准噶尔盆地西北缘乌-夏断裂带油气成藏组合特征

辛 也,王伟锋,吴孔友

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

准噶尔盆地西北缘乌-夏断裂带油气成藏组合特征

辛 也,王伟锋,吴孔友

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

依据油气成藏组合理论,结合前人油源对比资料并通过储层、区域盖层及油气藏特征分析,对准噶尔盆地西北缘乌-夏断裂带油气成藏组合特征及油气富集区带进行研究。结果表明:乌-夏断裂带可划分为源内自生自储油气成藏组合和源上下生上储油气成藏组合;存在源内早期成藏垂相运聚、近源早期成藏侧向运聚和远源晚期成藏混向运聚3类油气成藏模式;构造圈闭发育和油源断裂是成藏组合油气成藏的关键因素,在剩余压力作用下油气沿断裂向上运移并沿不整合面和骨架砂体横向运移,为油气成藏提供充足油源。

油气成藏组合;油源断裂;构造圈闭;乌-夏断裂带;准噶尔盆地

油气成藏组合是综合勘探方案得以建立的有实际意义的单元,受地理与地层限制,多限于一组岩性、沉积环境及构造发育史上密切相关的地层[1]。准噶尔盆地西北缘断裂带石油地质条件非常优越,油气富集程度高,资源潜力大,其中大于千万吨的整装块百重7油藏就位于乌-夏断裂带。乌-夏断裂带临近玛湖生油凹陷,在准噶尔盆地的形成、演化过程中受到多期区域构造运动影响,沉积环境多次发生变迁,储集体类型复杂多样,储盖组合性质变化大,各类圈闭广泛分布,区带成藏条件好,是准噶尔盆地西北缘前陆盆地中重要的复式油气聚集带之一[2-3]。由于其构造复杂,含油气层系及储集层、圈闭类型较多,勘探难度较大,因此笔者综合乌-夏断裂带油气成藏的各项条件,以成藏组合为评价体系,讨论其油气成藏组合特征。

1 地质概况

乌-夏断裂带是一个在晚石炭世—三叠纪发育起来的近东西向展布隐伏的大型叠瓦逆掩断裂带,在侏罗纪—白垩纪逐渐被掩埋成为向盆地内倾伏的前缘单斜构造带。其构造演化经历了多个阶段,根据各时期古构造特征结合盆地发育将构造演化分为4个阶段,即二叠纪前陆盆地南东向前展逆冲断展褶皱阶段、三叠纪陆内坳陷近南北向后展逆冲断展褶皱阶段、侏罗纪白垩纪陆内坳陷填充阶段和新生代抬升剥蚀阶段[4]。其构造格局主要由4条北东走向的断裂和其所控制的断展背斜组成,依据断裂形态、剖面构造样式及构造变形特征,将乌-夏断裂带进一步划分为山前冲断超覆带、乌-夏断褶带和南部单斜带3个次级构造单元[5]。

乌-夏断裂带发育的地层自下而上主要为二叠系佳木河组(P1j)、风城组(P1f)、夏子街组(P2x)、乌尔禾组(P2w),三叠系百口泉组(T1b)、克拉玛依组(T2k),侏罗系八道湾组(J1b)、齐古组(J3q)及白垩系地层(K1tg)。二叠系地层具有北厚南薄的前陆盆地展布特征;早三叠世地层相对平缓,构造趋于稳定,隆起区后退;晚三叠世构造活动强,复活与新生断裂抬升幅度大,整体抬升遭受剥蚀,缺失白碱滩组地层;侏罗系地层南厚北薄,各层序依次向北上超。二叠系不同时期分别发育冲积扇、冲积平原、扇三角洲和湖泊沉积,三叠系和侏罗系发育冲积扇、三角洲和扇三角洲沉积砂体[6-7]。研究区断裂发育,按走向分为NE、近EW向两组,多为逆断层,大部分规模较大。

2 油气成藏组合特征

2.1 油气成藏组合划分

成藏组合含油气性的基本控制因素包括生油条件、储集条件、运移条件、圈闭、输导与成烃期的时间匹配、盖层和保存条件等,将每一个因素看成独立变量,各独立变量的乘积便是成藏组合的边缘概率(P)。边缘概率表示成藏组合含油气可能性,P值越大,勘探风险越小,成功率越高[1]。

2.1.1 烃源岩特征

通过对处于乌-夏断裂带内的风南1井、风7井、夏40井和夏72井等15口井的二叠系风城组和佳木河组暗色泥岩样品有机地球化学分析测试(表1),发现该断裂带下伏的二叠系风城组是一套成熟的、好的烃源岩,而佳木河组为一套低成熟～较成熟的烃源岩;结合前人油源对比研究结果[8-9],认为与乌-夏断裂带紧邻的玛湖凹陷风城组和佳木河组也是乌-夏断裂带的主力源岩。

