胜北构造带致密气成藏机理及富集规律

刘俊田，谢佃和，彭亚中，靳继坤，孙玉峰，李兴亮

(中国石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839009)

0 引 言

胜北洼陷位于吐哈盆地台北凹陷西部，围绕洼陷周缘，已经发现了葡北、神泉、吐鲁番等多个油气田[1-3]。洼陷腹地胜北构造带钻探多口井，在中侏罗统西山窑组、三间房组、上侏罗统喀拉扎组及白垩系获得低产油气流[4-5]，随着水平井和体积压裂提产技术的应用，胜北构造带在中侏罗统陆续获得重大突破，胜北2号构造钻探的胜北502H、胜北503H井获得高产油气流。从胜北已钻井试采结果可知，均具有自然无产能、直井改造低产、异常高压的特点，油气分布普遍具有“上油下气”的规律。前人研究认为，七克台组以下地层中的油气来自中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩，七克台组以上的浅层油气来自七克台组湖相泥岩烃源岩，燕山期末，构造运动促使原油通过断裂向浅层运移聚集成藏[6-7]。上述研究成果对胜北洼陷中侏罗统致密气分布规律及勘探方向的优选具有重要作用，但对于烃源岩的平面展布、断裂平面分布、成藏期次、成藏过程等关键性问题的研究还不够深入，为此，文中通过对研究区烃源岩特征、断裂组合、储层流体包裹体特征、包裹体均一温度分布方面的剖析，系统开展油气充注、成藏期次及成藏过程研究，明确油气富集规律，以期指导胜北洼陷中侏罗统致密气的勘探部署。

1 石油地质条件

1.1 构造特征

胜北构造带位于胜北洼陷腹地，为一复式低幅度背斜构造带。构造带开始形成于侏罗纪末，受控于中—侏罗统发育的自南向北的滑脱构造，滑脱构造在东西方向上被分为4段，各段的滑脱距离因存在差异而产生一系列南北向的平移断层，平移断层具有垂向断距较小、断面倾角大、平面延伸长、纵向切割深度大的特点。断层在构造南翼断距小，在北翼增大。由滑脱相关背斜构造和依附平移断裂形成的背斜、断背斜等构造组成了胜北构造带。滑脱形成的相关构造一般为比较完整的背斜，受南北向平移断层的控制，胜北构造带自西向东依次发育胜北1～4号构造(图1)，其中，胜北背斜构造带东北部的胜北3、4号构造主要由胜北3、4号平移断裂控制；胜北背斜构造带西南部的胜北1、2号背斜主要受控于胜北1、2号平移断层，在中侏罗统形成断层转折背斜，在上侏罗统形成断层传播背斜；构造形成于燕山期，定型于喜马拉雅期。

图1 胜北构造带构造位置及断裂分布(三间房组顶部构造)Fig.1 The structural location and fault distribution of Shengbei structural zone (top structure of Sanjianfang Formation)

虽然平移断层断距小，但均切穿侏罗系水西沟群煤系烃源岩及其以上所有地层，是油气垂向运移的主要通道，下部地层生成的油气纵向沿断层向上运移，利于浅层油气藏的形成。同时，平移断层既可作为油气垂向运移的通道，也能形成局部圈闭的横向封堵条件，伴生裂缝能够改善储层物性。受燕山期和喜山期构造运动的影响，胜北构造带表现为“东西分块”的特点。构造主要依附于南北向平移断层，侏罗系构造以断鼻、断背斜构造为主，浅层构造多为背斜构造。

1.2 烃源岩特征

胜北洼陷侏罗系发育2套烃源岩，分别为中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩和中侏罗统七克台组烃源岩。下侏罗统八道湾组暗色泥岩沉积中心在洼陷东北，厚度最大可达600 m，镜质组反射率(Ro)大于1.30%；中侏罗统西山窑组暗色泥岩在胜北洼陷中心厚度可达500 m，Ro大于1.00%；中侏罗统七克台组湖相暗色泥岩在洼陷北部最发育，最大厚度可达300 m以上，Ro大于0.70%(图2)。油气源对比分析认为，该区天然气主要为干酪根初次裂解气，胜北构造带上侏罗统、白垩系油气主要来自于中侏罗统七克台组，少量来自于中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩，而中侏罗统七克台组、三间房组油气主要来自于胜北洼陷中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩。

图2 胜北洼陷不同层系烃源岩厚度与Ro叠合图Fig.2 The superposition diagram of hydrocarbon source rock thickness and Ro in different strata in Shengbei Sag

