甘肃敦煌盆地五墩凹陷致密油成藏地质条件

张学才 李家贵 刘全稳

山東 东营257000； 3广东省非常规能源工程技术研究中心，广东 茂名525000）

摘要：甘肃敦煌盆地五墩凹陷勘探程度极低，基底埋深大，中、下侏罗统较厚，是一个生油潜力较好、储层致密的自生自储式油藏类型，为中国一个油气勘探新区。全面分析了五墩凹陷侏罗系致密油储集层的成藏地质条件，并对其勘探潜力进行了评价。结果表明：五墩凹陷中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组湖相泥岩、砂砾岩碎屑储集层构成了对致密油形成非常有利的源储共生关系；中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组总有机碳平均为326%，有机质类型以Ⅱ型为主，处于成熟阶段，具有较好的生油潜力；碎屑岩储集层以原生孔隙为主，为超低孔—低孔、超低渗储集层；五墩凹陷发育构造、岩性、地层及构造岩性等圈闭类型；油气成藏受烃源岩与构造双重控制；中央洼陷带及其周边储集层发育的具有有利构造条件的圈闭是进一步进行致密油勘探的首选目标。

关键词：致密油；烃源岩；油气成藏；侏罗系；地质条件；勘探潜力；五墩凹陷；敦煌盆地

中图分类号：P618.130.2；TE122文献标志码：A

Geological Conditions of Tight Oil Reservoirs in Wudun Sag of Dunhuang Basin， Gansu， China

ZHANG Xuecai1， LI Jiagui2， LIU Quanwen3

（1. Oil and Gas Exploration Management Center， Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257000，

Shandong， China； 2. Geological Logging Company， Shengli Oilfield Company， SINOPEC，

Dongying 257000， Shandong， China； 3. Guangdong Research Center for Unconventional

Energy Engineering Technology， Maoming 525000， Guangdong， China）

Abstract： The exploration in Wudun sag of Dunhuang Basin， Gansu is poor. The basement is buried deeply； the thickness of Middle and Lower Jurassic is large； the potential for generating hydrocarbon is better； the reservoir is tight. The accumulation model of Wudun sag is selfgenerating and selfbearing， so that it is a new oilgas exploration area. The accumulation geological conditions of Jurassic tight oil reservoirs in Wudun sag were analyzed， and the exploration potential was evaluated. The results show that the lacustrine mudstone and glutenite clastic reservoir are very favorable for forming the tight oil reservoirs in Middle Jurassic Zhongjiankou FormationLower Jurassic Dashankou Formation in Wudun sag； the average of total organic carbon is 3.26%， and the organic matter is mainly type Ⅱ in mature stage with better potential for generating hydrocarbon； for the clastic reservoir， there is mainly primary pore with ultralow to low porosity and ultralow permeability； the traps include structural， lithologic， stratigraphic and structurallithologic in Wudun sag； hydrocarbon accumulation is both controlled by source rocks and structural settings； the further advantageous exploration targets are the traps with abundant reservoir growth and beneficial structural condition in the central subsag belts and reservoir nearby.

Key words： tight oil； source rock； hydrocarbon accumulation； Jurassic； geological condition； exploration potential； Wudun sag； Dunhuang Basin

0引言

甘肃敦煌盆地位于河西走廊西端，整体叠置于塔里木板块东部的敦煌地块上，盆地总面积约8×104 km2，呈NEE向[1]。敦煌盆地是在元古界基底之上发育的中新生代沉积盆地，是中新生代走滑环境下的产物。盆地内部以第四系、新近系和侏罗系为主，侏罗系直接覆盖于元古界基底之上。

敦煌盆地勘探程度极低，侏罗系是敦煌盆地主要的勘探层系。敦煌盆地发育7个中小型残留凹陷，其中五墩凹陷基底埋藏最深，中—下侏罗统发育最厚。五墩凹陷构造上可划分为北部斜坡带、中央洼陷带、南部断裂带3个构造单元。2013年在中央洼陷带北端钻探的XC1井在侏罗系试油获低产油流，揭示了五墩凹陷良好的勘探前景。试油段孔隙度为64%～8.2%，地面渗透率为0.429～2.698 mD，属于致密储集层[28]。五墩凹陷致密油特征与中国其他盆地致密油的相似程度及勘探开发前景值得探索和研究。五墩凹陷致密油的勘探目前处于起步阶段，本文全面分析了五墩凹陷侏罗系致密油储集层的成藏地质条件[9]，评价其勘探潜力，以期对盆地进一步勘探有所帮助。

