网毯式油气成藏体系——以塔里木盆地塔中地区石炭系油气成藏为例

黄娅

(中国石油集团测井有限公司油气评价中心,陕西 西安 710077)

孙盼科，徐怀民

(中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249)

江同文，昌伦杰，王超

(中石油塔里木油田分公司,新疆 库尔勒 841000)

网毯式油气成藏体系
——以塔里木盆地塔中地区石炭系油气成藏为例

黄娅

(中国石油集团测井有限公司油气评价中心,陕西 西安 710077)

孙盼科，徐怀民

(中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249)

江同文，昌伦杰，王超

(中石油塔里木油田分公司,新疆 库尔勒 841000)

通过对塔里木盆地塔中地区石炭系油源、储盖组合、圈闭、保存条件以及输导体系等油气成藏地质特征的研究表明，石炭系油气具有他源网毯式成藏的特征。为此，引入东部断陷盆地网毯油气成藏体系用于西部叠合盆地油气成藏特征的解剖。石炭系网毯式油气成藏体系发育有典型的3层结构：油源通道网层为油气成藏提供纵向输导网络；不整合复合体作为油气横向输导体，同时也为油气成藏提供有利的储集空间；油气聚集网层为他源油藏的形成提供垂向输导网络和聚集空间。总体而言，塔中地区石炭系油气具有毯式发散、网状汇聚的特征，石炭系油气成藏及其分布在平面上受不整合复合体分布范围的控制，主要位于断裂、火山岩和有效砂体的匹配区；纵向上受不整合面与有利储集相带的控制，主要分布在不整合面附近地层遮挡、超覆区或分布于受泥岩围限并且具有有效输导体沟通的潮坪砂中。

塔中地区；石炭系；网毯；断裂；不整合复合体；岩性地层圈闭

塔里木盆地塔中地区石炭系碎屑岩储层油气资源丰富，然而对于其成藏特征、分布规律却少有研究，缺少系统的认识，从而制约了地质评价工作的开展，增加了寻找他源、分散型隐蔽油气藏的难度。东部油田隐蔽油气藏的勘探起步早、研究成熟，张善文等[1～3]在济阳坳陷30多年油气勘探实践中，基于含油气系统的理论，在新近系油气成藏机理研究的基础上提出了“网毯式油气成藏体系”，即下伏层系的他源油气通过网毯式运聚形成的次生油气藏组合。“网”是指体系下部的油源通道网层(主体为切至油源层中的油源断裂网和不整合面)和上部的油气聚集网层(被次级断裂网连通的树枝状砂岩透镜体)；“毯”是指稳定分布的巨厚层辫状河块状砂砾岩(称之为“仓储层”，呈毯状)，以及通过油源断裂等输送上来的呈“毯状”蓄积的他源油气。仓储层中各期蓄积的油气可发散运移，也可沿次级断裂网汇聚式运移进入上部的油气聚集网层，在有圈闭条件的部位形成油气藏。网毯式油气成藏理论的提出，拓展了中浅层他源隐蔽型油气藏勘探的新思路。其强调仓储层的核心作用，根据各结构层在油气网毯式成藏过程中所起的作用，对油气的成藏规律进行研究。由此表明，在不发育油源断裂的地区以及在仓储层的内部可以形成各种类型的油气藏[4～7]。笔者通过对塔中地区石炭系油气成藏地质特征的解剖，明确了石炭系油气成藏体系及其分布规律，探索了网毯式成藏理论在西部复杂叠合盆地油气成藏研究中的应用价值。

1 区域地质概况

1.1 构造特征

图1 塔中地区构造单元、油气分布图

塔里木盆地塔中古隆起为继承性古隆起，位于塔里木盆地中央隆起带中段。东邻塔东低凸起，南靠塘古孜巴斯坳陷，西接阿瓦提坳陷，北以斜坡与满加尔坳陷为邻，总面积约30000km2。塔中古隆起可划分为5个次级构造带，从北向南依次为塔中Ⅰ号断裂构造带，塔中10号构造带，中央断垒带，塔中1-8潜山构造带和南缘构造带(图1)。平面上构造带向西发散，向东收敛，整体呈一个帚状的特征。塔中古隆起形成于加里东末期，在海西期定型，燕山-喜山期遭受微弱改造，表现出早期构造运动强烈，多伴生断裂、褶皱构造；晚期构造活动稳定，以升降运动为主的构造演化特征。

