海拉尔盆地牧原凹陷油气勘探前景与有利区带目标优选

易立

(中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083)

0 引言

牧原凹陷勘探与研究程度较低，仅有重、磁、电普查和二维地震概查。在凹陷边缘煤田浅钻发现了多套煤层。凹陷主体部位钻有少量探井，见到了直接的油气显示或电测解释有油层[1]，展现了良好的勘探潜力。牧原凹陷是海拉尔盆地众多凹陷中的一个，与海拉尔盆地其他凹陷具有相似的地质特点和石油地质条件[2]。海拉尔盆地乌尔逊凹陷、贝尔凹陷早已取得勘探的突破[3]，发现了工业规模油气储量并成为大庆油田重要的原油生产基地[4]。研究牧原凹陷的勘探潜力，明确勘探前景，优选有利区带和目标，对实现海拉尔盆地新凹陷的勘探突破具有重要意义。本文开展了野外地质调查、老井复查与烃源岩有机地球化学特征研究等，并在此基础上初步评价了有利区带，优选了有利目标。

1 研究区概况

牧原凹陷位于海拉尔盆地东北部(图1)，总体呈NE向展布，面积约1 200 km2，为一个发育在侏罗系兴安岭群火山岩(J2x)与泥盆系变质岩基底之上的早白垩世箕状断陷。从老至新依次发育下白垩统南屯组(K1n)、大磨拐河组(K1d)与伊敏组(K1y)。岩性总体为暗色泥岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩与煤层不等厚互层。

牧原凹陷具有单断箕状结构，分陡坡带、洼槽带和缓坡带3个一级构造单元。陡坡带主要发育受边界断层控制的断鼻构造。洼槽区受挤压作用的影响局部发育反转构造[5]，而稳定区则断裂不发育，构造相对简单。斜坡区断层发育，既有正向正断层，也有反向正断层。总体上凹陷区形成“Y”字形和反“Y”字形构造样式 。

图1 牧原凹陷区位图

Fig.1 Location of Muyuan sag

海拉尔盆地与二连盆地同属东北裂谷群，各凹陷具有相似的沉积特征，即多物源、小物源、短水流、相变快和相带窄的特点[6]。结合钻井、测井和地震资料研究，牧原凹陷陡坡带主要发育扇三角洲，缓坡带主要发育辫状河三角洲，洼槽带主要发育浊积扇和滑塌扇以及陡缓两侧各种类型三角洲前缘相伸入到洼槽区的部分。这样的沉积模式在纵向上不同层位之间具有继承性，只是不同时期沉积体系的发育在空间上有所转移。

牧原凹陷的形成演化经历了4个阶段(图2)，即初始断陷期、拉张深陷期、断陷扩张期和萎缩回返期，分别对应南屯组早期、南屯组中晚期—大磨拐河组早期、大磨拐河组中晚期和伊敏组时期。受构造演化的控制，在初始断陷期，南屯组早期盆地以填平补齐式粗碎屑沉积为主； 断陷深陷期，即南屯组中晚期到大磨拐河组早期，湖域扩大，湖水加深，广泛发育深湖相—半深湖相沉积，为牧原凹陷烃源岩的发育提供了良好的沉积背景； 至大磨拐河组中晚期，进入断陷扩张期，此时凹陷范围最大，水体变浅； 伊敏组时期湖盆进入萎缩期，斜坡高部位抬升遭受剥蚀，湖域变小，沉积变粗，最后消亡。在纵向上构成完整的水进水退沉积旋回。

图2 牧原凹陷构造沉积演化Fig.2 Tectono-sedimentary evolution of Muyuan sag

2 烃源岩特征与评价

伊敏组、大磨拐河组、南屯组与兴安岭群中均有暗色泥岩发育，已有钻井揭示总厚度达890 m。从地震资料看，主洼槽区各组地层普遍变厚，又是深湖相区，暗色泥岩应该更厚。总体来看，南屯组、大磨拐河组暗色泥岩发育情况最优，伊敏组次之。

2.1 地球化学特征

依据中国陆相烃源岩地球化学评价方法[7]与油气地球化学[8]相关评价标准，评价牧原凹陷烃源岩。

牧原凹陷各层位的烃源岩样品总有机碳(TOC)含量平均值均接近或超过1%(表1)，达到好烃源岩的标准。南屯组烃源岩样品的生烃潜力平均值为6.96 mg/g，达到好烃源岩的标准，伊敏组、大磨拐河组和兴安岭群烃源岩样品的生烃潜力分布于2～6 mg/g之间，达到了中等烃源岩的标准。牧原凹陷内各层位均发育烃源岩，且丰度均较高。

