甘肅敦煌盆地五墩凹陷致密油成藏地質(zhì)條件

張學(xué)才 李家貴 劉全穩(wěn)

山東 東營257000； 3廣東省非常規(guī)能源工程技術(shù)研究中心，廣東 茂名525000）

摘要：甘肅敦煌盆地五墩凹陷勘探程度極低，基底埋深大，中、下侏羅統(tǒng)較厚，是一個生油潛力較好、儲層致密的自生自儲式油藏類型，為中國一個油氣勘探新區(qū)。全面分析了五墩凹陷侏羅系致密油儲集層的成藏地質(zhì)條件，并對其勘探潛力進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：五墩凹陷中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組湖相泥巖、砂礫巖碎屑儲集層構(gòu)成了對致密油形成非常有利的源儲共生關(guān)系；中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組總有機碳平均為326%，有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，處于成熟階段，具有較好的生油潛力；碎屑巖儲集層以原生孔隙為主，為超低孔—低孔、超低滲儲集層；五墩凹陷發(fā)育構(gòu)造、巖性、地層及構(gòu)造巖性等圈閉類型；油氣成藏受烴源巖與構(gòu)造雙重控制；中央洼陷帶及其周邊儲集層發(fā)育的具有有利構(gòu)造條件的圈閉是進(jìn)一步進(jìn)行致密油勘探的首選目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：致密油；烴源巖；油氣成藏；侏羅系；地質(zhì)條件；勘探潛力；五墩凹陷；敦煌盆地

中圖分類號：P618.130.2；TE122文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Geological Conditions of Tight Oil Reservoirs in Wudun Sag of Dunhuang Basin， Gansu， China

ZHANG Xuecai1， LI Jiagui2， LIU Quanwen3

（1. Oil and Gas Exploration Management Center， Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257000，

Shandong， China； 2. Geological Logging Company， Shengli Oilfield Company， SINOPEC，

Dongying 257000， Shandong， China； 3. Guangdong Research Center for Unconventional

Energy Engineering Technology， Maoming 525000， Guangdong， China）

Abstract： The exploration in Wudun sag of Dunhuang Basin， Gansu is poor. The basement is buried deeply； the thickness of Middle and Lower Jurassic is large； the potential for generating hydrocarbon is better； the reservoir is tight. The accumulation model of Wudun sag is selfgenerating and selfbearing， so that it is a new oilgas exploration area. The accumulation geological conditions of Jurassic tight oil reservoirs in Wudun sag were analyzed， and the exploration potential was evaluated. The results show that the lacustrine mudstone and glutenite clastic reservoir are very favorable for forming the tight oil reservoirs in Middle Jurassic Zhongjiankou FormationLower Jurassic Dashankou Formation in Wudun sag； the average of total organic carbon is 3.26%， and the organic matter is mainly type Ⅱ in mature stage with better potential for generating hydrocarbon； for the clastic reservoir， there is mainly primary pore with ultralow to low porosity and ultralow permeability； the traps include structural， lithologic， stratigraphic and structurallithologic in Wudun sag； hydrocarbon accumulation is both controlled by source rocks and structural settings； the further advantageous exploration targets are the traps with abundant reservoir growth and beneficial structural condition in the central subsag belts and reservoir nearby.

Key words： tight oil； source rock； hydrocarbon accumulation； Jurassic； geological condition； exploration potential； Wudun sag； Dunhuang Basin

0引言

甘肅敦煌盆地位于河西走廊西端，整體疊置于塔里木板塊東部的敦煌地塊上，盆地總面積約8×104 km2，呈NEE向[1]。敦煌盆地是在元古界基底之上發(fā)育的中新生代沉積盆地，是中新生代走滑環(huán)境下的產(chǎn)物。盆地內(nèi)部以第四系、新近系和侏羅系為主，侏羅系直接覆蓋于元古界基底之上。