1.2 层序、沉积特征

塔中地区石炭系内部多个不整合限定了三级层序单元的分布(图2)，层序地层格架控制下的沉积相带限定了砂体的展布。塔中地区目前已发现的油藏基本位于滨岸、三角洲、潮坪等优势相带中。东河砂岩为一套区域分布的海侵巨厚砂岩体，包括均质砂岩段和上、下交互段，早期为三角洲沉积，填洼补平，随着海平面的上升过渡为滨岸沉积。含砾砂岩段为低位体系域辫状河三角洲沉积，岩性以含砾砂岩为主，由北西向南东方向超覆沉积在上、下交互段或均质砂岩段之上。大面积分布的东河砂岩、含砾砂岩不仅是研究区石炭系主要的油气产层，同时对油气横向大范围、远距离的运移和调整起到了关键作用。

图2 塔中地区石炭系地层及沉积特征

1.3 油气分布特征

塔中地区石炭系现今已发现的油气藏整体沿构造呈串珠状分布，自北西向南东方向主要发育有塔中10、塔中4、塔中16和塔中6共4个油藏区(见图1)。垂向上，石炭系的油气主要分布在东河砂岩段、含砾砂岩段、上泥岩段、砂泥岩段和含灰岩段内部的有利储层中(见图2)。

2 油气成藏地质特征

塔中地区石炭系油藏是他源油气通过断裂、火山岩体、不整合面、连通砂体等各种输导体进行运移，在有利圈闭中形成的次生油气藏组合。“生、储、盖、圈、运、保”作为油气成藏6要素控制了塔中地区石炭系的油气成藏。

2.1 油源

通过伽马蜡烷/C30-霍烷、重排甾烷/规则甾烷等生物标志化合物的对比(图3)发现，石炭系的油气具有典型的他源特征。其油气除了来源于中上奥陶统外，部分还来源于寒武系-下奥陶统[8，9]。塔中地区石炭系油藏包裹体的温度在90～110℃左右，表明其主要在海西期、印支-燕山期成藏[10]。考虑到烃源岩的生排烃期、有利的构造格局、良好的输导体系及圈闭、后期的调整改造等认为，晚二叠世-早三叠世初(海西期)对石炭系油气成藏意义重大，为主要的成藏期，而受喜山运动影响，白垩纪-至今为石炭系油气藏的调整改造期。

图3 生物标志物参数对比

2.2 储盖组合、圈闭、保存条件

石炭系内部发育多套储盖组合(见图2)，东河砂岩段、含砾砂岩段和上覆的下泥岩段、中泥岩段、标准灰岩段构成了石炭系内部最主要的储盖组合。东河砂岩段、含砾砂岩段内部的有效储层加之上覆地层的有效封盖为石炭系内部的油气聚集提供了良好的圈闭条件。虽然圈闭在后期都经受了不同程度的改造作用，但并未破坏储盖配置关系，使油气仍能在其中富集。此外，在塔中4油藏区石炭系上部发育一套上泥岩段、砂泥岩段和含灰岩段的储盖组合。石炭纪的3套地层为潮坪和三角洲沉积，自身本就形成了良好的储盖配置，加之上部顶灰岩段的封隔作用，使油气能在其中更好地富集。根据烃源岩与储盖组合之间的关系可以看出，石炭系为不连续的生储盖组合，两者之间主要通过不整合或断层相互连通。

2.3 输导体系

2.3.1 不整合复合体

由于西部叠合盆地的特殊性，发育多个不整合面，并且不整合面之上不同体系域内发育有分布广、厚度大、物性优、连通性好的砂砾岩体，因此笔者将不整合复合体的定义由传统定性描述(不整合面上、下地层)扩展到以层序地层边界、初始湖泛面、最大湖泛面所限定的体系域的级别，从而能更好地反映不整合结构及其空间上的分布[11～14]。由于融入了体系域的概念，不整合复合体与海侵体系域的细粒沉积就可组成良好的储盖组合(见图2)。不整合复合体位于石炭系成藏体系结构的中间层，油气在其内部进行毯式输导、优选成藏。

