玛湖地区构造演化及对玛东斜坡百口泉组油气成藏的影响

董文波，李勇根，桂志先

1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北 武汉 430100

2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100

3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083

构造运动及构造演化对于石油、天然气的生成、运移和聚集具有重要的控制作用[1-3]。在沉积盆地中，构造运动通过对沉积环境的控制影响着烃源岩的形成。构造沉降作用使烃源岩埋藏于地下形成适合油气生成的温度、压力等条件，从而使烃源岩生成大量油气[4-6]；构造运动形成的断裂、裂缝以及不整合面等为油气的运移提供了运移通道[7-8]；构造运动形成的背斜、断块等为油气聚集提供了圈闭条件[9-12]。由此可见，构造运动及演化贯穿着油气藏形成的全过程，系统分析区域构造演化过程可以明确油气生成、运移以及聚集的方式和特征，对于油气勘探开发工作具有重要的指导意义[13-15]。

准噶尔盆地玛湖地区经历过多期构造运动，目前的构造格局是多期次、多成因、多层次的构造变形相互叠加而形成的，每个期次的构造运动以及构造特征决定了玛湖地区油气的生成、运移以及油气藏的分布特征[16-18]。因此系统梳理构造线索，通过三维地震资料分析玛湖地区的构造形成和演化过程，对于指明下一步油气勘探方向具有重要意义。前人的研究工作主要集中在玛东斜坡现今构造特征分析上，对于构造演化以及构造演化过程对油气成藏影响的研究较少。为此，本文在系统分析构造要素、构造样式以及地层岩性、厚度平面分布特征的基础上，应用三维地震资料开展了西部隆起-玛湖凹陷-夏盐凸起自二叠纪至今的构造演化研究，并结合岩心分析化验、试油试采等资料分析了构造演化、构造特征对玛东斜坡烃源岩分布、油气运移、储层物性以及油气聚集的影响，为玛东斜坡下一步油气勘探指明了方向。

1 工区地质概况

玛湖地区位于准噶尔盆地中央坳陷西北部，夏盐凸起、达巴松凸起与西部隆起之间(见图1)，面积约2 000 km2，研究区构造自北西向南东依次为西部隆起逆冲构造带、玛西斜坡、玛湖凹陷、玛东斜坡、夏盐凸起及达巴松凸起。整体呈现北西、南东两侧高，中间低的构造形态，西部隆起及夏盐凸起断裂发育，中间玛湖凹陷断裂发育较少。钻井揭露地层自上而下依次为第四系、新近系、古近系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系。本次研究目的层为三叠系百口泉组，与下伏二叠系为区域性不整合接触[16-18]。玛东斜坡百口泉组储层为扇三角洲前缘水下分流河道砂体，岩性以灰色砂砾岩为主，砂体大规模连续发育。储层孔隙度为8.00%～15.81%，平均孔隙度为11.45%，中值为10.79%；渗透率为0.41～23.30 mD，平均渗透率1.56 mD，中值1.02 mD，为低孔、低渗-特低渗储层。目前研究区内多数井试油均具有油水同出的特征，日产液0.17～80.14 m3；根据玛104井、达132井以及盐北2井饱和度分析化验可知百口泉组含水饱和度为19.8%～78.5%，平均含水率为67.3%，为低含油饱和度油藏。

图1 玛湖地区区域构造位置图

2 主要构造线索

2.1 主要构造要素和构造样式

三维地震资料表明，玛湖地区断裂类型复杂多样，既发育挤压构造背景下的逆冲推覆构造、背冲构造、叠瓦逆冲构造，也发育拉张构造背景下的高陡大型正断层和小型正断层(见图2)。平面上，断裂主要发育在西部隆起及夏盐凸起、达巴松凸起，中间玛湖凹陷断裂发育较少。西部隆起主要发育逆冲推覆构造、叠瓦逆冲构造以及背冲构造，主干断裂呈北东走向，断距较大，断面呈典型的上陡下缓的铲状；中间玛湖凹陷断裂主要集中在浅层，以正断层为主，断层倾角较大，断距较小；而夏盐凸起和达巴松凸起主要发育逆冲推覆构造和背冲构造。

注：K1tg为白垩系吐谷鲁群；J1b为侏罗系八道湾组；P1f为二叠系风城组；T1b为三叠系百口泉组；P2w为二叠系下乌尔禾组。

1)叠瓦逆冲构造、逆冲推覆构造：主要发育在西部隆起，一般由1～4条大型断层组成，走向北东，倾向北西，断面呈典型的上陡下缓的铲状，倾角为10～80°，最大垂直断距500 m，延伸长度贯穿整个西部隆起，主要活动时间为石炭纪到三叠纪；该断层的断面上部近于直立，下部逐渐变缓并深入基底。该构造东南方向为玛湖凹陷，东北方向为扎伊尔山和哈拉阿拉特山(见图2、图3)。

