com.cn
张良杰1,2 张兴阳1 王思琦1 王红军1
张培军3 郭春秋1 蒋子文1 罗 敏3
1. 中国石油勘探开发研究院
2. 中国石油(塔吉克斯坦)博格达公司
3. 中国石油(土库曼斯坦)阿姆河公司
摘要:中亚地区阿姆河盆地盐下侏罗系碳酸盐岩发现大型—巨型天然气藏,天然气中硫化氢(H2S)含量高,天然气分布规律十分复杂。为了进一步提高该区高含硫气藏勘探开发效益,综合研究了高含硫气藏地质特征、时空分布、天然气组分特征,分析了高含硫天然气藏类型和成因,总结了高含硫天然气富集规律。研究结果表明:①盆地内H2S 含量与上侏罗统硬石膏沉积和成岩有密切关系,高含硫气藏根据天然气中H2S 来源可分为原地生成、异地生成和混合生成3 类,其中以原地生成高含硫天然气藏为主,规模最大;②原地生成高含硫天然气藏可细分为台内—台缘相带石膏—石灰岩互层型、台缘斜坡相带高能礁滩型和台缘斜坡—盆地相带断控型,异地生成高含硫气藏可分为横向运聚型和纵向运聚型;③生烃坳陷和碳酸盐岩沉积相带控制了高含硫天然气富集程度,其中碳酸盐岩台缘相带是最为富集区带,通源断层可以进一步促进高含硫天然气的成藏富集,生烃坳陷内具有大型古隆起背景的继承性构造是最有利的勘探目标。结论认为,通过高含硫天然气成因和富集规律的认识,指出应加强盆地生烃坳陷区盐下侏罗系具有基底古隆起区和大型断裂区高含硫碳酸盐岩气藏的勘探。
关键词:阿姆河盆地;侏罗系;碳酸盐岩;高含硫;天然气;富集规律
0 引言
阿姆河盆地位于中亚地区土库曼斯坦、乌兹别克斯坦和阿富汗境内,是大型的含气盆地。根据Energy Portal 的统计数据,阿姆河盆地中共有409 个油气田,其中有191 个天然气田含硫化氢(H2S)。在含硫天然气田中,高含硫天然气田(硫化氢含量大于2.0%)数量占34.6%,但高含硫天然气田的储量却占整个盆地天然气储量的53%。平面上,约95% 的含硫化氢气田集中分布在北阿姆河次盆(约85%) 和穆尔加勃坳陷(约10%),其余约5% 的含硫化氢气田零星分布在中央卡拉库姆隆起、科佩塔格坳陷以及巴哈尔单斜。纵向上,约87% 的含硫化氢天然气分布在盐下中上侏罗统卡洛夫—牛津阶,约10.7% 分布在盐上白垩系,2.3% 分布在中下侏罗统和古近系。阿姆河盆地内多个地质储量超万亿立方米的巨型气田高含硫化氢,其中最大的复兴气田天然气证实和概算可采储量(Proved Reserves + Probable Reserves, 即2P 储量)为7.4×1012 m3,硫化氢含量高达6.0%[1]。
前人对阿姆河盆地的含硫天然气分布特征进行了大量的研究,认为:①平面上,盆地东部别什肯特坳陷、西南吉萨尔山前带和南部科佩塔格山前带硫化氢含量较低[2],盆地中部穆尔加勃坳陷、北阿姆河次盆西北部硫化氢含量较高;②天然气中硫化氢主要来源于盐下侏罗系,硬石膏与碳酸盐岩互层段硫化氢含量最高,随着中上侏罗统硬石膏—碳酸盐岩互层的埋深加大,硫化氢的浓度也有增大趋势[3] ; ③盐下中下侏罗统碎屑岩和盐上白垩系天然气通常不含或者低含硫化氢,少量盐上白垩系天然气高含硫化氢,主要是天然气沿断层从侏罗系运移而来[4] ; ④硬石膏层是硫化氢产生的重要因素,硫化氢产生可能与硫酸盐沉积期的生物化学作用[5-8] 或者埋藏期硫酸盐热化学还原反应(TSR)有关[9]。