謝 青，楊興科，江 寬，楊龍偉，張正民

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054；2.中國石油西部管道蘭州輸氣分公司，蘭州 730070)

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六盤山盆地石炭系—二疊系成藏組合特征分析與評價

謝 青1，楊興科1，江 寬2，楊龍偉1，張正民1

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054；2.中國石油西部管道蘭州輸氣分公司，蘭州 730070)

六盤山盆地區(qū)域構(gòu)造位置特殊，是一個多組多期構(gòu)造帶和地塊交匯疊合部位。據(jù)野外調(diào)研，油氣顯示出露多，表明盆地具有一定的生油氣潛力。為了探明六盤山盆地石炭系—二疊系的地質(zhì)背景、烴源巖、儲層及成藏組合等，采用野外調(diào)研、實驗分析、擬編、標(biāo)準(zhǔn)界定等方法，對石炭系—二疊系石油地質(zhì)條件及成藏組合進行了分析和評價。結(jié)果表明，六盤山盆地大地構(gòu)造背景復(fù)雜，石炭系發(fā)育良好，屬于濱海、潟湖、沼澤、海陸交互相等；厚層灰-黑色頁巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖可以作為有利的生油氣層。二疊系分布局限，屬于河流、湖沼相沉積，發(fā)育了中-細(xì)粒巖屑砂巖及長石巖屑砂巖，以剩余粒間孔、溶蝕粒間孔為主，物性相對較好，總體屬于中低孔、低滲型儲集層。石炭系形成了兩套成藏組合——自生自儲和下生上儲成藏組合；二疊系在下生上儲中發(fā)揮良好儲層的作用。

烴源巖；儲層；成藏組合；石炭系—二疊系；六盤山盆地

0 引言

六盤山盆地的系統(tǒng)基礎(chǔ)地質(zhì)工作主要是寧夏地質(zhì)調(diào)查院先后實施的1∶5萬、1∶20萬和1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及其礦產(chǎn)資源普查。在20世紀(jì)50年代，六盤山盆地由于其眾多的油氣顯示而引起重視。自1955年以來，先后有地礦系統(tǒng)、中國石化集團公司、中國石油集團公司、長慶油田、勝利油田、土哈油田、江漢油田等多家單位采用野外地質(zhì)調(diào)查、重力、磁法、電法、地震、鉆井、化探等多種方法對六盤山盆地進行過普查工作。地質(zhì)學(xué)家和石油勘探專家分別對六盤山盆地的演化、油氣資源形成條件及勘探前景進行了研究。黃汲青(1955)主要研究了鄂爾多斯西沿(六盤山盆地東麓附近)大地構(gòu)造輪廓與找油方向；楊福忠等(1995)認(rèn)為六盤山盆地主要發(fā)育地層為石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系和第三系；張彥杰等(2002)認(rèn)為六盤山地區(qū)下白堊統(tǒng)構(gòu)成一系列完整的內(nèi)陸盆地充填三級層序；屈紅軍等(2003)將下白堊統(tǒng)六盤山群劃分為一個沉積層序，分別由低位體系域、湖侵體系域和高位體系域構(gòu)成；巴秀娥等(2006)認(rèn)為六盤山盆地形成了新生界下生上儲式和白堊系自生自儲式等多套良好的生儲蓋組合，具有可觀的勘探前景。

在過去的半個世紀(jì)里，對六盤山盆地白堊系的研究較多，而對前白堊系的研究較少。我們在同心小紅溝發(fā)現(xiàn)了石炭系中的灰?guī)r晶洞原油，并顯示具有一定的油氣資源遠(yuǎn)景。為了解石炭系—二疊系的油氣成藏條件，本文對六盤山盆地石炭系—二疊系的地質(zhì)背景、生油巖、儲層、成藏組合進行研究與評價。

1 六盤山盆地地質(zhì)概況

1.1 盆地形成的構(gòu)造背景

六盤山盆地的形成受多期構(gòu)造控制，變形改造時代新，成盆動力學(xué)條件復(fù)雜(翟光明等，2002)。盆地的大地構(gòu)造位置為華北地塊西南緣和祁連—秦嶺構(gòu)造帶的結(jié)合部位(圖1)[1-3]。六盤山盆地演化主要經(jīng)歷了元古宙“秦祁賀”三叉裂谷發(fā)育階段[4]、寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)被動陸緣盆地發(fā)展階段、志留紀(jì)—泥盆紀(jì)前陸盆地發(fā)育階段、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)類克拉通發(fā)育階段、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)斷陷盆地階段及新生代再生前陸盆地階段等6個階段[5-6]。

