库车坳陷大北构造带油气成藏差异及聚集模式

李换浦，吴 英，刘汝敏

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300452）

库车坳陷是塔里木盆地重要的油气富集区，油气成藏条件良好，目前地球化学研究主要为天然气的成因及分布[1-3]。由于天然气组分相对单一，能提供的地球化学信息有限，仅通过天然气组分、同位素等数据研究天然气成因，难度较大，且存在多解性。大宛齐油田是库车坳陷区内重要的工业性油藏，但油气成因研究相对较少。通过对该油藏及其深部的天然气藏系统解剖，并与其周缘油气及前缘隆起原油进行地球化学对比，研究该地区油气成藏原因、油气资源潜力及分布规律。

1 区域地质概况

大北构造带位于塔里木盆地库车坳陷西段（图1）。纵向上大北构造带被古近系膏盐岩层分成上下两套油气藏，具有典型的“二元结构”。下部为逆断层形成的多个小型断块，埋藏深度5 000～7 000 m，以产天然气为主，并有少量凝析油，储层为古近系底砂岩-白垩系顶部砂岩，盖层是古近系库姆格列木膏岩。古近系膏岩厚度差异极大，从数十米到数千米。上部被近于直立的断层分割成多个小型断块，埋藏深度100～700 m，油气产层为库车组-新近系砂岩。因埋藏较浅，地层水活跃，油水分异不明显，主要为油层、含水油层和油水同层[4-5]。

图1 大北构造带区域位置

2 浅部大宛齐油藏成因

关于浅部大宛齐油藏的成因众说纷纭，目前主流的观点是认为它是一个残余油藏，其成因与深层的大北气田一样，为凝析气藏，由于埋藏深度浅，断裂系统发育，浅层天然气直接与下部天然气沟通，同时又受扩散作用影响，形成现在的油藏[5]，这一认识的依据主要有两点：

（1）天然气干燥系数变化明显。1 200～3 000 m为干气，干燥系数一般大于0.95；200～700 m天然气有干有湿，干燥系数变化较大，为0.65～0.98（表1）。

（2）应用甲烷碳同位素-乙烷/甲烷含量比值关系图版判断原油为扩散成因。

但以上证据存在一些问题，首先，大宛齐油田天然气干燥系数不能作为凝析气田扩散的证据。该油田主要产层为100～700 m，而深部1 200～3 000 m为水层或含油水层，几乎没有工业产能，不具有代表性。

大宛齐油田含油性不同，天然气干燥系数也存在很大差异。产自水层或者油水同层的天然气都具有较高的干燥系数，一般都大于0.90；而产自油层的天然气干燥系数偏低，一般小于0.80（表1）。含水层中天然气干燥系数偏高主要因为甲烷和重烃组分在水中的溶解度不同，乙烷的溶解度比甲烷低一个数量级，因此在水层中天然气甲烷含量偏高，导致干燥系数偏高，该结果并不能反映天然气真实情况。由此可见，大宛齐油田中的天然气为原油伴生气，为湿气，其形成与扩散作用无关。

表1 大宛齐油田含油性与干燥系数

此外，在应用甲烷碳同位素-乙烷/甲烷含量比值关系图版判断原油成因时，原文中[5]仅有7个数据点，变化趋势与另外三个地区并不完全一致，不能证明该气藏为扩散作用形成。更重要的是，原文所使用的这些数据点都对应于高干燥系数天然气，主要来自水层，样品不具代表性，不能反映大宛齐油田成因。

总之，以上证据不能证明大宛齐油藏是由凝析气藏散失之后的残余油藏。通过多角度分析，认为大宛齐油藏是原生油藏，主要依据包括以下三个方面：

（1）正构烷烃组成完整。大宛齐原油由正构烷烃组成总体呈单峰型，nC8～nC12含量非常高，以nC12为主峰（图2），说明原油中的轻组分并没有大量散失。苏爱国等开展过一系列物理模拟实验，表明在气藏散失、残留烃形成油藏过程中，原油正构烷烃中的轻组分（尤其是nC13之前的成分）含量大大降低[6-7]，这种现象在大宛齐油藏中没有出现。

