準(zhǔn)噶爾盆地紅山嘴油砂成藏控制因素及儲(chǔ)量計(jì)算

王盛鵬,張金華,鐘太賢

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京100083；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中國(guó)石油科技管理部，北京 100011)

油砂是指含有天然瀝青的砂子或其他巖石。加拿大擁有全世界儲(chǔ)量最大的油砂，其地質(zhì)資源量達(dá)1.631萬(wàn)億桶，剩余可采儲(chǔ)量為1740億桶，使其成為全球第二大儲(chǔ)油國(guó)，僅次于沙特阿拉伯。我國(guó)也有比較豐富的油砂資源，據(jù)“新一輪全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)”結(jié)果，我國(guó)油砂油資源量為59.7億t[1]，資源前景十分廣闊。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是準(zhǔn)噶爾盆地油氣的主要富集區(qū)，西北緣在盆地的構(gòu)造演化過(guò)程中，經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，許多深部油氣藏遭受了嚴(yán)重的破壞，油氣沿?cái)嗔押筒徽厦孢\(yùn)移到地表淺層，甚至出露地表，形成油砂。紅山嘴油砂礦區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣、克拉瑪依市東南方向15～30km處， 區(qū)域構(gòu)造位于烏-克斷裂西北盤(pán)(上盤(pán))，總體為一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角1°～3°。油砂呈帶狀分布于盆地邊緣[2]，長(zhǎng)約18 km，寬2～4km，面積約50km2(圖1)。

1 沉積相及含油砂體展布

紅山嘴地區(qū)出露地層有白堊系、侏羅系、石炭系，油砂主要分布于白堊系吐谷魯組下部砂巖及底部礫巖段，占油砂總儲(chǔ)量的74%，其下伏的侏羅系齊古組也具有稠油層，但埋深也較大。白堊系含油砂地層為一傾向南東，并向盆地邊緣老山超覆的平緩單斜。

本區(qū)白堊系主要為三角洲及濱淺湖沉積[3]。下部底礫巖為三角洲沖積扇沉積，中上部為三角洲平原沉積，含油砂體主要為三角洲平原分流河道沉積。發(fā)育有三個(gè)分流河道，由北東至南西依次為：大油泉溝分流河道(紅砂6)；石蘑菇溝分流河道(紅砂3)；紅山梁溝分流河道(紅砂13)。

受沉積相控制，紅山嘴白堊系砂體呈北東-南西向在盆地邊緣分布，屬三角洲平原沉積，砂體累計(jì)厚度3～28m，砂地比10%～80%，砂體相對(duì)較厚的部位與三個(gè)分流河道對(duì)應(yīng)。大油泉溝分流河道分布于紅砂6-紅砂25井，主體走向?yàn)槟掀?，砂體總厚度可達(dá)2～22m，單層厚度0.4～5.2m，總層數(shù)達(dá)8～11層，砂體橫向變化快，150m范圍內(nèi)就能從3.5m變化至0m，但縱向上砂體能疊置出現(xiàn)。本區(qū)砂體總厚度較大的地方集中在兩塊：其一分布在紅砂28-紅砂6-紅砂30，厚度20～33m，砂地比40%～70%，面積0.18km2；其二分布在紅砂27-紅砂25-紅砂31，厚度20～51m，砂地比40%～70%，面積0.96km2，但埋藏深度偏大。

2 紅山嘴油砂成藏控制因素

紅山嘴地區(qū)油砂成礦具有五個(gè)有利的主要條件，分別為：①豐富的油源(特別是豐富的稠油資源)；②有效的運(yùn)移通道及疏導(dǎo)層；③埋藏較淺的有效儲(chǔ)集體；④后期構(gòu)造抬升；⑤原油稠化作用。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣經(jīng)歷了燕山早、中期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，斷層比較發(fā)育，深部斷裂復(fù)活向上斷至侏羅系地層，尤其在盆地山前帶大型斷裂和不整合面尤為發(fā)育，深部古油藏由于這些斷裂而遭受破壞，部分油氣會(huì)沿這些斷裂和不整合面向上運(yùn)移至侏羅系地層，在淺層的侏羅系地層再次聚集成藏[4]，油氣聚集成藏后，燕山-喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)又打破了油氣藏的原有平衡，又使油氣運(yùn)移到盆地邊緣和白堊系地層再次聚集成藏，甚至一些油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移至地表。地表原油和埋藏深度較淺的油藏中，淺層地下水或地面大氣水把溶解的氧和微生物帶入其中，微生物有選擇地消耗某些烴類(lèi)，使原油遭受水洗和生物降解雙重作用，形成現(xiàn)今的稠油油砂。