图4 东河砂岩不整合复合体录井油气显示

石炭系与上下地层之间及其内部发育多期不整合，不整合面与其上、下广泛分布的滨岸相东河砂岩、三角洲相含砾砂岩以及CⅠ油组三角洲等连通砂体构成了石炭系内部多个不整合复合体(见图2)。东河砂岩-含砾砂岩不整合复合体(CⅢ油组)不仅是石炭系主要的油气产层，同时还是石炭系油气成藏最为重要的输导体类型，对油气横向大范围运移、调整起到了关键作用。研究区石炭系的录井显示结果表明，该不整合复合体除形成塔中10、塔中16、塔中4等油藏区外，还具有差油层、油水层以及富含油、油浸、油斑、油迹、荧光等不同含油级别的油气显示(图4)。研究区具油气显示的井由北西至南东方向均有分布，基本与塔中低凸起构造脊的走向一致。在构造脊翘倾的末端(塔中4、塔中16、塔中6油藏区)，无论是油气藏的数量、储量，还是油气显示井的数量、含油级别，都优于其他区域，反映了油气的差异聚集，也体现了由北西至南东的运移方向。此外，石炭系不整合复合体的原油物性、生物标志化合物和包裹体等研究也表明，塔中地区CⅢ油组的油气进行了长距离的运移，整体呈北西向南东方向运移的特征[15～17]。

砂泥岩段不整合复合体仅发育于塔中4 油藏区CⅠ油组，油气显示井的数量较少，以油水层为主，较东河砂岩-含砾砂岩不整合复合体在油藏数量、油气显示等方面都较差，这与砂泥岩段不整合的结构有关。三角洲相砂体在规模、连通性、储层物性等方面都不及滨岸相砂体，从而造成了油气藏分布及显示的差异，但并不影响其在油气输导、成藏过程中的作用。

不整合复合体的发育具有控储、控圈、控运、控聚等特点[18～20]，多期不整合对石炭系油气成藏具有重要意义，已发现油藏的形成与分布均与不整合复合体有关。不整合面及其上下体系域所发育的连通砂体为油气横向运移和侧向充注成藏提供了条件。油气在不整合复合体中发散运移，当遇到断层、不整合遮挡或者岩性圈闭时即可形成油气藏；也可继续沿立体分布的三维输导网络运移，在有圈闭条件的部位形成油气藏。

2.3.2 断裂

断裂是油气纵向运移的重要通道，控制了油气的活动和运移方向[21]；也是形成断块、断层-岩性油藏必不可少的要素。以不同的不整合复合体为研究对象，根据断裂和不整合复合体之间的配置关系，将断裂分为5大类(表1)。

Ⅰ1类断裂为沟通油源层的断裂，主要沿基底断层新生活动。处于构造活跃期或当欠压实烃源岩内的流体压力增加到一定程度时，垂向有效应力降低，使断裂开启，油气便在很短的时间内向断裂快速运移汇集，被断裂直接输导到上覆不整合复合体中，再沿不整合复合体-断裂-砂体的输导网络进行输导成藏，也可直接进入与该断裂沟通的砂体中聚集成藏。Ⅰ2类断裂一方面可将油气从烃源岩运至不整合复合体之中，另一方面可作为侧向遮挡，在不整合复合体内部形成断层-岩性油藏。Ⅰ3类断裂主要起油气输导的作用。

