吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部弧形帶油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)聚規(guī)律

劉江濤 ，黃志龍，涂小仙，桑廷義，李杰

(1. 中國(guó)石油大學(xué) 資源與信息學(xué)院，北京，102249；2. 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司 石油工程技術(shù)研究院，北京，100101；3. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司 吐哈油田分公司，新疆 哈密，839000)

根據(jù)“源控論”思想，我國(guó)在大部分陸相盆地圍繞“烴源灶”的構(gòu)造和圈閉的勘探已經(jīng)分別進(jìn)入中、高勘探成熟階段，加大遠(yuǎn)離“烴源灶”區(qū)域的勘探和研究遠(yuǎn)離“烴源灶”油藏的成藏規(guī)律對(duì)于擴(kuò)大勘探領(lǐng)域和增加后備儲(chǔ)量具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。一般來(lái)說(shuō)，我國(guó)陸相盆地由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的頻繁性、沉積層序的不連續(xù)性，油氣藏一般圍繞“烴源灶”周邊及上下地層分布，油氣運(yùn)移距離通常不超過(guò) 40 km[1?2]。但吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部弧形帶雁木西油田和大墩構(gòu)造距離勝北次凹達(dá)50 km以上，并且中間夾持著火焰山斷裂帶，其油氣怎樣翻越火焰山進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)移值得研究。為此，分析輸導(dǎo)體系特征和油氣運(yùn)移規(guī)律，剖析火焰山構(gòu)造帶的形成與油氣向西運(yùn)移的關(guān)系，對(duì)豐富研究區(qū)成藏理論、指導(dǎo)下一步油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西部弧形構(gòu)造帶位于吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部，東與勝北次凹相連，西與托克遜相接，南臨勝南次凹，北依博格達(dá)山，面積約1 090 km2。該弧形構(gòu)造帶形成于印支?早燕山運(yùn)動(dòng)，改造、定型于喜山運(yùn)動(dòng)，是在西部布爾加凸起的控制下形成的西部古弧形構(gòu)造帶。目前，在該構(gòu)造帶自東向西已發(fā)現(xiàn)了神泉、勝南和雁木西3個(gè)油田及大墩含油構(gòu)造(圖1)。黃志龍等[3]的研究表明：該區(qū)帶油氣藏以勝北次凹中下侏羅統(tǒng)水西溝群煤系烴源巖和七克臺(tái)組湖相烴源巖為主要油源。油氣主要分布在侏羅系三間房組(J2s)、七克臺(tái)組(J2q)、白堊系(K)、第三系鄯善群(Esh)4個(gè)層位，但不同油田油氣的分布層位有差異，神泉油田在4個(gè)層位均有油氣分布，勝南油田油氣主要分布在J2s和J2q，雁木西油田油氣主要在K和Esh，總體特征為油氣分布層位從東向西依次變淺。該區(qū)原油類型主要為煤系油、湖相油及二者的混合油，以煤系油為主[4?5]。平面上油氣的分布嚴(yán)格受到西部弧形帶構(gòu)造脊的控制，由東向西沿著構(gòu)造脊呈線狀分布；淺層圈閉的成藏明顯受到斷裂的控制，只有存在溝通深部?jī)?chǔ)層或輸導(dǎo)層的斷裂才能成藏。

2 油氣輸導(dǎo)特征與運(yùn)移規(guī)律

油氣來(lái)自火焰山東側(cè)的勝北次凹侏羅系水西溝群煤系地層和七克臺(tái)組，油氣西運(yùn)無(wú)可質(zhì)疑，油源對(duì)比和咔唑類含氮化合物變化都說(shuō)明了這一點(diǎn)[3?4]，關(guān)鍵的問(wèn)題是必須了解油氣運(yùn)移的通道、時(shí)期和路徑，以及火焰山斷裂帶沒(méi)有阻擋油氣的西運(yùn)的原因。