实验分析表明，胜北洼陷七克台组泥岩总有机碳含量为0.07%～3.15%，平均为0.59%，生烃潜量为0.01～4.72 mg/g，平均为0.92 mg/g；中—下侏罗统水西沟群煤系泥岩总有机碳含量相对较高，其中，西山窑组泥岩总有机碳含量为0.06%～5.58%，平均为1.14%，生烃潜量为0.02～2.73 mg/g，平均为0.99 mg/g；八道湾泥岩总有机碳含量平均为0.98%，生烃潜量平均为1.93 mg/g。七克台组湖相泥岩Ro为0.50%～1.00%，西山窑组烃源岩Ro为1.00%～1.20%，八道湾组烃源岩Ro均高于0.70%。胜北洼陷沉积中心位于东北区，烃源岩处于低熟—成熟阶段，南部斜坡区有机质演化程度整体较低。

1.3 沉积及储层特征

胜北构造带中侏罗统主要发育西物源辫状河三角洲水下分流河道沉积[8]，砂层厚度大，砂地比高，以中厚层砾状砂岩、含砾砂岩夹灰色—深灰色泥岩为主，孔隙度为4.0%～10.7%，主要集中在6.0%～8.0%，渗透率为0.05～13.95 mD，主要集中在0.10～0.50 mD，为低孔特低渗储层。中、粗砂岩发育，刚性颗粒含量高，砂体抗压实能力较强，深埋区可形成优质储层，成岩演化阶段属于中成岩A期，压实作用为主，点-线接触，储集空间以剩余粒间孔、粒间溶蚀孔为主，微裂缝发育；高岭石、绿泥石普遍发育。酸性成岩环境下，储集空间类型发育溶蚀孔及微裂缝以及少量剩余原生粒间孔，孔喉半径多小于0.4 μm，以细微孔喉为主。

1.4 成藏特征

胜北洼陷中侏罗统油气藏类型为下生上储、近源成藏型致密砂岩凝析气藏。七克台组砂体平面分布不连续，纵向叠置，以粉细砂岩为主；三间房组砂体广泛发育，以细砂岩、砂砾岩为主，多期辫状河三角洲河道砂叠置，呈朵叶状分布，气藏埋深为3 950～4 650 m，气层厚度为8～30 m，孔隙度以6.0%～8.0%为主，渗透率以0.10～1.00 mD为主。细砂岩物性最好，粉砂岩和砂砾岩次之。气藏中凝析油含量高，原油密度为0.788～0.798 g/cm3，黏度为1.2～8.1 mPa·s (30 ℃)，含气饱和度为48%～52%，油层温度为126.3 ℃，气藏温度为120.0～130.0 ℃，地层压力为53.4 MPa，压力系数为1.37，属于正常温度异常高压系统。试采结果揭示，中侏罗统胜北洼陷表现为“满洼含气、甜点富集”的特点，油气水同出、无明显气水界面，纵向油水分异不明显特征，砂体控藏、物性控制富集程度，构造控制作用不明显。胜北洼陷中侏罗统油气藏总体表现为“先致密后成藏”的特点。

2 油气成藏期次

选取胜北构造带36块中侏罗储层砂岩薄片样品，利用流体包裹体显微测试技术，开展流体包裹体类型、产状、形态、大小、均一温度、荧光特征研究，结合地层埋藏史、热演化史和烃源岩成熟史模拟结果，分析该区油气充注时间和成藏期次[9-10]。

2.1 中侏罗统储层流体包裹体特征

中侏罗统包裹体显微岩相学特征观测结果表明，岩性主要为砂岩，少量砾岩、碳酸盐岩脉体。包裹体宿主矿物主要为石英，根据流体包裹体的相态及流体成分特征可知，研究区包裹体主要为纯油相包裹体，颜色均一，镜下发蓝色荧光(图3a中①)、气液两相油包裹体(图3b中②)、含烃盐水包裹体(图3b中③)、纯水液相包裹体，荧光下不发光(图3c中④)、以及呈褐黑色纯气相包裹体(图3d中⑤)。

透射光和荧光薄片显微观察显示，成岩阶段所捕获的油气和盐水包裹体主要分布在石英颗粒内裂纹、穿石英颗粒内裂纹、碳酸盐岩胶结物中(图4)，包裹体形态多样，呈圆形、椭圆形、长条形、三角形以及不规则形状等。大小一般为2～7 μm，以条带状和散点状成群分布。油包裹体的镜下荧光颜色主要为蓝绿色与黄色2种(图5)，表明研究区可能至少存在2期原油充注。

