環(huán)灣論——鄂爾多斯盆地延長組深層石油成藏規(guī)律

邵曉巖, 康志華, 白　旭, 吳新偉,

張　雁2, 王高強2, 楊國斌2, 王碧濤2

(1.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059; 2.中國石油長慶油田分公司 第三采油廠，銀川 750006)

環(huán)灣論——鄂爾多斯盆地延長組深層石油成藏規(guī)律

邵曉巖1,2, 康志華2, 白旭2, 吳新偉2,

張雁2, 王高強2, 楊國斌2, 王碧濤2

(1.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059; 2.中國石油長慶油田分公司 第三采油廠，銀川 750006)

[摘要]探討鄂爾多斯盆地三疊系延長組湖灣區(qū)暗色泥巖生烴潛力及環(huán)湖灣區(qū)石油成藏規(guī)律。通過分析湖灣區(qū)暗色泥巖生烴指標(TOC、S1+S2、HI、氯仿瀝青“A”含量、烴含量、干酪根類型及有機質成熟度)、原油成熟度，綜合湖灣區(qū)分流河道砂巖發(fā)育特征及與泥巖接觸關系分析，結果表明：①湖灣區(qū)暗色泥巖為好-中等烴源巖，可以成為生烴灶;②延伸入湖灣區(qū)的分流河道砂巖、湖灣砂壩砂巖為石油運移通道，石油由湖灣沿分流河道向外運移;③湖灣西側發(fā)育砂巖上傾尖滅圈閉，湖灣內砂壩為透鏡體狀巖性圈閉;④由湖灣近源運移到巖性圈閉中形成側生側儲或自生自儲巖性油藏。該結果使鄂爾多斯盆地延長組的生烴區(qū)面積及石油勘探區(qū)域得到擴大。

[關鍵詞]鄂爾多斯盆地；延長組；烴源巖；湖灣；成藏規(guī)律

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6油層組作為主力油層，經多年開發(fā)，已日漸不能滿足長慶油田增儲上產的需要，必須有新的含油層系或含油區(qū)的發(fā)現以補充資源的不足[1]。前人研究表明，鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組沉積階段經歷了長9、長7和長4+5共3次主要湖侵期[2,3]，對應發(fā)育3套重要的烴源巖[4-7]。烴源巖中油頁巖發(fā)育，且主要分布于沉積洼陷區(qū)。由于鄂爾多斯盆地陜北斜坡延長組深層多為低孔低滲儲層，地層傾角較小，而且河道的延伸方向多與單斜構造走向平行或低角度斜交，因此，不利于石油沿河道砂體進行長距離動移成藏。在這一認識的指導下，前人在洼陷區(qū)砂巖中發(fā)現了大量石油，形成了環(huán)洼勘探思想，認為鄂爾多斯盆地只有環(huán)洼區(qū)有石油，而遠離洼陷區(qū)沒有石油，從而形成鄂爾多斯盆地只有“半盆油”的認識[8]，勘探局面一直局限于環(huán)洼區(qū)周邊。環(huán)洼勘探的認識指導早期勘探取得了巨大的成功，但“半盆油”的認識也限制了勘探局面的擴展。通過鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)延長組沉積體系、巖性圈閉分布、石油成藏條件的分析，認為在不同沉積體系之間發(fā)育湖灣，不但湖灣區(qū)的面積遠大于深湖—半深湖區(qū)的面積，而且湖灣區(qū)暗色泥巖生烴指標分析表明是好烴源巖，生成的油氣近距離運移聚集到環(huán)湖灣發(fā)育的不同沉積體系的儲層中聚集成藏，因此提出環(huán)湖灣成藏的觀點，簡稱環(huán)灣論。