1地层沉积特征

侏罗系是敦煌盆地主要的勘探层系，自下而上依次发育下侏罗统大山口组（J1d）、中侏罗统中间沟组（J2z）、中侏罗统新河组（J2x）和上侏罗统博罗组（J3b）。五墩凹陷（图1）是经历了强烈剥蚀改造的残留凹陷，侏罗系上部覆盖了第四系和新近系。

侏罗纪早期，在中特提斯洋迅速扩张的构造因素影响下，形成了中国西部SN向伸展的构造环境。敦煌盆地依附于阿尔金山和三危山形成了两个箕状断陷。早侏罗世为断陷初期，敦煌盆地以小型断陷盆地为主，充填了河流相粗碎屑岩；中侏罗世为断陷鼎盛期，盆地整体坳陷，断陷规模达到最大，局部伴随拉分作用，充填了河湖—沼泽相黑色碳质泥岩、砂岩、砂砾岩等；晚侏罗世为断陷萎缩期，盆地整体隆升，湖盆萎缩。

图1甘肃敦煌盆地五墩凹陷侏罗系中间沟组一段顶面构造

Fig.1Superface Structure for the First Member of

Jurassic Zhongjiangou Formation in Wudun Sag of Dunhuang Basin， Gansu

侏罗系经历了两个完整的沉积旋回，中、下侏罗统为第一沉积旋回，上侏罗统为第二沉积旋回，纵向上具有粗→细→粗的特征[10]。下侏罗统大山口组储层以粗碎屑岩为主，露头剖面表现为下粗上细的特征，为一套冲积扇—河流相磨拉石粗碎屑岩沉积构造；中侏罗统以细碎屑岩为主，泥岩含量增加，中间沟组为一套湖沼相类复理石细碎屑岩沉积建造，新河组为一套三角洲—湖泊相沉积；上侏罗统博罗组为下粗上细的特征，中、下部以紫红色冲积扇相砂砾岩、砾岩沉积为主，上部为一套粒度较细的河流—沼泽相沉积。

2致密油形成的地质条件

五墩凹陷为断陷湖盆沉积，中、下侏罗统泥质烃源岩丰度高，类型较好，致密油储层物性较好，分布面积广，分布于源内，源储一体，为致密油的形成创造了良好的地质条件。

2.1烃源岩条件

敦煌盆地侏罗系烃源岩发育于中、下侏罗统，其中中侏罗统中间沟组为一套湖相地层，暗色泥岩最为发育，烃源岩条件较好，下侏罗统大山口组和中侏罗统新河组次之，上侏罗统烃源岩不发育。根据野外露头，北大窑剖面以煤系泥质烃源岩为主，黑大坂剖面以湖相泥质烃源岩为主，中北部三危山南侧的南湖、芦草沟剖面仅出露下侏罗统大山口组地层，烃源岩发育程度差，仅在其顶部发育厚度较小的暗色泥岩。

露头样品分析表明，敦煌盆地整體以差—中等烃源岩为主，成熟度以低成熟—成熟为主。XC1井钻探揭示中、下侏罗统烃源岩主要为灰黑色、深灰色泥岩，砂质泥岩及灰黑色碳质泥岩，总有机碳为008%～3620%，平均为326%。氯仿沥青“A”含量（质量分数，下同）为001%～036%，平均为0125%，评价为中等—优质烃源岩（图2）。镜质体反射率（Ro）平均值为08%，热解峰温在442 ℃～457 ℃之间，烃源岩处于成熟阶段。中间沟组烃源岩类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主，少量Ⅱ2型、Ⅲ型；大山口组烃源岩类型为Ⅱ2、Ⅲ型。总体上，XC1井中、下侏罗统发育三段中等—好烃源岩，厚度为1015 m。2 264～2 289 m深度处生烃潜量为30329×10-3，总有机碳为519%；2 361～2 380 m深度处生烃潜量为219×10-3，总有机碳为555%，有机质含量极高，为优质烃源岩；2 510～2 614 m深度处生烃潜量为6729×10-3，总有机碳为277%，具有较高的有机质含量，为好烃源岩。