敦煌盆地勘探程度極低，侏羅系是敦煌盆地主要的勘探層系。敦煌盆地發(fā)育7個中小型殘留凹陷，其中五墩凹陷基底埋藏最深，中—下侏羅統(tǒng)發(fā)育最厚。五墩凹陷構(gòu)造上可劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶、南部斷裂帶3個構(gòu)造單元。2013年在中央洼陷帶北端鉆探的XC1井在侏羅系試油獲低產(chǎn)油流，揭示了五墩凹陷良好的勘探前景。試油段孔隙度為64%～8.2%，地面滲透率為0.429～2.698 mD，屬于致密儲集層[28]。五墩凹陷致密油特征與中國其他盆地致密油的相似程度及勘探開發(fā)前景值得探索和研究。五墩凹陷致密油的勘探目前處于起步階段，本文全面分析了五墩凹陷侏羅系致密油儲集層的成藏地質(zhì)條件[9]，評價其勘探潛力，以期對盆地進(jìn)一步勘探有所幫助。

1地層沉積特征

侏羅系是敦煌盆地主要的勘探層系，自下而上依次發(fā)育下侏羅統(tǒng)大山口組（J1d）、中侏羅統(tǒng)中間溝組（J2z）、中侏羅統(tǒng)新河組（J2x）和上侏羅統(tǒng)博羅組（J3b）。五墩凹陷（圖1）是經(jīng)歷了強烈剝蝕改造的殘留凹陷，侏羅系上部覆蓋了第四系和新近系。

侏羅紀(jì)早期，在中特提斯洋迅速擴(kuò)張的構(gòu)造因素影響下，形成了中國西部SN向伸展的構(gòu)造環(huán)境。敦煌盆地依附于阿爾金山和三危山形成了兩個箕狀斷陷。早侏羅世為斷陷初期，敦煌盆地以小型斷陷盆地為主，充填了河流相粗碎屑巖；中侏羅世為斷陷鼎盛期，盆地整體坳陷，斷陷規(guī)模達(dá)到最大，局部伴隨拉分作用，充填了河湖—沼澤相黑色碳質(zhì)泥巖、砂巖、砂礫巖等；晚侏羅世為斷陷萎縮期，盆地整體隆升，湖盆萎縮。

圖1甘肅敦煌盆地五墩凹陷侏羅系中間溝組一段頂面構(gòu)造

Fig.1Superface Structure for the First Member of

Jurassic Zhongjiangou Formation in Wudun Sag of Dunhuang Basin， Gansu

侏羅系經(jīng)歷了兩個完整的沉積旋回，中、下侏羅統(tǒng)為第一沉積旋回，上侏羅統(tǒng)為第二沉積旋回，縱向上具有粗→細(xì)→粗的特征[10]。下侏羅統(tǒng)大山口組儲層以粗碎屑巖為主，露頭剖面表現(xiàn)為下粗上細(xì)的特征，為一套沖積扇—河流相磨拉石粗碎屑巖沉積構(gòu)造；中侏羅統(tǒng)以細(xì)碎屑巖為主，泥巖含量增加，中間溝組為一套湖沼相類復(fù)理石細(xì)碎屑巖沉積建造，新河組為一套三角洲—湖泊相沉積；上侏羅統(tǒng)博羅組為下粗上細(xì)的特征，中、下部以紫紅色沖積扇相砂礫巖、礫巖沉積為主，上部為一套粒度較細(xì)的河流—沼澤相沉積。

2致密油形成的地質(zhì)條件

五墩凹陷為斷陷湖盆沉積，中、下侏羅統(tǒng)泥質(zhì)烴源巖豐度高，類型較好，致密油儲層物性較好，分布面積廣，分布于源內(nèi)，源儲一體，為致密油的形成創(chuàng)造了良好的地質(zhì)條件。

