羌塘盆地昂达尔错古油藏油气来源及成藏模式

彭清华， 杜佰伟， 谢尚克

(1.中国地质调查局应用地质研究中心， 成都 610036； 2. 中国地质调查局成都地质调查中心， 成都 610081)

羌塘盆地是中国内陆油气勘探程度最低的含油气沉积盆地[1]，具备良好生、储、盖石油地质条件[2-3]，前人研究认为羌塘盆地是青藏地区具有巨大油气资源潜力和较好勘探前景的盆地[4-5]，是中国内陆油气勘探新区中最有希望取得勘探突破的重要目标[6]，有望成为中国西部油气资源战略接替区[7]。盆内油气显示点达210余处，其中昂达尔错古油藏规模最大[8]。学者主要对昂达尔错古油藏的沉积与构造进行了大量的分析，周文等[9]、赵政璋等[10]探讨了昂达尔错古油藏形成和破坏机制，计算了油砂矿资源量；李启来等[11]对隆鄂尼-昂达尔错古油藏带的白云岩储层特征进行了研究，分析了不同古油藏区的储层潜力；刘建清等[12]与陈文彬等[13]对昂达尔错古油藏白云岩储层沉积特征与成因进行了研究，认为改古油藏白云岩为混合水交代成因。油源方面，王成善等[8]与伍新和等[14]对昂达尔错古油藏分布、构造、沉积、油气、有机地化等特征进行了分析，认为古油藏油源为下侏罗统曲色组油页岩；秦建中[15]和南征兵等[16]认为古油藏油气来源于上侏罗统索瓦组和中侏罗统夏里组地层；汪双清等[17]认为油源为混源，上三叠统肖茶卡组地层是其主力烃源岩之一。油气充注方面，王成善等[8]认为羌塘盆地在晚侏罗-早白垩期和新近系至今发生了两次生排烃过程，昂达尔错古油藏是初次生油的产物；李俊威等[18]认为昂达尔错地区在晚侏罗-早白垩期存在两期较大规模的油气充注，古油藏主要形成于第二次油气充注；夏国清等[19]提出该古油藏存在四期油充填和一期气充填。油源对比是油气地球化学研究领域的核心内容之一[20]，尽管前人对羌塘盆地昂达尔错古油藏进行了大量有益探讨，但油源缺乏系统深入研究，长期以来存在较大争议，成为制约该区油气成藏理论认识的关键油气地质问题，在一定程度上影响了该区油气勘探。

现借鉴前人研究成果[21]，以饱和烃色谱-质谱、单体烃碳同位素和流体包裹体等测试数据分析为基础，通过生物标志化合物和流体包裹体研究，结合盆地模拟分析，第一次全面系统地对羌塘盆地昂达尔错古油藏油苗和可能的烃源岩生物标志化合物参数特征进行对比分析，研究羌塘盆地昂达尔错古油藏的油源，分析油气成藏条件，明确成藏组合方式和油气大规模充注期次，划分油气成藏阶段，探讨成藏模式，旨在为羌塘盆地油气勘探提供新的依据。

1 地质概况

羌塘盆地位于青藏高原北部，大地构造上被可可西里-金沙江缝合带和班公湖-怒江缝合带所围限[22]，盆地面积约18.5万km2，该盆地整体呈现东西长、南北窄的特征，总体为近东西向展布，是被相关地质学者公认的西藏地区面积最大的中生代海相含油气沉积盆地[23-25]。羌塘盆地内构造较为复杂，自北向南总体上可将其划分为北羌塘坳陷、中央隆起带和南羌塘坳陷(图1)[26-28]。

研究区构造上位于羌塘盆地南羌塘凹陷中北部，中央隆起带以南，主要沉积了下侏罗统(曲色组)、中侏罗统(色哇组、莎巧木组、布曲组、夏里组)和上侏罗统(索瓦组)等海相沉积地层(图1)。下侏罗统曲色组(J1q)为一套碎屑岩组合，岩性主要为黑色页岩和灰-灰黑色粉砂质页岩，夹少量灰色薄层状粉砂岩、砂岩和泥灰岩；中侏罗统色哇组(J2s)主要沉积了一套灰-灰黑色粉砂质页岩、粉砂岩和泥岩，并夹少量泥灰岩；中侏罗统布曲组(J2b)岩石类型主要为灰色泥晶灰岩和少量生屑、砂屑灰岩，偶夹极少量灰色粉砂岩。中侏罗统莎巧木组(J2sq)为一套细粒碎屑岩，主要为粉砂质泥、粉砂岩和细粒砂岩。中侏罗统夏里组(J2x)为一套杂色极细碎屑岩，主要为泥页岩和粉砂岩。上侏罗统索瓦组(J3s)为一套以碳酸盐岩为主夹碎屑岩的岩石组合；中上侏罗统地层岩性具有“三砂夹两灰”特征[27,30]。

