银额盆地拐子湖凹陷北部烃源岩特征及控制因素

蒋 航，曾德铭，刘护创，黑 伟，潘宾锋，谢晓斌

(1.西南石油大学，四川 成都 610500；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500；3.陕西延长石油(集团)有限责任公司，陕西 西安 710065)

0 引 言

银额盆地位于塔里木、哈萨克斯坦、西伯利亚和华北4个板块的结合部位，盆地内构造背景复杂多变，发育有多个近带状排列的小型凹陷[1-3]。2015年，盆地中部的哈日凹陷，拐子湖凹陷中南部的苏红图组和巴音戈壁组均获得了高产工业气流。前人对区内沉积-构造演化、烃源岩及储层特征、成藏条件开展大量研究[4-7]，认为促进有机质发育及演化的地质运动，包括火山运动、构造运动等是湖盆凹陷油气高产的主因，在有机质成熟度不高的地区，寻找高成熟度和高有机质丰度的“甜点区”，是实现油气突破的关键。因此，基于温1井岩心、岩屑样品有机地球化学数据，对拐子湖凹陷北部烃源岩特征及控制因素展开研究，预测有效烃源岩分布，以期为后期勘探部署提供有益依据。

1 地质概况

拐子湖凹陷位于银额盆地中部，为北东向狭长带，面积约为2 600 km2。凹陷内发育有多条规模不等的北东向控陷断裂，在区内形成东侧陡坡带、中部深凹带和西部缓坡带的沉积构造格局(图1)。拐子湖凹陷由北洼、中洼和南洼3个雁列式次级洼槽构成，3个次级洼槽具有相互独立的沉积中心及控陷断裂系统。

温1井位于拐子湖凹陷北部，钻遇地层由下至上为二叠系，下白垩统的巴音戈壁组、苏红图组、银根组，上白垩统乌兰苏海组和新生界。其中，巴音戈壁组分为巴一段、巴二段，苏红图组分为苏一段、苏二段。巴一段—苏一段为三角洲和滨浅湖沉积，岩性多为灰色含砾砂岩、灰色细砂岩、灰色粉砂岩以及深灰色粉砂质泥岩、灰黑色泥岩与灰色粉砂岩不等厚互层；苏二段—乌兰苏海组沉积环境为滨湖，苏二段岩性为褐色泥岩夹薄层棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含砾细砂岩，银根组岩性为褐色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层棕红色粉砂岩、泥质粉砂岩，乌兰苏海组岩性主要为厚层棕红色泥岩(图2)。区内储集岩主要分布于巴音戈壁组和苏红图组的三角洲沉积体系内，烃源岩分布在巴音戈壁组和苏红图组的湖相沉积物中。

图1 拐子湖凹陷北部区域地质概况及油藏剖面

图2 温1井地层综合柱状图

2 烃源岩特征

在三角洲—湖泊沉积体系中，烃源岩主要为暗色富泥质岩类(泥岩、砂质泥岩、灰质泥岩)[8]，对温1井各层段暗色富泥质岩类厚度进行统计，结果表明，烃源岩主要发育于巴一段、巴二段和苏一段，且以苏一段最佳。对各层段富泥质岩类的岩心、岩屑共计105个样品的地球化学特征进行测试分析(图3)。

对富暗色泥质岩类岩心、岩屑样品的TOC和S1+S2指标进行测试，测试结果表明：巴一段—苏一段有机质含量整体较低，仅有10%的样品TOC含量大于1.00%，主要分布于各层段中上部；苏一段整体为非烃源岩或差烃源岩，局部灰色泥岩层段有机质丰度中等(0.85%