2.1 具有豐富的油源基礎(chǔ)

瑪湖凹陷和昌吉凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地最重要的生烴凹陷[5-7]，烴源巖類(lèi)型好、豐度高、生烴潛力大、熱演化程度高。西北緣位于瑪湖凹陷的上傾方向，受多源輸入形成多期疊置的洪積、沖積和三角洲砂體，并伴隨盆地振蕩與湖水進(jìn)退的變化，形成了生油巖、儲(chǔ)集巖體的交互與側(cè)變。油氣自中心形成后，向油氣運(yùn)移的低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，通過(guò)輸導(dǎo)體系到達(dá)有利位置富集成藏。西北緣為一逆掩推覆構(gòu)造帶，鄰近瑪湖生油凹陷，沉積巨厚的三疊系生油巖為該構(gòu)造帶提供了充足的油源，尤其是下二疊統(tǒng)風(fēng)城組生油巖已伸延到推覆體下盤(pán)掩伏帶。

2.2 具有良好的運(yùn)移通道條件

紅山嘴油砂成藏控制因素主要有三個(gè)方面：①砂體空間展布及物性，盆地邊緣物性較好的河流及沖積扇砂體成為有利的儲(chǔ)集空間；②不整合面；③斷裂體系。石炭系不整合面及侏羅系、三疊系的逆斷層為主要的及良好的油運(yùn)移通道[8-9](圖1)，這些同生斷裂對(duì)沉積作用及油氣運(yùn)移有控制作用。運(yùn)移通道與近地表儲(chǔ)層的連通性，控制了油砂礦的分布；烴類(lèi)運(yùn)移的動(dòng)力大小和運(yùn)移量，控制了油砂礦的富集情況。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣烴類(lèi)運(yùn)移通道模式圖

2.3 油砂分布規(guī)律

與西北緣其他地表油砂一樣，紅山嘴油砂分布與重油、常規(guī)油關(guān)系密切，從深層-淺層-地表，呈常規(guī)油-重油-油砂分布規(guī)律。

油砂分布與地層不整合緊密相關(guān)，集中分布在中生界超覆尖滅帶上。紅山嘴地區(qū)，油砂主要分布在白堊系吐谷魯組底部不整合面附近向老山超覆尖滅的位置上，特別是在石炭系老地層“天窗”或“潛山”靠盆地一側(cè)，油砂厚度變大，含油性變好。原油由下傾方向的三疊系生油凹陷沿不整合面向上傾方向運(yùn)移，到油砂區(qū)后，先充滿(mǎn)與不整合面接觸的吐谷魯組底礫巖，再向上倒灌進(jìn)了底礫巖之上的砂巖層。但由于油源距離遠(yuǎn)和油量的限制，砂巖只充滿(mǎn)了邊緣部分，而向下傾方向油砂很快尖滅。

3 紅砂6井區(qū)油砂油儲(chǔ)量計(jì)算

油砂資源量是指油砂中含油的量。油砂儲(chǔ)量和資源量計(jì)算，可采用容積法和含油率法兩種。當(dāng)已知含油飽和度及孔隙度時(shí)，采用容積法；當(dāng)已知含油率及巖石密度時(shí)，采用含油率法。對(duì)于埋藏較淺或露頭油砂，含油率參數(shù)較易獲得，因此采用含油率法較為可行。筆者利用含油率法對(duì)紅砂6井區(qū)的油砂油儲(chǔ)量進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算。

3.1 區(qū)塊概況

紅砂6井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅山嘴四區(qū)稠油田上傾部位(古133-金4井一帶)，即大油泉溝，面積約1km2。紅砂6井區(qū)油砂礦主體處于地形較高的平臺(tái)，兩側(cè)有白堊系地層及油砂層出露。平臺(tái)高約4～7m，地表為戈壁，無(wú)植被；在地形較地的沖蝕溝谷中為第四系松散砂礫掩蓋。紅砂6井區(qū)白堊系含油砂地層總體為一向南東傾斜的平緩單斜構(gòu)造，結(jié)合油田地震資料，認(rèn)為該區(qū)存在由2條逆斷層構(gòu)成的“人”字形構(gòu)造(圖2)，把油砂分為紅砂6、紅砂25兩個(gè)斷塊，斷距5～12m。