图2 大宛齐原油气相色谱

（2）无运移分馏现象。扩散作用形成的残余油藏的轻烃组分必然表现为运移分馏（或称“蒸发分馏”）特征[8]。Thompson用C7组分建立了判识图版（图3），用以判断原油的成熟度、运移分馏效应、生物降解等特征。由于不同类型化合物极性差异，经过运移分馏之后残余的油藏，其芳香度升高而石蜡度降低。图3中，大北和大宛齐原油都具有较高的石蜡度和芳香度，主要反映原油的高成熟度，与运移分馏无关。

图3 大北构造带原油石蜡度–芳香度关系

（3）原油物理性质。无论是密度还是黏度，均为自下而上逐渐降低（图4），说明石油在浮力作用下由下而上逐渐运移调整。若浅部发生挥发散失，会导致浅部原油密度更高、黏度更高。

图4 大宛齐原油密度和黏度随深度变化

综上所述，大宛齐油田油藏为原生油藏，并不是凝析气藏散失后的残余油藏，而是来自深部烃源岩生成的液态烃在浅部聚集的结果，这与刘文汇等[9-10]通过地球化学示踪得出的结论一致。其中天然气为油型气，与原油具有相同来源。

3 大北构造带原油成因

此前研究表明，库车坳陷存在两类原油。第一类为典型湖相烃源岩生成的原油，其特征是生物标志化合物中C27规则甾烷含量较高，重排甾烷含量小于规则甾烷，三环萜烷一般呈C19＜C20＜C21序列，伽马蜡烷含量较高。库车前缘隆起英买力构造原油多属这种类型；第二类为煤系-湖相过渡型烃源岩生成的原油，其典型特征是C29甾烷含量明显增高，重排甾烷含量高于规则甾烷，三环萜烷一般呈C19＞C20＞C21序列，伽马蜡烷含量较低。库车坳陷西段却勒构造原油属这种类型。

3.1 原油类型及来源

通过对大北构造带4个油气田（共计14个样品）的碳同位素结果进行分析，将该地区原油划分为三种类型（图5、图6）。

图5 大北构造带原油中甾烷含量对比

图6 大北构造带原油重排甾烷和重排藿烷含量对比

第一类是典型湖相原油，与前缘隆起英买力原油相近，C27规则藿烷高、重排藿烷和重排甾烷含量低、C19三环萜烷含量低、伽马蜡烷含量高，这类原油主要来自三叠系黄山街组湖相烃源岩。

第二类是煤系-湖相过渡型原油，高C29规则藿烷含量、富含重排甾烷和重排藿烷、C19三环萜烷含量较高、伽马蜡烷含量较低，与中侏罗统恰克马克组烃源岩有关。

第三类原油仅有一个样品，分布在大宛齐油田，其性质完全不同于该地区其他原油，高C28甾烷含量、异常高伽马蜡烷含量、低C27甾烷含量和几乎不含重排甾烷和重排藿烷，是一类特殊来源的原油，其母质来源偏盐湖特征。

3.2 原油成熟度

芳烃化合物是判断原油成熟度的重要参数。一般来说，随着成熟度增高，含支链化合物相对含量逐渐降低[16]。大宛齐油田原油支链化合物含量极低，无支链化合物含量比在任何位置含甲基化合物高，说明原油成熟度较高（图7）。

在菲系列化合物方面，英买力原油成熟度最低，甲基菲含量最高，3-甲基菲/甲基菲可达0.50以上，9-甲基菲/甲基菲达到1.00；其次是却勒原油，比值约为0.20～0.30。大北构造带原油甲基菲与菲的比值多数小于0.10（图7a）。

苯并噻吩系列化合物也有类似特征，英买力原油甲基二苯并噻吩含量最高，4-甲基二苯并噻吩/二苯并噻吩大于1.50，1-甲基二苯并噻吩/二苯并噻吩大于0.30；却勒原油次之，以上比值分别约为0.50和0.05；大北构造带原油中甲基二苯并噻吩含量低，上述比值分别小于0.50和0.05（图7b）。