2.1 輸導(dǎo)體系的構(gòu)成

油氣輸導(dǎo)通道主要有3種基本類型，即斷層、不整合面和砂體[6?9]。西部弧形帶神泉—?jiǎng)倌系貐^(qū)斷裂發(fā)育較好，雁木西斷裂較少，總體上斷裂規(guī)模小，斷距一般小于20 m，延伸距離一般不超過(guò)5 km，傾角基本都在80°以上。斷裂的特征決定了其側(cè)向封閉性差，有利于油氣的側(cè)向西運(yùn)，但不是油氣側(cè)向向西運(yùn)移的主要通道。個(gè)別規(guī)模較大的斷裂對(duì)于溝通上下儲(chǔ)層、垂向調(diào)整油氣起到至關(guān)重要的作用，如神泉油田白堊系和第三系油氣藏、雁木西油田第三系油氣藏都是通過(guò)斷裂的調(diào)整才形成的。白堊系地層和侏羅系地層間的不整合面全區(qū)發(fā)育，在西部弧形帶上，由于構(gòu)造部位較高，勝南和雁木西不發(fā)育風(fēng)化黏土層，不整合面之上的砂、礫巖主要在神泉和雁木西發(fā)育，不整合面之下的砂巖主要發(fā)育在勝南地區(qū)。油氣沿神泉地區(qū)侏羅系砂巖層側(cè)向運(yùn)移過(guò)勝南地區(qū)后，由于風(fēng)化黏土層的缺失，直接進(jìn)入不整合面上部的底部礫巖 層，這就使油氣的側(cè)向西運(yùn)通道實(shí)現(xiàn)了良好的接力。神泉－勝南地區(qū)侏羅系七克臺(tái)組底部發(fā)育砂泥巖頻繁互層的湖相灘壩砂體，單層砂巖厚度一般在10 m以下，但連續(xù)性較好，且有斷裂溝通，是油氣從神泉運(yùn)移至勝南的主要通道；勝南地區(qū)七克臺(tái)組剝蝕殆盡，七克臺(tái)底部砂巖直接和不整合面接觸，油氣可以由七克臺(tái)組砂層跨層進(jìn)入不整合面上部白堊系三十里大墩組底部礫巖，從而保證了側(cè)向通道的連續(xù)性。雁木西地區(qū)白堊系三十里大墩組底部發(fā)育一套穩(wěn)定的砂、礫巖層，是油氣越過(guò)勝南后向西運(yùn)移的主要通道(圖2)。

圖1 吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部弧形帶概況及油氣分布Fig.1 Sketch map of structure position and oil and gas distribution in western arc-like zone of Taibei sag in Turpan-Hami basin

2.2 油氣運(yùn)移時(shí)期

根據(jù)流體包裹體測(cè)溫和自生伊利石年齡分析，結(jié)合埋藏史，神泉油田白堊系和第三系油藏的主要成藏期為晚第三紀(jì)末期—第四紀(jì)早期，侏羅系油藏為2期充注，分別是晚白堊紀(jì)末—早第三紀(jì)及晚第三紀(jì)(圖3)；雁木西油田第三系油藏成藏時(shí)間為晚第三紀(jì)末，白堊系油藏的主要成藏期為晚第三紀(jì)末和第四紀(jì)(圖4)。油氣側(cè)向運(yùn)移的動(dòng)力主要來(lái)自于烴源巖排烴導(dǎo)致的壓力和構(gòu)造傾斜背景下的浮力，烴源巖演化歷史和構(gòu)造脊形成時(shí)期共同決定著油氣的運(yùn)移時(shí)期。侏羅系水西溝群煤系烴源巖在侏羅紀(jì)末－白堊紀(jì)時(shí)期(晚燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期)開始進(jìn)入大量生、排烴期，喜山期進(jìn)入排烴高峰期，至今仍處于排烴高峰期；侏羅系七克臺(tái)組泥巖在晚第三紀(jì)早期開始排烴，延續(xù)至今。西部弧形帶形成于印支—早燕山運(yùn)動(dòng)，在晚燕山運(yùn)動(dòng)及喜山運(yùn)動(dòng)中構(gòu)造形態(tài)得到加強(qiáng)和定型。從構(gòu)造發(fā)育歷史和烴源巖大量排烴期匹配來(lái)看，神泉油田侏羅系油藏的成藏時(shí)期晚白堊紀(jì)末—早第三紀(jì)應(yīng)為整個(gè)西部弧形帶成藏的關(guān)鍵期，此時(shí)，勝北凹陷水西溝群煤系源巖大量排烴，淺層油藏及西部勝南和雁木西油藏都是在神泉油田侏羅系油藏的基礎(chǔ)上形成的；晚第三紀(jì)—第四紀(jì)為西部弧形帶淺層油氣藏(神泉油田白堊系和第三系油藏、雁木西油田第三系油藏)的成藏期，主要為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下油氣沿?cái)嗔训拇瓜蛘{(diào)整。

2.3 火焰山斷裂帶的形成與油氣運(yùn)移的關(guān)系

2.3.1 火焰山斷裂帶演化史

火焰山的形成直接或間接地影響勝北生烴凹陷生成的油氣西運(yùn)的運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向、運(yùn)移路徑及運(yùn)移距離[10]。