乌-夏断裂带二叠系风城组烃源岩以深灰色泥岩为主,暗色泥岩厚度为200～400 m;有机质丰度高,有机碳含量(TOC)为0.5%～2%,平均值为1.11%,氯仿沥青“A”测值平均为1.42%,最高值高达3.27%,生烃潜量(S1+S2)则为7.14 mg/g;有机质类型主要以腐泥型和腐殖型-腐泥型有机质为主,含有少量腐泥-腐殖型有机质,为好烃源岩;镜质体反射率(Ro)平均值为0.86%,最高热解峰温度(tmax)主要为430～450℃,该套烃源岩总体已达到成熟,处于正常生油阶段。钻遇二叠系佳木河组地层并取样分析的井较少,本文中仅对风南1井在佳木河组顶部的泥岩进行了有机地球分析测试,有机碳含量平均值为0.75%,最高值为1.12%,生烃潜量为3.18 mg/g;氯仿沥青“A”测值平均为0.20%,最高热解峰温度为440～450℃,属于较好的烃源岩,处于低成熟阶段,往凹陷方向烃源岩成熟度增高。

表1 二叠系风城组烃源岩地化参数Table 1 Geochemical parameters of hydrocarbon source rocks in Fengcheng group of Permian reservoirs

2.1.2 油源对比

对乌-夏断裂带的原油物性、碳同位素、三环萜烷样品的地球化学参数分析结果(表2)表明,二叠系和三叠系、侏罗系的原油地球化学特征、成熟度具有明显差异,反映了其油气来源、运聚方式的差异。

二叠系原油具有中高密度(平均值为0.88 g/cm3)、中低蜡(平均值为4.13%)、相对低凝固点(平均值为-2℃)的特征,原油饱和烃含量偏低,平均值为41.9%,非烃含量相对较高,为26.4%。二叠系原油碳同位素(δ13C)值低,单体碳同位素分布特征独特,δ13C值变化不大,其烃源岩应为残留海相风城组;原油C20、C21、C23三环萜烷的分布呈上升型,C24三环萜烷略高于C26三环萜烷;正构烷烃气相色质谱图以单峰平滑正构烷烃分布曲线为特征,具有明显奇碳优势。所有这些特征反映二叠系原油主要来源于二叠系风城组烃源岩。

三叠系和侏罗系原油与与其紧邻的玛湖凹陷北斜坡玛北油田相同:具有低密度(平均值为0.85 g/cm3)、中高含蜡(平均值为9.6%)和较高凝点(平均值为5.2℃),原油饱和烃含量高,平均值为69.24%;原油δ13C值较高(-28.8‰～-29.3‰),三环萜烷含量高,C20、C21、C23三环萜烷的分布型式比较复杂;正构烷烃气相色质谱图以富含低碳数正构烷烃为特征,奇碳优势不明显,多以双峰的正构烷烃分布曲线为特征,主碳峰值多在nC18～nC21,高碳数正构烷烃含量低,具有混源性;其烃源岩形成于弱氧化的环境,与玛湖凹陷西侧玛湖油田下三叠统百口泉组B2、B3砂层组原油类似。所有这些特征反映乌-夏断裂带三叠系原油来源于玛湖凹陷乌尔禾组、风城组及下覆风城组烃源岩,具有混源性。

表2 原油物性参数Table 2 Physical parameters of crude oil

2.1.3 储层特征

研究区储集层主要有:上二叠统冲积扇相夏子街组、乌尔禾组砂砾岩和含砾不等粒砂岩,中下三叠统百口泉组冲积扇相砂砾岩、克拉玛依组下亚组和克拉玛依上亚组的扇三角洲相河道砂岩,侏罗系的八道湾组辫状河亚相河道砂岩、含砾不等粒砂岩、齐古组岩屑砂岩。在二叠系风城组还发育有火山岩和白云岩储层。砂体的储集物性特征差别较大,分布位置和层位受沉积相控制,储集物性特征垂向向上变好[10]。

2.1.4 区域盖层分布特征

封闭条件的好坏直接关系油气富集条件,也是划分成藏组合的直接依据[11]。通过钻井、录井资料分析,乌-夏断裂带区域盖层有2套,分别为白垩系吐谷鲁组和二叠系乌尔禾组顶部泥岩,为水进体系的浅湖、半深湖相泥岩沉积,全区广泛连续分布,沉积厚度大,一般为50～200 m,均为有效的区域盖层,对油气起主要封盖作用。二叠系风城组顶部发育的前扇三角洲和侏罗系三工河组发育的浅湖相泥岩可作为局部盖层。