1地質背景

1.1　區(qū)域沉積特征

鄂爾多斯盆地位于中國大陸中西部，是中國陸上第二大沉積盆地和重要的能源基地。盆地除西緣斷裂褶皺較發(fā)育外，盆地內部構造相對簡單，地層平緩，一般傾角不足1°。根據盆地現今構造形態(tài)、基底性質及構造特征，可劃分出伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)拗陷及西緣沖斷構造帶6個Ⅰ級構造單元[9]。根據最大洪泛時期(長7時期)沉積盆地恢復，延長期原形盆地存在多個沉積沉降中心，湖盆向西與六盤山地區(qū)及走廊地區(qū)連為一體；向東越過黃河，與晉南及豫西地區(qū)貫通(圖1)。鄂爾多斯盆地延長組沉積期是一個多物源沉積盆地。北部、北東部物源發(fā)育，北西部、東部、南西部、南部物源較發(fā)育，東部和西部物源不發(fā)育[9,10](圖1)。盆地北部發(fā)育曲流河三角洲，南部發(fā)育辮狀河三角洲；中部為深湖-半深湖區(qū)，發(fā)育油頁巖及暗色泥巖，是主力烴源巖發(fā)育區(qū)。

圖1　鄂爾多斯盆地延長組長7最大洪泛時期沉積相圖Fig.1　Sedimentary facies map in the maximum flood period of Member 7 of Yanchang Formation in Ordos Basin

1.2　烴源巖發(fā)育特征

根據延長組巖性組合特征，自上而下分為長1-長10共10個油層組，其沉積期經歷了湖盆的形成、發(fā)展、消亡3個主要階段[9,10]。長10-長8沉積期為湖盆形成的湖侵期，并在長9沉積期發(fā)生了首次湖侵，形成了一套次要的烴源巖；半深水相沉積主要局限于慶陽一帶，周邊主要為河控三角洲、水下扇及濱淺湖相沉積。長7油層組是湖泊的最大湖泛期，盆地面積最大，水生生物繁盛，主要發(fā)育半深水與深水相沉積，分布于吳旗—定邊境內，發(fā)育厚度為100余米的深灰色、灰黑色泥巖或油頁巖，有機質類型好、豐度高，已進入大規(guī)模生油階段，為中生界最重要的烴源巖之一。長6-長1沉積期為湖盆消亡期。長6為建設性三角洲沉積，沉積的砂體為石油提供了良好的儲集空間；長4+5沉積期湖盆發(fā)生短暫的湖浸，湖水面積擴大，沉積物粒度變細，形成一套良好的區(qū)域性蓋層及次要的烴源巖；長3-長1沉積期湖水變淺，湖盆逐漸萎縮，直至消亡。

2環(huán)洼勘探思想

2.1　石油橫向及垂向運移特征

由于鄂爾多斯盆地陜北斜坡延長組深層多為低孔低滲儲層，陜北地區(qū)為低緩單斜構造區(qū)，河道走向與單斜構造線平行或低角度斜交(圖2)，且分流河道砂巖為低滲儲層，不利于石油長距離運移成藏。

圖2　陜北地區(qū)長812分流河道與頂面構造疊合圖Fig.2　Diagram of distributary channels overlaied with top structures of Chang 812 in North Shanxi

延長組次級湖泛面形成的K0-K3泥巖標志層全區(qū)廣泛分布(圖3)，是較好的區(qū)域性蓋層。而陜北地區(qū)斷層不發(fā)育，該烴源巖不但是良好的蓋層，而且是良好的隔層，阻隔了石油的垂向運移。

圖3　陜北地區(qū)南北向(新27井-高44井)區(qū)域性隔層分布圖Fig.3　Diagram of the regional interlayer distribution (N-S, Well Xin 27- Well Gao 44) in North Shanxi

2.2　環(huán)洼勘探思想

綜上表明，石油在橫向上不能長距離運移，縱向上不能穿層運移。長9形成的石油只能充注于長10-長8，長7形成的石油只能充注于長8-長6，從而發(fā)育類型明顯不同的兩類型石油(圖4)。這2類石油的分布特征也說明陜北地區(qū)石油穿層運移的條件差。

圖4　陜北地區(qū)兩類原油類型及比較Fig.4　Two types of crude oil and comparison between them in North Shanxi

