王圣柱，林會喜，張奎華，薛 雁

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

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準噶爾盆地北緣哈山構造帶油氣輸導系統(tǒng)研究

王圣柱，林會喜，張奎華，薛 雁

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

準噶爾盆地北緣哈山構造帶經(jīng)歷多期構造疊加改造，構造復雜，油氣運聚規(guī)律不明確，極大地制約了油氣勘探。以已發(fā)現(xiàn)的油藏為研究對象，通過地質(zhì)結(jié)構解剖、運移路徑識別與油氣源精細對比，對不同構造單元的油氣運移特征進行研究。結(jié)果表明，超剝帶與推覆-沖斷帶分屬不同的油氣輸導系統(tǒng)，具有不同的油氣輸導樣式，建立了2類4種油氣運聚模式：超剝帶為瑪湖凹陷遠源供烴、“斷-毯”橫向輸導、毯緣富集；推覆-沖斷帶為哈山近源供烴，“多斷”聯(lián)合垂向輸導，近源富集，其中，西段推覆疊置區(qū)為“斷-縫”網(wǎng)狀輸導，中段沖斷疊加區(qū)為斷砂階梯輸導，東段斷褶變形區(qū)為斷層優(yōu)勢輸導。系統(tǒng)總結(jié)了輸導系統(tǒng)類型及控藏作用，研究結(jié)果可對研究區(qū)的油氣勘探具有借鑒作用。

地質(zhì)結(jié)構；輸導模式；地化示蹤；超剝帶；推覆-沖斷帶；哈山地區(qū)

0 引 言

哈拉阿拉特山(下文簡稱哈山)構造帶處于哈山與準噶爾盆地的結(jié)合部位，系西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊晚古生代碰撞俯沖形成的“早動早衰型”山前帶[1]。在推覆-沖斷疊加和走滑改造解釋模型的指導下部署了哈淺1、哈淺6等多口探井，在白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系見到豐富的油氣顯示，發(fā)現(xiàn)了春暉油田和阿拉德油田[2-3]，展示出研究區(qū)巨大的勘探潛力。由于多期逆沖推覆作用的影響，構造復雜，致使不同構造區(qū)帶的油氣運聚規(guī)律認識不清，成為制約油氣高效勘探的主要瓶頸。亟需開展油氣輸導系統(tǒng)類型及其對油氣運聚的控制作用研究，建立不同構造單元的油氣運聚模式，力求為研究區(qū)的油氣勘探提供指導與借鑒。

1 地質(zhì)概況

哈山構造帶呈北東東走向展布，南鄰烏夏斷裂帶和瑪湖凹陷，北以達爾布特斷裂與和什托洛蓋盆地相接，東西兩側(cè)分別為石西凹陷和扎伊爾山。晚石炭世以來經(jīng)歷海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期構造運動的疊加改造[4-5]，表現(xiàn)為一大型的逆沖推覆構造。

哈山構造帶具有“上下分層、南北分帶、東西分段”的地質(zhì)結(jié)構特征。剖面上分為2套構造層：下構造層即推覆-沖斷帶，包括三疊系、二疊系和石炭系，主要發(fā)育大型推覆疊置構造和疊瓦沖斷構造；上構造層即超剝帶，包括侏羅系、白堊系，呈南傾單斜形態(tài)超覆于哈山推覆-沖斷體之上。平面上分為3個構造條帶，北部的走滑構造帶、中部的逆沖推覆-沖斷帶、南部的逆沖褶皺帶。(圖1)。

2 油氣輸導系統(tǒng)劃分

2.1 地質(zhì)結(jié)構特征

2.1.1 風化殼黏土層

經(jīng)歷印支期長期剝蝕夷平作用，研究區(qū)表現(xiàn)為寬緩斜坡，形成了侏羅系底區(qū)域性不整合。巖心、測井曲線響應、巖石礦物組成及風化殼主量元素(Al、Fe、Na、K、Mn元素)分析表明[6]，該期不整合具有明顯的3層結(jié)構，其中，風化黏土層巖性為灰白色、雜色黏土巖，在研究區(qū)廣泛發(fā)育，厚度一般為3～8 m，受上覆地層壓實作用影響其物性變差，孔隙度僅為1.8%～7.4%，滲透率為0.53×10-3～6.32×10-3μm2，具有較強的突破壓力，可作為良好的遮擋層阻止油氣串層運移[7]。