虽然前人对含硫化氢气藏分布特征和成因有了初步认识,但勘探实践中发现高含硫天然气的分布规律更加复杂。纵向上碳酸盐岩产层段,天然气中硫化氢含量通常上部高、下部低,部分气田纵向可以划分为多个气藏, 每个气藏的硫化氢含量也具有明显差异。在平面上, 侏罗系碳酸盐岩沉积环境相对高能的区域天然气藏中硫化氢含量也相对高,在部分断层发育的区域出现了硫化氢含量异常。另外,硫化氢溶于水形成氢硫酸能够加速碳酸盐岩溶蚀,形成优质储层[10-12]。因此, 进一步开展高含硫天然气富集规律研究,能够指导阿姆河盆地大型气藏勘探。
为此,笔者综合研究了阿姆河盆地高含硫气藏地质特征、时空分布和天然气组分特征,分析了其高含硫天然气藏类型和成因,总结了高含硫天然气富集规律,以期为进一步提高该盆地高含硫气藏的勘探开发效益提供技术支撑。
1 地质概况
阿姆河盆地位于欧亚板块南缘特提斯构造域, 北以天山造山带与东欧—哈萨克板块相隔,南以阿尔卑斯—喜马拉雅造山带与伊朗地块、阿富汗地块相连。盆地演化经历二叠纪—侏罗纪早期断陷、中晚侏罗世—古近纪坳陷和新近纪前陆盆地3 个阶段[13-14], 是古生代褶皱基底上发育的中新生代大型叠合盆地。晚二叠世,欧亚板块南缘增生形成阿姆河盆地褶皱基底;二叠纪—三叠纪,古特提斯洋向北俯冲[15],形成早期裂谷系统[16-18] ;晚三叠世—早侏罗世,欧亚板块南缘火山岛弧碰撞,盆地经历了短暂的挤压抬升; 早中侏罗世,新特提斯洋继续向北俯冲,重新进入了拉张伸展构造环境[19-21] ;晚侏罗世—古近纪构造活动较弱;新近纪以来,阿拉伯板块、印度板块与欧亚大陆碰撞,形成了现今构造格局。阿姆河盆地从南向北可划分为库什卡次盆、穆尔加勃坳陷、科佩塔格坳陷、巴哈尔单斜、北阿姆河次盆和中央卡拉库姆隆起等6 个一级构造单元[22-23](图1),其中北阿姆河次盆与穆尔加勃坳陷被列别切克—克里夫断裂分隔。
盆地自下而上沉积了二叠系—三叠系含凝灰质砂(砾/ 泥)岩、中下侏罗统含煤碎屑岩、中上侏罗统卡洛夫阶—牛津阶碳酸盐岩、上侏罗统基末利— 提塘阶盐膏岩、白垩系海相砂(泥)岩和碳酸盐岩以及古近系—第四系碎屑岩(图1),呈南厚北薄的楔形特征[23]。烃源岩主要是中下侏罗统煤系地层和中上侏罗统泥灰岩—泥岩。煤系地层是主要的生气源岩,岩性主要为深灰色泥岩、粉砂岩夹薄碳质泥岩和薄煤层,有机质类型主要以陆相偏腐殖混合型— 腐殖型(Ⅱ2—Ⅲ型)干酪根为主,倾向生气[24-26]。中上侏罗统泥灰岩整体有机质丰度较低,总有机碳含量(TOC)为0.20% ~ 0.69% ;泥岩有机质丰度较高,TOC 为1.50% ~ 6.00%,厚度较薄,仅10 ~ 40 m, 在生烃凹陷内烃源岩已进入凝析油—湿气生成阶段[27-31]。储层主要是中上侏罗统卡洛夫—牛津阶石灰岩和白垩系砂岩。侏罗系碳酸盐岩厚度为250 ~ 700 m, 埋深为2 000 ~ 5 000 m,孔隙度为5% ~ 20%[32-34]。白垩系三角洲相砂岩厚度为10 ~ 130 m,埋深为 3 000 ~ 3 500 m。盖层也主要发育2 套区域性盖层, 上侏罗统盐膏岩和白垩系泥岩[23]。