表1 塔中地区石炭系断层分类表

对于上泥岩段的油气聚集以及CⅠ油组中“一砂一藏”的油气聚集特征都离不开Ⅱ1类断裂的存在。Ⅱ1类断裂主要为发育在不整合复合体之上，与油气聚集相关，沟通不整合复合体的三、四级小断层，一般具有发育期短、活动弱的特点。Ⅱ1类断裂不直接切割生油岩层，通过不整合复合体的Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3类断裂间接地与生油岩连通。构造活跃期，Ⅱ1类断裂活动开启，起到油气运移的作用。不整合复合体中的油气以汇聚的方式沿断裂快速向上注入与其连通的不同层段砂体中。间歇期，断层停止活动而重新关闭，起到封隔油气的作用。Ⅱ2类断裂在油气聚集的过程中主要起侧向遮挡的作用。

断层对油气的输导作用，不仅与断层的级别和类型有关，还与断层的幕式活动相关。塔中地区石炭系的断裂具有多期演化的特征。石炭系沉积前，断层主要形成于加里东和早海西运动时期。CⅢ和CⅡ油组沉积时期无明显构造活动，断裂不发育。CⅠ沉积早期，停止活动的油源断层在挤压应力场的作用下重新开始活动。沉积后期构造变得相对平坦，并进入相对稳定的沉积阶段，构造活动较为微弱。石炭纪末-二叠纪早期受挤压作用的影响，生长断层继续活动，构造高部位受拉张应力作用形成以Y型断裂和地垒样式为主的张性聚集网断裂，该时期为石炭系成藏的关键时期，断裂的活动为石炭系油气的运移提供了通道。燕山期，受构造活动的影响，在老断层的基础上，新的断层继承性发育。老断层由于泥岩断层面处的正应力大于泥岩的抗压强度，断层封闭。喜山期，断层幕式开启或封闭，为石炭系油藏的调整提供了条件(图5)。

图5 塔中地区石炭系断裂演化示意图

2.3.3 火山岩

早二叠世末期，塔中地区的火山活动对下伏石炭系油气藏的形成和演化至关重要。岩浆沿着深大断裂侵入到上覆地层中，产生了许多新的小断裂和裂缝；同时岩浆岩体自身的冷却收缩也可以形成许多小的裂缝。与火山通道伴生的深大断裂及后期形成的断裂、裂缝沟通了下部寒武系-奥陶系的烃源岩与石炭系的储层，是油气运移的良好通道。TZ40、TZ47、TZ10等井中的油气显示说明了这一点。

火山活动可形成不同类型的油气藏。TZ47井油藏为二叠纪时期，下部寒武系-奥陶系的油气通过火山通道及其周围伴生的油源大断裂向上运移至石炭系有利圈闭中。二叠纪以后，受一系列构造运动的影响，地层发生翘倾运动，南部下降，北部抬升，早期形成的圈闭被改造，与之相关的圈闭类型也由背斜型圈闭转化为火成岩侧向封堵型圈闭(图6)。

图6 塔中地区石炭系火山岩成藏模式示意图

2.3.4 石炭系下部不整合

塔中地区古生代发育多期不整合，不整合对于石炭系油气成藏具有直接输导、间接调整两方面作用。一方面，中奥陶统底部不整合、上奥陶统底部不整合可直接与石炭系东河砂岩相接，形成有效烃源岩与储层的直接沟通，油气横向运移距离短，有效地提高了油气的输导效率，如TZ1井区东河砂岩下伏中上奥陶统；另一方面，志留系底部不整合、上泥盆统底部不整合、石炭系底部不整合对于油气调整分布，特别是石炭系下伏地层早期油气藏遭破坏后的二次运移具有重要意义，如塔中4油藏区重质油古油藏。

3 油气成藏体系结构

塔中地区石炭系的油气主要来源于深部地层，通过油气成藏地质特征的分析，结合典型油藏的解剖(图7)可以发现，垂向上，油气通过塔中地区不同类型断裂、火山通道和不整合面所组成的疏导网络，经过长距离运移进入石炭系；横向上，油气通过石炭系内部广泛发育的不整合面及大面积分布的东河砂岩、含砾砂岩以及CⅠ油组的三角洲砂体，经过长距离的横向调整在其内部，或者经次级断裂网的再调整在潮坪砂中形成不同类型的油藏。