表1 牧原凹陷烃源岩分析结果Tab.1 Test results of source rocks from Muyuan sag

兴安岭群、大磨拐河组烃源岩降解潜率多分布于30%～50%之间，表征其有机质类型以II1型为主，伊敏组烃源岩降解潜率多分布于10%～30%之间，表征其有机质类型为Ⅱ2型。兴安岭群、大磨拐河组和伊敏组烃源岩样品氢指数均分布于250～600 mg/g区间，表征其有机质类型均以II1型为主。

从IH-Tmax及D-Tmax有机质类型划分图上可以看出(图3)，牧原凹陷烃源岩有机质类型整体以II1-I型为主。其中，伊敏组投点集中在II1型区间，大磨拐河组二段投点多集中在II1-I型区间，大磨拐河组一段投点主要集中在I型区间，而大部分兴安岭群样品的Tmax值较大，导致投点未落入有效区域内，推测与热演化程度过高有关。

总体来看，牧原凹陷烃源岩有机质类型较好，其中伊敏组以II1型为主，大磨拐河组以II1-I型为主。

图3 牧原凹陷烃源岩IH-Tmax(左)及D-Tmax(右)有机质类型划分Fig.3 IH-Tmax (left) and D-Tmax (right) plots of source rocks in Muyuan sag

根据最大热解峰温(Tmax)测试结果(表1)，伊敏组烃源岩处于未成熟—低成熟阶段，大磨拐河组二段烃源岩处于低成熟—成熟阶段，大磨拐河组一段烃源岩处于成熟阶段，兴安岭群烃源岩处于成熟—高成熟阶段。根据牧原凹陷边缘5口煤田浅钻取得的大磨拐河组煤样品镜质体反射率测试结果(表2)，边缘浅层大磨拐河组煤样品镜质体反射率主要分布在0.6%～0.7%，平均为0.65%，证实凹陷深埋区大磨拐河组和南屯组已进入大量生烃阶段。

表2 牧原凹陷大磨拐河组煤样品镜质体反射率Tab.2 Vitrinite reflectance of coal samples from Damoguaihe Formation of Muyuan sag

2.2 烃源岩评价

伊敏组烃源岩虽然处于未成熟—低成熟阶段，但其泥岩发育，作为区域性盖层，对凹陷油气聚集提供了良好的保存条件。大磨拐河组烃源岩已进入成熟阶段，其中一段进入高成熟阶段。有机质丰度及类型较好，厚度大，分布面积广，是主力烃源岩，同时也是一套良好的区域性盖层(图4)。

图4 牧原凹陷地层柱状图Fig.4 Stratigraphic column of Muyuan sag

邻区资料[9]显示，南屯组有机碳平均含量为2.62%，氯仿沥青“A”平均为0.72%，生烃潜力平均为7.47 mg/g，已进入成熟阶段，说明南屯组也应该是凹陷主力烃源岩。兴安岭群以火成岩为主，烃源岩厚度较薄，但有机质丰度较高，处于高成熟阶段，也是一套有价值的烃源岩。

3 油气成藏模式

牧原凹陷发育大磨拐河组、南屯组和兴安岭群3套成熟的有效烃源岩； 发育南屯组、大磨拐河组和伊敏组3套盖层，其中大磨拐河组分布最广，是一套区域性盖层； 大磨拐河组、南屯组、兴安岭群中均发育扇三角洲、辫状河三角洲等沉积体系形成的储集砂体。自下而上形成了兴安岭群的自生自储或上生下储、大磨拐河组与南屯组的自生自储、伊敏组的下生上储等多套有利的生、储、盖组合。发育断裂、不整合等疏导体系以及各种类型的众多圈闭，具备了油气成藏的基本条件。牧原凹陷与海拉尔盆地、二连盆地同属古生代兴蒙褶皱带上发育的中生代拉张断陷，具有相似的构造沉积特征以及油气成藏条件[10]。参照二连盆地、海拉尔盆地、松辽盆地箕状断陷的基本成藏特点[11-25]，结合牧原凹陷盆地不同地质单元构造背景、烃源岩发育特征、叠合的沉积砂体以及疏导体系和存在的圈闭类型，对凹陷的成藏特点及油气藏分布进行了初步的分析研究，构建了可能的油气成藏模式(图5)。

斜坡区是箕状断陷油气运移的主要指向和聚集场所。牧原凹陷斜坡区断裂发育，在断裂带发育受反向和正向断层控制的断块、断鼻型构造油气藏，在断裂不发育的稳定区则可能发育岩性地层油气藏。特别是斜坡区中部发育顺斜坡走向的大型反向正断层，对油气的聚集成藏具有重要的控制作用，有可能形成受该条大断裂控制的油气聚集带，是斜坡区最有利的勘探靶区。陡坡带发育受控陷断层控制的断鼻、断块等油气藏，以及上倾尖灭型油气藏。在洼槽区的反转构造带发育受反转构造控制的断背斜、断块和断鼻油气藏，在洼槽的稳定区则主要发育各种类型的岩性油气藏。