火焰山斷裂是受北部博格達(dá)山山前應(yīng)力的擠壓作用，上覆地層塑性變形所形成的構(gòu)造，而并非受基底斷層影響所形成的斷裂。在早、中侏羅世(燕山運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕)，火焰山斷裂表現(xiàn)為沿八道灣組煤層滑脫的正斷層，但在侏羅紀(jì)末期(燕山運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕)，受到北部博格達(dá)山抬升的影響，開始沿著滑脫面向上逆沖，發(fā)生反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為逆斷層；白堊紀(jì)—早第三紀(jì)(燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕)是盆地均衡沉降階段，火焰山斷裂沒(méi)有發(fā)生逆沖或逆沖幅度不大；晚第三紀(jì)－第四紀(jì)(喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕)亞洲南大陸與印度板塊碰撞，博格達(dá)山強(qiáng)烈隆升，并向吐哈盆地及準(zhǔn)噶爾盆地兩側(cè)逆沖推覆，自北向南強(qiáng)大的擠壓應(yīng)力在臺(tái)北凹陷產(chǎn)生沿八道灣組、西山窯組兩套煤系地層的大型蓋層滑脫，火焰山斷裂就是在這樣的背景下沿八道灣組蓋層向上逆沖，最終形成前鋒褶皺帶，即火焰山斷裂前鋒褶皺帶形成于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕晚期，即第四紀(jì)。2.3.2 火焰山斷裂的形成與油氣運(yùn)移的關(guān)系

圖2 西部弧形帶勝南—雁木西構(gòu)造油氣輸導(dǎo)通道剖面示意圖(據(jù)吐哈油田研究院修改)Fig.2 Sketch map of transforming passageway of oil and gas of Shengnan?Yanmuxi structure

圖3 神泉油田成藏期分析Fig.3 Analysis of formation period of Shenquan oilfield

圖4 雁木西油田成藏期分析Fig.4 Analysis of formation period of Yanmuxi oilfield

圖5 勝北凹陷生排烴史、火焰山斷裂形成期和神泉—雁木西構(gòu)造油氣充注時(shí)期對(duì)比Fig.5 Comparison of period of hydrocarbon generation and expulsion of Shengbei sag and formation of formation of Burning Mountain and hydrocarbon charging of Shenquan?Yanmuxi strcuture

烴源巖大量排烴期、油氣充注時(shí)期和火焰山構(gòu)造帶形成時(shí)期的匹配關(guān)系(圖5)說(shuō)明：西部弧形帶神泉—雁木西構(gòu)造帶侏羅系油藏油氣大量充注發(fā)生在火焰山前鋒褶皺帶形成之前。在火焰山斷裂前鋒褶皺帶沖起之前，從勝北凹陷至西部雁木西構(gòu)造帶一直處于持續(xù)隆升的構(gòu)造背景之下，這就使得在油路通暢的情況下，油氣可以從勝北凹陷順構(gòu)造帶脊部向西運(yùn)移到神泉—雁木西構(gòu)造帶上。在形成過(guò)程中以及形成以后，火焰山構(gòu)造帶阻斷了油氣向西運(yùn)移的路徑，油氣運(yùn)移至火焰山斷裂后，沿火焰山斷裂向上運(yùn)移，最終進(jìn)入上盤圈閉成藏或散失于地表。所以，盡管烴源巖至今仍處于排烴高峰期，但西部弧形帶油氣的充注在第四紀(jì)終止。

2.4 油氣的運(yùn)移路徑與運(yùn)聚模式

油氣在砂體中是沿著一定優(yōu)勢(shì)路徑側(cè)向運(yùn)移的，不同封閉程度下的大規(guī)模的斷層視影響著路徑的變化[11?12]，在平面上砂體物性相當(dāng)?shù)那闆r下，源動(dòng)力(排烴量大小)和構(gòu)造脊線是約束油氣運(yùn)移路徑的主要因素[13]。