2.2 流体包裹体均一温度分布

盐水包裹体分期依据：具有相同产状和相似气液比流体包裹体组合；相似产状和相似气液比包裹体内部的均一温度大致按15 ℃间隔分期。实验结果表明，胜北构造带成岩矿物中主要捕获了5世代的油包裹体和含烃盐水包裹体以及6世代盐水包裹体，其中，油包裹体的均一温度范围主要为40～55 ℃、55～70 ℃、70～85 ℃、85～100 ℃；与油包裹体伴生盐水包裹体的均一温度范围主要为85～100 ℃、100～115 ℃、115～130 ℃；盐水包裹体均一温度范围主要为：85～100 ℃、100～115 ℃、115～130 ℃、130～145 ℃。

图3 胜北构造带中侏罗统储层包裹体类型Fig.3 The types of Middle Jurassic reservoir inclusions in Shengbei Structural Zone

图4 胜北构造带中侏罗统储层包裹体产状Fig.4 The occurrence of Middle Jurassic reservoir inclusions in Shengbei Structural Zone

图5 胜北构造带中侏罗统储层包裹体分布形式与荧光颜色Fig.5 The distribution form and fluorescence color of Middle Jurassic reservoir inclusions in Shengbei Structural Zone

2.3 流体包裹体均一温度确定油气成藏期次

烃类包裹体在捕获后发生的化学变化会造成均一温度的改变，但盐水包裹体的均一温度变化相对小一些。因此，与油包裹体同期的盐水包裹体可更好地反演古流体被捕获时的温度。将与各充注幕次烃类包裹体共生的(含烃)盐水包裹体均一温度投影到标注古地温的埋藏史图中，即可获取该幕次烃类包裹体的充注时间；再将各充注年龄标注到同一时间轴上，不仅可以消除埋深的影响，而且能够确定不同井或同一井不同深度油气成藏期次的划分和时期[11-23]。据此，将4口井同期盐水包裹体均一温度投到各自的埋藏史-热史图上，获得各测试点各期次的充注时间，并以此确定其成藏期次和成藏时期。

如图6所示，研究区油气充注时间分布在150～90 Ma(晚侏罗世—早白垩世)与30～2 Ma(新近纪—第四纪)，将这些年龄值再投影到统一的地质时间轴上，就可以对这些样品检测到的油气进行统一分期，确定成藏时间和期次(图7)，胜北构造带主要有2期油气成藏期，分别为晚侏罗世—早白垩世和新近纪—第四纪。

图6 胜北构造带基于热史恢复利用包裹体均一温度确定油气充注时期Fig.6 The determination of oil and gas filling period based on thermal history restoration in Shengbei Structural Zone using inclusion homogenization temperature

2.4 成藏要素组合法确定油气成藏期次

基于构造运动演化和生、储、盖组合，利用盆地模拟软件恢复了主力烃源岩生排烃史，构建了胜北构造带含油气系统事件图，进一步明确了洼陷腹地油气成藏期次(图8)。

图7 三间房组盐水包裹体方法确定油气充注期次和成藏时期事件Fig.7 The determination of oil and gas filling stage and accumulation period events by the method of saltwater inclusions in the Sanjianfang Formation

图8 胜北洼陷腹地油气成藏事件Fig.8 The oil and gas accumulation events in the hinterland of Shengbei Sag

胜北洼陷发育烃源岩主要包括中—下侏罗统水西沟群煤系源岩和七克台组湖相泥岩。烃源岩热演化史模拟表明，胜北洼陷水西沟群煤系源岩在中侏罗世中期三间房组沉积期开始生烃，在晚侏罗世末达到生烃高峰，晚白垩世至古近纪生烃活动几近停滞，新近纪至今，由于上覆地层持续沉积，生烃活动逐渐恢复。七克台组湖相泥岩在晚侏罗世开始生烃，晚白垩世至古近纪生烃活动逐渐减弱，新近纪至今，生烃活动逐渐恢复，达到最高。与生烃活动相对应，烃源岩排烃也呈现类似演化趋势。

研究表明，胜北构造带水西沟群烃源岩有早晚2次生排烃，分别在晚侏罗—早白垩世和新近纪，七克台组湖相泥岩生排烃期以新近纪为主。在主要烃源岩的生排烃到来之前，该区已发育良好的圈闭和盖层条件，可以捕获油气，聚集成藏。因此，存在2个油气成藏关键期，第1期与水西沟群烃源岩第1次生排烃高峰期相对应，介于晚侏罗世—早白垩世，第2期与水西沟群烃源岩第2次生排烃高峰期和七克台组主生排烃期对应，始于新近纪。