盆地内中上侏罗统碳酸盐岩在不同相带岩性组合有差异(图2)。在碳酸盐岩蒸发—局限—开阔台地—台缘相带,自下而上可以分为卡洛夫阶XVI、XVa2、XVz、XVa1 层和牛津阶XVhp、XVm、XVp、XVac 层,其中XVI、XVhp 为区域性泥灰岩层,XVp 层为半区域性泥灰岩层,XVac 层为碳酸盐岩与硬石膏互层。在台缘斜坡—盆地相带,碳酸盐岩自下而上分为卡洛夫阶XVI、XVa2、XVz、XVa1 和牛津阶XVhp、Gap 层,其中XVI、XVhp 层为区域性泥灰岩层,Gap 层为薄层泥岩层[35]。从对比关系看,卡洛夫阶台内—台缘相带和台缘斜坡—盆地相带小层一一对应,但牛津阶台内—台缘相带XVhp +XVm+XVp层对应台缘斜坡—盆地相带XVhp层, XVac 层对应Gap 层。在碳酸盐岩沉积后,阿姆河盆地形成大型盐盆,沉积了“三膏两盐”,自下而上为下石膏层、下盐层、中石膏层、上盐层和上石膏层。盐膏岩层分布范围有限,随着向陆方向,盐膏岩厚度逐渐减小,下石膏在“三膏两盐”中分布范围相对最广。
盆地内主要发育盐上白垩系和盐下侏罗系2 套含油气系统。中下侏罗统煤系地层、中上侏罗统碳酸盐岩和上侏罗统盐膏岩形成盐下成藏组合,油气藏类型以背斜、断背斜、构造—岩性、岩性等为主, 平面上主要分布于盆地中东部穆尔加勃坳陷和北阿姆河次盆厚层盐膏岩发育区。下白垩统砂岩和泥岩形成盐上储盖组合,油气藏类型以背斜、断背斜为主, 在盆地内均有分布,主要分布于盐膏岩缺失区和大型断裂发育区[4]。
2 高含硫天然气藏地质特征
统计阿姆河盆地高含硫天然气藏主要为侏罗系盐下碳酸盐岩气藏,以构造—岩性气藏和岩性气藏为主(表1)。高含硫天然气组分显示,甲烷(CH4)含量为57.0% ~ 93.0%,乙烷(C2H6)含量为1.2% ~ 4.2%,硫化氢含量为2.0% ~ 14.0%,二氧化碳(CO2)含量为0.1% ~ 23.0%(表2)。根据储盖组合,阿姆河盆地的高含硫天然气藏可划分为3 类,分别为碳酸盐岩+泥灰岩/ 泥岩储盖组合、碳酸盐岩+膏岩储盖组合、砂岩+泥(页)岩储盖组合。
以碳酸盐岩+泥灰岩/ 泥岩为储盖组合的高含硫天然气藏,如切加拉气藏和东加拉吉奥夫拉克XVm层气藏。切加拉气藏位于北阿姆河次盆,天然气中硫化氢含量9.4%。该气藏为构造—岩性气藏,主力产层中上侏罗统卡洛夫阶—牛津阶碳酸盐岩,碳酸盐岩沉积环境为台缘斜坡相带,碳酸盐岩上直接覆盖泥岩[36]。东加拉吉奥夫拉克气田位于巴哈尔单斜, 可划分为XVac 层气藏和XVm 层气藏,其中XVm 层为碳酸盐岩+泥灰岩/ 泥岩为储盖组合的高含硫天然气藏,储层主要为礁灰岩、藻灰岩、白云岩,盖层为牛津阶泥灰岩,天然气组分中硫化氢含量2.6%。
以碳酸盐岩+膏岩为储盖组合的高含硫天然气藏,如雅什拉尔气藏和东加拉吉奥夫拉克XVac 层气藏。雅什拉尔气藏位于穆尔加勃坳陷,是储量超万亿立方米高含硫天然气藏。气藏储层主要为盐下的中上侏罗统卡洛夫阶—牛津阶碳酸盐岩[37]。气藏由超90 个生物礁构成的构造—岩性气藏组成,储层厚度可达500 m,平均孔隙度为9.1%,碳酸盐岩上直接覆盖基末利—提塘阶蒸发岩,天然气组分中硫化氢含量达到10.0%。东加拉吉奥夫拉克XVac 层气藏为牛津阶白云岩、白云质石灰岩,上覆基末利—提塘阶蒸发岩, 气藏天然气组分中硫化氢含量14.0%,二氧化碳含量23.0%。
以砂岩+泥(页)岩为储盖组合的高含硫天然气藏,如南穆巴列克白垩系气藏。该气藏位于北阿姆河次盆,储层岩性为下白垩统巴姆雷阶砂岩,盖层为阿普特阶页岩,天然气中硫化氢含量2.0%。该气藏高含硫天然气主要来源于南穆巴列克侏罗系盐下碳酸盐岩气藏。