圖1 準噶爾盆地北緣哈山地區(qū)構造單元劃分

2.1.2 灰泥質(zhì)底礫巖層

三疊紀末期的強烈構造擠壓使哈山及以北地區(qū)強烈隆升遭受剝蝕，在此構造背景之上，八道灣組沉積初期研究區(qū)廣泛發(fā)育了濕地扇沉積[8]，侏羅系底部不整合面之上沉積了厚度為1.3～4.5 m的礫巖。由于近物源、快速沉積，分選和磨圓較差，且為灰(泥)質(zhì)膠結(jié)，孔隙度僅為4.00%～14.74%，滲透率為2.50×10-3～18.71×10-3μm2，儲集物性明顯差于其上覆的(含礫)砂巖物性。

2.1.3 石炭系風化“硬殼”

哈山構造帶形成演化具有“早動早衰型”特點，二疊紀末期即開始大規(guī)模推覆造山，印支期末期哈山構造基本定型[1]，推覆體頂部石炭系火山巖長期隆起遭受風化淋濾，之后侏羅系和白堊系超覆于推覆體之上，風化殼發(fā)育。根據(jù)Al、Fe、K、Na、Mg等元素的遷移性差異，采用風化指數(shù)將風化殼自上而下劃分為古土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和原巖5層[9]。風化淋濾對推覆體頂部儲層物性起到明顯的改善作用，哈淺6等井揭示淋濾影響深度可達180～340 m。通過各結(jié)構層儲集性能對比認為，風化殼頂部的古土壤層物性最差，下部的溶蝕帶和崩解帶儲集物性最好，孔隙度為2.95%～18.53%，平均為8.59%，滲透率為0.83×10-3～52.80×10-3μm2，平均為14.12×10-3μm2，處于中部的水解帶雖然具有一定的孔隙度，但由于受近地表充填膠結(jié)作用影響，滲透率極低，形成致密“硬殼”，推覆體頂部風化“硬殼”普遍發(fā)育，厚度一般為15～20 m。由于該致密層的存在導致推覆體風化殼頂部附近未見油氣顯示。

地質(zhì)結(jié)構解剖表明，超剝帶與推覆-沖斷帶之間存在多重分割層，包括侏羅系八道灣組底不整合風化黏土層、不整合面之上底礫巖、推覆體頂部石炭系火山巖風化淋濾“硬殼”。由于上述分隔層的存在，阻止了上下構造層之間的油氣“交換”，將超剝帶與推覆-沖斷帶分隔為2套油氣輸導系統(tǒng)。

2.2 運移路徑識別

原油在運移過程中存在地質(zhì)色層效應，即隨著運移距離增加其物理性質(zhì)和化學成分等發(fā)生一系列規(guī)律性變化。原油中含氮化合物相對含量20R-C29甾烷αββ與ααα比值，ααα-C29甾烷20S與20R比值等地化參數(shù)或組合是油氣運移路徑示蹤的有效指標。超剝帶原油生標參數(shù)運移分餾效應明顯，表明其經(jīng)歷了較長距離的運移，推覆-沖斷帶原油運移距離則相對較短(圖2)。根據(jù)原油中不同構型咔唑類分子極性吸附能力差異性對運移路徑進行識別追蹤，1，8-二甲基咔唑與1，5-二甲基咔唑比值、1，8-二甲基咔唑與2，7-二甲基咔唑比值、1，8-二甲基咔唑與2，4-二甲基咔唑+2，7-二甲基咔唑之和的比值等參數(shù)在超剝帶沿哈淺5-哈淺6井呈自南向北增大的趨勢，在推覆-沖斷帶由哈深斜1井風城組至哈淺6井風城組、石炭系，原油含氮化合物參數(shù)比值自下而上呈增大趨勢，并且在超剝帶與推覆-沖斷體界面附近上述各參數(shù)值存在“突變”現(xiàn)象(圖3)。研究認為，超剝帶和推覆-沖斷帶表現(xiàn)為不同的油氣運移方式，超剝帶為遠源橫向運移，推覆沖斷帶為近源垂向運移。

