图1（Fig.1）引用本文
Han Xianglei,Wu Qianqian,Lin Huixi,et al.Types of carrier system and models of hydrocarbon migration and accumulation of Hala’alat Mountain structural belt in the northern margin of Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(4):609-618.[韩祥磊，吴倩倩，林会喜，等.准噶尔盆地北缘哈拉阿拉特山构造带油气输导系统类型及运聚模式[J].天然气地球科学，2016,27(4):609-618.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.04.0609
准噶尔盆地北缘哈拉阿拉特山构造带油气输导系统类型及运聚模式
关键词： 地质结构 输导模式 地球化学示踪 超剥带 推覆—冲断带 哈山地区
中图分类号:TE122.1 文献标志码:A 文章编号:1672-1926(2016)04-609-10
Types of carrier system and models of hydrocarbon migration and accumulationof Hala’alat Mountain structural belt in the northern margin of Junggar Basin
Han Xiang-lei
，Wu Qian-qian，Lin Hui-xi，Zhang Kui-hua
Key words： Geological structure; Transforming pattern; Geochemical tracing; Overlap denudation zone; Nappe-thrust zone; Hashan area;
引言
哈拉阿拉特山(下文简称“哈山”)构造带处于哈山与准噶尔盆地的结合部位，系西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块晚古生代板块碰撞、俯冲作用形成的增生造山带[1]，属“早动早衰型”山前带[2]。国内外勘探实践证实，山前构造带“内部”蕴涵着丰富的油气，是寻找大中型油气田的重要领域[3]。在哈山推覆—冲断叠加+走滑改造解释模型的指导下，部署的哈浅1、哈浅6等多口探井在白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系见到丰富的油气显示，初步形成了多层系立体含油的油气分布格局，发现了春晖油田和阿拉德油田[4,5]，展示出研究区巨大的勘探潜力。哈山构造带受多期逆冲推覆造山作用的影响，不同构造区带表现出不同的沉积—构造耦合模式，成藏地质要素与地质作用的配置关系不同，导致油气运聚富集规律差异大，油气分布非均质性强，成为制约油气勘探的重要瓶颈。输导体系是油气成藏研究的核心，是决定成藏流体驱动机制、优势通道、流动样式、成藏类型的主导因素，其组合样式及输导能力的差异直接导致了不同区带的油气运聚富集特征的差异[6]。因此，开展哈山构造带油气优势运移路径识别及输导样式研究，对于深入认识不同构造单元的油气运聚规律，指导油气勘探具有重要意义。 笔者以已发现的油气藏为研究对象，从地质与地球化学角度系统开展了油气输导系统类型及配置对油气运聚的控制作用研究。对输导体系本身的研究主要探讨输导要素组成、输导能力及时空配置有效性;对输导体系中流体的地球化学特征进行了分析，运用原油中不同分子构型的化合物在运移过程中的地质色层效应原理对油气运移路径进行识别追踪，建立不同构造单元的油气输导模式，力求为研究区不同构造单元的油气勘探提供指导与借鉴。
1 地质概况
