引用本文

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doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0241

准噶尔盆地玛湖凹陷下三叠统百口泉组源外“连续型”油藏成藏机理与富集规律

阿布力米提·依明¹ ，唐勇¹，曹剑²，陈刚强¹，陈静¹，陶柯宇² 

关键词： 连续型油气藏       扇三角洲       湖相优质烃源岩       高熟轻质油气       源外成藏       百口泉组       玛湖凹陷      

中图分类号:TE122.2      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)02-0241-10

Accumulation mechanism and enrichment rules of the continuous hydrocarbon plays in the Lower Triassic Baikouquan Formation of the Mahu Sag,Junggar Basin

Ablimit·Imin¹ ，Tang Yong¹，Cao Jian²，Chen Gang-qiang¹，Chen Jing¹，Tao Ke-yu² 

Key words： Continuous oil and gas play;       Fan delta;       Lacustrine high-quality source rock;       Highly mature and light oil and gas;       Hydrocarbon accumulation far from source sequences;       Baikouquan Formation;       Mahu Sag;      

引言

准噶尔盆地是我国西部的一个典型大型叠合含油气盆地，其勘探最近取得重大突破，在西北缘断裂带“百里油区”下倾方向玛湖凹陷斜坡区，于下三叠统百口泉组砂砾岩储层中发现了国内外罕见的源外“连续型”轻质油(气)藏，整装亿吨级油藏落实，是中国石油天然气股份有限公司(中石油)近年来的勘探大突破^[1,2]。这是准噶尔盆地迄今为止首次发现的凹陷区古生新储型大面积连片成藏层系，与国内外的已有勘探实例相比，源外古生新储和砂砾岩连片成藏是不多见的^[3-6]，故而展示出重要的基础理论与实践应用研究意义。为及时展开总结，丰富成藏理论与勘探实践，本文主要初步分析油气的成藏机理与富集规律。

1 油(气)藏基本特征

准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组的油气勘探目前已展现出大场面（图1），在西翼夏子街扇群玛131井—玛15井—夏72井区已落实亿吨级控制储量，在克拉玛依扇群和黄羊泉扇群的玛湖1井和玛18井分别获得高产工业油流，日产原油最高近60t，在西翼的风南扇发现新的接替规模储量区，另外部署在玛东—夏盐扇群的几口探井(如盐北1井、盐北2井)也已见油流，平面上开始连片，展示出高产油气区的特征，是新疆油田公司，乃至中石油近年来的勘探大发现。 以研究区内最早发现的玛131井区百口泉组油藏为例，如图2，其目的层下三叠统百口泉组根据岩性、电性、沉积旋回和含油性，可分为3段，自下而上依次为百一段(T₁b₁)、百二段(T₁b₂)、百三段(T₁b₃)；其中，百二段自上而下又可分为2个砂组(T₁b¹₂、T₁b²₂)，又以百二段一砂组(T₁b¹₂)为主力油层，其岩性以灰色、褐灰色砂砾岩、含砾泥质粉砂岩、泥质粉砂岩为主。 这些油气的分布与断裂关系密切，以玛131井区百口泉组油藏为例，该油藏为受玛13井北断裂、夏9井北断裂、夏89东断裂、夏2井断裂遮挡，带边水的断块构造油藏，断块构造内被玛131井东断裂、玛15井东断裂进一步切割，将油藏切割成3个次一级的断块。油(气)藏具有常压—超压特征。

玛湖凹陷百口泉组现今勘探发现主要以原油为主，并普遍含气。具体而言，原油密度总体分布在0.78～0.86g/cm³之间，主体在0.82～0.86g/cm³之间，表现出高熟轻质的特征；天然气样品中甲烷含量总体分布在59.7%～92.8%之间，平均为76.8%；乙烷含量分布在2.5%～11.9%之间，平均为7.4%，表现为湿气性质；此外最近随勘探程度的加深，也发现了一些干气。故从已发现的油气基本性质看，属于成熟—高成熟演化阶段的产物。 这些油气总体而言具有“整体含油(气)、局部富集、甜点高产”的特点，符合经典的“连续型”油(气)藏特征^[3-7,8]。但考虑到这些油(气)，经油(气)源对比，主要来自于深层的下二叠统风城组湖相优质烃源岩^[9,10](详见2.3节)，表现出源外成藏的特征，不同于经典的“连续型”油(气)藏^[8-11,12]，因此称之为源外“连续型”油(气)藏，这是国内外该类油(气)藏的一个新典范，故具有重要的理论与实践研究意义，是对全球“连续型”油气藏研究热点与前缘的重要补充。