图1 羌塘盆地昂达尔错古油藏构造位置及区域地层柱状图[26,29]Fig.1 Structure position and stratigraphic column map of Angdarco paleo-reservoir in Qiangtang Basin[26,29]

2 样品采集与分析方法

系统采集了10件烃源岩样品、6件古油藏油苗样品进行生物标志化合物测试分析，10件含油白云岩样品进行包裹体测试分析。采集的烃源岩样品岩性主要为油页岩(3件)、泥灰岩(3件)和泥岩(4件)，分别采自下侏罗统曲色组、中侏罗统布曲组和夏里组地层(图2)。古油藏油苗和包裹体样品为中侏罗统布曲组油砂(含油白云岩)。为了降低地表污染，尽量采集新鲜岩石样品，采样后立即用塑料样品袋封存。在样品采集过程中，为了减少地表有机质对样品影响，均剥去岩石风化表层采集新鲜的样品，采集后立即用密封袋编号封存。

图2 昂达尔错油苗与主要烃源露头特征Fig.2 The outcrop characteristics of main source rocks and oil seepages in Angdarco area

样品的生物标志化合物样品先被粉碎到小于200目，并进行抽提，把饱和烃、芳烃从抽提物中分离出来，再使用中国石油大学(北京)重质油国家重点实验的Agilent7890-5975c气相色谱质谱联仪进行测试分析，并严格按照《气相色谱质谱法测定沉积物和原油中生物标志化合物》测试标准执行；饱和烃的色谱分析的载气为99.999%氦气，流速为1 mL/min，进样口温度为300 ℃，传输线温度300 ℃，色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 mm× 0.25 μm)，柱温：初温50 ℃，1 min; 20 ℃/min升温至120 ℃，以4 ℃/min升至250 ℃，再以3 ℃/min升至310 ℃保持30 min。芳香烃色谱分析的载气为 99.999%氦气，进样口温度为290 ℃，传输线温度250 ℃，色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，升温程序：50 ℃保持1 min，再以15 ℃/min升至120 ℃，以3 ℃/min升至300 ℃，保持25 min；载气流速：1 mL/min。质谱EI源，绝对电压1 047 V，全扫描。流体包裹体样品的显微测温、测盐使用的是THMS600G自动冷热台，分析精度±0.1 ℃；样品先进行磨片和双面抛光，制备成流体包裹体薄片，流体包裹体显微荧光光谱测试使用的仪器为Maya 2000 Pro，运用Yuanao显微光谱分析软件完成光谱数据分析及成图；所有包裹体测试分析均在中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室完成。

3 油源分析

尽管生物标志化合物的组成受多方面因素控制，并且在演化过程中会受到水洗和生物降解等作用的影响，但古油藏和母源的标志性生物参数特征必然会存在某种程度的可对比性。因此，为了保证油源对比的科学和有效性，选择了具有较好指示意义的特征性生标参数进行多因素油源对比分析。

羌塘盆地昂达尔错古油藏油苗与该区主要烃源岩生物标志化合物图谱表明，油苗与下侏罗统曲色组烃源岩规则甾烷ααα20RC27-C28-C29具有相似的“V”字形分布形式，C27、C29规则甾烷的相对含量明显高于C28规则甾烷；而夏里组烃源岩的C27规则甾烷含量明显高于C28、C29规则甾烷，整体呈现“L”字形分布形式；图谱综合显示，油苗与下侏罗统曲色组烃源岩图谱具有较明显的相似性，均以C30藿烷、Ts(18α,-22，29，30-三降藿烷)含量相对较高和C28、Tm(17α,-22，29，30-三降藿烷)含量较低为特征[图3(a)、图3(b)、图3(g)、图3(h)]，而与中侏罗统布曲组和夏里组烃源岩存在明显的差异[图3(c)、图3(d)、图3(e)、图3(f)]。

图3 昂达尔错油苗与主要烃源岩色谱质谱图Fig.3 Mass chromatogram of saturated hydrocarbons for main source rocks and oil seepages in Angdarco area