图7 大宛齐及周缘原油芳烃化合物相对含量

总之，原油饱和烃和芳烃生物标志化合物分析表明，大北和大宛齐原油主要来自湖相和过渡相烃源岩，且成熟度较前缘隆起原油高。

4 大北构造带油气两期差异聚集模式

在库车坳陷烃源岩生气动力学基础上研究大北气田及大宛齐油田的形成过程，可将其划分为三个阶段。

第一阶段：在中新世前期，中生界湖相烃源岩大量生油，此时南北两侧发育宽缓大斜坡，有利于油气向两侧长距离运移[11]；同时，在大北构造深部发育一些低幅度背斜圈闭，深部断层沟通源岩和圈闭，生成的油气还可以在圈闭中聚集。

第二阶段：上覆地层进一步沉积，尤其是库车组沉积以来，天山山脉逆冲推覆，库车坳陷发生强烈收缩变形，古近系膏岩层受到差异挤压，膏岩层和库车组地层厚度在横向上出现巨大差异，深大断裂可穿过厚度减薄的膏岩层，成为烃类向上输导的有利通道。此时浅部的大宛齐背斜构造初见雏型，生成的烃类不仅在深部圈闭中聚集，还可以沿着相应的逆冲断裂向上调整，在浅部圈闭中聚集。在这一阶段，南侧油气运移路径受阻，高成熟度石油不再向前缘隆起运聚。

第三阶段：第四纪沉积以来，随着逆冲推覆强度进一步加大，在库车坳陷深部由北向南继续发育系列叠瓦状断块圈闭，烃源岩处于高过成熟阶段，以生天然气为主，并在深部断块圈闭中聚集。随着埋藏深度加大，温度压力增高，膏岩塑性增强，封盖能力增强[12-14]，前期发育的逆断层在膏岩层中的输导能力大大降低，仅有少量天然气通过断层调整至浅部，大量天然气在膏岩层之下的圈闭中聚集。

大北构造带主要受后两个阶段成藏过程的控制，在大量生油阶段，上覆地层厚度不大，盖层封闭性相对较弱，油气可以突破膏盐层薄弱地段，向上运移进入浅层圈闭中；而在后期大量生气阶段，由于埋藏深度增加，膏岩塑性增强，封闭能力增强，将天然气都封闭在膏岩之下的圈闭中。因此，油气分期生成、受封盖条件控制的差异聚集是造成大北构造带深气浅油的主要因素（图8）。

图8 大北构造油气两期成藏差异聚集模式

因此，在原油聚集阶段，背斜下倾方向存在盖层薄弱带是大宛齐油田形成的关键因素，液态烃能够穿过膏岩向上运移，在背斜部位聚集形成油藏。在坳陷区寻找浅部油藏，下倾方向膏岩厚度小的背斜带，是石油聚集的有利区。尽管大宛齐油藏规模不大，但埋藏浅，油质轻，经济效益好，具有良好的勘探开发价值；而膏岩盖层之下的深层，保存条件优越，既可以捕获煤系烃源岩生成的天然气，还可以捕获早期生成的液态烃的后期裂解气，资源潜力巨大。

5 结论

（1）大北构造带油气分布呈典型的深气浅油“二元结构”。浅部大宛齐油藏为原生油藏，来自于深部烃源岩生成的液态烃，沿断裂向上运移聚集的结果，而不是传统认识的凝析气藏散失之后的残余油藏。深部天然气为后期聚集形成。

（2）大北构造带原油主要有两种类型，一是典型的湖相原油，与前缘隆起英买力类似；二是煤系-湖相过渡型油，与却勒原油类型。此外还有一种可能与咸水环境有关，其对应的烃源岩尚不明确。大北构造带原油成熟度明显高于前缘隆起原油成熟度。

（3）大北构造带深气浅油的格局主要是油气两期成藏差异聚集形成的。第一期烃源岩以生油为主，同时有部分伴生气，油气经过断裂向上运移在浅部聚集；第二期以生气为主，随着埋藏深度加大，膏岩塑性增强，断层封闭，油气在深层有效保存，形成大型天然气藏。