注：P2x为二叠系夏子街组。

2)背冲构造、反冲断层以及小型正断层：主要发育在西部隆起和夏盐隆起，背冲构造主要由反冲断层和逆冲断层组成，反冲断层走向北东，断面倾向为南东方向，与整体西部隆起的逆冲方向相反，断面平缓，倾角为20～45°，最大垂直断距300 m。部分背冲构造腹部发育由于重力作用导致的塌陷而形成的小型正断层，此类断层断距较小，断层倾角较大，一般70～90°，倾向多数与反冲断层倾向一致(见图2、图4)。

图4 玛湖地区背冲构造典型地震剖面(Line664)

3)高陡正断层：发育数量较少，主要集中在白垩系，仅有部分断层断开层位较老，包括三叠系、二叠系乌尔禾组等，高陡正断层均呈北东走向，倾向南东，倾角大于60°，最大垂直断距仅20 m，延伸长度较短。

2.2 地层厚度及岩性特征

构造升降、可容空间大小以及沉积物供应速率决定了地层的厚度，同一时期形成地层的厚度空间变化对构造运动具有指示作用，可将地层的厚度作为衡量构造运动及升降幅度的重要标志。玛湖地区二叠系-古近系厚度演化可以划分为3个阶段：

1)二叠系佳木河组沉积时期：现今处于高部位的西部隆起佳木河组厚度大，向玛湖地区构造逐渐变低，但地层厚度快速减薄，超覆尖灭于夏盐凸起之上，岩性以紫灰色、棕灰色以及灰绿色凝灰质碎屑岩和火山熔岩为主，火山熔岩岩性主要为安山岩、玄武岩，火山熔岩主要分布在西部隆起，向玛湖地区及夏盐凸起方向逐渐过渡为凝灰岩。

2)二叠系风城组-上乌尔禾组沉积时期：风城组到上乌尔禾组的地层厚度分布特征具有较高的一致性。处于二叠系构造低部位的玛湖地区地层厚度最大，向二叠系高部位西部隆起方向地层厚度变化较小，呈逐渐减薄的趋势，向二叠系高部位玛东斜坡及夏盐凸起方向，地层快速减薄，构造高部位缺失风城组。风城组岩性以灰黑色泥岩、凝灰质白云岩以及凝灰质砂岩为主，上部夏子街组、下乌尔禾组、上乌尔禾组主要表现为冲积扇-扇三角洲的泥岩、砂砾岩互层的纵向组合特征。

3)三叠系百口泉组-古近系沉积时期：三叠系与下伏二叠系上乌尔禾组为角度不整合接触，现今百口泉组及以上地层的构造形态从西部隆起-玛湖地区-玛东斜坡及夏盐凸起呈现北西高、南东低的单斜形态，局部发育低幅构造，但整体地层厚度保持稳定；向西部隆起方向地层厚度减薄并超覆尖灭于西部隆起，在西部隆起高部位缺失三叠系，岩性以扇三角洲-辫状河的泥岩、砂岩和砂砾岩等碎屑岩为主。

3 构造演化及成因机制

在准噶尔盆地宏观构造背景下，综合研究区断裂特征、构造样式以及地层厚度特征、岩性特征等主要构造线索对玛湖地区古构造进行了分析，并基于典型地震剖面开展了构造发育史研究，结合油气成藏研究的需要对构造演化阶段进行了划分，系统分析了从石炭纪到古近纪的构造演化过程，并对现今构造格局成因进行了剖析(见图5)。

注：E为古近系；K为白垩系；J为侏罗系；T3b+ T2k为三叠系白碱滩组+克拉玛依组；T1b为三叠系百口泉组；P2w为二叠系下乌尔禾组；P2x为二叠系夏子街组；P1f为二叠系风城组；P1j为二叠系佳木河组；C为石炭系。

1)石炭纪晚期强烈挤压构造形变阶段：石炭纪晚期在北东-南西向强烈挤压的构造应力作用下，形成了一系列呈北东向延伸的逆冲断层，此时西部隆起处于构造低部位，而且受构造运动改造作用较弱，逆冲断层断距均小。玛湖凹陷和夏盐凸起断裂活动最为剧烈，强烈的断层活动使石炭系古地貌变化较大，玛湖凹陷和夏盐凸起大幅隆起，形成了古隆起。伴随着强烈的构造运动，火山活动频繁且强度较大，这也是玛湖地区石炭系岩性主要为玄武岩、安山岩等火山熔岩的原因。