2.2储层条件

2.2.1储层分布

五墩凹陷致密油储层为碎屑岩储层。侏罗系储集层可能存在两大物源体系，除了三危山提供南部的物源体系外，XC1井成像测井表明，中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组沉积时期，古水流方向为由北向南，五墩凹陷还存在北部的物源体系。有利储层主要分布在中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组。

2.2.2岩石学特征

五墩凹陷储集层类型为砂岩、砂砾岩、砾岩，以泥质胶结为主，具有低成分成熟度和低结构成熟度特征。石英、胶结物含量低，变质岩岩屑、泥质杂基、砾石成分含量高。黏土矿物以高岭石和伊蒙混层为主，次为伊利石和绿泥石，主要经历了压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用等成岩作用，处于中成岩阶段A1期。

2.2.3储集空间类型

五墩凹陷储集空间类型有原生粒间孔、溶蚀孔、裂缝和微裂缝。原生粒间孔为主要储集空间类型，见少量溶蚀孔和粒内缝；溶蚀孔以长石溶孔为主，面孔率为5%～7%；微裂缝较为发育，主要分布在泥岩、砂砾岩中，对储集层物性有一定的改善作用。五墩凹陷在2 300～2 500 m深度处存在一个次生孔隙发育带，主要是有机酸溶蚀长石产生的。

2.2.4物性特征

五墩凹陷中、下侏罗统物性差，非均质性强，为超低孔—低孔、超低渗储集层。中侏罗统孔隙度一般为2%～10%，平均为6.14%，渗透率多小于4 mD；下侏罗统孔隙度一般为2%～5%，平均为387%，渗透率多小于0.5 mD；纵向上，中侏罗统物性比下侏罗统好。据贾承造等对致密油储集层的分类划分方案[11]，五墩凹陷储集层主要为Ⅰ、Ⅱ类储集层。与四川盆地侏罗系、鄂尔多斯盆地延长组、准噶尔盆地二叠系等致密油储集层物性对比，五墩凹陷储集层条件较好。

2.3保存条件

有利的盖层条件是油气藏保存的重要因素之一，对于改造型残留盆地尤为重要。敦煌盆地中生代发育两套区域性盖层，主要分布于上侏罗统博罗组和中侏罗统中间沟组，岩性以泥质岩为主，具有层数多、厚度较大、分布广的特点。博罗组地层分布稳定，厚度普遍在900 m以上，泥岩封盖性能较强，为重要的区域性盖层。中侏罗统湖相暗色泥质岩发育，地层厚度大且分布稳定，其不仅是烃源岩，也是良好的盖层。

敦煌盆地白垩纪—古近纪地层发生整体隆升剥蚀，断层断距小，构造改造较弱，内部油藏破坏程度小，有利于油藏的保存。

2.4配套条件

敦煌盆地构造发展史研究表明，五墩凹陷自早侏罗世形成以来，经历了侏罗纪与白垩纪早期的持续下沉，接受了一套煤系泥质岩及湖相泥质岩的沉积，之后又发生了一次整体抬升，持续到新近纪开始，之后又接受了新近纪与第四纪的沉积（图3）。CX1井埋藏史及热演化分析表明，中、下侏罗统烃源岩最早于中侏罗世就已进入生油门限，古近纪晚期因凹陷抬升而停止生油，目前又处于生油门限内。

构造演化与热演化分析表明：五墩凹陷致密油成藏具有就地早期配套成藏的特点；油气充注时间与空间形成两次原生配套的性质。

2.5成藏模式

敦煌盆地五墩凹陷中、下侏罗统致密油储层具有良好的生储盖组合，

油气充注组段主要为中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组，近源或源内充注成藏，油藏分布主要受生烃凹陷和构造的控制。