圖1 六盤山地理位置及構(gòu)造劃分圖Fig.1 Map showing geographic location and tectonic unit division of Liupanshan basin

六盤山盆地大地構(gòu)造位置獨特，中新生代既受祁連和秦嶺兩大構(gòu)造帶陸內(nèi)構(gòu)造活動的制約，同時也受華北地臺克拉通盆地解體過程中深部地質(zhì)作用的控制，新生代還受到青藏高原特提斯構(gòu)造系活動的影響[7]。中國重要的SN向構(gòu)造帶(賀蘭山—六盤山—龍門山—橫斷山構(gòu)造帶)對六盤山盆地的后期改造和構(gòu)造系統(tǒng)樣式等具有十分重要的影響。六盤山盆地以清水河斷裂為界，可劃分為2個構(gòu)造單元——中央坳陷和東部斜坡[1]。中央坳陷主要包括興仁保凹陷、梨花坪凸起、賀家口子凹陷、海原凹陷、沙溝斷階等次級構(gòu)造單元，是盆地的主體部分，總體呈NNW向的倒三角形(圖1)[6-7]。盆地內(nèi)不同深度的逆沖推覆-走滑斷裂疊加交織，油氣顯示出露點多，生油坳陷分布廣泛，油氣資源豐富。

1.2 地層及沉積相

六盤山盆地的基底為元古宇及下古生界。盆地內(nèi)部的露頭和鉆井資料表明，六盤山盆地的蓋層發(fā)育有石炭系、二疊系、三疊-侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系[5，8]。

石炭系發(fā)育良好，化石豐富，主要分布在香山地區(qū)的校育川、油景山和煙筒山南麓的土坡等地。巖石地層從下而上為前黑山組、臭牛溝組、靖遠(yuǎn)組、羊虎溝組(表1)。其中，前黑山組巖性為紫紅色、灰白色砂礫巖、石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，屬于濱海-澙湖-沼澤相；臭牛溝組巖性為灰白色砂礫巖、粉砂巖及灰?guī)r，中間夾劣質(zhì)煤線，屬于湖沼-濱淺湖相；靖遠(yuǎn)組巖性為黑灰色頁巖夾泥巖，局部夾灰?guī)r透鏡體，屬于澙湖-濱海相；羊虎溝組巖性為灰-灰白色石英砂巖及灰黑色砂巖、頁巖及泥巖互層，屬于海陸交互相。

二疊系分布局限，出露于老圈溝、香山南麓、新斷頭等地，自下而上分為太原組、大黃溝組、窯溝組(表1)。其中，太原組巖性為灰白色砂巖與灰色頁巖、碳質(zhì)頁巖及薄煤，屬于海陸交互相；大黃溝組巖性為淺黃色砂質(zhì)頁巖、長石石英砂巖、凝灰質(zhì)角礫巖，屬于湖沼-河流相；窯溝組巖性為紫紅色長石石英砂巖、含礫粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及頁巖，屬于河流相。

2 烴源巖評價

從六盤山盆地沉積蓋層演化來看，在晚古生代石炭紀(jì)—二疊紀(jì)類克拉通盆地發(fā)展階段，祁連構(gòu)造帶及走廊邊緣坳陷帶發(fā)生了整體沉降，形成濱海相-淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積，泥巖和灰?guī)r為主要的烴源巖巖石類型[7，9]；晚石炭世末期為海陸交互相沉積，海水自北向南退卻，含碳泥巖、細(xì)碎屑巖夾碳酸鹽巖建造形成，普遍含煤層[7]。

表1 六盤山盆地石炭系—二疊系地層系統(tǒng)Table 1 Carboniferous-Permian strata in Liupanshan basin