图7 塔中地区石炭系典型油藏解剖

经典网毯结构层自下而上发育完整的3层结构，包括油源通道网层、仓储层(对应区内的不整合复合体)、油气聚集网层。由于西部叠合盆地其自身的特殊性，通过油气成藏体系解剖发现，塔中地区石炭系具有多类型疏导体系，多个网毯结构复合的特征。CⅢ油组成藏体系结构以石炭系底面不整合为界将东河砂岩段、含砾砂岩划归为不整合复合体，将不整合复合体之下油气输导网络划归为油源通道网层，将下泥岩段到上泥岩段中断裂-砂体组成的油气聚集网络划归为油气聚集网层；CⅠ油组成藏体系结构以三角洲砂体为不整合复合体(见图2、图7)，而原先CⅢ油组成藏体系结构中的油气聚集网层构成了CⅠ油组成藏体系结构中油源通道网层的一部分，各结构层的要素组成、结构功能、油气藏类型等均不相同。

4 油气分布规律

塔中10油藏区油气成藏主要受断裂、火山岩体及不整合复合体共同控制，油气围绕断裂和火山岩体分布区，在不整合复合体内部与断裂-火山岩有效组合的优势砂体中聚集(见图1、图8(a))；在上交互段、不整合面附近存在泥岩顶板封隔的情况下发育不整合遮挡油气藏(图8(b))。此外，在塔中10油藏区东部靠近东河砂岩地层尖灭线附近亦可发育地层超覆型油气藏。塔中4油藏区断裂体系发育，且部分直接沟通油源，油气主要分布在与断裂沟通的不整合复合体及聚集网层的有效砂体中(图8(c))。在塔中4油藏区上、下交互段削蚀尖灭线、超覆线附近发育有地层不整合遮挡、地层超覆油藏。塔中16和塔中6油藏区断裂发育较少，但其石炭系东河砂岩段和含砾砂岩段不整合复合体与下伏奥陶系-泥盆系地层在部分区域直接连通，是地层和岩性圈闭发育的有利地区，岩性-地层油气藏主要围绕着东河砂岩及含砾砂岩超覆线分布于有利砂体发育部位 (图8(d))。

图8 塔中地区石炭系不整合复合体内的油藏类型

通过塔中地区石炭系网毯式成藏体系的解剖发现：平面上，不整合复合体的分布范围控制了网毯式油气成藏的范围，在断裂带、火山岩与有效砂体匹配区可以形成断层-岩性、火山岩侧向遮挡等多种类型的油气藏；纵向上，油气主要分布在不整合面附近地层超覆区及受有利储集相带控制的圈闭中，或分布于受泥岩围限且具有有效输导体的潮坪砂中。塔中地区石炭系以地层超覆、不整合遮挡、断层-岩性油藏为主。总体而言，油气藏的分布受断裂、不整合复合体、连通砂体构成的网毯式油气成藏体系控制，集中分布在东河砂岩、含砾砂岩、薄砂层和CⅠ油组的潮坪砂体内部，具有毯式发散、网状汇聚的特征。

5 结论

1)塔中地区石炭系油气藏具有典型的他源他源特征，在石炭系内部主要发育有2套储盖组合。不整合复合体的发育为石炭系油气的区域横向输导提供了运移通道；不同类型断裂的形成和演化，火山岩、不整合的分布为不同时期石炭系的油气聚集提供了垂向输导网络和侧向封闭条件。

2)东部断陷盆地网毯式油气成藏理论同样适用于塔中地区石炭系。每个油气成藏体系都具备完整的3层结构，自下而上包括油源通道网层、不整合复合体、油气聚集网层。

3)塔中地区石炭系油气具有毯式发散、网状汇聚的特征。其分布在平面上受不整合复合体分布范围的控制，主要分布在断裂带、火山岩和有效砂体的匹配区。

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[编辑] 邓磊

2016-02-10

国家油气重大专项(2011ZX05001)。

黄娅(1988-)，女，硕士，工程师，现从事测井资料解释及油气藏评价技术研究工作，huangyayy@126.com。

TE122.1

A

1673-1409(2017)15-0001-08

[引著格式]黄娅，孙盼科，徐怀民，等.网毯式油气成藏体系[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(15):1～8.