圖2 哈山地區(qū)不同構造單元油氣運移分餾效應散點圖

圖3 哈山地區(qū)不同構造單元油氣運移分餾剖面

2.3 油源厘定

研究區(qū)不同構造單元已發(fā)現(xiàn)油藏原油具有輕碳同位素值、低姥植比、低Ts與Tm比值、高β-胡蘿卜烷含量、高伽馬蠟烷含量的特征。另外，C20、C21、C22三環(huán)萜烷以及ααα(20R)C27、C28、C29甾烷呈依次上升型分布特征，油源分析主要來源于風城組烴源巖[3]。而地質(zhì)結(jié)構分析表明，瑪湖凹陷與哈山推覆-沖斷帶均發(fā)育風城組烴源巖，為了進一步精細厘定不同構造單元的油氣運聚特征，開展了哈山地區(qū)與瑪湖凹陷烴源巖的有機地球化學參數(shù)的精細對比。研究認為，哈山地區(qū)與瑪湖凹陷風城組沉積環(huán)境在水體深度、鹽度和氧化還原性方面存在一定差異，哈山地區(qū)較瑪湖凹陷沉積水體較淺，且鹽度較低，因而造成某些對水體介質(zhì)反應敏感的生物標志化合物異構體之間的裂解速率和新生成速率的不同，使得兩者發(fā)育的烴源巖在沉積環(huán)境指數(shù)ETR(ETR為∑(C28+C29三環(huán)萜烷)與∑(C28+C29三環(huán)萜烷與Ts的和比值)、C35升藿烷指數(shù)HHI(HHI為C35升藿烷與∑(C31+C32+C33+C34+C35升藿烷)比值)、Ts與Ts和Tm之和比值和莫烷/藿烷比值等方面存在細微差別[10]，可作為烴源巖的有效識別指標?，敽枷轃N源巖具有“兩高三低”的特點：高ETR、高HHI、低Ts與Ts和Tm之和比值、低C30莫烷與C30藿烷比值、低C29莫烷與C29藿烷比值，與其相反，哈山地區(qū)的烴源巖則表現(xiàn)為“兩低三高”的特點(圖4)。

圖4 哈山地區(qū)不同構造單元油氣源地化參數(shù)散點圖

通過地質(zhì)結(jié)構特征研究、油氣運移路徑示蹤及烴源巖地化參數(shù)對比分析，厘定了不同構造單元的油氣來源及運移樣式。超剝帶原油C29甾烷20S與20S+20R比值為0.38～0.64，平均值為0.48，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.32～0.59，平均值為0.48，為高成熟原油，為晚侏羅世—晚白堊世瑪湖凹陷風城組烴源巖生成的高成熟油氣遠距離沿毯砂橫向運聚成藏的產(chǎn)物。推覆-沖斷帶油氣成熟度差異大，為哈山地區(qū)和瑪湖凹陷風城組烴源巖不同演化階段生成油氣近距離垂向運移充注的結(jié)果，其中，推覆體前翼的哈淺6井風城組原油C29甾烷20S與20S+20R比值為0.19～0.28，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.17～0.27，為哈山地區(qū)風城組烴源巖二疊紀末期生成的低熟油；推覆體前翼的哈淺3井1 154～2 636 m石炭系瀝青質(zhì)火山角礫巖C29甾烷20S與20S+20R比值為0.30～0.35，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.26～0.41，為瑪湖凹陷風城組烴源巖三疊紀生成的成熟油，該期油藏印支期遭受破壞形成瀝青；哈淺3井2 636～2 845 m石炭系和哈淺6井石炭系、哈深2井佳木河組原油成熟度明顯偏高，C29甾烷20S與20S+20R比值為0.34～0.53，C29甾烷ββ與αα+ββ比值為0.30～0.57，為中晚侏羅世—早白堊世哈山推覆-沖斷帶不同構造部位的烴源巖生成的成熟—較高熟的原油短距離運聚的結(jié)果。