2)二叠纪早-中期西部隆起逆冲推覆阶段：虽然二叠纪早-中期的构造应力特征与石炭纪一致，但是对玛湖地区的改造、对地层形成的控制以及对油气成藏均具有特殊的影响，所以将该阶段单独划分出来进行论述。佳木河组沉积时期，玛湖地区保持着从西部隆起到夏盐凸起逐渐升高的构造趋势，所以佳木河组在西部隆起地层厚度最大，向玛湖凹陷方向迅速减薄并超覆尖灭于夏盐凸起之上。佳木河组沉积末期，西部隆起逆冲断层活动逐渐加剧，由北向南的叠瓦逆冲构造带逐渐形成，构造逐级抬升；东部、南部的夏盐凸起、达巴松凸起继承性发育，并有大幅度隆起的趋势，此时位于西部隆起和夏盐凸起、达巴松凸起中间的玛湖凹陷相对下降，进入坳陷期。所以风城组、夏子街组以及乌尔禾组地层均表现为玛湖凹陷地层厚度最大，向西部隆起方向地层厚度逐渐减薄，向夏盐凸起方向迅速减薄并超覆尖灭于夏盐凸起之上的特征。

3)二叠纪末期-三叠纪早期整体抬升遭受剥蚀阶段：二叠系顶界为区域性角度不整合面，从典型地震剖面(见图3)可以清晰看出二叠纪末期整个玛湖地区受北西-南东向强烈挤压，控制古凸起的大型逆冲断层剧烈活动，使整个玛湖地区持续抬升，区域遭受剥蚀，由于逆冲作用形成的背冲构造、逆冲推覆构造等顶部被剥蚀破坏，与上覆三叠系形成典型的区域性角度不整合接触。

4)三叠纪-侏罗纪缓慢下降阶段：三叠纪-侏罗纪玛湖地区缓慢沉降，玛湖凹陷进入坳陷阶段，西部隆起部分逆断层轻微持续活动，夏盐凸起基本停止隆起，所以三叠系和侏罗系以披覆构造层的模式覆盖在不整合面之上；由于此时构造活动微弱，三叠系-侏罗系地层厚度整体变化较小，仅向西部隆起方向逐渐减薄，并超覆于西部隆起之上。

5)白垩纪末期掀斜阶段：白垩纪末期，准噶尔盆地总体以南北向挤压为主，在玛湖地区主要表现为北高南低的整体掀斜，所以白垩系厚度全区基本一致，但却表现出北西高、南东低的构造特征。原本处于构造高部位的西部隆起由于整体掀斜作用而进一步抬高，玛湖凹陷由于北西方向抬高，凹陷中心向南发生迁移，即现今凹陷中心并非发生沉积时的沉积中心，导致现今凹陷中心地层厚度小于西北方向斜坡区的地层厚度。玛东斜坡由于北西方向抬升，导致原始形成的背斜、鼻隆等遭受破坏，或者规模变小。

由上述分析可知，研究区现今构造格局是从石炭纪到白垩纪等多期构造叠加而形成的，多期次、多成因、多层次的构造变形相互叠加，导致研究区构造样式繁多、构造格局复杂。此外，虽然玛湖地区经历的构造演化过程具有较强的一致性，但构造位置不同，构造活动幅度存在差异，所以呈现出不同的构造特征。在西部隆起中部挤压强烈的区域，发育叠瓦逆冲构造，而两侧构造活动较弱的区域，则发育简单的逆冲推覆构造。

4 构造演化对玛东斜坡百口泉组油气成藏的影响

构造演化对于油气的运移、聚集具有重要的控制作用，与油气分布具有密切的关系，研究区构造对百口泉组油气成藏的影响主要表现为控制烃源岩的分布、提供油气垂向输导和横向运移通道、改善储层物性以及导致油气逸散及二次聚集等4个方面。

4.1 控制烃源岩分布

优质充足的烃源岩是形成规模油气聚集的物质基础。对于玛东斜坡百口泉组的特低渗储层而言，需要大面积高丰度烃源岩内部或者近源短距离供烃。通过油源对比分析可知，玛东斜坡百口泉组的油气主要来自玛湖凹陷二叠系风城组晚期高熟烃源岩；而根据构造演化研究成果可知，风城组沉积时期夏盐凸起以及达巴松凸起大幅度隆起，玛湖凹陷沉积中心靠近西北部。所以西部隆起及玛湖凹陷西北部的风城组地层厚度较大，而向玛东斜坡方向风城组迅速减薄并尖灭，直接导致玛东斜坡不仅烃源岩厚度整体较薄，而且远离生烃中心，油源供给有限，成藏时油气充注程度较低，兼之储层物性差、构造平缓，导致玛东斜坡百口泉组整体含油饱和度较低。

