深层海相碳酸盐岩油气成藏普遍具有多源多期的特征,复杂成藏过程的准确剖析对油气的高效勘探具有重要的指导意义。为了确定川东南平桥地区寒武系洗象池群油气成藏过程,针对多期次储层孔洞缝充填物,开展了阴极发光、元素和同位素、流体包裹体捕获古温压和沥青激光拉曼光谱等分析测试。研究结果表明:储层多期矿物充填序列表现为第一世代白云石、第二世代方解石和晚期石英;沥青广泛分布于基质白云岩溶孔及第一世代白云石晶粒间,同时白云石发育沥青包裹体和气包裹体;第二世代方解石捕获了原生和次生甲烷包裹体。碳、氧、锶同位素和稀土元素分析表明成岩矿物流体来源以储层流体为主,方解石形成与有机流体参与相关。储层沥青和沥青包裹体的热成熟度R_o主要分布于 2.90%~3.59%,结合与沥青包裹体伴生的盐水包裹体均一温度及烃源岩生烃史,推断沥青来源于下寒武统筇竹寺组液态烃充注洗象池群后热裂解干气阶段伴生的焦沥青。方解石中原生甲烷包裹体捕获压力集中分布于 55.8~81.7 MPa(捕获温度 198~203 ℃),指示埋藏期液态烃热裂解干气阶段压力系数为 1.06~1.56,具有中等超压特征;次生甲烷包裹体捕获压力分布于 42.1~65.0 MPa(捕获温度为 150°~155 ℃),指示抬升期五峰组-龙马溪组页岩气泄压供烃阶段压力系数为0.94~1.45,仍保持有中等超压特征。平桥地区寒武系洗象池群存在埋藏期下寒武统筇竹寺组液态烃充注和原位裂解气成藏与抬升期五峰组-龙马溪组页岩气泄压供烃成藏的多元复合成藏过程。多元复合成藏模式为寻找寒武系洗象池群风险勘探目标提供了新的方向和思路。

元坝气田的长兴组天然气主要为原油裂解气。研究古原油的运移方向与聚集特征,对于分析从古油藏到现今气藏的演化过程以及揭示现今气-水界面的分布特征,从而指导元坝气田及邻区的天然气勘探与开发具有重要意义。本文利用流体包裹体确定了古原油的充注时间,恢复了原油充注期的储层顶面构造形态,并以此为基础模拟了古原油的运移路径;然后利用储层沥青的烷基二苯并噻吩类分子标志物示踪了古原油的运移方向;最后分析了古原油的聚集特征与油气藏的演化过程。结果表明:(1)长兴组储层发育较多的沥青包裹体,与之伴生的盐水包裹体的均一温度为110~130 ℃,结合地层埋藏史和温度演化史确定的古原油充注的时间为晚三叠世到早侏罗世;(2)古原油充注期的长兴组顶面形态继承了长兴组沉积期的顶面形态,台地边缘的礁滩处于相对高部位,而礁后滩处于相对低部位;(3)数值模拟显示古原油从台地边缘斜坡向台地边缘的礁滩圈闭侧向运移,储层沥青的烷基二苯并噻吩比值也沿着运移方向逐渐降低,表明古原油具有侧向运移特点;(4)位于相对高部位的台地边缘礁滩圈闭的古原油充满度高,而位于相对低部位的礁后滩圈闭的古原油充满度低。综合来看,元坝气田的古原油具有近源充注、在相对高部位的台地边缘礁滩圈闭聚集的特征;对经历高热演化的古油藏而言,烷基二苯并噻吩类化合物在古原油的运移方向示踪方面具有一定潜力。

近年来,塔里木盆地顺北地区在超深碳酸盐岩取得重要勘探突破,发现了断控缝洞型油气藏。该油气藏具有良好的生储盖组合,走滑断裂不同组合样式对油气运聚具有重要的影响和控制作用。本文选取顺北地区典型走滑断裂压扭段和张扭段开展解析,明确压扭段具有树枝状和树杈状两种断裂组合样式,张扭段具有非对称式和对称式两种组合样式,结合实钻油气藏的开发特征,建立实验模型,进行物理模拟实验,发现断裂带物性、断裂连接关系、供烃强度及缝网系统的发育是影响油气水分布的主要因素,压扭段直接相连主次断裂处于成藏优势区,可作为后期勘探开发的重点。建立了顺北地区压扭段和张扭段不同的油气成藏模式,对深化深部走滑断裂油气运移和成藏理论、指导顺北地区断控缝洞型油气藏的勘探具有重要意义。