羌塘盆地昂达尔错古油藏油苗与烃源岩ααα-C2920s/(20s+20R)-C29ββ/(αα+ββ)相关性、Pr/nC17-Ph/nC18(Pr为姥鲛烷，Ph为植烷，n为正构)相关性、C27/C29-姥鲛烷/植烷相关性和伽马蜡烷/C30藿烷-Ts/Tm相关性(图4)表明，昂达尔错油苗与下侏罗统曲色组烃源岩特征相似，而与中侏罗统布曲组和夏里组烃源岩特征存在明显差异。

图4 昂达尔错油苗与烃源岩生物标志化合物参数对比图Fig.4 Correlation diagram of biomarker parameters for source rocks and oil seepages in Angdarco area

中侏罗统布曲组烃源岩单体烃碳同位素分布在-34.761‰～-28.725‰，并随单体烃碳数由低到高变化，单体烃同位素具有由低-高-低分布的趋势，变化幅度明显大于夏里组、曲色组可能烃源岩和含油白云岩；夏里组烃源岩单体烃同位素分布在-32.928‰～-29.966‰，各碳数同位素含量相对稳定，普遍相对较低，明显低于曲色组可能烃源岩和含油白云岩。下侏罗统曲色组油页岩单体烃碳同位素不仅与含油白云岩原油一样在C27、C30处具有碳同位素偏重的特征，同时其单体烃同位素与含油白云岩原油具有相似的变化趋势，体现出两者具有亲缘性(图5)。

图5 昂达尔错古油藏油苗与烃源岩单体烃碳同位素对比图Fig.5 Correlation diagram of individual hydrocarbon isotopic for oil seepages in Angdarco paleo-reservoir

综上油源对比分析结果，认为羌塘盆地昂达尔错地区古油藏的油源为下侏罗统曲色组烃源岩。

4 成藏期次分析

4.1 油包裹体荧光特征

究表明油包裹体的荧光颜色由红-橙-黄-绿，再到蓝白色的变化反映了有机质向高成熟度的演化过程[31-33]。对羌塘盆地昂达尔错地区含油白云岩样品进行了流体包裹体荧光分析，如图6所示。结果表明，样品中主要检测到盐水、含烃盐水和油包裹体等三类，包裹体主要分布于晶间孔、溶蚀孔、裂缝内充填的方解石和白云石中。流体包裹体大小3～18 μm，多集中在6～10 μm，平均为7 μm；包裹体形态不规则，规则形态主要有次圆状、长条形等，以次圆状和不规则形为主。气液比为0.04～0.15，多集中在0.06～0.10，平均0.08。研究区中侏罗统布曲组储集层中主要捕获了发蓝色[图6(b)]油包裹体，荧光光谱主峰为450～470 nm；以及黄绿色[图6(e)]的油包裹体，荧光光谱主峰为490～510 nm。

图6 昂达尔错古油藏油包裹体显微特征(×100)及荧光光谱Fig.6 Characteristics of micro-beam and fluorescent spectrums of oil inclusions in Angdarco paleo-reservoir(×100)

流体包裹体均一温度统计分析表明，羌塘盆地昂达尔错地区中侏罗统布曲组至少存在4期热流体活动，其均一温度依次为：第一期热流体的均一温度为90～100 ℃，主峰温度为90～95 ℃；第二期热流体的均一温度为110～140 ℃，主峰温度为120～135 ℃；第三期热流体的均一温度为140～165 ℃，主峰温度为140～155 ℃；第四期热流体的均一温度为165～195 ℃，主峰温度为170～190 ℃[图7(a)]，其中从第一、二和四期热流体中均发现了同期的含烃包裹体和气单相包裹体，从而反映了一、二和四期存在油气充注事件。昂达尔错古油藏至少存在3期油气充注，其均一温度依次为：第一期热流体的均一温度为70～105 ℃，主峰温度为85～100 ℃，发生了小规模的油气充注；第二期热流体的均一温度为105～160 ℃，主峰温度为125～140 ℃，为大规模油气生成期；第三期热流体的均一温度为165～190 ℃，主峰温度为175～190 ℃，主要为含烃盐水[图7(b)]。综合分析认为，研究区整体发育三期油气充注，第1、2期为油充注，第3期为气充注，第2期为油气的充注高峰。

图7 昂达尔错地区布曲组储集层流体包裹体均一温度统计直方图Fig.7 The statistical histogram of homogenization temperature of fluid inclusions for Buqu Formation reservoirs in Angdarco area