2.1 有机质类型

采用岩石热解参数及其相互关系，对干酪根类型进行划分[9-10](图3、4)。由图4可知：苏一段有机质类型属Ⅲ型；巴二段和巴一段有机质类型以Ⅱ2、Ⅲ型干酪根为主。

2.2 有机质成熟度

利用Tmax对有机质成熟度进行划分(图3)，并反映其成熟度趋势[11]。苏一段Tmax均值为404 ℃，仅有25%的样品处于成熟—高成熟阶段；巴二段Tmax均值为411 ℃，有49%的样品处于成熟—高成熟阶段；巴一段Tmax均值为436 ℃，其中，有58%的样品处于成熟—高成熟阶段。整体上，温1井烃源岩低成熟度有机质样品占比大，但随地层深度增大，低成熟度样品分布频率降低。在埋深相近的单个地层内，各地层上部样品Tmax值普遍大于该层Tmax均值，而下部地层Tmax低于均值的样品分布频率更高。

3 有效烃源岩分布预测

烃源岩中有机质和黏土的密度较低，TOC会影响地层的密度。因此，利用地震数据反映的岩石密度信息对研究区内有效烃源岩分布进行预测[12-14]，将15个不同深度和岩性的样品经密度压实校正后的相对密度与TOC进行相关性分析。预测结果表明，在温1井处巴一段有效烃源岩厚度为30 m，巴二段厚度为24 m，苏一段厚度为27 m，预测厚度与图2烃源岩评价结果相近，表明利用经压实校正后的相对密度对TOC的预测结果准确率较高，在此基础上，对研究区有效烃源岩厚度进行预测(图5)。结果表明：在平面上，苏一段有效烃源岩在纵横向的分布规模最大，巴二段次之，而巴一段有效烃源岩发育规模最小，其分布特征体现了巴一期至苏一期湖盆断陷规模逐渐扩大的构造演化过程；整体上，拐子湖凹陷北部有效烃源岩厚度分布差异大，其分布受湖盆形态控制明显，厚层的烃源岩主要分布在温1井西南侧的湖盆深凹带中，有效烃源岩厚度从凹陷中心向周围滨浅湖逐渐变薄。

图3 温1井烃源岩综合评价

图4 温1井各层段富泥质岩类样品HI与Tmax交会图(据参考文献[10])

图5 拐子湖凹陷北部各层段有效烃源岩厚度等值线

4 烃源岩控制因素

4.1 沉积层序

根据温1井岩性记录的湖平面升降过程，认为巴一段、巴二段、苏一段分别对应SQ1、SQ2和SQ3三个沉积层序，各层序均由湖侵体系域和高位体系域构成。在层序发育早期，以先存向斜为背景发育三角洲沉积体系，构成湖侵体系域，沉积物具有富氧、强水动力条件的特征，是形成储集岩的主要阶段；随着断陷活动及坳陷过程的阶段性进行，湖平面逐渐抬升，层序中晚期向滨湖、浅湖、中深湖过渡，构成高位体系域(图6)。

对温1井巴一段、巴二段和苏一段187个不同岩性样品的TOC及泥质含量百分比进行测试，测试结果表明：当泥质含量大于30%时，TOC随泥质含量增加逐渐增高。结合有效烃源岩平面展布规律认为，湖泊相的演化受沉积层序直接控制，湖泊相因其安静低能、相对贫氧的沉积环境有利于烃源岩发育。此外，温1井富泥质岩类样品的热解峰温纵向分布规律表明，在各层段上部具有更强的热演化作用，这与有机质成熟度随地层深度增加的观点相悖。表明在同一地层具有相近的古地温条件下，各层段上部地层可能存在较下部地层更高的地层压力。研究表明：孔隙度较低、连通性较差的富泥质岩类会导致压实过程中岩石内部流体的排出困难，且在热演化过程中的生烃作用也会导致岩石内部压力增高[15]，而有机质演化的早期阶段，压力的增加可促进大分子烃的裂解及黏土矿物的催化活性，利于有机质生烃转化。因此，在热演化程度相对较低的区域，高位体系域中富泥质岩类的有机质具有更高的成熟度。因此，拐子湖凹陷北部烃源岩特征及分布受沉积层序控制：层序的构成样式决定了湖泊相在纵向上的分布及规模，从而在一定程度上控制了有机质丰度及成熟度，深凹带和斜坡带的高位体系域是有效烃源岩发育的主要部位；虽然区域上热演化程度整体较低，但湖泊相广泛发育的泥质岩类具有一定的压力封闭作用，可促进有机质的热演化过程。