從石炭系巖性組合來看，厚度巨大的深灰-黑色頁巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤層、泥晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r等都可以作為生油氣的潛力層[7]。盤淺14中有熒光顯示，巖性主要為灰綠色細(xì)-中粒砂巖。在校育川剖面中，石炭系的暗色泥巖厚度達(dá)到了200 m，厚度占比為41.2%；灰?guī)r的厚度為103 m，厚度占比為21.2%；碳質(zhì)泥巖和煤層厚度較小，且埋深一般都>5 km。六盤山北緣香山一帶出露的黑色、深灰色泥頁巖、碳質(zhì)頁巖的累積厚度近200 m，單層最大厚度近40 m。海原坳陷肖家灣殘存的暗色泥巖總厚度>300 m，分布面積約2 500 km2(圖2)。這些數(shù)據(jù)都印證了“石炭系不乏烴源巖”的推論。盆地內(nèi)部的同心小紅溝剖面在灰?guī)r晶洞中發(fā)現(xiàn)過油苗，可以肯定石炭紀(jì)曾有油氣生成。

2.1 有機質(zhì)豐度

根據(jù)盆地北部校育川剖面11塊暗色泥巖樣品分析結(jié)果，石炭系的有機碳含量較高，為0.41%～5.73%，平均2.10%，氯仿瀝青“A”含量為0.003 4%～0.112 2%，平均0.030 1%，生烴潛量為0.04×10-6～16.46×10-6，平均為1.84×10-6。根據(jù)湖相泥巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.2%的樣品屬中等生油巖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.7%的樣品屬好的生油巖；但氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，僅有16.7%的樣品屬好的生油巖。盆地北緣香山一帶單層最大厚度可達(dá)40 m，石炭系生烴潛量為0.04×10-6～16.46×10-6，平均1.84×10-6；有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為0.41%～5.73%，平均2.10%；鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.80%～1.58%，平均1.30%，為過成熟階段，主要生氣[7,10]。

據(jù)石炭系12塊碳酸鹽巖樣品分析，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.22%～0.64%，平均0.35%，氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍較低，為0.001 3%～0.004 6%。根據(jù)碳酸鹽巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)，有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均屬中等-好的生油巖，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)則均屬差-非生油巖[11-12]。因此，從烴源巖地化指標(biāo)來看，石炭系湖相暗色泥巖要比碳酸鹽巖的生油條件好。

2.2 有機質(zhì)類型及成熟度

經(jīng)鑒定，石炭系灰?guī)rⅡ型干酪根占66.6%，暗色泥巖以Ⅲ型干酪根為主，Ⅲ型干酪根占60%。由于石炭系埋藏較深，有機質(zhì)熱演化時間長，使盆緣露頭剖面的烴源巖達(dá)到成熟-高成熟的演化階段，且在灰?guī)r的晶洞中發(fā)現(xiàn)多處油苗，有力地證明石炭系具有很大生油潛力的推論[7]。校育川剖面暗色泥巖的鏡質(zhì)體反射率為1.50%～2.22%，灰?guī)r的演化程度略低于泥巖，鏡質(zhì)體反射率為0.80%～1.58%，盆內(nèi)石炭系埋深很大，烴源巖演化程度將更高，推測已處于過成熟階段。

3 儲層特征

可以肯定，石炭系是六盤山盆地中最下部的生油氣層位。在合適的條件下，油氣也能夠在石炭系內(nèi)部聚集成藏?？梢宰鳛閮臻g的主要條件有：層位中砂礫巖和中細(xì)粒砂巖的發(fā)育程度、灰?guī)r和砂巖中的孔隙度、灰?guī)r中的裂縫和溶蝕孔洞的發(fā)育程度[7]。六盤山盆地的主要儲層還包括二疊系的巖屑砂巖及長石巖屑砂巖[11]。

圖2 六盤山盆地二疊系儲層砂巖類型Fig.2 Types of sandstone of Permian reservoir in Liupanshan basinⅠ.石英砂巖；Ⅱ.長石石英砂巖；Ⅲ.巖屑石英砂巖；Ⅳ.長石砂巖；Ⅴ.巖屑長石砂巖；Ⅵ.長石巖屑砂巖；Ⅶ.巖屑砂巖

3.1 巖石學(xué)特征

圖3 六盤山盆地黃家洼二疊系碎屑巖成分圖Fig.3 Diagram of clastic rock composition of Permian system in Huangjiawa region, Liupanshan basin