Q.第四系； K1y.伊敏组； K1d2.大磨拐河组二段； K1d1.大磨拐河组一段； K1n.南屯组

图5 牧原凹陷预测油藏模式

Fig.5 Predicted reservoir pattern of Muyuan sag

4 区带评价与目标优选

从石油地质条件看，牧原凹陷发育3套有机质丰度高、类型好、生烃潜力大的烃源岩，且均已成熟，具有油气生成的物质基础； 从油气成藏条件来看，凹陷各层系均发育辫状河三角洲、扇三角洲砂体，具备一定的储集能力，纵向上发育多套有利的生、储、盖组合； 地震资料的解释揭示存在大量的各种类型的圈闭； 钻井也已证实发生了油气的运移聚集和成藏。综合分析烃源岩、储集砂体、疏导体系及圈闭发育等成藏主控因素，认为斜坡区反向正断层控制的二级构造带与洼槽区反转二级构造带成藏条件最佳，是牧原凹陷最有利的勘探区带(图6)，受反向断层控制的靠近生烃洼槽的反向断块和断鼻圈闭以及反转背斜是最有利的勘探目标。

4.1 斜坡区反向正断层控制的二级构造带

牧原凹陷斜坡区中部，顺斜坡走向发育的大型断裂体系构成的二级构造带，不仅形成油气纵向运移的疏导体系，而且形成大量断鼻、断块构造圈闭群，为油气聚集提供有利场所。而且，牧原凹陷斜坡区还发育垂直斜坡走向的大型鼻状构造(图6)，是油气优势运移汇聚区； 发育大型辫状河沉积体系，为油气聚集提供有利储集空间，这些有利因素在斜坡中部二级构造带叠加，就形成多层系、多类型油气复式成藏富集带，成为牧原凹陷最有利的勘探区带(图6)。该带东部受断层控制的大型反向断鼻圈闭(图6)，位于大型鼻状构造向洼槽的倾末端，叠合大型辫状河三角洲最有利的储集相带，紧邻牧原凹陷东洼槽，油源条件好，处于油气运移的优势通道，是斜坡区有利的勘探突破目标(牧探1)。

4.2 洼槽区反转二级构造带

在牧原凹陷，由于后期的构造反转，在东西洼槽之间形成了由反转背斜、反转断鼻和断块构成的反转二级构造带，是油气运聚的有利指向区。该带叠置发育来自于陡坡的大型扇三角洲沉积体系，为油气的聚集提供有利的储集条件。垂向上发育多套生、储、盖组合，具有双向供烃、近源复式聚集的有利成藏条件，是牧原凹陷又一个有利勘探区带(图6)。位于该带高部位完整的反转背斜圈闭(牧探2)是有利的勘探目标(图6)。

K

1

y

.伊敏组； K

1

d

2

.大磨拐河组二段； K

1

d

1

.大磨拐河组一段； K

1

n

.南屯组

图6 牧原凹陷成藏有利区带综合评价图

Fig.6 Comprehensive evaluation for favorable belt in Muyuan sag

5 结论

(1)牧原凹陷具备基本的油气成藏条件。牧原凹陷为早白垩世拉张型箕状断陷，发育大磨拐河组、南屯组和兴安岭群3套成熟的有效烃源岩，自下而上形成了兴安岭群的自生自储、大磨拐河组与南屯组的自生自储、伊敏组的下生上储多套生储盖组合，具备油气成藏的基本条件和良好的勘探前景。

(2)构建了牧原凹陷油气成藏模式。牧原凹陷是一个单断箕状凹陷，对比高勘探程度区单断箕状凹陷的成藏规律，结合牧原凹陷自身的地质特点，构建了牧原凹陷分区带的成藏模式： 缓坡带发育受反向和正向断层控制的断块、断鼻型构造油气藏，以及地层岩性油气藏； 陡坡带发育受控陷断层控制的断鼻油气藏，以及上倾尖灭型油气藏； 在洼槽的反转构造带，主要发育受反转构造控制的断背斜、断块和断鼻油气藏，在洼槽的稳定区则主要发育各种类型的岩性油气藏。

(3)提出了勘探的突破目标。区带评价认为牧原凹陷具有斜坡区反向正断层控制的二级构造带与洼槽区反转二级构造带2大有利区带，位于2大有利区带靠近有效烃源岩的断鼻、断块、断背斜等圈闭成藏条件最为有利。在目标评价优选的基础上，优选出牧探1、牧探2两个有利勘探目标，实施钻探有望取得勘探的突破。