3 油氣輸導模式

3.1 超剝帶“斷-毯”復合輸導模式

超剝帶原油來源于瑪湖凹陷風城組烴源巖，圈源分離，具有遠源供烴成藏的特點。在寬緩斜坡構造背景之上發(fā)育了八道灣組一段、西山窯組二段厚層砂體，疊合連片分布穩(wěn)定，具有良好的連通性和孔滲性，構成了油氣橫向運移的高效輸導毯[2]。南部的烏27井等深部斷層溝通了瑪湖凹陷風城組烴源巖與超剝帶的毯砂，構成了油氣運移的油源網(wǎng)，淺部斷裂溝通了毯砂與毯上砂體，構成了油氣運移的調(diào)整網(wǎng)。深淺2套斷裂與毯砂時空匹配形成了研究區(qū)的“斷-毯”輸導格架。瑪湖凹陷風城組烴源巖生成的油氣沿油源斷層(次級油源斷層)—毯砂—調(diào)節(jié)斷層“接力”輸導。油源斷層斷穿層位及啟閉性控制了油氣的垂向分布，調(diào)節(jié)斷層控制了毯內(nèi)及毯上砂體成藏；毯砂構成了油氣長距離橫向運移的運載層和倉儲層，毯緣為油氣的優(yōu)勢運聚方向及富集區(qū)帶。

3.2 推覆-沖斷帶“多斷”聯(lián)合輸導模式

3.2.1 推覆疊置區(qū)“斷-縫”網(wǎng)狀輸導樣式

海西期以來多期構造運動的影響，哈山西推覆疊置區(qū)石炭系火山巖和二疊系云質(zhì)巖脆性地層斷層發(fā)育，同時伴生的多組不同產(chǎn)狀的裂縫互相切割形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，大大提高了巖石的滲透性，其與大氣水淋濾及有機酸溶蝕孔縫構成了復雜的孔-洞-縫網(wǎng)狀輸導通道。受火山巖儲層非均質(zhì)影響，其橫向輸導能力有限，與油源斷裂相連接的推覆體更易成藏。平面上距油源斷裂6 km，垂向上距油源斷層3 km，為油氣的有利聚集區(qū)，油源斷裂與優(yōu)質(zhì)儲層配置控制了推覆疊置區(qū)油氣富集。

3.2.2 沖斷疊加區(qū)“斷-砂”階梯狀輸導樣式

哈山中沖斷疊加區(qū)充填地層主要為二疊系碎屑巖，表現(xiàn)為高角度疊瓦沖斷構造。多期沖斷疊加在沖斷疊片內(nèi)和沖斷帶下部均“發(fā)育”風城組烴源巖，烴源巖與儲層互層式分布，形成了優(yōu)越的生儲組合樣式。沖斷斷層溝通了風城組烴源巖與二疊系、三疊系、侏羅系的砂體，“斷-砂”時空配置形成了階梯狀輸導格架。不同構造部位烴源巖生烴演化與沖斷斷層多期活動控制了油氣幕式充注，在合適圈閉中聚集成藏。夏69井稠油、稀油和天然氣正是瑪湖凹陷風城組烴源巖不同演化階段生成油氣沿“斷-砂”階梯輸導通道運聚的結(jié)果。

3.2.3 斷褶變形區(qū)斷層優(yōu)勢輸導樣式

哈山東斷褶變形區(qū)主要發(fā)育二疊系和三疊系碎屑巖。三疊紀末期的印支運動一方面沖斷剝蝕使得中晚三疊世形成的部分油藏調(diào)整或破壞，如新2井風城組和旗3井夏子街組殘余油藏；另一方面造成二疊系和三疊系強烈褶皺變形，呈現(xiàn)溝梁相間的構造格局，砂體的長距離橫向輸導能力明顯受到限制，油氣主要表現(xiàn)為與油源斷層溝通的砂體在單一褶皺內(nèi)橫向運移。中晚侏羅世—晚白堊世烴源巖生成的油氣則以沿斷層垂向或側(cè)向(走向)運移為主，砂體輔助橫向輸導，平面上表現(xiàn)為沿夏紅南斷層和夏紅北斷層近斷裂帶富集的特點。