2.1烴源巖條件

敦煌盆地侏羅系烴源巖發(fā)育于中、下侏羅統(tǒng)，其中中侏羅統(tǒng)中間溝組為一套湖相地層，暗色泥巖最為發(fā)育，烴源巖條件較好，下侏羅統(tǒng)大山口組和中侏羅統(tǒng)新河組次之，上侏羅統(tǒng)烴源巖不發(fā)育。根據(jù)野外露頭，北大窯剖面以煤系泥質(zhì)烴源巖為主，黑大坂剖面以湖相泥質(zhì)烴源巖為主，中北部三危山南側(cè)的南湖、蘆草溝剖面僅出露下侏羅統(tǒng)大山口組地層，烴源巖發(fā)育程度差，僅在其頂部發(fā)育厚度較小的暗色泥巖。

露頭樣品分析表明，敦煌盆地整體以差—中等烴源巖為主，成熟度以低成熟—成熟為主。XC1井鉆探揭示中、下侏羅統(tǒng)烴源巖主要為灰黑色、深灰色泥巖，砂質(zhì)泥巖及灰黑色碳質(zhì)泥巖，總有機碳為008%～3620%，平均為326%。氯仿瀝青“A”含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為001%～036%，平均為0125%，評價為中等—優(yōu)質(zhì)烴源巖（圖2）。鏡質(zhì)體反射率（Ro）平均值為08%，熱解峰溫在442 ℃～457 ℃之間，烴源巖處于成熟階段。中間溝組烴源巖類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，少量Ⅱ2型、Ⅲ型；大山口組烴源巖類型為Ⅱ2、Ⅲ型?？傮w上，XC1井中、下侏羅統(tǒng)發(fā)育三段中等—好烴源巖，厚度為1015 m。2 264～2 289 m深度處生烴潛量為30329×10-3，總有機碳為519%；2 361～2 380 m深度處生烴潛量為219×10-3，總有機碳為555%，有機質(zhì)含量極高，為優(yōu)質(zhì)烴源巖；2 510～2 614 m深度處生烴潛量為6729×10-3，總有機碳為277%，具有較高的有機質(zhì)含量，為好烴源巖。

2.2儲層條件

2.2.1儲層分布

五墩凹陷致密油儲層為碎屑巖儲層。侏羅系儲集層可能存在兩大物源體系，除了三危山提供南部的物源體系外，XC1井成像測井表明，中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組沉積時期，古水流方向為由北向南，五墩凹陷還存在北部的物源體系。有利儲層主要分布在中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組。

2.2.2巖石學(xué)特征

五墩凹陷儲集層類型為砂巖、砂礫巖、礫巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，具有低成分成熟度和低結(jié)構(gòu)成熟度特征。石英、膠結(jié)物含量低，變質(zhì)巖巖屑、泥質(zhì)雜基、礫石成分含量高。黏土礦物以高嶺石和伊蒙混層為主，次為伊利石和綠泥石，主要經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用等成巖作用，處于中成巖階段A1期。

2.2.3儲集空間類型

五墩凹陷儲集空間類型有原生粒間孔、溶蝕孔、裂縫和微裂縫。原生粒間孔為主要儲集空間類型，見少量溶蝕孔和粒內(nèi)縫；溶蝕孔以長石溶孔為主，面孔率為5%～7%；微裂縫較為發(fā)育，主要分布在泥巖、砂礫巖中，對儲集層物性有一定的改善作用。五墩凹陷在2 300～2 500 m深度處存在一個次生孔隙發(fā)育帶，主要是有機酸溶蝕長石產(chǎn)生的。

2.2.4物性特征

五墩凹陷中、下侏羅統(tǒng)物性差，非均質(zhì)性強，為超低孔—低孔、超低滲儲集層。中侏羅統(tǒng)孔隙度一般為2%～10%，平均為6.14%，滲透率多小于4 mD；下侏羅統(tǒng)孔隙度一般為2%～5%，平均為387%，滲透率多小于0.5 mD；縱向上，中侏羅統(tǒng)物性比下侏羅統(tǒng)好。據(jù)賈承造等對致密油儲集層的分類劃分方案[11]，五墩凹陷儲集層主要為Ⅰ、Ⅱ類儲集層。與四川盆地侏羅系、鄂爾多斯盆地延長組、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系等致密油儲集層物性對比，五墩凹陷儲集層條件較好。