2.1.5 成藏组合划分结果

根据乌-夏断裂带储盖组合及油源对比、沉积构造演化及油气藏期次演化等特征,将准噶尔盆地西北缘乌-夏断裂带油气成藏组合划分为两种类型,即源内自生自储油气成藏组合和源上下生上储油气成藏组合(图1)。烃源岩以区域性二叠系风城组和乌尔禾组泥岩为主,源内自生自储成藏组合的储集层为二叠系风城组火山岩和上二叠统冲积扇相砂砾岩,区域盖层为二叠系顶部乌尔禾组发育的湖相泥岩,源上下生上储成藏组合的储集层为三叠系扇三角洲前缘和侏罗系分流河道砂体。成藏组合在横向上可分为山前冲断带、乌-夏断褶带和南部单斜带,垂向上成藏组合可以分为两个生储盖组合(二叠系生储盖组合、三叠系-侏罗系生储盖组合),由于沉积环境、构造控制作用对这两类成藏组合的影响不同,它们具有各自的组合特征。

图1 油气成藏组合划分Fig.1 O il-gas play division

2.2 油气成藏组合特征

2.2.1 源内自生自储油气成藏组合

源内自生自储油气成藏组合是指二叠系储、盖组合,以二叠系风城组、夏子街组地层为主体,特点为自生、自储、自盖,属源内成藏,烃源岩和盖层条件良好,主要烃源岩为乌-夏断裂带下二叠统风城组(P1f)、佳木河组(P1j),储集层为风城组火山碎屑岩类、白云岩类、夏子街组砂砾岩类等,砂体被烃源岩所包围,具有优先捕获油气的条件。有利圈闭主要围绕乌尔禾单断展背斜分布,在夏子街地区为火山岩相储层岩性油藏,圈闭成因为二叠纪自NW向SE的强烈挤压产生的逆冲断层和断展褶皱以及早二叠世强烈挤压碰撞后的火山岩相岩性圈闭。其中,下二叠统风城组火山岩多裂隙发育,表现为中高孔低渗;上二叠统夏子街组扇三角洲相砂体单层厚度大,平面规模也较大,储层连续性好,砂岩物性平面变化较大,表现为低孔低渗,由西向东物性变差。盖层是风城组与乌尔禾组顶部泥岩。随着埋深增加,烃源岩逐渐演化成熟,并向与之接触的砂岩中排烃,油气沿砂体或不整合顺层运移,在断层或背斜的限制下成藏。由于砂体和烃源岩处于同一层系且位于上倾方向,是油气运移的必经之路,如果圈闭有利,具有优先捕获油气的条件,因此就具有早期成藏的特点,可能也遭受后期构造运动的改造,形成多期充注的“自生自储”式及“旁生侧储”式油气藏,属于近源早期成藏垂向运聚模式或近源早期成藏横向运聚模式(图2)。储层物性相对较差(表3),油气保存条件较好。按照储层特征、圈闭类型、区域盖层分布进而可分为8类次级油气成藏组合(图3,组合1～8)。第三次油气资源评价结果预测该成藏组合资源量丰富,源内自生自储成藏组合勘探程度最低,钻遇二叠系地层仅130余口,其中19口井获工业油流,具有良好的勘探前景。

图2 乌-夏断裂带油气成藏组合特征Fig.2 Oil-gas play character in Wu-xia fault belt

图3 乌-夏断裂带油气成藏模式Fig.3 Oil-gas reservoir forming model in Wu-xia fault belt

2.2.2 源上下生上储油气成藏组合

源上下生上储油气成藏组合是指三叠系及侏罗系储、盖组合(图1),主要以三叠系克拉玛依组和侏罗系八道湾组及齐古组为主体,特点为下生、上储,属源上成藏。油气来源于下覆风城组及玛湖洼陷烃源岩,盖层条件良好;储集层主要为扇三角洲前缘和辫状河道砂体,沉积厚度大,砂体平面规模中等;物性在乌尔禾背斜区表现为中高孔中渗,由西向东逐渐变差,夏子街地区表现为中孔低渗。三叠系顶部泥岩及不整合风化泥岩作为区域性盖层,有利圈闭主要为沿乌-夏断裂带发育的断块、断背斜、断层-岩性圈闭,主要是三叠纪陆内坳陷时,由北向南的挤压作用形成的一系列近东西向逆冲断层以及北东向断层继承性活动使背斜构造幅度进一步增大[12-13]。中、下二叠统烃源岩生成的油气沿砂体-断层-不整合在空间上组成的“Z”字型通道运移,由断裂下盘的生油区进入上盘的圈闭中,既有侧向运移,也有纵向运移,是研究区发育最普遍的一种模式。断裂在油气输导中起关键控制作用,油气进入上部地层后沿不整合面可以进行较长距离的运移,受构造运动影响明显,具有多期成藏的特点。通常形成旁生侧储式和下生上储式油气藏,属于远源晚期成藏混向运聚模式(图2)。其油气供给相对充足,储层物性好(表3),盖层条件相对发育,保存条件较好。油气规模较小,主要沿断裂带呈条带状分布。按照储层特征、圈闭类型进而可分为6类次级油气成藏组合(图3,组合9～14)。源上下生上储成藏组合的勘探程度较高,油气藏构造保存条件也较好。