图6 拐子湖凹陷北部巴一期至苏一期沉积层序构成样式

4.2 构造运动

由拐子湖凹陷北部过温1井剖面断层与地层切割关系和区域构造背景可知，拐子湖凹陷在构造演化过程中主要经历了断陷、坳陷、挤压反转、再次坳陷4个阶段[16-20]。早期发生断裂活动的F1、F2、F3、F4断层从根本上控制了拐子湖凹陷北洼的湖盆范围及巴一段、巴二段、苏一段的沉积充填格局。随着构造湖盆的发育，断裂深度及湖盆面积逐渐扩大，巴一期、巴二期、苏一期3个时期湖盆规模各不相同，导致有效烃源岩在各层段发育规模差异较大，且以苏一段最佳。通过与拐子湖凹陷中洼及哈日凹陷等油气高产地区的巴一段、巴二段、苏一段地层横向规模进行比较表明(表1)，拐子湖凹陷北洼各地层横向规模最小，这在一定程度上制约了油气勘探效果。

进一步对拐子湖凹陷北部温1井埋藏史进行研究认为(图7)：温1井白垩系地层历史最大埋深为3 000 m，其镜质体反射率为0.7%～1.0%，热演化阶段为成熟阶段，这与Tmax所指示的热演化阶段基本一致，但巴一段之上地层有效烃源岩最大埋深较浅，有机质热演化程度为低成熟—成熟，加之白垩纪末期发生的逆冲活动使其所处的生烃阶段时间缩短，整体属于未成熟—成熟阶段。因此，较浅的湖盆断裂和后期的构造抬升使得温1井有效烃源岩的生烃潜力普遍较差。但在湖盆深凹带的凹陷中心，白垩系现今最大埋深为2 800 m，推测其历史最大埋深超过3 800 m，其有机质成熟度可达到成熟—高成熟阶段。

表1 各凹陷地层横向规模比较Table 1 Horizontal strata scale comparison of different depressions

在构造活动型盆地中，构造沉降率的变化是沉积基准面和盆地基底升降最直接的控制因素。因此，拐子湖凹陷北部断裂活动的发育演化是形成盆内沉积层序及其组构样式的根本原因，构造运动与沉积层序相互影响，控制了各层段有机质的发育规模及位置，沉积层序在一定程度上控制了单个层序内有机质成熟度，但构造运动的升降过程是限制有机质成熟度的主要因素。温1井因烃源岩优势相欠发育、热演化程度较低，导致其勘探效果不佳，但湖盆凹陷中心浅湖及中深湖沉积广泛发育，且埋深较大，加之其内部可能存在的相对高压，有助于生烃进程，因此，湖盆凹陷中心的近源储层或自生致密储层可能实现油气突破。

图7 温1井埋藏史与热演化史

5 结 论

(1) 拐子湖凹陷北部烃源岩发育于巴一段、巴二段和苏一段。有机质丰度整体较低，有效烃源岩仅在各地层中上部发育，其中，巴一段上部可见中等—好烃源岩；有机质类型为腐泥腐植型和腐植型；有机质成熟度差异较大，苏一段为未成熟—成熟，巴二段为未成熟—高成熟，巴一段主要为成熟—高成熟。

(2) 巴一段、巴二段、苏一段各对应一个完整的沉积层序，各层序高位体系域主要由湖泊相沉积构成，其控制着有机质富集并导致热演化早期的局部高压，形成高有机质丰度与高成熟度的特点，但构造运动的后期抬升使凹陷周缘有机质成熟度普遍较差。沉积层序、构造运动控制着湖盆发育过程，决定了各层段有效烃源岩平面分布，其中，苏一段有效烃源岩平面分布最佳。

(3) 湖盆凹陷中心以湖泊相为优势，且具有更大埋深及较长的生排烃过程，是有效烃源岩主要的发育位置，可作为后期勘探部署的重要区域。