2 油气成藏机理

玛湖凹陷百口泉组平均埋深3 000~4 000m，储层整体表现为低孔、低渗，与下伏二叠系烃源层相隔1 000~2 000m，如此条件下，整体大面积连片油气藏如何形成？有哪些关键因素？分析认为，主要有以下三点。

2.1 资源基础好

玛湖凹陷深层石炭系—二叠系稳定发育4套优质烃源岩（图3），这4套烃源岩系中均有中等—高有机质丰度的泥岩样品分布，并且比较而言，以下二叠统风城组烃源岩质量最为优质，虽然其有机碳含量并不是最高，但生烃潜量却总体表现为最高，反映其有机质类型最好，这在其碳同位素和氢指数地球化学指标上得到了反映，碳同位素组成相对最轻，而氢指数相对最高。风城组烃源岩沉积于盐(碱)湖相还原环境^[9-13]，研究发现，此类碱湖沉积母质类型好，微生物发育，生烃能力往往数倍于常规湖相烃源岩，属于优质烃源岩，生成的烃类轻质，有利于原油流动与产出^[14,15]。 这些优质油气经切穿烃源岩系的断裂沟通（图4），构成了有利的输导和运聚条件^[16]。构造演化研究发现，早石炭世—二叠纪前陆隆起时期，盆地受挤压应力影响，形成了一系列沟通烃源岩层的大型逆断裂，逆断层持续发育至早中三叠世停止，断开至百口泉组，沟通了深层风城组等4套烃源层，形成了油气运移的高速通道（图4）^[17,18]。具体而言，在中拐—五八区及玛南斜坡区，发育大型走滑断裂体系，直接沟通油源，百口泉组形成断层岩性油藏；在玛北斜坡区，夏子街构造带为逆断裂夹持的鼻状构造，断裂断开至T₂k底部，沟通下部生油层；在玛东斜坡区，受前缘隆起带影响，沿着鼻状构造形成一系列逆断裂，断开至T₂k，沟通了下部生油层。

综合上述，研究区位于富烃凹陷中心区，断裂沟通了烃源层和储层，因此高熟油气源充足，资源基础好，这是油气能够源外大面积分布成藏，形成高产区的物质基础。

2.2 具备储层和顶底板封盖条件

玛湖凹陷三叠系百口泉组具备形成“连续型”油气藏的储层条件，发育大规模稳定分布的砂砾岩储层，这为油气的大面积运聚提供了良好的输导和储集条件。研究表明，这些砂砾岩储层属于扇三角洲沉积^[19-21]。如图1,图5所示，玛湖凹陷周缘共发育了四大物源沉积体系，与之对应发育了六大扇体，分别为夏子街、黄羊泉、克拉玛依、中拐、玛东及夏盐。在六大扇体的控制下，百口泉组陆源碎屑供给充足，沉积时坡度较缓，扇三角洲前缘亚相发育，砂体可直接推进至湖盆中心，尤其早期低位沉积的百一段、百二段，砂砾岩分布广、厚度大、物性相对较好。单个扇体前缘相分布面积较大，均在数百平方公里。这些扇体的发育受古地貌控制，山口及沟谷控制着主槽及平原相分布，大型走滑断裂控制主流线的延伸，扇体两翼控制前缘相广泛分布，古高地发育扇间泥岩带（图5）。

油气沿断裂自深层石炭系—二叠系烃源岩系进入三叠系三角洲前缘有利储层后，受到良好的顶板、底板、边板保护，加之晚白垩世后区域构造活动相对较弱，断裂开始封闭，使得油气不易再次运移或调整/逸散，利于油气的保存富集，这也是油气为什么能够大范围普遍存在的原因^[22]。如图6所示，百口泉组顶部发育中三叠统克拉玛依组泥岩顶板，底部发育中二叠统下乌尔禾组泥岩底板与百口泉组致密砂砾岩底板，侧向在构造高部位邻近物源区，主要发育扇三角洲平原相致密砂砾岩侧向遮挡。显然，泥岩的封盖性能好，而对于扇三角洲平原相的砂砾岩隔挡层，岩石分选性差、泥质含量高、物性差，孔隙度大多在5%以下，渗透率大多小于0.1×10^-3μm²，如以夏74井为例，测井解释孔隙度为2.8%，夏9井测井解释孔隙度为3.2%。相比而言，在多面隔挡之下发育的百口泉组有效储层主要为扇三角洲前缘相的灰色砂砾岩，这类储层分选较好，泥质含量低，孔隙度在6%~14%之间，平均在10%左右，渗透率普遍大于1×10^-3μm²，如以玛18井为例，平均孔隙度为10.5%，平均渗透率为5.66×10^-3μm²，玛2井平均孔隙度为9.42%，平均渗透率为1.41×10^-3μm²。因此三面有遮挡，顶底板条件优良，加之储层也相对致密、底水不活跃，利于油气富集^[22,23]。