2.5.1自生自储油气藏发育

五墩凹陷油气来源于侏罗统内部烃源岩。XC1井油样生物指标化合物伽马蜡烷和重排甾烷含量较高，C27规则甾烷含量最高，呈“L”型分布，与2 2857 m深度处的暗色泥岩段特征相似（图4），推测侏罗系发育自生自储型油藏。根据XC1井实钻剖面、野外露头剖面以及地震资料，五墩凹陷有利烃源岩面积可能为670 km2，利用地球化学方法估算五墩凹陷资源量为（0.20～0.53）×108 t。

2.5.2生储盖组合、近源或源内充注成藏良好

五墩凹陷以中、下侏罗统暗色泥质岩为烃源岩，中侏罗统中间沟组及上侏罗统博罗组底部砂岩为储层，上侏罗统中、上部及中侏罗统的泥质岩为盖层，形成了自生自储自盖的生储盖组合。

侏罗系碎屑岩储集层为近源沉积，砂体非均质性强，横向连通性差，导致油气的平面运移以近距离为主。油气藏为近源或源内充注成藏，中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组是主要的油气充注组段。

2.5.3圈闭类型多、规模大

五墩凹陷侏罗系圈闭类型多，主要发育构造圈闭、岩性圈闭和地层圈闭以及构造岩性复合圈闭。构造圈闭主要发育在中央洼陷带及周边；岩性圈闭主要发育在中央洼陷带；地层圈闭主要发育在北部与西部的超覆带、尖灭带（图5）。

J2z1为中侏罗统中间沟组下段；J2z2+3为中侏罗统中间沟组中段和上段；①为构造圈闭；②为构造岩性圈闭；③为岩性圈閉；④为地层圈闭

2.5.4油气成藏受烃源岩和构造控制

敦煌盆地油气生成和成藏期主要是在侏罗纪中晚期，中新生代继承发展。五墩凹陷具“早期成藏，晚期不具备二次生烃条件”的特点。圈闭与侏罗系主力烃源岩油气供给配置关系好，圈闭控制油气分布。因此，五墩凹陷紧邻生油凹陷，位于生烃中心附近，保存较好的圈闭是油气运移聚集的主要场所。

3勘探潜力

敦煌盆地发育多个中、下侏罗统残留凹陷，五墩凹陷是最具勘探潜力的凹陷。五墩凹陷基底埋藏较深，约为3 000 m。XC1井钻探证实，中、下侏罗统残留厚度达到1 000 m，该井见低产油流，进一步证实五墩凹陷的致密油具有良好的勘探前景。

继致密油在美国巴肯（Bakken）地区获得突破后，北美已在19个盆地中发现致密油，中国致密油勘探潜力也很大，分布区域重点包括四川盆地侏罗系、鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩等[12]。中国致密油与北美致密油储层具有相似的形成条件和分布特征[13]。对比表明，五墩凹陷具有与国内外致密油储集层类似的石油地质条件（表1、2），但五墩凹陷烃源岩成熟度略低，烃源岩和储集岩的有利分布面积小。因此，五墩凹陷中、下侏罗统致密油有一定的勘探前景，但可能难以获得大规模可采资源量。

根据致密油形成条件，中侏罗统中间沟组—下侏罗统大山口组是主要勘探目的层段。五墩凹陷的资源量较小，油气运移距离短，位于生烃中心附近的油源条件有利。因此，五墩凹陷的勘探方向应该以寻找圈闭条件相对落实、位于三角洲前缘且储层较为发育的储集层为主。其中，中央洼陷带及其周边紧邻生烃中心，烃源岩条件有利，该带储层发育的有利构造圈闭为下步勘探的首选目标。

4结语

（1）甘肃敦煌盆地五墩凹陷中、下侏罗统物性差，非均质性强，为超低孔—低孔、超低渗储集层，中侏罗统物性比下侏罗统物性好，为致密油储集层。

（2）五墩凹陷烃源岩总有机碳平均为326%，有机质类型以Ⅱ型为主，处于成熟阶段，镜质体反射率平均为0.8%，具有较好的生油潜力。

（3）五墩凹陷侏罗系形成了自生自储自盖的生储盖组合，致密油油藏为近源或源内充注成藏，中侏罗统中间沟组和下侏罗统大山口组是主要的生油和产油层系。

（4）五墩凹陷下步勘探方向是中央洼陷带及其周边储集层发育的具有有利构造条件的圈闭。

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