圖4 二疊系巖石的孔隙結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.4 Photo of pore structure in rock of Permiansystema.偶見微裂縫(實驗號LPF-12，鑄體薄片)；b.剩余粒間孔發(fā)育，剩余粒間孔被綠泥石不完全充填(實驗號LPF-13，鑄體薄片)；c.片絲狀伊利石集合體充填于碎屑顆粒之間，見粒間次生溶蝕微孔隙(實驗號LPF-12，掃描電鏡)；d.長石顆粒次生加大呈階梯狀，葉片狀綠泥石附著于碎屑顆粒表面(實驗號LPF-13，掃描電鏡)

二疊系主要發(fā)育砂質(zhì)沉積巖，以灰色中-細(xì)粒巖屑砂巖及長石巖屑砂巖為主(圖2)。粒級成分主要為細(xì)砂和極細(xì)粒砂，中砂和粗砂次之，泥質(zhì)含量極少，巖性較為致密[13]。礦物成分以石英、長石和巖屑為主，其次是方解石、黏土礦物等，石英φ=36.7%～45.9%，長石φ=6.8%～17.2%，巖屑φ=46%～47.3%。長石主要為鉀長石和斜長石，巖屑主要為一些火成巖巖屑、變質(zhì)巖和沉積巖巖屑(圖3)。鉀長石碎屑呈不均勻分布。賦存于碎屑間的黑云母可見綠泥石化現(xiàn)象，副礦物偶見黝簾石、榍石微粒。填隙物主要為碳酸鹽礦物(鐵方解石、鐵白云石)、水云母及絹云母、凝灰質(zhì)、綠泥石等。巖石中的膠結(jié)物除碳酸鹽(方解石)外，尚有凝灰質(zhì)充填于碎屑物間，由于蝕變作用凝灰質(zhì)已變?yōu)榻佋颇?。膠結(jié)類型為孔隙和基底式膠結(jié)。分選性中等或差。風(fēng)化蝕變程度深，磨圓度為次圓-次棱角狀。支撐類型為顆粒支撐和雜基支撐。顆粒接觸方式為線狀-凹凸?fàn)睢?/p>

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)

經(jīng)顯微鏡觀測，二疊系巖石樣品中的孔隙類型主要為次生孔隙，以剩余粒間孔、溶蝕粒間孔為主，次為粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔，偶見微裂縫(圖4a)。其中，剩余粒間孔被綠泥石不完全充填(圖4b)，孔隙大小為0.05～0.45 mm，殘余粒間孔約占3%，溶蝕孔約占3.5%，粒內(nèi)溶孔約為1%，晶間溶孔約為0.3%。從成藏方面考慮，可以作為石炭系油氣向上運移的有利儲層。巖性致密，孔隙吼道細(xì)，中值壓力、排驅(qū)壓力大，并發(fā)現(xiàn)滲透率、孔隙度與中值壓力、排驅(qū)壓力呈負(fù)相關(guān)。片絲狀伊利石集合體充填于碎屑顆粒之間，見粒間次生溶蝕微孔隙(圖4c)。長石顆粒次生加大呈階梯狀，葉片狀綠泥石附著于碎屑顆粒表面(圖4d)，長石顆粒被溶蝕破碎形成次生溶蝕孔隙。

表2 六盤山盆地石炭系—二疊系儲層參數(shù)Table 2 Reservoir parameters of Carboniferous-Permian in Liupanshan basin

3.3 物性特征

石炭系主要的儲集空間為內(nèi)部發(fā)育的砂礫巖、中細(xì)粒砂巖以及灰?guī)r，砂巖孔隙及灰?guī)r裂縫和溶蝕孔洞[7]。石炭系樣品孔隙度為2.88%～15.79%，滲透率為0.02×10-3～19.07× 10-3μm2，其中滲透率最大達(dá)17×10-3μm2以上，說明石炭系具備良好的儲集條件(表2)。二疊系主要發(fā)育剩余粒間孔、溶蝕粒間孔、粒內(nèi)溶孔等，可以作為有效的儲集空間。二疊系孔隙度主要為2.83%～16.00%，滲透率為0.05×10-3～18.02×10-3μm2，物性相對較好，總體屬于中低孔、低滲型儲集層。