4.2 油气成藏期次分析

将羌塘盆地昂达尔错古油藏各期次的流体包裹体均一温度数据投到该区的埋藏史图中(含古地温数据)，就可划分确定不同期烃类的成藏期次[26-31]，结合前人对研究区生烃期、构造圈闭形成及破坏调整时期的研究成果[19,34]，综合研究认为羌塘盆地昂达尔错地区布曲组地层油气充注存在3个历史阶段(图8)。

图8 南羌塘坳陷埋藏史与昂达尔错古油藏油气充注期次[19,34]Fig.8 Burial history and oil-gas accumulation stages of Angdarco paleo-reservoir, southern Qiangtang depression[19,34]

一期为中-高成熟生油、少量充注阶段，主要是晚侏罗世中晚期(151.6～158.7 Ma)，该时期主要发育大量盐水和液态烃包裹体，油包裹体较少见，均一温度主峰为85～100 ℃。二期为油气大规模充注阶段，主要是早白垩世早期(142.3～143.9 Ma)，该期油气大量生成，同期也发育了大量被捕获的油气包裹体，该期包裹体主要为液态烃单相、气-液两相形式存在，流体包裹体的主峰温度为125～140 ℃。三期为天然气充注阶段，主要是中新世中期(12.5～16.6 Ma)，该时期区内烃源岩的有机质已基本处于高-过成熟演化阶段，主要为生成天然气阶段，该期的包裹体以气态单相、气-液两相为主，均一温度主峰为175～190 ℃。

5 成藏模式探讨

在油源对比分析基础上，结合前人油源研究成果[8，10，23-25]，认为羌塘盆地下侏罗统曲色组页岩(累计厚度达171.89 m)为昂达尔错古油藏油源，储集层为中侏罗统布曲组砂屑灰岩、白云岩(累计厚度大于50.84 m)，盖层为布曲组厚度大于100 m的泥晶灰岩；晚侏罗世末-早白垩世早期构造运动形成了大量断裂，为油气运移提供了良好通道，构成正常的“下生上储”式成藏组合[图9(a)]。

晚侏罗-早白垩时期，羌塘盆地处于萎缩消亡阶段[35]，同时发生了规模的挤压运动，造就了大量的中生代褶皱构造。成藏期次研究表明，该区发生三次油气充注，而昂达尔错古油藏最早形成于早白垩世早期的第二次油气大规模充注时期(距今142.3～143.9 Ma)，该区的构造圈闭的形成时间略早于第二次大规模油气充注期，圈闭形成期与油气充注时间配置合理，油气经过大规模运移在昂达尔错背斜高构造部位聚集，初步形成了昂达尔错古油藏的基本形态。昂达尔错古油藏在喜马拉雅期的构造运动中被改造和破坏，其中古油藏的背斜构造高部位被南北向的挤压冲断并遭受剥蚀，残留的背斜南翼古油藏带，即为现今的昂达尔错古油藏[图9(b)][36]。

图9 羌塘盆地昂达尔错古油藏成藏及破坏模式图Fig.9 The pattern diagram of forming and destruction for paleo-reservoir of Angdarco area in Qiangtang Basin

6 结论

(1)羌塘盆地昂达尔错地区烃源岩和油苗的生物标志化合物规则甾烷ααα20RC27-C28-C29图谱和ααα-C2920s/(20s+20R)-C29ββ/(αα+ββ)、Pr/nC17-Ph/nC18、C27/C29-姥鲛烷/植烷、伽马蜡烷/C30藿烷-Ts/Tm、单体烃碳同位素相关性等综合研究表明，昂达尔错地区古油藏的油源为下侏罗统曲色组烃源岩。

(2)羌塘盆地昂达尔错古油藏流体包裹体研究表明，该古油藏存在3个油气充注期；一期为中-高成熟、生油少量充注阶段，主要是晚侏罗世中晚期(151.6～158.7 Ma)。二期为油气大规模充注阶段，主要是早白垩世早期(142.3～143.9 Ma)。三期为天然气充注阶段，主要是中新世中期(12.5～16.6 Ma)，该时期主要为生成天然气阶段。

(3)油源对比和流体包裹体研究表明，羌塘盆地昂达尔错古油藏油源为下侏罗统曲色组页岩，储集层为中侏罗统布曲组灰岩、白云岩，盖层为布曲组泥晶灰岩，构成正常的“下生上储”式成藏组合。

(4)羌塘盆地昂达尔错古油藏最早形成于早白垩世早期的第二次油气大规模充注时期(距今142.3～143.9 Ma)，并在喜马拉雅期的构造运动中被改造和破坏后，形成了现今的古油藏。