2.4.1 運(yùn)移路徑

研究區(qū)油氣運(yùn)移成藏過(guò)程主要有2期：白堊紀(jì)末期—早第三紀(jì)和早第三紀(jì)末—第四紀(jì)。研究區(qū)構(gòu)造脊線狹窄而簡(jiǎn)單，油氣的運(yùn)移路徑比較單一，嚴(yán)格受到構(gòu)造脊的約束，但由于不同時(shí)期烴源巖源動(dòng)力以及斷裂的活動(dòng)規(guī)律不同，油氣的運(yùn)移距離、運(yùn)移數(shù)量及運(yùn)移方式有差異。在白堊系地層沉積后，勝北凹陷水西溝群煤系烴源巖進(jìn)入排烴高峰期，油氣開始由勝北次凹大規(guī)模向西部神泉地區(qū)運(yùn)移[14]，由于供源充足，源動(dòng)力比較強(qiáng)，油氣運(yùn)移距離大，可直達(dá)雁木西油田；早第三系地層沉積后，七克臺(tái)組泥巖開始生烴，但源巖成熟度較低，為0.7左右，排烴量有限，油源供給不足，源動(dòng)力小，運(yùn)移量也小，在晚第三系地層沉積后，源巖成熟度增加，排烴量增大，但火焰山斷裂形成阻擋了油氣繼續(xù)向西運(yùn)移，這可能是目前西部弧形帶尤其是勝南和雁木西油田原油以煤系油為主的根本原因(圖 6)。

2.4.2 運(yùn)聚模式

基于油氣分布及油氣運(yùn)移聚集規(guī)律的分析，建立了西部弧形帶油氣運(yùn)聚模式。

圖6 吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部弧形帶油氣運(yùn)移路徑Fig.6 Migration pathway of oil and gas in western arc-like zone of Taibei sag in Turpan-Hami basin

(1) 在白堊紀(jì)末期—早第三紀(jì)，勝北次凹水西溝群烴源巖成熟排烴，此時(shí)火焰山尚未形成，自勝北次凹到西部弧形帶處于逐漸升高的構(gòu)造背景之下，油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入神泉地區(qū)，一部分油氣遇到巖性圈閉或者斷層遮擋聚集成藏，一部分油氣通過(guò)薄砂體疊置連通或斷裂溝通的砂體繼續(xù)向西運(yùn)移。繼續(xù)西運(yùn)的油氣到達(dá)勝南后，遇到不整合面之下的地層圈閉或巖性圈閉成藏，但由于不整合面不發(fā)育黏土巖隔層，與七克臺(tái)砂巖直接接觸的不整合面區(qū)域具有良好的滲透性，油氣由七克臺(tái)組砂體通過(guò)不整合面調(diào)整向西進(jìn)入到白堊系三十里大墩組底部砂、礫巖中繼續(xù)西運(yùn)。油氣在雁木西地區(qū)的側(cè)向運(yùn)移通道主要為白堊系三十里大墩組底部的穩(wěn)定砂礫巖。

(2) 在早第三紀(jì)末—第四紀(jì)，勝北次凹七克臺(tái)組泥巖開始排烴，但源巖成熟度低，排烴量有限，同時(shí)，由于喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，西部弧形帶早期斷裂復(fù)活，并產(chǎn)生一些新的斷裂，溝通上下儲(chǔ)層，神泉地區(qū)侏羅系油藏油氣向白堊系和第三系儲(chǔ)層調(diào)整，雁木西地區(qū)油氣沿著雁東1號(hào)大斷裂由白堊系向第三系儲(chǔ)層調(diào)整。

(3) 在第四紀(jì)中后期，火焰山斷裂帶形成，油氣向西部弧形帶的運(yùn)移終止。

3 結(jié)論

(1) 西部弧形帶具備油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移的條件，體現(xiàn)在：在第四紀(jì)中期之前，自東向西持續(xù)升高的構(gòu)造脊提供了油氣向西運(yùn)移的動(dòng)力；由砂體、斷裂、不整合面組成的接力通道構(gòu)成了暢通無(wú)阻的輸導(dǎo)體系；較充足的油氣源供給。

(2) 油氣運(yùn)移過(guò)程主要有 2期：白堊紀(jì)末期—早第三紀(jì)和早第三紀(jì)末—第四紀(jì)。在白堊紀(jì)末期—早第三紀(jì)，勝北次凹水西溝群煤系烴源巖成熟排烴，而此時(shí)火焰山尚未形成，自勝北次凹到西部弧形帶處于逐漸升高的構(gòu)造背景之下，油氣沿著砂體、不整合面和斷裂組成的側(cè)向輸導(dǎo)通道可以直接運(yùn)移至西部弧形帶西端；在早第三紀(jì)末—第四紀(jì)，勝北次凹七克臺(tái)組泥巖開始排烴，排出的湖相油進(jìn)入神泉油田儲(chǔ)層中，并緩慢向西運(yùn)移。在第四紀(jì)中后期，火焰山斷裂帶形成，油氣向西部弧形帶的運(yùn)移終止。

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