基于3方面的特征：①鄂爾多斯盆地深湖區(qū)發(fā)育于盆地中部;②深湖區(qū)發(fā)育厚層的烴源巖;③石油長距離運移條件和穿層運移條件差。所以，前人認為在環(huán)洼陷區(qū)是有利的石油勘探區(qū)。并且在洼陷區(qū)和環(huán)洼陷區(qū)發(fā)現了大量的石油，因此，認為鄂爾多斯盆地石油主要分布于洼陷和環(huán)洼區(qū)，形成了環(huán)洼勘探的思想，得出了半盆油的結論。

3新油源的發(fā)現

3.1　湖灣區(qū)生烴潛力

前人認為鄂爾多斯深層烴源巖主要是分布于深湖—半深湖的暗色泥巖，而主要發(fā)育于長9和長7[5-7]。但從沉積體系分布圖分析，延長組沉積時期，在不同的沉積體系之間湖灣發(fā)育，而且湖灣區(qū)的面積遠大于深湖—半深湖區(qū)的面積。

陜北地區(qū)長82時期處于三角洲平原—三角州前緣分流河道區(qū)，湖灣面積為幾百至1 000多平方千米(圖5)。如東部安塞地區(qū)湖灣區(qū)頂部的P65-109井遠離半深湖區(qū)，是前人認為的非烴源巖發(fā)育區(qū)和石油分布的不利區(qū)。鉆井揭示，長8發(fā)育暗色泥巖22 m，占地層厚度的29.5%。對湖灣區(qū)暗色泥巖進行了生烴指標分析，結果表明，暗色泥巖TOC的質量分數(wTOC)為2.06%，S1+S2為5.53，HI為201.46，氯仿瀝青A的質量分數為0.58%，烴的質量濃度為4.274 g/L，干酪根類型為Ⅱ1，有機質成熟度(Ro)為0.76%，綜合評價為好烴源巖。

圖5　陜北地區(qū)長82砂組沉積相圖Fig.5　Sedimentary facies map of Chang 82 sand group in North Shanxi

這一發(fā)現，改變了傳統(tǒng)意義上的烴源巖僅分布于深湖—半深湖的認識。筆者認為，鄂爾多斯盆地延長組沉積期，各沉積體系之間均發(fā)育湖灣，可能發(fā)育烴原巖，是潛在的烴源灶。

3.2　湖灣區(qū)成藏條件

深湖—半深湖烴源巖成藏存在3個不足的方面：(1)深湖—半深湖烴源巖發(fā)育區(qū)砂巖不發(fā)育，即使有砂巖，也多是水下分流河道末梢砂巖，儲層物性差，不利于石油儲集和運移。(2)深湖—半深湖烴源巖與砂巖接觸面積小，不利于石油初次運移。(3)在伊陜斜坡東高西低的單斜背景下，分流河道由北北東向南南西延伸進行入半深湖區(qū)，圈閉構造不發(fā)育，難以成藏。但湖灣暗色泥巖如果能成為烴源灶，正好克服了以上3方面的不足，有利于成藏。

4環(huán)灣成藏模式

4.1　環(huán)灣區(qū)成藏條件

鄂爾多斯盆地伊陜斜坡區(qū)為低滲儲層發(fā)育區(qū)，儲層物性較差；但砂巖發(fā)育，儲層發(fā)育條件好；低滲儲層和平緩的運移通道條件限制了石油的長距離運移，石油多為近源充注成藏；單斜構造背景下，構造圈閉不發(fā)育，石油主要分布于巖性圈閉中。因此，成藏的主控條件是：①近油源;②砂巖與烴源巖側向接觸，具有良好的石油運移通道條件;③發(fā)育巖性圈閉。

從儲集條件分析，湖灣區(qū)為2個河道沉積體系之間的低洼地區(qū)。在湖灣兩側，發(fā)育分流河道，砂巖發(fā)育；分流河道向湖灣低洼區(qū)延伸并尖滅，因此，在湖灣區(qū)發(fā)育尖滅于湖灣中的分流河道末梢砂巖；而在湖灣區(qū)，由于湖浪和河流的作用，在湖灣區(qū)亦發(fā)育砂壩或砂灘；這些砂巖均是潛在的儲層(圖5)。