2.3保存條件

有利的蓋層條件是油氣藏保存的重要因素之一，對于改造型殘留盆地尤為重要。敦煌盆地中生代發(fā)育兩套區(qū)域性蓋層，主要分布于上侏羅統(tǒng)博羅組和中侏羅統(tǒng)中間溝組，巖性以泥質(zhì)巖為主，具有層數(shù)多、厚度較大、分布廣的特點。博羅組地層分布穩(wěn)定，厚度普遍在900 m以上，泥巖封蓋性能較強，為重要的區(qū)域性蓋層。中侏羅統(tǒng)湖相暗色泥質(zhì)巖發(fā)育，地層厚度大且分布穩(wěn)定，其不僅是烴源巖，也是良好的蓋層。

敦煌盆地白堊紀(jì)—古近紀(jì)地層發(fā)生整體隆升剝蝕，斷層斷距小，構(gòu)造改造較弱，內(nèi)部油藏破壞程度小，有利于油藏的保存。

2.4配套條件

敦煌盆地構(gòu)造發(fā)展史研究表明，五墩凹陷自早侏羅世形成以來，經(jīng)歷了侏羅紀(jì)與白堊紀(jì)早期的持續(xù)下沉，接受了一套煤系泥質(zhì)巖及湖相泥質(zhì)巖的沉積，之后又發(fā)生了一次整體抬升，持續(xù)到新近紀(jì)開始，之后又接受了新近紀(jì)與第四紀(jì)的沉積（圖3）。CX1井埋藏史及熱演化分析表明，中、下侏羅統(tǒng)烴源巖最早于中侏羅世就已進(jìn)入生油門限，古近紀(jì)晚期因凹陷抬升而停止生油，目前又處于生油門限內(nèi)。

構(gòu)造演化與熱演化分析表明：五墩凹陷致密油成藏具有就地早期配套成藏的特點；油氣充注時間與空間形成兩次原生配套的性質(zhì)。

2.5成藏模式

敦煌盆地五墩凹陷中、下侏羅統(tǒng)致密油儲層具有良好的生儲蓋組合，

油氣充注組段主要為中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組，近源或源內(nèi)充注成藏，油藏分布主要受生烴凹陷和構(gòu)造的控制。

2.5.1自生自儲油氣藏發(fā)育

五墩凹陷油氣來源于侏羅統(tǒng)內(nèi)部烴源巖。XC1井油樣生物指標(biāo)化合物伽馬蠟烷和重排甾烷含量較高，C27規(guī)則甾烷含量最高，呈“L”型分布，與2 2857 m深度處的暗色泥巖段特征相似（圖4），推測侏羅系發(fā)育自生自儲型油藏。根據(jù)XC1井實鉆剖面、野外露頭剖面以及地震資料，五墩凹陷有利烴源巖面積可能為670 km2，利用地球化學(xué)方法估算五墩凹陷資源量為（0.20～0.53）×108 t。

2.5.2生儲蓋組合、近源或源內(nèi)充注成藏良好

五墩凹陷以中、下侏羅統(tǒng)暗色泥質(zhì)巖為烴源巖，中侏羅統(tǒng)中間溝組及上侏羅統(tǒng)博羅組底部砂巖為儲層，上侏羅統(tǒng)中、上部及中侏羅統(tǒng)的泥質(zhì)巖為蓋層，形成了自生自儲自蓋的生儲蓋組合。

侏羅系碎屑巖儲集層為近源沉積，砂體非均質(zhì)性強，橫向連通性差，導(dǎo)致油氣的平面運移以近距離為主。油氣藏為近源或源內(nèi)充注成藏，中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組是主要的油氣充注組段。

