趙愛文，王振奇，李偉強(qiáng)

(長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅車斷裂帶油氣來源與成藏模式

趙愛文，王振奇，李偉強(qiáng)

(長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

在遠(yuǎn)離源巖區(qū)的紅車斷裂帶內(nèi)二疊系及以上地層均有油氣顯示。依據(jù)原油生物標(biāo)志化合物色譜、色譜-質(zhì)譜特征及其包含的參數(shù)比值信息可將研究區(qū)原油分為2類：A類原油源于沙灣凹陷二疊系烴源巖；B類原油為沙灣凹陷二疊系、白堊系與四棵樹凹陷侏羅系三者混源。油氣主要有2個(gè)運(yùn)移方向：一是沙灣凹陷油氣沿紅車斷裂帶向西運(yùn)移；二是四棵樹凹陷油氣越過艾卡斷裂向北運(yùn)移。在此基礎(chǔ)上，從多元地質(zhì)條件及其配置關(guān)系出發(fā)，總結(jié)出3種成藏模式：近源側(cè)向砂體-不整合疏導(dǎo)早期成藏模式、遠(yuǎn)源混向“Z”字型疏導(dǎo)多期成藏模式、遠(yuǎn)源混向階梯狀疏導(dǎo)晚期成藏模式。

油源對(duì)比；成藏模式；紅車斷裂帶；準(zhǔn)噶爾盆地

成藏石油與其源巖之間的關(guān)系一直是石油地質(zhì)和地球化學(xué)的主要研究內(nèi)容之一。主要依靠地質(zhì)和地化證據(jù)進(jìn)行油源對(duì)比，確定油氣藏中原油的來源。同源油氣在有機(jī)化學(xué)組成上高度相似，而非同源油氣則表現(xiàn)出較大差異[1]。但是，油氣在生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、聚、散的每一個(gè)過程中都會(huì)發(fā)生復(fù)雜變化，尤其是在多套烴源巖多向供烴的情況下，存在多解性，油源對(duì)比比較困難[2]。此時(shí)，必須運(yùn)用多種地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析，才能準(zhǔn)確判斷油氣的來源[3-4]。厘清油氣來源之后，以生儲(chǔ)蓋等靜態(tài)要素為基礎(chǔ)，以油氣運(yùn)聚散等動(dòng)態(tài)過程為主線，總結(jié)歸納油氣成藏模式[5-6]。

準(zhǔn)噶爾盆地為一典型的疊合盆地，不同程度地發(fā)育了石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和古近系等多套烴源巖，具有多個(gè)生烴期和多期成藏的特征，不同時(shí)期生成的原油相互混合,導(dǎo)致晚期成藏的油源判識(shí)十分困難[7-11]。前人對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶地區(qū)油源和成藏模式進(jìn)行了大量的研究，取得了一些共識(shí)：紅車斷裂帶內(nèi)深層油氣來源于二疊系烴源巖，淺層新近系原油與侏羅系烴源巖存在關(guān)系。但也存在較大爭議，爭論的焦點(diǎn)主要集中在研究區(qū)原油究竟是二疊系和古近系油源的混源，還是二疊系和侏羅系油源的混源[12-15]。本次研究結(jié)果表明，古近系烴源巖目前對(duì)紅車斷裂帶并沒有貢獻(xiàn)，二疊系和侏羅系為區(qū)內(nèi)主力供烴源巖，除此之外，白堊系烴源巖對(duì)區(qū)內(nèi)油氣也有一定貢獻(xiàn)，且白堊系烴源巖目前仍處于生排烴高峰期。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

紅車斷裂帶(紅山嘴—車排子斷裂帶)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，近南北走向，西與車排子凸起接壤，東鄰沙灣凹陷，南以四棵樹凹陷為界，北與克百斷裂帶相接，是準(zhǔn)噶爾盆地中最富集的油氣聚集區(qū)之一 (圖1)。 從三疊紀(jì)開始至今， 紅車斷裂帶經(jīng)歷了3期性質(zhì)不同的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：三疊紀(jì)至白堊紀(jì)之前的收縮構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(受近北東—南西向強(qiáng)烈的持續(xù)擠壓作用，三疊紀(jì)發(fā)育斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈的同生逆斷裂，侏羅紀(jì)持續(xù)擠壓作用繼續(xù)進(jìn)行，但強(qiáng)度明顯減弱)、白堊紀(jì)收縮運(yùn)動(dòng)和伸展運(yùn)動(dòng)并存、古近紀(jì)開始至今的伸展構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，所以新生代發(fā)育了2期不同活動(dòng)強(qiáng)度的后生正斷裂。