3 高含硫天然气藏成因与形成条件
3.1 硫化氢来源与成因阿姆河盆地烃源岩主要为中下侏罗统湖沼相含煤碎屑岩,其次为中上侏罗统泥灰岩和泥岩。通常湖沼相的含煤碎屑岩层系低含硫,生成的天然气几乎不含硫[7]。在盆地东北部临近贯穿碳酸盐岩和中下侏罗统煤系地层的通源断层,天然气供给充足,以干气为主,天然气组分中含硫量多低于0.1%。这也说明了盆地内高含硫天然气来源于中下侏罗统煤系地层的可能性低。
世界上发现的400 多个含硫气田中,90% 以上分布在碳酸盐岩—蒸发岩层系中。目前中国已发现的所有高含硫化氢气藏无论在时代上还是在区域上均与碳酸盐岩—蒸发岩剖面中的石膏分布一致,阿姆河盆地也不例外。油气藏中的硫化氢主要来源有3 种方式:生物成因(Bacterial Sulfate Reduction,BSR)、含硫化合物的热裂解成因(Thermal Decomposition of Sulfides,TDS)和硫酸盐热化学还原作用成因(Thermochemical Sulfate Reduction,TSR)。国内外大量含硫化氢油气藏勘探实例表明,BSR 作用多发生在地层温度为0 ~ 80 ℃区域,硫化氢含量一般低于3.0% ;TDS 作用是在地层温度高于120℃以上的区域,由含硫有机质或含硫干酪根发生裂解形成,硫化氢含量一般低于3.0% ;TSR 发生在地层温度高于100 ℃区域,硫化氢含量可超过10.0%,碳酸盐岩油气藏中高含硫化氢主要原因是TSR 作用[38-42]。阿姆河盆地内硫化氢含量较高的气藏多出现碳酸盐岩与石膏直接接触的现象,前人通过硫同位素的分析认为其生成与硬石膏沉积和成岩密切相关[2,6],硫化氢的来源主要是TSR[9]。通过对盆地内主要高含硫气藏的地层温度和硫化氢的含量来看,高含硫化氢的气藏的现今地层温度多在90 ℃以上,考虑到新近纪构造隆升作用,特别是北阿姆河次盆的气藏古地温可能更高[9],因此盆地内高含硫天然气主要与TSR相关。但在盆地边缘埋深较浅的区域,也可能存在BSR 成因的高含硫天然气藏,例如库尔别什卡克和南穆巴列克, 侏罗系盐下碳酸盐岩埋深均在1 700 ~ 1 800 m,阿姆河盆地地温梯度多在3 ~ 4 ℃ /100 m,该气藏的地层温度低于80 ℃,达不到TSR 所需要的条件,因此可能以BSR 生成硫化氢为主。
3.2 高含硫气藏分类和模式
高含硫气藏按照硫化氢来源可以分为原地生成、异地生成和混合生成3 类高含硫天然气藏。
此类气藏是指天然气成藏过程中或成藏后,硫化氢原地生成,再与早期天然气混合形成的高含硫气藏,按照天然气生成环境又可以细分为台内—台缘相带石膏—石灰岩互层型、台缘斜坡相带高能礁滩型和台缘斜坡—盆地相带断控型3 类(图3)。
台内—台缘相带石膏—石灰岩互层型高含硫气藏。此类气藏由于石灰岩与石膏互层接触,可发生BSR 或者TSR,生成硫化氢。通常硫化氢的含量较高, 例如雅什拉尔气藏硫化氢含量达到10.0%,硫化氢成因以TSR 为主。例如,北阿姆河次盆加迪恩XVac 层气藏及周边XVac 层气藏,牛津期处于开阔台地— 蒸发台地,与中国塔里木盆地中奥陶统一间房组、鄂尔多斯盆地下二叠统太原组沉积特征相似,台内滩体广泛连片发育[43-45],在XVac 层沉积期演化为蒸发台地后,滩体与石膏频繁互层,由于其埋藏较浅,现今地层温度在100 ℃,硫化氢成因以TSR 为主,局部可能有BSR,硫化氢含量在3.0% 左右。这种类型高含硫气藏在区域内最常见。