從運移條件分析，湖灣是一個與分流河道相鄰且內有多個分流河道延伸的區(qū)域，分流河道可以作為石油運移的通道(圖5)。通過原油成熟度分析，可以查明石油運移的方向和通道。一般，早期生成的原油成熟度低，后期生成的原油成熟度高；早期生成的原油被后期生成的原油驅替向生烴灶外運移。因此，遠離生烴灶，原油成熟度低。

通過深層原油成熟度分析，沿河道方向，由湖灣區(qū)向外，原油的成熟度明顯降低，例如高44井到盤38-24井是石油從湖灣沿河道向外運移的方向。高44井在湖灣區(qū)，原油成熟度為6.19；盤38-24井遠離湖灣區(qū)，在分流河道中，原油成熟度為4.87(圖5)：說明石油由湖灣區(qū)沿分流河道向外運移。

陜北地區(qū)構造東高西低，走向由北北東向南南西；沉積體系總體上由北北東向南南西延伸，主河道方向總體上是由構造高部位向構造低部位延伸(圖2)，因此，在主河道方向圈閉不發(fā)育。但在湖灣區(qū)，由于湖灣與沉積走向基本一致，河道向湖灣延伸并尖滅的方向與構造走向方向斜交，從而容易形成圈閉構造(圖2)。分流河道東側與西側形成圈閉的情況完全不同。分流河道的東分支處于湖灣西側，向東南延伸并尖滅的方向正好是上傾方向，容易形成圈閉；分流河道的西分支處于湖灣東側，向西南延伸并尖滅的方向正好是下傾方向，不容易形成圈閉。湖灣中的砂壩或砂灘亦能形成巖性圈閉。綜上所述，湖灣區(qū)是巖性圈閉最發(fā)育的區(qū)域，主要集中于湖灣西側。

4.2　環(huán)灣成藏模式

根據環(huán)湖灣有利的成藏條件及發(fā)育油藏的解剖，筆者建立了環(huán)灣成藏模式，簡稱為環(huán)灣論(圖6)：①湖灣區(qū)泥巖是有效烴源巖，所以湖灣可以成為生烴灶。②湖灣中有分流河道砂巖延伸入湖灣區(qū)或發(fā)育砂壩，這些均可成為潛在的儲集層。③延伸入湖灣的河道可作為石油運移的通道。④湖灣西側可發(fā)育砂巖上傾尖滅圈閉，湖灣內砂壩可作為透鏡體狀巖性圈閉。⑤生烴灶形成的原油近源側向運移到東部砂巖中則向上運移而不成藏，運移到西側砂巖中則可能運移到巖性圈閉中成藏，形成側生側儲巖性油藏；在湖灣砂巖透鏡體中，可自生自儲形成透鏡體狀巖性油藏。

圖6　環(huán)灣成藏模式圖Fig.6　Hydrocarbon accumulation model of surrounding bay

環(huán)灣論是一個近源成藏論，其理論基礎是湖灣暗色泥巖是有效烴源巖。

環(huán)灣成藏論的提出，大幅度擴展了鄂爾多斯盆地延長組油藏勘探的面積。

4.3　環(huán)灣油藏勘探意義

環(huán)灣論對鄂爾多斯盆地延長組油藏勘探的影響主要有2方面：(1)環(huán)灣論認為湖灣可成為生烴灶，大幅度擴展了生烴區(qū)的面積。如陜北斜坡長81砂組，按環(huán)洼觀點，只在紅線區(qū)內發(fā)育烴源巖；而按環(huán)灣論的觀點，在深藍色線之間的砂巖不發(fā)育區(qū)均可能發(fā)育烴源巖。因此，環(huán)灣論生烴灶面積遠大于環(huán)洼論的生烴灶面積(圖7)。(2)油藏分布有利區(qū)大幅度擴展。按環(huán)灣論，陜北地區(qū)長81油藏發(fā)育的有利區(qū)僅僅是實線區(qū)域；而按環(huán)灣論，虛線區(qū)均有可能是油藏發(fā)育的有利區(qū)(圖8)，遠大于按環(huán)洼論確定的區(qū)域。