2.5.3圈閉類型多、規(guī)模大

五墩凹陷侏羅系圈閉類型多，主要發(fā)育構(gòu)造圈閉、巖性圈閉和地層圈閉以及構(gòu)造巖性復(fù)合圈閉。構(gòu)造圈閉主要發(fā)育在中央洼陷帶及周邊；巖性圈閉主要發(fā)育在中央洼陷帶；地層圈閉主要發(fā)育在北部與西部的超覆帶、尖滅帶（圖5）。

J2z1為中侏羅統(tǒng)中間溝組下段；J2z2+3為中侏羅統(tǒng)中間溝組中段和上段；①為構(gòu)造圈閉；②為構(gòu)造巖性圈閉；③為巖性圈閉；④為地層圈閉

2.5.4油氣成藏受烴源巖和構(gòu)造控制

敦煌盆地油氣生成和成藏期主要是在侏羅紀(jì)中晚期，中新生代繼承發(fā)展。五墩凹陷具“早期成藏，晚期不具備二次生烴條件”的特點。圈閉與侏羅系主力烴源巖油氣供給配置關(guān)系好，圈閉控制油氣分布。因此，五墩凹陷緊鄰生油凹陷，位于生烴中心附近，保存較好的圈閉是油氣運移聚集的主要場所。

3勘探潛力

敦煌盆地發(fā)育多個中、下侏羅統(tǒng)殘留凹陷，五墩凹陷是最具勘探潛力的凹陷。五墩凹陷基底埋藏較深，約為3 000 m。XC1井鉆探證實，中、下侏羅統(tǒng)殘留厚度達(dá)到1 000 m，該井見低產(chǎn)油流，進(jìn)一步證實五墩凹陷的致密油具有良好的勘探前景。

繼致密油在美國巴肯（Bakken）地區(qū)獲得突破后，北美已在19個盆地中發(fā)現(xiàn)致密油，中國致密油勘探潛力也很大，分布區(qū)域重點包括四川盆地侏羅系、鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖等[12]。中國致密油與北美致密油儲層具有相似的形成條件和分布特征[13]。對比表明，五墩凹陷具有與國內(nèi)外致密油儲集層類似的石油地質(zhì)條件（表1、2），但五墩凹陷烴源巖成熟度略低，烴源巖和儲集巖的有利分布面積小。因此，五墩凹陷中、下侏羅統(tǒng)致密油有一定的勘探前景，但可能難以獲得大規(guī)模可采資源量。

根據(jù)致密油形成條件，中侏羅統(tǒng)中間溝組—下侏羅統(tǒng)大山口組是主要勘探目的層段。五墩凹陷的資源量較小，油氣運移距離短，位于生烴中心附近的油源條件有利。因此，五墩凹陷的勘探方向應(yīng)該以尋找圈閉條件相對落實、位于三角洲前緣且儲層較為發(fā)育的儲集層為主。其中，中央洼陷帶及其周邊緊鄰生烴中心，烴源巖條件有利，該帶儲層發(fā)育的有利構(gòu)造圈閉為下步勘探的首選目標(biāo)。

4結(jié)語

（1）甘肅敦煌盆地五墩凹陷中、下侏羅統(tǒng)物性差，非均質(zhì)性強，為超低孔—低孔、超低滲儲集層，中侏羅統(tǒng)物性比下侏羅統(tǒng)物性好，為致密油儲集層。

（2）五墩凹陷烴源巖總有機碳平均為326%，有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，處于成熟階段，鏡質(zhì)體反射率平均為0.8%，具有較好的生油潛力。

（3）五墩凹陷侏羅系形成了自生自儲自蓋的生儲蓋組合，致密油油藏為近源或源內(nèi)充注成藏，中侏羅統(tǒng)中間溝組和下侏羅統(tǒng)大山口組是主要的生油和產(chǎn)油層系。

（4）五墩凹陷下步勘探方向是中央洼陷帶及其周邊儲集層發(fā)育的具有有利構(gòu)造條件的圈閉。

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