台缘斜坡相带高能礁滩型高含硫气藏。此类气藏形成必须是处于台缘斜坡相带碳酸盐岩沉积相对高能区,在碳酸盐岩沉积后地貌较高,上覆泥岩缺失或者较薄,导致碳酸盐岩和下石膏层直接接触。该类气藏通常埋深较大,在高温和烃类等作用下发生TSR 形成高含硫气藏。通常在台缘斜坡相带整体沉积水体较深,高能生物礁滩体多发育在基底古地貌高部位。因此,此类高含硫气藏的形成必须要有基底古隆起背景。这种类型的高含硫气藏较少,例如北尼山气藏,硫化氢含量3.7%。
台缘斜坡—盆地相带断控型高含硫气藏。此类气藏由于纵向与石膏层之间被泥岩分隔,其天然气主要来源于深层中下侏罗统,因此高含硫气藏形成的重要条件是断层。在盆地东北部,由于新近纪构造运动, 区域内断层发育,当断层的断距超过泥岩厚度后,断层两侧石灰岩与石膏侧向接触,再与烃类发生TSR 或者BSR 生成硫化氢,此类气藏硫化氢的含量从断层附近向远离断层方向逐渐降低[46]。这种类型的高含硫气藏较少,零星发育。例如,阿克古莫拉姆气藏, 硫化氢含量达到3.1%。
此类气藏是指高含硫天然气在生烃坳陷或其他地区形成后,在晚期调整过程中,重新聚集成藏。该类型高含硫气藏在盆地北阿姆河次盆侏罗系碳酸盐岩层XVm 层或者浅层白垩系砂岩层可见。
横向运聚型高含硫气藏。北阿姆河次盆加迪恩XVm 层气藏,产层岩性为牛津阶颗粒石灰岩,未与石膏层直接接触,产层上覆XVp 层为致密隔层,与XVac 层气藏处于不同气水系统[35],天然气中硫化氢含量为3.0%,略高于XVac 层石膏与石灰岩互层段。该XVm 层气藏可能是周边或生烃坳陷XVac 层产生的高含硫天然气侧向运移聚集形成。东加拉吉奥夫拉克XVm 层气藏和北阿姆河次盆西北部XVm 层气藏多是此种成因。
纵向运聚型高含硫气藏。北阿姆河次盆南穆巴列克白垩系高含硫气藏,气藏产层为白垩系巴雷姆阶砂岩,盖层为阿普特阶页岩,天然气中硫化氢含量为2.0%,是盐下侏罗系碳酸盐岩气藏中高含硫天然气沿断层纵向运移至白垩系砂岩聚集成藏。
此类气藏在成藏过程中,原地生成高含硫天然气与异地生成高含硫天然气混合成藏而形成。以北阿姆河次盆的麦杰让气田高含硫气藏、坚基兹库尔— 豪扎克气田高含硫气藏为代表,均处于碳酸盐岩台缘相带,其天然气中硫化氢含量为6.0% ~ 9.4%,远高于周边的地温相近的气藏硫化氢含量。由于气藏埋深较浅,地层温度在100 ℃左右,碳酸盐岩与石膏并不能直接产生硫化氢,而是必须先生成硫,再生成硫化氢。随着温度升高,硫的稳定区域缩小直至消失,高温更加有利于碳酸盐岩与石膏生成硫化氢[47]。因此,仅依靠XVac 层石膏与石灰岩互层段TSR 原地生成高含硫天然气,硫化氢含量不足以超过6.0%, 因此应该有异地高含硫天然气补充,异地生成高含硫天然气是从盆地穆尔加勃坳陷生烃中心的高含硫天然气沿台缘相带运移至气藏形成。
4 高含硫天然气富集规律
4.1 高含硫天然气分布控制因素
影响阿姆河盆地天然气富集程度的因素主要有2 个:生烃坳陷和沉积相带。阿姆河盆地满盆含气,越靠近盆地生烃坳陷,资源丰度越高。在穆尔加勃生烃坳陷内,天然气储量丰度可达到40×108 ~ 70×108 m3/km2,在盆地边缘北阿姆河次盆天然气储量丰度为3×108 ~ 10×108 m3/km2。沉积相带对天然气资源丰度也有重要影响,北阿姆河次盆台缘相带气藏储量丰度是蒸发台地气藏储量丰度的4 倍[35], 这2 个因素也控制着天然气含硫量。