随着塔里木盆地深层勘探领域的不断突破,顺托果勒地区超深层碳酸盐岩层系发现了一系列与走滑断裂有关的异常高压油气藏,但其超压成因和分布规律却少有讨论。相较于伸展盆地与挤压型前陆盆地体系,克拉通内走滑断裂与地层压力关系的研究相对较少,同时碳酸盐岩储层强烈的非均质性也进一步加剧了超压分布的复杂性。本次研究根据钻井测试与生产动态资料,分析了顺托果勒地区压力分布特征与超压储层特征;结合流体包裹体恢复的古压力、天然气地球化学特征与断裂活动期次讨论了顺托果勒地区不同二级构造单元间异常压力的成因机制差异。结果表明,顺北缓坡和顺托低凸起地层超压为天然气充注与构造增压作用产生,而顺南缓坡地层超压主要受原油裂解生气影响。天然气的生成与断裂活动特征决定了顺南地区整体超压、顺北与顺托地区局部超压的分布格局,走滑断控储层的发育模式使得顺托果勒地区中下奥陶统储层压力系统呈现分割状发育特征。

塔里木盆地顺北油气田走滑断裂对成储和成藏具有重要的控制作用。本文采集研究区8条主要走滑断裂上23口钻井岩心中的构造成因裂缝充填方解石脉,开展断裂-流体耦合活动研究。根据方解石脉微观岩相(成岩矿物类型和阴极发光特征)、岩石化学(稀土元素、碳氧锶同位素)和方解石原位U-Pb定年结果,将方解石脉分为3期。第一期方解石脉在东西部数条断裂带内普遍发育,方解石岩石化学特征指示流体来源于中-下奥陶统地层水;方解石原位U-Pb年龄为474~444 Ma,时代为加里东中期。第二期方解石脉主要在顺北5号带以东断裂带内发育普遍,方解石岩石化学特征指示来源于下部寒武系地层水和埋藏期深部热流体;方解石原位U-Pb年龄为441~403和374~326 Ma,时代集中分布在加里东晚期—海西早期。第三期方解石脉在5号带、4号带和顺南地区少数样品较为发育,方解石岩石化学特征指示埋藏期深部热流体特征,方解石原位U-Pb年龄为295.9~232 Ma,时代主要为海西晚期。三期方解石脉形成时期与断裂活动期次相吻合。方解石脉含烃包裹体产状和特征指示加里东晚期—海西早期和海西晚期液态烃充注和液态烃热裂解演化过程。本文利用构造成因裂缝充填方解石微区原位U-Pb定年,确定走滑断裂形成时间的方法,以及结合烃类包裹体分析直接确定油气成藏时限的方法,对于研究多旋回盆地多源多期油气成藏过程有推广应用价值。

塔里木盆地北部寒武系—奥陶系超深层发现一批油藏和挥发性油藏,拓展了石油(液态烃)勘探的深度下限和规模增储领域。深层、超深层跨越多个构造期,经历了复杂的构造、埋藏和热演化历史,油气成藏有其特殊性,超深层油气藏的形成与保持机制仍需深入探讨。前人在重点层系埋藏热演化史、油气成藏定年、含烃包裹体和原油稳定性等方面开展了研究,但超深储层中烃类与矿物基质、地层水的相互作用对油气演化和保存的影响作用还需深化研究。本文以塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系埋藏-热演化史和古压力变化为约束条件,开展油藏演化系列模拟实验,在逼近地下储层油气赋存状态、上覆压力、地层流体性质和压力条件下,重建了烃类热演化过程。结果表明,温度是原油裂解的主动力,油藏经历的最高古地温及持续时间是控制现今油气相态的决定性因素,而在VR_o<2.0%时,地层水、灰岩储层介质环境等延缓了原油的裂解,有利于油藏的保存。对顺托果勒地区早期充注原油的保存能力进行了初步评价,早期充注原油在顺北地区保存指数为67%~100%,顺南地区为17%~50%,推测顺北地区液态烃大量消亡的深度下限在10 000 m左右。