表3 乌-夏断裂带成藏组合储层物性参数Table 3 Physical parameters of the accumulation portfolio in W uxia fault zone

3 油气成藏组合富集区带分析

3.1 油源断裂判识

油源断裂是乌-夏断裂带成藏组合成藏的关键因素,因而判识油源断裂是评价成藏组合发育有利区带的前提。采用3种方法判别油源断裂:①断裂描述法,利用地震构造解释及时间切片描述断裂切割层位及组合形态;②断裂演化史分析法,明确断裂活动期次与断裂活动强度;③断裂封闭性,通过计算泥岩涂抹因子确定断裂封闭性,最终结合勘探成果进行综合判定[14]。

由乌-夏断裂带油源断裂判别结果(图4)可见,本区油源断裂主要有北东向和东西向两组,对油气分布有很好的控制作用,油气富集的构造背斜带受一条或几条断裂控制,形成时间相近。

图4 油源断裂与油气成藏组合分布Fig.4 Oil-source faults and oil-gas plays distribution

3.2 构造带展布控制油气成藏组合分布

乌-夏断裂带断裂发育,形成多个断裂带圈闭,油气藏沿断裂带呈条带状分布。因此,成藏组合控制油气分布的关键因素是断裂带圈闭的发育,对断裂带展布规律的认识是成藏组合评价的重要内容。构造研究表明,乌-夏断裂带发育两组构造,即一期发育的北东向断裂带(乌南断裂、夏红南断裂)和二、三、四期发育的东西向断裂带(乌尔禾断裂、夏10井断裂、夏59井断裂)[15-16]。北东向断裂带主要是挤压作用形成的逆断层,围绕北东向断裂带发育规模较小的断层多成锐角相交;东西向断裂表现为右滑挤压特征,发育规模较小的断层多呈北东东向与主断层锐角相交(图4),形成多个断块圈闭油气成藏组合或断层-岩性圈闭油气成藏组合。除构造发育外,4排逆冲断层(乌尔禾断裂、乌南断裂、夏10井断裂、夏红南断裂)形成的4排断展背斜,易形成断背斜圈闭油气成藏组合,构成了控制圈闭发育的局部构造。

4 结 论

(1)依据研究区油源对比差异、储盖组合关系、2套区域盖层展布特征、输导体系差异、油气藏类型等特征,可以将准噶尔盆地西北缘乌-夏断裂带划分为源内自生自储和源上下生上储两类油气成藏组合,进而依据储集层类型、圈闭类型划分为14类次级油气成藏组合。

(2)乌-夏断裂带共发育二叠系源内早期成藏垂相运聚模式、近源早期成藏侧向运聚模式、三叠系和侏罗系远源晚期成藏混向运聚模式3类油气成藏模式。构造圈闭发育和油源断裂是成藏组合发育和油气富集的关键因素。

(3)源内自生自储成藏组合资源量丰富,勘探程度最低,具有良好的勘探前景,可作为下步勘探主要目标。

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(编辑 徐会永)

Oil-gas plays characteristics analysis of Wu-xia fault belt,the northwestern margin in Junggar Ba in

X IN Ye,WANG Wei-feng,WU Kong-you

(College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum,Qingdao266555,China)

According to oil-gasplay theory,the oil-gasplay characteristics and oil accumulation zone were studied by the oil source comparing,reservoir characters,capping formations and oil-gas reservoir characters analysis of Wu-xia fault belt,the northwestern margin in Junggar Basin.The results show that the oil-gas play can be divided into two types of oil play(above source oil play and inner-source oil play)in Wu-xia fault belt.Three types of hydrocarbon accumulation mode are early inner source-rock accumulation reservoir in which oil migrated by vertical fault,early nearly source-rock accumulation reservoir in which oil migrated by horizontal sand-body and unconformity,later far source-rock accumulation reservoir in which oil migrated by unconformity and fault.The key factors of the oil-gas accumulation are the development of structural trap and oil source fault.Under the remaining pressure,oil migrates upward along oil-source fault and migrates laterally along unconformity surface and sand-body which provides adequate oil for hydrocarbon accumulation.

oil-gas play;oil source fault;structural trap;Wu-xia fault belt;JunggarBasin

TE 122.1

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.02.006

2010-10-06

国家“973”重大基础研究发展计划项目(2006CB202302);中国石油科技创新基金项目(2008D-5006-01-06)

辛也(1981-),男(蒙古族),内蒙古乌兰浩特人,博士研究生,主要从事地质资源与地质工程专业教学与研究工作。

1673-5005(2011)02-0032-07