沉积相控制了石膏+碳酸盐岩岩性组合分布, 控制了高含硫天然气分布。在纵向上,高含硫天然气主要富集于盐下侏罗系碳酸盐岩。在碳酸盐岩上覆盖了厚层的盐膏岩盖层,阻止天然气向上运移。同时,部分区域碳酸盐岩与硬石膏接触后发生BSR 和TSR 等生物化学反应,生成的硫化氢也赋存于盐下侏罗系。在碳酸盐岩内部,天然气硫化氢的含量也有差异,在顶部碳酸盐岩与硬石膏互层或直接接触区域,上部硫化氢含量通常高于下部。平面上在蒸发—局限—开阔台地相带和台缘相带碳酸盐岩气藏的硫化氢含量远高于台缘斜坡和盆地相带(图4)。在蒸发—局限—开阔台地相带和台缘相带,下石膏层直接覆盖在石膏—石灰岩互层段之上,广泛发生了TSR 和BSR 等生物化学还原反应,含硫天然气局部聚集形成高含硫天然气藏,在北阿姆河次盆碳酸盐岩气藏的硫化氢含量多超过2.0%。而台缘斜坡—盆地相带碳酸盐岩与石膏之间沉积了泥岩,无法与石灰岩直接接触,石膏成岩作用对盐下碳酸盐岩影响作用微弱[48],也阻止了TSR 发生,因此硫化氢含量总体都在1.0% 以下,甚至微量。但在局部高能生物礁滩发育区或逆冲断层区,下石膏层可以与石灰岩接触,形成零星发育的高能礁滩体或逆冲断块原地生成高含硫气藏,硫化氢含量可以达到2.0% 以上。
盆地生烃中心也是硫化氢生成中心。穆尔加勃坳陷是阿姆河盆地生烃中心,坳陷中下侏罗统煤系地层和上侏罗统泥灰岩、石灰质泥岩生成的烃类供给十分充足,为TSR 提供了足够气源。同时盐下碳酸盐岩埋深超过4 000 m,地层温度超过130 ℃,达到了TSR 的温度条件,大量生成硫化氢。坳陷西侧复兴—雅什拉尔等区域也是盆地硫化氢含量最高的区域,向盆地边缘硫化氢含量逐渐降低。盆地边缘断阶带由于碳酸盐岩埋深浅、地层温度多小于100 ℃, 不满足TSR 的条件,而BSR 生成的硫化氢较少。总的来说,盆地生烃中心天然气供给充足,埋深大、地温高,能够发生TSR,硫化氢含量高。
4.2 高含硫天然气藏富集规律
阿姆河盆地生烃中心是寻找大型原地生成高含硫天然气藏最有利区。盆地生烃中心具有天然气供给充足,圈闭优先充注成藏的特点,成藏条件好, 尤其是具有基底古隆起背景的继承性背斜构造最有利于形成大型原地生成高含硫气藏。阿姆河盆地在基底形成后,侏罗纪进入稳定沉积阶段,早期基底古地貌可以发育礁滩复合体,在盐膏岩沉积后,也形成了披覆背斜。白垩纪,烃源岩成熟后,烃类在披覆背斜聚集成藏,并发生TSR 生成大量硫化氢。在喜马拉雅期挤压作用下,基底古隆起继承性隆升, 形成大型的构造—岩性复合型圈闭,周缘高含硫天然气继续充注,TSR 持续发生,形成了一系列大型— 巨型高含硫天然气藏。
盐下碳酸盐岩台缘相带是大型原地生成和混合生成高含硫天然气藏最有利相带。台缘相带是碳酸盐岩沉积时水体最为高能的相带,广泛发育生物礁, 形成了高孔、高渗的有利储集相带。在烃源岩成熟后,在生烃坳陷形成的高含硫天然气在台缘相带生物礁滩体中运聚,并通过台缘相带不断向盆地边缘和高部位运移,并逐渐向局限—蒸发台地相带扩散。同时高孔、高渗的储层在酸性流体的溶蚀作用下,溶蚀孔洞更加发育,能够容纳的天然气空间越大。因此, 在台缘相带的天然气中天然气富集程度和含硫量也要高于其他相带(图5)。在紧邻盆地生烃中心,台缘相带以原地生成、混合生成高含硫天然气藏为主,原地生成高含硫气藏规模更大。复兴、雅什拉尔气田的高含硫气藏等均是台缘相带基底古隆起背景上发育的原地生成高含硫气藏,储量规模超过20×1012 m3。