哈山构造带呈北东东走向展布，南临乌夏断裂带、玛湖凹陷，北以达尔布特断裂与和什托洛盖盆地相接，东西两侧分别为石西凹陷和扎伊尔山，勘探面积约为1 000km2。自晚石炭世以来，经历了海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期构造运动的叠加改造[7,8]，表现为一大型的推覆—冲断构造，划分为超剥带、外来推覆系统、前缘冲断带和准原地叠加系统4个地质单元[2-9]。 不同构造区带应力作用方式及充填地层差异控制形成了哈山构造带“上下分层、南北分带、东西分段”的地质结构特征。剖面上分为上、下2套构造层：下构造层即推覆—冲断带，包括三叠系、二叠系和石炭系，构造变形强烈，主要发育大型推覆叠置构造和叠瓦冲断构造;上构造层即超剥带，包括侏罗系及其以上地层，构造变形相对较弱，超覆于哈山推覆—冲断体之上，呈南倾单斜。平面上分为3个构造条带，北部的走滑改造带以发育达尔布特断裂及伴生剪切走滑花状构造为特征，中部的逆冲推覆—冲断带为多期逆冲断层控制的推覆—冲断体叠置变形区，南部的逆冲褶皱带为挤压应力传导在玛湖凹陷北斜坡形成的断弯褶皱和断展褶皱变形区。不同构造区带的差异性运动产生一系列撕裂断层形成风城调节带和红旗坝调节带，将研究区构造进一步复杂化，分割为乌尔禾推覆叠置区、夏子街冲断叠加区和红旗坝断褶区等多个构造变形区（图1）。
图1 准噶尔盆地北缘哈山地区构造单元划分
Fig.1 Sketch map showing the structural units of Hala’alat structural belt in the northern margin of Junggar Basin
2 油气输导系统划分
油气输导系统是油气从烃源岩运移至圈闭过程中所经历的所有通道及其相互关系的总和。油气输导系统由多种要素构成，包括砂体、断层、不整合面和裂缝等。受多种因素的控制，哈山构造带发育多个油气输导系统。
2.1 地质结构特征
哈山构造带地质结构解剖，超剥带与推覆—冲断带之间存在侏罗系八道湾组底不整合风化黏土层、不整合面之上底砾岩和推覆体顶部石炭系火山岩风化淋滤“硬壳”多重分隔层。正是由于上述致密分隔层的存在，阻止了深浅构造层之间的油气“交换”，将其分隔为上、下2套油气输导系统。 经过三叠纪末期强烈的构造挤压，哈山及其以北地区强烈隆升遭受剥蚀，形成了侏罗系底区域性不整合。根据岩心、测井响应特征、风化壳岩石矿物组成及元素分析[10,11]，该期不整合具有3层结构，其中，风化黏土层岩性为灰白色、杂色黏土岩，元素化学蚀变指数>75。测井响应和地震波阻抗反演不整合结构层识别分析，风化黏土层在研究区广泛发育，厚度一般为3~8m，其受上覆地层的压实作用物性变差，孔隙度仅为1.8%～7.4%，渗透率为(0.53～6.32)×10-3μm2，具有强的突破压力，可作为良好的遮挡层阻止油气串层运移[12]。风化黏土层可作为超剥带和推覆—冲断带良好的分隔层。 八道湾组沉积初期研究区广泛发育了湿地扇沉积[13]，底部沉积了厚度为1.3~4.5m的(砂)砾岩层，由于近物源、快速沉积，其分选和磨圆较差，且为灰(泥)质胶结，孔隙度仅为4%～14.74%，渗透率为(2.5~18.71)×10-3μm2，储集物性明显小于其上覆的(含砾)砂岩物性(孔隙度为20.01%～39.8%，平均值为27.89%;渗透率为(45.3～4 983.7)×10-3μm2，平均值为507.4×10-3μm2)。八道湾组底不整合面之上的致密底砾岩也可以作为超剥带与推覆—冲断带的分隔层。 研究认为，哈山构造带形成演化具有“早动早衰型”特点，二叠纪末期即开始大规模推覆造山，印支期之后哈山构造基本定型[2-9]，推覆体顶部石炭系火山岩长期隆起遭受风化淋滤，之后侏罗系和白垩系相继超覆于哈山推覆体之上，风化壳发育。