4 結(jié) 論

(1) 哈山構造帶超剝帶與推覆-沖斷帶分屬于深淺2套輸導體系，兩者之間存在侏羅系底不整合風化黏土層、不整合面之上灰(泥)質(zhì)底礫巖和推覆體石炭系風化“硬殼”多重分隔，致使油氣交換能力較差；兩者油源及運移輸導樣式不同，超剝帶原油來源于瑪湖凹陷風城組烴源巖長距離橫向運移，推覆-沖斷帶油氣來源于哈山地區(qū)和瑪湖凹陷風城組烴源巖短距離垂向運移。

(2) 不同構造區(qū)帶的構造變形及輸導要素時空配置控制了油氣輸導樣式，橫向上具有分帶性，縱向上具有組合性：分為超剝帶“斷-毯”復合輸導、推覆疊置區(qū)“斷-縫”網(wǎng)狀輸導、沖斷疊加區(qū)“斷-砂”階梯輸導和斷褶變形區(qū)斷層優(yōu)勢輸導4種輸導模式。輸導體系類型及配置控制了不同構造單元的油氣運聚及富集。

[1] 于洪洲.準噶爾盆地西北緣哈拉阿拉特山前復雜構造帶建模技術[J].天然氣地球科學，2014，25(增刊1)：91-97.[2] 王圣柱，張奎華，肖雄飛，等.準北緣哈山地區(qū)斜坡帶網(wǎng)毯式油氣成藏規(guī)律研究[J].西安石油大學學報，2012，27(6)：18-24.

[3] 王圣柱，張奎華，金強.準噶爾盆地哈拉阿拉特山地區(qū)原油成因類型及風城組烴源巖的發(fā)現(xiàn)意義[J].天然氣地球科學，2014，25(4)：595-602.

[4] 何登發(fā)，李德生，童曉光.中國多旋回疊合盆地立體勘探論[J].石油學報，2010，31(5)：695-709.

[5] 方世虎，等.準噶爾盆地二疊紀盆地屬性的再認識及其構造意義[J]. 地學前緣，2006，13(3)：108-121.

[6] 宋國奇，陳濤，蔣有錄，等.濟陽坳陷第三系不整合結(jié)構礦物學與元素地球化學特征[J].中國石油大學學報：自然科學版，2008，32(5)：7-11.

[7] 吳孔友，鄒才能，査明，等.不整合結(jié)構對地層油氣藏形成的控制作用研究[J].大地構造與成礦學，2012，36(4)：518-524.

[8] 肖雄飛.準噶爾盆地北緣春暉油田侏羅系八道灣組濕地扇沉積及成藏效應[J].古地理學報，2013，15(1)：113-123.

[9] 王京紅，靳久強，朱如凱，等.新疆北部石炭系火山巖風化殼有效儲層特征及分布規(guī)律[J].石油學報，2011，32(5)：757-766.

[10] 田金強，鄒華耀，徐長貴，等.ETR在嚴重生物降解油油源對比中的應用——以遼東灣地區(qū)JX1-1油田為例[J]. 石油天然氣學報，2011，33(7)：19-23，36.

編輯 劉兆芝

20150803；改回日期：20150925

國家科技重大專項“碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探關鍵技術”(2011ZX05002-002)；中國石油化工股份有限公司科技重大攻關課題“哈山構造帶成藏主控因素研究”(P13020)

王圣柱(1979-)，男，高級工程師，2004年畢業(yè)于中國石油大學(華東)資源勘察工程專業(yè)，2015年畢業(yè)于該校地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)主要從事油氣成藏研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.007

TE121.1

A

1006-6535(2015)06-0030-05