圖2 紅砂6井區(qū)白堊系底礫巖頂面構(gòu)造等值線(xiàn)圖

3.2 計(jì)算方法

含油率法是用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的油砂巖石密度和含油率直接計(jì)算石油地質(zhì)儲(chǔ)量的方法[10]，其計(jì)算公式為N=100AhρrCo。式中，N為石油地質(zhì)儲(chǔ)量，104t；A為含油面積，km2；h為油砂平均有效厚度，m；ρr為巖石密度，t/m3；Co為油砂含油率，%(wt)。

3.3 計(jì)算參數(shù)的確定

通過(guò)對(duì)紅砂6井區(qū)18口油砂鉆孔的361件樣品進(jìn)行了含油率分析等手段，確定了相關(guān)的計(jì)算參數(shù)。

根據(jù)分析結(jié)果，分別對(duì)含油率3%～6%、大于6%的油砂層編制了油砂厚度、含油率等值線(xiàn)圖(圖3，圖4)。紅山嘴區(qū)露頭及井下的25件含油砂巖、含油礫巖樣品的巖石密度為1.82g/cm3～2.30g/cm3，算術(shù)平均值為2.08g/cm3。紅砂6井區(qū)白堊系地層油砂層多，與泥巖呈薄互層出現(xiàn)，其中，厚度大于1m、含油率大于3%(wt)的有5～10層，最大單層厚度約5m。

圖3 紅砂6井區(qū)25m以淺含油率大于6%油砂厚度等值線(xiàn)圖

圖4 紅砂6井區(qū)25m以淺油砂含油率等值線(xiàn)圖(含油率>3%)

3.4 儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)紅砂6井區(qū)18口油砂鉆孔361件樣品含油率分析結(jié)果所確定的油砂厚度，按0～25m、25～50m兩個(gè)塊段分別計(jì)算含油率3%～6%、大于6%的油砂油儲(chǔ)量，其計(jì)算參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 儲(chǔ)量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

3.4.1 地質(zhì)儲(chǔ)量

紅砂6井區(qū)50m以淺油砂油儲(chǔ)量總計(jì)為61.5萬(wàn)t；0～25m埋深范圍油砂油地質(zhì)儲(chǔ)量為24.3萬(wàn)t，其中含油率大于6%的有20.1萬(wàn)t；25～50m埋深范圍油砂油地質(zhì)儲(chǔ)量為37.2萬(wàn)t，其中含油率大于6%的有12.6萬(wàn)t。

3.4.2 可采儲(chǔ)量

國(guó)內(nèi)外資料顯示，露天開(kāi)采的采收率為70%～90%，油砂干餾及水洗的效率為60%～90%。綜合考慮，紅砂6井區(qū)50m以淺油砂的可采系數(shù)取保守值即70%。由此計(jì)算出：紅砂6井區(qū)50m以淺油砂油可采儲(chǔ)量總計(jì)為43萬(wàn)t；0～25m埋深范圍油砂油可采儲(chǔ)量為17萬(wàn)t，其中含油率大于6%的有14.1萬(wàn)t；25～50m埋深范圍油砂油可采儲(chǔ)量為26萬(wàn)t，其中含油率大于6%的有8.8萬(wàn)t。紅砂6井區(qū)50m以淺油砂平均剝采比為3.7，適合露天開(kāi)采。

4 結(jié)語(yǔ)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣有著油砂成礦的有利條件，主要分布在白堊系，為一套三角洲及濱淺湖沉積，砂體厚度大。西北緣為一逆掩推覆構(gòu)造帶，鄰近瑪納斯湖生油凹陷，沉積巨厚的三疊系生油巖為該構(gòu)造帶提供了充足的油源，并且下二疊統(tǒng)風(fēng)城組生油巖已伸延到推覆體下盤(pán)掩伏帶。石炭系不整合面及侏羅系、三疊系的逆斷層為油運(yùn)移提供了良好的通道。

采用含油率法對(duì)紅砂6井區(qū)的油砂油資源量進(jìn)行計(jì)算，50m以淺油砂油地質(zhì)儲(chǔ)量總計(jì)為61.5萬(wàn)t，油砂油可采儲(chǔ)量總計(jì)為43萬(wàn)t。紅砂6井區(qū)油砂累計(jì)厚度大，埋藏淺，含油率較高，是最有利的目標(biāo)區(qū)塊之一。

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