2.3 油气充注和成藏演化配置好

如前所析，研究区存在多套优质烃源岩（图2），并以风城组质量为最佳（图3），因而，理论而言，风城组是研究区油气最为现实的烃源岩，这得到了区内目前所发现油气地球化学特征的佐证[图7(a)]，研究区原油的碳同位素值均小于-28‰，表现为典型的油型干酪根所生原油；Pr/Ph值均小于1.3，反映烃源岩形成于还原的沉积环境中；此外，这些原油的伽玛蜡烷指数均高于0.2，表现为盐(碱)湖所生原油特点；三环萜烷C₂₀、C₂₁、C₂₃也主要呈上升型分布；所有这些特征均与研究区风城组优质烃源岩的特征高度一致^[9,10]，说明研究的原油主要来自风城 组烃源岩。而对于天然气[图7（b）]，同位素地球化 学分析表明，主体属于油型气，也对应着风城组烃源岩^[9,10-24]。可见，玛湖凹陷百口泉组的原油和天然气均主要来自于风城组。 生烃演化研究发现，风城组优质烃源岩总体存在2次生排烃高峰期（图8），2期油气连续充注斜坡区百口泉组前缘相有利储层，成藏演化配置好，加之平原相致密砂砾岩、扇间泥岩和断裂形成三面遮挡，顶底板条件有利，保存条件好（图6），利于整体含油

与成藏富集。 如图8，风城组主力优质烃源岩存在2个主要排烃期:三叠纪—早侏罗世、早白垩世^[9,10]。其中第一期主要为成熟油的连续充注，储层中发育沥青和黄色荧光游离烃包裹体；相比而言，早白垩世主要为高熟油气的充注，储层中发育蓝白色荧光烃包裹体。结合储层演化研究，发现三叠纪—早侏罗世第一期油气充注时，百口泉组埋藏较浅(500~1 000m)，压实作用弱，储层物性好(孔隙度为20%)，因此整体普遍成藏；至早白垩世第二期油气充注，百口泉组储层埋藏加深(3 000~4 000m)，压实作用变强，储层物性变差(孔隙度为10% )，因此油气主要聚集在前缘相有利储层发育区，受储层临界物性控制高熟油在斜坡带形成大面积低渗透岩性油藏，理论计算百口泉组中质油充注储层临界孔隙度为10.7%，轻质油充注储层临界孔隙度为7.7%，故而有利储层中聚集的是成熟、高成熟2期油气，油气源充足，跟储层配置好。 综合上述，可见玛湖凹陷百口泉组“连续型”油气成藏具有三大有利条件:资源基础好、储层和顶底板条件佳、油气充注和成藏演化配置好，这是油气能够源外“连续型”成藏的机理。

3 油气富集规律与高产控制因素

3.1 油气富集规律

通过与国内外同类油气藏的对比，发现准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组源外“连续型”油(气)藏的特色有3种:优质湖相烃源岩提供了资源基础、沟通烃源和储集岩系的大型走滑断裂使得油气能够源外成藏、扇三角洲沉积体系提供了优越的储层与油气“连续型”分布条件，这也是油气能够富集的规律所在。 如图9所示，玛湖凹陷是准噶尔盆地迄今经勘探所证实的最富生烃凹陷，其优质烃源岩主要分布于二叠系(含石炭系)，二叠系具有典型的前陆盆地沉积特征，由下至上共发育下二叠统佳木河组、下二叠统风城组、中统下乌尔禾组3套烃源岩。这4套烃

源岩厚度大、分布广，油气资源量大，又以风城组湖相烃源岩最为优质（图3），提供了油气富集的物质基础。油气自烃源层中排出后，主要沿NW—NWW向的调节走滑断裂向上运移，断裂陡直，多数被三叠系不整合覆盖，或后期活动微弱，具有走滑性质（图4）^[17-25]。断裂向下切穿以风城组为主的优质烃源岩系，向上与三叠系底不整合面沟通，并被三叠系巨厚泥岩封盖，形成立体的油气输导体系（图4）。遇到百口泉组的扇三角洲相对优质储层，形成稳定聚集与分布。百口泉组砂砾岩储层厚度分布在50～100m之间，孔隙度主要分布在5%～12%之间，油层厚度分布在10～50m之间，储集空间类型主要为剩余粒间孔、溶孔(长石),其次是黏土收缩孔、微裂缝。下伏二叠系烃源岩生烃产生的有机酸性水沿裂缝、不整合面向上持续溶蚀是次生孔隙发育的主要因素，与残余的原生孔隙以及裂缝等一起构成了复合的储集空间。这类储层在形成时受凹陷周缘六大扇体控制，陆源碎屑供给充足，沉积坡度较缓，砂体可直接推进至湖盆中心，为油气的大范围“连续型分布”提供了有利条件。