根据风化壳元素的淋滤迁移差异，采用风化指数对风化壳进行识别，自上而下划分为古土壤层、水解带、溶蚀带、崩解带和原岩5层结构[14]，风化淋滤对推覆体顶部储层物性起到明显的改善作用，淋滤影响深度可达180~340m。各结构层储集性能对比表明，风化壳顶部的古土壤黏土层物性最差，下部的溶蚀带和崩解带储集物性最好，孔隙度为2.95%~18.53%，平均值为8.59%，渗透率为(0.83~52.8)×10-3μm2，平均值为14.12×10-3μm2，而处于中部的水解带虽然具有一定的孔隙度(0.88%~2.58%)，但由于受近地表充填胶结作用影响渗透率极低(<0.1×10-3μm2)，形成致密“硬壳”。哈浅6井、哈山1井等钻井揭示哈山推覆体顶部风化“硬壳”普遍发育，厚度一般为15~20m。正是由于该致密层的存在，推覆体风化壳顶面附近未见油气显示。因此，该硬壳层也可以起到一定的分隔作用。
2.2 油气源厘定
哈山地区多单元、多层系立体含油。对已发现油藏原油(油砂)地球化学指标分析，不同构造单元的原油表现为轻碳同位素值、低姥植比、低Ts/Tm值、高β-胡萝卜烷含量、高伽马蜡烷含量、C20—C21—C22三环萜烷和αααRC27—C28—C29甾烷呈依次上升型分布特征，油源分析表明主要来源于风城组烃源岩[6-9]。地质结构分析，哈山推覆—冲断带和玛湖凹陷均发育风城组烃源岩，构造改造与地层沉积补偿控制了烃源岩生烃演化，哈山地区烃源岩热演化特征复杂，推覆—冲断带前翼及后翼烃源岩构造抬升生烃停滞，处于低成熟演化阶段，推覆—冲断带烃源岩处于成熟演化阶段，推覆—冲断带下部烃源岩快速深埋，处于高—过成熟演化阶段;玛湖凹陷风城组烃源岩整体持续埋深处于成熟—高成熟演化阶段。烃源岩生烃演化及前人[15]研究成果综合分析认为，研究区至少存在3期油气充注，分别为二叠纪末、三叠纪末、晚侏罗世—早白垩世。 为了厘定不同构造单元的油气来源，开展了哈山地区与玛湖凹陷烃源岩的地球化学参数精细分析。研究认为，哈山地区与玛湖凹陷风城组沉积时在水体深度、盐度和氧化还原性等形成环境方面存在一定差异，哈山地区较玛湖凹陷烃源岩发育环境水体较浅，且盐度较低，因而造成某些对水体介质环境反应敏感的生物标志化合物不同异构体之间裂解速率和新生成速率的不同，使得两者发育烃源岩存在一定的差别。综合对比分析认为，沉积环境指数ETR(ETR=C28+29三环萜烷/(C28+29三环萜烷+Ts))、升藿烷指数HHI(HHI=C35/∑C31—C35升藿烷)、Ts/(Ts+Tm)值和莫烷/藿烷值等，可作为两者发育烃源岩的有效识别指标 [16,17]。玛湖凹陷烃源岩生物标志化合物参数具有“两高三低”的特点：高ETR值(0.795~0.980/0.863)、高HHI值(0.097~0.123/0.190)、低Ts/(Ts+Tm)值(0.077~0.703/0.387)、低C30莫烷/C30藿烷值(0.110~0.241/0.162)、低C29莫烷/C29藿烷值(0.068~0.147/0.107);哈山地区烃源岩则表现为“两低三高”的特点：低ETR值(0.378~0.845/0.615)、低HHI值(0.017~0.083/0.058)、高Ts/(Ts+Tm)值(0.076~0.385/0.207)、高C30莫烷/C30藿烷值(0.166~0.320/0.258)和高C29莫烷/C29藿烷值(0.220~0.588/0.365)（图2）。 地质结构特征及油气源地球化学参数差异性分析，厘定了不同构造单元的油气来源。超剥带原油成熟度明显偏高，C29甾烷20S/(20S+20R)值为0.38~0.64，平均值为0.48，C29甾烷ββ/(ββ+αα)值为0.32~0.59，平均值为0.48，换算RO值为0.8%~1.56%，为高成熟原油[18]，为晚侏罗世—晚白垩世玛湖凹陷风城组烃源岩生成的高成熟油气运聚成藏的产物。推覆—冲断带油气成熟度差异大，为哈山 地区和玛湖凹陷风城组烃源岩不同演化阶段生成油