4.2 提供油气垂向输导和横向运移通道

油源对比分析表明，玛东斜坡百口泉组已探明油气均来自二叠系风城组高熟烃源岩，烃源岩和储集层中间隔着平均厚度近千米的夏子街组、乌尔禾组。构造运动对于油气的二次运移具有积极作用。根据埋藏史条件分析，在三叠纪晚期有机质热演化达到生烃高峰，油气大量生成并开始运移，挤压作用形成的大量逆冲断层，贯穿二叠系烃源岩与三叠系百口泉组储层，而且断层活动过程中的应力释放使断层附近形成破碎带，其渗透性远高于正常地层，为风城组的油气垂向运移至百口泉组提供了最有效的通道。而且百口泉组紧邻二叠系和三叠系之间的区域不整合面，区域性的地壳运动、沉积间断和剥蚀，使不整合面下伏地层遭受风化侵蚀和淋滤，形成孔隙度、渗透率相对较高的古风化壳[19-21]，其上即为百口泉组，油气沿着断层从风城组垂向运移至不整合面之后，沿着不整合面发生侧向运移进入百口泉组储层并在有利区域发生聚集。

4.3 改善储层物性

构造运动对储层物性的改善主要体现在断裂活动期由于应力释放而产生的断层和裂缝，特别是强烈逆冲构造带形成的裂缝集中发育区是一般断裂所不能相比的，它能在很大程度上改善储层物性[22-24]。铸体薄片分析结果表明，靠近大型断裂的区域广泛发育构造缝，而且距离断层越近，储层受构造影响越大，构造缝的发育程度越高(见图6)，对储层物性的改造作用越强，渗透率远高于凹陷中心断裂不发育的区域。试油试采结果也显示出产液量与井和断层之间的距离具有较强的正相关性，即生产井距离断层越近，储层物性越好，产液量越高。数据统计结果显示，当完钻井与断层之间的距离小于1 km时，日产液量为0.73～26.80 m3，平均为15.09 m3，而且以油为主，含水率普遍较低，这是由于断层改善了附近储层的物性，使油气充注更加容易，充注程度更高，含油饱和度高，且物性好，试油试采时产液量随之升高；而当完钻井与断层之间的距离大于2 km时，日产液量仅0～1.60 m3，普遍以干层和水层为主，基于荧光薄片、压汞以及铸体薄片等资料分析，其低产原因是由于储层物性差导致油气充注难度大，含油饱和度低甚至不含油导致。

4.4 导致油气逸散及二次聚集

油气运移研究成果表明，玛湖地区油气大量生成并开始运移的时期为三叠纪晚期，玛东斜坡百口泉组油藏也主要形成于此时，如玛19井区、玛11井区、达13井区以及盐北4井区等断鼻、背斜等。但是，白垩纪末期的南北向挤压作用，使玛东斜坡北西侧整体抬高，南东侧整体下降，原有圈闭的溢出点抬高，导致圈闭被破坏或者圈闭范围减小，如玛19井区、玛1井区的圈闭被完全破坏，油气逸散，而达13井区、盐北4井区背斜规模减小，但依然被保存至今(见图7)，与达13井区、盐北4井区试油为纯油层的结论基本一致。

图7 玛东斜坡百口泉组古地貌图

5 结论

1)玛湖地区构造演化主要包括石炭纪晚期强烈挤压构造形变阶段；二叠纪早-中期西部隆起逆冲推覆阶段；二叠纪末期-三叠纪早期整体抬升遭受剥蚀阶段；三叠纪-侏罗纪缓慢下降阶段；白垩纪末期掀斜阶段等5个阶段。

2)玛湖地区构造演化对玛东斜坡百口泉组油气成藏的影响主要包括4个方面：控制烃源岩分布，提供油气垂向输导和横向运移通道，改善储层物性以及导致油气逸散及二次聚集等。由于整体油源不充足以及构造调整的二次破坏，玛东斜坡百口泉组整体含油饱和度较低，局部富集。通过构造解析和勘探实践表明，靠近断层的继承性发育的背斜、鼻状构造是油气勘探的有利方向。