通源断层可以进一步促进高含硫天然气富集。在新近纪喜马拉雅运动期,盆地内发育大量从基底断至侏罗系碳酸盐岩的通源断层,不仅沟通了储层与烃源岩层、保证了充足的气源供给,增大了碳酸盐岩与硬石膏接触面积、扩大了硫酸盐物质供给,而且将深部的热液运移至碳酸盐岩中,这些深部热液的温度可以达到150 ~ 200 ℃,进一步促进TSR。同时沿断层发育的裂缝体系改善储层物性,促进酸性流体更加高效地在储层内部运移,提高了储集性能[49], 增加了高含硫天然气富集程度。例如,北阿姆河次盆高含硫气藏分布可能受到了查尔朱断裂的影响。
5 勘探启示
碳酸盐岩上覆“三膏两盐”对富气盆地形成起到了非常重要的作用[50]。盐膏岩作为优质盖层确保天然气在新近纪盆地改造过程中不散失,同时与烃类、碳酸盐岩结合生成硫化氢形成的酸性流体对碳酸盐岩进行溶蚀改善了储层的物性[35],促进了高含硫天然气藏形成。阿姆河盆地北部高含硫天然气藏勘探程度较高,在台内和台缘相区大型的气藏勘探也不断取得突破,盆地中东部台缘斜坡相带的天然气勘探也逐渐引起勘探家重视。
阿姆河盆地中东部处于穆尔加勃生烃坳陷,盐下中上侏罗统碳酸盐岩处于台缘斜坡相带,沉积环境低能,储层物性相对致密,且与硬石膏层不直接接触, 后期的溶蚀改造作用远不如台内相区,勘探程度较低。另外,中东部地区还发育有大型走滑断裂,断裂两侧碳酸盐岩与硬石膏接触,促进了TSR,也改善了储层物性,同时生烃坳陷天然气强充注,具备了大型高含硫天然气藏形成条件。因此,针对盆地中东部地区要寻找大型古隆起区和规模断裂区进行勘探,有望发现大型高含硫天然气藏。
6 结论
1)阿姆河盆地内高含硫天然气形成与上侏罗统硬石膏密切相关,高含硫气藏根据天然气中硫化氢来源可分为原地生成、异地生成和混合生成3 类高含硫天然气藏,其中以原地生成高含硫天然气藏为主, 规模最大。
2)原地生成高含硫天然气藏可细分为台内—台缘相带石膏—石灰岩互层型、台缘斜坡相带高能礁滩型和台缘斜坡—盆地相带断控型,异地生成高含硫气藏可分为横向运聚型和纵向运聚型。
3)纵向上,高含硫天然气主要富集于盐下侏罗系碳酸盐岩,以顶部XVac 层天然气硫化氢含量相对高。平面上,由于蒸发—局限—开阔台地相带和台缘相带的碳酸盐岩顶部与石膏互层,天然气硫化氢含量明显高于台缘斜坡和盆地相带。高含硫天然气藏以原地生成为主,主要分布于蒸发—局限—开阔台地相带和台缘相带,在台缘斜坡和盆地相带零星分布。
4)高含硫天然气在碳酸盐岩台缘相带最为富集, 并在盆地生烃中心形成的原地生成高含硫天然气藏规模最大。处于生烃中心的大型具有基底古隆起背景的继承性背斜构造最有利于形成大型原地生成型高含硫气藏,通源断层可以进一步促进高含硫天然气聚集,建议在盆地中东部寻找大型基底古隆起区和大规模断裂区进行勘探。
参考文献请点击下方“阅读原文”查看
编 辑 陈古明
论文原载于《天然气工业》2024年第11期
基金项目:中国石油天然气股份有限公司科技项目“塔吉克复杂逆冲含盐盆地深层超深层油气地质理论与关键技术研究”(编号:2024DJ99)。
排版、校对:张 敏
审核:罗 强 黄 东
点击阅读原文,链接到《天然气工业》官网