图2 哈山地区不同构造单元油气源地球化学参数散点图
Fig.2 Scatter plot of crude oil and source rocks parameters of different structural units in Hashan area
2.3 运移路径识别
原油在运移过程中存在地质色层效应，即随着运移距离增加其物理性质和化学成分等发生一系列规律性变化。原油中含氮化合物相对含量，αββ/αααC29甾烷20R值、αααC29甾烷20S/20R值、C19-29三环萜烷/17α-藿烷值、三环萜烷/五环萜烷值和(孕+升孕甾烷)/规则甾烷值等地球化学参数或组合是油气运移路径示踪的有效指标[20-23]。 为了进一步验证超剥带和推覆—冲断带分属不同的油气输导系统，开展了不同构造单元原油运移地球化学特征分析。研究表明，超剥带和推覆—冲断带表现为不同的油气运移方式：超剥带原油生物标志化合物参数运移分馏效应明显，表明其经历了较长距离的运移，推覆—冲断带原油运移距离则相对较短（图3）。
图3 哈山地区不同构造单元油气运移分馏效应散点
Fig.3 Scatter plot of hydrocarbon migration fractionation effect of different structural units in Hashan area
3 油气输导模式
哈山地区超剥带和推覆—冲断带深浅不同层系的输导要素配置组合形成了多种输导模式，控制了油藏的类型和空间分布。
3.1 超剥带“断—毯”输导模式
超剥带原油来源于玛湖凹陷风城组烃源岩，具有远源供烃成藏的特点。在宽缓斜坡背景之上，侏罗纪多期正旋回沉积演化发育了八道湾组一段、西山窑组二段低位域厚层砂体，区域上叠合连片分布，且具有良好的连通性和孔渗性，构成了油气横向运移的高效输导层——毯砂。研究区南临的乌27井等断层沟通了玛湖凹陷风城组烃源岩与超剥带毯砂，构成油气运移的油源网，中生界浅部断裂沟通了毯砂与毯上砂体，构成油气运移的调整网。深浅2套断裂与毯砂时空匹配形成了研究区的“断—毯”输导格架。玛湖凹陷风城组烃源岩生成的油气沿油源断层(次级油源断层)—毯砂—调节断层—孤立砂体“接力”输导形成多个含油层系，原油生物标志化合物参数在横向上表现出明显的分馏效应（图5）。油源断层断穿层位及启闭性控制了油气的垂向分布，调节断层控制了毯上成藏;毯砂构成了油气长距离横向运移的运载层和仓储层，毯砂物性控制了油气优势运聚方向及富集区带。
3.2 推覆—冲断带“多断”联合输导模式
3.2.1 推覆叠置区“断—缝”网状输导样式
晚海西期和印支期强烈的构造挤压使哈山大规模推覆造山，构造应力向盆内传递，在推覆断层前端形成乌尔禾断层传播褶皱，因而在哈山西推覆叠置区和玛湖凹陷之间形成一大型的向斜构造。前缘冲断带哈深斜1井三叠系—夏子街组主要砂层段定量颗粒荧光分析，颗粒荧光强度(QGF Intensity)为0.34~0.54，平均值为0.43，颗粒萃取液荧光强度(QGF—E)为9.26~33.51，平均值为17.67，显示砂体无油气运移痕迹[24]，表明在向斜北侧翼部缺少油源断层的情况下，玛湖凹陷烃源岩生成的油气沿上二叠统和三叠系砂体横向运移进入推覆体成藏的可能性较小，而现今推覆体内发现的油藏应是油气“另辟蹊径”运聚的结果（图6）。研究认为，受海西期以来多期构造运动的影响，哈山西段推覆叠置区石炭系火山岩和二叠系云质岩脆性地层断层及其伴生裂缝发育，多组不同产状的裂缝互相切割形成网状裂缝系统大大提高了岩石的渗透性，其与大气水淋滤及有机酸溶蚀孔缝构成复杂的孔—洞—缝系统可形成油气“断—缝”网状输导通道，原油中含氮化合物相对含量也表现出油气沿“断—缝”垂向运移的特点。受火山岩储层非均质影响，其横向输导能力有限，与油源断裂对置的推覆体更易成藏。平面上距油源断裂6km，垂向上距油源断层3km，为油气的有利聚集区，油源断裂与优质储层配置控制了推覆叠置区油气富集。