圖7　環(huán)灣論烴源巖分布范圍Fig.7　Hydrocarbon source rock distribution range of surrounding bay theory

圖8　環(huán)灣論勘探領域(虛線區(qū))Fig.8　Exploration areas (dashed line) of surrounding bay theory

5結 論

a.鄂爾多斯盆地延長組各三角洲體系間發(fā)育大型的湖灣，湖灣區(qū)暗色泥巖發(fā)育。

b.通過湖灣泥巖生烴指標(TOC含量、S1+S2、HI、氯仿瀝青“A” 含量、烴含量、干酪根類型及有機質成熟度)等的分析，認為湖灣區(qū)暗色泥巖是好到中等烴源巖。

c.綜合湖灣區(qū)砂巖發(fā)育、砂巖與暗色泥巖側向接觸、在湖灣西側分流河道向東南延伸形成砂巖上傾尖滅圈閉等認識，提出環(huán)湖灣成藏的觀點，認為：①湖灣可以成為生烴灶；②延伸入湖灣區(qū)的分流河道砂巖或湖灣砂壩可作為儲集層及石油運移的通道；③湖灣西側發(fā)育砂巖上傾尖滅圈閉、湖灣內砂壩可作為透鏡體狀巖性圈閉；④近源運移到巖性圈閉中形成側生側儲或自生自儲的巖性油藏。

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[第一作者] 吳警(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：油氣成藏機理與分布規(guī)律, E-mail:wujing_jy@163.com。

Theory of surrounding bay: Petroleum accumulation regularity of

deep level in Yanchang Formation, Ordos Basin, China

SHAO Xiao-yan1,2, KANG Zhi-hua2, BAI Xu2, WU Xin-wei2,

ZHANG Yan2, WANG Gao-qiang2, YANG Guo-bin2, WANG Bi-tao2

1.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;

2.No.3OilProductionPlant,ChangqingOilfieldCompanyofCNPC,Yinchuan750006,China

Abstract:This paper discusses the hydrocarbon-generating potential of the dark mudstone in the lake bay area and the oil accumulation rule in the surrounding lake bay area of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin. Through analysing the hydrocarbon-generating index (TOC, S1+S2, HI, chloroform bitumen “A” content, hydrocarbon content, kerogen type and maturity of organic matter) of the dark mudstone and the crude oil maturity and combined the development characteristics of the distributary channel sandstone with the contact relationship of mudstone, the obtained results show as follows. ①The dark mudstone in lake bay area is a good-secondary hydrocarbon source rock, and can become hydrocarbon-generating kitchen. ②The distributary channel sandrocks or lake bay sandbank sandstone extending into the lake bay area can be used as oil migration channels. ③The sandrocks up-dip wedge out trap develops on the west side of the lake bay and the sandbank in the lake bay is a lenticular lithologic trap. ④The laterally reservoired or the authigenically reservoired lithologic oil pools are formed when the mudstone migrates from the proximal of the lake bay to the lithologic trap. The research results extends the hydrocarbon-generating area and enlarges the oil exploration area of Yanchang Formation in Ordos Basin.

Key words:Ordos Basin; Triassic Yanchang Formation; source rock; lake bay; hydrocarbon accumulation regularity

[通信作者]史建南(1975-)，男,博士，副教授，研究方向：沉積學, E-mail:shijiannan07@cdut.cn。

[基金項目]國家科技重大專項(2011ZX05007-004-01, 2008ZX05000-003-01)。

[收稿日期]2015-01-15。

[文章編號]1671-9727(2015)05-0553-06

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2015.05.06

[文獻標志碼][分類號] TE122.31 A