柴達(dá)木盆地北緣侏羅系有效烴源巖特征及油氣聚集規(guī)律

翟志偉 張永庶 楊紅梅 沙威 年秀清 郝小梅 仁仟 張建杰

中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院

柴達(dá)木盆地北緣（以下簡稱柴北緣）西起阿爾金山前，東到德令哈凹陷大浪—土爾崗構(gòu)造帶的東端，北界為祁連山前深大斷裂系，南界為鄂博梁南緣—陵間斷裂—黃泥灘斷裂—埃姆尼克山南緣深斷裂與盆地中央坳陷帶分界［1－2］，東西長約為440km，南北寬約為65 km，面積約為33 400km2。由于背靠相對活動的祁連造山帶，面朝相對穩(wěn)定的柴達(dá)木準(zhǔn)地臺，在中生代（至少侏羅紀(jì)）曾經(jīng)歷強(qiáng)烈的擠壓作用，形成了一系列與褶皺—沖斷作用有關(guān)的構(gòu)造樣式，具有典型的前陸盆地特征［3］，而前陸盆地沖斷帶是前陸盆地中最主要的油氣富集區(qū)帶之一［4］，然而受制于盆地遷移，差異剝蝕的影響以及鉆井分布的不均勻，柴北緣的主力勘探區(qū)都位于冷湖—南八仙構(gòu)造帶上［5］，為了拓展該區(qū)的勘探局面，開展整個柴北緣有效烴源巖特征以及油氣的運(yùn)聚規(guī)律研究，具有重要的意義。

1 有效烴源巖特征

1．1 侏羅系分布特征

侏羅系是柴北緣地區(qū)主要的烴源巖分布層位，在南祁連山前的湖西山、結(jié)綠素、圓頂山、路樂河、魚卡、馬海尕秀、紅山、小煤溝、大煤溝等地出露廣泛。早侏羅世時期，柴北緣為斷陷沉積，各次凹地層沉積最厚，且發(fā)育半深湖—深湖相，暗色泥巖發(fā)育；中侏羅世時期轉(zhuǎn)換為早期斷陷、后期坳陷，在魚卡地區(qū)沉積最厚，主要為河流、沼澤相沉積，暗色泥巖及煤系地層發(fā)育［6］，與下侏羅統(tǒng)暗色泥巖組成了柴北緣地區(qū)最主要的烴源巖。下侏羅統(tǒng)總體呈NW向展布，面積約為20 671 km2，主要分布在盆地的冷湖—南八仙構(gòu)造帶及其以南地區(qū)，具有多個局部沉積中心，即冷西次凹、伊北—昆特依凹陷和紅山凹陷；中侏羅統(tǒng)沉積時期的沉積中心整體向北、向東遷移，總體呈NW轉(zhuǎn)近EW向展布，面積為23 300km2，主要分布在潛西、賽什騰凹陷—、魚卡凹陷、紅山凹陷、德令哈等地區(qū)；上侏羅統(tǒng)在柴北緣的分布范圍總體上在中侏羅統(tǒng)分布的基礎(chǔ)上繼續(xù)向東遷移，具有多個沉積中心，由西向東呈條帶狀分布，依次為魚卡、大柴旦、紅山及德令哈等凹陷。

1．2 侏羅系烴源巖地球化學(xué)特征

1．2．1 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

本次研究采用了國內(nèi)常用的陸相生油巖有機(jī)質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)［7－8］，利用侏羅系露頭樣品和不同井區(qū)鉆井取心樣品的分析化驗資料，對中下侏羅統(tǒng)的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行了詳細(xì)分析，得到了有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量、總烴含量（HC）及生烴潛力（S1＋S2）等參數(shù)指標(biāo)（表1），經(jīng)過綜合評價發(fā)現(xiàn)：

下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)碳含量平均為1．97%～2．7%。其中好生油巖占68%，中等生油巖占18%，差生油巖占11%，非生油巖占3%，中等以上烴源巖占80%，表明下侏羅統(tǒng)有機(jī)質(zhì)豐度非常高；生烴潛力參數(shù)顯示，下侏羅統(tǒng)生烴潛力平均達(dá)5．79mg／g，為中等生烴潛力。中侏羅統(tǒng)有機(jī)碳含量平均為0．58%～2．15%，其中好生油巖占61．27%，中等生油巖占16．76%，差生油巖占8．76%，非生油巖占13．29%；其他指標(biāo)與下侏羅統(tǒng)烴源巖相差較大，有機(jī)質(zhì)豐度明顯較低。

烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度各項指標(biāo)結(jié)果表明，中侏羅統(tǒng)中—好烴源巖主要發(fā)育在結(jié)綠素、魚卡、綠草山、大煤溝、旺尕秀、花石溝一帶；而下侏羅統(tǒng)中—好烴源巖主要分布在冷湖地區(qū)以及冷科1井—仙3井一帶。

表1 中、下侏羅統(tǒng)露頭剖面、鉆井泥巖和碳質(zhì)泥巖有機(jī)質(zhì)豐度平均值統(tǒng)計表

1．2．2 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率（Ro）參數(shù)的分析，中侏羅統(tǒng)烴源巖僅在潛西地區(qū)成熟度較高，其余地區(qū)基本都處于未成熟或低成熟的熱演化階段，而下侏羅統(tǒng)烴源巖的Ro變化較大，烴源巖從低熟—成熟—高熟階段都有分布（圖1）。

圖1 柴達(dá)木盆地北緣賽什騰山前中侏羅統(tǒng)烴源巖實測Ro分布圖

根據(jù)生物標(biāo)志化合物甾烷αααC29S／（S＋R）比值和萜烷Ts／Tm比值的統(tǒng)計結(jié)果也表明，柴北緣地區(qū)位于冷湖三號、冷湖五號地區(qū)的下侏羅統(tǒng)烴源巖和紅山地區(qū)的中侏羅統(tǒng)烴源巖都處在成熟烴源巖的范圍。而冷湖四號的下侏羅統(tǒng)烴源巖和魚卡、大煤溝地區(qū)的中侏羅統(tǒng)烴源巖則處在未成熟—低成熟區(qū)，與Ro參數(shù)評價的熱演化程度基本一致（圖2）。

圖2 侏羅系烴源巖甾烷αααC29S／（S＋R）和萜烷Ts／Tm關(guān)系圖

1．2．3 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)柴北緣侏羅系烴源巖干酪根元素組成、碳同位素特征及有機(jī)質(zhì)顯微組分分析結(jié)果，下侏羅統(tǒng)干酪根 H／C原子比介于0．3～1．3，O／C原子比介于0．05～0．25，碳同位素值δ13C分布在－30．4‰ ～－24．4‰，油頁巖和暗色泥巖含有比較高的類脂組，有機(jī)質(zhì)類型為混合—偏腐殖混合型。中侏羅統(tǒng)烴源巖干酪根 H／C原子比介于0．4～1．5，O／C原子比介于0．24～0．5，碳同位素值δ13C 分 布 在 －31．4‰ ～－24．8‰，碳質(zhì)泥巖和煤則含有比較高的惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組，有機(jī)質(zhì)類型則主要以混合型為主（圖3）。

綜合分析，柴北緣中下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為混合—偏腐殖混合型。昆特依凹陷有機(jī)質(zhì)類型小范圍為混合型，大部分地區(qū)為偏腐泥混合型，魚卡斷陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，為偏腐泥混合—混合型。從有機(jī)質(zhì)類型看，中、下侏羅統(tǒng)地層以生氣為主，生油為輔。

1．3 有效烴源巖的分布

1．3．1 有效烴源巖平面分布

柴北緣侏羅系鉆井和露頭烴源巖各項評價參數(shù)的分析表明，中下侏羅統(tǒng)烴源巖主要以碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖、頁巖、煤等為主［9］，結(jié)合中下侏羅統(tǒng)殘余地層厚度、沉積相及地震相研究成果，下侏羅統(tǒng)有效烴源巖厚度較大的區(qū)域主要分布在以下3個地區(qū)（圖4）：①冷湖三號—五號，厚度介于300～1 000m；②鄂博梁Ⅰ號以北（鄂博梁凹陷），厚度介于200～600m；③南八仙—冷湖七號南地區(qū)（伊北凹陷），厚度介于200～600 m；中侏羅統(tǒng)有效烴源巖厚度較大的區(qū)域主要分布在圓頂山—魚卡、綠草山—大煤溝以及德令哈地區(qū)，厚度介于200～400m，最大厚度在德令哈地區(qū)，超過了600 m?？梢姡诓癖本壍貐^(qū)明顯存在著冷湖—伊北J1和德令哈J1＋2兩大生烴凹陷，其有機(jī)碳含量基本大于0．4%，熱演化程度大于0．6%，屬于有效烴源巖范圍。