3 油气成藏过程及影响因素

结合上述研究分析，研究区第1期成藏时期为中侏罗世晚期至早白垩世，在此期间，胜北洼陷区水西沟群烃源岩生成的油气在原地聚集成藏，形成“自生自储”式油气藏，同时还可以通过油源断裂，向上运移至七克台组和喀拉扎组聚集成藏，形成“下生上储”式油气藏；此外，来自洼陷北部深埋的高熟油气可沿着侏罗系地层侧向二次运移至洼陷区，通过断裂进入上部地层聚集成藏，最终可形成“下生上储”式油气藏。同样地，胜北洼陷区低熟七克台组湖相泥岩生成原油可与来自水西沟群原油混合，在七克台组内部砂岩储层聚集成藏，形成“自生自储”式油藏，同时也可以沿着断裂向上运移至上侏罗统喀拉扎组聚集成藏，该类原油与来自水西沟群的原油混合形成“下生上储”式混源油气藏(图9)。由于此时七克台组湖相泥岩演化程度较低，油气生成量相对有限，其混入比例可能相对较低。

图9 胜北洼陷油气藏成藏模式(剖面位置见图1)Fig.9 The accumulation model of oil and gas reservoirs in Shengbei Sag (see Fig. 1 for the section position)

第2期成藏时期主要在新近纪，在此期间，胜北洼陷油气成藏大体继承了早期油气运聚格局。洼陷区早期聚集油气可沿着断裂向上进一步运移至白垩系连木沁组聚集成藏，不同成因的油气也可进行侧向运移至东部斜坡带聚集成藏，与此同时，七克台组湖相泥岩进入低熟-成熟阶段，生油强度和生油量较之以前有大幅提升，其混入比例也会随之升高。研究表明，胜北构造带油气成藏受油源断裂、砂体连通性和断层封闭性控制，洼陷东北区油气成藏油源条件相对优越，多源混合，调整改造现象较普遍。

4 勘探潜力

胜北洼陷中侏罗统砂体分布明显受断层控制，砂体主要分布在胜北洼陷东部。中—下侏罗统水西沟群烃源岩生烃中心位于胜北洼陷东北区，地层存在超压系统。因此，勘探有利区应着眼于东北区压力系数较高、砂体发育且烃源岩较发育的区域。

胜北洼陷中侏罗统储层超压、断层、砂体分布范围具有一定的耦合性。七克台组超压分布范围与七克台组上部泥岩分布范围大体一致，超压分布同时还受断层分布控制，2号断裂附近及其东北区，地层压力系数普遍大于1.40，地层超压普遍发育，西部及南部区地层压力系数普遍小于1.40，地层超压相对不发育，七克台组砂体主要分布在超压发育的2号断裂东北区。三间房组超压分布范围与七克台组类似，地层压力系数更高，如胜北2号构造钻探的胜北502H井，七克台组水平段长348 m，砂层钻遇率32%，压力系数为1.11,采用3段压裂，日产气为1.02×104m3/d ，日产油为3.19 t/d。胜北3号构造钻探的胜深3井，三间房组压力系数达到1.61，且三间房组砂体分布范围比七克台组广，勘探潜力更大。分析认为，中侏罗统砂体分布范围与超压发育区域具有较好的吻合度，说明研究区中侏罗统砂岩储层横向连通性较好。虽然胜北洼陷中侏罗统致密砂岩具有单砂体薄、分布范围小的特点，且地层被断裂系统复杂分割，但存在多套砂层横向连通、纵向上叠合成片的特点。如果采用“水平井+体积压裂”提产技术，将进一步实现该区致密砂岩气的效益动用。

5 结 论

(1) 胜北洼陷发育中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩和中侏罗统七克台组烃源岩，上侏罗统、白垩系油气主要来自于中侏罗统七克台组，中侏罗统七克台组、三间房组油气主要来自于胜北洼陷中—下侏罗统水西沟群煤系烃源岩，油气藏类型为下生上储致密砂岩凝析气藏。

(2) 胜北洼陷水西沟群烃源岩有早晚2次生排烃，分别在晚侏罗—早白垩世和新近纪，七克台组湖相泥岩生排烃期以新近纪为主。中侏罗统致密气藏表现为两期成藏，分别为晚侏罗世—早白垩世和新近纪—第四纪，与烃源岩生排烃时期一致。油气成藏受油源断裂、砂体连通性和断层封闭性控制，洼陷东北区油气成藏油源条件相对优越。

(3) 胜北构造带中侏罗统砂岩储层横向连通性好，多套砂层横向连通、纵向上叠合成片，砂体分布受断层控制，主要分布在胜北洼陷东北区。东北区烃源岩发育、地层超压、深大断裂发育，是下一步勘探的有利区域。