图4 哈山地区不同构造单元油气运移分馏剖面
Fig.4 Section of hydrocarbon migration fractionation of different structural units in Hashan area
图5 哈山地区超剥带“断—毯”输导模式
Fig.5 Transforming pattern of “fault-carpet” of overlap denudation zone in Hashan area
3.2.2 冲断叠加区“断—砂”阶梯输导样式
哈山中段冲断叠加区充填地层主要为二叠系碎屑岩，表现为高角度叠瓦冲断构造。多期冲断叠加使冲断叠片内和冲断带下部均“发育”风城组烃源岩，烃源岩与储层互层式分布，形成了优越的生储组合样式。冲断断层沟通了风城组烃源岩与二叠系、三叠系和侏罗系的毯砂，“断—砂”时空配置形成了阶梯状输导格架，原油生物标志化合物参数在垂向上和横向上表现出规律性变化。不同构造部位烃源岩生烃演化与冲断断层多期活动控制了油气幕式充注，在合适圈闭中聚集成藏（图7）。夏69井稠油、稀油和天然气，正是玛湖凹陷风城组烃源岩不同演化阶段生成油气沿“断—砂”阶梯输导通道运聚的结果。
图6 哈山推覆叠置区“断—缝”网状输导模式
Fig.6 Transforming pattern of “fault micro-fracture” net-shaped in the nappe superimposed distric Hashan area
图7 哈山冲断叠加区“断—砂”阶梯输导模式
Fig.7 Transforming pattern of “fault-sand” ladder in the thrust superimposed district Hashan area
3.2.3 断褶变形区断层优势输导样式
哈山东段断褶变形区主要发育二叠系和三叠系碎屑岩。三叠纪末期的印支运动构造挤压造成二叠系和三叠系强烈褶皱变形，呈现沟梁相间的构造格局。该期构造运动一方面使二叠系、三叠系冲断抬升遭受不同程度的剥蚀，造成中晚三叠世形成的早期低熟油藏发生调整或破坏，如新2井风城组和旗3井夏子街组残余油藏，另一方面使二叠系和三叠系褶皱变形，因而，砂体的长距离横向输导能力明显受到限制，表现为油气沿近断裂带与油源断层沟通的砂体局限在单褶皱内横向运移。中晚侏罗世—晚白垩世沉积地层补偿了前期构造剥蚀作用，风城组烃源岩进入二次生烃阶段，此时烃源岩生成的油气应以断层垂向和侧向(沿走向)输导为主，以砂体横向输导为辅（图8）。红旗坝地区夏45、夏48、旗5 和旗9等井的油气分布特征分析，平面上表现为沿
图8 哈山断褶区断层优势输导模式
Fig.8 Transforming pattern of the fault dominant in the faulted fold district Hashan area
4 结论
(1)地质与地球化学解剖，将推覆—冲断带和超剥带划分为深浅2套输导体系。首先，两者之间存在多重分隔层，侏罗系八道湾组底不整合风化黏土层、不整合面之上灰(泥)质底砾岩和推覆体顶面石炭系风化“硬壳”，致使油气“交换”能力较差;其次，两者油气源及运移特征不同，超剥带原油来源于玛湖凹陷风城组烃源岩经历长距离运移，推覆—冲断带油气来源于哈山地区和玛湖凹陷风城组烃源岩经历较短距离的运移。 (2)不同构造区带的构造变形及输导要素时空配置控制了油气输导样式的多样性，建立了“断—毯”复合输导、“断—缝”网状输导、“断—砂”阶梯输导和断层优势输导4种运移模式，横向上具有分带性，纵向上具有组合性。输导体系类型和分布特征决定了油气空间分布的差异性，明确了不同构造单元的油气运聚规律。
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