研究區(qū)油氣主要來源于相鄰的四棵樹凹陷和沙灣凹陷，這兩大生油凹陷內(nèi)主要有二疊系、侏羅系以及白堊系3套烴源巖(表1)， 可為本區(qū)提供充足的油源。沙灣凹陷二疊系烴源巖生排烴時(shí)期較早，其中風(fēng)城組為二疊紀(jì)—晚三疊世，烏爾禾組為晚二疊世末—白堊紀(jì)末；白堊系烴源巖生排烴時(shí)間較晚，從古近系開始生排烴并持續(xù)至今。四棵樹凹陷侏羅系烴源巖從白堊紀(jì)進(jìn)入生烴門限，現(xiàn)今仍處于生油高峰期。

圖1 紅車斷裂帶位置

表1 烴源巖綜合評(píng)價(jià)

Tab.1 Comprehensive evaluation of hydrocarbon source rocks

系組豐度類型成熟度評(píng)價(jià)結(jié)果白堊系吐谷魯群中等偏差Ⅰ—Ⅱ1未熟—低熟生烴能力較低西山窯組非—較差Ⅱ2—Ⅲ成熟生烴能力較低侏羅系三工河組較好Ⅱ2成熟生烴能力中等八道灣組非—較差Ⅱ2—Ⅲ成熟生烴能力中等二疊系烏爾禾組較好Ⅲ成熟—高熟生烴能力較大風(fēng)城組好Ⅰ—Ⅱ1成熟—高熟生烴能力大

2 油氣分布及來源

紅車斷裂帶內(nèi)原油地球化學(xué)特征差異明顯，依據(jù)差異可將區(qū)內(nèi)原油分為2類。

A類原油主要分布在紅車斷裂帶下盤斜坡帶及斷裂帶內(nèi)，如車92、車64、車28井等，層位上主要見于J、K兩個(gè)層系。從物性特征來看，A類原油密度為947.5～964.7 kg/m3，黏度143.0～505.8 mPa·s，凝固點(diǎn)為-12.3～4.0 ℃，屬于高密度、高黏度、高凝固點(diǎn)的稠油。其成因主要為古油藏遭破壞后發(fā)生分餾作用導(dǎo)致輕組分散失而變稠，另外，正烷烴峰的缺失、C25-降藿烷的出現(xiàn)表明可能曾遭受生物降解。

該類原油C29甾烷20S/(20S+20R)、ββ/(αα+ββ)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值分布于0.42～0.48、0.48～0.54，平均0.45、0.51，為成熟度較高的原油(表2)。三環(huán)萜烷含量較高，TT/C30H質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值1.25～3.10，平均值為1.92，其中以C21豐度最高，C20和C22次之，C19豐度極低；C24四環(huán)萜烷含量低，TeC24/TTC26質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值0.47～0.77，平均值僅0.55(表3)，αααRC27、C28、C29甾烷分布呈“∕”型，指示其有機(jī)質(zhì)來源以高等植物輸入為主。

姥植比較低，β-胡蘿卜烷含量較高，伽馬蠟烷豐度較高(γ-蠟烷指數(shù)分布在0.14～0.23，平均值為0.16)；霍烷系列化合物以C30H為主峰，其次為C29H，而C29Ts、C30重排霍烷及C27、C28、C29重排甾烷系列化合物含量極低，為典型的微咸水偏還原的湖相沉積環(huán)境。

從指示沉積環(huán)境、母質(zhì)來源等各類標(biāo)志化合物特征來看，A類原油與沙灣凹陷二疊系風(fēng)城組暗色泥巖具有很好的親緣關(guān)系(圖2)。

B類原油主要分布在紅車斷裂帶與車排子凸起接壤處，主要見于N1s組。從物性特征上來看，B類原油密度783.6～913.6 kg/m3，黏度為1.93～57.45 mPa·s， 凝固點(diǎn)一般-6～18 ℃， 為輕質(zhì)油。此類原油正構(gòu)烷烴分布完整，以C17/C18為主峰碳的前峰型。

表2 A類原油樣品的飽和烴生物標(biāo)志化合物參數(shù)

表3 A類原油樣品的飽和烴甾烷和萜烷生物標(biāo)志化合物成熟度參數(shù)

圖2 A類原油與二疊系泥巖生物標(biāo)志化合物分布特征對(duì)比

該原油C29甾烷20S/(20S+20R)、ββ/(αα+ββ)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值分布為0.35～0.50、0.35～0.47，平均0.44、0.45，為成熟原油(表4)。三環(huán)萜烷含量低，TT/C30H質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值介于0.36～0.50，平均0.45(表5)，其中C19、C20、C21豐度依次降低，αααRC27、C28、C29甾烷分布呈“V”型，表明高等植物和水生生物對(duì)有機(jī)質(zhì)來源有相當(dāng)量的貢獻(xiàn)，為混合來源。