圖3 柴達(dá)木盆地北緣下（左）中（右）侏羅統(tǒng)烴源巖IH—IO關(guān)系圖

圖4 柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)侏羅系烴源巖厚度分布圖

1．3．2 柴北緣天然氣資源量預(yù)測

天然氣的形成與有機(jī)質(zhì)類型和Ro值的關(guān)系非常密切［10－11］，筆者采用下面公式，分別對各個生烴凹陷不同類型的烴源巖有機(jī)質(zhì)進(jìn)行了單獨的資源量計算，然后歸入總天然氣資源量。

式中Q為生氣量；S為氣源巖面積，km2；H為氣源巖厚度，m；D為氣源巖密度，108t／km3，統(tǒng)一取23×108t／km3；C為氣源有機(jī)碳含量；F為氣源巖產(chǎn)氣率。

其中氣源巖的Ro值必須大于0．5%，累計厚度需大于50m，不同的有機(jī)質(zhì)類型在不同的Ro值決定不同的氣源巖產(chǎn)氣率（F）。魚卡—紅山斷陷烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度較低，類型以偏腐泥混合—混合型為主，生成天然氣的能力較弱，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣聚集區(qū)均以原油為主。通過對其他凹陷內(nèi)天然氣資源量匯總后，得到柴北緣地區(qū)侏羅系天然氣資源總量（表2），其天然氣資源量約為4 903．4×108m3，資源潛力巨大。

表2 柴達(dá)木盆地北緣油氣資源量計算匯總表

2 油氣運(yùn)聚規(guī)律

2．1 生儲蓋組合特征

中下侏羅統(tǒng)烴源巖作為柴北緣油氣成藏的主要來源，資源潛力巨大。儲層類型包括碎屑巖、碳酸鹽巖儲層及基巖裂縫型儲層3種類型。其中碎屑巖儲層分布最廣，平面上分布于整個北緣地區(qū)，沉積相類型也豐富多樣［12］；碳酸鹽巖儲層主要分布在德令哈地區(qū)；基巖裂縫型儲層主要分布于馬海地區(qū)，非均質(zhì)性強(qiáng)，分布不均。源儲配置關(guān)系比較簡單，有自生自儲、下生上儲、下生側(cè)上儲、源外等幾種形式。冷湖三號、魚卡地區(qū)主要發(fā)育自生自儲源儲組合，冷湖四、五號構(gòu)造以下生上儲為主，冷湖五號四高點、冷湖七號構(gòu)造主要發(fā)育下生側(cè)上儲源儲組合，南八仙、馬海、馬北構(gòu)造以源外源儲組合為主。

以侏羅系烴源巖為主力的生烴凹陷中，根據(jù)不同時代沉積的油氣儲集層，儲蓋組合自下而上發(fā)育有基巖古潛山、侏羅系、古近系、新近系等4套組合。不同地區(qū)發(fā)育不同的儲蓋組合，冷湖三號主要發(fā)育下侏羅統(tǒng)儲蓋組合，冷湖四—五號主要發(fā)育古近系儲蓋組合，冷湖五號四高點—冷湖七號主要發(fā)育新近系（N21）儲蓋組合，馬仙凸起發(fā)育基巖古潛山、古近系和新近系3套儲蓋組合，魚卡地區(qū)主要發(fā)育侏羅系儲蓋組合（圖5）。

2．2 油氣輸導(dǎo)體系

油氣在地層中的運(yùn)移是在流體勢場的作用下，通過地層中的孔隙空間或裂隙由高勢區(qū)向低勢區(qū)流動［13］?；状髷嗔芽刂屏瞬癖本壍貐^(qū)的構(gòu)造格架、地層展布及構(gòu)造樣式，大斷裂則控制了南北成帶、東西分塊、洼隆相間、上下分層的構(gòu)造格架的形成［14］。已發(fā)現(xiàn)的油氣藏分布嚴(yán)格受斷裂展布的控制，大部分油氣層與生油層系距離比較遠(yuǎn)，根據(jù)已知油氣藏油氣層與該區(qū)主要生烴層的深度統(tǒng)計，最大的垂直距離超過7 000m，最大水平距離達(dá)30km。