3.2 油气富集与高产控制因素

在以上查明玛湖凹陷百口泉组源外“连续型”油气成藏机理与富集规律的基础上，进一步分析发现，油气的富集表现为“三元”控制:有利相带、鼻凸构造、断裂，而异常高压和裂缝对油气的高产具有重要影响。 首先是油气富集受有利相带控制，这种相带即是扇三角洲群（图1）。研究区内勘探目前最为成功的当属夏子街扇群，又可进一步划分出2个扇体——夏子街扇体与风南扇体，而其他的几个扇体，包括黄羊泉扇群的玛18井，克拉玛依扇群的玛湖1井，玛东—夏盐扇群的盐北1井、盐北2井，也均已发现油气（图1）。扇体的前缘亚相进一步控制了油气的富集程度。百口泉组储层主要形成于扇三角州前缘及平原沉积环境，发育扇三角洲平原相褐色砂砾岩、褐色砾岩，以及发育于扇三角洲前缘水下分流河道的灰色砂砾岩、灰色砾岩。前者分选较差，砂、泥、砾石大小混杂堆积，泥质杂基含量较高，因而储集性能相对较差。相比而言，后者所处水动力条件较强，受到河水及湖水的淘洗作用，泥质含量较低，分选性较好，储集性能相对较好。因此，有效储层主要为扇三角洲前缘水下分流河道的灰色砂砾岩、灰色砾岩，而扇三角洲平原相褐色砂砾岩、砾岩为非储层，沉积亚相控制了储层的含油气性与油气富集程度。 其次是油气富集受构造鼻凸和断裂控制，典型表现在目前研究区所发现的油气均位于具有鼻状构造背景的凸起带上，它们在断裂的沟通下，是油气运移有利的聚集目标^[26]，再叠加上上面阐述的扇三角洲前缘相带，即是平面上有利的油气富集区带（图1,图4）。构造鼻凸往往与断裂伴生，这些断裂对油气成藏与富集具有重要作用，特别是对于此处的油气跨层远距离成藏，断裂的作用至关重要，没有这些切穿烃源岩系的深大断裂，来自深部烃源岩所生油气就不可能运移上来（图4）。从平面上看，研究区NE向主断裂控制着扇体与主槽致密带的分布以及侧翼EW向次级断裂控制坡折带的分布，进而控制扇三角洲前缘砂体的分布和相应油层的发育层位（图9）。 此外，异常高压和裂缝对油气的富集与高产具有重要影响。众所周知，“连续型”油藏因主体处于凹陷区，所以储层相对较为致密，从而认为原油的可流动性与开采是一个重要问题^[27]。通常认为，异常高压与裂缝的存在利于储层打开，形成高产^[28-30]，这些有利条件在玛湖凹陷百口泉组均具备。研究发现，玛湖凹陷百口泉组发育异常高压(压力系数大于1.3)，高压分布区往往就是油气成藏有利区；岩心观测中也发现了不少裂缝，裂缝通常发育在脆性地层区，这些裂缝可改善储层，为高产创造条件。 综合上述，玛湖凹陷百口泉组油气成藏与富集主要受控于沉积相带、鼻状构造带与断裂，优势相带是扇三角洲前缘，高产还受控于异常高压和裂缝。据此，将这些主控因素叠合，预测了下步油气勘探的有利区带，以供勘探参考（图1），充分展示出良好勘探前景。

4 结论

(1)准噶尔盆地玛湖凹陷下三叠统百口泉组新近发现了我国首个源外“连续型”亿吨级油(气)藏，整体含油(气)，大面积连片成藏，油气高产。 (2)百口泉组整体含油具备三大有利条件:资源基础好、储层和顶底板条件佳、油气充注和成藏演化配置好，这是百口泉组源外“连续型”油气成藏的机理。其富集规律和特色有三:优质湖相烃源岩提供了资源基础、沟通烃源和储集岩系的大型走滑断裂使得油气能够源外成藏、扇三角洲沉积体系提供了优越的储层与油气“连续型”分布条件。 (3)油气富集表现为“三元”控制:扇三角洲前缘沉积相带、构造鼻凸、断裂，三者相叠合部位是下一步油气勘探的有利目标，异常高压和裂缝对油气高产具有重要影响。

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