姥植比較低，不含β-胡蘿卜烷，伽馬蠟烷豐度較高(γ-蠟烷指數(shù)為0.16～0.22，平均0.20)，霍烷系列化合物以C30H為主峰，其次為C29H，而C29Ts、C30重排霍烷及C27、C28、C29重排甾烷系列化合物含量極低(圖3)，顯示其原油源于微咸水偏氧化的湖相沉積環(huán)境。

B類原油來源：C19TT、C20TT、C21TT豐度依次降低，呈侏羅系原油特征。Pr/Ph較低，伽馬蠟烷豐度高且與C31αβ(R型)相當(dāng)，C27、C28、C29αααR規(guī)則甾烷呈“V”型，有白堊與二疊系混合原油特征?？傻肂類原油為二疊系、白堊系和侏羅系三者混源油。

表4 B類原油樣品的飽和烴生物標(biāo)志化合物參數(shù)

表5 B類原油樣品的飽和烴甾烷和萜烷生物標(biāo)志化合物成熟度參數(shù)

圖3 B類原油與侏羅系、白堊系泥巖生物標(biāo)志化合物分布特征對(duì)比

3 油氣運(yùn)移條件

對(duì)研究區(qū)而言，不整合面、斷裂及砂體組成了三維網(wǎng)狀輸導(dǎo)體系。其中廣泛發(fā)育的多個(gè)不整合面是最主要的油氣側(cè)向運(yùn)移通道，紅車斷裂帶大規(guī)模發(fā)育的斷裂體系是油氣垂向運(yùn)移的主要通道，在油氣短距離運(yùn)移過程中砂體在其中起一定作用。根據(jù)運(yùn)移通道在空間上的組合以及相對(duì)于成熟烴源區(qū)的運(yùn)移距離和方向，可以把油氣的二次運(yùn)移劃分為3種類型：側(cè)向運(yùn)移、垂向運(yùn)移和階梯狀運(yùn)移。儲(chǔ)、蓋地層巖性的變化、斷層的切割和活動(dòng)必然造成運(yùn)移通道不斷變化并形成復(fù)雜的運(yùn)移路徑。因此，單純的側(cè)向運(yùn)移和垂向運(yùn)移均不多見，最常見的是階梯狀運(yùn)移，本區(qū)油氣運(yùn)移通道的組合方式即為階梯狀運(yùn)移。

自二疊系沉積以來，本區(qū)長期處于西高東低的構(gòu)造格局，成為沙灣凹陷生成的油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)。沙灣凹陷生成的油氣主要沿不整合面運(yùn)移至紅車斷裂。紅車斷裂帶中貫穿二疊系與侏羅系的逆斷裂，是油氣垂向運(yùn)移進(jìn)入三疊系、侏羅系以及白堊系底部圈閉的最主要通道，而新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來廣泛發(fā)育的正斷裂又是油氣運(yùn)聚至白堊系吐谷魯群以上地層有利圈閉中的主要通道(圖4)。

新近紀(jì)以來，一直受喜山期新構(gòu)造活動(dòng)的影響，盆地區(qū)域性向南掀斜，且相對(duì)白堊紀(jì)、古近紀(jì)掀斜程度有明顯加強(qiáng),車排子凸起發(fā)生改造調(diào)整,最終消亡,侏羅系—第四系構(gòu)成一簡單的南傾斜坡[16]。此時(shí)，四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生成油氣越過艾卡斷裂向北運(yùn)移，不整合和滲透性砂體是油氣側(cè)向運(yùn)移的主要通道，最終油氣在超覆尖滅帶內(nèi)圈閉中聚集成藏(圖5)。

圖4 沙灣凹陷至車排子地區(qū)油氣運(yùn)移模式

圖5 四棵樹凹陷至車排子地區(qū)油氣運(yùn)移模式

4 油氣成藏模式探討

油氣成藏模式的劃分方案有很多。本次研究在對(duì)油氣來源、運(yùn)移條件和地質(zhì)過程分析基礎(chǔ)上，根據(jù)油源、油氣運(yùn)移距離、輸導(dǎo)體系類型、運(yùn)移方向等特征，將研究區(qū)的成藏模式分為以下3種：近源側(cè)向砂體-不整合疏導(dǎo)成藏模式、遠(yuǎn)源混向“Z”字型疏導(dǎo)多期成藏模式、遠(yuǎn)源混向階梯狀疏導(dǎo)晚期成藏模式。

(1)近源側(cè)向砂體-不整合疏導(dǎo)早期成藏模式

在成藏過程中油氣只進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，運(yùn)移路線在剖面上呈“一”字型，故簡稱“一”字型疏導(dǎo)成藏模式。該模式主要發(fā)育在二疊系,由二疊系烴源巖排出的油氣沿砂體不整合面向斜坡帶上方運(yùn)移，直至斷裂帶，地層上傾方向被斷裂封堵，使油氣聚集成為斷層-地層型油氣藏。油藏多為一次成藏。該模式均發(fā)育在斷裂下盤，斷裂與凹陷之間的斜坡地帶(圖6)。