圖5 柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)儲蓋組合圖

結(jié)合柴北緣烴源巖分布與已知圈閉的相互匹配關(guān)系，使生烴灶和圈閉保持連通的是由斷層和滲透性砂體相互連通以及不整合面與斷層相互連通構(gòu)成的復(fù)雜連通網(wǎng)絡(luò)，其中斷層起到至關(guān)重要的橋梁作用。因此，該區(qū)油氣運(yùn)移的主要通道是斷層及其派生的裂隙系統(tǒng)，其次是被斷層切割與斷裂系統(tǒng)連通的滲透性砂體和侏羅系與古近系—新近系之間的區(qū)域不整合面。

2．3 油氣運(yùn)移特征

柴北緣地區(qū)與烴源巖直接接觸的油源斷層非常發(fā)育，且成群成帶分布，這些斷層大部分形成于燕山期末（古近—新近系沉積之前），在喜馬拉雅期又重新活動［15］。這些斷層傾角陡、斷面平直、切穿烴源巖和古近—新近系儲層，在開啟階段為油氣運(yùn)移提供了良好的垂向通道，使深層侏羅系生成的油氣運(yùn)移至古近系—新近系。另外在古近系—新近系還發(fā)育淺層滑脫斷層與深層油源斷層相連，從而使油氣可以繼續(xù)向淺部運(yùn)移。古近—新近系油氣藏全部分布在深大斷裂和淺層滑脫斷層的下盤充分驗證了這點（圖6）。

巖石破裂產(chǎn)生的微裂縫也是油氣運(yùn)移的重要控制因素。E3末期，侏羅系烴源巖在3 800m左右進(jìn)入生油門限，隨著埋深的繼續(xù)增加，地層溫度也逐漸升高，烴源巖內(nèi)部產(chǎn)生的異常高壓使巖石破裂產(chǎn)生地層微裂縫，在斷層發(fā)育的部位使斷層開啟，烴源巖中產(chǎn)生的烴類隨著流體一起排出，一部分注入鄰近巖層的孔隙或裂縫中，一部分注入斷層面及其伴生的縫隙中。注入斷層空間的流體（油氣水）由于斷層面及其裂縫系統(tǒng)的高滲流性，流體壓力迅速降低，當(dāng)壓力低于油氣的飽和壓力，發(fā)生油氣水分異作用，氣首先分離出來，接著是油從水中分離，油氣呈游離狀態(tài)繼續(xù)向上或側(cè)向的低勢區(qū)運(yùn)移，當(dāng)遇到合適的圈閉就會聚集成藏。

構(gòu)造運(yùn)動是油氣運(yùn)移的另一個重要驅(qū)動力，產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力不僅使烴源巖產(chǎn)生大量的微裂縫排出流體，而且使斷層再次活動，斷層面張開并產(chǎn)生更多的構(gòu)造裂隙，導(dǎo)致烴源巖形成的油氣源源不斷地通過斷層面運(yùn)移到儲集體中，從而在圈閉中聚集成藏［16］。柴北緣在烴源巖成熟（E3晚期）后發(fā)生過多次構(gòu)造運(yùn)動，主要有晚燕山期、早喜馬拉雅期和晚喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動，這幾個時期也是柴北緣油氣藏主要的形成期。

圖6 冷湖—南八仙—馬海地區(qū)油氣藏剖面圖

3 結(jié)論

1）侏羅系烴源巖平面上分布在冷湖—伊北、德令哈2大主力生烴凹陷，油氣資源非常豐富，初步估算天然氣資源量近4 903．4×108m3。烴源巖的地球化學(xué)特征差異明顯，總體上有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度較高，有機(jī)質(zhì)類型為混合—偏腐殖混合型。

2）柴北緣地區(qū)發(fā)育有碎屑巖儲層、碳酸鹽巖儲層以及基巖裂縫型儲層3種類型，自下而上發(fā)育有基巖古潛山、侏羅系、古近系、新近系等4套組合，有自生自儲、下生上儲、下生側(cè)上儲、源外等4種源儲組合。

3）斷層、微裂縫彼此互生、伴生，是柴北緣地區(qū)烴源巖排烴進(jìn)而運(yùn)聚成藏的重要運(yùn)移通道。構(gòu)造運(yùn)動也是柴北緣地區(qū)油氣運(yùn)移的重要驅(qū)動力，在烴源巖成熟（E3晚期）以后發(fā)生過的晚燕山期、早喜馬拉雅期和晚喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動，是柴北緣油氣藏的主要形成期。

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