4 成藏組合評價

石炭系主要屬于濱海、潟湖、沼澤相、海相、濱淺湖相及海陸交互相沉積建造，既發(fā)育了有利的生油氣層(厚度巨大的深灰色、黑色頁巖、泥巖等)，又發(fā)育了良好的儲層(砂礫巖、中細(xì)粒砂巖以及灰?guī)r)。二疊系分布局限，屬于河流相、湖沼沉積，發(fā)育了中-細(xì)粒巖屑砂巖及長石巖屑砂巖，在盆地內(nèi)僅可以作為良好的儲層。石炭系上部的泥質(zhì)巖既可以作為生油氣巖層，也可以作為蓋層，能夠有效地阻擋石炭系油氣向上運移，進而聚集成藏[7]。因此，認(rèn)為石炭系作為六盤山盆地最深層的生油氣巖系，在合適的條件下，油氣也可以在石炭系內(nèi)部聚集成藏。

逆沖斷層在多期次擠壓應(yīng)力場作用下依次向前推移，致使復(fù)雜的疊置構(gòu)造格局形成，很多伴生圈閉和斷裂在逆沖席前鋒發(fā)育[10, 14]。主要的圈閉還有巖性圈閉、剝蝕造成的不整合圈閉及與逆沖推覆相伴生的背斜圈閉、斷層圈閉及鼻狀圈閉等，使局部圈閉呈現(xiàn)出成排成帶的分布特點[1-2]。同時，二疊紀(jì)末由于海西晚期抬升剝蝕，可以形成地層平行不整合圈閉，有利于油氣聚集[7]。

總之，石炭系形成了兩套成藏組合，即自生自儲和下生上儲成藏組合；二疊系在下生上儲成藏組合中發(fā)揮著良好儲層的作用(圖5)[15-17]。

圖5 研究區(qū)生儲蓋組合圖Fig.5 Map showing plays in the study area

5 結(jié)論

(1)六盤山盆地位置獨特，構(gòu)造背景復(fù)雜，受多期構(gòu)造控制。盆地以清水河斷裂為界分為兩個次級構(gòu)造帶(中央坳陷和東部斜坡)。石炭系和二疊系油氣顯示出露多，油氣資源豐富。

(2)六盤山盆地石炭系發(fā)育良好，屬于濱海、潟湖、沼澤相、濱海相等；厚層灰-黑色頁巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖可以作為有利的生油氣層。二疊系分布局限，屬于河流相、湖沼沉積，發(fā)育了中-細(xì)粒巖屑砂巖及長石巖屑砂巖，以剩余粒間孔、溶蝕粒間為主，物性相對較好，總體屬于中低孔、低滲型儲集層。

(3)石炭系形成了兩套(自生自儲和下生上儲)成藏組合；二疊系為良好的儲層。

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Analysis and evaluation of the Carboniferous-Permian play characteristics of Liupanshan basin

XIE Qing1, YANG Xingke1, JIANG Kuan2, YANG Longwei1, ZHANG Zhengmin1

(1.SchoolofEarthScienceandResource,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China；2.PetroChinaWestPipelineGasCompany,Lanzhou730070,China)

Liupanshan basin is located at a special tectonic position where multi-group and multi-stage structural belts cut the geological block. During field investigation many oil and gas show exposures are discovered suggesting a certain potential of oil and gas here. The geological background，source rocks and the play are investigated in the field and experimental analysis are carried out to comprehensively analyze and evaluate the geological conditions and play. The results show: tectonic background of Liupanshan basin is complex; the carboniferous strata well developed belonging to the coast, lagoon and swamp, littoral and marine-continent alternating sedimentary facies; thick grey and black shale, mudstone, carbonaceous mudstone the powerful source layers; Permian system distribution limited belonging to fluvial, limnetic facies of medium-fine grained lithic sandstone and feldspathic lithic sandstone with the dominant residual intergranular pore and dissolution intergranular pore; the Permian strata is a medium-low porosity and low permeability reservoir with better physical properties; Carboniferous system has two sets of play of which one combines gas-oil generating a storing together at the same place and the other is varied in its gas-oil generating at lower part and storing at upper part.

source rocks; reservoir; play; Carboniferous-Permian; Liupanshan basin

2016-03-30； 改回日期： 2016-07-04； 責(zé)任編輯： 余和勇

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作資金項目(編號：12120113039900)和中央高校基金“優(yōu)秀博士論文”項目(編號：310827165013)資助。

謝青(1987—)，女，博士研究生，主要從事油藏描述、資源評價預(yù)測及成礦研究。通信地址：西安市雁塔路126號，長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院；郵政編碼：710054；E-mail：xieqingsunny@163.com

10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 03. 011

P536；P618.130.21

A