近源側(cè)向砂體—不整合疏導(dǎo)早期成藏模式成藏期多在油氣排烴早期，為原生油氣藏，隨著斷裂的多期活動(dòng)，這些油氣沿?cái)嗔芽v向運(yùn)移，在上部地層重新聚集成藏，該模式所形成的油氣藏保存條件差，發(fā)現(xiàn)較少。

(2)遠(yuǎn)源單向“Z”字型疏導(dǎo)多期成藏模式

遠(yuǎn)源混向“Z”字型疏導(dǎo)多期成藏模式簡稱“Z”字型疏導(dǎo)成藏模式，主要發(fā)育在斷裂帶三疊系及以上地層中。該模式中油氣沿砂體—斷層—不整合面在空間上組成的“Z”字形通道運(yùn)移，由紅車斷裂下盤的生油區(qū)進(jìn)入上盤的圈閉中，既有側(cè)向運(yùn)移，也有縱向運(yùn)移，是研究區(qū)最發(fā)育的一種模式?！癦”字型成藏模式是斷裂帶中的主要成藏類型，斷裂在油氣疏導(dǎo)中起控制作用，油氣沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移進(jìn)入上部地層后沿不整合面及物性較好的砂體進(jìn)行側(cè)向分配，進(jìn)入斷層遮擋或巖性尖滅體聚集成藏，油藏多為斷塊或斷塊-巖性型油氣藏。該成藏模式受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響明顯，多發(fā)育于斷裂帶，斜坡帶發(fā)育較少，具有多期成藏的特點(diǎn)(圖6)。

(3)遠(yuǎn)源混向階梯狀疏導(dǎo)晚期成藏模式

遠(yuǎn)源混向階梯狀疏導(dǎo)晚期成藏模式簡稱“多”字型疏導(dǎo)成藏模式，主要發(fā)育于斷裂帶至超覆尖滅帶，油源來自二疊系烴源巖排烴或先期油氣藏的破壞，以及后期侏羅系和白堊系原油的充注，具有次生油氣藏的特點(diǎn)。砂體、斷裂以及不整合是模式中油氣運(yùn)移的主要通道，油氣沿?cái)嗔选徽?砂體)—斷裂逐級(jí)向上運(yùn)移，呈階梯狀，在空間上組成“多”字型。該種成藏模式油氣運(yùn)移路徑遠(yuǎn)，斷裂和不整合在其成藏過程中起重要作用，油氣沿?cái)嗔堰M(jìn)入不整合后發(fā)生長距離側(cè)向運(yùn)移，多數(shù)油氣聚集在不整合相關(guān)的圈閉中，油藏類型主要有：斷塊型、斷層-巖性型、斷層-巖性-不整合面型。許多遠(yuǎn)距離油氣藏由于埋藏淺、構(gòu)造部位高、保存條件差、輕組分散失而形成稠油油藏(圖6)。

圖6 紅車斷裂帶油氣成藏模式

5 結(jié) 語

紅車斷裂帶存在2類原油。A類原油來源于沙灣凹陷二疊系烴源巖，主要分布在斷裂帶下盤；其成藏模式有2種：近源側(cè)向砂體-不整合疏導(dǎo)早期成藏模式(“一”字型成藏模式)和遠(yuǎn)源單向“Z”字型疏導(dǎo)多期成藏模式(“Z”字型成藏模式)。B類原油為混源油，早期二疊系充注，晚期侏羅系和白堊系充注，其中白堊系原油占優(yōu)勢，其次為二疊系原油，侏羅系原油含量較低。其成藏模式為遠(yuǎn)源混向階梯狀疏導(dǎo)晚期成藏模式(“多”字型成藏模式)。目前，侏羅系與白堊系原油均處于生排烴高峰期，尤其是白堊系烴源巖，紅車斷裂帶位于其油氣運(yùn)移的優(yōu)勢方向上。

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責(zé)任編輯：王 輝

2015-04-29

國家科技重大專項(xiàng)“西非重點(diǎn)區(qū)深水碎屑巖高精度層序地層研究與儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)”(編號(hào)：2011ZX05030-003-001)；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“黃驊坳陷孔南地區(qū)棗III界面的構(gòu)造屬性及其地質(zhì)意義”(編號(hào)：41402111)

趙愛文(1991-)，女，碩士研究生，主要從事石油地質(zhì)方面的研究。E-mail：18062796417@163.com

王振奇(1963-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣成藏動(dòng)力學(xué)和油氣儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)研究。 E-mail:wzq@yangtzeu.edu.cn

1673-064X(2015)05-0016-07

TE122.1

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